DE2410055C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Verschweißen von Bandmaterial mittels Ultraschall - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Verschweißen von Bandmaterial mittels UltraschallInfo
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Description
50
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verschweißen von Bandmaterial
mittels Ultraschall.
Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung werden mitschwingende Vibrationen der Haltevorrichtung
unter der Einwirkung der Ultraschall-Schweißeinheit verhindert, so daß die relative Bewegung zwischen der
Ultraschall-Einheit und den zusammenzuschweißenden Lagen des Farbbandes maximal ist. Es wird eine genaue μ
Ausrichtung der zusammenzuschweißenden Lagen des Bandes ermöglicht, um einen optimalen Verbindungswinkel des Bandes sicherzustellen. Außerdem kann die
Spannung der einzelnen zusammenzuschweißenden Abschnitte des Bandes variiert werden, damit eine
maximale Gleitbewegung zwischen den Farbbandlagen möglich ist, so daß optimale Schweißergebnisse erzielt
werden. Die Bandendabschnitte werden bezüglich der Ultraschall-Schweißeinheit genau und korrekt ausgerichtet
Schließlich ist die erfindungsgemäße Vorrichtung einfach im Aufbau, billig in der Herstellung und
arbeitet sehr zuverlässig.
Aus der US-PS 36 87 787 ist bereits ein Verfahren zum Entfernen schadhafter Stellen in Bandmaterial
bekannt, bei dem ein erstes Band kontinuierlich zu einer Aufwickelvorrichtung gefördert wird und dabei zunächst
mit Hilfe einer Schneidvorrichtung zerschnitten und mit einem Ende an das Ende eines zweiten Bandes
mittels Ultraschall angeschweißt wird. Anschließend wird das so zusammengefügte Band zu einer Abfallvorrichtung
geführt, bis die schadhafte Stelle auf dem ersten Band vorüber ist Dann wird das zusammengefügte
Band wieder zerschnitten und das nun einwandfreie Ende des ersten Bandes mit dem anderen Ende des
ersten Bandes wieder zusammengeschweißt
Dieses bekannte Ultraschall-Verschweißverfahren weist, wie auch alle anderen bekannten derartigen
Verfahren, den Nachteil auf, daß es zum Verbinden bereits eingefärbten Bandmaterials wie Farbbandmateriai
für Schreibmaschinen u. dgi. insofern ungeeignet ist,
als die Verbindungsstelle, wenn sie ausreichend fest sein soll, zu dick wird, so daß die Funktion des Farbbandes
beeinträchtigt und beim Auftreffen eines Typenhebels ein fehlerhafter Abdruck erzeugt wird. Wird die
Verbindungsstelle zu klein oder zu schwach ausgeführt, kann das Farbband leicht reißen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verschweißen von Bandmaterial
mittels Ultraschall zur Herstellung von endlosen Bändern, insbesondere von Schreib- oder Farbbändern,
zu schaffen, deren Verbindungsstelle einwandfrei ausgebildet ist, so daß weder ein fehlerhafter Abdruck
beim Auftreffen des Typenhebels erzeugt wird noch ein Reißen des Bandes bei normaler Betätigung auftritt
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die den Anspruch 1 kennzeichnenden Merkmale gelöst
Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich aus utn den Anspruch 4
kennzeichnenden Merkmalen.
Eine Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der Beschreibung näher
erläutert Es zeigt
F i g. 1 eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung zum Verschweißen von Bandmaterial mittels Ultraschall
und die zugehörige Ultraschall-Schweißeinrichtung,
Fig.2 eine perspektivische Ansicht, teilweise im
Schnitt der Vorrichtung gemäß Fig. 1, wobei die Ultraschall-Schweißeinheit abgesenkt ist,
Fig.3 im Schnitt die Ultraschall-Schweißeinheit, die
Farbbandeinspannung und die Farbbandabschnitte kurz vor dem Verbinden,
Fig.4 eine Draufsicht auf die Bahnmaterial-Abschnitte
direkt nach dem Verbinden und
Fig.5 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, teilweise im Schnitt der Ausführungsform eines
Andruckbeines, das für eine Verwendung in der Vorrichtung nach F i g. 1 geeignet ist.
Wie in den F i g. 1 bis 3 dargestellt, besteht die mit 10 bezeichnete Vorrichtung aus einer Auflageplatte 12 und
einer oberen Platte 14, die mit einer Ultraschall-Schweißeinheit 16 mittels eines Schraubenbolzens
18 verbunden ist, der an der oberen Platte 14 mittels einer oder mehrerer Feststellmuttern 20
befestigt und mit der Ultraschall-Schweißeinheit 16 mittels üblicher Befestigungsmittel (nicht gezeigt)
verbunden ist.
Die Ultraschall-Schweißeinheit 16 weist einen Schalltrichter
24 mit einem blatt- oder klingenförmigen
Endteil 26 auf, der sich aus einer beweglichen Halterung 22 erstreckt, die mittels geeigneter Positionierungsmit- s
tel (nicht gezeigt) angehoben oder abgesenkt werden kann.
Wie in F i g. 1 gezeigt, ist die obere Platte 14 der
Bahnmaterial-Einspannvorrichtung 15 mit der Auflageplatte
12 mittels einer aus Führungen 28 und 30 bestehenden Ausrichteinrichtung verbunden, welche
mit der oberen Platte mittels Feststellmuttern 32 und 34 verbunden sind und die Bahnmaterial-Einspannvorrichtung
zur Auflageplatte 12 ausrichten. Die Verbindung der oberen Platte 14 sowohl mit der Halterung 22 der ts
Ultraschalleinheit mittels des Verbindungsbolzens 18 als auch mit der Auflageplatte 12 mittels der Führungen 28
und 30 gewährleistet, daß die obere Platte 14 der Bandeinheitspannvorrichtung bezogen auf die Auflageplatte
12 in Übereinstimmung mit der Anordnung des Ultraschall-Schweißtrichters angeordnet ist
Die obere Platte 14 besteht aus zwei Schulierieiien 38
und 40, die durch einen schmalen Verbindungsteil 36 verbunden sind, wodurch genügend freier Raum für den
Ultraschalltrichter 24 zur Verfügung steht Jeder Schulterteil weist mehrere Andruckbeine 42,42' auf, die
sich nach unten erstrecken, um mit geeigneten Ausnehmungen in der Aufnahmeplatte 12 zusammenzuwirken,
wie weiter unten erläutert ist
Mehrere Band-Positionierungsvertiefungen 52 sind in der oberen Oberfläche der Auflageplatte 12 ausgebildet
Diese Vertiefungen sind in einer X-förmigen Anordnung bzw. in Form eines spiegelbildlichen »V«
angeordnet, wobei die Spitzen der beiden V in einer Ausnehmung oder Vertiefung 54 im Mittelteil der
Auflageplatte 12 zusammenlaufen. Eine Amboßplatte 56 ist in der Vertiefung 54 befestigt
Die Amboßplatte weist einen Amboß 60 auf, der den Schnitt- oder Übergangswinkel der Auflagebereiche 52
halbiert Die obere ebene Oberfläche des Ambosses 60 wirkt mit Oer unteren ebenen Oberfläche des klingenförmigen
Teils 26 des Ultraschalltrichters 24 während des Verbindens der Bänder zusammen, wie im
folgenden beschrieben ist
Jeder Auflagebereich 52 weist eine vergrößerte kreisförmige Fläche 62 auf, die mit ctem Andruckglied 64
zusammenwirkt die mit den äußeren Andruckbeinen 42 verbunden sind. Außerdem weist jeder Band-Auflagebereich
52 der als Verliefung ausgeführt ist, eine Ausnehmung 66 auf, die mit dem Spannfuß 68
zusammenwirkt, der direkt oberhalb der Ausnehmung angeordnet und mit jedem inneren Andruckbein 42'
verbunden ist.
Wie aus den F i g. 2 und 3 zu ersehen ist, drücken die Band-Andruckglif der 64 bei Anordnung eines Bandendabschnitts
72 in den Auflagebereich 52 nach unten auf die Bandendabschnitte, um sie zu halten, während zur
gleichen Zeit die Spannfüße 68 einen Teil des Bandes nach unten in die Ausnehmungen 66 pressen und dabei
den Bandendabschnitt zwischen den Spannfüßen spannen und unbeweglich festhalten, damit ein korrektes
Schweißen vorgenommen werden kann.
Sollten zwei Bandendabschnitte 70 und 72 miteinander verbunden werden, so werden die Abschnitte in die
Auflagebereiche 52 über den Amboß 60 gelegt, wie aus den F i g. 1 bis 3 zu ersehen ist, worauf die Ulfraschall-Einheit
abgesenkt wird. Wie in Fig. 1 gezeigt, sind die relativen Stellungen der Andmckglieder 64 und der
Spannfüße 68 zum Unterteil des Ultraschalltrichters derart, daß bei Absenken der Einheit zuerst die
Andruckelieder 64 die auseinanderliegenden Teile eines Bandendabschnitts berührt, um diesen Bandendabschnitt
in bezug auf den Amboß und den Ultraschalltrichter festzuhalten. Während der Abwärtsbewegung
des Trichters pressen die Spannfüße 68 einen kleinen Teil des Bandes nach unten in die mit den Spannfüßen
zusammenwirkenden Ausnehmungen 66, um dem Band eine vorgegebene Spannung zu verleihen. Erst nachdem,
das Band in die Ausnehmungen 66 gedrückt und dadurch gespannt ist wird die Ultraschall-Schweißeinheit
vollständig abgesetzt
Wie in den F i g. 5 und 1 dargestellt ist müssen zur fehlerfreien Funktion der Vorrichtung die Andruckbeine
42 bzw. 42' eine vorspannende Bewegung in vertikaler Richtung ausführen, um die richtige Zusammenwirkung
zwischen den AndruckgHedera 64, den Spannfüßen 68 und der Ultraschall-Schweißeinheit zu
gewährleisten. Wie aus Fig.5 zu ersehen ist besteht
jedes Andruckbein 42 bzw. 42' aus f. ϊ&χ Mitielstange 74,
die vertikal bewegbar innerhalb eines rohrartigen
Gliedes 76 angebracht und nach unten mittels einer Feder 78 vorgespannt ist Die Mittelstange 74 weist
einen vergrößerten Kopf 75 auf, der an einer Endwand 77 in i'em rohrartigen Glied 76 anliegt Ein geeignetes
Andruckglied 64 oder ein Spannfuß 68 wird mit der beweglichen Mittelstange 74 verbunden, je nach
Funktion des betreffenden Andruckbeines. Das Andruckglied 64 wird mit der Mittelstange 74 mittels
Gewindeschrauben verbunden.
Wie in F i g. 5 gezeigt sind die Andruckbeine 42, 42' direkt mit der oberen Platte 14 verschraubt und werden
mittels üblicher mit einem Gewinde versehenen Feststelleinrichtung 80, die sich durch einen Kragen 82
erstrecken, in ihrer Stellung gehalten. Das in Fig.5
gezeigte Andruckbein 42,42' ermöglicht es, die von der
Feder 78 auf das Andruckbein ausgeübte Kraft einzustellen. Diese Einstellung wird initteL einer
Einstellschraube 84 vorgenommen, die mittels eines Gewindes mit dem oberen Teil des rohrartigen Gliedes
7& in Eingriff steht um die Feder 78 zwischen der Schraube 84 und dem vergrößerten Kopf 75 der
Mittelstange 74 um unterschiedliche Beträge zusammenzudrücken.
Die Andruckbeine 42' für die Spannfüße 68 weisen einen Stift 87 auf, der sich transversal von der
Mittelstange 74 durch einen länglichen Schlitz 88 in dem rohrartigen Glied 76 weg erstreckt Dieser Stift und die
Schlitzanordnung halten den Spannfuß 68 in einer vorgegebenen Aurrichtung zu den Ausnehmungen 66.
Im folgenden soll nun das erfindungsgemäße Verfahren
zur Verbindung vor. Bandmaterial insbesondere von Schreib- oder Farbbändern mittels Ultraschall beschrieben
werden.
Zum Verbinden von Bandendabschnitten werden die einzelnen Abschnitte 70 und 72 derart in den zueinander
ausgerichteten Auflagebereichen 52 der Auflageplatte 12 angeordnet daß sie sich unter einem Winkel über
dem Amboß 60 kreuzen. Durch Versuche wurde ermittelt, daß der beste Winkel for optimale Verbindungsergebnisse bei annähernd 30° liegt. Es» können
jedoch auch andere Winkel benutzt werden, um befriedigende Verbindungsergebnisse zu erzielen.
Nachdem die Bfndendabschnitte in den Auflagebereichen
52 angeordnet sind, wird die Abwärtsbewegung der Halterung 22 für den Schalltrichter 24 in Richtung
der Auflageplatte 12 begonnen. Wenn sich die
Halterung 22 abwärts bewegt, bewegt sich die mit der Halterung verbundene Platte 14 ebenfalls abwärts, so
daß die Paare sich diagonal gegenüberliegender Andruckglieder 64 mit ihren passenden Ausnehmungen
62 in den direkt unter ihnen liegenden Auflagebereichen in Eingriff treten, um jeden Bandendabschnitt in
richtiger relativer Position in den Auflagebereichen zu halten.
Bewegt sich die Halterung 22 weiter nach unten, so pressen die Spannfüße 68 dann Teile des Bandes in die
mit ihnen zusammenwirkenden Ausnehmungen 66, um die Bandendabschnitte 70 und 72 in Vorbereitung des
Schweibprozesses zu spannen. Obwohl F i g. 1 die
Vorrichtung bei Benutzung aller vier Spannfüße zeigt, kann die Verbindung auch ausgeführt werden, wenn
nicht alle Spannfüße in Betrieb sind. So kann es z. B. wünschenswert sein, lediglich einen der beiden Bandendabschnitte
zu spannen, was von den Eigenschaften des Bandes abhängt, oder aber einen oder beide
Bandendabschnitte lediglich mittels eines der sich diagonal gegenüberliegenden Paare von Spannfüßen zu
spannen.
Nachdem die Spannfüße 68 sich in ihrer Position befinden, bewegt sich die Ultraschall-Schweißeinheit 16
nach unten, bis sie die Stellung erreicht, in der die Spitze der Klinge 26 die übereinanderliegenden Bandendab-
«rhnitte 70 und 72 gegen die obere Oberfläche des
Ambosses 60 drückt, wenn der Ultraschall: ichter
betätigt wird. Die Schwingungen des Trichters werden den gespannten Bandendabschnitten 70 und 72 mitgeteilt
und verursachen durch das Aneinanderreihen der beiden Abschnitte eine Reibungswärme, die ausreicht,
das thermoplastische Material zu schmelzen, aus dem die Bandendabschnitte hergestellt sind, wodurch die
Bandendabschnitte miteinander verschmolzen werden. Außerdem reicht die von dem Schalltrichter auf die
Bandabschnitte nach unten gegen den Amboß ausgeübte Kraft aus, um die verschmolzenen Bandendabschnitte
in zwei separate symmetrische, V-förmige Abschnitte 70 und 72 zu trennen, wie in F i g. 4 gezeigt ist Nachdem
die verbundenen Bandendabschnitte aus der Vorrichtung sntnommen sind, werden die Abschnitte 70 und 72
auseinandergefaltet so daß das fertige Band völlig gerade ist und eine Verbindungsstelle aufweist die unter
einem Winkel von annähernd 30° zu den parallelen Seiten des Bandes verläuft
Das Verschmelzen der Bandendabschnitte während des Verbindungsvorganges tritt nur in einem sehr
begrenzten Bereich auf, wie er z. B. in F i g. 4 durch die Linie 68 dargestellt ist Die durch Reibung zwischen den
beiden Bandendab^chnitten erzeugte Wärme wird von
dem Amboß 60 isoliert, der als Wärmesenke wirkt um einen Großteil der überschüssigen während des
Verbindungsvorganges erzeugten Wärme abzuführen und einen Wärmeübergang auf umgebende Flächen der
Bandendabschnitte zu verhindern.
Wie aus F i g. 4 zu ersehen ist bilden die Bandendabschnitte 70 und 72 nach ihrer Verbindung eine
vollständige Bandanordnung, die sich in gefaltetem Zustand befindet und entfaltet werden muß, um einen
geraden verbundenen Bandabschnitt mit einer unter einem Winkel von 30° zu den Seiten des Bandes
verlaufenden Verbindungslinie zu bilden. Da das Band gefaltet ist wenn es verschmolzen wird, müssen die zu
verschmelzenden Bandendabschnitte einander gegenüberliegend in dem Positionierungsunterteil angeordne
werden, wenn eine kontinuierliche Oberfläche de: verschmolzenen Bandes gewünscht wird. Ist z. B. nur
eine Seite eines jeden Bandendabschnittes mit Farbe beschichtet, so müssen die Bandendabschnitte in dem
Positionierungsunterteil entweder mit den beschichteten Seiten zueinander oder voneinander weg gerichtet
angeordnet werden.
ίο Es wurde festgestellt, daß bei einer von jedem
Spannfuß 68 auf das Band aufgebrachten vorgegebenen Spannkraft von ungefähr 100 Pond und einem
vorgegebenen Bandverbindungswinkel von 15° höchst zufriedenstellende Ergebnisse erzielt wurden, die in
is einer Widerstandskraft der Schweißstelle von 23 bis
44 kp resultierten. Es ist auch möglich, eine bessere
Verbindung zu erhalten, wenn lediglich einer der beiden zu verbindenden Bandendabschn'tte gespannt wird. Γ;;,
verbunden werden, wenn lediglich der untere Bandendabschnitt 70 mittels der beiden Spannfuße 68 gespannt
wird. Obwohl dies nicht in gleichem Maße zufriedenstel lend ist wie das Spannen beider Bandendabschnitte an
zwei Punkten, würde hierdurch immer noch einer der zu verbindenden Bandendabschnitte festgehalten, so daß
die Bewegung des Ultraschalltrichters 24 eine relative Bewegung zwischen den Bandendabschnitten 70 und 72
erzeuget1! würde, die ausreicht, die Temperatur der
Bandabschnitte über die Schmelztemperatur des Bandmaterials zu erhöhen und die gewünschte Verbindung
herzustellen.
Wie bereits erwähnt, kann die den bandendabschnitten
erteilte Spannung durch Änderung des Kompressionsbetrages eingestellt werden, der sich für die
Andruckbeine bei der Bewegung der oberen Platte 14 von der angehobenen Position in die abgesenkte
Position ergibt Diese Einstellung der Bewegung kann durch Einstellen des Verbindungsschraubenbolzens 18
zwischen der oberen Platte 14 und der Halterung 22 erreicht werden.
Die Verwendung der Spannfüße zur Spannung des Bandes vor und während des Schweißvorganges fixiert
wirksam die Position der Bandendabschnitte, um jegliche mitschwingende Bewegung des Bandes während
des Schweißvorganges zu verhindern, und stellt daher sicher, daß den Bandendabschnitten mittels der
Ultraschall-Schweißeinheit eine maximale relative Bewegung erteilt wird, so daß optimale Schweißergebnisse
erzielt werden.
so Die koordinierte Anwendung von zusammenwirkenden Spannfüßen und Ausnehmungen sowie Band-rositionierungsvertiefungen
in dem Anordnungsunterteil gewährleistet, daß die zu verbindenden Bandendabschnitte
genau in vorgegebenen Stellungen ausgerichtet werden, wodurch ein optimales Schweißen der Bandendabschnitte
erreicht wird.
Die Verbindung zwischen der oberen Band-Spannvorrichtung und der Halterung der Ultraschall
Schweißeinheit ermöglicht es, den gesamten Schweiß Vorgang automatisch durchzuführen. Die Folge de!
verschiedenen Vorgänge wird durch die relativer Höhen der Andruckglieder 64, der Spannfüße 68 und
dem Klingenteil 26 der Ultraschall-Schweißeinheit It vorgegeben bzw. eingestellt
Claims (6)
1. Verfahren zum Verschweißen von Bandmaterial mittels Ultraschall, dadurch gekennzeichnet,
daß die freien Bandendabschnitte eines zu einem endlosen Band zu formenden Bandes unter
einem bestimmten Winkel relativ zueinander übereinandergelegt, die Bandendabschnitte festgeklemmt,
mindestens ein Bandendabschnitt im Oberlappungsbereich vorgespannt und die Bandendabschnitte
im Überlappungsbereich mittels Ultraschall verschweißt werden, daß die Schweißnaht winkelig,
insbesondere unter einem Winkel von 30° zu den Bandseiten verläuft und daß nach der Verschwel· is
Bung der Endabschnitte im Überlappungsbereich die verbundenen Endabschnitte derart getrennt werden,
daß ein endloses Band entsteht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden Bandendabschnitte vor und während des Schweißvorganges vorgespannt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandendabschnitte durch
Deformierung des Bandendabschnittes an im Abstand angeordneten Stellen auf dem Bandendabschnitt
vorgespannt werden.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5, gekennzeichnet durch
eine obere, mit der Ultraschall-Schweißeinheit (16) verbundene, vertikal verschiebbare Platte (14) und
eine mit dieijr Platte (14) über Führungen (28, 30)
ausgerichtete, die Bardendab.'chnitte aufnehmende
Auflageplatte (12), durch mit der oberen Platte (14) verbundene, vertikal vorgespannte Andruckbeine
(42, 64) und durch mit der oberen Platte (14) verbundene, vertikal vorgespannte Spannfüße (68),
die in Ausnehmungen (66) in der Auflageplatte (12) im Auflagebereich (52) der Bandendabschnitte unter
Deformierung der Bandendabschnitte einführbar *o sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Feder (78) die Andruckbeine (42,
64) und die Spannfüße (68) vorspannt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannkraft der Andruckbeine
(42, 64) und der Spannfüße (68) einstellbar ist.
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