DE3734855A1 - Ultraschallvorrichtung zum verbinden und trennen von flaechenmaterial - Google Patents

Ultraschallvorrichtung zum verbinden und trennen von flaechenmaterial

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Verbinden von zwei oder mehr als zwei aneinandergelegten Schichten von Flächenmaterial, von denen wenigstens eine Schicht thermoplastisches Material enthält, durch Ultraschallenergie und betrifft insbesondere eine Vorrichtung zum Verbinden von solchem Flächenmaterial gemäß einem gewünschten Muster und zum anschließenden Trennen des verbundenen Materials von dem umgebenden Material.
Ganz besonders befaßt sich die Erfindung mit einer Vorrichtung zum Ultraschallverbinden von zwei oder mehr als zwei aneinandergelegten Flächenmaterialschichten unter Verwendung eines bei einer bestimmten Ultraschallfrequenz in Resonanz befindlichen Resonators, der in Verbindung mit einer gemusterten Gegentrommel arbeitet, und unter Verwendung einer zweiten Trommel, die in Verbindung mit der Gegentrommel arbeitet, wobei die zweite Trommel eine gemusterte Schneidfläche hat, die mit dem Muster der Gegentrommel im wesentlichen identisch ist, zum Abtrennen der verbundenen Teile, die gemäß dem Muster verbunden worden sind, von dem umgebenden Flächenmaterial.
Die Verwendung von gemusterten Gegentrommeln in Verbindung mit einem oder mehreren Ultraschallresonatoren zum Verbinden von Flächenmaterial gemäß einem vorbestimmten Muster ist bekannt, vgl. z.B. die US-PS 37 33 238 und 44 30 148. Das erhabene Muster auf der Gegentrommel bildet den Ort, wo das Flächenmaterial verbunden wird, und ist im allgemeinen so geformt, daß sich ein gefälliges Aussehen ergibt.
Die US-PS 35 62 041 zeigt eine Anordnung, bei der eine Trommel (Fig. 4) längs ihres Umfangs mit Musterflanschen versehen ist. Jeder Musterflansch wird der Einwirkung eines mit Ultraschallfrequenz schwingenden Resonators ausgesetzt, um textiles Flächenmaterial zu verbinden, das zwischen der in Resonanz schwingenden Ausgangsfläche des Resonators und der erhabenen Oberfläche des Musterflansches angeordnet ist. Diese US-Patentschrift zeigt als ein Beispiel die Herstellung von Hemdärmelmanschetten. Das verbundene Material, beispielsweise eine Hemdärmelmanschette, wird von dem umgebenden Material in einer anschließenden und separaten Scherstation, die ein Scherwerkzeug aufweist, abgetrennt.
Die Verwendung einer separaten Scherstation zum Abschneiden des verbundenen Flächenmaterials von dem umgebenden Material wird bei einer Anordnung vermieden, die aus der US-PS 39 39 033 bekannt ist. Gemäß dieser US-Patentschrift ist die Trommel mit erhabenen Flächen versehen, die als Schweißflächen dienen, darüber hinaus sind aber Schneidflächen angrenzend an die Schweißflächen vorgesehen, wobei die Schneidflächen etwas mehr erhaben sind, so daß sie sich etwas oberhalb der Ebene der Schweißflächen befinden. Infolgedessen wird Flächenmaterial, das durch den Spalt zwischen der Ausgangsfläche des Resonators und der Trommel hindurchgeführt wird, in einem einzigen Durchgang durch den Spalt gleichzeitig verschweißt und geschnitten. Eine zweite, separate Scherstation wird vermieden. Die Praxis hat gezeigt, daß bei der letztgenannten Anordnung die Schneidfläche Verschleiß ausgesetzt ist, und zwar wegen der wiederholten hohen Kraft, mit der der Resonator auf die relativ schmale und scharfe Schneidfläche auftrifft.
Je nach Verwendungszweck und Material kann der Verschleiß sehr schnell erfolgen, so daß die Vorrichtung nach nur wenigen Betriebsstunden funktionsuntüchtig wird.
Die Erfindung betrifft eine verbesserte Anordnung, bei der zwei Trommeln benutzt werden, die sich gegenläufig drehen. Eine erste Trommel ist mit erhabenen Flächen versehen, welche dem Muster entsprechen, gemäß welchem Flächenmaterial verbunden werden soll, das durch den Spalt zwischen der Ausgangsfläche eines Resonators und der ersten Trommel hindurchgeführt wird. Eine zweite Trommel, die sich an der ersten Trommel dreht, ist mit erhabenen Schneidflächen versehen, die, wenigstens zum Teil, dem Muster auf der ersten Trommel entsprechen. Wenn das verbundene Flächenmaterial den Spalt zwischen dem Resonator und der ersten Trommel verläßt, wird das Material um die erste Trommel herum zu einem zweiten Spalt gefördert, der zwischen der ersten Trommel und der zweiten Trommel gebildet ist, und wenn sich das Material durch den zweiten Spalt hindurchbewegt, wird das Material durch die Zusammenwirkung zwischen dem Muster auf der ersten Trommel und den ihm gegenüberliegenden Schneidmusterflächen auf der zweiten Trommel geschnitten. Die Schneidfläche ist somit nicht dem Aufprall der Resonatorausgangsfläche ausgesetzt. Dadurch, daß die Schweißfläche der ersten Trommel mit einer Ausnehmung oder Nut versehen ist, die mit der Front der Schneidfläche der zweiten Trommel kämmt, wird das dazwischen angeordnete Flächenmaterial von dem umgebenden Material sicher getrennt.
Die Erfindung schafft also eine neue und verbesserte Vorrichtung zum Ultraschallverbinden von nebeneinandergelegten Flächenmaterialschichten und zum anschließenden Abtrennen des verbundenen Materials von dem umgebenden Material.
Weiter schafft die Erfindung eine neue und verbesserte Vorrichtung zum Ultraschallverbinden und Durchtrennen von Flächenmaterial unter Verwendung einer ersten Trommel zum Verbinden des Flächenmaterials gemäß einem vorbestimmten Muster und einer zweiten Trommel zum Trennen des verbundenen Materials von dem umgebenden Abfallmaterial.
Ferner schafft die Erfindung eine Vorrichtung zum Verbinden von nebeneinandergelegten Flächenmaterialschichten unter Verwendung eines Ultraschallresonators, der in Verbindung mit einer ersten Trommel arbeitet, die ein Muster von Schweißflächen an ihrem Umfang hat, und einer zweiten Trommel, die mit der ersten Trommel zusammenwirkt und ein Muster von Schneidflächen hat, welche dem Muster von Schweißflächen gegenüberliegen, wodurch, wenn sich die Trommeln gegeneinander drehen, das geschweißte Material geschnitten wird, wenn das geschweißte Flächenmaterial durch den Spalt zwischen der ersten und der zweiten Trommel hindurchgeführt wird.
Außerdem schafft die Erfindung eine Ultraschallschweiß- und Schneidvorrichtung für Flächenmaterial, die keinem übermäßigen Verschleiß ausgesetzt und daher sehr zuverlässig und langlebig ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Vorderansicht der Vorrichtung nach der Erfindung,
Fig. 2 eine Seitenansicht der Vorrichtung, und
Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht, die die einander gegenüberliegenden Schweiß- und Schneidflächen zeigt.
In den Fig. 1 und 2 bezeichnen die Bezugszahlen 10 und 12 zwei drehbar befestigte Trommeln, die durch eine Antriebseinrichtung 14 über mechanische Einrichtungen 16 und 18 angetrieben werden und sich synchron gegeneinander drehen. Die Trommel 10 ist an ihrem Umfang mit einem Muster von erhabenen Schweißflächen 20 versehen, bei denen es sich in dem dargestellten Ausführungsbeispiel um kreisringförmige Flächen handelt, beispielsweise zum Herstellen von Filterscheiben, die am Umfang zusammengeschweißt sind. Ein komplementäres Muster von Schneidflächen 22 ist auf der Trommel 12 vorgesehen, und beide Muster und Trommeln sind so angeordnet, daß ein Schweißflächenmusterteil der Trommel 10 einem Schneidflächenmusterteil 22 der Trommel 12 gegenüberliegt, wenn sich die durch die Antriebseinrichtung 14 angetriebenen Trommeln 10 und 12 synchron drehen.
Ein Resonator oder Horn 24, das so bemessen ist, daß es bei einer vorbestimmten Ultraschallfrequenz in Resonanz ist, hat eine Ausgangsfläche 26, die gegenüber der Oberfläche der Trommel 10 angeordnet ist. Der Resonator hat üblicherweise den aus der o.g. US-PS 35 62 041 oder aus der US-PS 31 13 225 bekannten Aufbau. Resonatoren dieses Typs sind bekannt und werden üblicherweise als klingenförmige Resonatoren bezeichnet. Resonatoren dieses Typs werden entweder einzeln oder in einem Feld benutzt, wenn breites Flächenmaterial zu verschweißen ist, vgl. die o.g. US-PS 37 33 238. Die Ausgangsfläche 26 bildet zusammen mit dem Umfang der Trommel 10 einen Spalt, durch den aneinander angeordnete Schichten von Flächenmaterial M gefördert werden. Zum Verbinden des Flächenmaterials ist es notwendig, daß wenigstens eine der übereinander angeordneten Flächenmaterialschichten thermoplastisches Material enthält. Wenn der Resonator 24 mit einer Ultraschallfrequenz in Resonanz versetzt wird und die Ausgangsfläche 26 zu dem Umfang der Trommel 10 hin und von derselben weg ausgelenkt wird, wird das Flächenmaterial M durch den Spalt zwischen der Trommel 10 und dem Resonator 24 hindurchbewegt. Die erhabenen Schweißflächen 20 bilden Amboß- oder Gegenflächen für das Flächenmaterial. Aufgrund der Abgabe von Ultraschallenergie an die Materialschichten werden diese entsprechend dem Muster der Schweißflächen 20 miteinander verbunden, was im Stand der Technik bereits umfangreich beschrieben worden ist. Um den Resonator in Resonanzschwingung versetzen zu können, ist der Resonator mit einem elektroakustischen Wandler gekoppelt, der mit elektrischer Energie aus einem elektrischen Hochfrequenzgenerator gespeist wird, vgl. die o.g. US-PS 31 13 225.
Bei der hier beschriebenen Vorrichtung wird das Flächenmaterial M, nachdem es durch den Spalt zwischen dem Resonator 24 und der Trommel 10 hindurchgeführt worden ist, um den Umfang der Trommel 10 zu einem zweiten Spalt gefördert, der zwischen den Trommeln 10 und 12 gebildet ist, vgl. Fig. 2. Wenn das Flächenmaterial durch diesen zweiten Spalt gefördert wird, wird das verbundene und verschweißte Flächenmaterial durch Zusammenwirkung der einander gegenüberliegenden Schweißflächen 20 an der Trommel 10 und der Schneidfläche 22 an der Trommel 12 durchgeschnitten. Abgetrennte Stücke M 1 fallen in einen Behälter 30.
Fig. 3 zeigt eine typische und bevorzugte Ausführungsform der Schweiß- und Schneidflächen, die am Umfang der Trommeln angeordnet sind, und veranschaulicht das Zusammenwirken dieser Flächen. Die Bezugszahl 20 bezeichnet einen Teil des Schweißflächenmusters, der einem Teil 22′ des Schneidflächenmusters gegenüberliegt. Die erhabene, ebene Schweißfläche 20 ist mit einer Nut 21 versehen, die relativ zu der Breite der Schweißfläche mittig angeordnet ist. Auf komplementäre Weise ist die Schneidfläche 22′ so geformt, daß sie eine Schneidkante aufweist, die in die Nut 21 eindringt. Bei dazwischen angeordnetem Flächenmaterial M wird ein Schneidvorgang ausgeführt, um das verbundene Flächenmaterial M durchzutrennen. Wichtig ist bei der gezeigten Anordnung, daß die Schneidfläche 22 keinem wiederholten hohen g-Kraftstoß durch den Ultraschallresonator 24 ausgesetzt ist und deshalb für lange Zeit scharf bleibt.
In einer alternativen Ausführungsform kann die Nut 21 am äußeren Rand der Schweißfläche angeordnet sein.
Als Ergebnis der Verwendung von komplementären Trommeln wird der Prozeß des Verbindens und Durchtrennens von Flächenmaterial stoßfrei und kontinuierlich ausgeführt. Während des Betriebes müssen Teile des Schweißflächenmusters 20 auf der Trommel 10 gegenüber komplementären Teilen des Schneidflächenmusters 22 auf der Trommel 12 zu liegen kommen, so daß die Muster auf die dargestellte Weise miteinander kämmen. Synchrones Drehen beider Trommeln erfolgt durch die Antriebseinrichtung 14.

Claims (6)

1. Vorrichtung zum Verbinden von zwei oder mehr als zwei nebeneinandergelegten Schichten von Flächenmaterial (M), wobei wenigstens eine der Schichten thermoplastisches Material enthält, gemäß einem gewünschten Muster, gekennzeichnet durch:
eine erste drehbar befestigte Trommel (10), die ein Muster von erhabenen Schweißflächen (20) an ihrer Oberfläche hat, wobei das Muster dem gewünschten Muster entspricht;
eine zweite drehbar befestigte Trommel (12), die an ihrer Oberfläche ein Muster von erhabenen Schneidflächen (22) hat, welches wenigstens zum Teil dem Muster von Schweißflächen (20) entspricht, wobei die zweite Trommel (12) gegenüber der ersten Trommel (10) so befestigt ist, daß zwischen ihnen ein Spalt vorhanden ist, durch den Flächenmaterial (M) bei Drehung der Trommeln (10, 12) hindurchgefördert wird, wodurch aufeinanderfolgende Teile (22′) der Schneidflächen (22) gegenüber entsprechenden Teilen (20′) der Schweißflächen (20) zu liegen kommen;
einen Resonator (24), der im Ultraschallfrequenzbereich an einer Ausgangsfläche (26) schwingen kann, und so befestigt ist, daß die Ausgangsfläche (26) und die erste Trommel (10) einen weiteren Spalt bilden, durch den die Schichten von nebeneinandergelegtem Flächenmaterial (M) bei der Drehung der ersten Trommel (10) hindurchgefördert werden, wodurch, wenn der Resonator (24) in Resonanzschwingung versetzt und gegen das Muster von Schweißflächen (20) bewegt und das Flächenmaterial (M) durch den zwischen der Ausgangsfläche (26) und der ersten Trommel (10) gebildeten weiteren Spalt gefördert wird, die nebeneinandergelegten Schichten gemäß dem Muster von Schweißflächen (20) miteinander verschweißt werden, und, wenn das Flächenmaterial (M) durch den Spalt zwischen der ersten Trommel (10) und der zweiten Trommel (12) gefördert wird, die verschweißten Schichten gemäß dem Muster von Schneidflächen (22) der zweiten Trommel (12) durchgetrennt werden.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (14) zum synchronen Drehen der Trommeln (10, 12).
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonator (24) klingenförmig ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißflächen (20) mit einer Nut (21) versehen sind und daß die Schneidflächen (22) in die Nut (21) eindringen, um die verschweißten Schichten des Flächenmaterials (M) durchzutrennen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erhabenen Schweißflächen (20) eine ebene obere Fläche aufweisen und daß die Nut (21) längs der Breite der ebenen Fläche im wesentlichen mittig angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Flächenmaterial (M) zuerst durch den weiteren Spalt zwischen der Ausgangsfläche (26) und der ersten Trommel (10), dann um einen Teil der ersten Trommel (10) und danach durch den Spalt zwischen der ersten und der zweiten Trommel (10, 12) gefördert wird.
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