DE3813187A1 - Verfahren und vorrichtung zum ultraschallschweissen - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine
Vorrichtung zum Ultraschallschweißen von geschichtetem
Material mit kontinuierlichem Transport des Materials
während der Schweißung.
Die Verschweißung zweier flach aufeinanderliegender
Schichten aus verschweißbarem Material im Stillstand
durch Beaufschlagung mit Ultraschall senkrecht zur
Schichtebene ist bekannt. Vorrichtungen zur Durch
führung einer solchen Verschweißung bestehen aus
einer Sonotrode und einem dieser gegenüber ange
ordneten Amboß, die bei der Schweißung beide mit
hohem Druck gegeneinandergepreßt werden. Der An
preßdruck der Sonotrode gegen den Amboß kann 1000 N
übersteigen. Mit dem entsprechenden Druck werden
demzufolge auch die beiden miteinander zu ver
schweißenden Schichten gegeneinandergepreßt. Geeig
net für die Verschweißung im Ultraschallverfahren
sind vor allem Kunststoffe oder Papierbahnen mit
einer Kunststoffbeschichtung.
Aus der DE-PS 28 33 577 ist ein Verfahren zum
Ultraschallschweißen von flach aufeinanderliegenden
Schichten aus verschweißbarem Material, zum Beispiel
Kunststoff, kunststoffbeschichtetem Papier oder
dergleichen bekannt, bei dem der Materialtransport
während der Schweißung kontinuierlich aufrecht
erhalten werden kann. Dies geschieht durch Neigung
der Schwingungsrichtung der Sonotrode gegenüber der
Normalen des geschichteten Materials entgegen der
Vorschubrichtung des Materials. Entsprechend ist bei
der aus dieser Druckschrift bekannten Vorrichtung die
Sonotrode entgegen der Vorschubrichtung des Materials
geneigt, und ein Rollenamboß vorgesehen, der sich mit
einer an den Vorschub des Materials angepaßten
Umfangsgeschwindigkeit dreht. Der Vorschub des
Materials wird durch eine zusätzliche Förder
einrichtung bewirkt. Bekannt sind hieraus auch
seitliche Leitschienen zur Führung des Materials bei
seinem Transport durch die Schweißvorrichtung. Durch
die Neigung der Sonotrode werden die das Material
gegen den Amboß pressenden Amplitudenspitzen der
Ultraschallschwingungen nur mit einer vertikal auf
die Amboßberührung gerichteten Komponente wirksam, so
daß zur Kompensation dieses Energieverlustes eine
höhere Schwingungsenergie als bei dem noch allgemein
gebräuchlichen Ultraschallschweißen im Stillstand des
Materials aufzuwenden ist. Bei Anpreßdrucken für die
Sonotrode von mehr als 1000 N wird der in Richtung
der Normalen auf das flach geschichtet aufein
anderliegende und miteinander zu verschweißende
Material wirksame Schwingungsrichtung bevorzugt.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines
Verfahrens und einer Vorrichtung zur Durchführung der
Ultraschallschweißung bei kontinuierlich transpor
tiertem Material mit einer in Richtung der Normalen
auf die Amboßfläche wirksamen Schwingungsrichtung.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist nach dem Verfahren des
Patentanspruches 1 eine periodische Unterbrechung des
Schweißkontaktes durch pulsierende Aufhebung bzw.
Minderung des Schweißdruckes vorgesehen.
Dadurch wird erreicht, daß die Schallschwingungen,
wie bei der Beaufschlagung des Materials im
Stillstand, senkrecht auf das Material wirken können,
obwohl dieses Material bei der Schweißung
kontinuierlich transportiert wird.
Die weitere Ausgestaltung dieses Verfahrens nach den
Ansprüchen 2 und 3 begünstigt dessen Durchführung, wie
weiter unten noch im einzelnen erläutert wird.
Zur Durchführung dieses Verfahrens benutzt die
Erfindung eine Vorrichtung, bei der entsprechend dem
Stande der Technik wenigstens eine Sonotrode mit einer
drehbar gelagerten Amboßrolle zusammenwirkt und
Transportmittel sowie Führungen für das Material vor
und hinter der durch die Lage der Sonotrode
definierten Schweißstelle vorgesehen sind. Eine solche
Vorrichtung ist erfindungsgemäß mit den Merkmalen nach
dem Kennzeichen des Anspruches 4 ausgebildet.
Bei dieser Vorrichtung werden als Amboß lediglich die
Kopfflächen der Umfangsverzahnung der Amboßrolle
wirksam, so daß geringe Kontaktflächen entstehen, die
zu einer Reduzierung der aufzuwendenden Energie
erheblich beitragen. Unter Anwendung des erfindungs
gemäßen Verfahrens beträgt der Energieaufwand für die
Schweißung in einer Vorrichtung mit diesen Merkmalen
weniger als 1/4 der bei herkömmlichen Schweißver
fahren aufzuwendenden Energie.
Eine besondere Ausgestaltung der Erfindung stellen die
Merkmale des Anspruches 5 dar. In die hier
beschriebenen Führungen ist die Amboßrolle ziemlich
genau eingepaßt, so daß die Verzahnung bei der Drehung
der Amboßrolle nur mit ihren Spitzen durch einen
Schlitz in der Führung über deren Oberfläche
hinausragt. Diese Führungen bewirken daher einerseits
eine Vergrößerung der Masse des Amboßrades und wirken
andererseits als Abstreifvorrichtung, so daß das
Material nicht an den Spitzen der Verzahnung der
Amboßrolle haften bleiben kann. Dazu wirkt die die
Amboßrolle umkleidende Führung mit der die Sonotrode
umkleidende Führung zusammen, die beide vorteilhaft im
Abstand voneinander einstellbar sind, um den Spalt
zwischen beiden Führungen an die Dicke des Materials
anpassen zu können.
Die Ansprüche 7 bis 9 enthalten Merkmale für die
vorteilhafte Weiterbildung der Vorrichtung nach den
Ansprüchen 4 bis 6.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist auf der
Zeichnung dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer
Vorrichtung zum Ultraschallschweißen
in Seitenansicht und
Fig. 2 in einem gegenüber Fig. 1 vergrößerten
Maßstab einen Schnitt nach der Linie
II-II der Fig. 1.
Bei dem Ausführungsbeispiel ist die Sonotrode 1
feststehend mit senkrechter Achse über einem drehbar
gelagerten Amboß 4 angeordnet, so daß die Spitze der
Sonotrode 1 dem rollenförmigen Amboß 4 etwa am
Scheitelpunkt größter Nähe senkrecht gegenüberliegt.
Eine Materialführung 2 umschließt die Spitze der
Sonotrode 1, und eine weitere Materialführung 3 umgibt
den oberen Bereich des rollenförmigen Ambosses 4.
Zwischen der Spitze der Sonotrode 1 und der Amboßrolle
4 wird mittels Transportrollen 6 das zu verschweißende
Material aus den beiden Schichten 7 und 8
hindurchgeführt.
Am Umfange des Amboß 4 sind in vorzugsweise
gleichbleibender Teilung radial gerichtete,
zahnartige Vorsprünge 9 ausgebildet, deren
Umfangsfläche die Gegenfläche für die Sonotrode 1 bei
der Durchführung des Schweißvorganges bildet. Beim
kontinuierlichen Transport der miteinander zu
verschweißenden Materialschichten 7 und 8 wälzt sich
der Amboß 4 mit seinen Vorsprüngen 9 an der
zugewendeten Materialschicht 7 ab. Die Vorsprünge 9
kommen dabei schrittweise nacheinander einzeln in
eine Position, in der sie mit ihrer Stirnfläche der
Sonotrode gegenüberliegen. Bei angetriebener Dreh
bewegung des Ambosses 4 können die jeweils benach
barten Vorsprünge 9 zum Transport der Material
schichten 7 und 8 herangezogen werden. Durch diese
Ausbildung wird die gesamte Schweißenergie temporär
auf eine kleine Fläche konzentriert, wodurch eine
sehr feste Verbindung der beiden Schichten 7 und 8
erfolgt. Die Kontur der Vorsprünge 9 kann in
Abhängigkeit der zu verschweißenden Materialien
gestaltet werden. Bei physikalisch gleichgeordneten
Materialien ist nur eine kleine Fläche zum
Verschweißen erforderlich, so daß in diesem Fall eine
sehr hohe Energie auf eine kleine Fläche konzentriert
ist. Bei unterschiedlichen Materialien oder
beschichteten Materialien kann die Stirnfläche der
Vorsprünge 9 entsprechend vergrößert werden.
Die miteinander zu verschweißenden Schichten 7 und 8
des Materials werden an der Schweißstelle durch die
Führungen 2 und 3 stabilisiert, so daß sie in
sicherer Aufeinanderlage durch den Schweißbereich
geführt werden. Die Führung 2 umschließt die Spitze
der Sonotrode 1 und entsprechend eng umgibt auch die
Führung 3 den oberen Bereich der Amboßrolle 4, so daß
die Vorsprünge 9 nur einen Schlitz der die
Führungsbahn für das zu verschweißende Material
bildenden Oberfläche der Führung 3 durchgreift. Der
Abstand der Führungen 2 und 3 voneinander ist
einstellbar, um eine Anpassung an unterschiedliche
Schichtdicken vornehmen zu können. Anstelle der auf
der Zeichnung dargestellten geraden Führung der
Schichten 7 und 8 können die einander mit einem
Abstand entsprechend der Dicke der beiden Schichten 7
und 8 gegenüberliegenden Oberflächen der Führungen 2
und 3 auch leicht gekrümmt ausgebildet sein, um den
Schweißvorgang zu begünstigen, wobei der größere
Vorteil einer konvexen oder einer konkaven Krümmung
empirisch ermittelt werden kann. Die Führungen 2 und
3 wirken gleichzeitig als Abstreifer. Sofern
unterschiedliche Schichtdicken stark plastifizieren,
werden Kunststoffreste, insbesondere durch die
Führung 3, von den Vorsprüngen 9 des Ambosses 4
abgenommen. Sehr kleine Vorsprünge 9 mit
entsprechend punktförmigen Schweißflächen werden
vorteilhaft am Umfang eines Flansches ausgebildet,
der sich radial am Umfange einer sonst sehr massiv
ausgebildeten Amboßrolle erstreckt.
Claims (9)
1. Verfahren zum Ultraschallschweißen von geschich
tetem Material unter hohem Druck durch Ultra
schallschwingungen, bei dem das Material während des
Schweißens transportiert wird, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Schweißkontakt durch Aufhebung bzw.
Minderung des Anpreßdruckes periodisch pulsierend
unterbrochen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Schweißkontakt durch Scheitelkontakt einer
unterbrochenen Abwälzbewegung herbeigeführt wird.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch
gekennzeichnet, daß das Material für die Schweißung
leicht gekrümmt wird.
4. Vorrichtung zum Ultraschallschweißen von
geschichtetem Material, bei der wenigstens eine
Sonotrode mit einer drehbar gelagerten Amboßrolle
zusammenwirkt und Transportmittel sowie Führungen für
das Material vor und hinter der durch die Lage der
Sonotrode definierten Schweißstelle vorgesehen sind,
gekennzeichnet durch eine Umfangsverzahnung der
Amboßrolle aus Vorsprüngen (9) mit einer Teilung der
Verzahnung, die größer ist als die Breite der
Sonotrode (1) in Transportrichtung des Materials und
durch Führungen (2, 3), die das Material vor und
hinter der Schweißstelle zwischen sich aufnehmen und
dessen Schichten (7, 8) vor der Schweißstelle in
Richtung der Schwingungsamplituden glatt aufein
anderliegend zusammenführen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Führungen (3) die Amboßrolle (4)
und die Sonotrode (1) teilweise umschließen und
zwischen sich einen Spalt bilden, in dem das Material
geführt ist.
6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch
gekennzeichnet, daß als Amboßrolle (4) ein Zahnrad
Verwendung findet, dessen Zähne (9) im Bereich der
Schweißstelle einen Schlitz der das Zahnrad teilweise
umschließenden und eine gerade Führungsbahn für das
Material bildenden Führung (3) durchgreifen.
7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Abstand der Führungen (2, 3)
voneinander einstellbar ist.
8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der
Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die
Vorsprünge (9) der Amboßrolle (4) durch eine
Verzahnung mit punktförmig gestalteten Zahnkopf
flächen gebildet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Vorsprünge (9) der Amboßrolle (4)
in einem Radialflansch einer im übrigen massiv
ausgebildeten Amboßrolle (4) angeordnet ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3813187A DE3813187A1 (de) | 1988-04-20 | 1988-04-20 | Verfahren und vorrichtung zum ultraschallschweissen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE3813187A DE3813187A1 (de) | 1988-04-20 | 1988-04-20 | Verfahren und vorrichtung zum ultraschallschweissen |
Publications (2)
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DE3813187A1 true DE3813187A1 (de) | 1989-11-02 |
DE3813187C2 DE3813187C2 (de) | 1990-08-23 |
Family
ID=6352422
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE3813187A Granted DE3813187A1 (de) | 1988-04-20 | 1988-04-20 | Verfahren und vorrichtung zum ultraschallschweissen |
Country Status (1)
Country | Link |
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