DE4105013A1 - Verfahren und vorrichtung zum fortlaufenden ultraschallverschweissen von materialbahnen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum fortlaufenden ultraschallverschweissen von materialbahnen

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum fortlaufenden Ultraschallverschweißen von Materialbahnen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bekannt ist das kontinuierliche Ultraschallschweißen von Material, z. B. Folien oder anderen Thermoplastbahnen mit Ultraschall in einer Art Ultraschall-Nähmaschine. Dabei werden die zu verschweißenden Materialien zwischen der Stirnseite einer Sonotrode und einem als Amboß dienenden Rad gefördert. Durch Federdruck werden entweder das Rad oder die Sonotrode jeweils gegen das Gegenstück angepreßt und erfolgt zwischen Rad und Sonotrode durch Wärmeentwicklung die Ver­ schweißung. Ein erheblicher Nachteil des bekannten Verfah­ rens liegt darin, daß das zu schweißende Material aufreißt, Löcher im Material entstehen und/oder sich sehr schlechte Schweißnähte ergeben, wenn das zu verschweißende Material eine bestimmte Schichtdicke übersteigt oder aber auch eine bestinmte Oberfläche hat. Dann nämlich wird das Material am Einlauf zwischen Sonotrode und Rad zerstört und ein einwand­ freies Schweißen kann nicht mehr durchgeführt werden. Auch Führungsvorrichtungen verbessern das bekannte Verfahren nicht.
Deshalb liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Ver­ fahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit der es möglich ist, eine saubere und fortlaufende Verschweißung solcher Materialien zu erzielen, die bisher beim Verschweißen aus den angegebenen Gründen zu Beanstandungen geführt haben. Es handelt sich dabei insbesondere um dickwandige und oberflä­ chenempfindliche Materialien.
Die genannte Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Ansprüche 8, 9 und 10 betreffen besonders vorteilhafte Vorrichtungen zum Durch­ führen des Verfahrens.
Erfindungsgemäß erfolgt das Verschweißen taktweise oder intermittierend. Beim intermittierenden Verschweißen werden die Materialien abwechselnd angehalten und weitergefördert. Während des Anhaltens wird der Schweißdruck aufgebracht und somit der Schweißvorgang durchgeführt. Anschließend wird der Schweißspalt geöffnet und die Materialien werden weitergefördert. Beim taktweisen Verschweißen wird während des Förderns der Materialien der Schweißdruck abwechselnd aufgebracht, vorzugsweise in einer schwingenden Bewegung, so daß auch hier anschließend an einen Schweißtakt der Schweißspalt öffnet und die Materialien für das weitere Fördern freikommen. Die schwingende Bewegung erfolgt mit verhältnismäßig niedriger Frequenz.
Die kontinuierliche Schweißnaht entsteht dementsprechend aus einer Reihe von einander überlappenden Schweißabschnitten. Die Fördergeschwindigkeit der Materialien und die Dauer des Abhebens bzw. die Dauer des Schweißtaktes muß im richtigen Verhältnis stehen, so daß eine kontinuierliche Schweißnaht ensteht. Somit können erfindungsgemäß die im Einlaufwinkel zwischen der Sonotrode und dem Amboß auftretenden Materialverformungen vermieden werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand der Fig. 1-4 der Zeichnung näher erläutert, in denen je­ weils eine Seitenansicht der Schweißvorrichtung dargestellt ist.
In Fig. 1 laufen zwischen der unteren flachen Stirnseite einer Sonotrode 1 und einem als Amboß dienenden, drehbar angetriebenen Rad 2 die zu verschweißenden Materialbahnen 3 und 4. Das Rad 2 ist in Pfeilrichtung angetrieben und die Materialbahnen werden ebenfalls in Pfeilrichtung 5 geför­ dert. Die Sonotrode 1 ist an einem nicht dargestellten Ultraschallwandler befestigt und ist in Pfeilrichtung 6 senkrecht bewegbar.
Das Abheben und Aufdrücken der Sonotrode 1 erfolgt synchron mit dem intermittierenden Antrieb des Rades 2. Der hierzu erforderliche Antrieb ist nicht dargestellt, besteht jedoch aus herkömmlichen Bauteilen, z. B. aus einem geeigneten Getriebe.
Während das Rad 2 stillsteht, senkt sich die Sonotrode 1 ab und es erfolgt die Verschweißung. Anschließend hebt die Sonotrode 1 ab und das Rad 2 wird drehbar angetrieben, um die Materialbahnen 3 und 4 weiter zu fördern. Anschließend wird das Rad 2 wieder stillgesetzt und der Schweißvorgang erfolgt von neuem, wobei die einzelnen Schweißabschnitte in Förderrichtung überlappen müssen, damit eine kontinuierliche Schweißnaht entsteht. Werden die Materialien außerdem von einer nicht dargestellten zusätzlichen Fördereinrichtung transportiert, so muß auch diese synchron mit der Sonotrode 1 und dem Rad 2 angetrieben sein.
In Fig. 2 ist die gleiche Vorrichtung wie in Fig. 1 darge­ stellt, die auch mit den gleichen Bezugszeichen versehen ist. Dabei ist jedoch die Sonotrode 1 ortsfest angeordnet und das Rad 2 wird in Pfeilrichtung 6 angedrückt und abgeho­ ben. Im übrigen ist die Arbeitsweise gleich wie sie in Fig. 1 beschrieben wurde.
In Fig. 3 ist die Sonotrode ebenfalls ortsfest und der Amboß ist als Elektromagnet 8 mit einem Kern 9 und einer Magnet­ wicklung 10 ausgebildet. Die Förderung der Materialbahnen 3 und 4 erfolgt intermittierend in Pfeilrichtung 5 von einer nicht dargestellten Fördereinrichtung. Wird die Magnetwick­ lung 10 erregt, so verschiebt sich der Kern 9 nach oben in Richtung auf die Sonotrode und es erfolgt eine Ver­ schweißung. Anschließend geht der Kern 9 zurück, die Bahnen werden ein Stück weitergefördert und es erfolgt der nächste Schweißvorgang.
In Fig. 4 ist eine ähnliche Vorrichtung dargestellt, bei der der Elektromagnet durch einen Nadelkopf 12 ersetzt ist, der stationär angeordnet ist. In Bohrungen des Nadelkopfes 12 befinden sich Nadeln 14 in Art eines Nadeldruckers, die in einem bestimmten Muster angeordnet sein können. Das Ver­ schweißen erfolgt beim Verschieben der Nadeln 14 nach oben auf die Sonotrode 1 zu. Nach dem Abheben der Nadeln erfolgt der Förderschritt. Die Nadeln können in einem bestimmten Muster angeordnet sein, um bestimmte Formen der Schweißnähte zu erzielen.
In einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform kann anstelle des Elektromagneten 8 ein elektromagnetisch ange­ triebener Schwinger vorgesehen sein, der ebenfalls in der Lage ist, die Bahnen abwechselnd zum Verschweißen an die Sonotrode zu drücken und freizugeben. In diesem Fall ent­ fällt die Synchronisierung zwischen dem Förderantrieb und dem Aufbringen des Schweißdruckes.

Claims (11)

1. Verfahren zum fortlaufenden Ultraschallver­ schweißen von Materialien, insbesondere Materialbahnen, die zwischen einer Sonotrode und einem Amboß gefördert werden, wobei der erforderliche Schweißdruck von der Sonotrode oder dem Amboß aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß während des Förderns der Materialien der Schweißdruck takt­ weise aufgebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialien intermittierend gefördert werden und jeweils im Stillstand der Materialien der Schweißdruck auf­ gebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2 mit einem Rad als Amboß, dadurch gekennzeichnet, daß das Rad intermittierend ange­ trieben wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 mit einem in Förderrich­ tung ortsfesten Amboß, dadurch gekennzeichnet, daß der Amboß intermittierend gegen die Sonotrode angedrückt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Materialien von Antrieben gefördert werden, die intermittierend und synchron mit dem Amboß angetrieben werden.
5. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Amboß als Elektromagnet (8) ausgebildet ist, dessen Kern (9) bei Erre­ gung der Magnetwicklung (10) gegen die Sonotrode (1) an­ drückbar ist.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißdruck durch eine schwingende Bewegung des Ambosses aufgebracht wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialien kontinuierlich gefördert werden.
8. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Amboß als Elektromagnet (8) ausgebildet ist, dessen Kern (9) bei Erregung der Magnetwicklung (10) gegen die Sonotrode (1) andrückbar ist.
9. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Amboß von in einem bestimmten Muster angeordneten Nadeln (14) gebildet ist, die in einem ortsfesten Nadelkopf (12) verschiebbar angeordnet sind.
10. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Amboß als Vibrator ausgebildet ist.
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