DE602004012078T2

DE602004012078T2 - Dichtungsvorrichtung und diese verwendendes Dichtungsverfahren

Info

Publication number: DE602004012078T2
Application number: DE602004012078T
Authority: DE
Inventors: Hiroki Mitoyo-gun Yamamoto
Original assignee: Unicharm Corp
Current assignee: Unicharm Corp
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2004-03-30
Publication date: 2009-02-26
Anticipated expiration: 2024-03-31
Also published as: US20050145317A1; EP1609582B1; WO2004087403A1; TW200507812A; DE602004012078D1; CN100354112C; CN1717313A; MY134607A; TWI265804B; EP1609582A4; JP4297715B2; EP1609582A1; JP2004298413A; US7060142B2

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schweißvorrichtung zum Versiegeln (oder Verschweißen) von zwei oder mehr Lagen, wie zum Beispiel thermoplastische Folien, thermoplastische Vliesstoffe oder eine Kombination daraus, und ein Schweißverfahren unter Verwendung der Schweißvorrichtung, und betrifft insbesondere eine Schweißvorrichtung, die zur Verwendung bei der Herstellung eines Artikels mit einer Schweißlinie, wie zum Beispiel einer Wegwerfwindel oder einer Damenbinde geeignet ist, sowie ein Schweißverfahren unter Verwendung der Schweißvorrichtung.
Stand der Technik
Schweißvorrichtungen, die einen Stapel von zwei oder mehr Lagen, wie zum Beispiel thermoplastische Kunstharzfolien oder thermoplastische Fasern enthaltende Vliesstoffe durch Verschmelzen der Folien oder Fasern verschweißen können, sind beispielsweise in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nummer H 05-15551 (Patentveröffentlichung 1) und der japanischen geprüften Patentveröffentlichung Nummer H 02-43631 (Patentveröffentlichung 2) aufgezeigt. Wie in Patentveröffentlichung 1 aufgezeigt, kann eine derartige Schweißvorrichtung in einen Prozess zur Herstellung einer Wegwerfwindel oder dergleichen eingebaut sein.
Um ein bandförmiges weiches Werkstück, wie zum Beispiel den Stapel von Kunstharzfolien oder Vliesstoffen so zu verschweißen, dass er Schweißlinien in einem konstanten Abstand in Zulieferrichtung des Werkstücks oder eine in Zulieferrichtung des Werkstücks kontinuierlich verlaufende Schweißlinie aufweist, ist es erforderlich, das weiche Werkstück fest zu stützen, wobei ihm eine geeignete Spannung verliehen wird. In einer herkömmlichen Schweißvorrichtung wird demgemäß das Werkstück auf den Umfang einer rotierenden Trommel zugeliefert, so dass dann, wenn die rotierende Trommel drehend angetrieben wird, das Werkstück in Drehrichtung bewegt wird, wie in Patentveröffentlichungen 1 und 2. Das auf diese Weise zugelieferte und um die Umfangsfläche der rotierenden Trommel gelegte Werkstück kann durch den Umfang der rotierenden Trommel fest gestützt werden, wobei ihm eine geeignete Spannung verliehen wird.
Ferner hat die Vorrichtung einen auf der Umfangsfläche der rotierenden Trommel angeordneten Amboss und ein Ultraschallhorn, das dem Amboss gegenüber liegt. Das sich mit der Umfangsfläche der rotierenden Trommel bewegende Werkstück kann zwischen dem Amboss und dem Ultraschallhorn gehalten werden, so dass es durch die mittels der vom Ultraschallhorn erzeugten Ultraschallvibrationen entstehende interne Wärme verschmolzen und verschweißt wird.
In einer derartigen herkömmlichen Schweißvorrichtung für weiche Werkstücke ist jedoch das Ultraschallhorn in einer zur Umfangsfläche der rotierenden Trommel weisenden Position fixiert, wie in Patentveröffentlichungen 1 und 2. Während das sich mit der Umfangsfläche der rotierenden Trommel gemeinsam bewegende Werkstück zwischen dem Amboss und dem Ultraschallhorn gehalten wird, wird die Ultraschallvibration von dem Ultraschallhorn an das Werkstück angelegt, das am Ultraschallhorn gleitet.
Da die Ultraschallvibrationen von dem Ultraschallhorn nicht ausreichend lang an die zu verschweißenden Bereiche des Werkstücks angelegt werden können, besteht die Neigung, dass eine mangelhafte Verschweißung im Werkstück auftritt. Eine derartige mangelhafte Verschweißung bedingt durch eine Abnahme der an das Werkstück angelegten Vibrationsenergie kann häufiger auftreten, wenn die Drehgeschwindigkeit der rotierenden Trommel gesteigert wird, um dem Werkstück eine höhere Geschwindigkeit zur Verschweißung zu verleihen, was zu einer äußerst hohen Relativgeschwindigkeit von Werkstück und Amboss gegenüber dem Ultraschallhorn führt.
Die US 2002/0062900 A1 zeigt eine Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von Ultraschallverbindungen in sequenziell fortschreitenden Werkstücksegmenten für absorbierende Artikel an einem Verbindungs-Klemmspalt auf. Die Ultraschall-Verbindungsvorrichtung enthält einen Rahmen, eine Ambosstrageinrichtung, eine Horntrageinrichtung, eine Verschlusseinrichtung, ein Lastzellentragelement und eine Lastzelle. Das Ultraschallhorn und die Ambosswalze sind gemeinsamen montiert und so konfiguriert, dass das Ultraschallhorn und die Ambosswalze über die Verschlusseinrichtung zusammengebracht werden, so dass der Klemmspalt zwischen diesen gebildet wird. Die Lastzelle ist an dem Lastzellentragelement in der Weise montiert, dass eine Kraft, die der auf die Ambosswalze an dem Klemmspalt ausgeübten Kraft entspricht, von der Lastzelle erfasst wird.
Die US 6,123,792 zeigt eine Vorrichtung und Verfahren zur punktweisen Verbindung einer Substratbahn bei der Herstellung einer Rohbaugruppe für einen absorbierenden Artikel auf. Die Vorrichtung ist eine Ultraschall-Verbindungsvorrichtung, die eine Ambosswalze, eine darauf liegende Substratbahn und mindestens ein rotierendes Ultraschallhorn aufweist. Die Substratbahn kann mindestens eine erste und eine zweite Materialschicht enthalten. Das rotierende Ultraschallhorn verbindet in Zusammenwirkung mit der Ambosswalze mittels Ultraschall intermittierende Segmente der ersten und der zweiten Schicht der Substratbahn miteinander. Diese intermittierenden Verbindungen sind Endschweißlinien für die absorbierenden Artikel. Das Ultraschallhorn und die Ambosswalze werden periodisch voneinander getrennt, um die intermittierende Verbindung der Substratbahn zu erzeugen. Eine Betätigungseinrichtung bewegt periodisch die Ambosswalze und das Ultraschallhorn aus dem Eingriffskontakt miteinander und verhindert damit die Bildung einer Verbindung. Die Betätigungseinrichtung schließt einen Nockenmechanismus ein, der entweder die Ambosswalze oder das Ultraschallhorn aus dem Eingriffskontakt mit dem jeweils anderen während der Umdrehung rotierenden Ultraschallhorns bewegt. Der Nockenmechanismus erzeugt einen physischen Spalt zwischen dem Ultraschallhorn und der Ambosswalze.
Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung der Nachteile in dem vorstehend dargelegten Stand der Technik vollzogen. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schweißvorrichtung zu schaffen, in welcher eine Relativgeschwindigkeit eines zweiten Halteelements (z. B. Ultraschallhorn) gegenüber einem weichen Werkstück, das sich zusammen mit einem ersten umlaufenden Halteelement (z. B. Amboss) bewegt, so reduziert wird, dass eine ausreichende Schweißenergie an das Werkstück angelegt wird, wodurch eine Verarbeitung mit hoher Geschwindigkeit ermöglicht wird, sowie ein Schweißverfahren unter Verwendung der Schweißvorrichtung.
Offenbarung der Erfindung
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Schweißvorrichtung geschaffen, enthaltend ein erstes Halteelement einer ersten Schweißanlagefläche und ein zweites Halteelement einer zweiten Schweißanlagefläche, dafür vorgesehen, ein thermoplastisches weiches Werkstück zwischen der ersten und der zweiten Schweißanlagefläche zum Verschweißen zu halten,
wobei das erste Halteelement am Umfang eines Rotors mit radial nach außen gerichteter Schweißanlagefläche angeordnet ist, das zweite Halteelement von einem Träger gehalten wird, wobei die zweite Schweißanlagefläche so ausgerichtet ist, dass sie zu der ersten Schweißanlagefläche weist,
wobei die Vorrichtung ferner eine Drehantriebseinrichtung zum drehenden Antreiben des Rotors und eine hin- und hergehende Antriebseinrichtung zum Antreiben des Trägers enthält, um die zweite Schweißanlagefläche in eine Hin- und Herbewegung entlang einem Teil einer Kreisbahn der ersten Schweißanlagefläche zu versetzen, um dadurch das Halten des weichen Werkstücks zwischen der ersten und der zweiten Schweißanlagefläche zum Verschweißen zu ermöglichen, wenn das zweite Halteelement sich in die gleiche Richtung wie das erste Halteelement bewegt.
Da das zweite Halteelement so angetrieben wird, dass es entlang einem Teil der Kreisbahn der ersten Schweißanlagefläche des ersten Halteelements hin und her bewegt wird, kann in der Schweißvorrichtung eine Relativgeschwindigkeit des Werkstücks gegenüber dem zweiten Halteelement niedrig gehalten werden, so dass mit dem ersten und dem zweiten Halteelement Schweißenergie ausreichend lang an das Werkstück angelegt werden kann. Demgemäß tritt kaum eine fehlerhafte Verschweißung auf, auch wenn der Rotor so angetrieben wird, dass er für die Hochgeschwindigkeits-Verarbeitung mit hoher Geschwindigkeit umläuft.
Wenn die Anzahl der an dem Rotor angeordneten ersten Halteelemente N ist, kann die Hin- und Herbewegung des zweiten Halteelements in N Zyklen pro Umdrehung des Rotors ausgeführt werden.
Die Schweißvorrichtung kann so aufgebaut sein, dass die die erste Schweißanlagefläche sich mit einer konstanten Umfangsgeschwindigkeit bewegt, während der Rotor so angetrieben wird, dass er sich mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit dreht, wohingegen eine Umfangsgeschwindigkeit, mit der sich die zweite Schweißanlagefläche in die gleiche Richtung wie die erste Schweißanlagefläche bewegt, über die Zeit variiert, so dass die erste und die zweite Schweißanlagefläche, die das weiche Werkstück zum Verschweißen zwischen sich halten, sich mit einer variierenden Relativgeschwindigkeit (V0–Vt) bewegen. Da die Relativgeschwindigkeit sehr viel niedriger ist als die Umfangsgeschwindigkeit des ersten Halteelements, kann eine Schweißenergie an das Werkstück wesentlich länger angelegt werden, als dies in herkömmlichen Schweißvorrichtungen möglich war. Es sei angemerkt, dass die Relativgeschwindigkeit nicht null sein muss, obgleich die zweite Schweißanlagefläche eine maximale Geschwindigkeit haben kann, die mit der Umfangsgeschwindigkeit des ersten Halteelements zusammenfällt, um den Moment zu schaffen, in dem die relativ Geschwindigkeit null wird.
In diesem Fall sind vorzugsweise zwei voneinander getrennte Schweißmuster an dem ersten Halteelement angeordnet und die Umfangsgeschwindigkeit der zweiten Schweißanlagefläche wird in der Phase dergestalt eingestellt, dass die Relativgeschwindigkeit auf ein Minimum reduziert wird, wenn die Mitte des zweiten Halteelements auf halbem Weg zwischen zwei Schweißmustern positioniert ist. Wenn die Relativgeschwindigkeit an der Mittelposition auf ein Minimum reduziert ist, können die Relativgeschwindigkeiten an den einzelnen Schweißmustern gleich sein, wenn das Werkstück zwischen dem ersten und dem zweiten Halteelement gehalten ist. Da demgemäß jeder Unterschied hinsichtlich der Schweißenergie-Zufuhrbedingungen zwischen den beiden Schweißmustern beseitigt werden kann, kann die Verschweißung mit den beiden Schweißmustern sicher durchgeführt werden, was zu einer gleichmäßigen Schweißqualität führt.
Beispielsweise ist es zulässig, dass der Träger eine oszillierende Bewegung ausführt, wobei ein Drehpunkt desselben mit einem Drehmittelpunkt des Rotors zusammenfällt oder beinahe zusammenfällt, und die hin- und hergehende Antriebseinrichtung kann ein Kurbelmechanismus zum Umwandeln einer gleichmäßigen Drehbewegung in eine hin- und hergehende Bewegung des Trägers sein. Der Kurbelmechanismus kann den Aufbau der hin- und hergehenden Antriebseinrichtung vereinfachen. In der vorliegenden Erfindung ist es auch möglich, einen Nocken als die hin- und hergehende Antriebseinrichtung einzusetzen und die hin- und hergehende Geschwindigkeit des Trägers mittels eines Nockenprofils zu steuern, aber da ein Nocken kostenaufwändig zu bearbeiten ist, ist es wünschenswert, die Vorrichtung kostengünstig mit dem Kurbelmechanismus aufzubauen.
In der Schweißvorrichtung kann eine Drehachse des Rotors zu dem zweiten Halteelement hin bewegbar sein und die Schweißvorrichtung kann ferner eine Druckeinstelleinrichtung zum Einstellen eines auf das weiche Werkstück zwischen der ersten und der zweiten Schweißanlagefläche auszuübenden Haltedrucks enthalten, wobei der Rotor gegen das zweite Halteelement gepresst wird. Mit der Druckeinstelleinrichtung kann der Haltedruck ordnungsgemäß aufrechterhalten werden.
In diesem Fall ist vorzugsweise der durch die Druckeinstelleinrichtung einzustellende Haltedruck so regelbar, dass er in Übereinstimmung mit der Rotationsgeschwindigkeit des Rotors variiert. Da in der Schweißvorrichtung gemäß vorliegender Erfindung die Relativgeschwindigkeit niedrig gehalten werden kann, kann die Schweißenergie mit dem ersten und dem zweiten Halteelement ausreichend lang an das Werkstück angelegt werden. Wenn jedoch die Rotationsgeschwindigkeit des Rotors wesentlich vermindert wird, wird die Schweißenergie nicht ordnungsgemäß an das Werkstück angelegt. In diesem Fall kann eine Steigerung des Haltedrucks zur sicheren Bildung der Schweißlinien im Werkstück führen.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Schweißverfahren geschaffen, enthaltend das Halten eines thermoplastischen weichen Werkstücks zwischen einem ersten Halteelement einer ersten Schweißanlagefläche und einem zweiten Halteelement einer zweiten Schweißanlagefläche zum Verschweißen, wobei
das erste Halteelement so angetrieben wird, dass es mit der ersten Schweißanlagefläche nach außen gerichtet in einer zu einer Kreisbahn desselben normalen Richtung angetrieben wird, wobei das weiche Werkstück auf das erste Halteelement zugeliefert wird, so dass es sich entlang der ersten Schweißanlagefläche bewegt, und das zweite Halteelement so angetrieben wird, dass es sich entlang einem Teil der Kreisbahn hin und her bewegt, wobei die zweite Schweißanlagefläche so ausgerichtet ist, dass sie zur ersten Schweißanlagefläche weist, wobei
die erste Schweißanlagefläche sich mit einer konstanten Umfangsgeschwindigkeit bewegt, wohingegen eine Umfangsgeschwindigkeit, mit der sich die zweite Schweißanlagefläche in derselben Richtung wie die erste Schweißanlagefläche bewegt, über die Zeit variiert, so dass sich die erste und die zweite Schweißanlagefläche, die das weiche Werkstück zum Verschweißen zwischen sich halten, mit einer variierenden Relativgeschwindigkeit bewegen.
Ferner ist es in dem Schweißverfahren bevorzugt, dass zwei in ihrer Umlaufrichtung voneinander getrennte Schweißmuster an dem ersten Halteelement angeordnet sind und die Umfangsgeschwindigkeit der zweiten Schweißanlagefläche in der Phase so eingestellt ist, dass die Relativgeschwindigkeit auf ein Minimum reduziert ist, wenn eine Mitte des zweiten Halteelements auf halbem Weg zwischen den beiden Schweißmustern positioniert ist.
Das zweite Halteelement kann mit einem Kurbelmechanismus hin- und hergehend angetrieben werden, um eine gleichmäßige Drehbewegung in eine Hin- und Herbewegung umzuwandeln.
Wenn die Anzahl der mit einer konstanten Teilung umlaufenden ersten Halteelemente N ist, kann die Hin- und Herbewegung des zweiten Halteelements mit N Zyklen pro Umlauf jedes ersten Halteelements ausgeführt werden.
In der vorliegenden Erfindung kann das das weiche Werkstück flüssigkeitsabsorbierende Körper enthalten, die in einem Abstand in seiner Zuliefererrichtung angeordnet sind, sowie die flüssigkeitsabsorbierenden Körper tragende, schmelzverklebbare Lagen. Ein Stapel der Lagen kann zwischen der ersten und der zweiten Schweißanlagefläche zum Verschweißen an einer Position zwischen benachbarten flüssigkeitsabsorbierenden Körpern gehalten werden.
Die Schweißvorrichtung und das Schweißverfahren sind geeignet zur Verwendung bei der Herstellung eines absorbierenden Artikels, wie zum Beispiel einer Wegwerfwindel oder einer Damenbinde. Alternativ kann der Stapel der Lagen, wie zum Beispiel Kunstharzfolien oder Vliesstoffe, vor dem Herstellungsprozess eines absorbierenden Artikels, wie etwa einer Wegwerfwindel oder einer Damenbinde, verschweißt werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung ist anhand der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und der beiliegenden Zeichnungen der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besser verständlich, die jedoch nicht als die Erfindung einschränkend zu verstehen sind, sondern nur zur Erläuterung und zum Verständnis dienen.
1 ist eine Vorderansicht einer Schweißvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine Ansicht der linken Seite der Schweißvorrichtung;
3 ist eine erläuternde Darstellung, die den Betrieb der Schweißvorrichtung veranschaulicht;
4 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die ein Beispiel des Schweißvorgangs zeigt;
5 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem ein Amboss als ein erstes Halteelement und ein Ultraschallhorn als zweites Halteelement einander gegenüberstehen; und
6A und 6B sind perspektivische Ansichten, die ein Beispiel eines weichen Werkstücks zeigen.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend im Detail anhand der bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erörtert. In der folgenden Beschreibung sind zahlreiche spezifische Details dargelegt, um ein vollständiges Verständnis der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen. Es ist jedoch für den Durchschnittsfachmann offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung ohne diese spezifischen Details in der Praxis umgesetzt werden kann. Andererseits sind bekannte Strukturen nicht im Detail dargestellt, um eine unnötige Unverständlichkeit der vorliegenden Erfindung zu vermeiden.
1 ist eine Vorderansicht einer Schweißvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 2 ist eine Ansicht der linken Seite der Schweißvorrichtung; 3 ist eine erläuternde Darstellung, die den Betrieb der Schweißvorrichtung veranschaulicht; 4 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die ein Beispiel des Schweißvorgangs zeigt; 5 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem ein Amboss als ein erstes Halteelement und ein Ultraschallhorn als zweites Halteelement einander gegenüberstehen; und 6A und 6B sind perspektivische Ansichten, die ein Beispiel eines weichen Werkstücks zeigen.
In einer in 1 und 2 gezeigten Schweißvorrichtung stellt O1 einen Drehmittelpunkt eines Rotors dar und Oy stellt eine vertikale Bezuglinie dar, die senkrecht durch den Drehmittelpunkt O1 verläuft. Die in 1 gezeigte Seite, das heißt die rechte Seite der Darstellung in 2, ist eine Vorderseite der Schweißvorrichtung 1, während die in 2 gezeigte linke Seite eine Rückseite der Schweißvorrichtung 1 ist.
Die Schweißvorrichtung 1 hat einen feststehenden Tisch 2 als einen auf einem Fußboden angeordneten festen Abschnitt. An der Vorderseite der Schweißvorrichtung 1 sind vordere Tragrahmen 3a, 3b vorgesehen, die senkrecht nach oben verlaufen, wobei ihre unteren Enden am feststehenden Tisch 2 befestigt sind. Die vorderen Tragrahmen 3a, 3b sind horizontal im gleichen Abstand von dem Drehmittelpunkt O1 entfernt und verlaufen parallel zueinander.
An der Rückseite der Schweißvorrichtung 1 sind ferner hintere Tragrahmen 4a, 4b vorgesehen, die mit den vorderen Tragrahmen 3a, 3b identisch sind. Ein hinterer Tragrahmen 4a ist in 2 zu sehen, aber der andere hintere Tragrahmen 4b ist in 2 hinter dem hinteren Tragrahmen 4a und in 1 hinter dem vorderen Tragrahmen 3b versteckt. Die hinteren Tragrahmen 4a, 4b sind ebenfalls an ihren unteren Enden am feststehenden Tisch 2 befestigt und verlaufen parallel zueinander nach oben.
Wie 1 zeigt, sind die oberen Enden der vorderen Tragrahmen 3a, 3b durch eine vordere Verbindungstragplatte 5 miteinander verbunden und die oberen Enden der hinteren Tragrahmen 4a, 4b sind entsprechend durch eine hintere Verbindungstragplatte 6 miteinander verbunden.
Zwischen den vorderen Tragrahmen 3a, 3b ist ein vorderer Lagerhalter 7 vorgesehen, der ein Lager 8 trägt. Auch zwischen den hinteren Tragrahmen 4a, 4b ist ein hinterer Lagerhalter 9 vorgesehen, der ein Lager 10 trägt.
Ein vorderer Abschnitt 11a der Drehachse 11 ist durch das Lager 8 drehbar gelagert, während ein mittlerer Abschnitt 11b der Drehachse 11 durch das Lager 10 drehbar gelagert ist. Der Drehmittelpunkt O1 fällt mit der Wellenachse der Drehachse 11 zusammen.
Zwischen den vorderen Tragrahmen 3a, 3b und den hinteren Tragrahmen 4a, 4b ist ein Rotor 15 vorgesehen, der an der Drehachse 11 befestigt ist. Der Rotor 15 hat eine Umfangsfläche 15a, die eine Zylinderfläche mit einem gegebenen Radius um den Drehmittelpunkt O1 ist.
Auf der Umfangsfläche 15 des Rotors 15 sind Ambosse 16 vorgesehen, die als erste Halteelemente dienen. Die Ambosse 16 sind in Umfangsrichtung mit einer konstanten Teilung auf der Umfangsfläche 15a. In der vorliegenden Ausführungsform hat der Rotor 15 sechs Ambosse 16, die in einem Winkel von 60° in Bezug auf den Drehmittelpunkt O1 angeordnet sind.
Die sechs Ambosse 16 haben alle den gleichen Aufbau und die gleiche Größe. Wie 2 zeigt, haben die Ambosse 16 eine Abmessung W1 in einer zu dem Drehmittelpunkt O1 parallelen Richtung und eine Abmessung L1 in Umfangsrichtung. Hier hat jeder einzelne Amboss 16 eine Schweißanlagefläche 16a (oder erste Schweißanlagefläche), die in einer zur Umfangsfläche 15a des Rotors 15 normalen Richtung nach außen gerichtet ist und in einem Abstand H von der Umfangsfläche 15a des Rotors 15 entfernt ist (siehe 1). Es sei angemerkt, dass die einzelnen Schweißanlageflächen 16a der Ambosse 16 mit der Zylinderfläche mit einem gegebenen Radius um den Drehmittelpunkt O1 zusammenfallen.
Wie 4 und 5 zeigen, hat die Schweißanlagefläche 16a des Ambosses 16 zwei Schweißmuster 17a, 17b. Diese Schweißmuster 17a, 17b sind so gebildet, dass sie über die Schweißanlagefläche 16a in normaler Richtung vorspringen. In 5 stellt O3 eine Mittellinie dar, die die Schweißanlagefläche 16a in Umfangsrichtung teilt. Die Schweißmuster 17a, 17b sind um die Mittellinie O3 symmetrisch, so dass ein Abstand zwischen einem Schweißmuster 17a und der Mittellinie O3 gleich demjenigen zwischen dem anderen Schweißmuster 17b und der Mittellinie O3 ist.
Die Schweißmuster 17a, 17b sind voneinander jedoch in Umfangsrichtung durch einen maximalen Abstand 12 an der Vorderseite und durch einen minimalen Abstand 13 an der Rückseite getrennt, so dass die einzelnen Schweißmuster 17a, 17b zur Mittellinie O3 hin schräg sind.
Die Schweißmuster 17a, 17b sind in Oberflächen von streifenförmigen erhabenen Abschnitten mit einer konstanten Breite gebildet, wobei Vorsprünge und Vertiefungen einander in Längsrichtung jedes Musters abwechseln. Entsprechend können diese Vorsprung/Vertiefungs-Muster auf ein Werkstück übertragen werden.
Wie 2 zeigt, hat die Drehachse 11 einen hinteren Abschnitt 11c, der über den hinteren Lagerhalter 9 hinaus weiter vorspringt, und eine Zahnriemenscheibe 12 ist an dem hinteren Abschnitt 11c befestigt. Leistung von einem Motor (nicht dargestellt) wird durch einen Zahnriemen (nicht dargestellt) auf die Zahnriemenscheibe 12 übertragen, wodurch der Rotor 12 mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit umlaufend in Richtung gegen den Uhrzeigersinn (CCW) in 1 angetrieben wird.
Jeder einzelne Amboss 16 hat eine eingebaute Heizpatrone zum Aufheizen des Ambosses 16. Der Amboss 16 hat ferner einen Temperatursensor zur Messung der Temperatur des von der Heizpatrone erwärmten Ambosses 16. Der Amboss 16 kann auf einer eingestellten Temperatur gehalten werden, indem die Heizpatrone auf der Grundlage einer gemessenen Temperatur geregelt wird.
Der hintere Abschnitt 11c der Drehachse 11 hat eine Zuliefersteuereinrichtung 13, wie 2 zeigt. Um den Umfang des hinteren Abschnitts 11c der Drehachse 11 ist ein leitender Gleitring 14a vorgesehen, und ein Gleitstück 14b, das auf dem Gleitring 14a gleitet, ist an einer feststehenden Seite vorgesehen. Die Heizpatrone und der Temperatursensor sind mit dem Gleitring 14a elektrisch verbunden und die Zuliefersteuereinrichtung 13 ist mit dem Gleitstück 14b elektrisch verbunden. Wenn demgemäß der Rotor 15 umläuft, wird von der Zuliefersteuereinrichtung 13 durch das Gleitstück 14b und den Gleitring 14a der Heizpatrone Leistung zugeliefert, während ein Temperaturmesssignal von dem Temperatursensor an die Zuliefersteuereinrichtung 13 angelegt wird.
Der vordere Lagerhalter 7 ist so gehaltert, dass er zwischen den vorderen Tragrahmen 3a, 3b vertikal beweglich ist, und der hintere Lagerhalter 9 ist ebenfalls zwischen den hinteren Tragrahmen 4a, 4b vertikal beweglich gehaltert. Unter der vorderen Verbindungstragplatte 5 ist ein Stopper 21 vorgesehen, wie in 1 und 2 gezeigt. Entsprechend ist unter der hinteren Verbindungstragplatte 6 ein Stopper 22 vorgesehen. Der feststehende Tisch 2 ist an seiner Vorderseite mit einem Fluidzylinder (Luftzylinder) 23 als Druckeinstelleinrichtung ausgerüstet, wobei der Fluidzylinder 23 eine Kolbenstange 24 hat, deren oberes Ende mit dem vorderen Lagerhalter 7 verbunden ist. Entsprechend ist der feststehende Tisch 2 an seiner Rückseite mit einem Fluidzylinder (Luftzylinder) 25 als Druckeinstelleinrichtung ausgerüstet, wobei der Fluidzylinder 25 eine Kolbenstange 26 hat, deren oberes Ende mit dem hinteren Lagerhalter 9 verbunden ist.
Die Höhenposition und Neigung des Drehmittelpunkts O1 der Drehachse 11 kann eingestellt werden, wenn der vordere Lagerhalter 7 durch den Fluidzylinder 23 gegen den Stopper 21 gedrückt wird und der hintere Lagerhalter 9 durch den Fluidzylinder 25 gegen den Stopper 22 gedrückt wird. Hier kann die vertikale Position der Stopper 21, 22 unabhängig voneinander eingestellt werden. Entsprechend führt eine Feineinstellung der einzelnen Stopper 21, 22 in ihrer Höhenposition zur Feineinstellung des Drehmittelpunkts O1 in Höhenposition und Neigung.
In der vorliegenden Ausführungsform kann ein an ein Werkstück während des Schweißvorgangs anzulegender Haltedruck durch einen Fluiddruck innerhalb der Fluidzylinder 23, 25 eingestellt werden. Zusätzlich kann der Haltedruck während des Schweißvorgangs eingestellt werden, wenn sich die Rotationsgeschwindigkeit des Rotors 15 ändert. Zu diesem Zweck enthält die Schweißvorrichtung 1 eine Druckeinstelleinrichtung 13 zur Einstellung des Haltedrucks durch Regelung des Fluiddrucks innerhalb der Fluidzylinder 23, 25. Die Druckeinstelleinrichtung 30 umfasst eine Fluidpumpe 31, ein Einstellventil 32 zur Einstellung eines Fluiddrucks von der Fluidpumpe 31 zu den Fluidzylindern 23, 25 und eine Steuereinrichtung 23 zur Steuerung des Einstellventils 32.
Die Steuereinrichtung 33 hat nicht nur die Funktion, das Einstellventil 32 auf der Grundlage einer Betriebseingabe durch eine Bedienungsperson einzustellen, sondern das Einstellventil 32 auch automatisch in Übereinstimmung mit der Rotationsgeschwindigkeit des Rotors 15 einzustellen.
Wie 2 zeigt, ist ein Träger 41 durch die hinteren Tragrahmen 4a, 4b schwenkbar gehaltert. Ein feststehender Ring 42 ist an dem hinteren Tragrahmen 4a, 4b befestigt und einen Innenring eines ringförmigen Rollenlagers 43 ist an dem feststehenden Ring 42 befestigt. Andererseits ist ein beweglicher Ring 44 an einem Basisteil des Trägers 41 befestigt und ein Außenring des Rollenlagers 43 ist an dem beweglichen Ring 44 befestigt.
Durch das Rollenlager 43 ist der Träger 41 schwenkbar gehaltert. Ein Drehmittelpunkt des Außenrings des Rollenlagers 43 ist ein Drehpunkt O2 des Trägers 41. Wie aus dem in 2 gezeigten Aufbau verständlich ist, sind der Drehmittelpunkt O1 des Rotors 15 und der Drehpunkt O2 des Trägers 41 unabhängig voneinander eingestellt. Da das ringförmige Rollenlager 43 an den hinteren Tragrahmen 4a, 4b befestigt ist, ist der Drehpunkt O2 unbeweglich; der Drehmittelpunkt O1 ist jedoch in vertikaler Position durch Einstellung der Höhenpositionen der Stopper 21, 22 wie vorstehend dargelegt verstellbar. Hier ist der Drehmittelpunkt O1 so positioniert, dass der Drehpunkt O2 mit dem Drehmittelpunkt O1 zusammenfällt oder beinahe mit dem Drehmittelpunkt O1 zusammenfällt.
Ein Halter 45 ist an einem oberen Abschnitt des Trägers 41 befestigt und ein zweites Halteelement 46 ist an dem Halter 45 montiert. Dieses zweite Halteelement 46 enthält einen Ultraschall-Vibrationsgenerator 47, der aus einem Vibrator, Verstärker und dergleichen aufgebaut ist, und ein Ultraschallhorn 48, an welches die Ultraschallvibrationen angelegt werden.
Wie 4 und 5 zeigen, hat das Ultraschallhorn 48 eine Schweißanlagefläche 48a (oder zweite Schweißanlagefläche), die so ausgerichtet ist, dass sie zu der Umfangsfläche 15a des Rotors 15 und den Schweißanlageflächen 16a der Ambosse 16 weist. Die Schweißanlagefläche 48a des Ultraschallhorns 48 ist so groß, dass sie mindestens eines der Schweißmuster 17a, 17b des Ambosses 16 bedecken kann und ist im wesentlichen parallel zu einer zur Umfangsfläche 15a des Rotors 15 tangentialen Ebene.
Das zweite Halteelement 46 ist in seiner Befestigungsposition gegen den Halter 45 einstellbar, so dass ein Spalt δ zwischen der Schweißanlagefläche 16a des Ambosses 16 und der Schweißanlagefläche 48a des Ultraschallhorns 48 (siehe 3) einstellbar ist. In der vorliegenden Ausführungsform können dann, wenn der vordere Lagerhalter 7 gegen den Stopper 21 gedrückt ist und der hintere Lagerhalter 9 gegen den Stopper 22 gedrückt ist, die Höhenposition und Neigung des Drehmittelpunkts O1 durch Feineinstellung der einzelnen Stopper 21, 22 in ihrer Höhenposition wie vorstehend dargelegt fein eingestellt werden. Zusätzlich zur Neigungseinstellung kann jedoch der Befestigungswinkel des zweiten Halteelements 46 gegen den Halter 45 verändert werden, um den Winkel zwischen den beiden Schweißanlageflächen 16a, 48a einzustellen.
Wie 1 zeigt, ist eine hin- und hergehende Antriebseinrichtung 50 zwischen einer von dem feststehenden Tisch 2 ausgehenden feststehenden Platte (nicht dargestellt) und dem Träger 41 vorgesehen.
Die hin- und hergehende Antriebseinrichtung 50 hat eine Verbindungsstange 51, deren vorderes Ende mit dem Träger 41 durch eine Verbindungsachse 52 gelenkig verbunden ist. Eine Welle 53 ist durch die feststehende Platte drehbar gehaltert und ein Antriebsrotor 54 ist an der Welle 53 befestigt. An ihrem hinteren Ende ist die Verbindungsstange 51 an dem Antriebsrotor 54 durch eine Verbindungsachse 55 gelenkig gehaltert.
Die hin- und hergehende Antriebseinrichtung 50 ist ein Kurbelmechanismus zur Umwandlung einer Drehbewegung des Antriebsrotors 54 in eine Hin- und Herbewegung des Trägers 41. Eine Zahnriemenscheibe ist an der Welle 53 des Antriebsrotors 54 befestigt, so dass eine Drehantriebsleistung durch einen Zahnriemen auf die Zahnriemenscheibe übertragen werden kann. Der Antriebsrotor 54 und der Rotor 15 werden so angetrieben, dass sie synchron zueinander umlaufen. Beispielsweise kann von einem gemeinsamen Motor an den Antriebsrotor 54 und den Rotor 15 nach einer Drehzahlreduzierung Leistung angelegt werden. Alternativ kann ein Motor für den Antrieb des Rotors 15 separat von einem Motor für den Antrieb des Antriebsrotors 54 vorgesehen sein und ein Motor kann auf der Grundlage eines Erfassungssignals der Drehzahl des anderen Rotors geregelt werden.
Als Resultat werden der Antriebsrotor 54 und der Rotor 15 synchron zueinander angetrieben, um ein konstantes Verhältnis zwischen den Drehgeschwindigkeiten zu schaffen. Sie sind dergestalt miteinander synchronisiert, dass dann, wenn die Anzahl der an dem Rotor 15 angeordneten Ambosse 16 N ist (N ist gleich oder größer als 1), der Antriebsrotor 54 N mal pro Umdrehung des Rotors 15 umläuft. In der vorliegenden Ausführungsform ist N gleich 6.
Wenn der Rotor 15 angetrieben wird, so dass er mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit in Richtung gegen den Uhrzeigersinn umläuft und der Antriebsrotor 54 ebenfalls angetrieben wird, so dass er mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit in Richtung gegen den Uhrzeigersinn umläuft, wie in 1 und 3 gezeigt, wird der Träger 41 durch die Kurbelbewegung der hin- und hergehenden Antriebseinrichtung 50 so angetrieben, dass er um den Drehpunkt O2 oszilliert. Dabei bewegt sich die Schweißanlagefläche 48a des Ultraschallhorns 48 entlang der Umfangsfläche des Rotors 15 hin und her.
Wie 3 zeigt, bewegt sich das zweite Halteelement 46 dergestalt hin und her, dass sich seine Mitte Oa, die die Schweißanlagefläche 48a des Ultraschallhorns 48 in der Bewegungsrichtung zweiteilt, von der vertikalen Bezugslinie Oy über einen Winkelbereich von +θ in Richtung gegen den Uhrzeigersinn und über einen Winkelbereich von –θ in Richtung des Uhrzeigersinns bewegt. Der Schwingungswinkel θ kann durch Veränderung des Radius R vom Drehmittelpunkt des Antriebsrotors 54 zu der Mitte der Verbindungsachse 55 (siehe 1) eingestellt werden. Die Veränderung des Radius R kann auch zur Einstellung der Relativgeschwindigkeit zwischen der Schweißanlagefläche 16a des Ambosses 16 und der Schweißanlagefläche 48a des Ultraschallhorns 48 führen.
Ferner ist eine Phaseneinstelleinrichtung zum Einstellen einer Drehphase des Antriebsrotors 54 vorgesehen. Dies kann beispielsweise durch Veränderung der Befestigungsposition des Antriebsrotors 54 gegenüber der Welle 53 in Drehrichtung erreicht werden. Wenn der Antriebsrotor 54 mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit umlaufend angetrieben wird, schwankt die Geschwindigkeit der Mitte Oa nahezu einer trigonometrischen Funktionskurve folgend; mit der Phaseneinstelleinrichtung kann die Position, an welcher die Geschwindigkeit der Mitte Oa maximal wird, mit der vertikalen Bezuglinie Oy zusammenfallen oder kann aus dieser Position nach vorne oder nach hinten verschoben werden.
Wie 1 zeigt, ist an der Zulieferseite des Rotors 15 eine Zulieferwalze 61 vorgesehen und an der Abzugsseite des Rotors 15 eine Abzugswalze 63, wobei ein weiches, in Bandform verlaufendes Werkstück W über die Zulieferwalze 61 geführt wird, um die Umfangsfläche des Rotors 15 in einem vorbestimmten Wicklungswinkel gewickelt wird und anschließend von der Abzugswalze 62 abgezogen wird.
Nachfolgend wird ein Schweißverfahren unter Verwendung der Schweißvorrichtung beschrieben.
Das in 6B gezeigte weiche Werkstück wird in einer durch einen Pfeil (MD) angegebenen Richtung zugeliefert und läuft von der Zulieferwalze 61 über die Umfangsfläche 15a des Rotors 15 zu der Abzugswalze 62 wie vorstehend beschrieben. Das weiche Werkstück W ist halbfertiges Produkt in einem Prozess zur Herstellung einer Wegwerfwindel des Höschentyps, in dem nach der Herstellung von Schweißlinien Sa, Sb in dem weichen Werkstück W mit der Schweißvorrichtung 1 einzelne Wegwerfwindeln durch Schneiden an Positionen zwischen benachbarten Schweißlinien Sa, Sb erhalten werden können.
Stromabwärts der Abzugswalze 62 ist ein Paar Transportwalzen vorgesehen, die mit einer konstanten Geschwindigkeit umlaufen, um das weiche Werkstück W in MD mit konstanter Geschwindigkeit zu transportieren. Die Transportwalzen werden synchron mit dem Rotor 15 umlaufend angetrieben, so dass die Transportgeschwindigkeit des weichen Werkstücks W mit einer Umfangsgeschwindigkeit V0 synchronisiert werden kann, mit der die Schweißanlageflächen 16a der Ambosse 16 umlaufen.
6A zeigt einen entfalteten Zustand des weichen Werkstücks W vor dem Zustand von 6B. Nachfolgend wird das weiche Werkstück W in dem Zustand von 6A als Band 70 bezeichnet. Das Band 70 hat eine erste Lage 72, deren größter Teil hinter einer darauf gelegten zweiten Lage 71 versteckt ist. Die erste Lage 72 hat eine größere Breite als die zweite Lage 71, so dass an einer Seite 70A die erste Lage 72 umgefaltet wird, wobei ein Seitenrand 72a auf die zweite Lage 71 gelegt wird. Auf der anderen Seite 70B wird gleichermaßen die erste Lage 72 umgefaltet, so dass ein Seitenrand 72b auf die zweite Lage 71 gelegt wird.
Auf der einen Seite 70A des Bandes 70 sind Hüftbänder 75 zwischen der ersten Lage 72 und der zweiten Lage 71 angeordnet; auf der anderen Seite 70B sind Hüftbänder 76 zwischen der ersten Lage 72 und der zweiten Lage 71 angeordnet. Ferner sind zwischen der ersten Lage 72 und der zweiten Lage 71 Beinbänder 77, 78 angeordnet. Die einzelnen Beinbänder 77, 78 verlaufen in Zulieferrichtung des Bandes 70 in Wellenform. In den von den Beinbändern 77, 78 umgebenen Bereichen sind ferner Beinöffnungen 74 gebildet, die die Öffnungen zur Durchführung von Beinen in einer Wegwerfwindel des Höschentyps bilden.
Die erste Lage 72 und die zweite Lage 71 sind luftdurchlässig, flüssigkeitsundurchlässig und durch Wärme schmelzverklebbar. Beispielsweise können sie ein Spinnvlies oder ein im Schmelzblasverfahren hergestellter Vliesstoff sein, die aus thermoplastischen Kunstfasern gebildet sind, oder ein Laminat daraus. Alternativ kann entweder die erste Lage 72 oder die zweite Lage 71 der vorstehend genannte Vliesstoff sein und die jeweils andere eine luftdurchlässige thermoplastische Kunststofffolie.
Zwischen benachbarten Beinöffnungen 74 sind flüssigkeitsabsorbierende Körper 73 auf der zweiten Lage 71 angeordnet. Diese flüssigkeitsabsorbierenden Körper 73, die rechteckig oder sanduhrförmig sein können, sind in regelmäßigen Abständen in Zulieferrichtung des Bandes 70 angeordnet. Der flüssigkeitsabsorbierende Körper 73 kann gemahlene Pulpe, eine Mischung aus gemahlener Pulpe und hoch absorbierendem Polymer (SAP), einen Stapel aus hydrophilem Vliesstoff, Glasvlies-Pulpe oder dergleichen enthalten. Ein derartiges absorbierendes Material ist in eine flüssigkeitsdurchlässige Decklage eingewickelt. Die einzelnen flüssigkeitsabsorbierenden Körper 73 sind mit der Oberfläche der zweiten Lage 71 durch einen Heißschmelzkleber oder dergleichen verklebt.
Die Decklage kann ein Spunlaced-Vliesstoff, ein im Durchluft-Verfahren hergestellter Vliesstoff oder eine mit Flüssigkeitsdurchtrittsöffnungen gebildete Kunststofffolie sein.
Entlang seiner in Längsrichtung verlaufenden Mittellinie Ow-Ow ist das in 6A gezeigte Band mit nach innen gerichtetem flüssigkeitsabsorbierenden Körper 73 übereinander gefaltet, was das in 6B gezeigte weiche Werkstück W ergibt.
Die Umfangsteilung der auf der Umfangsfläche 15a des Rotors 15 der Schweißvorrichtung 1 angeordneten Ambosse 16 ist identisch mit der Teilung der flüssigkeitsabsorbierenden Körper 73, die in MD des weichen Werkstücks W angeordnet sind. Es sei angemerkt, dass zwischen benachbarten flüssigkeitsabsorbierenden Körpern 73 das weiche Werkstück W von flüssigkeitsabsorbierenden Körpern 73 freie Abschnitte hat, deren Abmessung Lw in MD größer ist als die Umfangsabmessung L1 des Ambosses 16.
Wenn demgemäß das weiche Werkstück W auf den Umfang des Rotors 15 zugeliefert wird, kann der flüssigkeitsabsorbierende Körper 73 auf die Umfangsfläche 15a des Rotors 15 an einer Position zwischen benachbarten Ambossen 16 gelegt werden, und die vom flüssigkeitsabsorbierenden Körper 73 freien Abschnitte, in welchen die erste Lage 72, die zweite Lage 71, die Hüftbänder 75, 76 und die Beinbänder 77, 78 in einem gefalteten Zustand sind, können auf die Schweißanlagefläche 16a des Ambosses 16 gelegt werden, wie in 4 gezeigt.
Wie 4 zeigt, ist der Abstand H, in welchem die Schweißanlagefläche 16a des Ambosses 16 von der Umfangsfläche 15a des Rotors 15 entfernt liegt, gleich oder größer als eine Dicke Tw1 der die flüssigkeitsabsorbierenden Körper 73 enthaltenden Abschnitte des weichen Werkstücks W eingestellt. Daher können die die flüssigkeitsabsorbierenden Körper 73 enthaltenden Abschnitte nicht oder nur geringfügig über eine Kreisbahn vorspringen, entlang welcher sich die Schweißanlageflächen 16a der Ambosse 16 bewegen.
Während der Rotor 15 umläuft und das zweite Halteelement 46 hin und her bewegt wird, kann der von flüssigkeitsabsorbierenden Körpern 73 freie Abschnitt des weichen Werkstücks W zwischen der Schweißanlagefläche 16a des Ambosses 16 und der Schweißanlagefläche 48a des Ultraschallhorns 48 gehalten werden; dabei kann der Spalt δ zwischen der Schweißanlagefläche 16a und der Schweißanlagefläche 48a in Übereinstimmung mit einer Dicke Tw2 des von flüssigkeitsabsorbierenden Körpern 73 freien Abschnitts des weichen Werkstücks W fein eingestellt werden. Eine derartige Feineinstellung kann durch Veränderung der Höhenpositionen der Stopper 21, 22 durchgeführt werden. Alternativ kann sie durch Veränderung der Befestigungsposition des zweiten Halteelements 46 am Halter 45 durchgeführt werden. Durch eine derartige Feineinstellung kann der Spalt δ zwischen der Schweißanlagefläche 16a und der Schweißanlagefläche 48a kleiner als die Dicke Tw2 eingestellt werden.
Im angehaltenen Zustand der Schweißvorrichtung 1 vor dem Beginn des Schweißbetriebs kann der Fluiddruck innerhalb der Fluidzylinder 23, 25 reduziert werden, um den vorderen Lagerhalter 7 und den hinteren Lagerhalter 9 von dem Stopper 21 beziehungsweise dem Stopper 22 weg absinken zu lassen. Dies führt zu einem Absenken der Drehachse 11 entlang der vertikalen Bezugslinie Oy, wodurch der Spalt zwischen der Umfangsfläche 15a des Rotors 15 und der Schweißanlagefläche 48a des Ultraschallhorns 48 vergrößert wird. In 3 ist die Distanz des Absenkens der Drehachse 11 mit h angegeben.
Nachdem das weiche Werkstück W um die Umfangsfläche 15a des Rotors 15 gewickelt ist, wie in 1 gezeigt, kann der Fluiddruck innerhalb der Fluidzylinder 23, 25 erhöht werden, um den vorderen Lagerhalter 7 und den hinteren Lagerhalter 9 gegen den Stopper 21 beziehungsweise den Stopper 22 zu drücken, wodurch die Drehachse 11 positioniert wird.
Während des Schweißbetriebs wird der Rotor 15 so angetrieben, dass er mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit in der Richtung gegen den Uhrzeigersinn (CCW) umläuft, so dass die Schweißanlageflächen 16a der Ambosse 16 weiterhin mit einer konstanten Umfangsgeschwindigkeit V0 umlaufen. Die Antriebsrotor 54 wird ebenfalls mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit in der Richtung gegen den Uhrzeigersinn (CCW) angetrieben, wobei die Drehbewegung durch die Verbindungsstange 51 auf den Träger 41 übertragen wird, so dass der Träger 41 sich um den Drehpunkt O2 hin und her bewegen kann.
Die Schweißanlagefläche 48a des Ultraschallhorns 48 kann sich entlang einem Teil der Kreisbahn hin und her bewegen, während sie den Spalt δ zwischen sich und der Schweißanlagefläche 16a des Ambosses 16 einhält. Dabei hat die Mitte Oa der Schweißanlagefläche 48a des Ultraschallhorns 48 eine Umfangsgeschwindigkeit Vt, die einer trigonometrischen Funktion folgend variiert, wobei die Umfangsgeschwindigkeit Vt beinahe (A·sinϕ) ist. ϕ kann eine durch den Drehwinkel des Antriebsrotors 54 bestimmte Konstante sein und A eine durch den Drehradius R der Welle 55 bestimmte Konstante. Das heißt, dass die Umfangsgeschwindigkeit Vt eine variable Geschwindigkeit ist, die über die Zeit variiert. Die Geschwindigkeit der Schweißanlagefläche 48a des Ultraschallhorns 48 an der Mitte Oa ist +Vt bei der Bewegung in Drehrichtung des Rotors 15 und –Vt bei der Bewegung in der entgegengesetzten Richtung.
Während eines Teils des Zeitraums, in dem sich das Ultraschallhorn 48 in der Richtung gegen den Uhrzeigersinn bewegt, wird das weiche Werkstück W zwischen der Schweißanlagefläche 48a des Ultraschallhorns 48 und einem der Schweißmuster 17a, 17b gehalten, die auf der Schweißanlagefläche 16a des Ambosses 16 gebildet sind, wodurch der Schweißvorgang durchgeführt wird.
4 zeigt den Moment, in dem das weiche Werkstück W zwischen der Schweißanlagefläche 16a und der Schweißanlagefläche 48a gehalten ist, während sich das Ultraschallhorn 48 in der Richtung gegen den Uhrzeigersinn bewegt. Dabei kann die Relativgeschwindigkeit der Schweißanlagefläche 16a sowie des gemeinsam sich bewegenden weichen Werkstücks W gegenüber der Schweißanlagefläche 48a des Ultraschallhorns 48 durch V0–Vt ausgedrückt werden. Der Schweißvorgang kann durchgeführt werden, während das weiche Werkstück W und die Schweißanlagefläche 48a des Ultraschallhorns 48 in gleitenden Kontakt miteinander mit der Relativgeschwindigkeit V0–Vt kommen.
Somit können die Schweißmuster 17a, 17b, die paarweise auf der Schweißanlagefläche 16a des Ambosses 16 gebildet sind, wie in 4 und 5 gezeigt, auf das weiche Werkstück W übertragen werden und die Schweißlinien Sa beziehungsweise Sb erzeugen.
Die hin- und hergehende Antriebseinrichtung 50 hat die Drehphaseneinstelleinrichtung zum Einstellen der Drehphase des Antriebsrotors 54. Durch Einstellung der Drehphase in der Drehphaseneinstelleinrichtung kann die Position, an welcher die Geschwindigkeit +Vt des Ultraschallhorns 48 maximal wird, auf der Grundlage der Schweißmuster beliebig eingestellt werden.
In der vorliegenden Ausführungsform sind die Schweißmuster 17a, 17b, die in Umfangsrichtung voneinander getrennt sind, auf der Schweißanlagefläche 16a des Ambosses 16 in symmetrischer Beziehung um die Mittellinie O3 angeordnet. Demgemäß erfolgt die Einstellung dergestalt, dass die Umfangsgeschwindigkeit +Vt maximal wird, wenn die Mitte Oa der Schweißanlagefläche 48a des Ultraschallhorns 48 auf halbem Weg zwischen den Schweißmuster 17a, 17b positioniert ist. Bevorzugter wird die Drehphase des Antriebsrotors 54 so eingestellt, dass in dem Moment, in dem die Mitte Oa mit der Mittellinie O3 zusammenfällt (oder mit der vertikalen Bezugslinie Oy zusammenfällt), die Umfangsgeschwindigkeit +Vt maximal wird.
Mit dieser Einstellung fällt die Mitte Oa der Schweißanlagefläche 48a mit dem Schweißmuster 17a zusammen, unmittelbar bevor die Mitte Oa die vertikale Bezugslinie Oy erreicht, wie in 4 gezeigt, so dass das weiche Werkstück W zwischen dem Schweißmuster 17a und dem Ultraschallhorn 48 gehalten ist, wobei die Schweißlinie Sa gebildet wird. Anschließend fällt die Mitte Oa der Schweißanlagefläche 48a mit dem Schweißmuster 17b unmittelbar nach dem Durchgang der Mitte Oa durch die vertikale Bezugslinie Oy in Richtung gegen den Uhrzeigersinn zusammen, so dass das weiche Werkstück W zwischen dem Schweißmuster 17b und dem Ultraschallhorn 48 gehalten wird und die Schweißlinie Sb gebildet wird.
Hier wird dann, wenn die Einstellung dergestalt ist, dass die Umfangsgeschwindigkeit +Vt maximal wird, wenn die Mitte Oa auf halbem Weg zwischen den Schweißmustern 17a, 17b positioniert ist, der Unterschied der Relativgeschwindigkeit V0–Vt zwischen dem Moment, in dem die Mitte Oa dem Schweißmuster 17a gegenüberliegt, und dem Moment, in dem die Mitte Oa dem Schweißmuster 17b gegenüberliegt, äußerst gering. Vorzugsweise ist die Einstellung dergestalt, dass die Umfangsgeschwindigkeit +Vt maximal wird, wenn die Mitte Oa mit der vertikalen Bezugslinie Oy zusammenfällt, was dazu führt, dass die Mitte Oa den Schweißmustern 17a, 17b mit einer gleichen Relativgeschwindigkeit V0–Vt gegenüberliegt.
In diesem Fall ist es bevorzugt, dass die Umfangsgeschwindigkeit +Vt mit der Umfangsgeschwindigkeit V0 der Schweißanlagefläche 16a zusammenfällt, wenn die Mitte Oa der Schweißanlagefläche 48a mit der vertikalen Bezugslinie Oy zusammenfällt. Bevorzugter ist die Umfangsgeschwindigkeit +Vt geringfügig höher als die Umfangsgeschwindigkeit V0 der Schweißanlagefläche 16a, wenn die Mitte Oa der Schweißanlagefläche 48a mit der vertikalen Bezugslinie Oy zusammenfällt, was die Relativgeschwindigkeit V0–Vt sowohl in dem Moment, in dem die Mitte Oa dem Schweißmuster 17a gegenüberliegt, als auch in dem Moment, in dem die Mitte Oa dem Schweißmuster 17b gegenüberliegt, auf Null reduzieren kann.
Wenn der Spalt δ zwischen den Schweißanlageflächen 16a, 48a ausreichend kleiner als die Dicke Tw2 des die Schweißlinie bildenden Abschnitts des weichen Werkstücks W gewählt wird, kann der Haltedruck, der auf das weiche Werkstück W zwischen den Schweißanlageflächen 16a, 48a ausgeübt wird, durch den Fluiddruck innerhalb der Fluidzylinder 23, 25 eingestellt werden. In diesem Fall kann das weiche Werkstück W stets mit einem stabilen Haltedruck zwischen den Schweißanlageflächen 16a, 48a gehalten werden, indem der Fluiddruck innerhalb der Fluidzylinder 23, 25 durch die Druckeinstelleinrichtung 30 eingestellt wird, womit die Qualität der Schweißlinien Sa, Sb mit Sicherheit konstant gehalten wird.
Da in der Schweißvorrichtung 1 die Relativgeschwindigkeit V0–Vt zwischen den Schweißanlageflächen 16a, 48a während des Haltens des weichen Werkstücks W ausreichend reduziert wird (z. B. auf null), kann die Anwendung von Schweißenergie von den Schweißanlageflächen 16a, 48a auf das weiche Werkstück W ausreichend verlängert werden. Wenn jedoch die Drehgeschwindigkeit des Rotors 15 sowie die Drehgeschwindigkeit des Antriebsrotors 54 beträchtlich erhöht wird, wird die Schweißenergie von dem Ultraschallhorn 48 schließlich nicht ordnungsgemäß an das weiche Werkstück W angelegt.
In der Schweißvorrichtung 1 kann daher die Veränderung der Drehgeschwindigkeit des Rotors 15 von der Steuereinrichtung 33 erfasst werden, wobei das Einstellventil 32 in Übereinstimmung mit der Drehgeschwindigkeit eingestellt wird und der Fluiddruck innerhalb der Fluidzylinder 23, 25 variiert wird. Alternativ kann das Einstellventil 32 durch einen Bedienungsperson in Übereinstimmung mit der Drehgeschwindigkeit manipuliert werden. Wenn die Drehgeschwindigkeiten des Rotors 15 und des Antriebsrotors 54 erhöht werden, kann daher der auf das weiche Werkstück W zwischen den Schweißanlageflächen 16a, 48a ausgeübte Haltedruck ebenfalls gesteigert werden; wenn im Gegensatz dazu die Drehgeschwindigkeiten vermindert werden, kann der Haltedruck reduziert werden, wobei der Haltedruck in Übereinstimmung mit der Veränderung der Aufbringdauer der von dem Ultraschallhorn 48 an das weiche Werkstück W angelegten Schweißenergie ordnungsgemäß eingestellt werden kann.
In der Schweißvorrichtung 1 wird ferner die Temperatur des Ambosses 16 durch die Heizpatrone und den in dem Amboss 16 untergebrachten Temperatursensor so geregelt, dass sie stets optimal ist. Dies verhindert, dass die Temperatur des Ambosses 16 während des Schweißvorgangs stark abgesenkt wird, so dass die Schweißwärme in den Amboss 16 austritt, was eine fehlerhafte Schweißung verursachen würde, oder stark erhöht wird, so dass geschmolzenes thermoplastisches Kunstharz leicht an den Schweißmustern 17a, 17b anhaftet.
Wenn sich in der Schweißvorrichtung 1, wie in 4 gezeigt, das Ultraschallhorn 48 in Richtung gegen den Uhrzeigersinn bewegt, wird das weiche Werkstück W zunächst zwischen dem in der Drehrichtung vorne gelegenen Schweißmuster 17a und der Schweißanlagefläche 48a des Ultraschallhorns 48 gehalten, wobei der Schweißvorgang durchgeführt wird, um die Schweißlinie Sa zu bilden, wobei die Schweißanlagefläche 48a in gleitendem Kontakt mit dem weichen Werkstück W ist. Anschließend wird das weiche Werkstück W zwischen dem nächsten Schweißmuster 17b und der Schweißanlagefläche 48a gehalten, wobei die Schweißlinie Sb mit der Schweißanlagefläche 48a in gleitendem Kontakt mit dem weichen Werkstück W gebildet wird. Anschließend bewegt sich die Schweißanlagefläche 48a des Ultraschallhorns 48 im Uhrzeigersinn mit einer Geschwindigkeit –Vt. Genauer ausgedrückt bewegt sich die Schweißanlagefläche 48a von dem Amboss 16 weg im Uhrzeigersinn zurück und gleitet auf dem weichen Werkstück W in dem Bereich, in dem kein Amboss 16 vorhanden ist. Wenn sich die Schweißanlagefläche 48a erneut in Richtung gegen den Uhrzeigersinn bewegt, wird der in 4 gezeigte Schweißvorgang mit dem Ultraschallhorn 48 und dem nächsten umlaufenden Amboss 16 wiederholt.
Demgemäß kann der Schweißvorgang nur dann durchgeführt werden, wenn das weiche Werkstück W zwischen den Schweißmustern 17a, 17b und dem Ultraschallhorn 48 gehalten wird, auch wenn die Ultraschallvibrationen kontinuierlich an das Ultraschallhorn 48 angelegt werden. Es ist jedoch auch möglich, die Drehphase des Rotors 15 zu erfassen und eine Regelung durchzuführen, dass die Ultraschallvibrationen an das Ultraschallhorn 48 nur dann angelegt werden, wenn das weiche Werkstück W zwischen den Schweißmustern 17a, 17b und dem Ultraschallhorn 48 gehalten wird.
Die Schweißvorrichtung kann ferner mit einer Erfassungseinrichtung, wie zum Beispiel einem optischen Sensor, zum Erfassen der Dicke des weichen Werkstücks W vor und nach der vertikalen Bezugslinie Oy ausgerüstet sein, wobei dann, wenn ein Transportproblem auftritt, so dass der flüssigkeitsabsorbierende Körper 73 des weichen Werkstücks W auf die Schweißanlagefläche 16a des Ambosses 16 läuft, das Einstellventil 32 unmittelbar betätigt werden kann, um den Fluiddruck innerhalb der Fluidzylinder 23, 25 zu reduzieren und die Drehachse 11 abzusenken, was sofort das Auftreten einer Blockierung des weichen Werkstücks W verhindert.
Nachdem der Schweißvorgang auf diese Weise durchgeführt wurde und die Schweißlinien Sa, Sb in dem weichen Werkstück W hergestellt wurden, wie in 6B gezeigt, kann das weiche Werkstück W unter Verwendung einer Schneideeinrichtung, die stromabwärts der Schweißvorrichtung 1 vorgesehen ist, in einzelne Wegwerfwindeln des Höschentyps getrennt werden, wobei der Schneidvorgang entlang den Schnittlinien C1 durchgeführt werden kann, die zwischen benachbarten Schweißlinien Sa, Sb angeordnet sind.
Obgleich die vorliegende Erfindung unter Bezug auf eine beispielhafte Ausführungsform derselben veranschaulicht und beschrieben wurde, ist es für den Durchschnittsfachmann offensichtlich, dass die vorstehend genannten und verschiedene andere Veränderungen, Weglassungen und Ergänzungen in und an derselben vorgenommen werden können, ohne den Gedanken und Schutzumfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Beispielsweise kann das erste Halteelement am Rotor 15 ein Ultraschallhorn sein und das zweite Halteelement am Träger 41 kann ein Amboss sein. Ferner sind das erste Halteelement und das zweite Halteelement nicht auf ein solches Ultraschallhorn und einen Amboss beschränkt, sondern können beliebige Einrichtungen sein, wie zum Beispiel Heißsiegelköpfe, solange sie Schweißenergie an ein Werkstück anlegen können. Auch ist es möglich, einen umlaufenden Nocken als hin- und hergehende Antriebseinrichtung 50 einzusetzen und die Bewegung der Verbindungsstange 51 durch den umlaufenden Nocken zu steuern.
Ferner sei angemerkt, dass ein Stapel Lagen, wie zum Beispiel Vliesstoffe, Folien oder eine Kombination daraus, mit der Schweißvorrichtung 1 vor und getrennt von einem Prozess zur Herstellung einer Wegwerfwindel, einer Damenbinde oder dergleichen verschweißt werden können, so dass das Verbundmaterial dem Herstellungsprozess nach dem Verschweißen zugeliefert werden kann.
Industrielle Anwendbarkeit
Gemäß der vorstehend beschriebenen vorliegenden Erfindung kann ein Schweißvorgang, bei welchem das weiche Werkstück durch den kontinuierlich rotierenden Rotor transportiert wird, durchgeführt werden, während eine Relativgeschwindigkeit des ersten Haltee lements und des Werkstücks gegenüber dem zweiten Halteelement gering gehalten wird. Daher kann die Aufbringung der Schweißenergie auf das Werkstück ausreichend verlängert werden, was einen Hochgeschwindigkeits-Schweißbetrieb ermöglicht, bei dem der Rotor mit einer hohen Geschwindigkeit umlaufend angetrieben wird.

Claims

Schweißvorrichtung, enthaltend ein erstes Halteelement (16) einer ersten Schweißanlagefläche (16a) und ein zweites Halteelement (46) einer zweiten Schweißanlagefläche (48a), dafür vorgesehen, ein thermoplastisches weiches Werkstück (W) zwischen der ersten und der zweiten Schweißanlagefläche (16a, 48a) zum Verschweißen zu halten, wobei das erste Halteelement (16) am Umfang eines Rotors (15) mit radial nach außen gerichteter Schweißanlagefläche (16a) angeordnet ist, das zweite Halteelement (46) von einem Träger (41) gehalten wird, wobei die zweite Schweißanlagefläche (48a) so ausgerichtet ist, dass sie zu der ersten Schweißanlagefläche (16a) weist, wobei die Vorrichtung ferner eine Drehantriebseinrichtung zum drehenden Antreiben des Rotors (15) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine hin- und hergehende Antriebseinrichtung zum Antreiben des Trägers (41) enthält, um die zweite Schweißanlagefläche (48a) in eine Hin- und Herbewegung entlang einem Teil einer Kreisbahn der ersten Schweißanlagefläche (16a) zu versetzen, um dadurch das Halten des weichen Werkstücks (W) zwischen der ersten und der zweiten Schweißanlagefläche (16a, 48a) zum Verschweißen zu ermöglichen, wenn das zweite Halteelement (46) sich in die gleiche Richtung wie das erste Halteelement (16) bewegt.
Schweißvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Anzahl der auf dem Rotor (15) angeordneten ersten Halteelemente (16) N ist und die Hin- und Herbewegung des zweiten Halteelements (46) in N Zyklen pro Umdrehung des Rotors (15) ausführbar ist.
Schweißvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die erste Schweißanlagefläche (16a) mit einer konstanten Umfangsgeschwindigkeit (V0) bewegbar ist, während der Rotor (15) so ansteuerbar ist, dass er sich mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit dreht, wohingegen eine Umfangsgeschwindigkeit (Vt), mit der die zweite Schweißanlagefläche (48a) in die gleiche Richtung wie die erste Schweißanlagefläche (16a) bewegbar ist, über die Zeit variiert, so dass die erste und die zweite Schweißanlagefläche (16a, 48a), die das weiche Werkstück (W) zum Verschweißen zwischen sich halten, mit einer variierenden Relativgeschwindigkeit (V0–Vt) bewegbar sind.
Schweißvorrichtung nach Anspruch 3, bei welcher zwei in einer Umfangsrichtung des Rotors (15) voneinander getrennte Schweißmuster (17a, 17b) an dem ersten Halteelement (16) angeordnet sind und die Umfangsgeschwindigkeit (Vt) der zweiten Schweißanlagefläche (48a) in der Phase dergestalt einstellbar ist, dass die Relativgeschwindigkeit (V0–Vt) auf ein Minimum reduzierbar ist, wenn die Mitte (Oa) des zweiten Halteelements (46) auf halbem Weg zwischen den beiden Schweißmustern (17a, 17b) positioniert ist.
Schweißvorrichtung nach Anspruch 3, bei welcher eine oszillierende Bewegung des Trägers (41) ausführbar ist, wobei sein Drehpunkt (O2) mit einem Drehmittelpunkt (O1) des Rotors (15) zusammenfällt und die hin- und hergehende Antriebseinrichtung ein Kurbelmechanismus zum Umwandeln einer gleichmäßigen Drehbewegung in eine hin- und hergehende Bewegung des Trägers (41) ist.
Schweißvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher eine Drehachse (11) des Rotors (15) zu dem zweiten Halteelement (46) hin bewegbar ist und die ferner eine Druckeinstelleinrichtung zum Einstellen eines auf das weiche Werkstück (W) zwischen der ersten und der zweiten Schweißanlagefläche (16a, 48a) auszuübenden Haltedrucks enthält, wobei der Rotor (15) gegen das zweite Halteelement (46) gepresst wird.
Schweißvorrichtung nach Anspruch 6, bei welcher der durch die Druckeinstelleinrichtung einzustellende Haltedruck so regelbar ist, dass er in Übereinstimmung mit einer Rotationsgeschwindigkeit des Rotors (15) variiert.
Schweißverfahren, enthaltend das Halten eines thermoplastischen weichen Werkstücks (W) zwischen einem ersten Halteelement (16) einer ersten Schweißanlagefläche (16a) und einem zweiten Halteelement (46) einer zweiten Schweißanlagefläche (48a) zum Verschweißen, wobei das erste Halteelement (16) so angetrieben wird, dass es mit der ersten Schweißanlagefläche (16a) nach außen gerichtet in einer zu einer Kreisbahn desselben normalen Richtung angetrieben wird, wobei das weiche Werkstück (W) auf das erste Halteelement (16) zugeliefert wird, so dass es sich entlang der ersten Schweißanlagefläche (16a) bewegt und das zweite Halteelement (46) so angetrieben wird, dass es sich entlang einem Teil der Kreisbahn hin und her bewegt, wobei die zweite Schweißanlagefläche (48a) so ausgerichtet ist, dass sie zur ersten Schweißanlagefläche (16a) weist, wobei die erste Schweißanlagefläche (16a) sich mit einer konstanten Umfangsgeschwindigkeit (V0) bewegt, wohingegen eine Umfangsgeschwindigkeit (Vt), mit der sich die zweite Schweißanlagefläche (48a) in derselben Richtung wie die erste Schweißanlagefläche (16a) bewegt, über die Zeit variiert, so dass sich die erste und die zweite Schweißanlagefläche (16a, 48a), die das weiche Werkstück (W) zum Verschweißen zwischen sich halten, mit einer variierenden Relativgeschwindigkeit (V0–Vt) bewegen.
Schweißverfahren nach Anspruch 8, bei welchem zwei in ihrer Umlaufrichtung voneinander getrennte Schweißmuster (17a, 17b) an dem ersten Halteelement (16) angeordnet sind und die Umfangsgeschwindigkeit (Vt) der zweiten Schweißanlagefläche (48a) in der Phase so eingestellt ist, dass die Relativgeschwindigkeit (V0–Vt) auf ein Minimum reduziert ist, wenn eine Mitte (Oa) des zweiten Halteelements (46) auf halbem Weg zwischen den beiden Schweißmustern (17a, 17b) positioniert ist.
Schweißverfahren nach Anspruch 8, bei welchem das zweite Halteelement (46) hin- und hergehend mit einem Kurbelmechanismus angetrieben wird, um eine gleichmäßige Drehbewegung in eine Hin- und Herbewegung umzuwandeln.
Schweißverfahren nach Anspruch 8, bei welchem die Anzahl der mit einer konstanten Teilung umlaufenden ersten Halteelemente (16) N ist, wobei die Hin- und Herbewegung des zweiten Halteelements (46) mit N Zyklen pro Umlauf jedes ersten Halteelements (16) ausgeführt wird.
Schweißverfahren nach Anspruch 8, bei welchem das weiche Werkstück (W) flüssigkeitsabsorbierende Körper (73) enthält, die in einem Abstand in seiner Zuliefererrichtung angeordnet sind, sowie die flüssigkeitsabsorbierenden Körper (73) tragende, schmelzverklebbare Lagen, wobei ein Stapel der Lagen zwischen der ersten und der zweiten Schweißanlagefläche (16a, 48a) zum Verschweißen an einer Position zwischen benachbarten flüssigkeitsabsorbierenden Körpern (73) gehalten ist.