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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Reibschweisseinrichtung für eine Umreifungsvorrichtung,
die mit einem Antrieb versehen ist, dessen Antriebsbewegung über ein
Getriebe in eine oszillierende Bewegung eines Schweissschuhs transformierbar
ist. Die vorliegende Erfindung betrifft zudem eine Umreifungsvorrichtung,
die mit einer Reibschweisseinrichtung versehen ist.
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Derartige
Reibschweisseinrichtungen sind häufig
bei mobilen Umreifungsvorrichtungen vorgesehen, mit denen ein Benutzer
an beliebigen Orten Packgut mit einem verschweissbaren Band umreifen kann.
Grundsätzlich
können
solche Reibschweisseinrichtungen aber auch im Zusammenhang mit stationären Umreifungsvorrichtungen
zum Einsatz kommen. Derartige Umreifungsvorrichtungen weisen üblicherweise
eine Spanneinrichtung auf, mit der auf eine um das jeweilige Packgut
gelegte Bandschlaufe eine ausreichend grosse Bandspannung aufgebracht werden
kann. Mittels einer Klemmeinrichtung der Umreifungsvorrichtung kann
dann die Bandschlaufe für
den nachfolgenden Verbindungsvorgang am Packgut fixiert werden.
Der Verbindungsvorgang wird bei gattungsgemässen Umreifungsvorrichtungen
mittels einer Reibschweisseinrichtung vorgenommen. Hierbei wird
mit einem sich oszillierend bewegenden Reibschuh im Bereich zwischen
den beiden Enden der Bandschlaufe auf das Band gedrückt. Der
Druck und die durch die Bewegung entstehende Wärme schmilzt das in der Regel
Kunststoff aufweisende Band lokal für kurze Zeit auf. Hierdurch
entsteht zwischen den beiden Bandlagen eine dauerhafte und höchstens
mit grosser Kraft wieder zu lösende
Verbindung zwischen den beiden Bandlagen.
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Eine
Vielzahl derartiger Reibschweissvorrichtungen verwendet einen Exzenter
oder einen Pleuelantrieb, um eine rotative Antriebsbewegung in die
oszillierende Bewegung des Schweissschuhs zu transformieren. Es
hat sich jedoch gezeigt, dass hiermit nicht völlig zufrieden stellende Reibschweissergebnisse
erzielbar sind. Um optimale Schweissverbindungen zu ermöglichen,
muss innerhalb eines bestimmten Zeitfensters eine bestimmte Menge
an Wärme
in einen lokal begrenzten Abschnitt der beiden sich überlappenden
Bandabschnitte eingebracht werden. Bei den gebräuchlichen Kunststoffbändern werden
Bandtemperaturen von ca. 250°C
benötigt.
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Hierzu
sind bestimmte Frequenzen der Reibschuhe unter gleichzeitiger Ausübung bestimmter Reibkräfte auf
das Umreifungsband erforderlich, wobei beide vom Bandtyp abhängig sein
können.
Ausserdem wird eine möglichst
konstante Arbeitsgeschwindigkeit benötigt. In der Regel ist es problematisch
mittels den über
einen handbetätigten
Hebel und dem üblichen
Pleuelgetriebe erzeugten Kräften und
Drehmomenten innerhalb des zum Schweissen erforderlichen Zeitfensters
optimale Frequenzen und Reibkräfte
der Schweissschuhe zu erzielen. Dies gilt umso mehr insbesondere
bei handbetätigten
Reibschweisseinrichtungen, deren Gewicht möglichst gering sein sollte,
damit das Umreifungsgerät
auch gute Handhabungseigenschaften aufweist. Besonders lange Betätigungshebel
zur Erzielung grosser Momente oder Getriebe mit vielen Übersetzungsstufen werden
deshalb in der Regel aus Handhabungsgründen abgelehnt.
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Aber
selbst bei Verwendung von Elektromotoren zur Erzeugung der Antriebsbewegung
im Zusammenhang mit nicht handbetätigten Schweisseinrichtungen
ergeben sich ähnliche
Probleme. Es war daher bisher erforderlich bezüglich der erzielbaren Schweissparameter
Kompromisse einzugehen.
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Der
Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Reibschweisseinrichtung
der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, die verbesserte
Schweissergebnisse ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird bei einer Schweisseinrichtung der eingangs genannten
Art für
ein Umreifungsgerät
erfindungsgemäß durch
ein polygonartiges Antriebselement gelöst, das in Übertragungsrichtung der Antriebsbewegung
zwischen dem Antrieb und dem Schweissschuh angeordnet ist, das mit
einer Umfangsfläche
versehen ist, die mit zumindest drei Zonen versehen ist, die im
Vergleich zu anderen Zonen einen erhöhten Abstand zur Rotationsachse aufweisen.
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Es
hat sich gezeigt, dass mit dem erfindungsgemässen polygonartigen Antriebselement eine
Vervielfachung des Hubes gegenüber
dem bestehenden Pleuelprinzip erzielbar ist, wenn das polygonartige
Antriebselement mit zumindest drei Umfangszonen versehen ist, die
einen erhöhten
Abstand zur Rotationsachse des Antriebselements aufweisen. Zwischen
jeweils zwei Zonen mit erhöhtem
Abstand kann sich jeweils eine Zone der Umfangsfläche befinden,
deren maximaler Abstand zur Rotationsachse kleiner ist als der kleinste
Abstand der Umfangsfläche
in einer der angrenzenden Zonen. Diese geometrische Ausgestaltung
kann zur Erzielung von vorteilhafteren Schweissparametern genutzt
werden als sie bisher erreichbar waren. Die Erfindung ermöglicht eine
deutliche Erhöhung
des Wirkungsgrades der Schweisseinrichtung, wobei sogar gleichzeitig
eine konstruktiv unaufwendigere Ausgestaltung der Schweisseinrichtung
als bisher möglich
wird.
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Alternativ
dazu ist es aber auch möglich,
die Drehzahl um den Faktor Drei zu verringern, die im bevorzugten
Anwendungsfall mittels Handhebel zu realisieren ist und an einer
Welle ansteht, die direkt oder indirekt mit dem Handhebel verbunden
ist. Durch die erhöhte
Anzahl an Hüben
pro Umdrehung des Antriebselements können somit trotzdem gleiche Schweissparameter
wie bisher erreicht werden. Dies kann zu einer konstruktiv einfacheren
Ausgestaltung der Reibschweisseinrichtung genutzt werden, was wiederum
zu einem geringeren Gewicht des Umreifungsgerätes führen kann.
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Im
Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung kann unter einem polygon-
oder einem polygonartigen Antriebselement ein mit einer rotierbaren Welle
ein- oder mehrstückig verbundenes
Bauteil verstanden werden, das eine Umfangsfläche aufweist, die von einer
kreisrunden Form abweicht. Ein polygonartiges Antriebselement zeichnet
sich ferner dadurch aus, dass die Umfangsfläche in Umfangsrichtung mit
mehreren, aneinander angrenzenden Zonen versehen sein kann, die
sich in Bezug auf ihren jeweils maximalen Abstand von der Rotationsachse
unterscheiden. Innerhalb der einzelnen Zonen selbst, kann der Abstand
der Umfangsfläche
zur Rotationsachse ebenfalls variieren. Es können zudem mehrere, in Bezug
auf ihren geometrischen Verlauf, identische Zonen vorhanden sein.
So können
beispielsweise die Zonen mit erhöhtem
Abstand zur Rotationsachse in Bezug auf ihre geometrische Gestaltung
zumindest näherungsweise
deckungsgleich sein. Gleiches gilt für die Zonen mit einem geringeren maximalen
Abstand zur Drehachse.
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Grundsätzlich ist
es aber auch denkbar, dass das polygonartige Antriebselement eine
höhere
Anzahl – insbesondere
eine höhere
ungerade Anzahl – als
drei Zonen mit erhöhtem
Abstand zur Rotationsachse aufweist. Zwischen jeweils zwei in Umfangsrichtung
aufeinanderfolgenden Zonen mit erhöhtem Abstand kann sich jeweils
eine Zone mit geringerem Abstand zur Rotationsachse des polygonartigen
Antriebselements befinden.
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Das
polygonartige Antriebselement kann mit zumindest einem Kontaktelement
in Wirkverbindung sein, um auf dieses Element eine Bewegung zu übertragen,
die aus der Rotationsbewegung des Antriebselements resultiert. Vorzugsweise
ist das Antriebselement zwischen zwei Kontaktelementen angeordnet und
bewegt letztere während
eines Hubes synchron translatorisch und richtungsgleich hin und
her. Die Kontaktelemente sollten hierbei gegen die Umfangsfläche des
Antriebselements anliegen. Es ist ferner von Vorteil, wenn der Kontakt
zwischen dem Antriebselement und den beiden Kontaktelementen möglichst
spielfrei erfolgt. Eine bevorzugte gemeinsame Bewegungsachse der
Kontaktelemente kann vorzugsweise die Rotationsachse des polygonartigen Antriebselements
schneiden und zu dieser vertikal ausgerichtet sein.
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Zwischen
dem Antriebselement und dem zumindest einen Kontaktelement kann
Gleitreibung bestehen. Um die mechanische Belastung des zumindest
einen Kontaktelements und des Antriebselements zu reduzieren ist
es jedoch von Vorteil, wenn zwischen den Kontaktpartnern Rollreibung
besteht. Eine Möglichkeit
um dies zu realisieren kann darin gesehen werden, den Kontaktelementen
zusätzlich zur
translatorischen Bewegungsmöglichkeit
auch einen Freiheitsgrad zur Drehung um ihre Lagerachse zu geben.
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Unabhängig von
der Anzahl an Zonen ist es hierbei von Vorteil, wenn in Bezug auf
die die Rotationsachse schneidenden Durchmesserlinien des polygonartigen
Antriebselements, diese Durchmesserlinien zumindest im Wesentlichen
gleich lang sind. Es kann sich bei dem Antriebselement somit um
eine gleich dicke oder eine ähnlich
dicke Struktur handeln.
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Weitere
bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der
Beschreibung und der Zeichnung.
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Die
vorliegende Erfindung wird anhand von in den Figuren rein schematisch
dargestellten Ausführungsbeispielen
näher erläutert, es
zeigen:
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1 ein
Umreifungsgerät,
in das eine erfindungsgemässe
Reibschweisseinrichtung integriert ist;
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2 eine
stark schematisierte Darstellung eines Teils einer erfindungsgemässen Reibschweisseinrichtung;
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3 eine
erfindungsgemässe
Reibschweisseinrichtung;
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4 ein Hebelgetriebe der Reibschweisseinrichtung
aus 3, auf das die Rotationsbewegung eines polygonartigen
Antriebselements übertragen
wird.
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Das
in 1 gezeigte, ausschliesslich handbetätigte erfindungsgemässe Umreifungsgerät 1 weist
eine Grundplatte 2 auf, deren Unterseite zur Anordnung
auf einem zu verpackenden Gegenstand vorgesehen ist. Auf der Grundplatte 2 sind
sämtliche Funktionseinheiten
des Umreifungsgeräts 1 befestigt.
Mögliche
Ausgestaltungen der einzelnen Funktionseinheiten derartiger Umreifungsgeräte sind
in vielfacher Weise vorbekannt. Es wird deshalb nach einer kurzen
Erläuterung
des grundsätzlichen
Aufbaus des Gerätes
im Wesentlichen nur auf die Schweisseinrichtung eingegangen.
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Mit
dem Umreifungsgerät 1 kann
eine in 1 nicht näher dargestellte Schlaufe eines
Plastikbandes (beispielsweise aus Polypropylen (PP) oder Polyethylenterephtalat
(PET)), die zuvor um den zu verpackenden Gegenstand gelegt wurde,
mittels einer Spanneinrichtung 3 des Umreifungsgeräts gespannt
werden. Die Spanneinrichtung weist hierzu eine Haspel 4 auf,
mit der das Band für
einen Spannvorgang erfasst werden kann. Damit ist es möglich, die
Schlaufe mit einer für
den Verpackungszweck ausreichend hohen Bandspannung zu versehen.
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Die
Bandschlaufe sollte dann mittels einer Klemmeinrichtung 5 des
Umreifungsgerätes
an letzterem fixiert werden. Die Klemmeinrichtung weist hierzu zwei Bandklemmen 6, 7 auf.
Anschliessend kann an einer Stelle der Bandschlaufe, an der zwei Lagen
des Bandes übereinander
liegen, eine Verschweissung der beiden Kunststoffbänder mittels
der Reibschweisseinrichtung 8 des Umreifungsgeräts erfolgen.
Die Bandschlaufe kann hierdurch dauerhaft verschlossen werden. Die
Reibschweisseinrichtung 8 ist hierfür mit einem Schweissschuh 9 versehen, der
durch Druck auf das Umreifungsband und eine gleichzeitig erfolgende
oszillierende Bewegung die beiden Lagen des Umreifungsbands anschmilzt.
Die plastifizierten bzw. aufgeschmolzenen Bereiche fliessen ineinander
und nach einer Abkühlung
des Bandes entsteht dann eine Verbindung zwischen den beiden Bandlagen.
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Soweit
erforderlich kann die Bandschlaufe von einer Vorratsrolle des Bandes
mittels einer Schneideinrichtung 10 des Umreifungsgerätes 1 abgetrennt
werden.
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Die
Betätigung
der Spanneinrichtung 3, Klemmeinrichtung 5, Reibschweisseinrichtung 8 sowie
der Schneideinrichtung 10 erfolgen über handbetätigte Betätigungselemente des Umreifungsgerätes. Eine
Zuführung
von anderer äusserer
Hilfsenergie, wie beispielsweise Elektrizität, ist bei dem Umreifungsgerät gemäss 1 nicht
vorgesehen. Bei nicht gezeigten anderen erfindungsgemässen Umreifungsgeräten kann
dies jedoch der Fall sein. Vorliegend umfassen die Betätigungselemente
zumindest einen um eine Schwenkachse 14 drehbaren Handhebel 15,
der über
nicht näher
gezeigte Kupplungen und/oder Freiläufe auf die verschiedenen Funktionseinheiten
wirken kann.
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In
Bezug auf die erfindungsgemässe Schweisseinrichtung
kann der Handhebel 15 mehrere Male betätigt werden, um den Schweissschuh 9 für einen
vollständigen
Verschweissvorgang anzutreiben. Die Schwenkbewegung des Handhebels 9 wird hierbei
auf nicht genauer dargestellte Weise auf ein Planetengetriebe 16 übertragen
(3). Im Planetengetriebe 16 findet eine Übersetzung
der Bewegung der Welle des Handhebels 15 statt. Mit der
so übersetzten
Antriebsbewegung rotiert dann eine Ausgangswelle 18 des
Planentengetriebes. Auf dieser Ausgangswelle ist ein in 2 gezeigtes
polygonartiges Antriebselement 20 angeordnet, dessen Rotationsbewegung über ein
weiteres Getriebe 21 auf den Schweissschuh übertragen
wird. Dieses Getriebe 21 ist in 2 stark
schematisiert durch ein Rechteck symbolisiert und kann prinzipiell
auf vielfältige
Art und Weise ausgebildet sein.
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Eine
mögliche
Ausgestaltung des Getriebes ist in 3 und 4 gezeigt. Wie diesen Darstellungen entnommen
werden kann, befindet sich das polygonartige Antriebselement 20 zwischen
zwei als Radialzylinderrollenlager 22, 23 (nachfolgend
Wälzlager genannt)
ausgebildeten Kontaktelementen. Die beiden Wälzlager 22, 23 liegen
jeweils um ca. 180° versetzt
gegen eine Umfangsfläche 24 des
polygonartigen Antriebselements 20 an. Sie sind dabei so
ausgerichtet, dass ihre Drehachsen parallel zur Drehachse 18a des
polygonartigen Antriebselements verlaufen. Sämtliche drei Drehachsen schneiden
eine gerade Bewegungsachse 25, entlang der sich die Wälzlager 22, 23 translatorisch
bewegen können. Die
Wälzlager 22, 23 sind
mit ihrem Innenring jeweils auf einem Bolzen 27, 28 angeordnet,
wobei die beiden Bolzen in einer gabelförmigen Führungstange 29 gelagert
sind. Sowohl die Wälzlager 22, 23 als
auch das Antriebselement 20 befinden sich innerhalb der durch
die Führungsstange
ausgebildeten Gabel.
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Die
translatorische Bewegung der Wälzlager 22, 23 kommt
durch eine bestimmte geometrische Form der Umfangsfläche 24 des
polygonartigen Antriebselements 20 zustande, durch die
das Antriebselement an seiner Umfangsfläche drei Zonen 30a, 30b, 30c mit
erhöhten Abständen zu
seiner Drehachse aufweist. Diese drei Zonen sind jeweils um 120° zueinander
versetzt. Zwischen jeweils zwei dieser Zonen 30a, 30b, 30c befindet
sich jeweils eine Zone 31a, 31b, 31c der
Umfangsfläche 24 mit
demgegenüber
geringeren radialen Abständen
zur Drehachse 18a des Antriebselements. Auch die Zonen 31a, 31b, 31c mit
geringeren radialen Abständen
sind jeweils zueinander um ca. 120° versetzt.
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Die
Kontaktstellen zwischen jeweils einem der Wälzlager und dem Antriebselement
können
in Bezug auf die translatorische Bewegungsachse wandern, sie können sowohl
auf der Bewegungsachse 25 als auch darunter oder darüber liegen.
Hierdurch ist es möglich,
an der jeweiligen Kontaktstelle eine tangentiale Berührung zu
realisieren, d. h. eine Kontaktstelle, bei der für beide Kontaktpartner eine
gemeinsame Tangente vorhanden ist. Diese Bedingung sollte in die
Formgebung der einzelnen Zonen des polygonartigen Antriebselements
einfliessen.
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Die
gabelförmige
Führungsstange 29 ist
an ihrem in 3 gezeigten linken Ende über einen drehbar
gelagerten Verbindungshebel 33 an einem oberen Hebel 34 angelenkt.
Am rechten Ende der Führungsstange 29 ist
ein Schweissschuhhebel 35 angelenkt, der zudem mit seinem
oberen Ende auch am oberen Hebel 34 angelenkt ist. Der
obere Hebel 34 ist an der Anlenkstelle 36 des
Verbindungshebels 33 in einer in 3 nicht
näher dargestellten
Weise an der Grundplatte 2 gelagert.
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Der
Schweissschuh 9 ist am unteren Ende des Schweissschuhhebels 35 kippbar
angelenkt. Die Führungsstange 29,
der Verbindungshebel 33, der oberer Hebel 34 und
der Schweissschuhhebel 35 bilden ein Parallelogramm. Mit
einer am oberen Hebel 34 sowie im Bereich der Grundplatte 2 befestigten Zugfeder
(nicht dargestellt) wird der obere Hebel 34 – und damit
auch der Schweissschuh 9 – in Richtung auf die Grundplatte 2 gedrückt.
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Um
eine im Verhältnis
zu Frequenz und Anpresskraft optimale Hublänge des Schweissschuhs 9 zu
erreichen, ist es von Vorteil, wenn der Abstand der Anlenkstelle 41 der
Führungsstange 29 am
Schweissschuhhebel 35 zur Anlenkstelle am oberen Hebel etwa
1/2 oder weniger von der Länge
beträgt,
mit der die Anlenkstelle 41 der Führungsstange 29 von
der Anlenkstelle 43 des Schweissschuhs 9 entfernt
ist. Die Anlenkstelle 41 der Führungsstange 29 unterteilt somit
den Schweissschuhhebel 35 in Segmente von 1/3 zu 2/3 der
Länge des
Hebels.
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Die
geometrische Form der Umfangsfläche 24 und
die im wesentlichen spielfreie Anlage der Wälzlager 22, 23 an
der Umfangsfläche
haben zur Folge, dass bei einer Umdrehung des Antriebselements 20 die
beiden in der gabelförmigen
Führungsstange 29 gelagerten
Wälzlager 22, 23 synchron
miteinander drei vollständige
Doppelhübe
(gemäss
dem Doppelpfeil 44) gleicher Länge entlang der translatorischen
Bewegungsachse 25 ausführen.
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Die
translatorische Bewegung der Wälzlager 22, 23 werden über deren
Lagerbolzen 27, 28 auf die Führungsstange 29 übertragen.
Die Anlenkstelle 41 des Schweissschuhhebels 35 an
der Führungsstange 29 führt dann
zu einer Pendelbewegung des Schweissschuhhebels 35, dessen
Bewegung zudem durch die Anlenkung des Schweissschuhhebels 35 am
oberen Hebel 34 bestimmt wird. Die Bewegung des oberen
Hebels 34 ergibt sich wiederum durch die Anlenkung der
Führungsstange 29 mittels
des Verbindungshebels 33 am oberen Hebel 34 sowie
durch die kippbare Lagerung des oberen Hebels um die Achse der Anlenkstelle 36.
Zudem wird seine Bewegung durch die auf ihn wirkende Kraft der nicht
gezeigten Zugfeder bestimmt.
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Die
rotierende Bewegung des Antriebselements 20 wird somit über die
translatorische Hubbewegung der Wälzlager 22, 23 auf
das dem Antriebselement nachgeschaltete Hebelgetriebe übertragen, was
in einer oszillierenden rein translatorischen Bewegung des Schweissschuhs 9 auf
einem unter ihm angeordneten Plastikband resultiert.
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Gegenüber vorbekannten
Pleuelantrieben können
mit der gezeigten Ausführungsform
des Antriebselements bei jeder Umdrehung der Antriebswelle nicht
nur wie bisher üblich
ein Doppelhub, sondern insgesamt drei Doppelhübe des Schweissschuhs in die
Richtung des Doppelpfeils 11 ausgeführt werden. Geht man davon
aus, dass die Welle des Antriebselements 18 die gleiche
Drehzahl aufweist wie bei bekannten Lösungen, so ist mit der Erfindung
eine Verdreifachung der Frequenz zu erzielen, mit der sich der Schweissschuh
hin und her bewegt. Daraus resultiert eine erhebliche Erhöhung des Wirkungsgrades
der erfindungsgemässen
Schweisseinrichtung gegenüber
herkömmlichen
Schweisseinrichtungen von Umreifungsgeräten.