EP1711332A1 - Ultraschall-schweissvorrichtung - Google Patents

Ultraschall-schweissvorrichtung

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Publication number
EP1711332A1
EP1711332A1 EP05700313A EP05700313A EP1711332A1 EP 1711332 A1 EP1711332 A1 EP 1711332A1 EP 05700313 A EP05700313 A EP 05700313A EP 05700313 A EP05700313 A EP 05700313A EP 1711332 A1 EP1711332 A1 EP 1711332A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sonotrode
welding
workpieces
welding device
roller
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP05700313A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dietmar Heil
Pierre Bartholdi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jentschmann AG Zuerich
Original Assignee
Jentschmann AG Zuerich
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jentschmann AG Zuerich filed Critical Jentschmann AG Zuerich
Publication of EP1711332A1 publication Critical patent/EP1711332A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T156/00—Adhesive bonding and miscellaneous chemical manufacture
    • Y10T156/17—Surface bonding means and/or assemblymeans with work feeding or handling means
    • Y10T156/1702—For plural parts or plural areas of single part
    • Y10T156/1712—Indefinite or running length work
    • Y10T156/1741—Progressive continuous bonding press [e.g., roll couples]

Definitions

  • the invention relates to an ultrasonic welding device, a method for operating an ultrasonic welding device and workpieces produced by this method according to the features of claims 1, 5 and 8.
  • Ultrasonic welding is a joining technique in which e.g. thermoplastic or metallic workpieces are connected to one another by supplying energy in the form of ultrasound or high-frequency mechanical vibrations.
  • a sonotrode that presses a first workpiece against a second workpiece is excited to vibrate in the ultrasonic range.
  • frictional heat is generated locally, which softens or melts the workpiece surfaces and connects them to one another.
  • Ultrasonic welding technology is used, among other things, to connect thermoplastic films or fabrics.
  • devices for pulsed welding in which the high-frequency energy is transferred to the workpieces to be connected in a pulsed manner by means of a stamp
  • ultrasonic welding devices for the continuous connection of thermoplastic films known.
  • the sonotrode is roll-shaped.
  • the foils to be connected are continuously moved between the rotating sonotrode wheel and a change wheel rotating synchronously with the opposite direction of rotation, a weld seam being formed which holds the two foils together.
  • a part of the welding device with the sonotrode and the pressure wheel • can be moved relative to the foils held stationary.
  • the ultrasonic welding device according to the invention and the method according to the invention are based on the regulation of the welding power of a roller sonotrode as a function of welding parameters. They are suitable for welding or assembling tissue or foil-like workpieces using hot glue. Both coated and uncoated workpieces can be connected to each other in this way. Even if these workpieces have large dimensions and / or the joints or weld seams are very long, they can be manufactured regularly with consistent quality. They can be of uniformly high strength and / or good
  • Sealing properties are manufactured over the entire seam length, i.e. also in the edge areas.
  • the pressing or Compression and simultaneous cooling of the seam after its production takes place continuously immediately after the seam formation point at the welding head. In this way, large seam lengths with uniform quality can be produced without interruption.
  • the seam widths can be significantly larger than was previously possible, ie larger than approximately 11 mm. This opens up new applications. Connections can easily be created in a single pass for which. previously two or more successive welding processes would have been necessary.
  • the processing speeds can be chosen relatively high. Different, easily exchangeable guiding devices can be attached in the area of the welding head. These take over the exact positioning and guidance of the weld metal or adhesive material when connecting, hemming or applying
  • the fabric can also be guided by means of guide rollers which can be lowered pneumatically, for example.
  • guide rollers which can be lowered pneumatically, for example.
  • adhesive tapes in particular double-sided, single-layer or multilayer adhesive tapes which can be activated by the action of heat and / or pressure, can also be positioned and guided by guide devices.
  • the welding head is in a preferred embodiment arranged to be movable along a long work table, so that the length of a seam that can be produced continuously in one work step is essentially limited only by the table length.
  • the rotational speeds of the roller sonotrode and the counter pressure roller as well as the travel speed of the welding head can be controlled independently of one another, whereby the feed ratio of the sonotrode to the counter pressure roller and welding head can be programmed.
  • Welding speed can be synchronized. This allows welding without warping and without wave formation.
  • the setting of the individual speeds and the surface structure of the sonotrode can influence the quality of the seam, in particular its appearance.
  • the measurement and / or programming and / or control and / or regulation of various welding parameters such as Welding energy, vibration amplitude of the sonotrode, rotational speeds of the sonotrode and the pressure roller, driving speed of the welding head,
  • Gap width between sonotrode and pressure roller etc. can be done in such a way that an optimal connection is possible for different workpieces or workpiece combinations.
  • Data or welding parameters for different applications with different materials and material qualities can be stored in a non-volatile memory and, for example, if required can be called up again under menu control or used to set the welding device.
  • data or welding parameters for the start phase and the end phase of the seam formation can differ from that of the phase in between.
  • the welding device according to the invention has low energy consumption. Thanks to the real-time control, power peaks can be avoided. It can be prevented that changes in certain welding parameters during the welding process could lead to a change in the seam quality.
  • Welding device can e.g. be used for welding or gluing thermoplastic films or tarpaulins or for fabrics coated with thermoplastics such as PVC. Uncoated fabrics such as The acrylic commonly used in awning production can be easily connected using hot glue. Possible applications include the production of foils, awnings, tarpaulins, clothing, etc.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an ultrasonic welding device
  • FIG. 2 shows a longitudinal section of the device from FIG. 1 in the area of the sonotrode
  • FIG. 3 shows a basic diagram of the device
  • FIG. 4 shows a schematic representation of the device in the area of the pressing device.
  • Figure 1 shows a schematic representation of an ultrasonic welding device 1 in a first
  • the welding device 1 comprises the following elements (non-exhaustive list):
  • the welding head can be guided along a guide (not shown) formed on the upper arm 11a, for example by means of of a pneumatic drive can be lowered and raised in predefinable positions or positions. If the sonotrode 13 rests on a workpiece, the contact pressure or the contact force can be detected, for example, by means of a pressure sensor.
  • the contact pressure, designated "p" in FIG. 3, can thus be controlled and / or regulated.
  • the sonotrode 13 can have a significantly larger effective width than was previously possible, for example 12 mm, 15 mm, 20 mm.
  • Pressure roller 17 which is arranged axially parallel under the sonotrode 13 and serves as a stop element for the pieces of material to be connected when pressing from the opposite side by means of the sonotrode 13.
  • the pressure roller 17 is rotatably arranged on a carriage (not shown) which can be moved synchronously with the carrier 11 or on the forearm 11b (FIG. 2) of the carrier 11. It protrudes from below into the gap 9.
  • the periphery or rolling surface of the pressure roller 17 preferably projects above the top of the worktop 7 or is arranged flush with it.
  • a second drive 21 (Fig. 3) for rotating the roll sonotrode 13 with a surface speed v 2 and a third drive 23 for rotating the pressure roller 17 with a surface speed v 3 , these drives 19, 21, 23 preferably being electric servomotors.
  • the first drive 19 can, for example, be arranged fixedly in the end region of the work table 3, an endless toothed belt connected to the carrier 11 or a similar transmission element being able to convert the rotary movement into a translational movement of the carrier 11 (not shown).
  • the second drive 21 can, for example, be connected coaxially to the sonotrode 13 and drive it directly.
  • the third drive 23 can be operatively connected to the pressure wheel 17.
  • a generator electronics abbreviated generator 25, for generating the high-frequency control power for the excitation of the sonotrode 13.
  • the generator 25 comprises " a power sensor 27 or a similar detection means which outputs an analog or digital signal which corresponds to the electrical power consumption [P] of the generator 25.
  • controller 29 for short, for controlling and / or regulating the generator 25 as a function of default values or target or Command variables and measurement or control variables.
  • the controller 29 is designed in such a way that it outputs the power P ′ delivered by the generator 25 to the sonotrode 13 or (if information is available about the efficiency of the sonotrode 13, ie about the ratio of the power delivered from the sonotrode 13 to the workpiece to von electrical power consumed by the sonotrode 13) can detect the power delivered by the sonotrode to the workpiece as a measurement or control variable.
  • 29 also includes the control of a preferably non-volatile Speichef 30, can be stored in the different combinations of welding parameters and / or other major '. For example, you can combine different combinations of
  • this gap width s can also be specified as a storable parameter.
  • This gap width s can serve as a limit when welding or gluing, which must not be undercut.
  • the controller 29 monitors the gap width s or a measurable one equivalent size and can use this as an additional criterion for influencing, for example, the sonotrode amplitude or the speeds of one or more of the drives 19, 21, 23.
  • a distance sensor (not shown), which can be held, for example, on the underside of the upper arm 11a or on the sonotrode arm 15, detects the distance to the upper side of the workpieces to be connected shortly before the welding point. If the material thickness changes suddenly, for example when crossing a reinforcement tape or in the area of a seam, the welding parameters, including the welding performance, can be automatically adapted or modified for this area according to a predefinable pattern.
  • a power supply unit for providing the energy supply, in particular for the generator 25, the controller 29 and the electric drives 19, 21, 23 and possibly other components which are operated with electrical energy.
  • An operating device 33 with operating elements 35 for example a keyboard
  • a display 37 which are preferably designed for menu-controlled operation.
  • an easily mountable and removable roll holder for holding an adhesive tape roll 41.
  • a continuously operable pressing device 43 can comprise a cuboid metal body 45 with a pressing arm 4 ⁇ , which, like the sonotrode 13 and the sonotrode arm 15, can be positioned pneumatically in the vertical direction and can be pressurized.
  • a pressing arm 4 ⁇ which, like the sonotrode 13 and the sonotrode arm 15, can be positioned pneumatically in the vertical direction and can be pressurized.
  • Arr the lower longitudinal side of the metal body 45 are a plurality of small metal rollers 47 a lined up with a small mutual distance with good thermal conductivity on the metal body 45 freely rotatable.
  • a guide roller is held depending 47b (not shown) with a larger diameter by means of a fastening or Spännvorraum the metal body 45 rotatably mounted on the two narrow sides •, said deflection rollers body 45 project beyond the Metallk ⁇ 47b 'laterally and upwards.
  • An endless belt 49 is stretched around the metal rollers 47a and the guide rollers 47b, similar to the caterpillar of a caterpillar vehicle, which preferably has good thermal conductivity properties, high mechanical stability and high flexibility, for example a steel belt.
  • a counter-pressure band can also be arranged flush with the top of the worktop 7 on the opposite side, that is to say in the gap 9 (not shown).
  • the pressing device 43 can additionally be cooled with compressed air or another means.
  • Guide devices 51 A holding device (not shown) for one or more guide devices 51 is provided in the area of the welding head.
  • a guide device 51 can be used, in which an edge of the material film can be bent or folded and can be clamped between two plates fitted with rollers.
  • Clamping can be done by spring force or by compressed air.
  • a deflection device on the input side ensures that when the carrier 11 is moved, the material edge is continuously bent over and inserted into the clamping device in a precisely positioned manner.
  • the guide apparatus 51 can additionally comprise a feed device (not shown) for the positionally accurate insertion of a double-sided, single-layer or multilayer adhesive tape 42 that can be activated by a dispenser roll 41 and activated by pressure and / or heat.
  • the adhesive tape 42 can be aligned precisely before the adhesive effect begins due to the energy supply by means of the sonotrode 13.
  • Sonotrodes 13 can be used to form hems and seams in which the adhesive is applied uniformly to the entire surface Width of the hem or seam is distributed.
  • the heating takes place from the inside, i.e. at the boundary layers between the film or fabric and the adhesive tape. Damage or even destruction of the workpiece foils due to excessive heat input from the outside . forth is thus preventable.
  • feed or conveying apparatus 51 for reinforcing belts or for connecting film or fabric webs.
  • the support 11 is stationary with the welding head, ie not movable.
  • the weld metal can e.g. be guided manually through the welding point. Seams of any shape can also be produced in this way.
  • the welding speed can be influenced in a similar way to a sewing machine using a foot controller or another input device.
  • an image sensor e.g. a sensor, such as that used in an optical mouse, register the amount and / or direction of the weld metal movement and take this measurement variable into account as a further parameter when regulating the welding power.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Lining Or Joining Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

Die Ultraschall-Schweissvorrichtung (1) umfasst eine kontinuierlich betreibbare Rollsonotrode (13). Die Leistung der Rollsonotrode (13) kann in Abhängigkeit von anderen Schweissparametern derart geregelt werden, dass lange Schweissnähte oder Klebenähte mit gleichmässiger Qualität gefertigt werden können. Das Verfahren kann zur Herstellung von Markisen, Planen oder Kleidungsstücken genutzt werden.

Description

Ul raschall-SchweissVorrichtung
Gegenstand der Erfindung ist eine Ultraschall- Schweissvorrichtung ein Verfahren zum Betrieb einer Ultraschall-Schweissvorrichtung sowie nach diesem Verfahren gefertigte Werkstücke gemäss den Merkmalen der Patentansprüche 1, 5 und 8.
Das Ultraschall-Schweissen ist eine Fügetechnik, bei welcher z.B. thermoplastische oder metallische Werkstücke durch Zuführung von Energie in Form von Ultraschall bzw. von hochfrequenten mechanischen Schwingungen miteinander verbunden werden. Eine Sonotrode, die ein erstes Werkstück gegen ein zweites Werkstück drückt, wird zu Schwingungen im Ultraschallbereich angeregt. Durch Übertragung der Bewegungsenergie in den Bereich der Grenzfläche beider Werkstücke wird lokal Reibungswärme erzeugt, welche die Werkstückoberflächen aufweicht oder schmilzt und miteinander verbindet.
Die Ultraschall-Schweisstechnik wird unter anderem zum Verbinden von thermoplastischen Folien oder Geweben genutzt. Nebst Vorrichtungen zum getakteten Schweissen, bei denen die hochfrequente Energie mittels eins Stempels impulsartig auf die zu verbindenden Werkstücke übertragen wird, sind bereits Ultraschall-Schweissvorrichtungen zum kontinuierlichen Verbinden thermoplastischer Folien bekannt. Dabei ist die Sonotrode rollenförmig ausgebildet. Die zu verbindenden Folien werden zwischen dem sich drehenden Sonotrodenrad und einem mit gegenläufigem Drehsinn synchron rotierenden Ändruckrad kontinuierlich bewegt, wobei eine Schweissnaht gebildet wird, welche die beiden Folien zusammenhält. Zum Zusammenfügen grösserer Werkstücke bzw. Folien kann auch ein Teil der Schweissvorrichtung mit der Sonotrode und dem Andruckrad • relativ zu den stationär gehaltenen Folien bewegt werden. Viele Parameter wie z.B. das Material der zu verbindenden Folien, die Vorschubgeschwindigkeit, die Spaltbreite zwischen der Sonotrode und dem Ändruckrad, die Gestalt und Grosse des Andruckrades, der Änpressdruck der Sonotrode und die der Sonotrode zugeführte Leistung beeinflussen die Qualität der zu bildenden Naht. Die Ermittlung geeigneter Parameterkonstellationen ist bei kontinuierlich betriebenen Ult aschall-Schweissanlagen ungleich schwieriger als bei getakteten. Ausserdem konnten bisher nur relativ schmale Schweissnähte gebildet werden, welche für verschiedene Anwendungen ungenügend waren. Ein Nachteil solcher herkömmlicher kontinuierlich betreibbarer Schweissanlagen liegt darin, dass Schwankungen der Qualität der gebildeten Nähte auftreten können. Insbesondere können solche Nähte Schwachstellen aufweisen, an denen die Folien ungenügend miteinander verschweisst sind, oder aber Bereiche, wo die Folien z.B. infolge zu starker Wärmeentwicklung beschädigt oder zerstört werden.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine kontinuierlich betreibbare Ultraschall-Schweissvorrichtung und ein Verfahren zu deren Betrieb sowie nach diesem Verfahren herstellbare Werkstücke zu schaffen.
Diese Aufgaben werden gelöst durch eine Ultraschall- Schweissvorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben einer Ultraschall-Schweissvorrichtung sowie durch Werkstücke gemass dem Oberbegriff der Patentansprüche 1, 5 und 8.
Die erfindungsgemässe Ultraschall-Schweissvorrichtung und das erfindungsgemässe Verfahren beruhen auf der Regelung der Schweissleistung einer Rollsonotrode in Abhängigkeit von Schweissparametern. Sie eignen sich zum Verschweissen oder Zusammenfügen mittels Heisskleber von gewebe- oder folienartigen Werkstücken. Sowohl beschichtete als auch unbeschichtete Werkstücke können so miteinander verbunden werden. Selbst dann, wenn diese Werkstücke grosse Abmessungen aufweisen und/oder die Fügestellen bzw. Schweissnähte sehr lange sind, können sie regelmässig mit gleich bleibender Qualität gefertigt werden. Sie können mit gleichmässig hoher Festigkeit und/oder guten
Dichteigenschaften über die gesamte Nahtlänge gefertigt werden, also auch in den Randbereichen. Das Pressen bzw. Komprimieren und gleichzeitige Kühlen der Naht nach deren Herstellung erfolgt kontinuierlich unmittelbar anschliessend an die Nahtbildungsstelle beim Schweisskopf . So können ohne Unterbruch grosse Nahtlängen mit gleichmassiger Qualität gefertigt werden. Die Nahtbreiten können deutlich grösser sein, als dies bisher möglich war, d.h. grösser als ungefähr 11mm. Dadurch erschliessen sich neue Anwendungen. In nur einem Durchgang können problemlos Verbindungen erstellt werden, für die. früher zwei oder mehrere aufeinanderfolgende Schweissvorgänge erforderlich gewesen wären. Mit dem erfindungsgemässen Verfahren und der erfindungsgemässen Vorrichtung können qualitativ hochwertige Verschweissungen und Verklebungen kostengünstig, und effizient ausgeführt werden. Die Verarbeitungsgeschwindigkeiten können relativ hoch gewählt werden. Im Bereich des Schweisskopfs können unterschiedliche, leicht auswechselbare Fühfungsapparate angebracht werden. Diese übernehmen die genaue Positionierung und Führung des Schweissgutes bzw. Klebgutes beim Verbinden, Säumen oder Aufbringen von
Verstärkungsbändern. Zusätzlich oder alternativ kann die Gewebeführung auch mittels Führurtgsrollen erfolgen, die z.B. pneumatisch absenkbar sind. Beim Kleben können Klebebänder, insbesondere doppelseitige, ein- ode mehrlagige, durch Einwirkung von Wärme und/oder Druck aktivierbare Klebebänder ebenfalls durch Führungsapparate positioniert und geführt werden. Der Schweisskopf ist in einer bevorzugten Ausgestaltung entlang eines langen Arbeitstische verfahrbar angeordnet, sodass die Länge einer in einem Arbeitsgang kontinuierlich herstellbaren Naht im wesentlichen nur durch die Tischlänge beschränkt ist. Die Rotationsgeschwindigkeiten der Rollsonotrode und der Gegendruckrolle sowie die Fahrgeschwindigkeit des Schweisskopfes sind unabhängig voneinander steuerbar, wobei das Vorschubverhältnis von Sonotrode zu Gegendruckrolle und Schweisskopf programmiert werden kann. Insbesondere kann die Fahrgeschwindigkeit mit der
Schweissgeschwindigkeit synchronisiert werden. Damit ist eine Schweissung ohne Verzug und ohne Wellenbildung möglich. Die Einstellung der einzelnen Geschwindigkeiten sowie die Oberflächenstruktur der Sonotrode können die Qualität der Naht, insbesondere deren Erscheinungsbild beeinflussen. Die Messung und/oder Programmierung und/oder Steuerung und/oder Reglung verschiedener Schweisspafameter wie z.B. Schweisseήergie, Schwingungsamplitude der Sonotrode, Rotationsgeschwindigkeiten der Sonotrode und der Druckrolle, Fahrgeschwindigkeit des Schweisskopfs,
Spaltbreite zwischen Sonotrode und Druckrolle etc. kann in der Weise erfolgen, dass für unterschiedliche Werkstücke oder Werkstückkombinationen eine optimale Verbindung möglich ist. In einem Speicher können Daten bzw. Schweissparameter für verschiedene Anwendungen mit unterschiedlichen Materialien und Materialqualitäten nichtflüchtig gespeichert und bei Bedarf z.B. menugesteuert wieder abgerufen bzw. zur Einstellung der Schweissvorrichtung genutzt werden. Insbesondere können sich solche Daten oder Schweissparameter für die Startphase und die Endphase der Nahtbildung von jenen der dazwischen liegenden Phase unterscheiden. Durch die Regelung der Schweissleistung kann verhindert werden, dass die zu verbindenden Folien unkontrolliert schmelzen, und dass sich aggressive oder giftige Dämpfe bilden könnten. Im Weiteren weist die erfindungsgemässe Schweissvorrichtung einen niedrigen Energieverbrauch aus. Dank der Echtzeitregelung können Leistungsspitzen vermieden werden. Es kann verhindert werden, dass Änderungen gewisser Schweissparameter während des Schweissvorgangs zu einer Änderung der Nahtqualität führen könnten. Die erfindungsgemässe Ultraschall-
Schweissvorrichtung kann z.B. zum Schweissen oder Kleben von Thermoplastfolien, oder -planen oder von mit Thermoplasten wie PVC beschichteten Geweben benützt werden. Unbeschichtete Stoffe wie z.B. das in der Markisenherstellung verbreitet eingesetzte Äcryl können problemlos mittels Heissklebern verbunden werden. Mögliche Anwendungen sind beispielsweise die Herstellung von Folien, Markisen, Planen, Kleidungsstücken usw.
Anhand einiger Figuren wird die Erfindung im folgenden näher beschrieben. Dabei zeigen Figur 1 Eine schematische Darstellung einer Ultraschall-Schweissvorrichtung, Figur 2 einen Längsschnitt der Vorrichtung aus Figur 1 im Bereich der Sonotrode, Figur 3 ein Prinzipschema der Vorrichtung, Figur 4 eine schematische Darstellung der Vorrichtung im Bereich der Pressvorrichtung.
Figur 1 zeigt in sche atischer Darstellung eine Ultraschall-Schweissvorrichtung 1 in einer ersten
Ausgestaltung. Die Schweissvorrichtung 1 umfasst folgende Elemente (nicht abschliessende Aufzählung) :
- Einen langen Arbeitstisch 3 mit einem stabilen Gerüst 5 aus Aluminium-Profilen und einer horizontalen ■ Arbeitsplatte 7, welche mittig durch einen in. Längsrichtung verlaufenden Spalt 9 in zwei Teilplatten 7a, 7b unterteilt ist.
- Einen L-förmigen oder C-fÖrmigen Träger 11, der am Arbeitstisch 3 in Längsrichtung an Führungsschienen (nicht dargestellt) verschiebbar geführt ist.
- Einen Schweisskopf mit einer radartigen Rollsonotrode, kurz Sonotrode 13 genannt, die an einem Sonotrodenarm 15 über dem Spalt 9 drehbar gehalten ist. Der Schweisskopf kann entlang einer am Oberarm 11a ausgebildeten Führung (nicht dargestellt) z.B. mittels eines pneumatischen Antriebs in vorgebbare Positionen bzw. Lagen abgesenkt und angehoben werden. Wenn die Sonotrode 13 auf einem Werkstück aufliegt, kann der Auflagedruck bzw. die Auflagekraft z.B. mittels eines Drucksensors erfasst werden. Der Auflagedruck, in Figur 3 mit "p" bezeichnet, kann somit gesteuert und/oder geregelt werden. Die Sonotrode 13 kann erfindungsgemäss eine deutlich grössere wirksame Breite aufweisen, als dies bisher möglich war, z.B. 12mm, 15mm, 20mm. Einen Amboss in Gestalt einer Gegendruckrolle bzw.
Druckrolle 17, die achsparallel unter der Sonotrode 13 angeordnet ist und als Anschlagelement für die zu verbindenden Werkstoffstücke beim Pressen von der gegenüberliegenden Seite her mittels der Sonotrode 13 dient. (Selbstverständlich könnte alternativ auch der
Amboss beweglich und die Sonotrodenposition fest sein) . Die Druckrolle 17 ist an einem synchron mit dem Träger 11 verschiebbaren Wagen (nicht dargestellt) oder am Unterarm 11b (Fig. 2) des Trägers 11 drehbar angeordnet. Sie ragt von unten her in den Spalt 9 hinein. Vorzugsweise überragt die Peripherie oder Rollfläche der Druckrolle 17 die Oberseite der Arbeitsplatte 7 oder ist bündig mit dieser angeordnet. Einen ersten Antrieb 19 zum Verschieben bzw. Verfahren des Trägers 11 mit einer Geschwindigkeit i in
Längsrichtung des Arbeitstisches 3, einen zweiten Antrieb 21 (Fig. 3) zum Drehen der Rollsonotrode 13 mit einer Oberflächengeschwindigkeit v2 und einen dritten Antrieb 23 zum Drehen der Druckrolle 17 mit einer Oberflächengeschwindigkeit v3, wobei diese Antriebe 19, 21, 23 vorzugsweise elektrische Servomotoren sind. Der erste Antrieb 19 kann z.B. fest im Endbereich des Arbeitstisches 3 angeordnet sein, wobei ein mit dem Träger 11 verbundener Endlos-Zahnriemen oder ein Ähnliches Übertragungselement die Drehbewegung in eine Translationsbewegung des Trägers 11 umsetzen kann (keine Darstellung). Der zweite Antrieb 21 kann z.B. koaxial mit der Sonotrode 13 verbunden seih und diese direkt antreiben. Vorzugsweise ist er im Bereich des Sonotrodenafms 15 so angeordnet, dass die Drehbewegung mittels einer- Über- bzw. Untersetzung auf die Drehachse der Rollsonotrode 13 übertragen werden kann. In analoger Weise kann der dritte Antrieb 23 in Wirkverbindung mit dem Druckrad 17 stehen.
- Eine Generatorelektronik, kurz Generator 25 genannt, zum Erzeugen der hochfrequenten Ansteuerleistung für die Anregung der Sonotrode 13. Der Generator 25 umfasst " einen Leistungssensor 27 oder ein ähnliches Erfassungsmittel welches ein analoges oder digitales Signal ausgibt, das der elektrischen Leistungsaufnahme [P] des Generators 25 entspricht. - Eine Hauptsteuerung, kurz Steuerung 29 genannt, zum Steuern und/oder Regeln des Generators 25 in Abhängigkeit von Vorgabewerten bzw. Soll- oder Führungsgrössen und Mess- oder Regelgrössen. Insbesondere ist die Steuerung 29 derart ausgebildet, dass sie die vom Generator 25 an die Sonotrode 13 abgegebene Leistung P' oder (falls Informationen über den Wirkungsgrad der Sonotrode 13 vorliegen, d.h. über das Verhältnis der von der Sonotrode 13 an das Werkstück abgegebenen Leistung zur von der Sonotrode 13 aufgenommenen elektrischen Leistung) die von der Sonotrode an das Werkstück abgegebene Leistung als Mess- bzw. Regelgrösse erfassen kann. Ausserdem umfasst die Steuerung 29 einen vorzugsweise nicht flüchtigen Speichef 30, in dem unterschiedliche Kombinationen von Schweissparametern und/oder weiteren Grossen' gespeichert werden können. So können beispielsweise für verschiedene Kombinationen von zu verbindenden
Werkstücken geeignete Daten oder alternativ zeit- oder positionsabhängige Daterifunktionen bzw. -verlaufe gespeichert werden, welche die Herstellung qualitativ hochwertiger Nähte mit gleichmassiger Festigkeit und Dichtigkeit begünstigen oder sicherstellen. .Nachfolgend sind einige Beispiele solcher Daten aufgeführt, wobei in eckigen Klammern der mögliche Wertebereich angegeben ist: - Schweissleistung P" als Führungsgrösse in Prozent der maximalen Schweissleistung: 75% [50% ...100%] , wobei die max. Schweissleistung beispielsweise 500W, 600W, 750W, 900W oder 1kW betragen kann, - Stellgrösse (n) : Amplitude A [Amplitude A, Druck p] - Schweissgeschwindigkeit vi : 0.1m/s [0.05m/s.. ,0.35m/s] - Gesamte Schweissdauer : 5s [0. ls ...100s] - Gesamte Nahtlänge: 4.9m [0.01m...20m] - U.nter- und Oberg'renze des Geltungsbereichs des jeweiligen Datensatzes (in % der ges. Nahtlänge oder der ges. Schweissdauer): 5%/95% [0%...N%/N%...100%] , wobei N: [0...100]- - Materialdicke unteres Werkstück: 0.1mm [0.1mm...10mm] - Materialdicke oberes Werkstück*. 0.1mm [0.1mm...10mm] - Typ eines allfälligen Klebstreifens als Zwischenschicht: 0 [0, 1, 2,...100] (eine Zuordnungstabelle mit Detailangäben wie Bezeichnung, Schichtdicke usw. ist ebenfalls speicherbar) Aus solchen Daten kann die Steuerung 29 beispielsweise eine geeignete Spaltbreite s (Fig. 2) zwischen
Sonotrode 13 und Druckrolle 17 berechnen. Alternativ kann diese Spaltbreite s auch als speicherbarer Parameter vorgegeben werden. Diese Spaltbreite s kann beim Schweissen oder Kleben als Grenzwert dienen, der nicht unterschritten werden darf. Die Steuerung 29 überwacht die Spaltbreite s bzw. eine messbare äquivalente Grosse und kann diese als zusätzliches Kriterium zum Beeinflussen von z.B. der Sonotrodenamplitude oder der Geschwindigkeiten eines oder mehrerer der Antriebe 19, 21, 23 verwenden. Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfasst ein Abstandsensor (keine Darstellung), der z.B. an der Unterseite des Oberarms 11a oder am Sonotrodenarm 15 gehalten sein kann, den Abstand zur Oberseite der zu verbindenden Werkstücke kurz vor der Schweissstelle. Wenn sich die Materialdicke sprunghaft ändert, also beispielsweise beim Queren eines Verstärkungsbandes oder im Bereich eines Saums, können die Schweissparameter einschliesslich der Schweissleistung nach einem vorgebbaren Muster für diesen Bereich automatisch angepasst bzw. modifiziert werden.
- Ein Netzteil zürn Bereitstellen der Energieversorgung insbesondere des Generators 25, der Steuerung 29 und der elektrischen Antriebe 19, 21, 23 und gegebenenfalls weiterer Komponenten, die mit elektrischer Energie betrieben werden.
- Eine Bedienvofrichtung 33 mit Bedienelementen 35 (z.B. eine Tastatur) und einer Anzeige 37, die vorzugsweise für eine menugesteuerte Bedienung ausgebildet sind. - Optional einen leicht montierbaren und wieder entfernbaren Rollenhalter zum Aufnehmen einer Klebbandrolle 41.
- Eine kontinuierlich betreibbare Pressvorrichtung 43. Diese kann beispielsweise, wie in Figur 4 schematisch dargestellt, einen quaderförmigen Metallkörper 45 mit einem Pressarm 4β umfassen, der analog zur Sonotrode 13 .und dem Sonotrodenarm 15 pneumatisch in vertikaler Richtung positionierbar und mit Druck beaufschlagbar ist. Arr der unteren Längsseite des Metallkörpers 45 sind mehrere mit geringem gegenseitigem Abstand aneinandergereihte kleine Metallrollen 47a mit guten Wärmeleiteigenschaften am Metallkörper 45 frei drehbar gehalten. An den beiden Schmalseiten • ist je eine Umlenkrolle 47b mit grösserem Durchmesser mittels einer (nicht dargestellten) Befestigungs- oder Spännvorrichtung am Metallkörper 45 drehbar gehalten, wobei diese Umlenkrollen 47b den MetallkÖ'rper 45 seitlich und nach oben überragen. Um die Metallroilen 47a und die Umle.nkrollen 47b ist - ähnlich der Raupe eines Raupenfahrzeugs - ein endloses Band 49 gespannt, welches vorzugsweise gute Wärmeleiteigenscha ten, hohe mechanische Stabilität und hohe Flexibilität hat, z.B. ein Stahlband. In analoger Weise kann auch auf der gegenüberliegenden Seite, also im Spalt 9 ein Gegendruckband bündig mit der Oberseite der Arbeitsplatte 7 angeordnet sein (keine Darstellung) . Die Pressvorrichtung 43 kann zusätzlich mit Druckluft oder einem anderen Mittel gekühlt werden. Optional einen oder mehrere leicht auswechselbare
Führungsapparate 51. Im Bereich des Schweisskopfs ist eine Haltevorrichtung (nicht dargestellt) für einen oder mehrere Führungsapparate 51 vorgesehen. Zum Säumen kann z.B. ein Führungsapparat 51 verwendet werden, in den eine Kante der Werkstofffolie umgebogen oder gefalzt eingelegt und zwischen zwei mit Rollen bestückten Platten festgeklemmt werden kann. Die
Klemmung kann mittels Federkraft oder mittels Druckluft erfolgen. Eine eingangsseitige Umlenkvorrichtung (keine Darstellung) sorgt dafür, dass bei Verfahren des Trägers 11 die Werkstoffkante kontinuierlich umgebogen und positionsgenau in die Klemmvorrichtung eingeführt wird. Wenn der Saum mittels Heisskleber geklebt werden soll, kann der Führungsapparat 51 zusätzlich eine Zuführvorrichtung (keine Darstellung) zum positionsgenauen Einführen eines von einer Spenderrolle 41 abziehbaren doppelseitigen, ein- oder mehrlagigen, durch Druck und/oder Wärme aktivierbaren Klebebandes 42 umfassen. Das Klebeband 42 kann im Unterschied zu herkömmlichen Heissklebeverfahren exakt ausgerichtet werden, bevor die Klebewirkung durch die Energiezufuhr mittels der Sonotrode 13 beginnt. Mit breiten
Sonotroden 13 können Säume und Nähte gebildet werden, bei denen die Verklebung gleichmässig auf die gesamte Breite des Saumes oder der Naht verteilt ist. Ausserdem erfolgt die Erwärmung von innen her, also an den Grenzschichten zwischen Folie bzw. Gewebe und Klebeband. Eine Beschädigung oder gar Zerstörung der Werkstückfolien durch übermässige Wärmezufuhr von aussen.her ist somit verhinderbar. Analoges gilt auch für Zuführ- oder Förderapparate 51 für Verstärkungsbänder oder zum Verbinden von Folien- oder Gewebebahnen.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, wie sie z.B. zur Fertigung kleinerer Werkstücke wie etwa von Regenbekleidungen benutzt werden kann, ist der Träger 11 mit dem Schweisskopf stationär, also nicht beweglich. Das Schweissgut kann z.B. manuell durch die Schweissstelle geführt werden. Auf diese Weise können auch beliebig geformte Nähte hergestellt werden. Dabei kann die Schweissgeschwindigkeit ähnlich wie bei einer Nähmaschine über einen Fussregler oder ein anderes Eingabemittel beeinflusst werden. Zusätzlich kann ein Bildseήsor, z.B. ein Sensor, wie er bei einer optischen Maus eingesetzt ist, Betrag und/oder Richtung der Schweissgutbewegung erfassen und diese Messgrösse als weiteren Parameter bei der Regelung der Schweissleistung berücksichtigen.

Claims

Patentansprüche
1. Ultraschall-Schweissvorrichtung (1) zum Zusammenfügen von gewebe- oder folienartigen Werkstücken, umfassend eine kontinuierlich antreibbare Rollsonotrode (13) und einen gegenüber der Rollsonotrode (13) angeordneten Amboss, wobei der Abstand zwischen der Rollsonotrode (13) und dem Amboss veränderbar ist, und wobei die Werkstücke zwischen der Rollsonotrode (13) und dem Amboss zusammenp essbar und durch Einleiten von Ultraschallschwingungen über die Sonotrode (13) zusammenfügbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweissleistung der Rollsonotrode (13) mittels einer Steuefung (29) regelbar ist.
2. Ultraschall-Schweissvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplitude des Ansteuersignais für die Sonotrode .(13) und/oder der Anpressdruck oder die Auflagekraft der Sonotrode (13) auf die Werkstücke Stellgrössen für die Regelung der Schweissleistung sind.
3. Ültraschall-Schweissvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ' erwünschte Schweissleistung oder das Verhältnis von erwünschter Schweissleistung zur maximal möglichen Schweissleistung als Sollgrössen oder Führungsgrössen programmierbar oder speicherbar sind.
4. Ultraschall-Schweissvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonotrode (13) eine wirksame Breite hat, die grösser als 11mm ist.
5. Verfahren zum Betrieb einer Ultraschall- Schweissvorrichtung (1) nach ge äss einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweissleistung oder deren Abhängigkeit in Funktion der Zeit oder des Weges als Führungsgrösse programmiert oder gespeichert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet/ dass die Schweissleistung geregelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein doppelseitiger Klebestreifen mit einem Heisskleber durch Energieübertragung von der Sonotrode (13) aktiviert wird.
Mit dem Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6 herstellbare Werkstücke, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Schweissnaht oder eine Klebenaht mit gleichmassiger Qualität umfassen.
Werkstücke nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweissnaht oder Klebenaht eine Breite von mehr als 11mm hat.
' 10. Werkstücke nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass diese die Gestalt von Planen oder Markisen oder Kleidungsstücken haben.
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