EP3672769A1 - Verfahren zum schneiden einer kautschukbahn - Google Patents

Verfahren zum schneiden einer kautschukbahn

Info

Publication number
EP3672769A1
EP3672769A1 EP18758866.0A EP18758866A EP3672769A1 EP 3672769 A1 EP3672769 A1 EP 3672769A1 EP 18758866 A EP18758866 A EP 18758866A EP 3672769 A1 EP3672769 A1 EP 3672769A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sonotrode
rubber sheet
cutting
converter
rubber
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Withdrawn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
EP18758866.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christoph OCHS
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.)
Herrmann Ultraschalltechnik GmbH and Co KG
Original Assignee
Herrmann Ultraschalltechnik GmbH and Co KG
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 Herrmann Ultraschalltechnik GmbH and Co KG filed Critical Herrmann Ultraschalltechnik GmbH and Co KG
Publication of EP3672769A1 publication Critical patent/EP3672769A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26D—CUTTING; DETAILS COMMON TO MACHINES FOR PERFORATING, PUNCHING, CUTTING-OUT, STAMPING-OUT OR SEVERING
    • B26D7/00—Details of apparatus for cutting, cutting-out, stamping-out, punching, perforating, or severing by means other than cutting
    • B26D7/08—Means for treating work or cutting member to facilitate cutting
    • B26D7/086—Means for treating work or cutting member to facilitate cutting by vibrating, e.g. ultrasonically
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/10—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating making use of vibrations, e.g. ultrasonic welding
    • B23K20/106—Features related to sonotrodes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26D—CUTTING; DETAILS COMMON TO MACHINES FOR PERFORATING, PUNCHING, CUTTING-OUT, STAMPING-OUT OR SEVERING
    • B26D1/00—Cutting through work characterised by the nature or movement of the cutting member or particular materials not otherwise provided for; Apparatus or machines therefor; Cutting members therefor
    • B26D1/0006—Cutting members therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26D—CUTTING; DETAILS COMMON TO MACHINES FOR PERFORATING, PUNCHING, CUTTING-OUT, STAMPING-OUT OR SEVERING
    • B26D3/00—Cutting work characterised by the nature of the cut made; Apparatus therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26D—CUTTING; DETAILS COMMON TO MACHINES FOR PERFORATING, PUNCHING, CUTTING-OUT, STAMPING-OUT OR SEVERING
    • B26D3/00—Cutting work characterised by the nature of the cut made; Apparatus therefor
    • B26D3/003—Cutting work characterised by the nature of the cut made; Apparatus therefor specially adapted for cutting rubber
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
    • B29D30/00—Producing pneumatic or solid tyres or parts thereof
    • B29D30/06—Pneumatic tyres or parts thereof (e.g. produced by casting, moulding, compression moulding, injection moulding, centrifugal casting)
    • B29D30/0681—Parts of pneumatic tyres; accessories, auxiliary operations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
    • B29D30/00—Producing pneumatic or solid tyres or parts thereof
    • B29D30/06—Pneumatic tyres or parts thereof (e.g. produced by casting, moulding, compression moulding, injection moulding, centrifugal casting)
    • B29D30/38—Textile inserts, e.g. cord or canvas layers, for tyres; Treatment of inserts prior to building the tyre
    • B29D30/46—Cutting textile inserts to required shape
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/30—Organic material
    • B23K2103/42—Plastics
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26D—CUTTING; DETAILS COMMON TO MACHINES FOR PERFORATING, PUNCHING, CUTTING-OUT, STAMPING-OUT OR SEVERING
    • B26D1/00—Cutting through work characterised by the nature or movement of the cutting member or particular materials not otherwise provided for; Apparatus or machines therefor; Cutting members therefor
    • B26D1/0006—Cutting members therefor
    • B26D2001/002—Materials or surface treatments therefor, e.g. composite materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26D—CUTTING; DETAILS COMMON TO MACHINES FOR PERFORATING, PUNCHING, CUTTING-OUT, STAMPING-OUT OR SEVERING
    • B26D7/00—Details of apparatus for cutting, cutting-out, stamping-out, punching, perforating, or severing by means other than cutting
    • B26D7/08—Means for treating work or cutting member to facilitate cutting
    • B26D7/10—Means for treating work or cutting member to facilitate cutting by heating

Definitions

  • the present invention relates to a process for cutting a rubber sheet by means of ultrasound.
  • Rubber sheets are cut, for example, to produce tires.
  • a rubber compound is first prepared whose composition depends on the requirements of the tire to be produced.
  • the rubber compound contains about 40% natural or synthetic rubber. It is common to supplement other fillers, e.g. Soot, silicate, chemical additives and chalk, oils, resins, accelerators, retarders, mixing aids, activators and sulfur.
  • a rubber sheet is therefore to be understood as meaning a material web which contains rubber and optionally further fillers.
  • This rubber sheet must be cut to create treads, sidewalls and other structural elements of the tire. It is already known to use for cutting the rubber sheets an offset into an ultrasonic vibration tool with a cutting edge.
  • the tools used for this purpose consist of titanium alloys. These are often designed and operated to operate at a working frequency of 40 kHz.
  • a high wear of the tool and the tool driving the converter can be observed.
  • the achievable with the tool cut rather uneven, so that a correct position overlapping the ends of the cut rubber sheet is difficult.
  • often left on the tool rubber residues which must be removed in a separate cleaning step.
  • this object is achieved in that a sonotrode made of steel, preferably made of hardened steel, is used as the tool.
  • the titanium alloys used hitherto for this application have only a comparatively poor thermal conductivity and that due to the cutting material contact the sonotrode heats up considerably. Due to the high working temperature of the sonotrode, Materia residues stick to it, which reduces the cutting quality and also leads to contamination of the system. In addition, the titanium alloy is obviously too soft, despite the relatively soft material to be machined, since in practice there is great wear and tear, in particular breakage at the sonotrode cutting edge.
  • the wear of the ultrasonic cutting machine can be significantly reduced.
  • a sonotrode which has a wedge-shaped tip.
  • the wedge-shaped tip is engaged with the rubber sheet to be cut during the cutting operation, and the rubber sheet and sonotrode are moved relative to each other so that the wedge-shaped tip cuts through the rubber sheet.
  • the wedge-shaped tip preferably has a rectangular parting surface with a width and a length.
  • the parting surface is the surface which is opposite to the rubber sheet.
  • the width of the rectangular interface in a preferred embodiment, is ⁇ 0.2 mm and most preferably between 0.02 mm and 0.1 mm.
  • the use of steel also has the advantage that the length of the separating surface can be reduced, so that in a preferred embodiment it is ⁇ 60 mm, preferably ⁇ 50 mm and particularly preferably between 25 and 35 mm. Since the heat development at the cutting edge or the separating surface substantially depends on the cutting speed, reducing the length of the separating surface reduces the material cross-section effective for the thermal conductivity, so that less heat can be dissipated from the sonotrode from the material web, with the result has the sonotrode warming up more. Therefore, the length of the interface should not be too small. In any case, the length of the parting surface must be greater than or equal to the thickness of the rubber sheet to be cut.
  • the risk of material adherence to the sonotrode can be further reduced by using a sonotrode which is coated on at least portions intended to contact the rubber sheet, preferably using as a coating a non-stick coating, e.g. B. a Teflon coating is used.
  • a non-stick coating e.g. B. a Teflon coating is used.
  • the sonotrode is cooled during the cutting process.
  • the cooling of the sonotrode can be done by means of a directed to the sonotrode cooling air flow.
  • Corresponding cooling air nozzles can for example be attached to the converter.
  • the process step of cooling the sonotrode reduces the risk that rubber material is burned and corresponding rubber residues adhere to the sonotrode.
  • the sonotrode is excited with an ultrasonic frequency ⁇ 38 kHz, wherein preferably the excitation frequency is between 32 and 37 kHz and particularly preferably between 34 and 36 kHz.
  • the higher the excitation frequency of the ultrasound sonotrode at a constant oscillation amplitude the greater the contribution of ultrasound processing to the cutting process.
  • excitation frequencies in the range of 40 kHz are common.
  • such an excitation frequency seems to be disadvantageous.
  • the ultrasonic vibration system consists of the already mentioned sonotrode and a converter and, if appropriate, an amplitude transformer arranged between the sonotrode and the converter.
  • the ultrasonic vibration system is put into an overall acoustic ultrasonic vibration.
  • the piezo modules which are arranged in the converter to convert an electrical alternating voltage into a mechanical vibration, are extremely stressed at a vibration frequency of 40 kHz and the cutting of rubber sheets, resulting in premature failure. By reducing the excitation frequency to the above ranges, a significant improvement is observed here.
  • a clamping device is provided, which is used to clamp a holding element to the converter or the amplitude transformer.
  • the retaining element is thus not screwed to the ultrasonic vibrating unit, but only jammed.
  • the holding element can then be fastened to the machine stand or to a feed unit, so that the ultrasonic vibrating unit can be delivered relative to the rubber web by moving the holding element.
  • sonotrode and converter are arranged on a tool axis, the tool axis enclosing a normal on the rubber sheet at an angle between 30 and 70 °, preferably between 40 and 60 ° and particularly preferably about 50 °.
  • the longitudinal direction of the separating surface with the rubber sheet includes an angle between 10 and 20 °, preferably between 12 and 16 ° and particularly preferably between 14 and 15 °.
  • the method is carried out with a cutting speed between 1, 5 and 4 mm / s, more preferably between 2 and 3 mm / s and most preferably about 2.5 mm / s.
  • FIG. 2 shows a side view of the sonotrode of FIG. 1,
  • FIG. 3 is an exploded view of an ultrasonic cutting machine
  • FIG. 4 and Figure 5 are two perspective views of the ultrasonic processing system of
  • FIG. 1 shows a perspective view of a sonotrode 1 which can be used in the method according to the invention.
  • This is made of steel, namely CPM 420V.
  • the sonotrode 1 has a threaded bore 12, to which a subsequent to the sonotrode 1 amplitude transformer or a converter can be attached.
  • the separation surface On the opposite side of the threaded bore 12 of the sonotrode 1 is the separation surface, which has a length I.
  • FIG. 2 shows a side view of the sonotrode 1 of FIG.
  • the sonotrode 1 has a main body 2 and an adjoining wedge-shaped section 3, at whose tip the separating surface is arranged, which has a width b.
  • the wedge-shaped portion 3 has a wedge angle ⁇ , which is best between 8 and 15 °.
  • FIG. 3 shows an exploded view of an ultrasonic processing system for cutting rubber sheets 8.
  • sonotrode 1 which is connected via an amplitude transformer 4 with a converter 5.
  • the converter 5 converts an electrical alternating voltage into a mechanical oscillation.
  • piezo elements are used for this purpose.
  • the mechanical vibration generated by the converter is converted in the amplitude transformer into an oscillation with the same frequency, but under certain circumstances different amplitude. This is then transmitted to the sonotrode 1, so that an acoustic ultrasonic wave propagates from the converter 5 via the amplitude transformer 4 into the sonotrode 1.
  • the parting surface, ie the tip of the wedge-shaped element 3, thus shows a vibration, which supports the cutting of the rubber sheet 8.
  • a holding element 6 is provided, which, however, is not screwed to this. Instead, the holding member 6 is connected to a hollow cylinder 7 having an outwardly projecting flange. In that Flange are arranged a series of screws, on the one hand hold the clamping element 13 and on the other hand the holding element 6.
  • the clamping takes place in a region of the amplitude transformer, in which a vibration node of the ultrasonic vibration is formed in order to influence the ultrasonic vibration system as little as possible in its vibration behavior by the clamping. Therefore, the amplitude transformer has a retaining flange 9 in this area.
  • the clamping element 13 has a stepped bore (not shown), the bore portion of smaller diameter has a diameter which is smaller than the diameter of the retaining flange 9 of the amplitude transformer 4, so that in the assembled state of the amplitude transformer 4 at its retaining flange 9 between the clamping element 13 and the clamping flange of the hollow cylinder 7 is clamped.
  • FIGS. 4 and 5 show two perspective views.
  • the separating surface with the plane of the rubber sheet 8 includes a cutting angle ⁇ , which should preferably be between 4 and 5 °.
  • FIG. 5 shows that the longitudinal axis of the ultrasound vibration system is tilted at an angle ⁇ with respect to the normal at the level of the rubber web 8.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schneiden einer Kautschukbahn mittels Ultraschall, bei dem eine Sonotrode mit der Kautschukbahn in Kontakt tritt und Kautschukbahn und Sonotrode relativ zueinander bewegt werden, während die Sonotrode in eine Ultraschallschwingung versetzt wird. Um ein Verfahren der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, das ein zuverlässiges Schneiden einer Kautschukbahn erlaubt und zugleich sicherstellt, dass der Verschleiß von Werkzeug und Konverter deutlich verringert wird, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass eine Sonotrode aus Stahl, vorzugsweise aus gehärtetem Stahl, verwendet wird.

Description

Herrmann Ultraschalltechnik GmbH & Co. KG
Unser Zeichen: 170358WO-PT-HERRMA
Verfahren zum Schneiden einer Kautschukbahn
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schneiden einer Kautschukbahn mittels Ult- raschall. Kautschukbahnen werden beispielsweise zur Herstellung von Reifen geschnitten. Bei der Herstellung von Reifen wird zunächst eine Gummimischung hergestellt, deren Zusammensetzung von den Anforderungen des herzustellenden Reifens abhängt. In der Regel enthält die Gummimischung etwa 40 % natürlichen oder künstlichen Kautschuk. Es ist üblich, weitere Füllstoffe zu ergänzen, wie z.B. Ruß, Silikat, chemische Zusätze sowie Kreide, Öle, Harze, Beschleuniger, Ver- zögerer, Mischhilfen, Aktivatoren und Schwefel.
Diese Mischung wird in einen sogenannten Extruder durch formgebende Düsen gespritzt, wodurch eine Kautschukbahn im Sinne der vorliegenden Erfindung entsteht. Unter einer Kautschukbahn ist daher eine Materialbahn zu verstehen, die Kautschuk und gegebenenfalls weitere Füllstoffe ent- hält.
Diese Kautschukbahn muss zugeschnitten werden, um Laufstreifen, Seitenwände und andere Konstruktionselemente des Reifens zu erstellen. Es ist bereits bekannt, für das Zuschneiden der Kautschukbahnen ein in eine Ultraschallschwingung versetztes Werkzeug mit einer Schneide zu verwenden. Die zu diesem Zweck eingesetzten Werkzeuge bestehen aus Titanlegierungen. Diese werden nicht selten derart konstruiert und betrieben, dass sie bei einer Arbeitsfrequenz von 40 kHz arbeiten. Bei den bekannten Ultraschallschneidemaschinen zum Schneiden von Kautschukbahnen ist jedoch ein hoher Verschleiß des Werkzeuges sowie des das Werkzeug antreibenden Konverters zu beobachten. Darüber hinaus ist der mit dem Werkzeug erzielbare Schnitt eher ungleichmäßig, so dass ein lagerichtiges Überlappen der Enden der geschnittenen Kautschukbahn nur schwer möglich ist. Zudem verbleiben auf dem Werkzeug häufig Gummirückstände, die in einem separaten Reinigungsschritt entfernt werden müssen. Auch wenn das Schneiden von Kautschukbahnen mittels Ultraschall prinzipiell gut funktioniert, erhöhen die beschriebenen Probleme die Kosten, die mit dem Schneidvorgang verbunden sind.
Ausgehend von dem beschriebenen Stand der Technik ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, das ein zuverlässiges Schneiden einer Kautschukbahn erlaubt und zugleich sicherstellt, dass der Verschleiß von Werkzeug und Konverter deutlich verringert wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass als Werkzeug eine Sonotrode aus Stahl und zwar vorzugsweise aus gehärtetem Stahl verwendet wird.
Es hat sich gezeigt, dass die bislang für diese Anwendung verwendeten Titanlegierungen nur eine vergleichsweise schlechte Wärmeleitfähigkeit aufweisen und dass sich aufgrund des schneidenden Materialkontaktes die Sonotrode stark erhitzt. Durch die hohe Arbeitstemperatur der Sonotrode bleiben Materia Rückstände an dieser haften, was die Schneidqualität verringert und zudem zu einer Verschmutzung der Anlage führt. Zudem ist die Titanlegierung trotz des relativ weichen zu bearbeitenden Materials offensichtlich zu weich, da es in der Praxis zu großem Verschleiß, insbesondere zu Ausbrechungen an der Sonot- rodenschneide, kommt.
Durch die Verwendung von Stahl, vorzugsweise von CPM, d.h. einem pulvermetallurgischen Stahl, kann der Verschleiß der Ultraschallschneidanlage deutlich reduziert werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird eine Sonotrode verwendet, die eine keilförmige Spitze aufweist. Die keilförmige Spitze wird während des Schneidvorgangs mit der zu schneidenden Kautschukbahn in Eingriff gebracht und Kautschukbahn und Sonotrode werden relativ zu- einander bewegt, so dass die keilförmige Spitze die Kautschukbahn durchtrennt.
Die keilförmige Spitze hat vorzugsweise eine rechteckige Trennfläche mit einer Breite und einer Länge. Die Trennfläche ist diejenige Fläche, die der Kautschukbahn entgegengerichtet ist. Die Breite der rechteckigen Trennfläche ist in einer bevorzugten Ausführungsform <0,2 mm und am besten zwischen 0,02 mm und 0,1 mm. Dadurch, dass die Wärmeleitfähigkeit von dem verwendeten Stahl deutlich größer ist als die Wärmeleitfähigkeit der bekannten Titanlegierungen, kommt es zu einer geringeren Temperaturerhöhung der Sonotrode während des Schneidvorgangs mit der Folge, dass weniger Material an der Sonotrode haften bleibt.
Die Verwendung von Stahl hat dann zudem den Vorteil, dass die Länge der Trennfläche reduziert werden kann, so dass sie in einer bevorzugten Ausführungsform <60 mm, vorzugsweise <50 mm und besonders bevorzugt zwischen 25 und 35 mm beträgt. Da die Wärmeentwicklung an der Schneide bzw. der Trennfläche im Wesentlichen von der Schnittgeschwindigkeit abhängt, wird durch die Verringerung der Länge der Trennfläche der für die Wärmeleitfähigkeit wirksame Materialquerschnitt reduziert, so dass weniger Wärme von der Sonotrode von der Materialbahn abgeführt werden kann, was zur Folge hat, dass die Sonotrode sich stärker erwärmt. Daher sollte die Länge der Trennfläche auch nicht zu klein gewählt werden. In jedem Fall muss die Länge der Trennfläche größer oder gleich der Dicke der zu schneidenden Kautschukbahn sein.
Die Gefahr von Materialanhaftungen an der Sonotrode kann dadurch weiter verringert werden, dass eine Sonotrode verwendet wird, die zumindest an Abschnitten, die dafür vorgesehen sind, mit der Kautschukbahn in Kontakt zu treten, beschichtet ist, wobei vorzugsweise als Beschichtung eine Antihaftbeschichtung, wie z. B. eine Teflonbeschichtung verwendet wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Sonotrode während des Schneidvorgangs gekühlt wird. Beispielsweise kann die Kühlung der Sonotrode mithilfe eines auf die Sonotrode gerichteten Kühlluftstroms erfolgen. Entsprechende Kühlluftdüsen können beispielsweise am Konverter befestigt werden.
Der Verfahrensschritt der Kühlung der Sonotrode verringert die Gefahr, dass Kautschukmaterial verbrannt wird und entsprechende Kautschukreste an der Sonotrode anhaften.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Sonotrode mit einer Ultraschallfrequenz <38 kHz angeregt, wobei vorzugsweise die Anregungsfrequenz zwischen 32 und 37 kHz und besonders bevorzugt zwischen 34 und 36 kHz beträgt. Grundsätzlich gilt, dass je höher die Anregungsfrequenz der Ultraschallsonotrode bei konstanter Schwingungsamplitude ist, umso größer ist der Beitrag der Ultraschallbearbeitung am Schneidvorgang. Wie bereits eingangs erwähnt, sind daher Anregungsfrequenzen im Bereich von 40 kHz üblich. Bei Kautschukbahnen scheint jedoch eine solche Anregungsfrequenz von Nachteil zu sein. Auch wenn dies bislang nicht vollständig untersucht worden ist, führt die Verwendung einer Ultraschallfrequenz von 40 kHz offensichtlich zu einer starken Beanspruchung der Sonotrode und des gesamten Ult- raschallschwingsystems. Das Ultraschallschwingsystem besteht aus der bereits erwähnten Sonotrode und einem Konverter sowie gegebenenfalls einem zwischen Sonotrode und Konverter angeordneten Amplitudentransformator. Das Ultraschallschwingsystem wird insgesamt in eine akustische Ultraschallschwingung versetzt. Die Piezomodule, die im Konverter angeordnet sind, um eine elektrische Wechselspannung in eine mechanische Schwingung umzusetzen, werden bei einer Schwingungsfrequenz von 40 kHz und dem Schneiden von Kautschukbahnen extrem belastet, was zu einem vorzeitigen Ausfall führt. Durch Reduzierung der Anregungsfrequenz auf die genannten Bereiche wird hier eine deutliche Verbesserung beobachtet.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist eine Klemmvorrichtung vorgesehen, die ver- wendet wird, um ein Halteelement an den Konverter oder den Amplitudentransformator zu klemmen. Das Halteelement ist somit nicht mit der Ultraschallschwingeinheit verschraubt, sondern lediglich verklemmt. Das Halteelement kann dann am Maschinenständer oder an einer Zustelleinheit befestigt werden, so dass durch Bewegen des Halteelementes die Ultraschallschwingeinheit relativ zur Kautschukbahn zugestellt werden kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind Sonotrode und Konverter auf einer Werkzeugachse angeordnet, wobei die Werkzeugachse mit einer Normalen auf der Kautschukbahn einen Winkel zwischen 30 und 70°, vorzugsweise zwischen 40 und 60° und besonders bevorzugt von etwa 50° einschließt. Dadurch wird eine schräge Schnittkante erzeugt, die sich als vorteilhaft für die weitere Bearbeitung der geschnittenen Kautschukbahn erwiesen hat.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform schließt die Längsrichtung der Trennfläche mit der Kautschukbahn einen Winkel zwischen 10 und 20°, vorzugsweise zwischen 12 und 16° und besonders bevorzugt zwischen 14 und 15° ein. Wird nun die Sonotrode seitlich, d.h. in der von der Werkzeugachse und der Längsrichtung der Trennfläche Ebene senkrecht zur Werkzeugachse bewegt, so ergibt sich ein Schnittwinkel, der mit den genannten Winkelbereichen übereinstimmt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Verfahren mit einer Schnittgeschwindigkeit zwischen 1 ,5 und 4 mm/s, besonders bevorzugt zwischen 2 und 3 mm/s und am besten von etwa 2,5 mm/s durchgeführt wird. Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform und der zugehörigen Figuren. Es zeigen: Figur 1 eine perspektivische Ansicht einer Sonotrode, wie sie für das erfindungsgemäße Verfahren verwendet wird,
Figur 2 eine Seitenansicht auf die Sonotrode von Figur 1 ,
Figur 3 eine Explosionsansicht einer Ultraschallschneidanlage,
Figur 4 und Figur 5 zwei perspektivische Ansichten auf die Ultraschallbearbeitungsanlage von
Figur 3.
In Figur 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Sonotrode 1 dargestellt, die im erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden kann. Diese ist aus Stahl, nämlich CPM 420 V, hergestellt. Die Sonotrode 1 weist eine Gewindebohrung 12 auf, an der ein sich an die Sonotrode 1 anschließender Amplitudentransformator oder ein Konverter befestigt werden kann. Auf der der Gewindebohrung 12 gegenüberliegenden Seite der Sonotrode 1 befindet sich die Trennfläche, die eine Länge I hat.
In Figur 2 ist eine Seitenansicht auf die Sonotrode 1 von Figur 1 gezeigt. Die Sonotrode 1 weist einen Hauptkörper 2 sowie einen sich daran anschließenden keilförmigen Abschnitt 3 auf, an des- sen Spitze die Trennfläche angeordnet ist, die eine Breite b hat. Der keilförmige Abschnitt 3 weist einen Keilwinkel α auf, der am besten zwischen 8 und 15° beträgt.
In Figur 3 ist eine Explosionsansicht einer Ultraschallbearbeitungsanlage für das Schneiden von Kautschukbahnen 8 gezeigt. Zu erkennen ist die in den Figuren 1 und 2 im Detail dargestellte Sonotrode 1 , die über einen Amplitudentransformator 4 mit einem Konverter 5 verbunden ist. Der Konverter 5 wandelt eine elektrische Wechselspannung in eine mechanische Schwingung um. In der Regel werden hierfür Piezoelemente verwendet.
Die vom Konverter erzeugte mechanische Schwingung wird im Amplitudentransformator in eine Schwingung mit gleicher Frequenz, jedoch unter Umständen unterschiedlicher Amplitude umgewandelt. Diese wird dann auf die Sonotrode 1 übertragen, so dass sich eine akustische Ultraschallwelle von dem Konverter 5 über den Amplitudentransformator 4 in die Sonotrode 1 ausbreitet. Die Trennfläche, d.h. die Spitze des keilförmigen Elementes 3, zeigt somit eine Vibration, was das Schneiden der Kautschukbahn 8 unterstützt. Um die Ultraschallschwingeinheit bestehend aus dem Konverter 5, dem Amplitudentransformator 4 und der Sonotrode 1 zu halten, ist ein Halteelement 6 vorgesehen, welches jedoch nicht mit dieser verschraubt ist. Stattdessen ist das Halteelement 6 mit einem Hohlzylinder 7 verbunden, der einen nach außen vorstehenden Flansch aufweist. In dem Flansch sind eine Reihe von Schrauben angeordnet, die einerseits das Klemmelement 13 und andererseits das Halteelement 6 halten.
Dabei erfolgt die Klemmung in einem Bereich des Amplitudentransformators, in dem sich ein Schwingungsknoten der Ultraschallschwingung ausbildet, um das Ultraschallschwingsystem möglichst wenig in seinem Schwingungsverhalten durch die Klemmung zu beeinflussen. Daher weist der Amplitudentransformator in diesem Bereich einen Halteflansch 9 auf. Das Klemmelement 13 weist eine Stufenbohrung (nicht gezeigt) auf, deren Bohrungsabschnitt mit kleinerem Durchmesser einen Durchmesser aufweist, der kleiner ist als der Durchmesser des Halteflansch 9 des Amplitudentransformator 4, so dass im montierten Zustand der Amplitudentransformator 4 an seinem Halteflansch 9 zwischen Klemmelement 13 und dem Befestigungsflansch des Hohlzylinder 7 eingeklemmt ist.
In den Figuren 4 und 5 sind zwei perspektivische Ansichten gezeigt. In Figur 4 ist zu erkennen, dass die Trennfläche mit der Ebene der Kautschukbahn 8 einen Schnittwinkel γ einschließt, der vorzugsweise zwischen 4 und 5° betragen sollte.
In Figur 5 ist dargestellt, dass die Längsachse des Ultraschallschwingsystems um einen Winkel ß gegenüber der Normalen auf der Ebene der Kautschukbahn 8 verkippt ist.
Bezugszeichenliste
Sonotrode
Hauptkörper
keilförmiger Abschnitt
Amplitudentransformator
Konverter
Halteelement
Hohlzylinder
Kautschukbahn
Halteflansch
Befestigungsflansch
Gewindebohrung
Klemmelement

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
Verfahren zum Schneiden einer Kautschukbahn mittels Ultraschall, bei dem eine Sonotrode mit der Kautschukbahn in Kontakt tritt und Kautschukbahn und Sonotrode relativ zueinander bewegt werden, während die Sonotrode in eine Ultraschallschwingung versetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sonotrode aus Stahl, vorzugsweise aus gehärtetem Stahl, verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Sonotrode verwendet wird, die eine keilförmige Spitze aufweist, wobei die keilförmige Spitze vorzugsweise eine rechteckige Trennfläche mit einer Breite und einer Länge besitzt, wobei besonders bevorzugt die Breite der rechteckigen Trennfläche <1 mm ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Trennfläche <60 mm, vorzugsweise <50 mm und besonders bevorzugt zwischen 25 und 35 mm beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonotrode zumindest an Abschnitten, die dafür vorgesehen sind, mit der Kautschukbahn in Kontakt zu treten, beschichtet ist, wobei vorzugsweise die Beschichtung eine Teflon- beschichtung ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonotrode während des Schneidvorgangs gekühlt wird, wobei vorzugsweise die Kühlung der Sonotrode mithilfe eines auf die Sonotrode gerichteten Kühlluftstroms erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonotrode mit einer Ultraschallfrequenz kleiner als 38 kHz angeregt wird, wobei vorzugsweise die Anregungsfrequenz zwischen 32 und 37 kHz und besonders bevorzugt zwischen 34 und 36 kHz beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonotrode gegebenenfalls über einen Amplitudentransformator mit einem Konverter verbunden ist, wobei eine Klemmvorrichtung verwendet wird, mit welcher ein Halteelement an den Konverter oder den Amplitudentransformator geklemmt werden kann.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Sonotrode und Konverter auf einer Werkzeugachse angeordnet sind, wobei die Werkzeugachse mit einer Normalen auf der Kautschukbahn einen Winkel zwischen 30° und 70°, vorzugsweise zwischen 40° und 60° und besonders bevorzugt von etwa 50° einschließt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsrichtung der Trennfläche mit der Kautschukbahn einen Winkel zwischen 10 und 20°, vorzugsweise zwischen 12 und 16° und besonders bevorzugt zwischen 14 und 15° einschließt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren mit einer Schnittgeschwindigkeit zwischen 1 ,5 und 4 mm/s, besonders bevorzugt zwischen 2 und 3 mm/s und am besten von etwa 2,5 mm/s durchgeführt wird.
EP18758866.0A 2017-08-23 2018-08-21 Verfahren zum schneiden einer kautschukbahn Withdrawn EP3672769A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017119279.4A DE102017119279A1 (de) 2017-08-23 2017-08-23 Verfahren zum Schneiden einer Kautschukbahn
PCT/EP2018/072528 WO2019038267A1 (de) 2017-08-23 2018-08-21 Verfahren zum schneiden einer kautschukbahn

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3672769A1 true EP3672769A1 (de) 2020-07-01

Family

ID=63312017

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP18758866.0A Withdrawn EP3672769A1 (de) 2017-08-23 2018-08-21 Verfahren zum schneiden einer kautschukbahn

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20210154875A1 (de)
EP (1) EP3672769A1 (de)
JP (1) JP2020531303A (de)
CN (1) CN110869177A (de)
DE (1) DE102017119279A1 (de)
WO (1) WO2019038267A1 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022102942A1 (de) 2022-02-08 2023-08-10 Herrmann Ultraschalltechnik Gmbh & Co. Kg Schneidsonotrode für das Schneiden von Kautschukbahnen

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6036197U (ja) * 1983-08-16 1985-03-12 日本電子工業株式会社 超音波切断加工用刃
US5638732A (en) * 1994-09-02 1997-06-17 The Goodyear Tire & Rubber Company Apparatus for cutting of elastomeric materials
DE19532499A1 (de) * 1995-09-02 1997-03-06 Vaupel Textilmasch Vorrichtung zum Ultraschall-Schneiden und/oder Ultraschall-Schweißen von Bahnen, insbesondere textilen Breitgewebe-Bahnen
US6510773B1 (en) * 1998-10-20 2003-01-28 The Goodyear Tire And Rubber Company Method and apparatus for cutting elastomeric materials
US6277224B1 (en) * 1999-12-23 2001-08-21 Edward Muesch Ultrasonic perforator and a method for performing an ultrasonic perforation
DE202005012029U1 (de) * 2005-07-30 2005-11-24 Sonotronic Nagel Gmbh Vorrichtung zur Thermofixierung zur Verformung und/oder Glättung der Web- und/oder Maschenstruktur eines Werkstücks, insbesondere eines seil-, band- oder bahnförmigen Werkstücks
DE202008007271U1 (de) * 2008-05-27 2008-07-31 Stemke, Gudrun Sonotrode
US20150007704A1 (en) * 2013-07-08 2015-01-08 Branson Ultrasonics Corporation Ultrasonic steel horn for tire cutting and method of manufacturing
DE102014100817A1 (de) * 2014-01-24 2015-07-30 Herrmann Ultraschalltechnik Gmbh & Co. Kg Konvertereinheit
JP2016007672A (ja) * 2014-06-25 2016-01-18 住友ゴム工業株式会社 ゴム部材の作製方法
JP2016112622A (ja) * 2014-12-11 2016-06-23 チョンピル，ユン タイヤ用ゴムカッティング用ナイフ
CN204894048U (zh) * 2015-06-01 2015-12-23 中国人民解放军第五七二一工厂 一种切取橡胶圈横截面的工具
JP6187550B2 (ja) * 2015-08-17 2017-08-30 富士ゼロックス株式会社 ゴムロールの端部加工装置、ゴムロールの製造方法
CN206748567U (zh) * 2017-05-18 2017-12-15 郝琳 一种超声波切割机

Also Published As

Publication number Publication date
WO2019038267A1 (de) 2019-02-28
JP2020531303A (ja) 2020-11-05
US20210154875A1 (en) 2021-05-27
CN110869177A (zh) 2020-03-06
DE102017119279A1 (de) 2019-02-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2288450B1 (de) Sonotrode für eine ultraschallschwingeinheit
EP2566652B1 (de) Ultraschall-schweissvorrichtung und verfahren zur herstellung einer schweissverbindung mittels ultraschall
EP3317040B1 (de) Vorrichtung zum verschweissen von bauteilen mittels ultraschalls durch torsionschwingungen
DE102009027021B3 (de) Ultraschall-Schweißvorrichtung und Verfahren zum Verschweißen zweier Bauteile
EP3102387B1 (de) Ultraschallschweissvorrichtung mit vorwärmeinrichtung
DE102012106491A1 (de) Verfahren zur Steuerung eines Ultraschallbearbeitungsprozesses
WO2019038267A1 (de) Verfahren zum schneiden einer kautschukbahn
DE2004750A1 (de) Werkzeug zum Verbinden thermoplastischer Teile durch Schall- oder Ultraschallenergie
EP2564969A2 (de) Rührreibschweißverfahren zur Verbindung von plattenförmigen Werkstücken sowie Vorrichtung hierfür
EP1159363B1 (de) Vorrichtung und verfahren zur verklebung von fügeteilen
DE19911683A1 (de) Ultraschall-Sonotrode
DE102005010269A1 (de) Verfahren zum Herstellen eines Bauteils aus zumindest zwei Bauelementen
EP3592498B1 (de) Ultraschallschweissvorrichtung und verfahren zum ultraschallschweissen
DE102011005536A1 (de) Sonotrode mit Bearbeitungskanal
EP1996365B1 (de) Verfahren und vorrichtung zum verschweissen von elementen aus metallischen werkstoffen
DE102011008576A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung einer schwingenden Bewegung einer Masse
EP2871020A1 (de) Schweißen von zwei Teilen aneinander und daraus resultierende Komponente
DE102019128328B3 (de) Verfahren zur Verbindung von Bandenden
EP3536436B1 (de) Vorrichtung und verfahren zum verbinden von werkstücken
WO2010048934A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum schneiden
DE3314830C2 (de)
DE102022112041A1 (de) Verfahren zur Herstellung einer Textilbahn
WO2024051918A1 (de) Ultraschallwerkzeug und verfahren zum bearbeiten eines werkstücks mittels mechanischer ultraschallschwingungen
DE202004007658U1 (de) Vibrationsmikrotom mit auswechselbarem Messerhalter
DE102019134778A1 (de) Ultraschallschweißvorrichtung sowie Verfahren zum Ultraschallschweißen

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20200305

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20201013