ITMI20080555A1

ITMI20080555A1 - Apparato e metodo per saldare membrane

Info

Publication number: ITMI20080555A1
Application number: IT000555A
Authority: IT
Inventors: Francesco Fabbrica; Paolo Fratini
Original assignee: Francesco Fabbrica; Paolo Fratini
Priority date: 2008-04-01
Filing date: 2008-04-01
Publication date: 2009-10-02
Also published as: CN102083614A; JP2011518054A; WO2009122251A1

Description

Descrizione del brevetto per invenzione industriale intitolato:

APPARATO E METODO PER SALDARE MEMBRANE

La presente invenzione ha per oggetto un apparato ed un metodo per saldare membrane, in particolare tessuti in materiali termoplastici, del tipo descritto nel preambolo delle rivendicazioni indipendenti.

Sono noti diversi metodi per saldare membrane, costituite da tessuti o altro. In particolare, con l'introduzione dei tessuti realizzati in materiali polimerici e più in particolare in polimeri termoplastici, sono stati sviluppati nuovi metodi e apparati per saldare membrane attraverso la parziale funzione delle stesse.

Sono quindi state introdotte delle nuove metodologie di congiunzione basate sull’utilizzo di elementi vibranti con frequenze prossime alle frequenza degli ultrasuoni.

Infatti, tali elementi vibranti, per mezzo degli ultrasuoni prodotti e del loro contatto con le membrane da saldare consentono una fusione parziale delle membrane, localizzata in aree molto ristrette, ed una conseguente saldatura a pressione di due membrane sovrapposte.

Un simile apparato e metodo è descritto, per esempio, nel brevetto statunitense US 6797088 B2.

Gli ultrasuoni sono poi stati utilizzati anche per il taglio dei tessuti o delle membrane realizzate in materiali polimerici termoplastici.

La tecnica nota sopra citata presenta alcuni importanti inconvenienti.

Infatti, se da un lato la congiunzione di membrane tramite ultrasuoni ha portato diversi vantaggi, dall'altro molti risultati tecnici non sono stati ancora raggiunti. In particolare, le congiunzioni di due membrane tramite ultrasuoni non presentano un'elevata precisione e velocità di realizzazione.

Inoltre è sempre necessario sovrapporre le membrane per realizzare la congiunzione delle stesse, ottenendo così una saldatura che comporta uno spreco di parte del materiale che costituisce le membrane ed inoltre che presenta una superficie esterna non esteticamente pregevole.

Inoltre, quando i tessuti in polimeri termoplastici sono utilizzati per realizzare indumenti per la pratica di attività sportive, le stesse congiunzioni costituiscono una resistenza all'avanzamento in un fluido, quale l'aria o l'acqua. Tali congiunzioni costituiscono quindi un impedimento negli sport nei quali è importante la fluidodinamicità, o un basso coefficiente d’attrito, dei praticanti quali: il nuoto, il ciclismo, lo sci, l'atletica e simili.

In questa situazione il compito tecnico della presente invenzione è quello di ideare un apparato ed un metodo per saldare membrane in grado di ovviare sostanzialmente agli inconvenienti citati.

Nell'ambito di detto compito tecnico è un importante scopo dell'invenzione ottenere un apparato ed un metodo per saldare membrane che siano rapidi e che consentano di saldare con precisione membrane di diverse forme.

Un altro importante scopo dell'invenzione è ottenere un apparato ed un metodo per saldare membrane che consentano di realizzare una congiunzione nella quale le membrane presentino una minima sovrapposizione dei tessuti.

Non ultimo scopo dell'invenzione è ideare un apparato ed un metodo per saldare membrane che consenta di ottenere una congiunzione su più membrane realizzanti un indumento che non peggiori la fluidodinamicità dello stesso indumento.

Il compito tecnico e gli scopi specificati sono raggiunti da un apparato ed un metodo per saldare membrane che si caratterizzano per il fatto di comprendere una o più delle nuove soluzioni tecniche in seguito descritte e rivendicate.

Negli allegati disegni sono illustrate a titolo di esempio esecuzioni preferite dell’invenzione. In particolare:

la Fig. 1 mostra l’apparato secondo l’invenzione nel suo insieme;

la Fig. 2a illustra una vista laterale di un particolare dell’apparato in condizioni non operative;

la Fig. 2b evidenzia una vista laterale di un particolare dell’apparato in condizioni operative;

la Fig. 3a presenta una vista frontale di un particolare dell’apparato in condizioni non operative;

la Fig. 3b è una vista frontale di un particolare dell’apparato in condizioni operative; e

la Fig. 4 riporta un prodotto realizzato dall’apparato e/o dal procedimento secondo l’invenzione.

Con riferimento alle Figure, l’apparato per saldare membrane secondo l'invenzione è globalmente indicato con il numero 1.

Esso è atto a trattare una o più membrane 2, in particolare membrane in materiale polimerico termoplastico e costituite da tessuti.

Le membrane 2 trattate sono in particolare inserite sovrapposte lungo una linea di congiunzione 2a e in corrispondenza di tale linea 2a ogni membrana 2 viene tagliata e unita, lungo il proprio bordo alla membrana 2 contigua. Sono quindi opportunamente trattate due membrane 2 alla volta.

L’apparato 1 comprende un sonotrodo 3, costituito da un elemento atto a vibrare con frequenze prossime agli ultrasuoni e a realizzare la fusione, localizzata lungo la linea di congiunzione 2a, delle membrane 2, un gruppo di movimentazione 4, atto a consentire l’avanzamento e il contatto reciproco delle membrane 2 ed un tagliente 5, atto a tagliare, lungo la linea di congiunzione 2a, le membrane 2.

Nei dettagli il sonotrodo 3 vibra con frequenze comprese da 20 a 40 kHz e con ampiezza di vibrazione variabile a seconda della membrana 2.

Il sonotrodo 3 è movimentato da appositi mezzi di movimentazione 6 alimentati da corrente elettrica alternata.

Detti mezzi di movimentazione 6 sono di per sé noti e comprendono principalmente almeno un elemento piezoelettrico che trasforma la corrente elettrica alternata ad una determinata frequenza in vibrazioni meccaniche aventi la medesima frequenza.

Sotto l'impulso delle vibrazioni del sonotrodo 3, le membrane 2, preferibilmente realizzate in polimeri termoplastici, vengono fuse nella zona di reciproco contatto, a causa del calore provocato dall'attrito e dallo sfregamento delle stesse porzioni e del sonotrodo 3.

Il sonotrodo 3 è preferibilmente costituito un'asta atta a realizzare vibrazioni di traslazione in una direzione di traslazione 7a in particolare coincidente con la direzione verticale. In alternativa possono essere utilizzati sonotrodi 3 circolari e rotanti.

Il sonotrodo 3 è infine collegato ad una porzione mobile 6a traslabile, per distanze superiori alle distanze definite dalle escursioni delle vibrazioni, in direzione di traslazione 7a per mezzo di un apposito pistone fluidodinamico 6b. Quest’ultimo è parte dei mezzi di movimentazione 6 ed è atto a porre il sonotrodo 3 sostanzialmente a contatto del tagliente 5 o a distanza dallo stesso. Sono inoltre definite una direzione di avanzamento 7b ed una direzione longitudinale 7c reciprocamente perpendicolari e perpendicolari alla direzione di traslazione 7a.

Il sonotrodo 3 agisce quindi lungo una zona d’azione per mezzo di una superficie arrotondata 3a, avente una larghezza in direzione longitudinale 7c preferibilmente compresa tra 15 e 5 mm ed una lunghezza in direzione di avanzamento 7a preferibilmente compresa tra 30 e 18 mm. Tale superficie 3a è sostanzialmente a contatto con le membrane 2 e realizza la fusione, almeno parziale e localizzata, delle stesse, in particolare in corrispondenza della linea di congiunzione 2a.

Il tagliente 5 è costituito da un elemento avente una linea di taglio 5a atta a tagliare le membrane lungo la linea di congiunzione 2a e allineato in direzione di traslazione 7a con il sonotrodo 3 in prossimità di un bordo 3b del sonotrodo 3 ad una distanza dello stesso bordo 3b compresa tra 1 e 5 mm.

Il tagliente 5 non deve essere particolarmente affilato, visto che agisce in corrispondenza della zona d’azione del sonotrodo 3. In prossimità della linea di taglio 5a il tagliente 5 comprende due superfici convergenti 5b aventi un’inclinazione compresa tra 30° e 60° e più preferibilmente tra 40° e 50°. Le superfici convergenti 5b del tagliente 5 definiscono inoltre una larghezza totale compresa tra 1 e 5 mm.

Esso è infine preferibilmente realizzato da un disco metallico in rotazione intorno ad un primo asse di rotazione 5c, parallelo alla direzione longitudinale 7c, ed ha un diametro compreso tra 50 e 70 mm.

Il gruppo di movimentazione 4 è invece realizzato da una pluralità di ruote a contatto con le membrane 2.

In particolare il gruppo di movimentazione 4 comprende almeno una coppia di ruote 8 in reciproco contrasto nella zona d’azione il cui contatto, durante il funzionamento dell’apparato 1, è interrotto dalle membrane 2.

In particolare sono presenti una prima coppie di ruote 9 ed una seconda coppia di ruote 10 disposte ai lati opposti del tagliente 6.

La prima coppia di ruote 9 è costituita da due ruote metalliche zigrinate: una prima ruota inferiore 9a ed una prima ruota superiore 9b aventi assi di rotazione sostanzialmente allineati in direzione di traslazione 7a.

La prima ruota inferiore 9b è preferibilmente ruotabile intorno all’asse di rotazione 5c e ha opportunamente un diametro prossimo al diametro del tagliente 5.

Essa è inoltre posta a contatto, o in vicinanza, dello stesso tagliente 5 ed ha una larghezza, in direzione longitudinale 7c, compresa tra 4 e 9 mm.

La prima ruota superiore 9b è, invece, posta in vicinanza del sonotrodo 3, ma opportunamente non a contatto dello stesso. Essa ha inoltre un bordo laterale esterno, disposto dalla parte opposta rispetto al bordo posto in prossimità del sonotrodo 3, sostanzialmente allineato in direzione parallela alla direzione di traslazione 7a, al bordo laterale esterno della prima ruota inferiore 9a ed una larghezza, in direzione longitudinale, inferiore alla larghezza della prima ruota superiore 9a e preferibilmente compresa tra 3 e 7 mm.

Infine, la prima ruota superiore 9b è preferibilmente mobile in direzione parallela alla di traslazione 7a. Essa è infatti vincolata alla porzione mobile 6a per mezzo di una leva 11 collegata ad un elemento elastico 12, atto a mantenere la stessa prima ruota superiore 9b a contatto delle membrane in contrapposizione alla prima ruota inferiore 9a.

La seconda coppia di ruote 10 comprende invece due ruote lisce in materiale polimerico quale gomma naturale o simile, ed in particolare una seconda ruota inferiore 10a ed una seconda ruota superiore 10b, allineate in una direzione parallela al piano formato dalle direzioni di traslazione 7a e di avanzamento 7b ma sghemba rispetto a queste ultime.

In particolare la seconda ruota inferiore 10a è anch’essa preferibilmente ruotabile intorno all’asse di rotazione 5c e ha opportunamente un diametro prossimo al diametro del tagliente 5.

Essa è inoltre posta a contatto, o in vicinanza, dello stesso tagliente 5, dalla parte opposta rispetto alla prima ruota superiore ed ha una larghezza, in direzione longitudinale, compresa tra 2 e 7 mm.

La seconda ruota superiore 10b è invece, in direzione parallela alla direzione longitudinale 7c, parzialmente sovrapposta al tagliente 5 ed alla seconda ruota inferiore 10a.

Essa è inoltre disposta, in direzione di avanzamento 7b, dietro al sonotrodo 3, come illustrato nelle annesse figure, ed ha un diametro preferibilmente compreso tra 45 e 30 mm ed una larghezza opportunamente compresa tra 8 e 18 mm.

Infine, anche la seconda ruota superiore 10b è mobile in direzione di allontanamento ed avvicinamento dalla seconda ruota inferiore 10a. In particolare per mezzo di una seconda leva 13, connessa ad un secondo pistone fluidodinamico 14 e ruotabile intorno ad un perno 15, definente una direzione di rotazione 15a parallela alla direzione longitudinale 7c. La movimentazione della seconda leva è inoltre opportunamente vincolata anche da una camma 15b.

L’apparto 1 comprende infine mezzi di comando comprendenti preferibilmente un elaboratore elettronico o simili ed atti a regolare e monitorare l movimentazione dei vari organi descritti.

Il funzionamento di un apparato per saldare membrane, sopra descritto in senso strutturale, è il seguente.

Inizialmente le coppie di ruote 8 sono reciprocamente separate ed il sonotrodo 3 non è a contatto del tagliente 5.

È quindi possibile inserire due membrane 2 sovrapposte, a cavallo del tagliente 5, in modo tale che le porzioni delle stesse che devono essere collegate reciprocamente e successivamente utilizzate, per un indumento o simile, siano poste a cavallo della prima coppia di ruote 9. Diversamente a cavallo della seconda coppia di ruote saranno poste piccole porzioni di membrane 2 che verranno separata delle precedenti, e scartate in seguito, allo scopo di ottenere un perfetto combaciamento dei bordi delle due membrane 2 lungo la linea di congiunzione 2a.

Successivamente le coppie di ruote 8 ed il sonotrodo 3 si avvicinano reciprocamente per mezzo della movimentazione della porzione mobile 6a e della seconda leva 13.

La prima coppia di ruote 9 realizza quindi il trasporto delle membrane che, in seguito al collegamento risulteranno unite e costituiranno l’indumento o l’elemento da realizzare.

Diversamente, la seconda coppia di ruote 10 realizza il trasporto di due porzioni di membrane 2 che, in seguito saranno scartate.

Visto che le porzioni scartate hanno normalmente una superficie inferiore alle prime, la seconda coppia di ruote è realizzata in materiali che provocano, a contatto con le membrane 2, un maggior attrito, così da consentire alle membrane 2 di muoversi sempre in direzione rettilinea lungo la linea di congiunzione 2a e di non realizzare curvature non comandate.

In particolare sono movimentati attraverso uno stesso albero: il tagliente 5 e la prima e la seconda ruota inferiore 9b e 10b, mentre la prima e la seconda ruota superiore 9b e 10b sono folli e trainate dalla ruota sottostante.

È poi possibile, manualmente od attraverso appositi mezzi meccanici, far compiere opportune curvature alle membrane così da realizzare giunzioni non rettilinee.

Grazie alla presenza del sonotrodo, alla forma del tagliente 5 e alla presenza ed alle caratteristiche della seconda coppie di ruote 10, le due membrane 2 sono tagliate lungo la linea di taglio 5a e collegate reciprocamente lungo il proprio bordo 2c, ricavato dal taglio delle stesse membrane 2, in modo tale da costituire sostanzialmente un'unica membrana.

L'invenzione comprende un nuovo procedimento per saldare membrane.

In esso si prevede il taglio di due membrane 2 lungo una linea di congiunzione 2a, la contemporanea congiunzione lungo la stessa linea di congiunzione 2a per mezzo di vibrazioni ed in particolare di vibrazioni ultrasoniche.

La congiunzione avviene poi lungo il bordo 2c delle membrane 2.

Il procedimento prevede inoltre preferibilmente l’iniziale sovrapposizione delle due membrane in lavorazione.

Il procedimento comprende infine una fase di aggiunta di una banda di rinforzo 17, in corrispondenza della linea di congiunzione 2a, come illustrato in Fig.4. La banda di rinforzo è collegata preferibilmente per mezzo di collanti o di un’ulteriore termosaldatura. Qualora la banda sia vincolata ad un indumento per pratiche sportive la stessa è preferibilmente disposta all’interno dello stesso in modo da non variare l’estetica o la fluidodinamicità dello stesso.

La banda di rinforzo 17 costituisce un efficace miglioramento meccanico della saldatura ed inoltre consente un’ideale e migliorata impermeabilità della stessa. Il procedimento è opportunamente realizzato per mezzo dell’apparato 1 precedentemente descritto.

Tramite i detti apparati e/o il detto metodo viene realizzato un nuovo prodotto 18, costituito da almeno due membrane 2 reciprocamente collegate lungo il proprio bordo 2c per mezzo del descritto procedimento per saldare membrane. Il prodotto comprende inoltre preferibilmente una banda di rinforzo 17, posta sul retro della linea di congiunzione 2a delle membrane (Fig. 4), come precedentemente descritto.

Il prodotto 18 è preferibilmente costituito da un indumento, più preferibilmente da un indumento per la pratica di attività sportive e più preferibilmente ancora da un costume per nuoto o sport acquatici o da una divisa da ciclista o da un body di atletica.

L'invenzione consente importanti vantaggi.

Infatti l’apparato 1 e il metodo per saldare membrane consentono una congiunzione precisa e rapida delle membrane 2 lungo linee di congiunzione 2a di forme preferite.

Inoltre, la congiunzione realizzata è ottenuta lungo i bordi delle membrane 2, la stessa non comporta quindi la sovrapposizione delle stesse.

Gli indumenti così realizzati, in particolare se costituiti da indumenti per la pratica di attività sportive sono fluidodinamici, non presentano

L’invenzione è suscettibile di modifiche e varianti rientranti nell'ambito del concetto inventivo.

Tutti i dettagli sono sostituibili da elementi equivalenti ed i materiali, le forme e le dimensioni possono essere qualsiasi.

Claims

R I V E N D I C A Z I O N I 1) Apparato (1) per saldare membrane (2), in particolare lungo una linea di congiunzione (2a), comprendente: un sonotrodo (3) atto a vibrare con frequenze prossime agli ultrasuoni e a realizzare un riscaldamento di dette membrane (2) in corrispondenza di detta linea di congiunzione (2a), un gruppo di movimentazione (4), atto a consentire l’avanzamento e il contatto reciproco di dette membrane (2) in corrispondenza di detta linea di congiunzione (2a) e caratterizzato dal fatto di comprendere: un tagliente (5), atto a tagliare, lungo detta linea di congiunzione (2a), le membrane (2), detto gruppo di movimentazione (4) essendo atto a realizzare la congiunzione di dette membrane (2) lungo il bordo (2c) delle stesse membrane (2) e lungo detta linea di congiunzione (2a) per mezzo del contatto reciproco di detti bordi (2c) riscaldati.
2) Apparato (1) secondo la Rivendicazione 1, in cui detto tagliente (5) è costituito da un elemento avente una linea di taglio (5a) atta a tagliare dette membrane (2) riscaldate e comprende due superfici convergenti (5b) aventi un’inclinazione compresa tra 30° e 60°.
3) Apparato (1) secondo una o più delle Rivendicazioni precedenti, in cui detto gruppo di movimentazione (4) comprende una prima coppie di ruote (9), atta a realizzare il trasporto di porzioni di dette membrane (2) che in seguito al collegamento risulteranno unite e costituiranno l’indumento o l’elemento da realizzare, ed una seconda coppia di ruote (10), atta a realizzare il trasporto di porzioni di dette membrane (2) che in seguito al collegamento saranno scartate, dette coppie di ruote (9) e (10) essendo disposte ai lati opposti di detto tagliente (6).
4) Apparato (1) secondo la Rivendicazione 3, in cui detta prima coppia di ruote (9) comprende due ruote metalliche zigrinate ed in cui detta seconda cop pia di ruote (10) comprende due ruote lisce in materiale polimerico.
5) Apparato (1) secondo la Rivendicazione 4, in cui detta seconda coppia di ruote (10) comprende una seconda ruota superiore (10b) parzialmente sovrapposta a detto tagliente (5) ed a detta seconda ruota inferiore (10a).
6) Procedimento per saldare almeno due membrane (2), in particolare lungo una linea di congiunzione (2a) per mezzo di vibrazioni ultrasoniche, caratterizzato dal fatto di comprendere una fase di contemperano taglio e congiunzione di dette membrane (2) lungo il proprio bordo (2c) e lungo detta linea di congiunzione (2a).
7) Procedimento secondo la Rivendicazione 6, comprendete una fase iniziale di sovrapposizione di due di dette membrane (2) in lavorazione.
8) Procedimento secondo la Rivendicazione 6 o 7, comprendente una fase di aggiunta di una banda di rinforzo (17).
9) Procedimento secondo una o più delle Rivendicazioni 6-8, realizzato per mezzo di un apparato (1) secondo una o più delle rivendicazioni da 1 a 5.
10) Indumento per la pratica di attività sportive comprendente almeno due membrane (2) reciprocamente collegate lungo il proprio bordo (2c) per mezzo di un procedimento secondo una o più delle rivendicazioni da 6 a 9.
11) Apparato e metodo per saldare membrane che si caratterizza per il fatto di comprendere una qualsiasi combinazione tra le nuove soluzioni tecniche descritte e rivendicate.