PL223559B1 - Sonotroda obrotowa do ciągłego zgrzewania ultradźwiękowego cienkich folii termoplastycznych - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sonotroda obrotowa do ciągłego zgrzewania ultradźwiękowego cienkich folii termoplastycznych, w którym powierzchnia robocza sonotrody drga wzdłuż jej osi obrotu.

Zgrzewanie ultradźwiękowe tworzyw sztucznych polega na wytworzeniu w nich zmiennego stanu naprężeń, powodującego wzrost temperatury materiałów zgrzewanych wskutek tarcia wewnętrznego łańcuchów polimerowych materiału. Wzrost temperatury powyżej temperatury płynięcia materiału oraz jednoczesne występowanie sił ściskających, oddziałujących na zgrzewane elementy, powoduje ich trwałe i korzystnie jednorodne połączenie.

W znanych urządzeniach do zgrzewania wytwarza się zmienny stan naprężeń w materiale zgrzewanym poprzez przyłożenie do jego powierzchni, z określoną siłą obracającej się sonotrody. której powierzchnia robocza drga w kierunku prostopadłym do jej osi obrotu i tym samym w kierunku prostopadłym do powierzchni materiału zgrzewanego. Materiał zgrzewany znajduje się pomiędzy obracającą się sonotrodą a obracającym się kowadłem, które toczą się po materiale bez poślizgu. Sonotrody realizujące powyższy sposób zgrzewania opisane są w patentach: EP1371441 B1, EP2227371, US2002130157, US5645681. Wadą tych urządzeń jest wymóg kontroli szczeliny pomiędzy sonotrodą a kowadłem przy zgrzewaniu cienkich folii, w celu uniknięcia bezpośredniego kontaktu drgającej sonotrody z kowadłem, co może prowadzić do przedwczesnego zużycia bądź uszkodzenia tych elementów, a stosowane do tego celu mechanizmy regulacji szczeliny są skomplikowane i drogie w wykonaniu.

Znane sonotrody stanowią bryłę obrotową ze stopu lekkiego, z otworem do mocowania do falowodu wykonanym, z jednej strony, i powierzchnią roboczą usytuowaną z drugiej strony, na zewnętrznej powierzchni walcowej. Powierzchnia robocza sonotrody drga w kierunku prostopadłym, do osi obrotu sonotrody, przez co tylko część energii jest wykorzystywana do wzbudzenia drgań w zgrzewanym materiale.

Sonotroda obrotowa do ciągłego zgrzewania ultradźwiękowego cienkich folii termoplastycznych według wynalazku, stanowi bryłę obrotową ze stopu lekkiego, z otworem do mocowania do falowodu wykonanym z jednej strony, i powierzchnią roboczą usytuowaną z drugiej strony. Długość sonotrody mierzona wzdłuż jej osi obrotu jest mniejsza, o co najmniej 20% od wartości λ/2 a czoło sonotrody jest płaskie. Powierzchnia robocza sonotrody, w przekroju osiowym, tworzy na powierzchni roboczej sonotrody, co najmniej jedno uwypuklenie pierścieniowe i wgłębienia.

Zaletą sonotrody według wynalazku jest to, że powierzchnia robocza sonotrody drgając wzdłuż jej osi obrotu, wykorzystuje większą, część energii drgań na wzbudzenie drgań powierzchni roboczej. Jest to sonotroda z konwersją drgań osiowych pochodzących od źródła wymuszenia do drgań dwurodzajowych na powierzchni, na której zachodzi zgrzewanie. Sonotroda ta umożliwia w systemie zgrzewania obrotowego na zgrzewanie próbek w kierunku prostopadłym do próbki oraz równoległym. Jest to bardzo ważne, ponieważ przy zgrzewaniu tworzyw sztu cznych najbardziej efektywne jest zgrzewanie w kierunku równoległym do powierzchni próbki, a przy zgrzewaniu metali w kierunku prostopadłym.

Powierzchnia robocza wykonuje poślizg po materiale zgrzewanym, co korzystnie wpływa na jakość zgrzewu w procesie zgrzewania cienkich folii termoplastycznych.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykładzie wykonaniu na rysunku, na którym Fig. 1 przedstawia widok urządzeniu zgrzewającego od czoła sonotrody Fig. 2 przedstawia widok z boku urządzenia zgrzewającego, a Fig. 3 przedstawia widok sonotrody z boku.

Sonotroda 1 stanowi bryłę obrotową ze stopu lekkiego z otworem do mocowania do falowodu z jednej strony i powierzchnią roboczą S usytuowaną z drugiej strony, na zewnętrznej powierzchni walcowej prostopadłej do powierzchni czołowej C. Długość L sonotrody 1, mierzona wzdłuż jej osi obrotu, jest mniejsza, o co najmniej 20% od wartości połowy długości fali osiowej - λ/2, gdzie długość fali dla drgań 20 kHz wynosi około 110 mm, czyli co najwyżej 90 mm. Powierzchnia czołowa C sonotrody 1 jest płaska. Powierzchnia robocza S, w przekroju osiowym sonotrody 1, stanowi krzywą o łagodnych wierzchołkach zewnętrznych, które tworzą na powierzchni sonotrody 1, co najmniej jedno uwypuklenie pierścieniowe U i wgłębienia.

Działanie sonotrody polega na tym, że umieszcza się folie termoplastyczne 2, 3 pomiędzy obracającym się kowadłem 4 oraz obracającą się w przeciwnym kierunku sonotrodą 1, powodując przesuw 14 folii termoplastycznych 2, 3. Sonotroda 1 wywiera nacisk F na elementy zgrzewane 2, 3 dociskając je do kowadła 4. Nacisk realizowany jest poprzez ciężar układu drgającego składającego się

PL 223 559 B1 z przetwornika 10 wraz z sonotrodą 1 koncentratorem zabudowanym w tulei 11, która ułożyskowana jest obrotowo i zawieszona wahliwie na sworzniu 5 ustalonym w podstawie 9. Ciężar układu drgającego pomniejszany jest poprzez naciąg wstępne sprężynę 6 prowadzonej na trzpieniu 8 i regulowany przy pomocy nakrętek 7. Ciężar układu drgającego pomniejszony o siłę naciągu sprężyny 1 jest proporcjonalny do regulowanej, przy pomocy nakrętek 7, siły nacisku F. Powierzchnia robocza S sonotrody 1 drga wzdłuż jej osi obrotu w kierunku E i posiada uwypuklenia pierścieniowe U o łagodnych krawędziach, które przemieszczając się pod wpływem drgań po powierzchni zgrzewanego materiału 2 wywołują lokalne okresowo zmienne zmiany ciśnienia w zgrzewanych materiałach 2 i 3 wywołując zmienne stany naprężeń, powodujące zgrzanie materiałów.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Sonotroda obrotowa do ciągłego zgrzewania ultradźwiękowego cienkich folii termoplastycznych, stanowiąca bryłę obrotową ze stopu lekkiego, z otworem do mocowania do falowodu wykonanym z jednej strony, i powierzchnią roboczą usytuowaną z drugiej strony, znamienna tym, że długość sonotrody (1), mierzona wzdłuż jej osi obrotu, jest mniejsza o co najmniej 20% od wartości λ/2, czoło C sonotrody (1) jest płaskie, a powierzchnia robocza (S) sonotrody (1), w przekroju osiowym tworzy na powierzchni roboczej sonotrody (1) co najmniej jedno uwypuklenie pierścieniowe (U) i wgłębienia.