SE501298C2 - Anordning för ultraljudsvetsning av materialbanor - Google Patents

Description

10 501 298 2 Detta syfte uppnås enligt uppfinningen medelst en anordning av inledningsvis nämnt slag kännetecknad av att mothållshål- larens mothållsinnehållande kammare är anslutna till en samlingskammare, i vilken ett konstant tryck råder och vilken innefattar ett parti av fjädrande material. Därigenom kommer mothållen alltid att intaga ett läge sådant att motkraften vid hornets slag mot mellanliggande material blir väsentligen konstant oberoende av variationen av ovannämnda faktorer.

I en föredragen utföringsform av uppfinningen är samlingskam- maren i sin helhet uppbyggd av fjädrande material. Vidare utgöres mothållshållaren av en trumma, mothållen utgöres av kulor, vilka är radiellt rörliga i sina kammare, och sam- lingskammaren utgöres av en slang av fjädrande material, vilken i sitt inre har ett sådant tryck att kulorna genom tryckpåverkan intager aktiv position så att delar av kulorna skjuter ut utanför trummans periferi gepam öppningar i kulkamrarna. Kulorna är med fördel roterbart lagrade, vilket underlättar transporten av materialbanorna mellan horn och mothåll och ger en jämn förslitning av kulorna.

Genom US-A-3 837 977 är en anordning av inledningsvis nämnt slag förut känd. I denna anordning är mothåll i form av kulor anordnade på periferiytan av en mönstervals och medelst tryckluft förflyttbara mellan ett aktivt läge, i vilket de skjuter ut utanför valsens periferi, och ett inaktivt läge, i vilket de helt är inrymda i en kammare i valsen. Denna kon- struktion löser problemet med att åstadkomma olika svetsmöns- ter med samma mönstervals genom att föra olika kulor till aktivt resp. inaktivt läge för att ändra genom valsen er- hållet svetsmönster. Emellertid fungerar dessa mothåll vä- sentligen som fasta mothåll och löser ej de problem som ligger till grund för uppfinningen.

En utföringsform av uppfinningen skall nu beskrivas med hänvisning till bifogade figurer, av vilka; fig. 1 schematiskt visar en utföringsform av en ultra- ljudsvetsningsanordning enligt uppfinningen, 3 501 298 fig. 2 visar en snittvy längs linjen II-II i figur 1, och fig. 3 visar i en likadan snittvy som figur 2 en andra utför- ingsform av ett mothåll och en mothållshållare lämpliga att ingå i en anordning enligt figur 1.

Den i figur 1 visade anordningen för att sammanfoga två löpande materialbanor 3,4 innefattar ett ultraljudsvetsaggre- gat 1 och en mothållshållare 2 i form av en trumma 5, från vilkens ytterperiferiyta i omkretsled efter varandra anordna- de mothåll 6 skjuter ut.

Svetsaggregatet 1 omfattar på känt sätt en elektrisk hög- frekvensgenerator G, en transduktor 7 för att omvandla den elektriska energin till en vibrationsrörelse med ultraljud- frekvens hos ett ultraljudhorn 9 samt en förstärkare 8 för att öka amplitude; hos den åstadkomma vibrationsrörelsen.

Såsom indikeras med dubbelpilen A sker ultraljudhornets 9 svängningsrörelse vinkelrätt mot materialbanornas 3,4 löp- riktning B. Svetsaggregatet 1 kan vara av vilken som helst lämplig typ, som saluföres av t.ex. Branson eller Dukane.

Trumman 5 består av en inre del 10 och en radiellt utanför denna liggande ringformig yttre del 11, vilken i den visade utföringsformen är förbunden med den inre delen 10 med hjälp av radiella stag 12 eller liknande. I den yttre delen 11 är en rad av i omkretsled efter varandra liggande kammare 13 anordnade, vilka vardera inrymmer ett mothåll i form av en kula 6, såsom visas i figur 2. Kammaren 13 är i sin huvuddel cylinderformad med en diameter som något överskrider kuldia- metern och är öppen utåt genom en cirkulär öppning med en diameter som något understiger kulans diameter.

Kammaren 13 är dessutom öppen radiellt inåt mot mellanrummet mellan trummans 5 inre 10 och yttre del 11. I detta mellanrum är en slangkropp 14 av fjädrande material t.ex. gummi anord- nad. Slangkroppens inre är fyllt med luft av ett förutbestämt tryck och en del av slangkroppens vägg tränger genom kamma- rens radiellt inre öppning in i kammaren och trycker kulan 6 1501 298 4 radiellt utåt till i anliggning mot kammarens radiellt yttre öppning med en av trycket i slangkroppens inre bestämd kraft.

Slangkroppen 14 sträcker sig i omkretsled runt hela den inre periferin hos trummans 5 yttre del 11 och tränger således in i alla kammare 13 och belastar dessa med en av trycket i slangkroppens inre bestämd kraft. I den visade utförings- formen har alla kulor 6 och alla kulkammare 13 samma dimen- sioner, vilket innebär att alla kulor 6 belastas med samma kraft.

Genom att trummans 5 inre 10 och yttre del 11 endast är förbundna med varandra genom stagen 12 finns ett stort ex- pansionsutrymme tillgängligt för slangkroppens sidoväggar. Om en kula 6 tryckes in i kammaren 13 av någon anledning, t.ex. p.g.a. att den genom ultraljudhornet belastas med en kraft som överstiger den av trycket i slangkroppen alstrade mot- tryckkraften, kommer den lokala volymmi skningen av slang- kroppens inre vid platsen för ifrågavarande kulkammare 13 att medföra en volymökning vid slangkroppens sidoväggar genom att dessa utvidgar sig något.

Vid drift av anordningen enligt uppfinningen kommer således de löpande materialbanorna 3,4 att komprimeras och dekompri- meras med ultraljudfrekvens, exempelvis 20 kHz, i området mellan änden av ultraljudhornet 9 och det mothåll 6, som är beläget under denna ände. Därigenom uppkommer friktionsvärme i materialen i detta område och om tillräckligt stort kompri- meringsarbete utförs av anordningen sker en lokal saman- smältning av materialen. En mängd faktorer påverkar alstrad värme i materialen och därmed svetsfogens kvalitet, såsom resp. materials egenskaper, komprimeringsgrad, löphastighet hos materialbanorna, svetsaggregatets uteffekt, inställd maximal slaglängd hos ultraljudhornet, ultraljudhornets medelavstånd till mothållet, materialbanornas tjocklek och mothållets mottryck. Det är därför svårt att teoretiskt av- göra hur anordningen skall inställas för att en fog med god kvalitet skall åstadkommas och anordningens inställning bestämmes nästan undantagslöst genom provsvetsning. s 501 298 Den genom provsvetsningen bestämda inställningen av anord- ningen bibehålles sedan under driften. Det har emellertid visat sig vara problem att vid kända anordningar med fasta mothåll erhålla en jämn kvalitet på svetsfogen vid kontinuer- lig drift beroende på att svetsningsbetingelserna varierar under driften, exempelvis kan tjockleken av materialbanorna variera och avståndet mellan änden av ultraljudhorn och mothåll kan förändras genom värmeexpansion eller värmekon- traktion p.g.a. variationer i omgivningstemperaturen eller av svetsutrustningens temperatur.

Det har överraskande visat sig att en anordning enligt upp- finningen i hög grad minskar detta problem. En tänkbar för- klaring till detta är att om för mycket energi tillföres materialbanorna från svetsaggregatet upptages överskottsener- gin som rörelseenergi genom att mothållet 6 mot verkan av mottrycket förflyttas radiellt inåt medan ett energiunder- skott från svetsaggregatet kompenseras genom att mothållet 6 förflyttas radiellt utåt. För att möjliggöra det senare bör mottrycket vid provsvetsningen väljas så att mothållet 6 intar ett läge mellan sina extremlägen. Detta ger även den ytterligare fördelen att förslitningen av ultraljudhornet kan kompenseras.

Det har även visat sig att förslitningen av ultraljudhornet minskar vid en anordning enligt uppfinningen jämfört med en liknande anordning med fasta mothåll, vilket gör att den kan användas under längre tid än en konventionell anordning innan avståndsinställningen av ultraljudhornet måste ändras p.g.a. dettas förslitning.

Kulorna 6 är företrädesvis roterbart anordnade i sina kammare 13. Därigenom underlättas materialbanornas 3,4 transport genom området mellan mothåll och ultraljudhorn samtidigt som en jämn förslitning av kulorna erhålles. För att underlätta kulornas rotation är slangkroppen antingen tillverkad av ett material med liten friktionskoefficient eller försett med en friktionsminskande beläggning i sina med kulorna samverkande delar. 501 298 6 Även trumman 5 är roterbart lagrad, såsom schematiskt indike- ras med pilen C i figur 1. Därigenom kan olika mothåll föras in under ultraljudhornet för att åstadkomma svetsfogar på i tvärled skilda ställen av materialbanorna, t.ex. för att åstadkomma krökta eller sneda fogar.

I figur 3 visas en andra utföringsform av en mothållshållare lämplig att använda i en anordning enligt uppfinningen. Denna utföringsform skiljer sig i huvudsak från den i figurerna 1 och 2 visade utföringsformen av mothållshållare genom att kulan 15 är roterbart lagrad i en kolvkropp 16, vilken i sin tur tätande är glidbar i en kammare 17 utformad i mothålls- hållaren 18. Denna mothållshållare utgöres liksom mothålls- hållaren 5 av en roterbar trumma med en rad av periferiella kammare likadana som kammaren 17, vilka vardera inrymmer en kula roterbart uppburen av en kolvkropp identisk med kolv- kroppen 16. Var och en av dessa kammare mynnar i en ring- formig samlingskammare 19 i mothållshållaren 18, i vilken samlingskammare råder ett konstant tryck. Samlingskammaren 19 innefattar vidare en ballongkropp 20 av fjädrande material, som med sin öppna ände sträcker sig igenom en öppning i sam- lingskammarens botten och är fäst till denna botten och som med sin fria del är belägen i ett expansionsutrymme 21 ut- format i mothållshållaren 18. Den i figur 3 visade mothålls- hållaren samverkar med ett ultraljudsvetsaggregat på samma sätt som beskrivits ovan för den i figurerna 1 och 2 visade anordningen.

Såsom framgår av figur 3 bestäms det radiellt yttre läget av kulan 15 genom att en ansats 22 hos kolvkroppen 16 kommer till anliggning mot kammarens 17 radiellt yttre öppning.

Genom denna konstruktion uppnås två fördelar gentemot den i figur 1 och 2 visade utföringsformen. Dels begränsas inte längre den sträcka kulan kan skjuta utanför trummans 18 periferi av halva kuldiametern, dels är det lättare att lagra kulan lätt rotationsrörlig i kolvkroppen 16 än vid anord- ningen i figurerna 1 och 2 där kulan anligger mot kammarens 13 väggar. 7 5Û1 298 En mängd modifieringar av de beskrivna utföringsformerna är naturligtvis möjliga inom ramen för uppfinningen. Exempelvis behöver inte mothållen utgöras av roterbara kulor utan kan utgöras av andra rullkroppar, t.ex. ha cylinderform. Mothål- len behöver ej heller vara roterbara och den i figur 3 visade enheten av kolvkropp och kula kan vara utformad i ett enda stycke. Vidare kan trumman 5 utformas på annat sätt för att inrymma en slangkropp och ett expansionsutrymme för denna.

Uppfiningen kan naturligtvis även lika väl tillämpas på plana mothållshållare och även på stationära mothållshållare. Det är naturligtvis även möjligt att utnyttja ett annat tryckme- dium än luft, t.ex vatten, som mottrycksalstrande medium.

Uppfinningen skall därför endast begränsas av innehållet i bifogade patentkrav.

Claims (8)

10 15 20 25 30 35 501 298 8 Patentkrav

1. Anordning för ultraljudsvetsning av materialbanor (3,4), vilka löper mellan ett ultraljudhorn (9) hos ett svetsaggre- gat (1) och på en mothållshållare (5;18) anordnade utskjutan- de mothåll (6;15), vilka är rörligt anordnade i var sin kammare (13;17) i mothållshållaren och medelst tryckmedium k ä n n e t e c k n a d av att mothållshållarens mothållsinnehållande kammare (13;17) är påverkbara till aktiv position, anslutna till en samlingskammare (14;19), i vilken ett kon- stant tryck råder och vilken innefattar ett parti (14;20) av fjädrande material.

2. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att samlingskammaren (14) i sin helhet är uppbyggd av fjädrande material.

3. Anordning enligt krav 1 eller 2, k _ n n e t e c k n a d av att mothållshållaren utgöres av en trumma (5), att mothål- len utgöres av kulor (6), vilka är radiellt rörliga i sina kammare (13), och att samlingskammaren utgöres av en slang (14) av fjädrande material, vilken är anordnad i trumman så att åtminstone en del av dess vägg har möjlighet att expande- ra och i sitt inre har ett sådant tryck att kulorna genom tryckpåverkan intager aktiv position så att delar av kulorna skjuter ut utanför trummans periferi genom öppningar i kul- kamrarna.

4. Anordning enligt något av kraven 1-3, k ä n n e t e c k - n a d av att kulorna (6;15) är roterbart lagrade.

5. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att mothållen utgöres av kulor (15), vilka vardera är roterbart lagrade i var sin kolvkropp (16), vilka är tätande och glid- bart anordnade i var sin kammare (17) i mothållshållaren.

6. Anordning enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a d av att samlingskammarens (19) parti av fjädrande material utgöres av en ballongkropp (20), vilken i sin huvuddel är belägen i ett 9 501 298 expansionsutrymme utformat i mothållshållaren.

7. Anordning enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a d av att tryckmediet utgöres av luft.

8. Anordning enligt något av kraven 1-6, k ä n n e t e c k - n a d av att tryckmediet utgöres av vatten.