SE509813C2 - Ultrasonic assemblies comprising a converter and an annular sonotrode - Google Patents
Ultrasonic assemblies comprising a converter and an annular sonotrodeInfo
- Publication number
- SE509813C2 SE509813C2 SE9702551A SE9702551A SE509813C2 SE 509813 C2 SE509813 C2 SE 509813C2 SE 9702551 A SE9702551 A SE 9702551A SE 9702551 A SE9702551 A SE 9702551A SE 509813 C2 SE509813 C2 SE 509813C2
- Authority
- SE
- Sweden
- Prior art keywords
- sonotrode
- annular
- converter
- assembly according
- area
- Prior art date
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
- B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
- B06B3/00—Methods or apparatus specially adapted for transmitting mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
- B29C65/02—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure
- B29C65/08—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using ultrasonic vibrations
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
- B29C66/01—General aspects dealing with the joint area or with the area to be joined
- B29C66/05—Particular design of joint configurations
- B29C66/10—Particular design of joint configurations particular design of the joint cross-sections
- B29C66/11—Joint cross-sections comprising a single joint-segment, i.e. one of the parts to be joined comprising a single joint-segment in the joint cross-section
- B29C66/112—Single lapped joints
- B29C66/1122—Single lap to lap joints, i.e. overlap joints
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
- B29C66/50—General aspects of joining tubular articles; General aspects of joining long products, i.e. bars or profiled elements; General aspects of joining single elements to tubular articles, hollow articles or bars; General aspects of joining several hollow-preforms to form hollow or tubular articles
- B29C66/51—Joining tubular articles, profiled elements or bars; Joining single elements to tubular articles, hollow articles or bars; Joining several hollow-preforms to form hollow or tubular articles
- B29C66/54—Joining several hollow-preforms, e.g. half-shells, to form hollow articles, e.g. for making balls, containers; Joining several hollow-preforms, e.g. half-cylinders, to form tubular articles
- B29C66/542—Joining several hollow-preforms, e.g. half-shells, to form hollow articles, e.g. for making balls, containers; Joining several hollow-preforms, e.g. half-cylinders, to form tubular articles joining hollow covers or hollow bottoms to open ends of container bodies
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
- B29C66/50—General aspects of joining tubular articles; General aspects of joining long products, i.e. bars or profiled elements; General aspects of joining single elements to tubular articles, hollow articles or bars; General aspects of joining several hollow-preforms to form hollow or tubular articles
- B29C66/61—Joining from or joining on the inside
- B29C66/612—Making circumferential joints
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
- B29C66/50—General aspects of joining tubular articles; General aspects of joining long products, i.e. bars or profiled elements; General aspects of joining single elements to tubular articles, hollow articles or bars; General aspects of joining several hollow-preforms to form hollow or tubular articles
- B29C66/63—Internally supporting the article during joining
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
- B29C66/70—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
- B29C66/73—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset
- B29C66/739—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset
- B29C66/7392—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the material of at least one of the parts being a thermoplastic
- B29C66/73921—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the material of at least one of the parts being a thermoplastic characterised by the materials of both parts being thermoplastics
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
- B29C66/80—General aspects of machine operations or constructions and parts thereof
- B29C66/81—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps
- B29C66/814—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the design of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps
- B29C66/8141—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the design of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps characterised by the surface geometry of the part of the pressing elements, e.g. welding jaws or clamps, coming into contact with the parts to be joined
- B29C66/81431—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the design of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps characterised by the surface geometry of the part of the pressing elements, e.g. welding jaws or clamps, coming into contact with the parts to be joined comprising a single cavity, e.g. a groove
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
- B29C66/80—General aspects of machine operations or constructions and parts thereof
- B29C66/81—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps
- B29C66/814—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the design of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps
- B29C66/8145—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the design of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps characterised by the constructional aspects of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps
- B29C66/81453—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the design of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps characterised by the constructional aspects of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps being made of flexible slats, flexible fins, flexible bristles or springs, e.g. coiled springs
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
- B29C66/80—General aspects of machine operations or constructions and parts thereof
- B29C66/81—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps
- B29C66/814—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the design of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps
- B29C66/8145—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the design of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps characterised by the constructional aspects of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps
- B29C66/81461—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the design of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps characterised by the constructional aspects of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps being multi-lamellar or segmented, i.e. comprising a plurality of strips, plates or stacked elements
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
- B29C66/80—General aspects of machine operations or constructions and parts thereof
- B29C66/81—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps
- B29C66/816—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the mounting of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps
- B29C66/8167—Quick change joining tools or surfaces
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
- B29C66/90—Measuring or controlling the joining process
- B29C66/94—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the time
- B29C66/949—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the time characterised by specific time values or ranges
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
- B29L2031/00—Other particular articles
- B29L2031/712—Containers; Packaging elements or accessories, Packages
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Lining Or Joining Of Plastics Or The Like (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Abstract
Description
15 20 25 30 35 D) 509 813 Vid tillverkning av t.ex. runda, mångsidiga eller koniska förpackningsbehållare är det önskvärt att ombesörja en sluten förseglingslinje, som sträcker sig runt förpackningsbehàllarens hela omkrets. Detta är t.ex. nödvändigt då en rund förpackningsbehållare skall förses med ändgavlar eller då en rund förpackningsbehållares cirkulära mantel skall förbindas med en mer eller mindre konisk överdel. En sluten försegling utmed en t.ex. cylindrlsk förpackningsbehållares omkrets kan givetvis med känd teknik åstadkommas även med en sonotrod med en kort, rak arbetsyta, förutsatt att förseglingen sker i många etapper under samtidig rotation av förpackningsbehållaren. Denna teknik är emellertid tidsödande och ger icke alltid ett fullgott resultat, varför det är önskvärt att ombesörja en ringformig sonotrod med en invändig diameter som huvudsakligen överensstämmer med förpackningsbehållarens utvändiga diameter vid svetsstället. Med hjälp av en i förpackningsbehållaren belägen dorn, vilken kan vara svagt konisk eller expanderbar, pressas förpackningsbehàllarens sammansvetsbara delar mot den ringformiga sonotrodens inre, cirkulära arbetsyta, varefter ultraljudskonvertern aktiveras så att sonotroden vibrerar med önskad svetsfrekvens. Denna teknik har provats med begränsat resultat. l t.ex. US-PS 3.438.824 illustreras bl.a. ett aggregat som utnyttjar en ringformig sonotrod, vilken via en booster är radiellt förbunden med en konventionell konverter som alstrar fram- och återgående, axiellt genom boostern till sonotroden överförbara svängningar. l den ringformiga sonotroden sprids svängningarna huvudsakligen likformigt runt sonotroden, bortsett från området för den mekaniska infästningen mellan boostern och sonotroden, där vågutbredningen störs av asymmetrin i infästningsomràdet. Boosterns från konvertern vända ände är med ett skruvförband mekaniskt förbunden direkt med sonotrodens yttre, cirkulära periferiyta, vilket vid ultraljudssvetsning visat sig orsaka kraftig värmeutveckling vid infästningspunkten. Värmeutvecklingen beror på att omvandlingen av den axiella, fram- och àtergående rörelsen till radiella vägor i den ringformiga sonotroden skapar även transversella rörelser, d.v.s. de radiella svängningarna i sonotroden får även en i sonotrodens omkretsriktning sig sträckande komponent i form av kompressicner och dekompressioner av ringens material, vilket direkt påverkar boosterns infästningspunkt i sonotroden itransversell riktning sä att friktion uppkommeri kontaktytorna och sàväl gängomràdet som övriga anliggningspunkter uppvärmes. Härvid uppkommer förluster som ger aggregatet sämre verkningsgrad och även medför risk för sprickbildning vid infästningsomràdet. Även om detta problem ej behöver vara allvarligt vid enstaka svetsningar med förhållandevis låg effekt kommer det snabbt att skapa allvarliga problem då ett aggregat av denna typ användes för svetsning av cirkulära förpackningsbehållare i samband med kommersiell, högkapacitiv tillverkning. Det har hittills inte varit möjligt att lösa problemet på ett tillfredsställande sätt, och aggregat av det i ovannämnda US patent beskrivna typen har därför ej kommit till någon större, kommersiell användning. Slutna eller ringformiga 10 15 20 25 30 509 813 sonotroder användes även för andra ändamål såsom behandling av fluider, t.ex. vätskor, vilka ledes genom den ringformiga sonotroden i avsikt att medelst ultraljudsvågor t.ex. homogenisera fluider, sönderdela partiklar, frigöra gaser etc. Även vid detta användningsområde blir de tidigare beskrivna konstruktionernas nackdelar påtagliga. Det är således ett allmänt önskemål att ombesörja ett ultraljudsaggregat av sluten eller ringformig typ, vilket aggregat har sådan konstruktion att det på ett optimalt sätt tillvaratar energin och undanröjer riskerna för förluster och sprickbildning eller andra skador på aggregatet. 15 20 25 30 35 D) 509 813 In the manufacture of e.g. round, versatile or conical packaging containers, it is desirable to provide a closed sealing line extending around the entire circumference of the packaging container. This is e.g. necessary when a round packaging container is to be provided with end ends or when a circular packaging container of a round packaging container is to be connected to a more or less conical upper part. A closed seal along a e.g. The circumference of the cylindrical packaging container can of course be achieved with known technology even with a sonotrode with a short, straight working surface, provided that the sealing takes place in many stages during simultaneous rotation of the packaging container. However, this technique is time consuming and does not always give a satisfactory result, so it is desirable to provide an annular sonotrode with an inside diameter which substantially corresponds to the outside diameter of the packaging container at the welding site. By means of a mandrel located in the packaging container, which may be slightly conical or expandable, the collapsible parts of the packaging container are pressed against the inner, circular working surface of the annular sonotrode, after which the ultrasonic converter is activated so that the sonotrode vibrates at the desired welding frequency. This technique has been tried with limited results. l e.g. U.S. Pat. No. 3,438,824 is illustrated i.a. an assembly utilizing an annular sonotrode, which via a booster is radially connected to a conventional converter which generates reciprocating oscillations transmitted axially through the booster to the sonotrode. In the annular sonotrode, the oscillations are distributed substantially uniformly around the sonotrode, except for the area of the mechanical attachment between the booster and the sonotrode, where the wave propagation is disturbed by the asymmetry in the attachment area. The end of the booster facing away from the converter is mechanically connected with a screw connection directly to the outer, circular peripheral surface of the sonotrode, which during ultrasonic welding has been shown to cause strong heat generation at the point of attachment. The heat development is due to the fact that the conversion of the axial, reciprocating motion to radial paths in the annular sonotrode also creates transverse motions, i.e. the radial oscillations in the sonotrode also have a component extending in the circumferential direction of the sonotrode in the form of compressions and decompressions of the ring material, which directly affects the booster's attachment point in the sonotrode in the transverse direction so that friction occurs on the contact surfaces and both the thread area and other contact points. In this case, losses arise which give the unit a lower efficiency and also entail a risk of crack formation at the attachment area. Although this problem need not be serious in single welds with relatively low power, it will quickly create serious problems when an assembly of this type is used for welding circular packaging containers in connection with commercial, high-capacity manufacturing. It has not hitherto been possible to solve the problem satisfactorily, and assemblies of the type described in the above-mentioned U.S. patent have therefore not come into any major commercial use. Closed or annular sonotrodes are also used for other purposes such as treatment of fluids, e.g. liquids which are passed through the annular sonotrode with the intention that by means of ultrasonic waves e.g. homogenizing fluids, decomposing particles, releasing gases, etc. Even in this area of use, the disadvantages of the previously described constructions become apparent. It is thus a general desire to provide an ultrasonic assembly of closed or annular type, which assembly has such a construction that it optimally utilizes the energy and eliminates the risks of losses and cracking or other damage to the assembly.
Ett ändamål med föreliggande uppfinning är således att ombesörja ett ultraljudsaggregat, vilket innefattar åtminstone en konverter och en sonotrod, som är förbundna med varandra på sådant sätt att de alstrade ultraljudsvågorna ej medför någon negativ inverkan på aggregatet.An object of the present invention is thus to provide an ultrasonic assembly, which comprises at least one converter and a sonotrode, which are connected to each other in such a way that the generated ultrasonic waves do not have a negative effect on the assembly.
Ett ytterligare ändamål med föreliggande uppfinning är att ombesörja ett aggregat av ultraljudstyp, vilket har sådan konstruktion att förbindelsepunkten mellan konvertern och sonotroden alternativt en mellan konvertern och sonotroden befintlig boostar har sådan utformning att energiförluster i möjligaste mån undvikes.A further object of the present invention is to provide an ultrasonic type assembly which has such a construction that the connection point between the converter and the sonotrode or a booster existing between the converter and the sonotrode is designed in such a way that energy losses are avoided as far as possible.
Ett ytterligare ändamål med föreliggande uppfinning är att ombesörja ett aggregat av ultraljudstyp, vid vilket en ringformig sonotrod har en sådan utformning att överföringspunkten för ultraljudsvågorna till sonotroden ej utsättes för onödiga påkänningar. _ Ett ytterligare ändamål med föreliggande uppfinning är att ombesörja ett aggregat av ultraljudstyp, vilket har en enkel och tillförlitlig konstruktion och som därför är förhållandevis billigt att tillverka och underhålla.A further object of the present invention is to provide an ultrasonic type assembly in which an annular sonotrode has such a design that the point of transmission of the ultrasonic waves to the sonotrode is not subjected to unnecessary stresses. A further object of the present invention is to provide an ultrasonic type assembly which has a simple and reliable construction and which is therefore relatively inexpensive to manufacture and maintain.
Ett ytterligare ändamål med föreliggande uppfinning är slutligen att ombesörja ett svetsaggregat av ultraljudstyp för sluten försegllng, vilket svetsaggregat har en konstruktion som undviker ovannämnda nackdelar och säkerställer en snabb och säker svetsning väl lämpad för användning tillsammans med högkapacitiva förpackningsmaskiner.A further object of the present invention is finally to provide a closed type ultrasonic welding assembly, which welding assembly has a construction which avoids the above-mentioned disadvantages and ensures a fast and safe welding well suited for use with high-capacity packaging machines.
Ovannämnda och andra ändamål har enligt uppfinningen uppnåtts genom att ett ultraljudsaggregat av den inledningsvis angivna typen getts de av bifogade huvudkrav framgående kännetecknen.According to the invention, the above-mentioned and other objects have been achieved by giving an ultrasonic assembly of the type specified in the introduction the characteristics set forth in the appended main claims.
Föredragna utföringsformer av aggregatet enligt uppfinningen har vidare getts de av bifogade underkrav angivna kännetecknen.Preferred embodiments of the assembly according to the invention have furthermore been given the features specified by the appended subclaims.
Genom att medelst den i sonotroden integrerade anpassningsdelen förflytta kontaktytan mellan sonotroden och boostern i riktning från sonotrodens ringformiga del reduceras avsevärt de skadliga vibrationernas inverkan på det mekaniska kopplingsstället mellan boostern och sonotroden. Tryckvågorna i sonotrodens omkretsriktniag (kompressions- och dekompressionsvågor) överföras endast i begränsad omfattning vid den midjeförsedda anpassningsdelen, vilket i stort sett 10 15 20 25 30 509 813 eliminerar transversella tryckkomposanter och därmed även friktionsuppvärmning eller andra skadeverkningar i det mekaniska förbindelsestället. Förflyttningen av detta från den ringformiga delen medför också mindre störningar i sonotrodringens svängningsmönster, vilket resulterar i en jämnare effektfördelning och därmed bättre arbetsresultat. ~ En föredragen utföringsform av aggregatet enligt uppfinningen kommer nu att beskrivas närmare under följande hänvisning till bifogade, schematiska ritningar, vilka blott visar de för förståelse av uppfinningen oundgängliga detaljerna.By moving the contact surface between the sonotrode and the booster by means of the adapting part integrated in the sonotrode in the direction of the annular part of the sonotrode, the effect of the harmful vibrations on the mechanical coupling point between the booster and the sonotrode is considerably reduced. The pressure waves in the circumferential direction of the sonotrode (compression and decompression waves) are transmitted only to a limited extent at the fitted fitting part, which largely eliminates transverse pressure components and thus also frictional heating or other damaging effects in the mechanical connection point. The movement of this from the annular part also causes less disturbance in the oscillation pattern of the sonotrode ring, which results in a more even power distribution and thus better working results. A preferred embodiment of the assembly according to the invention will now be described in more detail with the following reference to the accompanying, schematic drawings, which only show the details which are indispensable for understanding the invention.
Fig. 1 visar i perspektiv den främre änden av ett ultraljudsaggregat med en ringformig sonotrod enligt uppfinningen.Fig. 1 shows in perspective the front end of an ultrasonic assembly with an annular sonotrode according to the invention.
Fig. 2 visar schematiskt från sidan och delvis i genomskärning ett ultraljudsaggregat med mothåll för svetsning av cirkulära förpackningsbehållare.Fig. 2 shows diagrammatically from the side and partly in section an ultrasonic assembly with abutment for welding circular packaging containers.
Fig. 3 visar i större skala en vy uppifrån av den i fig. 1 och 2 visade sonotroden enligt uppfinningen.Fig. 3 shows on a larger scale a top view of the sonotrode according to the invention shown in Figs. 1 and 2.
Ultraljudsaggregatet enligt uppfinningen är i sin föredragna utföringsform avsett för sammansvetsning av förpackningsbehållardelar med ringformigt eller cirkulärt tvärsnitt, vilket är ett typiskt exempel på användningen av ultraljudssvetsteknik inom förpackningsindustrin. Förpackningsbehållaren kan givetvis även ha annat tvärsnitt, t.ex. ovalt, fyr- eller sexkantigt eller liknande. En förutsättning för att ultraljudsteknik skall kunna användas för sammansvetsning av material är att åtminstone nagot av de ingående materialskikten innefattar ett material som kan plastificeras av ultraljudsvågor. l praktiken innefattar förpackningsbehållaren, i varje fall de som är avsedda för helt eller delvis vätskeformigt fyllgods, skikt av termoplastiskt material, vilket är synnerligen lämpligt att ultraljudssvetsa. De materialskikt som skall förenas med varandra måste härvid innefatta en kontaktyta som innehåller termoplastiskt material, t.ex. polyeten, vilket gör det möjligt att företrädesvis efter anpressning av de båda materialskikten mot svetsaggregatets arbetsyta med hjälp av någon form av mothåll vibrera materialet så att termoplastskiktet plastificeras och smälter samman för att vid avslutad ultraljudsuppvärmning åter svalna och stelna, varvid det fungerar såsom ett lim som varaktigt och vätsketätt förenar de ingående förpackningsbehållardelarna med varandra. Denna teknik är emellertid välkänd t.ex. från nämnda US-PS 3.438.824, till vilket hänvisas, och behöver därför ej beskrivas i detalj i detta sammanhang.The ultrasonic assembly according to the invention is in its preferred embodiment intended for welding together packaging container parts with annular or circular cross-section, which is a typical example of the use of ultrasonic welding technology in the packaging industry. The packaging container can of course also have another cross section, e.g. oval, square or hexagonal or similar. A prerequisite for ultrasonic technology to be able to be used for welding together materials is that at least some of the constituent material layers comprise a material that can be plasticized by ultrasonic waves. In practice, the packaging container, in any case those intended for wholly or partly liquid filling material, comprises layers of thermoplastic material, which is particularly suitable for ultrasonic welding. The material layers to be joined together must in this case comprise a contact surface which contains thermoplastic material, e.g. polyethylene, which makes it possible, preferably after pressing the two layers of material against the working surface of the welding assembly, by means of some form of abutment to vibrate the material so that the thermoplastic layer is plasticized and fuses to cool and solidify again upon completion of ultrasonic heating. permanently and liquid-tight, the constituent packaging container parts join together. However, this technique is well known e.g. from the said U.S. Pat. No. 3,438,824, to which reference is made, and therefore need not be described in detail in this context.
I fig. 2 visas ett ultraljudsaggregat 1 enligt uppfinningen. Aggregatet 1 innefattar en ultraljudsskapare eller konverter 2 av känd typ, vilken medelst t.ex. en piezoelektrisk kristall omvandlar elektriska strömvariationer till en mekanisk rörelse i form av fram- och àtergående ultraljudsvàgor som vid den beskrivna tillämpningen, d.v.s. svetsning av papper/plastförpackningsmaterial typiskt har ett frekvensområde av ca. 16-24, företrädesvis 20 Khz. Konvertern 2, som på ett känt (icke visat) sätt är förbunden med en strömkälla, är även mekaniskt förbunden med en booster 3 för förstärkning eller 10 15 20 25 30 35 509 813 omformning av de av konvertern 2 alstrade ultraljudsvågorna. Boostern 3 definierar även vågornas nodpunkt och utnyttjas på konventionellt sätt även för upphängning av svetsaggregatet 1 i ett icke visat stativ. Vid boosterns 3 från konvertern 2 vända ände finns en sluten eller ringformig sonotrod 4, vilken är mekaniskt förbunden med boostern 3 och sålunda drivbar medelst konvertern 2 så att en invändig arbetsyta 5 utsättas för radiella ultraljudsvibrationer. En liknande konstruktion kan även utnyttjas för t.ex. behandling av fluider, som ledes genom den slutna (ringformiga) sonotroden. Vid materialsvetsning användes emellertid även (fig. 2) en expanderbar dorn 6, vilken har en för samverkan med arbetsytan 5 avsedd, cirkulär arbetsyta 7, som består av ett antal fjädrande segment 8, vilka med hjälp av en invändig kona 9 kan förskjutas radiellt fram och åter med hjälp av koncentriskt anordnade manöveraxlar 10, 11. Fig. 2 illustrerar även hur tvä förpackningsbehållardelar, nämligen en mantel 12 och en topp 13 som skall förbindas med varandra, föres mot svetsläget, vilket kommer att beskrivas närmare i det följande. lfig. 'l visas i perspektiv sonotroden 4, vilken såsom tidigare nämnts är av sluten typ, d.v.s. t.ex. ringformig eller cirkulär och har ett huvudsakligen kvadratiskt tvärsnitt.Fig. 2 shows an ultrasonic assembly 1 according to the invention. The unit 1 comprises an ultrasonic generator or converter 2 of known type, which by means of e.g. a piezoelectric crystal converts electrical current variations into a mechanical movement in the form of reciprocating ultrasonic waves as in the described application, i.e. welding of paper / plastic packaging material typically has a frequency range of approx. 16-24, preferably 20 Khz. The converter 2, which in a known (not shown) manner is connected to a current source, is also mechanically connected to a booster 3 for amplifying or reshaping the ultrasonic waves generated by the converter 2. The booster 3 also defines the node point of the waves and is used in a conventional manner also for hanging the welding assembly 1 in a stand (not shown). At the end of the booster 3 from the converter 2 there is a closed or annular sonotrode 4, which is mechanically connected to the booster 3 and thus drivable by means of the converter 2 so that an internal working surface 5 is exposed to radial ultrasonic vibrations. A similar construction can also be used for e.g. treatment of fluids, which are passed through the closed (annular) sonotrode. In material welding, however, an expandable mandrel 6 is also used (Fig. 2), which has a circular working surface 7 intended for co-operation with the working surface 5, which consists of a number of resilient segments 8, which can be displaced radially forward by means of an internal cone 9. and again by means of concentrically arranged operating shafts 10, 11. Fig. 2 also illustrates how two packaging container parts, namely a jacket 12 and a top 13 to be connected to each other, are moved towards the welding position, which will be described in more detail in the following. lfig. 1 is shown in perspective the sonotrode 4, which as previously mentioned is of the closed type, i.e. for example annular or circular and has a substantially square cross-section.
Sonotrodens 4 invändiga arbetsyta 5 är sålunda cirkulärcylindrisk med en diameter, som något överstiger mantelns 12 utvändiga diameter (toppen 13 svetsas invändigt i mantelns 12 övre ände). Sonotroden 4 är såsom tidigare nämnts mekaniskt förenad med boostern 3 och närmare bestämt med dennas främre, från konvertern 2 vända ände, vilken är försedd med ett icke visat organ för formbundet ingrepp med ett från sonotrodens 4 utsida utskjutande fästdon 14 (fig. 3). Fästdonet 14 utgör närmare bestämt en del av en radiellt från sonotroden 4 utskjutande anpassningsdel 15, vilken förutom fästdonet 14 även innefattar ett mellan fästdonet 14 och sonotrodens 4 ringformiga del beläget utskott 16. Utskottet 16 har vid sin mot sonotrodens 4 ringformiga del vända ände ett område med reducerad tvärsnittsarea, vilket yttrar sig såsom en midja eller käl 17, som bildar anpassningsdelens 15 förbindelsedel med sonotrodens 4 ringformiga del. Utskottet 16 har vid sin från sonotrodens 4 cylindriska del vända ände en plan anliggningsyta 18, vilken är avsedd att samverka med och anligga mot den i fig. 3 endast indikerade boosterns 3 främre, plana ände. Fästdonet 14, som utskjuterfrán ytan 18, är försett med ett organ för formbundet ingrepp med boostern 3 i form av en gänga 19, vilken samverkar med motsvarande gänga i boosterns 3 främre ände centralt anbringat, gängat hal (ej visat). En alternativ möjlighet är givetvis att med i huvudsak bibehållen geometrisk utformning framställa boostern 3 och sonotroden 4 i ett stycke, vilket t.ex. vid vissa applikationer och mindre storlekar (t.ex. vid vätskebehandling) kan vara att föredraga. Härvid kan enheten t.ex. tillverkas av pulvermetalliskt material. "Boostern" 3 motsvarar härvid närmast ett förstorat (förlängt) utskott 16 och förses på motsvarande sätt vid sin från sonotroden vända ände med fästdon för mekanisk anslutning till konvertern. 10 15 20 25 30 .35 G1 509 813 Sonotrodens 4 ringformiga del har såsom tidigare beskrivits en cirkulärcylindrisk, invändig arbetsyta 5, vars diameter huvudsakligen motsvarar ytterdiametern av den förpackningsbehållare som aggregatet är avsett att bearbeta. l den visade utföringsformen är sonotrodens 4 invändiga diameter cirka 66 mm, under det att dess utvändiga diameter uppgår till ca. 100 mm. Sonotrodens ringformiga del har således ett fyrkantigt tvärsnitt med måtten 17 mm (radiellt) och 20 mm. Utskottet 16 är 15 mm mellan anliggningsytan 18 och sonotrodens 4 tänkta, utvändiga cirkulärcylindriska begränsningsyta. Utskottet 16 har fyrkantig tvärsnittsform med måtten 20x30 mm, under det att midjan eller det med käien 17 försedda omradet har ett tvärsnittsmått, mätt i den ringformiga sonotrodens 4 plan, som uppgår till 20 mm.The inner working surface 5 of the sonotrode 4 is thus circular-cylindrical with a diameter which slightly exceeds the outer diameter of the jacket 12 (the top 13 is welded internally at the upper end of the jacket 12). As previously mentioned, the sonotrode 4 is mechanically connected to the booster 3 and more particularly to its front end, facing away from the converter 2, which is provided with a means for molded engagement (not shown) with a fastener 14 projecting from the outside of the sonotrode 4 (Fig. 3). More specifically, the fastener 14 forms part of a fitting part 15 projecting radially from the sonotrode 4, which in addition to the fastener 14 also comprises a projection 16 located between the fastener 14 and the annular part of the sonotrode 4. The projection 16 has an area at its end facing the annular part of the sonotrode 4 with reduced cross-sectional area, which manifests itself as a waist or keel 17, which forms the connecting part of the adapter part 15 to the annular part of the sonotrode 4. The projection 16 has at its end facing away from the cylindrical part of the sonotrode 4 a flat abutment surface 18, which is intended to co-operate with and abut against the front, flat end of the booster 3 only indicated in Fig. 3. The fastener 14, which projects from the surface 18, is provided with a means for form-fitting engagement with the booster 3 in the form of a thread 19, which cooperates with the corresponding thread in the front end of the booster 3 centrally arranged, threaded slide (not shown). An alternative possibility is of course to produce the booster 3 and the sonotrode 4 in one piece with a substantially retained geometric design, which e.g. in some applications and smaller sizes (eg in liquid treatment) may be preferable. In this case, the unit can e.g. made of powder metallic material. The "booster" 3 here corresponds almost to an enlarged (extended) projection 16 and is correspondingly provided at its end facing away from the sonotrode with fasteners for mechanical connection to the converter. 10 15 20 25 30 .35 G1 509 813 The annular part of the sonotrode 4 has, as previously described, a circular-cylindrical, internal working surface 5, the diameter of which substantially corresponds to the outer diameter of the packaging container which the assembly is intended to process. In the embodiment shown, the inside diameter of the sonotrode 4 is about 66 mm, while its outside diameter amounts to approx. 100 mm. The annular part of the sonotrode thus has a square cross section with the dimensions 17 mm (radial) and 20 mm. The projection 16 is 15 mm between the abutment surface 18 and the imaginary, external circular-cylindrical boundary surface of the sonotrode 4. The projection 16 has a square cross-sectional shape with the dimensions 20x30 mm, while the waist or the area provided with the jaw 17 has a cross-sectional dimension, measured in the plane of the annular sonotrode 4, which amounts to 20 mm.
Då det i fig. 2 visade aggregatet 1 enligt uppfinningen aktiveras för sammansvetsning av t.ex. en mantei 12 och en topp 13 av en förpacknlngsbehållare placeras dessa med mantelns 12 övre kantområde i anliggning mot sonotrodens 4 invändiga arbetsyta 5. Toppen 13 föres ned i mantelns 12 övre ände så att dess undre, för hopsvetsning avsedda dei blir belägen mitt emellan arbetsytans 5 övre och undre begränsningskant. Härefter föres dornen 6 med hjälp av manöveraxeln 10 vertikalt uppåt till dess att dess arbetsyta 7 likaså blir belägen centralt mellan arbetsytans 5 övre och undre ände, d.v.s. mittför den i fig. 2 visade centrumlinjen som sträcker sig genom konvertern 2, boostern 3 och sonotroden 4. l detta läge aktiveras dornen 6 genom att manöveraxeln 11 förflyttas en kort sträcka vertikalt nedåt, vilket medför att konan 9 förflyttas nedåt i motsvarande grad så att dess yttre, koniska yta genom anliggning mot segmentens 8 invändiga ytor pressar dessa utåt så att den av segmentens 8 övre, utvändiga del bestående arbetsytan 7 anpressas mot toppens 13 insida, vilken därigenom kommer till anliggning mot mantelns 12 övre ände så att denna i sin tur kraftigt anpressas mot sonotrodens 4 arbetsyta 5. Genom denna väldefinierade anliggning mellan dornens 6 arbetsyta 7, förpackningsbehållarens delar 12, 13 och sonotrodens 4 arbetsyta 5 säkerställes optimala överföringsbetingelser för ultraljudsenergin.When the assembly 1 according to the invention shown in Fig. 2 is activated for welding together of e.g. a jacket 12 and a top 13 of a packaging container are placed with the upper edge area of the jacket 12 in abutment against the inner working surface 5 of the sonotrode 4. The top 13 is lowered into the upper end of the jacket 12 so that its lower welded ends are located midway between the working surface 5 upper and lower boundary edge. Thereafter, the mandrel 6 is moved vertically upwards by means of the operating shaft 10 until its working surface 7 is likewise located centrally between the upper and lower end of the working surface 5, i.e. opposite the center line shown in Fig. 2 which extends through the converter 2, the booster 3 and the sonotrode 4. In this position the mandrel 6 is activated by moving the operating shaft 11 a short distance vertically downwards, which causes the cone 9 to be moved downwards correspondingly so that its outer, conical surface by abutment against the inner surfaces of the segments 8 presses them outwards so that the working surface 7 consisting of the upper, outer part of the segments 8 is pressed against the inside of the top 13, which thereby abuts against the upper end of the jacket 12 so that it in turn strongly pressed against the working surface 5 of the sonotrode 4. Through this well-defined abutment between the working surface 7 of the mandrel 6, the parts 12, 13 of the packaging container and the working surface 5 of the sonotrode 4, optimal transmission conditions for the ultrasonic energy are ensured.
Sedan sålunda de för svetsning avsedda delarna och dornen 6 bringats i korrekt arbetsläge aktiveras konvertern 2. Härigenom alstras på känt sätt fram- och återgående ultraljudsvibrationer, vilka via boostern 3 fortplantas axiellt längs den genom konvertern 2 och boostern 3 sig sträckande centrumlinjen (fig. 2). Genom den mekaniskt stabila förbindelsen mellan boosterns 3 främre ände och sonotrodens 4 anliggningsyta 18 överföres de axiella vibrationerna till den ringformiga sonotroden 4 där de på grund av sonotrodens geometri i huvudsak omvandlas till radiellt från sonotrodens geometriska centrum riktade, fram- och återgående vågrörelser. Genom den av dornen 6 orsakade, kraftiga anliggningen av toppen 13 och manteln 14 mot sonotrodens arbetsyta 5 överföres de radiella ultraljudsvibrationerna till förpackningsbehållarens delar, vilket orsakar en snabb uppvärmning av i delarna 10 15 20 25 30 35 509 813 ingående termoplastskikt så att dessa mjukgöres och kan förseglas till varandra. När önskad plastificeringsgrad av termoplastskikten uppnåtts (tar normalt endast 0,240,6 sek.) avbrytas strömmen till konvertern 2 och iörpackningsbehållarnas med varandra förbundna delar tillåtas svalna under ytterligare någon tid, varefter dornen 6 inaktiveras genom att manöveraxeln 11 förskjutes vertikalt uppåt så att segmenten 8 kan fjädra samman och trycket mot sonotrodens 4 arbetsyta 5 upphör. Härefter kan dornen 6 med hjälp av manöveraxeln 10 förflyttas vertikalt nedåt till det i fig. 2 visade läget och de hopsvetsade förpackningsdelarna kan avlägsnas vertikalt uppåt ur den ringformíga sonotroden 4.Thus, after the welded parts and the mandrel 6 have been brought into the correct working position, the converter 2 is activated, thereby generating reciprocating ultrasonic vibrations in a known manner, which propagate via the booster 3 axially along the center line extending through the converter 2 and the booster 3 (Fig. 2 ). Due to the mechanically stable connection between the front end of the booster 3 and the abutment surface 18 of the sonotrode 4, the axial vibrations are transmitted to the annular sonotrode 4 where, due to the geometry of the sonotrode, they are substantially converted to reciprocating wave motions directed radially from the geometric center of the sonotrode. Due to the strong abutment of the top 13 and the jacket 14 caused by the mandrel 6 against the working surface 5 of the sonotrode, the radial ultrasonic vibrations are transmitted to the parts of the packaging container, which causes a rapid heating of the thermoplastic layers included in the parts 10 so that they are softened and can be sealed to each other. When the desired degree of plasticization of the thermoplastic layers is reached (normally takes only 0.240.6 sec.), The current to the converter 2 is interrupted and the interconnected parts of the packaging containers are allowed to cool for a further time, after which the mandrel 6 is deactivated by displacing the shaft 11 vertically upwards. spring together and the pressure against the working surface 5 of the sonotrode 4 ceases. Thereafter, the mandrel 6 can be moved vertically downwards to the position shown in Fig. 2 by means of the operating shaft 10, and the welded packaging parts can be removed vertically upwards from the annular sonotrode 4.
Vid överföringen av de axiella, utmed boosterns 3 centrumlinje fram- och återgående ultraljudsvågorna till den ringformíga 'sonotroden 4 sker såsom tidigare sagts p.g.a. sonotrodens ringform en omvandling av de axiella vågorna till radiella vågor, vilkarör sig fram och åter utmed de från sonotrodens 4 centrum sig strâckande radierna. Den ringformíga sonotroden 4 är härvid så dimensionerad att dess medelomkrets, d.v.s. medelvärdet av sonotrodens 4 yttre och inre diameter, överensstämmer med en våglängd av ultraljudet. Ultraljudets i sonotroden 4 orsakade rörelser kan ses såsom kompression- och dekompressionsvågor, viika rör sig fram och åter radiellt från sonotrodens ytterdiameter till sonotrodens innerdiameter. Eftersom omkretsen vid sonotrodens ytterdiameter är större än omkretsen vid sonotrodens medeldiameter och eftersom på motsvarande sätt omkretsen vid sonotrodens innerdiameter eller arbetsyta 5 är mindre än omkretsen vid sonotrodens medeldiameter kommer kompressionen och dekompressionen att orsaka icke blott radiella utan även tvärgåenderöreiser, d.v.s. utmed ringens omkretsriktning riktade rörelser, vilka närmast kan beskrivas såsom växelvis komprimering och expansion av ringmaterialet (ex.vis titan). Dessa rörelser är acceptabla utmed ringens omkrets och förorsakar normalt inga svårigheter eftersom ringen är symmetrisk, men vid konventionell skruvförbindning mellan boostern och sonotroden vid sonotrodens yttre diameter kommer de radiella vågorna att ge transversella komposanter som skapar materíalrörelser i gängområdet och kan leda till uppvärmning och till negativ materialpåverkan, t.ex. vid långvarig drift sprickbildnšng eller liknande. Anpassningsdelen 15 enligt uppfinningen reducerar dessa negativa inverkningar genom att begränsa överföringen av de radiella vågor som inte följer ett längs sonotrodens 4 och konverterns 2 centrumaxel sig sträckande plan från sonotrodens 4 ringformíga del till anpassningsdelen. Ehuru anpassningsdelen måste vara försedd med en förhållandevis stor, plan och stabil anliggningsyta mot boostern 4 bör tvärsnittsytan mellan anpassningsdelen 15 och sonotrodens 4 ringformíga del teoretiskt vara så liten som möjligt, eftersom det härigenom är möjligt att minimera den area i vilken de transversella ultraljudsvågorna verkar och överföras. Av hållfasthetsskäl kan arean ej reduceras till en punkt eller en linje, men enligt uppfinningen reduceras utskottets 16 area vid sin mot sonotroden vända ände med 10 15 20 25 30 509 813 hjälp av kälen 17, vilken ger utskottet 16 en midja som begränsar den skadliga effekten av ultraljudsvågornas transversella komposant. I Ombesörjandet av anpassningsdelen 15 medför att anliggningsytan 17 och fästdonet 14 för anslutning av sonotroden 4 till boosterns 3 främre ände förflyttas på större avstånd frán sonotrodens 4 ringformiga, aktiva del. Denna förflyttning medför att inverkan av ultraljudsvågornas transversella komposant på själva anliggningsytan 17 och fästdonet 14 ytterligare reduceras, eftersom vågornas amplitud avtar successivt, dels på grund av det ökande avståndet från sonotrodens ringformiga del, dels på grund av den av kälen 17 orsakade mldjans påverkan på vågspridningen. För att undvika asymmetrisk inverkan på överföríngen av de axiella ultraljudsvågorna fràn konvertern 2, via boostern 3 och till sonotroden 4 är det väsentligt -att anpassningsdelen sträcker sig radiellt ut i förhållande till sonotrodens 4 geometriska centrum. Utskottet 16 är liksom anpassningsdelen 15 i sin helhet symmetriskt utformad (i sonotrodringens plan) i förhållande till den genom sonotrodens 4 centrum sig sträckande radie som samtidigt utgör centrumaxel genom boostern 3 och konvertern 2. Såsom nämnts har anpassningsdelen däremot en varierande tvärsnlttsform längs nämnda radie, och huvudprincipen är att utskottet 16 skall ha ett område med större tvärsnittsarea på avstånd från sonotrodens 4 centrum samt ett område med mindre tvärsnittsarea vid utskottets 16 mot sonotrodens 4 centrum vända ände. Teoretiskt bör den minsta tvärsnittsarean vara belägen närmast sonotrodens 4 yttre, ringformiga begränsningsyta men i praktiken är det av hållfasthetsskäl nödvändigt att förse övergångsområdet mellan anpassningsdelen 15 och sonotrodens 4 ringformiga del med kälen 17.During the transmission of the axial reciprocating ultrasonic waves along the center line of the booster 3 to the annular sonotrode 4, as previously stated, due to the annular shape of the sonotrode is a conversion of the axial waves into radial waves, which reciprocate along the radii extending from the center of the sonotrode 4. The annular sonotrode 4 is here dimensioned so that its average circumference, i.e. the mean value of the outer and inner diameters of the sonotrode 4, corresponds to a wavelength of the ultrasound. The movements caused by the ultrasound in the sonotrode 4 can be seen as compression and decompression waves, which move back and forth radially from the outer diameter of the sonotrode to the inner diameter of the sonotrode. Since the circumference at the outer diameter of the sonotrode is larger than the circumference at the average diameter of the sonotrode and since the circumference at the inner diameter or working surface of the sonotrode is smaller than the circumference at the average diameter of the sonotrode, compression and decompression will cause not only radial but also transverse movements. movements directed along the circumferential direction of the ring, which can most closely be described as alternating compression and expansion of the ring material (eg titanium). These movements are acceptable along the circumference of the ring and normally do not cause any difficulties because the ring is symmetrical, but with conventional screw connection between the booster and the sonotrode at the outer diameter of the sonotrode, the radial waves will give transverse components that create material movements in the thread area and can lead to heating and negative material impact, e.g. in case of prolonged operation crack formation or the like. The adapter 15 according to the invention reduces these adverse effects by limiting the transmission of the radial waves which do not follow a plane extending along the center axis of the sonotrode 4 and the converter 2 from the annular portion of the sonotrode 4 to the adapter member. Although the fitting part must be provided with a relatively large, flat and stable abutment surface against the booster 4, the cross-sectional area between the fitting part 15 and the annular part of the sonotrode 4 should theoretically be as small as possible, as this makes it possible to minimize the area in which the transverse ultrasonic waves operate. transferred. For reasons of strength, the area can not be reduced to a point or a line, but according to the invention the area of the committee 16 at its end facing the sonotrode is reduced by means of the keel 17, which gives the committee 16 a waist which limits the harmful effect of the transverse component of ultrasonic waves. The care of the adapter part 15 means that the abutment surface 17 and the fastener 14 for connecting the sonotrode 4 to the front end of the booster 3 are moved at a greater distance from the annular, active part of the sonotrode 4. This displacement means that the influence of the transverse component of the ultrasonic waves on the abutment surface 17 and the fastener 14 is further reduced, as the amplitude of the waves decreases gradually, partly due to the increasing distance from the annular part of the sonotrode, partly due to the influence of the wave 17 caused by the shaft 17. . In order to avoid an asymmetrical effect on the transmission of the axial ultrasonic waves from the converter 2, via the booster 3 and to the sonotrode 4, it is essential that the adapting part extends radially relative to the geometric center of the sonotrode 4. The projection 16, like the adapting part 15, is in its entirety symmetrically designed (in the plane of the sonotrode ring) in relation to the radius extending through the center of the sonotrode 4 which simultaneously forms the center axis through the booster 3 and the converter 2. As mentioned, the adapting part has a varying transverse shape along said radius. and the main principle is that the projection 16 should have an area with a larger cross-sectional area at a distance from the center of the sonotrode 4 and an area with a smaller cross-sectional area at the end of the projection 16 facing the center of the sonotrode 4. Theoretically, the smallest cross-sectional area should be located closest to the outer, annular boundary surface of the sonotrode 4, but in practice it is necessary for strength reasons to provide the transition area between the adapter part 15 and the annular part of the sonotrode 4 with the keel 17.
För att reducera de skadliga inverkningarna av de vibrationer framförallt i transversell riktning som trots allt oundvikligen när såväl anpassningsdelen 15 som fästdonet 14 är det väsentligt att anpassningsdelen 15 ärtillverkad i ett stycke med sonotrodens 4 ringformiga del. Det är således ej möjligt att förse sonotroden 4 med ett fästdon, t.ex. en gängad förbindelse, vid området för kälen 17, och det har även visat sig att lödningar eller svetsnlngar i detta område utsättes för alltför stora påkänningar av ultraljudet. Givetvis kan sonotroden förbindas direkt med konverterns främre ände (utformad på lämpligt sätt) om boostern av t.ex. utrymmesskäl ej skall användas. Vad som ovan sagts gäller således i tillämpliga delar även ett utan bocster utformat aggregat. Såsom tidigare nämnts kan det, särskilt vid förhållandevis små aggregat, även vara möjligt att utforma boostern och sonotroden i ett stycke, d.v.s. boostern blir närmast en integrerad, från sonotroden radiellt utskjutande del. Då höga effekter krävs är det även möjligt att mata sonotroden från flera ultraljudsaggregat, varvid t.ex. tre aggregat kan vara jämnt fördelade (120° delning) och anslutna utmed sonotrodens periferi, som givetvis då måste vara försedd med motsvarande antal anpassningsdelar.In order to reduce the harmful effects of the vibrations, above all in the transverse direction, which is nevertheless inevitable when both the adapter part 15 and the fastener 14 are essential, it is essential that the adapter part 15 is made in one piece with the annular part of the sonotrode 4. It is thus not possible to provide the sonotrode 4 with a fastener, e.g. a threaded connection, at the area of the keel 17, and it has also been found that brazes or welds in this area are subjected to excessive stresses by the ultrasound. Of course, the sonotrode can be connected directly to the front end of the converter (designed in a suitable way) if the booster of e.g. space reasons should not be used. What has been said above thus also applies in applicable parts to a unit designed without a boxer. As previously mentioned, especially with relatively small units, it may also be possible to design the booster and sonotrode in one piece, i.e. the booster becomes almost an integrated part radially projecting from the sonotrode. When high effects are required, it is also possible to feed the sonotrode from several ultrasonic units, whereby e.g. three units can be evenly distributed (120 ° pitch) and connected along the periphery of the sonotrode, which of course must then be provided with the corresponding number of matching parts.
Anordningen enligt uppfinningen gör det således praktiskt möjligt att överföra fram-och återgående, axiella ultraljudsvibrationer till en ringformig sonotrod genom att <0. 509 813 sonotroden förses med en radiellt utskjutande anpassningsdel, vilken dels är tillverkad i ett stycke med sonotrodens 4 ringformiga del, dels har ett omrâde med reducerad area vid sin mot sonotrodens 4 ringformiga del vända ände, samt slutligen möjliggör förflyttning av den mekaniska förbindelsen med boosterns 3 främre ände till ett omràde pä större avstånd frän sonotrodens 4 ringformiga del. Genom dessa samlade åtgärder blir det nu i praktiken möjligt att under realistiska driftsförhàllanden och vid t.ex. produktionav förpackningsbehàllare i stor skala utnyttja en ringformig sonotrod för svetsning av cirkulära förpackningsbehàllare eller för andra arbetsuppgifter l kommersiell skala.The device according to the invention thus makes it practically possible to transmit reciprocating, axial ultrasonic vibrations to an annular sonotrode by <0. 509 813 the sonotrode is provided with a radially projecting adapter part, which is partly made in one piece with the annular part of the sonotrode 4, partly has an area with reduced area at its end facing the annular part of the sonotrode 4, and finally enables movement of the mechanical connection with the booster 3 front end to an area at a greater distance from the annular part of the sonotrode 4. Through these combined measures, it will now be possible in practice that under realistic operating conditions and at e.g. production of packaging containers on a large scale use an annular sonotrode for welding circular packaging containers or for other tasks on a commercial scale.
Claims (10)
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE9702551A SE509813C2 (en) | 1997-07-02 | 1997-07-02 | Ultrasonic assemblies comprising a converter and an annular sonotrode |
| PCT/IB1998/000897 WO1999001235A1 (en) | 1997-07-02 | 1998-06-09 | An ultrasonic assembly including an anular sonotrode |
| AU74468/98A AU7446898A (en) | 1997-07-02 | 1998-06-09 | An ultrasonic assembly including an anular sonotrode |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE9702551A SE509813C2 (en) | 1997-07-02 | 1997-07-02 | Ultrasonic assemblies comprising a converter and an annular sonotrode |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SE9702551D0 SE9702551D0 (en) | 1997-07-02 |
| SE9702551L SE9702551L (en) | 1999-01-03 |
| SE509813C2 true SE509813C2 (en) | 1999-03-08 |
Family
ID=20407610
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SE9702551A SE509813C2 (en) | 1997-07-02 | 1997-07-02 | Ultrasonic assemblies comprising a converter and an annular sonotrode |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| AU (1) | AU7446898A (en) |
| SE (1) | SE509813C2 (en) |
| WO (1) | WO1999001235A1 (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB0226174D0 (en) * | 2002-11-08 | 2002-12-18 | Sonico Ltd | Ultrasound apparatus and the manufacture thereof |
| US9993843B2 (en) | 2013-07-15 | 2018-06-12 | Dukane Ias, Llc | Adapter for ultrasonic transducer assembly |
| WO2017032958A1 (en) * | 2015-08-27 | 2017-03-02 | Magnaparva Packaging Limited | Ultrasonically vibrated die rings |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3438824A (en) * | 1965-05-14 | 1969-04-15 | Cavitron Corp | Method and apparatus for joining a closure to a container by high frequency radial vibrations |
| US4074152A (en) * | 1974-09-30 | 1978-02-14 | Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho | Ultrasonic wave generator |
-
1997
- 1997-07-02 SE SE9702551A patent/SE509813C2/en not_active IP Right Cessation
-
1998
- 1998-06-09 WO PCT/IB1998/000897 patent/WO1999001235A1/en active Application Filing
- 1998-06-09 AU AU74468/98A patent/AU7446898A/en not_active Abandoned
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| SE9702551L (en) | 1999-01-03 |
| AU7446898A (en) | 1999-01-25 |
| SE9702551D0 (en) | 1997-07-02 |
| WO1999001235A1 (en) | 1999-01-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3947307A (en) | Apparatus for fluid-tight welding of a closable connecting piece into a thin-walled container | |
| KR0181350B1 (en) | Process for producing a self-supporting package having an outlet stopper and an apparatus for producing said package | |
| US8376016B2 (en) | Sonotrode and anvil energy director grids for narrow/complex ultrasonic welds of improved durability | |
| US10016836B2 (en) | Sonotrode and anvil energy director grids for narrow/complex ultrasonic welds of improved durability | |
| US20150290873A1 (en) | Sonotrode and Anvil Energy Director Grids for Narrow/Complex Ultrasonic Welds of Improved Durability | |
| US3242029A (en) | Ultrasonic sealer for sealing plastics | |
| US10399274B2 (en) | Method for using transverse sonotrode in ultrasonic welding | |
| US3563822A (en) | Method for welding thermoplastic parts by sonic energy | |
| US20170233123A1 (en) | Package Formed with a Stepped Sonotrode/Anvil Combination Having Energy Director Grids for Narrow Ultrasonic Welds of Improved Durability | |
| AU2015211135B2 (en) | Ultrasonic sonotrode for transversely aligned transducer | |
| US20160368205A1 (en) | Cross seam joining device for joining a sealing seam for a flexible packaging | |
| US3966520A (en) | Method of ultrasonically welding a circumferential telescoping joint | |
| WO2002060674A1 (en) | Symmetric ultrasonic rotary horn | |
| US8056792B2 (en) | Scalloped horn | |
| SE509813C2 (en) | Ultrasonic assemblies comprising a converter and an annular sonotrode | |
| JP4253440B2 (en) | Ultrasonic horn | |
| SE468802B (en) | PROCEDURE AND DEVICE FOR SEALING WITH ULTRA SOUND WHEN AN INTERNAL SOLID DORN CO-OPERATES TO EXTERNAL SEPARATA WELDING TOOL | |
| WO2024051203A1 (en) | Welding method using high-frequency vibration-caused collision within micro distance | |
| JP2011218583A (en) | Ultrasonic bonding method and bonded body bonded by the method | |
| JP6589154B2 (en) | Ultrasonic sealing device and ultrasonic sealing method for tube container end | |
| US9993967B2 (en) | Method for joining a sealing seam of a tubular bag packaging by means of an ultrasound applicator and longitudinal seal joining device for use with said method | |
| JP5463721B2 (en) | Packaging container manufacturing method | |
| SE511004C2 (en) | Ultrasonic assembly with annular working part which includes a flanged projection extending around the working part | |
| CN214978464U (en) | Welding head and welding device for generating circumferential stretching vibration | |
| JP4144956B2 (en) | Outlet |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| NUG | Patent has lapsed |