SE510996C2 - Anordning för att medelst ultraljud fastsvetsa en materialrondell - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 510 996 2 samband med ultraljudssvetsningen. Vid en cirkelrund bottenplatta uppkommer typiskt ett centralt, bottenplattan genomgående hål med några få millimeters diameter i samband med svetsningen. Det visar sig vid genomförda försök att detta problem uppstår generellt vid ultraljudssvetsning av bottenplattor eller rondeller och det har hittills icke visat sig möjligt att med kända metoder helt undanröja denna svårighet.

Eftersom en icke ringa del av ultraljudsenergin ledes till bottenplattans centrala parti reduceras uppvärmningen av det egentliga svetsstället, d.v.s. den cirkulära bottensvetsfogen, i motsvarande grad med påföljd att man erhåller ofullständiga eller försvagade svetsfogar.

Det är således ett önskemål att ombesörja en anordning som möjliggör ultraljudssvetsning av ett ringformigt område på materialrondeller utan att rondellens centrala område utsättas för skador, vilken anordning är så utformad att tidigare nämnda problem undanröjes.

Ett ändamål med föreliggande uppfinning är således att ombesörja en anordning för att medelst ultraljud ringformigt fastsvetsa en materialrondell, vilken anordning innefattar organ för att förhindra att materialrondellens centrala område skadas i samband med ultraljudssvetsningen.

Ett ytterligare ändamål med föreliggande uppfinning är att ombesörja en anordning för genomförande av sättet enligt uppfinningen, vilken anordning gör det möjligt att på ett tillförlitligt och snabbt sätt hopförsegla ett förpackningsbehållarämnes rörformiga manteldel med en cirkulär, såsom bottenplatta tjänstgörande materialrondell.

Ett ytterligare ändamål med föreliggande uppfinning är att ombesörja en anordning för genomförande av sättet enligt uppfinningen, vilken anordning är enkel och tillförlitlig samt väl lämpad för användning vid snabb produktion av förpackningsbehållarämnen.

Ovanstående och andra ändamål har enligt uppfinningen uppnåtts genom att en anordning för att medelst ultraljud fastsvetsa en materialrondell till ett föremål, vilken anordning innefattar ett ultraljudshorn med ringformig svetsyta samt ett mothåll, getts kännetecknen att den har en arbetsyta för fasthållning av materialrondellen, vilken arbetsyta innefattar en av rondellens ena sida avgränsad vakuumkammare.

Föredragna utföringsformer av anordningen enligt uppfinningen har vidare getts de av underkraven 2-3 framgående kännetecknen.

En föredragen utföringsform av anordningen enligt uppfinningen kommer nu att beskrivas närmare under särskild hänvisning till bifogade, schematiska ritningar, som blott visar de för förståelse av uppfinningen oundgängliga detaljerna.

Fig. 1A, 1B, 1C och 1D visar stegvis tillverkningen av en hylsformlg manteldel vars ena ände skall förses med en materialrondell med hjälp av bl.a. anordningen enligt uppfinningen. 10 15 20 25 30 35 3 sin 996 Fig. 2A visar tillverkningen av en materialrondell, under det av fig. 2B och 2C visar en färdig materialrondell i genomskärning respektive uppifrån.

Fig. 3A och B visar appliceringen och fastsvetsningen av materialrondellen vid manteldelen med hjälp av en anordning enligt uppfinningen.

Fig. 4 visar en färdig preform eller förpackningsbehållare.

Anordningen enligt uppfinningen kan användas för att medelst ultraljud fastsvetsa en materialrondell av termoplastiskt material vid önskad typ av föremål, men för att åskådliggöra uppfinningen beskrives anordningen i det följande såsom den kan utnyttjas vid tillverkning av rör- eller hylsformiga förpackningsbehållare eller preforms för senare omformning till t.ex. blåsta plastflaskor med hjälp av känd flaskblåsningsteknik. Härvid tillverkas förpackningsbehållaren eller preformen 1 av termoplastiskt material, t.ex. polyester (P ET) eller high-density-polyethylene (HDPE) alternativt av ett flerskiktsmaterial. Företrädesvis har materialet formen av en materialbana 2, 14, som kan bestå av en eller flera plasttyper som är laminerade eller på annat sätt förbundna med varandra. Det banformiga materialet tillföres i upprullat tillstànd en i sig känd maskin för framställning av rörformiga hylsor 3, vilka tillverkas genom konvolutlindning av materialbanan 2, varvid orienteringen är sådan i förhållande till materialbanan att hylsans 3 centrumaxel 4 sträcker sig transversellt i förhållande till materialbanans 2 extruderings- eller orienteringsriktning 5. På grund av materialets orientering erhåller den framställda hylsan 3 härvid en förmåga att vid uppvärmning krympa samman till mindre diameter, vilket såsom senare kommer att förklaras utnyttjas vid formning av hylsans 3 ena ände. Materialbanan 2 avdelas närmare bestämt med jämna mellanrum (indikeras medelst en streckad, i förhållande till materialbanan transversell linje 6) till enskilda ämnen 2', vilka på i och för sig känt sätt genom uppvärmning och mekanisk bearbetning upprullas till huvudsakligen cylindrisk form med överlappande kantdelar, som genom uppvärmning och mekanisk bearbetning bringas att sammansmälta till bildande av en mantelsvetsfog 7, vilken vid den färdig preformen således kommer att sträcka sig vertikalt. Denna hylsframställningsteknik är i sig välkänd och beskrives t.ex. i svenskt patent SE 75100925, till vilket hänvisas för ytterligare detaljer.

I figur 1D visas hur den enligt ovan formade och med mantelsvetsfogen 7 försedda manteln eller hylsan 3 placeras på ett formningsverktyg 8, vilket är dornformigt och har en diameter som blott obetydligt understiger hylsans 3 invändiga diameter (glidpassning). Verktyget 8 har vidare en avrundad, undre ände, utanför vilken hylsan 3 tillåtes skjuta ut något. Den utskjutande, undre hylsdelen uppvärmes medelst t.ex. varmluft ur munstycken 9 till sådan temperatur, att materialet mjuknar och materialets på grund av extruderingsriktningen inneboende krympegenskaper aktiveras så att den utskjutande hylsdelen bringas att krympa till en inåtriktad fästdel eller fläns 10, som med hjälp av ett vertikalt, rörligt tilltryckarverktyg 11 anpressas mot 10 15 20 25 30 35 510 996 formningsverktygets 8 huvudsakligen plana, undre ände och härigenom erhåller en väldefinierad form i rät vinkel mot hylsans 3 vertikala väggdel. Sedan hylsans undre ände tillåtits svalna avlägsnas hylsan 3 frán formningsverktyget 8 och överföres till ett mothåll 12, vid vilket appliceringen och fastsättningen av preformens 1 botten kommer att äga rum.

Bottenplattor eller rondeller 13 tillverkas (företrädesvis samtidigt med framställningen av hylsorna 3) av banformigt material 14 av samma typ som materialbanan 2. Materialbanan 14 frammatas stegvis förbi ett konventionellt stansverktyg 15, som innefattar en fram och åter rörlig stans 16 samt en ringformig dyna 17. Vid aktivering av stansverktyget 15 stansas på i sig känt sätt rondellerna 13 ur materialbanan 14. Flondellerna föres därefter vidare för formningsbearbetning.

Beroende på materialvalet kräver detta eventuellt en uppvärmning av rondellmaterialet till lämplig termoformningstemperatur, medan t.ex. polyester kan formas genom mekanisk bearbetning vid rumstemperatur. Med hjälp av två icke visade, samverkande pressverktyg med profilerade arbetsytor förses varje enskild rondell 13 i sin centrala del med ett reliefmönster 18, t.ex. såsom visas i figur 2C i form av en fyruddig stjärna, vars uddar befinner sig pä avstånd fràn rondellens 13 kant. Även andra reliefmönster kan väljas, viktigt är blott att mönstret har ett antal fràn centrum och mot rondellens 13 periferi sig sträokande, radiella komponenter. Den visade stjärnformen ger rondellen fyra radiella förstyvningsveck 19, vilket enligt uppfinningen visat sig vara synnerligen effektivt för att förhindra de svängningsrörelser som i samband med ultraljudssvetsning av rondellen till hylsan 3 tenderar att orsaka bestående skador på rondellen.

Den sålunda färdiga rondellen 13 placeras därefter vid undre änden av det tidigare nämnda, dornformiga mothàllet 12. l\/lothället 12 innefattar en central vakuumkanal 20, vars ena ände är förbindbar med en vakuumkälla 21 och vars andra ände utmynnar vid mothållets 12 undre ände. Mothållets 12 undre ände uppvisar närmare bestämt en central, försänkt yta 22 samt en omgivande kant 23, vilken avgränsar det försänkta området 22. Det försänkta området 22 uppbär vidare en centralt belägen, ringformig, flexibel tätning 28, t.ex. i form av en O-ring, vilken sedan rondellen 13 applicerats vid mothållets 12 undre ände avgränsar en kammare, vid vars centrala del vakuumkanalen 20 har sin mynning 24. Vid aktivering av vakuumkällan 21 kommer en mot mothàllets 12 undre ände anliggande rondell 13 att kvarhållas med hjälp av det vakuum som bygges upp i den av tätningen 28, ytan 22 och rondellen 13 bildade vakuumkammaren. Vakuumet sprids och fördelas till rondellens hela centrala del med hjälp av rondellens 13 reliefmönster 18, vilket befinner sig huvudsakligen inom det av tätningen 28 avgränsade området och genom anliggning mot ytan 22 förhindrar att rondellen 13 sugs till tätande anliggning mot mynningen 24 vid alltför kraftigt vakuum. Genom den mekaniska, av vakuumet förstärkta anliggningen kommer rondellen 13 att stabiliseras och "spännas" i riktning mot vakuumkanalens 20 mynning 10 15 20 25 30 35 510 996 24, vilket gör rondellen 13 mindre flexibel och förhindrar att svängningar uppkommer i rondellens 13 centrala område.

Sedan rondellen 13 sålunda applicerats vid mothållets 12 undre ände trädes en på ovan beskrivet sätt tillverkad hylsa 3 över mothàllet 12 så att hylsans invikta fläns eller fästdel 10 omsluter rondellens 13 kantområde, d.v.s. det område av rondellen 13 som icke är försett med reliefmönster. Bottenplattan 13 kommer således att anligga mot fästdelens 10 inre yta, där bottenplattans kantområde överlappar fästdelen och genom att bringa ett med ringformig arbetsyta 25 försett ultraljudshorn 26 i kontakt med bottenplattans 13 och hylsans 3 överlappande delar sker under samtidig komprimering av de överlappande materialdelarna en värmeförsegling av bottenplattan 13 till fästdelens 10 ena sida. På grund av den ovan beskrivna, med hjälp av anordningen enligt uppfinningen åstadkomna stabiliseringen av bottenplattan 13 reduceras avsevärt överföringen av ultraljudssvängningarna till plattans 13 centrala del, varigenom energin med minimala förluster kan koncentreras till svetsstället. Den uppkomna, huvudsakligen cirkulära bottensvetsfogen 27 blir liksom mantelsvetsfogen 7 komprimerad och fullständigt vätsketät, vilket är en förutsättning för att förpackningsbehållarens eller preformens 1 funktion skall säkerställas. Genom den tidigare beskrivna åtgärden att förse bottenplattan 13 med ett centralt reliefmönster, vilket utnyttjas för att med hjälp av vakuum mekaniskt fixera rondellen vid mothàllets 12 undre ände undvikes att materialet negativt päverkande svängningar uppkommer i bottenplattans 13 centrala del under ultraljudssvetsningen, och denna lösning har i praktiken visat sig fullständigt undanröja de tidigare uppträdande deformeringarna eller hålen i bottenplattans 13 centrala område.

Den på ovannämnda sätt tillverkade preformen 1 (fig. 4) innefattar således nu en huvudsakligen cylindrisk manteldel med en vertikalt sig sträckande mantelsvetsfog 7 samt en bottendel innefattande bottenplattan 13, vilken är förbunden med manteldelen via den huvudsakligen cirkulära bottensvetsfogen 27. Härmed kan eventuellt tillverkningen av behållaren vara avslutad, men det är också möjligt att utnyttja den tillverkade behållaren såsom preform för framställning av blåsta plastflaskor pá i och för sig känt sätt.

Såsom ett alternativ till det ovan beskrivna utförandet av rondellen kan man istället för (eller som ett komplement till) rondellens 13 relietmönster tänka sig ett utförande där på motsvarande sätt fungerande mönster finns vid mothállets ändyta.

Stjärnformiga spår, kanaler eller en luftgenomsläpplíg (sintrad) yta för att fördela vakuumet och tillse att rondellen stabiliseras har emellertid vid praktiska försök endast gett begränsat resultat, och det torde vara klarlagt att optimal stabilisering och dämpning endast kan uppnås med den kombination av åtgärder och anordningar som definieras i ett eller flera av efterföljande patentkrav.

Claims (3)

10 510 996 PATENTKRAV

1. Anordning för att medelst ultraljud fastsvetsa en materialrondell (13) till ett föremål (3), vilken anordning innefattar ett ultraljudshorn (26) med en ringformig svetsyta (25) samt ett mothäll (12), kånnetecknad därav, att den har en arbetsyta för fasthállning av materialrondellen (13), vilken arbetsyta innefattar en av rondellens (13) ena sida avgränsad vakuumkammare.

2. Anordning enligt patentkravet 1, kännetecknad därav, att vakuumkammaren avgränsas av en mot rondellen (13) anliggande, ringformig tätning (28), vilken omger en i arbetsytan mynnande vakuumkanal (20).

3. Anordning enligt patentkravet 1-2, kännetecknad därav, att arbetsytan utgör en del av mothàllet (12).