SE511347C2 - Sätt att medelst ultraljud fastsvetsa en materialrondell - Google Patents

Description

ll . nlillii i :lim . :lill ~ llll il i iii .Illl i i .,i , | || li :iii i .ïiulln 10 15 20 25 30 35 511 347 2 samband med ultraljudssvetsningen. Vid en cirkelrund bottenplatta uppkommer typiskt ett centralt, bottenplattan genomgående hål med nägra 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 allmänt önskemål att ombesörja en metod att möjliggöra ultraljudssvetsning av ett ringformigt område på materialrondeller utan att rondellens centrala område utsättes för skador.

Ett ändamål med föreliggande uppfinning är därför att ombesörja en metod som gör det möjligt att medelst ultraljud fastsvetsa materialrondeller vid ett annat föremål, t.ex. en hylsformig mantel till en förpackningsbehållare, utan att på ett negativt sätt påverka eller orsaka skador, t.ex. hål, i rondellens centrala område.

Ett ytterligare ändamål med föreliggande uppfinning är att ombesörja ett sätt att ultraljudssvetsa materialrondeller, vilket möjliggör ett snabbt och okomplicerat svetsningsförlopp under utnyttjande av i huvudsak konventionella, kända utrustningar för ultraljudssvetsning.

Ett ytterligare ändamål med föreliggande uppfinning är att ombesörja ett sätt att ultraljudssvetsa en materialrondell, vilket är energisnålt, väl lämpat för snabb produktion av förpackningsbehållarämnen samt inte behäftat med ovannämnda nackdelar.

Ovanstående och andra ändamål har enligt uppfinningen uppnåtts genom att ett sätt att medelst ultraljud fastsvetsa en materialrondell, vilken tillsammans med det föremål till vilket den skall fastsvetsas inspännes mellan ett ringformigt ultraljudshorn och ett mothåll getts kännetecknen att av ultraljudet orsakade svängningar i rondellens centrala del begränsas genom att rondellens centrala del före svetsningsförloppet förses med ett reliefmönster.

Föredragna utföringsformer av sättet enligt uppfinningen har vidare getts de av underkraven 2-5 framgående kännetecknen.

En föredragen utföringsform av sättet 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 hylsformig manteldel vars ena ände skall förses med en materialrondell med hjälp av sättet enligt uppfinningen.

Fig. 2A visar tillverkningen av en materialrondell, under det av fig. 2B och 2C visar en färdig materialrondell i genomskärning respektive uppifrån. 10 15 20 25 30 35 H 5 1 1 3 4 7 Fig. 3A och B visar appliceringen och fastsvetsningen av materialrondellen vid manteldelen i enlighet med sättet enligt uppfinningen.

Fig. 4 visar en färdig preform eller förpackningsbehållare.

Sättet 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 sättet och anordningen i det följande såsom det 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 (PET) 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 tillstånd 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 exfruderings- 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. l 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 formningsverktygets 8 huvudsakligen plana, undre ände och härigenom erhåller en väldefinierad form i rät vinkel mot hylsans 3 vertikala väggdel. Sedan hylsans undre il..| till l .llllill lill lïl. . iii i. min» lmii u. i i. .i til... 'll llill Ill .ll l lllll : ll .i ljjlli 10 15 20 25 30 35 511 347 ände tillåtits svalna avlägsnas hylsan 3 från 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. Rondellerna 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 på avstånd fràn rondellens 13 kant. Även andra reliefmönster kan väljas, viktigt är blott att mönstret har ett antal från centrum och mot rondellens 13 periferi sig sträckande, radiella komponenter. Den visade stjärnformen ger rondellen fyra radiella förstyvningsveck 19, vilket enligt uppfinningen visat sig vara synnerligen effektivt för att förhindra de svängnlngsrörelser 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 mothållet 12. Mothållet 12 innefattar en central vakuumkanal 20, vars ena ände är förblndbar 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 mothällets 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 24, vilket gör rondellen 13 mindre flexibel och förhindrar att svängningar uppkommeri rondellens 13 centrala område. 10 15 20 25 30 35 5 1 1 3 4 7 Sedan rondellen 13 sålunda applicerats vid mothållets 12 undre ände trädes en på ovan beskrivet sätt tillverkad hylsa 3 över mothållet 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 sättet 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 mothållets 12 undre ände undvikes att materialet negativt påverkande svängningar uppkommeri bottenplattans 13 centrala del under ultraljudssvetsningen, och denna lösning har i praktiken visat sig fullständigt undanröja de tidigare uppträdande deformeringarna eller hälen 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 på i och för sig känt sätt.

Såsom ett alternativ till det ovan beskrivna utförandet av rondellen kan man som ett komplement till rondellens 13 reliefmönster tänka sig ett utförande där på motsvarande sätt fungerande mönster finns vid mothållets ändyta. Stjärnformiga spår, kanaler eller en luftgenomsläpplig (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 (5)

10 15 20 511 347 PATENTKRAV

1. Sätt att medelst ultraljud fastsvetsa en materialrondell (13), vilken tillsammans med det föremål till vilket den skall fastsvetsas inspännes mellan ett rlngformigt ultraljudshorn (26) och ett mothåll (12), kännetecknat därav, att av ultraljudet orsakade svängningar i rondellens (13) centrala del begränsas genom att rondellens (13) centrala del före svetsnlngsförloppet förses med ett reliefmönster (18).

2. Sätt enligt patentkravet 1, kännetecknat därav, att rondellen (13) genom termoformning ges ett mönster med radiella komponenter.

3. Sätt enligt patentkravet 1 eller 2, kännetecknat därav, att rondellen (13) i en operation före svetsnlngsförloppet förses med ett mönster av huvudsakligen radiella förstyvningsveck (19).

4. Sätt enligt patentkravet 1, kännetecknat därav, att rondellen (13) fixeras till mothàllets (12) arbetsyta medelst vakuum.

5. Sätt enligt patentkravet 4, kännetecknat därav, att vakuumet under svetsnlngsförloppet bringas att verka inom en central del av rondellens (13) fria yta.