WO1994018373A1 - Vorrichtung zum ultraschall-schneiden und/oder ultraschall-schweissen von bahnen - Google Patents

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WO1994018373A1
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PCT/EP1994/000011
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Stefan Kipp
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Vaupel Textilmaschinen Kg
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    • B29K2995/0037—Other properties
    • B29K2995/007—Hardness

Definitions

  • the invention is directed to a device of the type specified in the preamble of claim 1, the active part of which consisted of a multiply-structured vibration generator and a vibrator which amplifies these vibrations (DE-39 25 788 AI).
  • the aforementioned known devices for ultrasonic cutting took up a lot of space and had to have a length on their vibration transmitter on the one hand and on their hom emitter on the other hand, which was precisely matched to the AC voltage frequency of the generator operating them. This will be explained in more detail later in connection with FIG. 2.
  • a very sharply limited resonance occurs. This curve requires an exact matching of the axial lengths used in the construction of the vibrator with the length of the sound waves generated by the piezo-clement of the vibrator.
  • inaccuracies in the production caused by the same type of construction result in different positions Resonance curves to each other that separate generators had to be used to operate the devices.
  • the AC voltage of these different generators had to be set in accordance with the respective resonance frequency of the associated device. Because of the size and variety of components, the known devices were relatively expensive. Finally, the efficiency was relatively low.
  • the invention has for its object to develop an inexpensive device of the type mentioned in the preamble of claim 1, which is characterized by a compact design and economical, reliable operation. This is achieved according to the invention by the measures listed in the characterizing part of claim 1, which have the following special significance.
  • the invention shortens the axial length of the device already because it uses only the piezo element and the counter section directed away from the web from the vibration transmitter and clamps it directly with the ho radiator.
  • the result is a new structural unit that combines the counter section and the piezo element with the home radiator and is therefore to be called "combination" in the following.
  • the invention also leaves the dimensioning of the components of the vibration transmitter and home radiator which has been customary in the prior art and uses an axial length for the counter section which is at most equal to 1/8 of the sound wave length and only a total axial length for the combination, which is at most 3/4 of the sound wave length. Because of the much shorter axial length of the device according to the invention, its cross section can also be reduced.
  • the device according to the invention results in a flat resonance curve which no longer requires an exact matching of the lengths with the given sound wave length. This is explained in more detail.
  • FIG. 3 schematically shows two resonance curves, namely for the known device from FIG. 2 on the one hand and for the combination according to the invention from FIG. 4 on the other hand,
  • FIG. 6 shows a cross section through a weaving machine with a design modified compared to FIG. 1,
  • Fig. 7 in approximately natural size a part of the cross-section shown in Fig. 5 and 8 shows a further application of the combinations according to the invention in a punching tool.
  • a web 10 is produced by conventional textile-technical bindings between warp thread 11 and one or more weft thread 12.
  • Any pattern 13 can be woven in, which is of particular interest if labels are to be woven on this weaving machine.
  • the patterns 13 of the labels are produced lying side by side in numerous web zones as wide fabrics in this web 10.
  • This web 10 is then fed to multiple cutting devices 20, where longitudinal cuts 14 are produced at the desired locations, which cut the web 10 into individual strips 15.
  • the cut strips 15 are pulled off in the direction of the movement arrow 77. Then, according to the length of the patterns 13, they are cut into the required sections and form the labels which can be attached to articles of clothing or the like.
  • this is a cutting device that works with ultrasound.
  • This includes a generator 50 which can be seen in FIG. 1 and which, from conventional electrical alternating current, has higher-frequency alternating voltages, e.g. B. generated between 20 and 30 kHz and supplied via electrical lines 31 to an active part 20 of the device according to the invention to be described in more detail.
  • This active part 20 is located, for. B. on one face 16 of the web and it is assigned, on the opposite web back 17, a passive part 30, which will be referred to as "anvil” in the following.
  • the web 10 to be cut is located between the active part 20 and the anvil 30.
  • the electrical alternating voltage is converted into ultrasound of the same frequency and, after amplification of the vibration amplitude, as vibration energy onto the web 10
  • the active part 20 acts like a hammer and, with its end 28 contacting the web, carries out a mechanical hammer frequency of 20 to 30,000 pulses per second.
  • the friction resulting from this hammer movement causes the web material to heat up and can be used to separate or weld the web 10. If the hammer end 28 is pointed, an ultrasonic cut occurs and with a flat hammer end to a weld. The edges merge along the cut, which is why fraying of the tissue at the interfaces 14 is avoided.
  • the web can also be mechanically destroyed at the interface 14. You can therefore also non-meltable material, e.g. B. cotton threads ver ⁇ use in the web 10, which can be severed with the horn end.
  • the known active part 20 ' had the following appearance, which can be seen in more detail in FIG. 2.
  • the electrical vibration signals coming from the aforementioned generator are converted into mechanical vibrations in a vibration generator 24 '.
  • the vibration generator 24 ' is divided into three axial sections 21', 22 ', 23', which are cylindrical and are firmly connected to one another by an axial screw 18 '.
  • the electrical signals arrive at two piezoelectric ceramics 25 'which oscillate in phase opposition to one another during operation and form a first axial section 21' of the vibration generator 24 ', which will hereinafter be referred to as "piezo element" for short.
  • the piezo element 21 ' is connected between the two other axial sections 22', 23 ', which consist of different material from one another.
  • the piezo element 21 generates sound vibrations which should pass to the other axial sections 22', 23 'located on both sides thereof in very different ways.
  • the lowest possible sound energy is to be transferred to the outer axial section 22 ', which is why it is made of steel and is hereinafter referred to as "counter section” for short.
  • the third axial section 23 'of the vibration transmitter 24' located on the opposite side of the piezo element 21 ' is intended to absorb as high a portion of the generated acoustic energy as possible and to transmit it to the subsequent Hom ⁇ radiator 26', to be described in more detail, where it is used .
  • this axial section 23 ' will hereinafter be referred to as "useful section” of the vibration generator 24'.
  • This useful section 23 ' is made of aluminum.
  • the home radiator 26 ' is connected via a threaded pin 19' only to the preceding useful section 23 'and consists of expensive titanium.
  • the hom emitter has the task of increasing the oscillation amplitude of the ultrasound coming from the oscillation generator 24 'and is provided with a taper 27'.
  • the horn end 28 ' contacts the web and has sharpened cutting edges 29 ', when the above-mentioned cuts "are generated to.
  • the Homstrahler 26', 36 ' about twice as long as the length 33' of the useful part 23 'detaded ⁇ according to the length dimension, and therefore, for reasons of space , shown in Fig. 2 only with its two ends.
  • the individual sections of the vibration generator 24 'must have an axial length 32', 33 ', 36' which is precisely matched to the ultrasonic vibration used and which can be seen in FIG. 2, so that there is sufficient sound energy at the horn end 28 '.
  • the ultrasound generated in the active part 20 ' leads to so-called "standing waves” which have a so-called "vibration belly” with a large amplitude and a "vibration node” with an amplitude of zero.
  • the standing waves have a wavelength that depends on the one hand on the ultrasound frequency and on the other hand on the medium in which they are formed.
  • the standing waves are longitudinal waves, but, for better clarification, the associated standing wave 37 'is illustrated in the right half of FIG. 2 in the form of transverse vibrations.
  • a vibration node 35 'of the standing shaft 37' should come about and the outer counter section 22 'should have an axial length 32', which takes into account the speed of sound in its material corresponds to half a sound wave length, that is to say then a vibration belly 34 'is formed at the upper end of the counter section 22'.
  • the total axial length of the vibration sensor 24 'of FIG. 2 is A.
  • the axial length of this component was at least ⁇ 12 or a full-line multiple thereof.
  • the same also applies to the axial length 36 'of the horn emitter 26', which, as the shortened representation of the standing shaft 37 'in FIG. 2 shows, is also the same the scarf must be long or a full line multiple of it.
  • the taper 27 ' must be taken into account. Only then does an effective antinode 34 'arise at the horn end 28'.
  • the vibration node 35 ' lies within the axial distance 36'.
  • the known active part 20 ' accordinging to the prior art has a total length 38' which is at least equal to twice the sound wave length in the various materials concerned, that is to say 2. ⁇ .
  • the individual sections of the known active part 20' have a large diameter 39 '.
  • the active parts 20 'of the known cutting devices have a sharp resonance curve 51', which is shown in FIG. 3.
  • the vibration energy E to be transmitted is plotted there as a function of the effective sound frequency f.
  • the known resonance curve 51 ' is very sharply limited to the effective resonance frequency f. Even a small deviation of the generated sound frequency leads to such a detuning that at the contacting end of the horn 28 'no longer a stable antinode 34' of the standing wave 37 'is created. It was therefore necessary to match the described axial lengths 32 ', 33', 36 'exactly with the effective ultrasound frequency.
  • the tuning is usually done via the AC voltage generator, which must be readjusted accordingly with its electrical output frequency.
  • the ⁇ invention brings a significant improvement over the prior art. This can be seen from the corresponding one shown in FIG Active part 20 according to the invention already clear v.
  • the same reference numerals are used to designate corresponding components as in the active part 20 'of FIG. 2 according to the state of the art, but, to distinguish them, are identified without a dash ('). It is sufficient to go into the differences and special features, while the previous description applies.
  • a special feature of the active part 20 according to the invention is that the hom emitter 26 sits directly on the piezo element 21, which here also consists of two piezoelectric ceramics 25 and is generated by the generator 50 of FIG. 1 via the one in FIG. 4 as well recognizable electrical lines 31 is supplied with the electrical alternating voltage.
  • the piezo element 21 which here also consists of two piezoelectric ceramics 25 and is generated by the generator 50 of FIG. 1 via the one in FIG. 4 as well recognizable electrical lines 31 is supplied with the electrical alternating voltage.
  • only one counter section 22 is provided. These components 26, 21, 22 are directly clamped against one another by an axial screw 48.
  • the shaft of the screw 48 passes through an axial bore in the counter section 22 and in both ceramic disks 25 of the piezo element 21. Because of the electrical connections of the lines 31, the shaft is partially insulated by a hose 47.
  • the axial length 32 of the counter section 22 is shortened because it has to be at most equal to 1/8 of the effective sound wave length ".
  • the counter section 22 consists of stainless steel and has an axial length 32 which only 1/16 corresponds to the effective sound wave length it is surprising that this axial length 32 can vary considerably without significantly impairing the good quality of the cutting or welding.
  • This also applies to the axial length 36 of the horn 20 belonging to the combination 20, which, as practice shows, can easily vary in the range between 7/16 to 10/16 of the effective sound wave length. This will be explained later with reference to FIG. 3.
  • a so-called "hard aluminum”, namely an alloy of aluminum, magnesium and silicon, is used for the home radiator 26.
  • the home radiator 26 in the present case has an axial length 36 of approximately 3/8.
  • the total length 38 of the combination 20 that can be seen in FIG. 4 is approximately ⁇ / 2, ie is only 1/4 of the total length of the known active part 20 ′ shown in FIG. 2.
  • the determined standing wave 37 for the combination 20 there is also shown in FIG.
  • the amplitudes of the mechanical vibrations occurring in the abscissa direction are shown on a logarithmic scale.
  • an antinode 34 of very large amplitude is produced at the end of the horn 28, while an oscillation node 35 is formed approximately in the middle of the piezo element 21.
  • This favorable form of the standing wave results from the following further structure of this combination.
  • the home radiator 26 of the combination 20 according to the invention has a special end section 40 consisting of different materials according to FIGS. 4 and 5.
  • the horn end 28, which is also provided with a cutting edge 29 in this case, is brought about by an end piece 41, which is opposite the Light metal alloy is formed in the upper section 43 of the horn 26 made of steel with a hardness of more than HRC 60.
  • the upper section 43 terminates with a taper 27 and finally continues in the cylindrical end piece 41.
  • the upper section 43 of the end section 40 of the horn radiator 26 is clamped by a threaded pin 49, which is screwed at both ends into blind hole-like threaded bores 59, which can best be seen from FIG. 5.
  • an intermediate piece 42 which is preferably made of pure titanium, is used between the end piece 41.
  • This intermediate piece 42 has the task of reducing the losses when the vibrational energy is transferred.
  • the trained as a titanium ring Intermediate piece 42 is axially penetrated by the threaded pin 49 and steams the vibrations in the area of the threaded pin 49.
  • the threaded pin 49 has a radial shoulder 45 with a conical front end 44.
  • the end face 54 of the threaded bore 59 in the end piece 41 on the one hand and in the upper section 43 of the horn radiator 26 on the other hand have a corresponding, complementary counter-conicity. Through this surface contact, axial forces are also well transmitted in the area of the threaded pin 49.
  • the combination 20 according to the invention has a favorable resonance curve 51 which differs completely from the prior art described above and which has a broad, largely flattened maximum in the range of the resonance frequency f0.
  • the resonance curve 51 can be in a considerable frequency range -A. f, the limit frequencies f lying between two resonance frequencies f on both sides. and ⁇ -, has practically the same energy at the end of the horn 28.
  • This has the great advantage that now, as can be seen in FIG. 1, all combinations 20 of the same type provided in the weaving machine can be connected to the same AC voltage generator 50 without any problems. This brings a considerable simplification and the following advantages.
  • the combinations 20 can be attached to a common rail 52, according to FIG. 1, which runs transversely to the transport direction 77 of the wide-web during weaving.
  • the distances between the combinations 20 can be changed in order to individually adjust the width 55 of the individual strips 15 of FIG. 1 produced by the ultrasonic cuts 14.
  • the anvil 30 on the opposite side of the web is al len combinations 20 in common and consists of a continuous rod, which also extends transversely to the transport direction 77 of the web 10.
  • the anvil 30 is designed as a hollow tube 53 and its interior is filled with a deformable material 102 of high specific weight, namely in the present case with lead. This can also be clearly seen from FIG. 7, from which the following further important details of the invention can be found.
  • the combination 20 is fastened to the rail 52 via a specially designed housing 60, which can be made of polypropylene. It is an elastic material which produces two projecting, deformable hooks 61.
  • the rail 52 has associated continuous strips 56 which are encompassed by the hooks 61 in a mirror image of one another. The hooks 61 engaging the strips 56 are under a spring tension of the material and already hold the housing 60 by friction on the rail 52.
  • the housing 60 has a removable cover, which is removed in Fig. 7, but there, for. B. by screws. Like., Can be attached to the designated 62 locations.
  • the housing 60 comprises a central chamber 63 in which the combination 20 described above is held.
  • the combination 20 is pressed by a spring 65 against a defined seat surface 64 inside the chamber 63.
  • the combination with the mentioned end section 40 protrudes from the housing.
  • the spring 65 is supported on a plastic ring 67 made of polytetrafluoroethylene and an elastomer ring 66 made of silicone on the upper front end of the above-described counter section of the combination 20.
  • the opposite end of the spring 65 is directly against an inner surface of the housing 60.
  • a hose 70 which can bring cooling air in, is arranged in an outer chamber 68 of the housing 60 and, as shown in FIG. 7, opens into the lower region of the middle chamber 63 described above.
  • the cooling air passes around the combination 20 and conducts the heat an opening 69 in the housing 60 from the outside.
  • the hose 70 ends, likewise in the upper region of the housing 60, in a hose coupling, not shown in more detail, to which a hose connector 71, shown in FIG. 7 in the released state, can be connected, to which the cooling air is connected leading hose feed 72 sits.
  • the outer chamber 68 there is also the already mentioned electric line 31 for the described piezo element of the combination 20 and is led through an opening in a partition 73 which is in the housing 60 between the two chambers 63, 68.
  • This electrical line 31 ends in an electrical connection socket 74 likewise provided in the upper region of the housing 60, into which a corresponding connection plug 75, shown in FIG. 7 in the released state, can then be coupled as required.
  • the connector plug 75 is located on a continuing electrical line section 76, which is described in more detail in FIG. 6.
  • Fig. 7 shows how the horn end 28 of the end section 40 presses the web 10 against the opposite anvil 30 and, during the withdrawal movement
  • the described ultrasound cut 14 is generated with its horn end 28.
  • a further special feature of the invention is that the combination 20 according to the invention can be operated continuously, that is to say without resting phases. In order to be able to maintain the resonance, pulse operation has been necessary in the prior art. The cooling described above facilitates this continuous operation of the piezo elements in the invention.
  • a parallel toothed rack 57 is attached to the side of the rail 52, which can also be seen in FIG. 1.
  • the rack 57 protrudes through a lateral cutout in a bore
  • the housing 60 also has a locking member 82, which blocks the selected position of the housing 60 on the rail 52.
  • this locking thread 52 consists of a toothed wheel, which is normally always held in tooth engagement with the toothed rack 57 by an elastic member 83, namely here a helical spring. Then an adjustment of the housing 60 is blocked.
  • the elastic member 83 can be arranged in an axial extension of the bore 78 described above.
  • the shaft of this actuating tool 80 is first moved in the direction of the axial arrow 79 through the opening into the interior of the bore 78, so that the pinion toothing 81 comes into engagement with the rack 57. If the actuating tool 80 is then moved in the sense of the rotary arrow 84 also indicated in FIG. 7, the pinion 81 rolls on the rack 57 and moves the housing 60 along the rail 52 in a corresponding manner.
  • the shaft of the actuating tool 80 is named stored in the housing bore 78 in a rotating manner.
  • the locking ghed 82 With the axial insertion movement 79 of the actuating tool 80, the locking ghed 82 is simultaneously set ineffective.
  • the toothed wheel 82 is pressed back against the action of the elastic member 83 acting on it and releases the rack 57.
  • FIG. 6 shows an embodiment modified compared to FIG. 1.
  • a double rail 58 running over the pulp web 10 which has two rail parts 52, 52 'of the type described. These have two groups of housings 60 clamped to them on the two rail outer sides 88, 88 ′ facing away from one another.
  • the housings 60 located on the other rail part 52 ' can be arranged in the area of the gaps in the group of housings 60 located on the rail part 52 of this double rail 58.
  • the two rail parts 52, 52 'of the double rail 58 are arranged at a defined angle both to one another and to a guide 90 of the fabric web. This guide 90 supports the corresponding two anvils 30 designed as filled tubes 53, 53 '.
  • the wide fabric arises from the warp thread 11 and weft thread 12 at the weaving point designated in FIG. 6.
  • the wide fabric is then passed around a heating element 87 which is in with a spreader.
  • the web 10 runs over a threaded rod 89 and then over the described first tube 53 ', on which the one group of the combinations 20 located in the housings 60 is printed and the first group of separating cuts in the web 10 generated.
  • This threaded rod 89 serves to hold the web 10 in the desired width during the pull-off movement 77.
  • Those zones of the web which have not yet been slowly cut there are then guided over the second tube 53 and divided up by the combinations 20 fastened to the rear rail part 52.
  • the finished cut strips 15 are then, as shown in FIG. 6, passed over a further threaded rod 91, where they are deflected and led to take-off rolls of the weaving machine, not shown in detail.
  • the profile cover 93 can carry electrical coupling elements 94, to which, via complementary electrical connecting parts 95, the electrical line sections 76 for the individual housings 60 already described in FIG. 7 can be electrically contacted.
  • the electrical lines 31 already mentioned in FIG. 1 extend from the coupling elements 94 and are led, in the interior of the rail space 92, to the common AC voltage generator 50 described.
  • the electrical components 96 used to operate the combination 20 can also be arranged in this space 92, specifically, as shown in FIG. 6, attached to a leg of the profile cover 93 facing inwards via a printed circuit board 97.
  • the hose feed lines 72 described in FIG. 7 can also be connected to the profile rail 93 via associated hose connectors, not shown in detail.
  • the supply hoses 99 for cooling air which can be seen in FIG. 6 are also arranged.
  • the supply hoses 99 lead to a source, not shown in more detail, which supplies the cooling air at the end of the rail 58.
  • this tool part 100 is a punching tool which, with its working profile 101, determines the shape with which the material to be cut is to be cut out from a path not shown in more detail by means of ultrasound.
  • the working profile 101 is a hexagon.
  • This stamping tool part 100 replaces, with reference to FIG. 4, the described end pieces 41 of the individual combinations 20.
  • This application is possible because of the broad resonance curve 51 of the combination 20 according to the invention, which was already explained in connection with FIG. 3. As can be seen in FIG. 8, all the electrical lines 31 to the individual piezo elements of the combinations 20 can therefore be connected again to a common AC voltage generator 50.
  • a tool part 100 could of course also perform a weld between two or more tracks lying one above the other.
  • the tool part 100 could also have other shapes and perform other functions.
  • B. serve as an atomizer for liquids or the like.
  • the atomizer was designed in the form of a plate, to which several combinations 20 according to the invention are connected and, in the event of an operation, together excite the plate to produce ultrasonic vibrations. A liquid that gets onto this plate is then atomized by these vibrations. A larger number of combinations 20 generates a correspondingly high vibration energy on the plate or tool 100, which is then used.

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Abstract

Der Aktivteil (20) einer Vorrichtung zum Schneiden oder Schweissen von Bahnen besteht aus einem in mehrere Abschnitte gegliederten Schwingungsgeber, der ein Piezo-Element (21) besitzt, und einem Hornstrahler (26), der die im Schwingungsgeber generierte Schallenergie verstärkt und über sein Hornende (28) auf die Bahn überträgt. Für eine wirkungsvollere, raumsparende Ausbildung wird vorgeschlagen, den Hornstrahler (26) unmittelbar am Piezo-Element (21) anzubringen, auf dessen gegenüberliegender Seite lediglich ein Konterabschnitt (22) des Schwingungsgebers angeordnet ist. Diese drei Bauteile sind fest miteinander verspannt und bilden eine neue Kombination (20). Dabei ist die axiale Länge (32) des Konterabschnitts (22) kleiner/gleich 1/8 der wirksamen Schallwellen-Länge, während die axiale Gesamtlänge (38) der Kombination (20) kleiner/gleich 3/4 der Schallwellen-Länge ist.

Description

Vorrichtung zum Ultraschall-Schneiden und/oder Ultraschall-Schweißen von Bahnen
Die Erfindung richtet sich auf eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art, deren Aktivteil aus einem mehrfach geglie¬ derten Schwingungsgeber und einem diese Schwingungen verstärkenden Homstrahler bestand, (DE-39 25 788 AI ).
Um Bänder, z. B. Etikettbänder, herzustellen, webt man zunächst eine Breitgewebe-Bahn, in welcher die gewünschten Bandmuster in benachbarten Bahnzonen in vielfacher Folge erzeugt werden. Dann wird die Breitgewebe- Bahn an der Übergangsstelle zwischen diesen Bahnzonen geschnitten. Dafür sind ursprünglich beheizte Drähte verwendet worden, die einen Schmelz- Schnitt in der Gewebe-Bahn erzeugten und dabei die geschnittenen Fadenen¬ den miteinander verschmelzten. Die dadurch entstehenden Schmelzkanten waren aber hart und brachten Probleme, die zusätzliche Maßnahmen erfor¬ derten (DE-39 37 947-A1 ). Um die Qualitätsprobleme beim Schneiden zu verbessern, verwendete man bei Geweben bereits das Ultraschall-Schneiden (EP-0 534 300-A1 ).
Die vorgenannten bekannten Vorrichtungen zum Ultraschall-Schneiden erfor¬ derten viel Platz und mußten an ihrem Schwingungsgeber einerseits und an ihrem Homstrahler andererseits eine Länge aufweisen, die mit der Wech¬ selspannungsfrequenz des sie betreibenden Generators genau abgestimmt war. Das wird später, im Zusammenhang mit Fig. 2, noch näher erläutert. Es tritt bei den bekannten Vorrichtungen eine sehr scharf begrenzte Reso- nanzkurve auf, die eine genaue Abst im mung der 7u m Aut bau des Schw in¬ gungsgebers verwendeten axialen Langen mit der Lange der vom Piezo- Clement des Schwingungsgebers generierten Schallwellen erfordert Selbst bei Vorrichtungen der gleichen Bauart verursachten Ungenauigkeiten in der Fertigung so unterschiedliche Lagen der Resonanzkurven zueinander, daß zum Betrieb der Vorrichtungen jeweils eigene Generatoren verwendet werden mußten. Die Wechselspannung dieser unterschiedlichen Generatoren mußte entsprechend der jeweiligen Resonanzfrequenz der zugehörigen Vor¬ richtung eingestellt werden. Wegen der Größe und Vielzahl der Bauteile waren die bekannten Vorrichtungen verhältnismäßig teuer. Schließlich ergab sich ein verhältnismäßig kleiner Wirkungsgrad.
Der Erfindung hegt die Aufgabe zugrunde, eine preiswerte Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art zu entwickeln, die sich durch kompakte Bauweise und wirtschaftlichen, zuverlässigen Betrieb auszeichnet. Dies wird erfmdungsgemaß durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angeführten Maßnahmen erreicht, denen folgende besondere Bedeutung zukommt.
Die Erfindung verkürzt die axiale Lange der Vorrichtung bereits dadurch, weil sie vom Schwingungsgeber lediglich das Piezo-Element und den von der Bahn weggerichteten Konterabschnitt verwendet und diesen unmittelbar mit dem Ho strahler verspannt. Es entsteht eine neue Baueinheit, die den Konterabschnitt und das Piezo-Element mit dem Homstrahler kombiniert und deshalb nachfolgend abgekürzt "Kombination" bezeichnet werden soll. Die Erfindung verläßt aber auch die bisher im Stand der Technik übliche Di mensionierung der Bauteile vom Schwingungsgeber und Homstrahler und verwendet für den Konterabschnitt eine axiale Lange, der höchstens gleich einem 1 /8 der Schallwellen-Lange ist und für die Kombination nur eine axiale Gesamtlange, die höchstens 3/4 der Schallwellen-Lange ist. Wegen der wesentlich kürzeren axialen Lange der erfindungsgemaßen Vor¬ richtung kann auch ihr Querschnitt verkleinert werden. Dadurch ist nicht nur Platz, sondern auch viel Material eingespart, was besonders bei der Verwendung von teueren Materialien wichtig ist. Die Praxis zeigte, daß sich bei der erfindungsgemaßen Vorrichtung, im Gegensatz zum Stand der Technik, eine f lache Resonanzkurven ergibt, die nicht mehr eine genaue Absti mmung der Baulangen mit der gegebenen Schallwellen-Lange erfordert. Das w ird noch naher erläutert . Ls ist bei der Erfindung auch mögl ich, mehrere, unabhängig vonei nander arbeitende Kombinat ionen parallel an einen gemeinsamen Generator anzuschließen So ist es beispielsweise ohne weiteres möglich, samtliche, an einer Webmaschine vorgesehenen Schneid- Kombinationen von einem gemeinsamen Generator mit Wechselspannung zu versorgen.
Weitere Maßnahmen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nach¬ folgenden Beschreibung und den Zeichnungen. In den Zeichnungen ist, außer einem Stand der Technik, die Erfindung in mehreren Ausfuhrungsbeispielen dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 , in perspektivischer Darstellung und, teilweise schematisch, ein Teilstück einer Webmaschine mit mehreren Kombinationen nach der Erfindung, die aus der erzeugten Bahn des Breitgewebes Bänder für Etiketten schneiden,
Fig. 2 einen teilweisen Axialschnitt durch den aktiven Teil einer Vorrich¬ tung nach dem Stand der Technik,
Fig. 3 schematisch zwei Resonanzkurven, nämlich für die bekannte Vor¬ richtung von Fig. 2 einerseits und für die erfindungsgemaße Kom¬ bination von Fig. 4 andererseits,
Fig. 4 in einer der Fig. 2 entsprechenden Darstellung annähernd gleichen Maßstabs die erfindungsgemaße Kombination, welche den aktiven Teil der Erfindung bildet,
Fig. 5 in starker Vergrößerung den unteren Bereich der Kombination von Fig. 3,
Fig. 6 einen Querschnitt durch eine Webmaschine mit einer gegenüber Fig. 1 abgewandelten Ausbildung,
Fig. 7 in annähernd naturlicher Große ein Teilstuck des in Fig. 5 gezeig¬ ten Querschni tts und Fig. 8 eine weitere Anwendung der erfindungsgemaßen Kombinationen in einem Stanzwerkzeug.
Auf einer in Fig. 1 angedeuteten Webmaschine wird eine Bahn 10 durch übliche textiltechnische Bindungen zwischen Kettfaden 1 1 und einem oder mehreren Schußfaden 12 erzeugt. Dabei können beliebige Muster 13 einge¬ webt werden, was insbesondere dann von Interesse ist, wenn auf dieser Webmaschine Etiketten gewebt werden sollen. In diesem Fall werden die Muster 13 der Etiketten in zahlreichen Bahnzonen nebeneinander liegend als Breitgewebe in dieser Bahn 10 erzeugt. Diese Bahn 10 wird dann mehr¬ fachen Schneid-Vorrichtungen 20 zugeführt, wo an den gewünschten Stellen Längsschnitte 14 erzeugt werden, welche die Bahn 10 in einzelne Streifen 15 schneiden. Entsprechend dem Webprozeß bei der Verknüpfung der Kett- und Schußfäden 1 1 , 12 werden die ausgeschnittenen Streifen 15 im Sinne des Bewegungspfeils 77 abgezogen. Dann werden sie, entsprechend der Länge der Muster 13, in die erforderlichen Abschnitte zertrennt und bilden die Etiketten, welche an Kleidungsstücken od. dgl. befestigt werden können.
Im vorliegenden Fall handelt es sich um eine Schneidvorrichtung, die mit Ultraschall arbeitet. Dazu gehört ein in Fig. 1 erkennbarer Generator 50, der aus üblichem elektrischen Wechselstrom höherfrequente Wechsel¬ spannungen, z. B. zwischen 20 und 30 kHz erzeugt und über elektrische Leitungen 31 einem noch naher zu beschreibenden Aktivteil 20 der erfin¬ dungsgemaßen Vorrichtung zuleitet. Dieser Aktivteil 20 befindet sich z. B. auf der einen Schauseite 16 der Bahn und ihm ist, auf der gegenüberlie¬ genden Bahnrückseite 17, ein passiver Teil 30 zugeordnet, der nachfolgend kurz "Amboß" bezeichnet werden soll. Die zu schneidende Bahn 10 befindet sich zwischen dem Aktivteil 20 und dem Amboß 30. Im Aktivteil 20 werden, wie noch naher erläutert werden wird, die elektrische Wechselspannung in Ultraschall der gleichen Frequenz umgewandelt und, nach Verstärkung der Schwingungsamplitude, als Schwingungsenergie auf die Bahn 10 übertra¬ gen. Der Aktivteil 20 wirkt wie ein Hammer und fuhrt mit seinem die Bahn kontaktierenden Ende 28 eine mechanische Hammer-Frequenz von 20 bis 30.000 Impulsen pro Sekunde aus. Die bei dieser Hammerbewegung entstehende Reibung ruft eine Erwärmung des Bahn-Materials hervor und kann zum Trennen oder Verschweißen der Bahn 10 genutzt werden. Bei einem spitzen Hammerende 28 kommt es zu einem Ultraschall-Schnitt und bei einem flachen Ham merende zu einer Verschweißung. Die Kanten längs des Schnittes verschmelzen, weshalb ein Ausfransen des Gewebes an den Schnittstellen 14 vermieden wird. Ergänzend oder anstelle des Schmelzens vom Material der Bahn kann auch eine mechanische Zerstörung der Bahn an der Schnittstelle 14 ausgeführt werden. Man kann daher auch nicht schmelzfähiges Material, z. B. Baumwoll-Fäden, in der Bahn 10 ver¬ wenden, das mit dem Hörnende durchtrennt werden kann.
Der bekannte Aktivteil 20' hatte folgendes, aus Fig. 2 näher erkennbares Aussehen. Die vom erwähnten Generator kommenden elektrischen Schwin¬ gungssignale werden in einem Schwingungsgeber 24' in mechanische Schwin¬ gungen umgesetzt. Der Schwingungsgeber 24' ist in drei Axialabschnitte 21 ', 22', 23' gegliedert, die zylindrisch gestaltet und durch eine axiale Schraube 18' miteinander fest verbunden sind. Die elektrischen Signale gelangen zu zwei Piezo-elektrischen Keramiken 25', die im Betriebsfall zueinander gegenphasig schwingen und einen ersten Axialabschnitt 21 ' des Schwingungsgebers 24' bilden, der nachfolgend kurz "Piezo-Element" bezeichnet werden soll. Das Piezo-Element 21 ' ist zwischen die beiden anderen Axialabschnitte 22', 23' geschaltet, die aus zueinander unterschiedli¬ chem Material bestehen. Das Piezo-Element 21 ' erzeugt Schallschwingungen, welche auf die beidseitig davon befindlichen anderen Axialabschnitte 22', 23' in sehr unterschiedlicher Weise übergehen sollen. Auf den äußeren Axialabschnitt 22' soll eine möglichst niedrige Schallenergie übergehen, weshalb dieser aus Stahl besteht und nachfolgend kurz "Konterabschnitt" bezeichnet werden soll. Der auf der gegenüberliegenden Seite des Piezo- Elements 21 ' befindliche dritte Axialabschnitt 23' des Schwingungsgebers 24' soll dagegen einen möglichst hohen Anteil der generierten Schallenergie aufnehmen und auf den nachfolgenden, noch näher zu beschreibenden Hom¬ strahler 26' übertragen, wo sie genutzt wird. Deswegen soll dieser Axialab¬ schnitt 23' nachfolgend kurz "Nutzabschnitt" des Schwiπgungsgebers 24' bezeichnet werden. Dieser Nutzabschnitt 23' besteht aus Aluminium.
Der Homstrahler 26' ist über einen Gewindestift 19' nur mit dem vorausge¬ henden Nutzabschnitt 23' verbunden und besteht aus kostspieligem Titan. Der Homstrahler hat die Aufgabe, die Schwingungsamplitude des vom Schwingungsgeber 24' kommenden Ultraschalls zu vergrößern und ist mit einer Verjüngung 27' versehen. Das Hörnende 28' kontaktiert die Bahn und besitzt zugeschärfte Schneiden 29', wenn die bereits erwähnten Schnitte erzeugt werden " sollen. Der Homstrahler 26' ist, gemäß dem Längenmaß 36', etwa doppelt so lang wie die Länge 33' des Nutzabschnitts 23' ausgebil¬ det und daher, aus Platzgründen, in Fig. 2 nur mit seinen beiden Enden dargestellt.
Die einzelnen Abschnitte des Schwingungsgebers 24' müssen eine zu der verwendeten Ultraschall-Schwingung genau abgestimmte, aus Fig. 2 erkennba¬ re axiale Länge 32', 33', 36' aufweisen, damit am Hörnende 28' eine ausrei¬ chende Schallenergie sich ergibt. Der im Aktivteil 20' erzeugte Ultraschall führt zu sogenannten "stehenden Wellen", die einen sogenannten "Schwin¬ gungsbauch" mit großer Amplitude und einen "Schwingungsknoten" mit der Amplitude Null aufweisen. Die stehenden Wellen haben eine Wellenlänge, die einerseits von der Ultraschall-Frequenz und andererseits von dem Medi¬ um, in dem sie sich ausbilden, abhängt. Die stehenden Wellen sind zwar Longitudiπalwellen, doch ist, zur besseren Verdeutlichung, in der rechten Bildhälfte von Fig. 2 die zugehörige stehende Welle 37' in Form von Traπs- versal-Schwingungen verdeutlicht. Um die optimale Energieausbeute am Hörnende 21 ' zu erhalten, ist es in diesem Stand der Technik erforderlich gewesen, die generierte Ultraschall-Frequenz wie folgt mit den axialen Längen der einzelnen Abschnitte genau abzustimmen:
In der Mitte zwischen den beiden Piezo-elektrischen Keramiken 25' im Schwingungsgeber 24' sollte ein Schwingungsknoten 35' der stehenden Welle 37' zustande kommen und der äußere Konterabschnitt 22' eine axiale Länge 32' aufweisen, die unter Berücksichtigung der Schallgeschwindigkeit in seinem Material genau einer halben Schallwellen-Länge entspricht, also Dann entsteht am Oberende des Konterabschnitts 22' ein Schwingungs¬ bauch 34'. Unter Berücksichtigung des im Nutzabschnitt 23' verwendeten Materials muß auch dort die axiale Länge 33' dort wieder der halben Schall¬ wellen-Länge λ_, /2 entsprechen, damit am Übergang zum anschließenden Ho strahler 26' ein Schwingungsbauch 34' entsteht. Die ganze Axiallänge des Schwingungsgebers 24' von Fig. 2 beträgt also A . Bei anderen bekann¬ ten Vorrichtungen war die Axiallänge dieses Bauteils mindestens Λ 12 oder ein ganzzeiliges Vielfaches davon. Entsprechendes gilt auch für die axiale Länge 36' des Hornstrahlers 26', der, wie die verkürzte Darstellung der stehenden Welle 37' in Fig. 2 verdeutlicht, ebenfalls gleich der Schal lwellen-Lange ^ oder einem ganzzeil igen Viel fachen davon sein muß. Dabei ist die Verjüngung 27' zu berücksichtigen. Nur dann entsteht am Hörnende 28' ein w irkungsvoller Schwingungsbauch 34 '. Innerhalb der axialen Strecke 36' liegt der Schwingungsknoten 35'. Wie ersichtlich, hat der bekannte Aktivteil 20' nach dem Stand der Technik eine Gesamtlange 38', die mindestens gleich der doppelten Schallwellen-Lange in den betref¬ fenden verschiedenen Materialien ist, also 2 . Λ . Entsprechend den großen Langen 38' haben die einzelnen Abschnitte des bekannten Aktivteils 20' einen großen Durchmesser 39'.
Wie bereits erwähnt wurde, weisen die Aktivteile 20' der bekannten Schneid¬ vorrichtungen eine scharfe Resonanzkurve 51 ' auf, die in Fig. 3 gezeigt ist. Dort ist die zu übertragende Schwingungsenergie E in Abhängigkeit von der wirksamen Schallfrequenz f aufgetragen. Die bekannte Resonanzkur¬ ve 51 ' ist sehr scharf auf die wirksame Resonanz-Frequenz f begrenzt. Bereits eine kleine Abweichung der generierten Schall frequenz führt zu einer solchen Verstimmung, daß am kontaktierenden Hörnende 28' nicht mehr ein stabiler Schwingungsbauch 34' der stehenden Welle 37' entsteht. Es ist daher erforderlich gewesen, die geschilderten axialen Langen 32', 33', 36' genau mit der wirksamen Ultraschall-Frequenz abzustimmen. Die Abstimmung erfolgt in der Regel über den Wechselspannungs-Generator, der mit seiner elektrischen Ausgangsfrequenz entsprechend nachjustiert werden muß.
Deswegen mußten bisher zwei Aktivteile 20' der gleichen bekannten Bauart jeweils von gesonderten Wechselspannungs-Generatoren betrieben werden. Bereits die bei der Fertigung sich ergebenden Toleranzen führten zu Unter¬ schieden in den axialen Langen 32', 33', 36', die eine zueinander unter¬ schiedliche Einstellung der Resonanzfrequenz f erforderlich machten. Es bedeutete daher einen großen Aufwand an Geraten und an Platz, wenn man, gemäß Fig. 1 , eine Breitgewebe-Bahn 10 mit zahlreichen Ultraschall- Schneidvorrichtungen 20 in viele Gewebe-Streifen 15 zerschneiden wollte. Außerdem mußte beim bekannten Aktivteil 20' das Piezo-Element 21 ' im¬ pulsweise, also mit Ruhephasen, betrieben werden.
Die ^Erfindung bringt eine erhebliche Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik. Dies laßt sich anhand des in Fig. 4 gezeigten entsprechenden Aktivteils 20 nach der Erfindung bereits v erdeutlichen. Zur Bezeichnung entsprechender Bauteile sind die gleichen Bezugszeichen wie beim Aktivteil 20' von Fig. 2 gemäß dem Stand der T echnik verwendet, aber, zur Unter¬ scheidung davon, ohne Strich (') gekennzeichnet. Es genügt dabei auf die Unterschiede und Besonderheiten einzugehen, wahrend im übrigen die bisheri¬ ge Beschreibung gilt.
Eine Besonderheit des erfindungsgemaßen Aktivteils 20 besteht dann, daß der Homstrahler 26 unmittelbar an dem Piezo-Element 21 sitzt, welches auch hier aus zwei Piezo-elektπschen Keramiken 25 besteht und vom Gene¬ rator 50 der Fig. 1 über die auch in Fig. 4 erkennbaren elektrischen Leitun¬ gen 31 mit der elektrischen Wechselspannung versorgt wird. Außer dem Homstrahler 26 und dem Piezo-Element 21 ist nur noch ein Konterabschnitt 22 vorgesehen. Diese Bauteile 26, 21 , 22 sind unmittelbar durch eine axiale Schraube 48 fest gegeneinander verspannt. Der Schaft der Schraube 48 durchgreift eine Axialbohrung im Konterabschnitt 22 sowie in beiden Kera¬ mikscheiben 25 des Piezo-Elements 21. Wegen der elektrischen Anschlüsse der Leitungen 31 ist der Schaft bereichsweise durch einen Schlauch 47 isoliert. Das Ende dieser Schraube 48 greift unmittelbar in eine als Sack¬ loch ausgebildete Gewindebohrung 46 des Hornstrahlers 26 ein. Bei der Erfindung entsteht aus diesen Bauteilen ein neuer, kombinierter Aktivteil 20, der, wie schon eingangs gesagt wurde, nachfolgend kurz als "Kombinati¬ on" bezeichnet werden soll. Abgesehen davon, daß ein dem Nutzabschnitt 23' des Aktivteils 20' nach der Erfindung entsprechender Bauteil bei der erfindungsgemaßen Kombination 20 fehlt, wie schon aus einem Vergleich der beiden etwa maßstabsgerechten Darstellungen von Fig. 2 einerseits und Fig. 4 andererseits zu erkennen ist, sind die axialen Langen bei der Erfindung viel kürzer ausgebildet. Deswegen kann auch der Durchmesser 39 der Bauteile entsprechend reduziert werden und der Materialaufwand ist bei der Erfindung 20 wesentlich geringer als im Stand der Technik 20'.
Eine Verkürzung der axialen Lange 32 vom Konterabschnitt 22 ergibt sich, weil dieser höchstens gleich 1 /8 der wirksamen Schallwellen-Lange " ausgebildet zu sein braucht. Im dargestellten Ausfuhrungsbeispiel von Fig. 4 besteht der Konterabschnitt 22 aus Edelstahl und hat eine Axiallange 32, die nur 1 /16 der wirksamen Schallwellen-Lange entspricht. Es zeigte sich überraschend, daß diese axiale Lange 32 beträchtlich variieren kann, ohne die gute Qualität des Schneidens oder Schweißens wesentlich zu ver¬ schlechtern. Das gilt auch für die axiale Lange 36 des zur Kombination 20 gehörenden Hornstrahlers 26, die, wie die Praxis zeigt, ohne weiteres im Bereich zwischen 7/16 bis 10/16 der wirksamen Schallwellen-Lange variieren kann. Das wird spater noch anhand der Fig. 3 naher erläutert. Im vorliegenden Fall verwendet man für den Homstrahler 26 ein sogenanntes "Hart-Aluminium", namhch eine Legierung aus Aluminium, Magnesium und Silizium. Gemessen von der Mitte des Piezo-Elements 21 aus ergibt sich für den Homstrahler 26 im vorliegenden Fall eine axiale Lange 36 von etwa 3/8 . Damit betragt die aus Fig. 4 erkennbare Gesamtlange 38 der Kombination 20 etwa Λ /2, ist also nur 1/4 von der Gesamtlange des in Fig. 2 gezeigten bekannten Aktivteils 20'. In Analogie zu Fig. 2 ist auch in Fig. 4 die ermittelte stehende Welle 37 für die dortige Kombina¬ tion 20 dargestellt. Die in Abszissenrichtung eingetragenen Amplituden der auftretenden mechanischen Schwingungen sind im logarithmischen Ma߬ stab dargestellt. Es entsteht, wie ersichtlich, am Hörnende 28 ein Schwin¬ gungsbauch 34 von sehr großer Amplitude, wahrend ein Schwingungsknoten 35 etwa in der Mitte des Piezo-Elements 21 zustande kommt. Diese gunstige Form der stehenden Welle ergibt sich aus folgendem weiteren Aufbau die¬ ser Kombination.
Der Homstrahler 26 der erfindungsgemaßen Kombination 20 besitzt einen aus verschiedenen Materialien bestehenden, besonderen Eπdabschnitt 40 gemäß Fig. 4 und 5. Das auch in diesem Fall mit einer Schneide 29 verse¬ hene Hörnende 28 kommt durch ein Endstuck 41 zustande, welches gegen¬ über der Leichtmetall-Legierung im Oberabschnitt 43 des Hornstrahlers 26 aus Stahl mit einer Harte von mehr als HRC 60 gebildet ist. Der Ober¬ abschnitt 43 lauft mit einer Verjüngung 27 aus und setzt sich schließlich in dem zylindrisch gestalteten Endstuck 41 fort. Der Endabschnitt 40 des Hornstrahlers 26 ist mit seinem Oberabschnitt 43 durch einen Gewinde¬ stift 49 verspannt, der beidendig in sacklochartige Gewindebohrungen 59 eingeschraubt ist, die am besten aus Fig. 5 erkennbar ist. Um den negativen Einfluß der Schwingung zu kompensieren, verwendet man zwischen dem Endstuck 41 ein Zwischenstuck 42, das vorzugsweise aus reinem Titan besteht. Dieses Zwischenstuck 42 hat die Auf gabe, die Verluste beim Über¬ gang der Schwingungsenergie zu verringern. Das als Titanring ausgebildete Zwischenstuck 42 w ird vom Gewindestift 49 axial durchsetzt und dampft die Schwingungen im Bereich des Gewindestifts 49.
Bedeutsam ist es, für eine gute Flachenberuhrung zwischen dem Stirnende 44 des Gewindestifts 49 einerseits und einer Endflache 54 der Gewindeboh- rung 59 andererseits zu sorgen, wie Fig. 5 zeigt. Dazu besitzt der Gewinde¬ stift 49 einen radialen Absatz 45 mit einem konischen Stirnende 44. Die Endflache 54 der Gewindebohrung 59 im Endstück 41 einerseits und im Oberabschnitt 43 des Hornstrahlers 26 andererseits haben eine entsprechende, komplementäre Gegen-Konizitat. Durch diesen Flächenkontakt werden auch im Bereich des Gewindestifts 49 axiale Kräfte gut übertragen.
Die erfindungsgemaße Kombination 20 besitzt, wie Fig. 3 zeigt, eine gegen¬ über dem vorbeschπebenen Stand der Technik völlig abweichende gunstige Resonanzkurve 51 , die ein breites, weitgehend abgeflachtes Maximum im Bereich der Resonazfrequenz fO aufweist. Die Resonanzkurve 51 kann in einem beträchtlichen Frequenzbereich -A. f, der zwischen zwei beidseitig der Resonanzfrequenz f liegenden Grenzfrequenzen f . und ϊ-, hegt, prak¬ tisch die gleiche Energie am Hörnende 28 abgeben. Das bedeutet, wie bereits anhand der vorstehenden Erläuterungen von Fig. 4 zu erkennen ist, daß sich die maßgeblichen axialen Langen 32 einerseits und 36 anderer¬ seits verändert werden können, ohne daß die gute Wirksamkeit der Kombina¬ tion 20 davon beeinträchtigt wird. Es kommt also nicht genau darauf an, die erläuterte Gesamtlange 38 der Kombination 20 genau auf einer halben Schallwellen-Lange /2 zu halten. Es sind ohne weiteres Abweichun¬ gen möglich. Das hat den großen Vorteil, daß jetzt, wie in Fig. 1 erkennbar ist, in jedem Fall alle bei der Webmaschine vorgesehenen Kombinationen 20 gleicher Type ohne Probleme an demselben Wechselspannuπgs-Generator 50 angeschlossen sein können. Das bringt eine erhebliche Vereinfachung und folgende Vorteile.
Die Kombinationen 20 können an einer gemeinsamen Schiene 52, gemäß Fig. 1 , angebracht sein, welche quer zur Transportπchtung 77 der Breitge- webe-Bahn wahrend des Webens verlauft. Zwecks individueller Einstellung der Breite 55 der durch die Ultraschall-Schnitte 14 erzeugten einzelnen Streifen 15 von Fig. 1 können die Abstände zwischen den Kombinationen 20 verändert werden. Der Amboß 30 auf der gegenüberliegenden Bahnseite ist al len Kombinationen 20 gemeinsam und besteht aus einer durchgehenden Stange, die ebenfalls quer zur Transportrichtung 77 der Bahn 10 verläuft. W ie der Querschnitt von Fig. 6 deut licher zeigt, ist der Amboß 30 als Hohl rohr 53 ausgebildet und sein Inneres mit einem verformbaren Material 102 hohen spezifischen Gewichts ausgefüllt, nämlich im vorliegenden Fall mit Blei. Dies ist auch aus Fig. 7 gut erkennbar, aus welcher folgende weiteren wichtigen Details der Erfindung zu entnehmen sind.
Die Befestigung der Kombination 20 an der Schiene 52 erfolgt über ein besonders gestaltetes Gehäuse 60, das aus Polypropylen bestehen kann. Es handelt sich dabei um ein elastisches Material, welches zwei abstehende, verformbare Haken 61 erzeugt. Die Schiene 52 besitzt zugehörige durchlau¬ fende Leisten 56, die von den Haken 61 in zueinander spiegelbildlicher Weise umgriffen werden. Die an den Leisten 56 angreifenden Haken 61 stehen unter einer Federspannung des Materials und halten das Gehäuse 60 bereits durch Reibung an der Schiene 52 fest. Das Gehäuse 60 besitzt einen abnehmbaren Deckel, der zwar in Fig. 7 entfernt ist, dort aber, z. B. durch Schrauben od. dgl., an den mit 62 bezeichneten Stellen befestigt werden kann.
Das Gehäuse 60 um faßt eine mittlere Kammer 63, in welcher die vorbe¬ schriebene Kombination 20 gehaltert ist. Die Kombination 20 wird dabei von einer Feder 65 gegen eine definierte Sitz fläche 64 im Inneren der Kammer 63 angedrückt. Die Kombination ragt mit dem erwähnten Endab¬ schnitt 40 aus dem Gehäuse heraus. Die Feder 65 stützt sich dabei über einen Kunststoff-Ring 67 aus Polytetrafluoräthylen und einen Elastomer- Ring 66 aus Silikon am oberen Stirnende des vorbeschriebenen Konterab¬ schnitts der Kombination 20 ab. Das gegenüberliegende Ende der Feder 65 dagegen liegt unm ittelbar an einer Innenfläche des Gehäuses 60 an. Ein Schlauch 70, der Kühlluft heranführen kann, ist in einer äußeren Kam¬ mer 68 des Gehäuses 60 angeordnet und mündet, wie Fig. 7 zeigt, im unteren Bereich der vorbeschriebenen mittleren Kammer 63. Die Kühlluft umstreicht die Kombination 20 und führt die Wärme durch eine Öffnung 69 im Gehäuse 60 nach außen ab. Der Schlauch 70 endet, ebenfalls im oberen Bereich des Gehäuses 60, in einer nicht näher gezeigten Schlauch¬ kupplung, an welcher ein in Fig. 7 im gelosten Zustand dargestellter Schlauchstecker 71 angeschlossen werden kann, der an einer die Kühlluft heranführenden Schlauchzuleitung 72 sitzt.
In der äußeren Kammer 68 befindet sich auch die bereits mehrfach erwähnte elektrische Leitung 31 für das beschriebene Piezo-Element der Kombination 20 und wird durch eine Öffnung in einer Trennwand 73 gefuhrt, welche im Gehäuse 60 zwischen den beiden Kammern 63, 68 hegt. Diese elektrische Leitung 31 endet dabei in einer ebenfalls im oberen Bereich des Gehäuses 60 vorgesehenen elektrischen Anschlußbuchse 74, in welche dann bedarfswei¬ se ein entsprechender, in Fig. 7 im gelösten Zustand gezeigter Anschlu߬ stecker 75 einkuppelbar ist. Der Anschlußstecker 75 sitzt an einem weiter¬ fuhrenden elektrischen Leitungsabschnitt 76, der in Fig. 6 noch naher beschrieben wird.
Fig. 7 zeigt wie das Hörnende 28 vom Endabschnitt 40 die Bahn 10 gegen den gegenüberhegenden Amboß 30 drückt und, bei der Abzugsbewegung
77 der Bahn 10 wahrend des Webens, den beschriebenen Ultraschall-Schnitt 14 mit seinem Hörnende 28 erzeugt. Eine weitere Besonderheit der Erfin¬ dung besteht dann, daß die erfindungsgemaße Kombination 20 kontinuierlich betrieben werden kann, also ohne Ruhephasen. Um die Resonanz einhalten zu können, ist bisher im Stand der Technik ein Impuls-Betrieb erforderlich gewesen. Die vorbeschriebene Kühlung erleichtert diesen kontinuierlichen Betrieb der Piezo-Elemente bei der Erfindung.
Zur genauen Lageeinstellung des Gehäuses 60 mit der dann gehalterten Kombination 20 an der Schiene 52 dient eine seitlich an der Schiene 52 befestigte, parallele Zahnstange 57, die auch in Fig. 1 zu erkennen ist. Die Zahnstange 57 ragt durch einen seitlichen Ausbruch in eine Bohrung
78 des Gehäuses 60 hinein, die sich im wesentlichen parallel zu der erwähn¬ ten mittleren Kammer 63 erstreckt und am oberen Ende des Gehäuses 60 ausmundet. Das Gehäuse 60 besitzt aber auch ein Arretierglied 82, welches die gewählte Position des Gehäuses 60 an der Schiene 52 blockiert. Dieses Arretierghed 52 besteht im vorliegenden Fall aus einem gezahnten Rad, welches von einem elastischen Glied 83, namhch hier einer Wendelfe¬ der, normalerweise immer in Zahneingriff mit der Zahnstange 57 gehalten wird. Dann ist eine Verstellung des Gehäuses 60 blockiert. Das elastische Glied 83 kann in einer axialen Verlängerung der vorbeschriebenen Bohrung 78 angeordnet sein. Zur Langsverschiebung des Gehäuses 60 auf der Schiene 52 dient ein aus Fig. 7 erkennbares Betatiguπgswerkzeug 80, welches die Form eines Schaftes mit einer der Zahnstange 57 angepaßten Ritzel-Verzahnung 81 am Schaften¬ de aufweist. Zur Verstellung des Gehäuses 60 wird zunächst der Schaft dieses Betätigungswerkzeugs 80 im Sinne des axialen Pfeils 79 durch die Öffnung ins Innere der Bohrung 78 hinein bewegt, so daß die Ritzelverzah¬ nung 81 mit der Zahnstange 57 in Eingriff kommt. Wird dann das Betäti¬ gungswerkzeug 80 im Sinne des in Fig. 7 ebenfalls angedeuteten Drehpfeils 84 bewegt, so rollt das Ritzel 81 auf der Zahnstange 57 ab und bewegt in entsprechender Weise das Gehäuse 60 entlang der Schiene 52. Der Schaft vom Betatigungswerkzeug 80 ist namhch in der Gehäuse-Bohrung 78 drehge¬ lagert. Bei der axialen Einsteckbewegung 79 des Betatigungswerkzeugs 80 wird zugleich das Arretierghed 82 unwirksam gesetzt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird namhch das gezahnte Rad 82, gegen die Wirkung des auf ihn wirkenden elastischen Glieds 83, zuruckgedruckt und gibt die Zahnstange 57 frei.
Fig. 6 zeigt eine gegenüber Fig. 1 abgewandelte Ausfuhrung. In diesem Fall verwendet man eine über die Brei gewebe-Bahn 10 verlaufende Doppel¬ schiene 58, welche zwei Schienenteile 52, 52' der beschriebenen Art auf¬ weist. Diese besitzen an den beiden voneinander weggerichteten Schienen- Außenseiten 88, 88' zwei Gruppen von daran angeklemmten Gehäusen 60. Dadurch können die in Fig. 1 erläuterten Ultraschall-Schnitte 14 noch enger gesetzt werden, als der in Fig. 1 erkennbaren Baubreite 86 der ge¬ zeigten Gehäuse 60 entspricht. Die an dem anderen Schienenteil 52' befindli¬ chen Gehäuse 60 können namhch im Bereich der Lucken der am Schienenteil 52 dieser Doppelschiene 58 befindlichen Gruppe von Gehäusen 60 angeordnet sein. Die beiden Schienenteile 52, 52' der Doppelschiene 58 sind in einem definierten Winkel sowohl zueinander als auch zu einer Fuhrung 90 der Gewebebahn angeordnet. Diese Fuhrung 90 lagert die entsprechenden bei¬ den, als gefülltes Rohr 53, 53' gestalteten Ambosse 30.
Wie aus Fig. 6 zu erkennen ist, entsteht in der bereits im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen Weise aus den Kettfaden 1 1 und Schußfaden 12 das Breitgewebe an der mit 85 in Fig. 6 bezeichneten Webstelle. Das Breitgewebe wi rd dann um einen Heizstab 87 herumgeführt, der sich in einem Breithalter bef indet. Von dort lauf t dann die Bahn 1 0 über eine Gevvindestange 89 und dann über das beschriebene erste Rohr 53' , an dem die eine Gruppe der in den Gehäusen 60 bef indlichen Kombinat ionen 20 angedruckt wird und die erste Gruppe von Trennschni tten in der Bahn 10 erzeugt. Diese Gewindestange 89 dient dazu, um die Bahn 10 wahrend der Abzugsbewegung 77 in der gewünschten Breite zu halten. Diejenigen Zonen der Bahn, die dort noch nicht langsgeschnitten worden sind, werden dann über das zweite Rohr 53 gefuhrt und durch die am hinteren Schienen¬ teil 52 befestigten Kombinationen 20 zerteilt. Die fertig geschnittenen Streifen 1 5 werden dann, wie Fig. 6 zeigt, über eine weitere Gewindestange 91 gefuhrt, wo sie umgelenkt und zu nicht naher gezeigten Abzugswalzen der Webmaschine gefuhrt werden.
Zwischen den beiden Schienenteilen 52, 52' der Doppelschiene 58 entsteht ein Zwischenraum 92, der zwar nach oben hin offen ist, aber durch eine zur Montage abnehmbare Profilabdeckung 93 geschlossen ist. Die Profilab- deckung 93 kann elektrische Kupplungselemente 94 tragen, an welche, über komplementäre elektrische Verbindungsteile 95, die bereits in Fig. 7 beschriebenen elektrischen Leitungsabschnitte 76 für die einzelnen Gehäuse 60 elektrisch kontaktiert werden können. Von den Kupplungselementen 94 gehen die bereits in Fig. 1 erwähnten elektrischen Leitungen 31 aus und werden, im Inneren des Schienen-Raums 92, bis zu dem beschriebenen, gemeinsamen Wechselspannungs-Generator 50 gefuhrt. Die zum Betrieb der Kombination 20 dienenden elektrischen Bauteile 96 können ebenfalls in diesem Raum 92 angeordnet sein, und zwar, wie Fig. 6 zeigt, über eine Leiterplatte 97 an einem nach innen weisenden Schenkel der Profilab¬ deckung 93 angebracht ist. In ähnlicher Weise, wie die in Fig. 6 gezeigten elektrischen Leitungsabschnitte 76, können übrigens auch die in Fig. 7 beschriebenen Schlauchzuleituπgen 72 über zugehörige, nicht naher gezeigte Schiauchverbinder m it der Profilschiene 93 verbunden sein. In dem von den Schienen 58, 93 u mschlossenen Raum 92 sind namhch auch die in Fig. 6 erkennbaren Versorgungsschlauche 99 für Kuhlluft angeordnet. Die Versorguπgsschlauche 99 fuhren zu einer nicht naher gezeigten, die Kuhlluft zufuhrenden Quelle am Ende der Schiene 58.
Fig. 8 zeigt eine abgewandelte Ausfuhrung, i n welcher mehrere der erfin¬ dungsgemaßen Kombinationen 20 mit einem gemeinsamen Werkzeugteil 100 versehen sind. Bei diesem Werkzeugtei l 100 handelt es sich im vorlie¬ genden Fal l um ein Stanzwerkzeug, das mi t seinem Arbei tsprofil 10 1 jene Form bestimm t, m it w elcher durch U ltraschall das Stanzgut aus einer nicht naher gezeigten Bahn herausgeschnitten werden soll. Im dargestellten Ausfuhrungsbeispiel ist das Arbeitsprofil 101 ein Sechseck. Dieser Stanz- Werkzeugteil 100 ersetzt, bezogen auf Fig. 4, die beschriebenen Endstucke 41 der einzelnen Kombinationen 20. Diese Anwendung ist wegen der im Zusammenhang mit Fig. 3 bereits erläuterten breiten Resonanzkurve 51 der erfindungsgemaßen Kombination 20 möglich. Wie in Fig. 8 erkennbar, können daher alle elektrischen Leitungen 31 zu den einzelnen Piezo- Elementen der Kombinationen 20 wieder an einem gemeinsamen Wechsel- spannungs-Generator 50 angeschlossen sein.
Anstelle einer Schneidhnie könnte ein solcher Werkzeugteil 100 natürlich auch eine Schweißnaht zwischen zwei oder mehreren übereinander liegenden Bahnen ausführen. Außerdem könnte der Werkzeugteil 100 auch behebige ander Formen aufweisen und andere Funktionen erfüllen, kann z. B. als Zerstäuber für Flüssigkeiten od. dgl. dienen. In diesem Fall wurde man den Zerstäuber in Plattenform ausbilden, an welcher mehrere Kombinationen 20 nach der Erfindung angeschlossen sind und im Betπebsfall die Platte gemeinsam zu Ultraschall-Schwingungen anregen. Eine auf diese Platte gelangende Flüssigkeit wird dann durch diese Schwingungen zerstaubt. Durch eine größere Anzahl von Kombinationen 20 wird eine entsprechend hohe Schw iπgungsenergie an der Platte bzw. dem Werkzeug 100 erzeugt, die dann genutzt wird.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e:
Vorrichtung zum Ultraschall-Schneiden und/oder Ultraschall-Schweißen von Bahnen (10), die vorzugsweise aus schmelzfähigem Material bestehen, insbesondere von Breitgewebe-Bahnen (10) aus Fadenmateri¬ al,
mit einem elektrische Wechselspannung erzeugenden Generator (50),
mit einem in drei Axialabschnitte (21', 22', 23') gegliederten Schwin¬ gungsgeber (24'),
nämlich einen die elektrische Wechselspannung des Generators (50) aufnehmenden und Schallenergie generierenden Piezo-Element (21') in der Mitte des Schwingungsgebers (24'), zwischen einem hohe nutz¬ bare Schallenergie übertragenden Nutzabschnitt (2131) einerseits und einem niedrige, verlorene Schallenergie aufnehmenden Konterab¬ schnitt (22') andererseits,
mit einem Homstrahler (26), der die Schwingungsamplitude des vom Schwingungsgeber (24') kommenden Ultraschalls vergrößert, mit seinem Hörnende (28') die Bahn (10) kontaktiert und Schwingungs¬ energie auf die Bahn (10) überträgt,
und mit einem Amboß (30) auf der gegenüberliegenden Seite (17) der Bahn (10),
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
daß, anstelle des Nutzabschnitts (23'), der Homstrahler (26) unmittel¬ bar am Piezo-Element (21) sitzt und mit dem gegenüberliegenden Konterabschnitt (23) verspannt (48) ist zu einer Horn-Piezo-Konter- Kombination (20),
wobei die axiale Länge (32) des Konterabschnitts (22) kleiner/gleich 1 /8 der wirksamen Schallwellen-Lange (" ) ist,
wahrend die axiale Gesamtlange (38) der Kombination (20) kleiner / gleich 3/4 der Schallwellen-Lange (^ ) ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Gesamtlange (38) der Kombination (20) kleiner/gleich der halben Schallwellen-Lange ( ^ ) ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Lange (32) des Konterabschnitts (22) in der Kombination (20) kleiner / gleich einem 1 / 16 der wirksamen der Schallwellen- Lange (λ ) ist.
4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Homstrahler (26) nach seiner Verjüngung (27) ein aus einem anderen Material bestehendes Hörnende (41 ) be¬ sitzt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der sich verjungende Homstrahler (26) aus einer Leicht metall-Legierung be¬ steht, wahrend das Hörnende (41 ) aus Stahl mit einer Eigenharte von mehr als HRC 60 gebildet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Hörnende (41 ) und dem sich verjungenden Homstrahler (26) ein Zwischenstück (42) aus einem Material mit hohem Elastizi¬ tätsmodul angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwi¬ schenstuck (42) aus Titan besteht.
8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Hörnende (41 ), ggf. zusammen mit dem Zwischenstuck (42), durch Gewindeeingriff eines axialen Gewindestifts (49) am sich verjungenden Abschnitt des Hornstrahlers (26) festge- spannt ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Stirnende (44) des Gewindestifts (49) in Flächenberührung mit einer Endfläche (54) in der ihn aufnehmenden Gewindebohrung (59) steht, (Fig. 5).
10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein gemeinsamer Generator (50) gleichzeitig die Piezo-Elemente (21 ) mehrerer, selbständig schneid- und/oder schweißwi rksamer Kombinationen (20) betreibt, (Fig. 1 , 8).
1 1 . Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombinationen (20) auf einer gemein¬ samen Schiene (57) angeordnet sind, die über der in Streifen ( 15) zu schneidenden bzw. zu schweißenden Bahn ( 10) verläuft.
12. Vorrichtung nach Anspruch 1 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Doppelschiene (58) vorgesehen ist, an welcher die Kombinationen (20) an beiden einander gegenüberliegenden Schienenseiten (88, 88') und ggf. im Wechsel zueinander angeordnet sind, (Fig. 6).
13. Vorrichtung nach Anspruch 1 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß den an einer Schiene (52; 58) gemeinsam befestigten Kombinatio¬ nen (20) eine gemeinsame, auf der gegenüberliegenden Bahnseite ( 17) befindliche durchlaufende Stange (53) zugeordnet ist, die als passiver Amboß (30) dient.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Stange aus einem Hohlrohr (53) besteht, welches mit verformbarem Material ( 102) hohen spezifischen Gewichts gefüllt ist, wie Blei.
15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombinationen (20) zwecks Einstel¬ lung der zu schneidenden bzw. schweißenden Streifenbreite ( 55) aus der Bahn ( 10) entlang der gemeinsamen Schiene (52; 58) verstell¬ bar sind.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Kombinationen (20) in einem Gehäuse (60) gelagert ist, welches an der Schiene (52; 58) anklemmbar ist, (Fig. 7).
17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Schiene (52; 58) mit einer längsverlaufenden Zahnstange (57) versehen ist und das die Kombination (20) aufnehmende Gehäuse eine bis zur Zahnstange (57) geführte Bohrung (78) aufweist, in wel¬ cher, zwecks Längsverschiebung des Gehäuses (20), ein mit einem Ritzel (81 ) versehenes Betätigungswerkzeug (80) einführbar ist, (Fig. 7).
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das die Kombination (20) aufnehmende Gehäuse (20) ein selbsttätig wirksa¬ mes Arretierungsglied (82) aufweist, welches bestrebt ist, in die Zahnungen der Zahnstange einzugreifen oder beim Einführen des Betätigungswerkzeugs (80) unwirksam zu setzen, (Fig. 7).
19. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombination (20) bzw. die Schar der Kombinationen (20) vom Wechselspannungs-Generator (50) konti¬ nuierlich betrieben werden.
20. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Kombinationen (20) anstelle einzelner Hörnenden (41 ) einen gemeinsamen Werkzeugteil ( 100) aufweisen und ihre Piezo-Elemente (21 ) zueinander parallel an einem gemeinsamen Wechselspannungs-Generator (50) angeschlossen sind, (Fig. 8).
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame Werkzeugteil ( 100) ein Arbeitsprofil ( 101 ) aufweist, welches dem gewünschten Verlauf der in der Bahn ( 10) zu erzeugen¬ den Schweißnaht oder der Schneidlinie angepaßt ist, (Fig. 8).
22. Vorrichtung nach Anspruch 2 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das gemeinsame Werkzeugteil als Zerstäuber für Flüssigkeiten od. dgl. dient.
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