DE10024036C1 - Vorrichtung zum Bearbeiten einer Materialbahn mit Ultraschall - Google Patents

Vorrichtung zum Bearbeiten einer Materialbahn mit Ultraschall

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Abstract

Eine Vorrichtung (100) zum Bearbeiten einer kontinuierlich vorlaufenden Materialbahn (M) mit Ultraschall umfaßt einen eine Sonotrode (7) aufweisenden Ultraschallgenerator (6) und ein der Sonotrode (7) gegenüberliegendes Gegenwerkzeug (9). Ein Antrieb (12) dient zum Anstellen der den Ultraschallgenerator (6) und die Sonotrode (7) umfassenden Baugruppe (10) gegen das Gegenwerkzeug (9). Es ist eine von im Bearbeitungsbereich angeordnete Sensoren (S¶2¶, S¶2¶) gesteuerte Schnellüfteinrichtung (19, 21, 40) vorgesehen, mittels derer die Baugruppe (10) von dem Gegenwerkzeug (9) abhebbar ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung der dem Oberbegriff des An­ spruchs 1 entsprechenden Art.
Eine gattungsgemäße Vorrichtung ist aus der DE 198 13 121 C1 bekannt, bei der die aus dem Ultraschallerzeuger und der Sonotrode bestehende Baugruppe an einer Linearführung am Maschinengestell geführt ist.
Eine andere gattungsgemäße Ausführungsform ist Gegenstand der nicht vorveröffentlichten deutschen Gebrauchsmusteranmeldung 299 12 974. Hierbei bestehen die Mittel zum Führen der Baugruppe in zwei von außen an der Baugruppe angreifenden, einander parallelen, gleichlangen Lenkern.
Auf die Art der Führung der erwähnten Baugruppe bei ihrer Anstellbewegung gegen das Gegenwerkzeug kommt es für die vorliegende Erfindung nicht an. Maßgebend ist allein, daß die Sonotrode mit einer gewissen Kraft gegen das Gegenwerkzeug angedrückt wird, wobei die dazwischen hindurchlaufende Materialbahn, zum Beispiel eine Vliesbahn, im Normalfall einen direkten metallischen Kontakt verhindert.
Wenn diese Normalsituation aber nicht mehr gegeben ist, zum Beispiel weil die Bahn abgerissen ist, kommt die Stirnseite der Sonotrode auf dem Ge­ genwerkzeug zur Anlage, zum Beispiel einer drehbaren metallischen Ge­ genwalze. Dies führt zu sofortigen Schäden an der Sonotrode und dem Ge­ genwerkzeug.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, solche Schäden zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 wiedergegebene Erfindung ge­ löst.
Die im Bearbeitungsbereich angeordneten Sensoren geben ein Signal ab, sobald eine Unregelmäßigkeit vorliegt, zum Beispiel ein metallischer Kontakt zwischen Sonotrode und Gegenwerkzeug durch einen Bahnriß oder eine zu starke Ultraschalleinwirkung, worauf die Schnellüfteinrichtung die Sonotrode schlagartig von dem Gegenwerkzeug abhebt, so daß kein zerstörerischer Kontakt mehr gegeben ist.
Eine besonders zweckmäßige Ausführungsform ergibt sich, wenn gemäß Anspruch 2 die Schnellüfteinrichtung in den ohnehin vorhandenen Antrieb für die Anstellung der Sonotrode integriert ist. Dies kann in der im einzelnen in Anspruch 3 wiedergebenen Weise realisiert werden, indem der Antrieb zwei Druckräume aufweist, von denen der eine für die Anstellung der Sonotrode und der andere für deren Abheben in der Schnellüftfunktion dient.
Die Krafteinheit kann gemäß Anspruch 4 als Kolben/Zylindereinheit ausge­ bildet sein, was Vorteile hat, da solche Einheiten auf dem Markt zur Verfü­ gung stehen und wegen ihrer Starrheit leicht zu montieren sind.
Allerdings haben Kolben/Zylindereinheiten mit gleitendem Kolben einen ge­ wissen Losbrechwiderstand, der dem Einsatz als Schnellüftelement entge­ gensteht.
Als Alternative, bei der dieser Nachteil nicht besteht, kommt eine Einheit aus zwei hintereinandergeschalteten Balgen in Betracht, wie sie in Anspruch 5 beschrieben ist.
Ebenso unter dem Aspekt, jede Verzögerung des Ansprechens zu vermei­ den, empfiehlt es sich, daß das schnellöffnende Ventil dicht an der Kraftein­ heit angeordnet ist, nach Möglichkeit an diese angeblockt ist, um die sich durch längere Leitungen ergebende Ansprechträgheit zu umgehen.
Als Sensoren kommen zum Beispiel solche in Betracht, die bei metallischem Kontakt zwischen der Sonotrode und dem Gegenwerkzeug ein elektrisches Signal erzeugen, welches verstärkt und zur Ansteuerung des schnellöffnen­ den Ventils verwendet werden kann.
Gemäß Anspruch 8 können die Sensoren aber auch bei Fortfall der Bahn­ spannung ein elektrisches Signal erzeugen, zum Beispiel indem in einem Bahnwinkel eine Rolle mitläuft, die bei einer Veränderung des Bahnwinkels einen Schalter betätigt.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in Seitenansicht schematisch dargestellt.
Die als Ganzes mit 100 bezeichnete Vorrichtung dient zum Verfestigen einer Materialbahn M aus einem Vliesmaterial aus thermoplastischen Fasern mit­ tels Ultraschall. Die Vorrichtung 100 umfaßt eine am Maschinengestell 1 ge­ lagerte Baugruppe 10, die aus einem Ultraschallgenerator 6 und einer mit diesem verbundenen Sonotrode 7 besteht, deren gemeinsame Achse A ver­ tikal angeordnet ist. Die von dem Ultraschallgenerator 6 erzeugten Ultraschallschwingungen werden auf die Sonotrode 7 und von deren unterer Stirnseite 7' auf die Materialbahn M übertragen. Der zu der Baugruppe 10 gehörende Träger 8 für den Ultraschallgenerator 6 und die Sonotrode 7 ist bei dem für die Darstellung der Erfindung gewählten Ausführungsbeispiel an Lenkern 20 befestigt, die horizontal verlaufen, einen vertikalen Abstand h aufweisen und am oberen bzw. unteren Ende des Trägers 8 angreifen. Die Lenker 20 sind einander parallel und gleichlang und einenends in Lagern A1 am Maschinengestell 1 und andernends in Lagern A2 an dem Träger 8 gela­ gert. Der Träger 8 kann unter Verschwenkung der Lenker 20 parallel zu sich selbst auf- und abbewegt werden.
Die Sonotrode 7 sitzt von oben auf der Materialbahn M auf, die von unten durch eine Gegenwalze 9 abgestützt ist, die das mit der Sonotrode 7 zu­ sammenwirkende Gegenwerkzeug bildet und im Maschinengestell bei 11 auf einer Achse gelagert ist, durch die die Achse A der Baugruppe 10 hindurch­ geht. Die Anordnung ist so getroffen, daß die Lenker 20 im Betrieb senkrecht zur Achse A stehen und in dem Ausführungsbeispiel der von der Material­ bahn M ausgeübten Mitnahmekraft Fv entgegengerichtet sind.
Dadurch, daß im Betrieb die von der Materialbahn M ausgeübte Mitnahme­ kraft in Richtung der Lenker 20 wirkt, ergeben sich keine nennenswerten Verfälschungen der von dem Antrieb 12 ausgeübten Anstellkraft, die etwa durch Drehmomente auf die Lenker 20 zustande kommen könnten. Der Lauf der Materialbahn M ist also ohne Einfluß auf den Bearbeitungseffekt.
Die Sonotrode 7 vollführt im Betrieb geringfügige Verlagerungen längs der Achse A. Damit diese mit einem Minimum an Reibung möglich sind, sind die Lager A1 und A2 der Lenker als Nadellager ausgebildet und somit weitge­ hend reibungsarm und insbesondere frei von einem Losbrecheffekt. Die Kraft F gegen die Gegenwalze 9 bleibt somit weitestgehend konstant.
Die Achse A ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel vertikal angeordnet. Die Anordnung könnte ja doch auch anders getroffen sein, so daß die Mate­ rialbahn schräg oder vertikal durch den Arbeitsspalt 5 verläuft.
Die Anstellung der Baugruppe 10 gegen die Gegenwalze 9 erfolgt mittels des als Ganzes mit 12 bezeichneten Antriebs, der die Funktionen der Anstellung und der Schnellüftung in sich vereinigt.
Der Antrieb 12 umfaßt eine Kolben/Zylindereinheit 30 mit einem Kolben 13, der in einem Zylinder 14 in Richtung der Kraft F verlagerbar ist. Der Zylinder 14 ist bei 17 mit der Baugruppe 10 verbunden, während die Kolbenstange 15 an einer Abstützung 16 am Maschinengestell 1 abgestützt ist.
Die Kolben/Zylindereinheit 30 hat eine der Baugruppe 10 abgewandte Zylin­ derkammer 18 und eine der Baugruppe 10 zugewandte Zylinderkammer 19. Die Zylinderkammer 18 ist mit einem Druck P2 beaufschlagbar, der die Bau­ gruppe 10 nach oben von der Gegenwalze 9 wegzuziehen bestrebt ist. Die Zylinderkammer 19 steht unter einem Druck P1, der die Baugruppe 10 gegen die Gegenwalze 9 zu drücken bestrebt ist. Die Zylinderkammer 19 ist über eine Leitung 21 an ein schnellöffnendes Ventil 40 angeschlossen, welches elektrisch betätigt ist. Die Leitung 21 ist in der Zeichnung nur schematisch dargestellt. Sie soll so kurz wie möglich sein. Zweckmäßig wird das schnel­ löffnende Ventil 40 unmittelbar an die Kolben/Zylindereinheit 30 angeblockt. Das Druckmittel in der Zylinderkammer 19 soll beim Öffnen des schnellöff­ nenden Ventils 40 möglichst wenig hydrodynamischen Widerstand erfahren, der das Ansprechen der Schnellüftung verzögern würde. Zwischen dem schnellöffnenden Ventil 40 und der Zylinderkammer 19 mündet in die Leitung 21 eine Leitung mit dem Druck P1, der ständig ansteht. Die Drücke P1 in der Zylinderkammer 19 und P2 in der Zylinderkammer 18 wirken einander entge­ gen. Um eine positive Kraft F der Sonotrode 7 auf die Gegenwalze 9 zustan­ de zu bringen, liegt der Druck P1 stets um einen entsprechenden Betrag über dem Druck P2.
Sobald das schnellöffnende Ventil 40 geöffnet wird, bläst der Druck aus der Zylinderkammer 19 schlagartig ab und gewinnt der weiterhin anstehende Druck in der Zylinderkammer 18 die Oberhand. Die Baugruppe 10 wird von der Gegenwalze 9 schlagartig abgehoben, gewissermaßen "hochgerissen".
Das schnellöffnende Ventil 40 ist elektrisch gesteuert und über Leitungen 22, 23 mit einem Steuergerät 50 verbunden. Das Steuergerät 50 empfängt über Leitungen 24, 25 ein Signal, zum Beispiel in Gestalt eines Spannungs­ abfalls, wenn zwischen der Sonotrode 7 und der Gegenwalze 9 infolge des Fehlens der Materialbahn M zwischen der Stirnseite 7' der Sonotrode 7 und der Gegenwalze 9 ein metallischer Kontakt auftritt. Die Sonotrode 7 und die Gegenwalze 9 bilden also gewissermaßen einen ersten Sensor S1.
Über die Leitungen 26, 27 empfängt das Steuergerät 50 Signale von einem zweiten Sensor S2, der eine in einem Bahnwinkel 28 laufende Rolle 29 um­ faßt, die sich bei einer Vergrößerung des Bahnwinkels 28 oder dem völligen Wegbleiben der Bahn gemäß der Zeichnung nach unten verlagert und einen Schalter 31 betätigt, an den die Leitungen 26, 27 angeschlossen sind.
Die Sensoren S2 und S2 können einzelnen oder zusammen vorhanden sein. Ihre Signale lösen die Öffnung des Ventils 40 aus.
Das Abheben der Baugruppe 10 von der Gegenwalze 9 erfolgt beim Auftre­ ten einer von den Sensoren S1 und/oder S2 erfaßten Unregelmäßigkeit so schnell, daß keine nennenswerten Schäden der Stirnseite 7' der Sonotrode 7 oder der Gegenwalze 9 auftreten können.

Claims (8)

1. Vorrichtung (100) zum Bearbeiten einer kontinuierlich vorlaufenden Materialbahn mit Ultraschall,
mit einem Maschinengestell (1),
mit einem eine Sonotrode (7) aufweisenden Ultraschallgenerator (6),
mit einem der Stirnseite (7') der Sonotrode (7) gegenüberliegenden Gegenwerkzeug (9),
mit Mitteln zum Hindurchführen der Materialbahn (M) durch den Ar­ beitsspalt (5) zwischen der Sonotrode (7) und dem Gegenwerkzeug (9),
mit einem Antrieb (12) zum Anstellen der den Ultraschallgenerator (6) und die Sonotrode (7) umfassenden Baugruppe (10) in Richtung ihrer Ach­ sen gegen das Gegenwerkzeug (9)
und mit Mitteln zum Führen der Baugruppe (10) am Maschinengestell (1) parallel zu ihrer Achse (A) beim Anstellen gegen das Gegenwerkzeug (9),
dadurch gekennzeichnet,
daß eine von im Bearbeitungsbereich angeordneten Sensoren (S1, S2) gesteuerte Schnellüfteinrichtung vorgesehen ist, mittels derer die Baugruppe (10) von dem Gegenwerkzeug (9) abhebbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnellüfteinrichtung in den Antrieb (12) integriert ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der An­ trieb (12) eine auf der dem Gegenwerkzeug (9) abgewandten Seite der Bau­ gruppe (10) angeordnete, einenends mit dieser und anderenends mit einer Abstützung (16) am Maschinengestell (1) verbundene, durch ein fluides Druckmittel betätigbare doppeltwirkende Krafteinheit umfaßt, deren der Ab­ stützung (16) zugewandter Druckmittelraum (18) mit dem Antriebsdruck (P2) und deren der Baugruppe (10) zugewandter Druckmittelraum (19) mit einem Gegendruck (P1) beaufschlagbar sowie mit einem schnellöffnenden, von den Sensoren (S1, S2) gesteuerten Ventil (40) verbunden ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Krafteinheit eine Kolben/Zylindereinheit (30) ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Krafteinheit eine aus zwei in Richtung der Kraft (F) hintereinandergeschalte­ ten Balgen bestehende Krafteinheit ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das schnellöffnende Ventil (40) dicht an der Krafteinheit ange­ ordnet ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mittels der Sensoren (S1) bei metallischem Kontakt zwischen der Sonotrode (7) und dem Gegenwerkzeug (9) ein elektrisches Signal er­ zeugbar ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mittels der Sensoren (S2) bei Fortfall der Bahnspannung oder der Materialbahn (M) zwischen Sonotrode (7) und Gegenwerkzeug (9) ein elektrisches Signal erzeugbar ist.
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