DE102008004880A1 - Vorrichtung zum Schweissen einer Materialbahn - Google Patents

Vorrichtung zum Schweissen einer Materialbahn Download PDF

Info

Publication number
DE102008004880A1
DE102008004880A1 DE102008004880A DE102008004880A DE102008004880A1 DE 102008004880 A1 DE102008004880 A1 DE 102008004880A1 DE 102008004880 A DE102008004880 A DE 102008004880A DE 102008004880 A DE102008004880 A DE 102008004880A DE 102008004880 A1 DE102008004880 A1 DE 102008004880A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
gap
sonotrode
anvil
force sensor
material web
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE102008004880A
Other languages
English (en)
Inventor
Ulrich Wieduwilt
Jan Thaerigen
Heinrich Loecht
Maurizio May
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE102008004880A priority Critical patent/DE102008004880A1/de
Priority to PCT/EP2008/066111 priority patent/WO2009089955A1/de
Publication of DE102008004880A1 publication Critical patent/DE102008004880A1/de
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/80—General aspects of machine operations or constructions and parts thereof
    • B29C66/82—Pressure application arrangements, e.g. transmission or actuating mechanisms for joining tools or clamps
    • B29C66/822—Transmission mechanisms
    • B29C66/8226—Cam mechanisms; Wedges; Eccentric mechanisms
    • B29C66/82261—Wedges
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/02—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure
    • B29C65/08—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using ultrasonic vibrations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/01—General aspects dealing with the joint area or with the area to be joined
    • B29C66/05—Particular design of joint configurations
    • B29C66/10—Particular design of joint configurations particular design of the joint cross-sections
    • B29C66/11—Joint cross-sections comprising a single joint-segment, i.e. one of the parts to be joined comprising a single joint-segment in the joint cross-section
    • B29C66/112—Single lapped joints
    • B29C66/1122—Single lap to lap joints, i.e. overlap joints
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/80—General aspects of machine operations or constructions and parts thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/80—General aspects of machine operations or constructions and parts thereof
    • B29C66/82—Pressure application arrangements, e.g. transmission or actuating mechanisms for joining tools or clamps
    • B29C66/822—Transmission mechanisms
    • B29C66/8221—Scissor or lever mechanisms, i.e. involving a pivot point
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/80—General aspects of machine operations or constructions and parts thereof
    • B29C66/82—Pressure application arrangements, e.g. transmission or actuating mechanisms for joining tools or clamps
    • B29C66/824—Actuating mechanisms
    • B29C66/8246—Servomechanisms, e.g. servomotors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/80—General aspects of machine operations or constructions and parts thereof
    • B29C66/83—General aspects of machine operations or constructions and parts thereof characterised by the movement of the joining or pressing tools
    • B29C66/836—Moving relative to and tangentially to the parts to be joined, e.g. transversely to the displacement of the parts to be joined, e.g. using a X-Y table
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/80—General aspects of machine operations or constructions and parts thereof
    • B29C66/84—Specific machine types or machines suitable for specific applications
    • B29C66/841—Machines or tools adaptable for making articles of different dimensions or shapes or for making joints of different dimensions
    • B29C66/8416—Machines or tools adaptable for making articles of different dimensions or shapes or for making joints of different dimensions of different thickness
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/90—Measuring or controlling the joining process
    • B29C66/91—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the temperature, the heat or the thermal flux
    • B29C66/914—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the temperature, the heat or the thermal flux by controlling or regulating the temperature, the heat or the thermal flux
    • B29C66/9141—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the temperature, the heat or the thermal flux by controlling or regulating the temperature, the heat or the thermal flux by controlling or regulating the temperature
    • B29C66/91421—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the temperature, the heat or the thermal flux by controlling or regulating the temperature, the heat or the thermal flux by controlling or regulating the temperature of the joining tools
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/90—Measuring or controlling the joining process
    • B29C66/92—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the pressure, the force, the mechanical power or the displacement of the joining tools
    • B29C66/922—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the pressure, the force, the mechanical power or the displacement of the joining tools by measuring the pressure, the force, the mechanical power or the displacement of the joining tools
    • B29C66/9221—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the pressure, the force, the mechanical power or the displacement of the joining tools by measuring the pressure, the force, the mechanical power or the displacement of the joining tools by measuring the pressure, the force or the mechanical power
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/90—Measuring or controlling the joining process
    • B29C66/92—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the pressure, the force, the mechanical power or the displacement of the joining tools
    • B29C66/922—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the pressure, the force, the mechanical power or the displacement of the joining tools by measuring the pressure, the force, the mechanical power or the displacement of the joining tools
    • B29C66/9231—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the pressure, the force, the mechanical power or the displacement of the joining tools by measuring the pressure, the force, the mechanical power or the displacement of the joining tools by measuring the displacement of the joining tools
    • B29C66/92311—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the pressure, the force, the mechanical power or the displacement of the joining tools by measuring the pressure, the force, the mechanical power or the displacement of the joining tools by measuring the displacement of the joining tools with special measurement means or methods
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/90—Measuring or controlling the joining process
    • B29C66/92—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the pressure, the force, the mechanical power or the displacement of the joining tools
    • B29C66/924—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the pressure, the force, the mechanical power or the displacement of the joining tools by controlling or regulating the pressure, the force, the mechanical power or the displacement of the joining tools
    • B29C66/9261—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the pressure, the force, the mechanical power or the displacement of the joining tools by controlling or regulating the pressure, the force, the mechanical power or the displacement of the joining tools by controlling or regulating the displacement of the joining tools
    • B29C66/92611—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the pressure, the force, the mechanical power or the displacement of the joining tools by controlling or regulating the pressure, the force, the mechanical power or the displacement of the joining tools by controlling or regulating the displacement of the joining tools by controlling or regulating the gap between the joining tools
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/90—Measuring or controlling the joining process
    • B29C66/96—Measuring or controlling the joining process characterised by the method for implementing the controlling of the joining process
    • B29C66/961—Measuring or controlling the joining process characterised by the method for implementing the controlling of the joining process involving a feedback loop mechanism, e.g. comparison with a desired value
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/40—General aspects of joining substantially flat articles, e.g. plates, sheets or web-like materials; Making flat seams in tubular or hollow articles; Joining single elements to substantially flat surfaces
    • B29C66/41—Joining substantially flat articles ; Making flat seams in tubular or hollow articles
    • B29C66/43—Joining a relatively small portion of the surface of said articles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/80—General aspects of machine operations or constructions and parts thereof
    • B29C66/87—Auxiliary operations or devices
    • B29C66/874—Safety measures or devices
    • B29C66/8746—Detecting the absence of the articles to be joined
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/90—Measuring or controlling the joining process
    • B29C66/91—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the temperature, the heat or the thermal flux
    • B29C66/912—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the temperature, the heat or the thermal flux by measuring the temperature, the heat or the thermal flux
    • B29C66/9121—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the temperature, the heat or the thermal flux by measuring the temperature, the heat or the thermal flux by measuring the temperature
    • B29C66/91231—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the temperature, the heat or the thermal flux by measuring the temperature, the heat or the thermal flux by measuring the temperature of the joining tool

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Lining Or Joining Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

Eine Vorrichtung zum Schweißen einer Materialbahn (12) umfasst eine Ultraschallschwingeinheit (14) mit einer Sonotrode (16) und einen mit der Sonotrode (16) einen Spalt (24) für die Materialbahn (12) bildenden Amboss (22), einen Kraftsensor (34) zur und den Amboss (22) auf die Materialbahn (12) einwirkenden Kraft, eine Verstelleinrichtung (32) zur Verstellung des Spaltmaßes (B) und eine Steuereinrichtung (48) zum Betätigen der Verstelleinrichtung (32) in Abhängigkeit von der vom Kraftsensor (34) gemessenen Kraft. Der Kraftsensor (34) und ein zur Feinverstellung des Spaltmaßes (B) als Verstelleinrichtung dienender Piezoaktuator (32) sind mit dem Amboss (22) wirkverbunden.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schweissen einer Materialbahn, mit einer eine Sonotrode aufweisenden Ultraschallschwingeinheit und einem mit der Sonotrode einen Spalt für die Materialbahn bildenden Amboss, mit einem Kraftsensor zur Messung der im Spalt durch die Sonotrode und den Amboss auf die Materialbahn einwirkenden Kraft, mit einer Verstelleinrichtung zur Verstellung des Spaltmasses und mit einer Steuereinrichtung zum Betätigen der Verstelleinrichtung in Abhängigkeit von der vom Kraftsensor gemessenen Kraft.
  • Stand der Technik
  • Beim Verschweissen einer Materialbahn mit Ultraschall müssen die Prozessparameter, wie die im Spalt auf die Materialbahn wirkende Kraft bzw. der Druck, die Werkzeugtemperatur und die Geschwindigkeit der Materialbahn, in einem engen Rahmen garantiert werden. Besonders beim Schweissen von sehr dünnen Folien bewirken dabei bereits kleinste Änderungen der Foliendicke oder der Breite des sich auch durch thermische Einflüsse verstellenden Spaltes grosse Kraftunterschiede und damit starke Prozessparameterschwankungen.
  • Aus der DE 44 39 284 A1 ist eine Vorrichtung zum Ultraschallschweissen einer Materialbahn bekannt, bei der der Schweissspalt über einen Piezoaktuator verstellt werden kann. Mit einem Piezoaktuator kann zwar das Spaltmass hochgenau verstellt werden, allerdings nur in einem kleinen Verstellbereich.
  • Die DE 195 26 354 C1 offenbart eine Vorrichtung zum Ultraschallschweissen einer Materialbahn. Der Abstand der Sonotrode zum Gegenwerkzeug wird mit einem Sensor gemessen. Über das Sensorsignal wird die Spaltbreite konstant gehalten. Bei schwankender Materialstärke ändert sich der Siegeldruck jedoch sehr stark.
  • Bei der aus der EP 0 920 977 A1 bekannten Ultraschallschweissvorrichtung wird zur Einstellung des Spaltes ein Kraftsensor eingesetzt, d. h. der Siegeldruck wird konstant gehalten. Dabei wird jedoch nicht berücksichtigt, dass der Siegeldruck bei sich durch den Betrieb erwärmendem Werkzeug reduziert werden muss. Zur Verstellung des Spaltmasses dient ein mit einem Kniehebelsystem verbundener Schrittmotor. Damit ergibt sich ein grosser Verstellbereich, aber keine hohe Genauigkeit und Dynamik, so dass dieses Verfahren für dünne und wenig kompressible Materialbahnen, bei denen sich der Druck bei minimalen Dickenschwankungen sehr schnell ändert, ungeeignet ist. Um die eingebrachte Energiemenge dynamisch zu beeinflussen, kann bei diesem System nur der Ultraschallgenerator geregelt werden, was jedoch durch die starken Schwankungen des Anpressdruckes zu unbefriedigenden Ergebnissen führt.
  • Weiter kann bei einer Kraftmessung nicht erkannt werden wenn Störungen vorliegen, z. B. gar kein Packstoff vorhanden ist oder die Materialbahn aus dem Zentrum läuft und im Siegelbereich nicht mehr vollständig überlappt. Bei einer Kraftmessung würde in diesem Fall der Spalt einfach ganz oder teilweise geschlossen werden, ohne dass die unvollständige Siegelung erkannt wird.
  • Zur Einstellung des Spaltmasses wird in allen vorgenannten Fällen die Sonotrode bewegt.
  • Darstellung der Erfindung
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die auch empfindliche Materialien in hochdynamischen Prozessen bei gleich bleibender Siegelqualität verarbeiten kann. Dabei soll der Siegeldruck in Abhängigkeit von der Werkzeugtemperatur und der Verarbeitungsgeschwindigkeit eingestellt und schnell nachgeregelt werden können. Zudem soll die Vorrichtung die Verarbeitung einer grossen Bandbreite von Materialdicken gewährleisten und einen schnellen Wechsel der unterschiedlichen Packstoffe ermöglichen. Das System soll wenig anfällig auf Störungen sein und insbesondere fehlerhafte Betriebszustände sicher erkennen und eine hohe Prozesssicherheit gewährleisten können.
  • Zur erfindungsgemässen Lösung der Aufgabe führt, dass der Kraftsensor und ein zur Feinverstellung des Spaltmasses als Verstelleinrichtung dienender Piezoaktuator mit dem Amboss wirkverbunden sind.
  • Bei einer zur Grobverstellung des Spaltmasses bevorzugten Ausführung sind der Kraftsensor, der Piezoaktuator und der Amboss auf einem relativ zur Sonotrode mittels eines Elektromotors über ein Getriebe verschiebbaren Bauteil, insbesondere auf einem Schlitten, angeordnet, wobei für eine schnelle Verstellung ein Keilgetriebe vorgesehen ist.
  • Bei einer konstruktiv einfachen und kompakten Bauweise ist der Amboss auf dem Bauteil bzw. auf dem Schlitten als Hebel um eine Schwenkachse drehbar angelenkt, wobei der Piezoaktuator über einen an einem Hebelarm angeordneten Anschlag mit einer am zweiten Hebelarm angeordneten, einer Anschlagfläche der Sonotrode unter Bildung des Spaltes gegenüberstehenden Gegenanschlagfläche wirkverbunden ist.
  • Die Ultraschallschwingeinheit mit der Sonotrode ist ortsfest an einem Maschinenständer festgelegt und der Amboss ist relativ zur Sonotrode bewegbar.
  • Zur Ermittlung des Spaltmasses sind zwei Wegsensoren zur Ermittlung der Position des Amboss und der Sonotrode im Spaltbereich ortsfest am Maschinenständer angeordnet. Dieses Wegmesssystem kann auch anstelle eines Temperaturfühlers zur Erfassung der Werkzeugtemperatur zur Erfassung der aktuellen Wärmeausdehnung der Werkzeuge herangezogen werden, indem beispielsweise die Ausdehnung der Sonotrode gemessen wird.
  • Das vorgeschlagene System mit der erfindungsgemässen Vorrichtung erfasst neben der Prozessgeschwindigkeit, d. h. der Geschwindigkeit, mit der die Materialbahn den Schweissspalt durchläuft, sowohl den Siegeldruck als auch die Spaltgrösse. Das System ist steif ausgeführt. Die Spaltverstellung wird über eine mechanische Grobeinstellung und eine zusätzliche schnelle und präzise Feineinstellung, welche schnell genug ist, um als Stellgrösse des Regelkreises zu dienen, realisiert. Durch die dynamische Feineinstellung des Spaltmasses mittels eines Piezoaktuators kann der Energieeintrag direkt durch die Regelung des Spaltmasses und nicht ausschliesslich durch den Ultraschallgenerator geregelt werden und der Siegeldruck auch bei schnell schwankenden Foliendicken im Bereich des Sollwertes gehalten werden. Durch die Verstellung des Amboss zur Spalteinstellung müssen, anders als bei der Verstellung der Sonotrode in Vorrichtungen nach dem Stand der Technik, der Ultraschallgenerator und die Zuleitungen nicht bewegt werden, und die Position der Sonotrode bleibt als Referenzpunkt des Systems unverändert. Das System kann mit Temperaturfühlern ergänzt werden. Alternativ kann die Temperatur durch die vom Wegmesssystem gemessene Ausdehnung der Sonotrode bestimmt werden.
  • Für die Regelung des Spaltmasses werden neben dem Siegeldruck der Spaltabstand und die gemessene oder durch die Längenausdehnung der Werkzeuge ermittelte Temperatur herangezogen. Dabei wird die eingebrachte Ultraschallenergie bei steigender Werkzeugtemperatur reduziert. Weiter wird die Prozessgeschwindigkeit insofern berücksichtigt, als bei steigender Prozessgeschwindigkeit auch mehr Energie eingebracht werden muss. Weiter wird der Spaltabstand sowie der Siegeldruck bzw. die Kraft auf Plausibilität geprüft, um z. B. gerissene Materialbahnen, Fremdkörper oder ein mechanisches Verklemmen der Spaltverstellung erkennen zu können.
  • Wird bei einem Wechsel des zu verschweissenden Packstoffmaterials ein Wechsel des Amboss erforderlich, wird der Siegeldruck ebenfalls auf die neuen Sollwerte angepasst. Dabei wird die in der Sonotrode noch vorhandene thermische Energie berücksichtigt, während der neue Amboss zunächst kalt ist. Nach einer Aufwärmzeit beider Werkzeuge sinkt der Siegeldruck wiederum auf den u. a. auch geschwindigkeitsabhängigen Sollwert bei warmem Werkzeug.
  • Zu den Vorteilen des vorgeschlagenen Systems mit der erfindungsgemässen Vorrichtung gehören u. a.
    • – Gleichbleibende Siegelergebnisse unabhängig von Prozessgeschwindigkeit und Werkzeugtemperatur
    • – Nach Material- und Ambosswechseln kann sofort mit gleich bleibender Siegelqualität weiter produziert werden
    • – Schnelle, dynamische Regelung der eingebrachten Energiemenge durch Regelung des Siegeldruckes mittels des Piezoaktuators
    • – Durch Kenntnis des Siegeldruckes und des Spaltabstandes können eine Plausibilitätsprüfung durchgeführt und Störungen, wie z. B. ein Verklemmen der Schliessmechanik, fehlende Materialbahn oder falsche Anzahl Materiallagen, z. B. wegen fehlender Überlappung im Siegelbereich, falsches Material, falsche Materialdicke u. s. w. erkannt werden
    • – Einbezug der Werkzeugtemperatur bei der Generierung der Sollwerte
    • – Mittels des Wegmesssystems kann auch die Ausdehnung des Werkzeuges und damit die Werkzeugtemperatur ermittelt werden
    • – Grosser Verstellbereich, für unterschiedliche Materialdicken etc., durch zusätzliche mechanische Grobeinstellung.
    • – Sonotrode und Ultraschallgenerator müssen zur Spaltverstellung nicht bewegt werden. Damit kann die Sonotrode als gleich bleibender Referenzpunkt dienen, falls für verschiedene Packstoffe unterschiedliche Ambossformen eingesetzt werden müssen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt schematisch in
  • 1: eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Vorrichtung zum Ultraschallschweissen einer Materialbahn.
  • Beschreibung von Ausführungsbeispielen
  • Eine in 1 gezeigte Vorrichtung 10 zum Ultraschallschweissen einer Materialbahn 12 weist eine ortsfest an einem in der Zeichnung aus Gründen einer besseren Übersicht nicht dargestellten Maschinenständer festgelegte Ultraschallschwingeinheit 14 mit einer Sonotrode 16 auf. Die im dargestellten Beispiel ebene Anschlagfläche 18 der Sonotrode 16 steht einer ebenen Gegenanschlagfläche 20 eines als Gegenwerkzeug dienenden Amboss 22 parallel gegenüber. Die Anschlagfläche 18 der Sonotrode 16 und die Gegenanschlagfläche 20 des Amboss 22 begrenzen einen Schweissspalt 24 mit einem Spaltmass B. Durch den Schweissspalt 24 wird die zu schweissende Materialbahn 12, die auch mehrere Lagen umfassen kann, zur Ausführung des Schweissvorganges hindurchgeführt.
  • Der Amboss 22 ist auf einem auf einer ortsfest am Maschinenständer festgelegten Schiene 28 in einer senkrecht zur Anschlagfläche 18 der Sonotrode 16 und zur Gegenanschlagfläche 20 des Amboss 22 liegenden Verschiebungsachse x verfahrbaren Schlitten 26 montiert und auf dem Schlitten 26 um eine senkrecht zur Verschiebungsachse x stehende Schwenkachse y drehbar gelagert. Der als Hebel mit der Schwenkachse y als Drehachse dienende Amboss 22 weist an einem Hebelarm die Gegenanschlagfläche 20 zur Anschlagfläche 18 der Sonotrode 16 und am anderen Hebelarm einen Anschlag 30 für ein Ende eines in Richtung der Verschiebungsachse x des Schlittens 26 wirkenden Piezoaktuators 32 auf. Das zweite Ende des Piezoaktuators 32 stützt sich auf einem Ende eines in gleicher Achsrichtung x wirkenden Kraftsensors 34 ab, der seinerseits einer Basis 36 des Schlittens 26 fest anliegt.
  • In dem der Sonotrode 16 gegenüberliegenden Bereich des Amboss 22 ist ein aus zwei ortsfest mit dem Maschinenständer verbundenen Wegsensoren 38, 40 bestehendes Wegmesssystem angeordnet. Ein erster, senkrecht auf die Anschlagfläche 18 der Sonotrode 16 gerichteter Wegsensor 38 misst die Position der Anschlagfläche 18. Der zweite Wegsensor 40 ist auf eine parallel zur Gegenanschlagfläche 20 des Amboss 22 liegende Messfläche 42 gerichtet, misst demzufolge die Position der Messfläche 42 und damit indirekt die Position der Gegenanschlagfläche 20. Die Differenz der mit den Wegsensoren 38, 40 ermittelten Positionen der Anschlagfläche 18 der Sonotrode 16 und der Gegenanschlagfläche 20 des Amboss 22 ergibt das Spaltmass B des Schweissspaltes 24. Dieses Wegmesssystem kann auch zur Erfassung der aktuellen Wärmeausdehnung der Werkzeuge, z. B. der Sonotrode 16, herangezogen werden, falls kein Temperaturfühler zur Erfassung der Werkzeugtemperatur eingesetzt wird.
  • Der Schlitten 26 mit dem Amboss 22 ist über ein mittels eines Motors 46, beispielsweise eines Schritt- oder Servomotors, angetriebenes Keilgetriebe 44 in Achsrichtung x verschiebbar. Eine Verschiebung des Schlittens 26 hat eine entsprechende Veränderung des Spaltmasses B zur Folge. Das Keilgetriebe 44 dient somit der mechanischen Grobeinstellung des Spaltmasses B auf unterschiedliche Dicken von zu bearbeitenden Materialbahnen 12.
  • Die Feineinstellung des Spaltmasses B zur Aufrechterhaltung eines konstanten, durch die Anschlagfläche 18 und die Gegenanschlagfläche 20 auf die Materialbahn 12 beim Durchlaufen des Schweissspaltes 24 ausgeübten Siegeldrucks erfolgt durch Messung einer durch eine Hebelwirkung vom Amboss 22 auf den Kraftsensor 34 übertragenen, dem aktuellen Siegeldruck entsprechenden Kraft. Dieser Messwert wird an eine Steuereinrichtung 48 übermittelt, die bei Abweichung zu einem vorgegebenen Sollwert ein entsprechendes Steuersignal an den Piezoaktuator 32 sendet, der über den Anschlag 30 durch die Hebelwirkung des Amboss 22 zu einer entsprechenden Änderung des Spaltmasses B und damit zur gewünschten Anpassung des aktuellen Siegeldrucks an den vorgegebenen Sollwert führt. Aus Gründen einer besseren Übersicht ist in der Zeichnung die Verdrahtung der Mess- und Verstelleinrichtungen mit der Steuereinrichtung 48 weggelassen.
  • Durch die dynamische Feineinstellung des Spaltmasses B mittels des Piezoaktuators 32 lässt sich der Energieeintrag in die Materialbahn 12 direkt durch die Regelung des Spaltmasses B und nicht ausschliesslich durch den Ultraschallgenerator steuern, und der Siegeldruck wird so auch bei schnell schwankenden Materialbahndicken im Bereich des Sollwerts gehalten.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 4439284 A1 [0003]
    • - DE 19526354 C1 [0004]
    • - EP 0920977 A1 [0005]

Claims (7)

  1. Vorrichtung zum Schweissen einer Materialbahn (12), mit einer eine Sonotrode (16) aufweisenden Ultraschallschwingeinheit (14) und einem mit der Sonotrode (16) einen Spalt (24) für die Materialbahn (12) bildenden Amboss (22), mit einem Kraftsensor (34) zur Messung der im Spalt (24) durch die Sonotrode (16) und den Amboss (22) auf die Materialbahn (12) einwirkenden Kraft, mit einer Verstelleinrichtung (32) zur Verstellung des Spaltmasses (B) und mit einer Steuereinrichtung (48) zum Betätigen der Verstelleinrichtung (32) in Abhängigkeit von der vom Kraftsensor (34) gemessenen Kraft, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftsensor (34) und ein zur Feinverstellung des Spaltmasses (B) als Verstelleinrichtung dienender Piezoaktuator (32) mit dem Amboss (22) wirkverbunden sind.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftsensor (34), der Piezoaktuator (32) und der Amboss (22) zur Grobverstellung des Spaltmasses (B) auf einem relativ zur Sonotrode (16) mittels eines Elektromotors (46) über ein Getriebe (44) verschiebbaren Bauteil (26) angeordnet sind.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftsensor (34), der Piezoaktuator (32) und der Amboss (22) auf einem Schlitten (26) angeordnet sind.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verschiebung des Bauteils bzw. des Schlittens (26) ein Keilgetriebe (44) angeordnet ist.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Amboss (22) auf dem Bauteil bzw. auf dem Schlitten (26) als Hebel um eine Schwenkachse (y) drehbar angelenkt ist, wobei der Piezoaktuator (32) über einen an einem Hebelarm angeordneten Anschlag (30) mit einer am zweiten Hebelarm angeordneten, einer Anschlagfläche (18) der Sonotrode (16) unter Bildung des Spaltes (24) gegenüberstehenden Gegenanschlagfläche (20) wirkverbunden ist.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallschwingeinheit (14) mit der Sonotrode (16) ortsfest an einem Maschinenständer festgelegt und der Amboss (22) relativ zur Sonotrode (16) bewegbar ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des Spaltmasses (B) zwei Wegsensoren (38, 40) zur Ermittlung der Position des Amboss (22) und der Sonotrode (16) im Spaltbereich ortsfest am Maschinenständer angeordnet sind.
DE102008004880A 2008-01-17 2008-01-17 Vorrichtung zum Schweissen einer Materialbahn Ceased DE102008004880A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008004880A DE102008004880A1 (de) 2008-01-17 2008-01-17 Vorrichtung zum Schweissen einer Materialbahn
PCT/EP2008/066111 WO2009089955A1 (de) 2008-01-17 2008-11-25 Vorrichtung zum schweissen einer materialbahn

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008004880A DE102008004880A1 (de) 2008-01-17 2008-01-17 Vorrichtung zum Schweissen einer Materialbahn

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102008004880A1 true DE102008004880A1 (de) 2009-07-23

Family

ID=40328673

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102008004880A Ceased DE102008004880A1 (de) 2008-01-17 2008-01-17 Vorrichtung zum Schweissen einer Materialbahn

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102008004880A1 (de)
WO (1) WO2009089955A1 (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011092445A1 (fr) * 2010-02-01 2011-08-04 Hamon Thermal Europe (France) Dispositif de soudage par ultrasons, notamment pour le soudage d'un empilement de feuilles alvéolées
DE102015101524A1 (de) * 2015-02-03 2016-08-18 Infineon Technologies Ag Kraftmessung und -regelung bei US-basierenden Prozessen
DE102021124530A1 (de) 2021-09-22 2023-03-23 Sig Technology Ag Vorrichtung zum Ultraschallverschweißen von Verbundmaterial

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4439284A1 (de) 1994-10-19 1996-04-25 Walter Herrmann Ultraschalltec Vorrichtung und Verfahren zum fortlaufenden Ultraschallbearbeiten einer Materialbahn
DE19526354C1 (de) 1995-07-19 1997-01-16 Schober Werkzeug & Maschbau Vorrichtung zum Bearbeiten einer Materialbahn
EP0920977A1 (de) 1997-12-04 1999-06-09 Herrmann Ultraschalltechnik GmbH & Co. KG Vorrichtung zum Bearbeiten einer Materialbahn
DE10052576A1 (de) * 2000-10-23 2002-05-29 Klemm Siebdruckmaschinen Gmbh Rollstanze und Verfahren zum Stanzen von Papier- und Folienbahnen
EP1447204A1 (de) * 2003-02-12 2004-08-18 Telsonic Holding AG Vorrichtung und Verfahren zum Bearbeiten von Bauteilen
DE10318485A1 (de) * 2003-04-16 2004-11-25 Dr. Hielscher Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Verschweißen oder Verkleben mit einer Ultraschall-Sonotrode

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE461145B (sv) * 1988-05-19 1990-01-15 Plm Ab Saett och anordning foer taet tillslutning av behaallare

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4439284A1 (de) 1994-10-19 1996-04-25 Walter Herrmann Ultraschalltec Vorrichtung und Verfahren zum fortlaufenden Ultraschallbearbeiten einer Materialbahn
DE19526354C1 (de) 1995-07-19 1997-01-16 Schober Werkzeug & Maschbau Vorrichtung zum Bearbeiten einer Materialbahn
EP0920977A1 (de) 1997-12-04 1999-06-09 Herrmann Ultraschalltechnik GmbH & Co. KG Vorrichtung zum Bearbeiten einer Materialbahn
DE10052576A1 (de) * 2000-10-23 2002-05-29 Klemm Siebdruckmaschinen Gmbh Rollstanze und Verfahren zum Stanzen von Papier- und Folienbahnen
EP1447204A1 (de) * 2003-02-12 2004-08-18 Telsonic Holding AG Vorrichtung und Verfahren zum Bearbeiten von Bauteilen
DE10318485A1 (de) * 2003-04-16 2004-11-25 Dr. Hielscher Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Verschweißen oder Verkleben mit einer Ultraschall-Sonotrode

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011092445A1 (fr) * 2010-02-01 2011-08-04 Hamon Thermal Europe (France) Dispositif de soudage par ultrasons, notamment pour le soudage d'un empilement de feuilles alvéolées
FR2955796A1 (fr) * 2010-02-01 2011-08-05 Hamon Thermal Europ France Dispositif de soudage par ultrasons, notamment pour le soudage d'un empilement de feuilles alveolees
DE102015101524A1 (de) * 2015-02-03 2016-08-18 Infineon Technologies Ag Kraftmessung und -regelung bei US-basierenden Prozessen
DE102021124530A1 (de) 2021-09-22 2023-03-23 Sig Technology Ag Vorrichtung zum Ultraschallverschweißen von Verbundmaterial

Also Published As

Publication number Publication date
WO2009089955A1 (de) 2009-07-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2424724B1 (de) Ultraschallsiegelvorrichtung und verfahren zum versiegeln von materialbahnen
EP2416941B1 (de) Vorrichtung und verfahren zum bearbeiten eines packstoffs mittels ultraschall
DE3241897C2 (de) Widerstandspunktschweißgerät
AT508237B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur bestimmung der rheologischen eigenschaften von mediumsproben
EP0920977B1 (de) Vorrichtung zum Bearbeiten einer Materialbahn
EP2077938A1 (de) ULTRASCHALLSCHWEIßVORRICHTUNG SOWIE VERPACKUNGSMASCHINE MIT ULTRASCHALLSCHWEIßVORRICHTUNG
EP1140474B1 (de) Verfahren zum konstanthalten der mittleren spaltbreite zwischen einer sonotrode eines ultraschall-systems und einem als gegenfläche ausgebildeten werkzeug einer ultraschall-schneideinrichtung
DE4230882C2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Durchführung eines Schweißvorganges bei thermoplastischen Materialbahnen
DE69708519T2 (de) Punktschweissvorrichtung und ein Verfahren zur Kontrolle der Vorrichtung
DE4321874A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Steuern und Regeln von Prozeßparametern beim Ultraschallschweißen
DE102008004880A1 (de) Vorrichtung zum Schweissen einer Materialbahn
DE19954310B4 (de) Verfahren zum schnellen Regeln von Ziehvorgängen in Pressen und hierzu geeignete Ziehpresse
EP1582285B1 (de) Verfahren zum elektrischen Widerstandsschweissen sowie zur Beurteilung der Qualität einer Schweissverbindung
DE4026711A1 (de) Kunststoffschweissanlage
DE10247438B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Schweißen von Werkstücken
EP3609687B1 (de) Verfahren zum intermittierenden ultraschallbearbeiten einer materialbahn
WO2019238587A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur herstellung einer umreifung
DE10009174A1 (de) Ultraschall-Bearbeitungsvorrichtung und Ultraschall-Bearbeitungsverfahren
DE10144731A1 (de) Schweißzange sowie Verfahren zur Beurteilung der Qualität einer Schweißverbindung
DE102008035347B4 (de) Heizkeilschweißgerät mit automatischer Anpressdruckkontrolle
EP1447204A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Bearbeiten von Bauteilen
EP3854509B1 (de) Vorrichtung für eine schweisssteuerung und verfahren zur erzeugung von kraftwerten bei der steuerung eines schweisswerkzeugs
DE10258059B4 (de) Verfahren zum Steuern einer Werkzeug-Anpreßkraft bei Fügevorrichtungen
DE102016214506A1 (de) Verfahren zum Verbinden wenigstens zweier Bauteile, Gegenhalter, Stanznietvorrichtung und Fertigungseinrichtung
DE102017214025B4 (de) Spannwerkzeug zum Zusammenspannen von mittels Laserschweißen zu verschweißenden Blechen und dazugehöriges Verfahren

Legal Events

Date Code Title Description
OM8 Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law
R012 Request for examination validly filed
R012 Request for examination validly filed

Effective date: 20140926

R002 Refusal decision in examination/registration proceedings
R003 Refusal decision now final