DE69123222T2

DE69123222T2 - Ultrasonisches Schneidverfahren

Info

Publication number: DE69123222T2
Application number: DE69123222T
Authority: DE
Inventors: Jehu R Bell; James E Brown; Gene E Dodson; Gary W Harter; Dean W Hazelton
Original assignee: GEN TIRE Inc; General Tire Inc
Current assignee: GEN TIRE Inc; General Tire Inc
Priority date: 1990-10-31
Filing date: 1991-09-27
Publication date: 1997-04-30
Anticipated expiration: 2011-09-28
Also published as: CA2049659A1; JPH04300199A; EP0483973B1; MX9101849A; CA2049659C; US5265508A; EP0483973A3; DE69123222D1; EP0483973A2; JP2622447B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Ultraschallschweißvorrichtung für Bahn- bzw. Lagermaterial (stock material) und insbesondere auf eine Ultraschallschneidvorrichtung für die Verwendung eines Messerblattes, welches dafür ausgelegt ist, Bahnmaterial für Reifen unter einem kleinen Winkel mit Ultraschall zu schneiden. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren für das Ultraschallschneiden von Bahnmaterial.
Ein Reifen weist typischerweise verschiedene Arten von Lagen auf, einschließlich beispielsweise einer inneren Lage. Diese Lagen können aus einer langen Bahn aus Gummivorratsmaterial gebildet werden, indem das Vorratsmaterial auf passende Längen abgeschnitten wird und die Endabschnitte zusammengefaltet werden, um eine im wesentlichen ringförmige Form zu bilden, die dafür ausgelegt ist, Teil einer Reifenkarkasse zu werden. Die beiden Endabschnitte des Bahnmaterials überlappen typischerweise um einen kleinen Betrag und können miteinander verbunden werden, beispielsweise durch klebendes Verbinden oder durch Zusammen-"heften" der Endabschnitte unter Druck. Die Überlappung der Lagenenden führt dazu, daß ein begrenzter Umfangsabschnitt dieser Lagen ein geringes radiales Übermaß hat, welches mit bekannten Schneidtechniken nicht vermieden werden kann.
Zur Zeit wird das Bahnmaterial, wenn eine ausreichende Länge des Bahnmaterials für das Schneiden vorbereitet worden ist, auf einem Verarbeitungstisch gehaltert und das Blatt bzw. Messer wird in das Material hineingedrückt. Das Messer wird quer über die Breite des Bahnmatenais hinwegbewegt, um das Bahnmaterial in der gewünschten Materiallänge abzuschneiden. Das Vorrats- bzw. Bahnmaterial wird typischerweise aus Produkten auf der Basis von Gummi hergestellt, die flexibel und bei Berührung "klebrig" sind. Wenn das Bahnmaterial mit einem konventionellen Messer geschnitten wird, hat das Material die Tendenz, sich zu bewegen oder zu vibrieren, während das Messer das Material durchfährt, und vergrößert dadurch die Schneidzeit und vermindert die Schnittqualität. Darüberhinaus muß das Messer das Bahnmaterial unter einem Winkel schneiden, der im wesentlichen senkrecht zu dem Verarbeitungstisch verläuft, oder aber das Bahnmaterial hat die Tendenz, sich vor dem Messer zusammenzuschieben bzw. aufzuwerfen. Der rechte Winkel des Schnittes führt zu einer Schneidkante, die einen verminderten Oberflächenbereich hat, was es schwierig macht, die geschnittenen Flächen bei dem Reifenherstellungsvorgang miteinander zu verbinden. Demzufolge ist es notwendig, die Endabschnitte der Lage um einen kleinen Betrag einander überlappen zu lassen und sie unter Druck mit Klebemittel zu verbinden oder zusammenzuheften. Andere Schneidtechniken sind allgemein bekannt, sind jedoch bisher nicht erfolgreich auf das Schneiden von Bahnmateriai ("stock material") angewendet worden. Beispielsweise ist das Ultraschallschneiden für das Schneiden von Textilmaterial verwendet worden, wie es in dem US- Patent Nr.4,711,693 dargestellt wird. Dieses Patent zeigt einen Amboß, der ein längliches, im wesentlichen rechteckiges Gehäuse aufweist, in welchem ein Kolben für eine Bewegung relativ zu dem Gehäuse angeordnet ist. Der Amboß weist ein Schlitzwerkzeug auf, welches von dem Kolben vorbewegt wird. Das Textilmaterial wird durch den Spalt zwischen dem Schlitzwerkzeug und einem Ultraschallhorn zugeführt. Das Ultraschallhorn führt eine Vibrationsbewegung aus, um das dagegen gehaltene textile Material zu schneiden.
Die EP-A-0.324.1 99 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung für das Ultraschallschneiden von Bahnmaterial. Die Vorrichtung weist Einrichtungen auf, um das Bahnmaterial zeitweise durch Kleben an einem Amboß zu befestigen, sowie einen Schlittenaufbau, der quer über die Breite des Ambosses hinweg bewegbar ist, und ein an dem Schlitten montiertes Ultraschallschneidwerkzeug, welches ein daran gekoppeltes Schneidmesser hat, wobei das Messer in der Lage ist, unter Ansprechen auf die in Längsrichtung hindurchlaufende Ultraschallenergie in Resonanz zu kommen. Die Anordnung ist derart, daß dann, wenn der Schlittenaufbau sich quer über den Amboß hinweg bewegt, das Messer durch die Oberseite des Bahnmaterials hindurch und quer darüber hinweg schneidet. Das Messer kann unter einem Winkel zwischen 10 und 90º bezüglich des Bahnmaterials angeordnet werden.
Die EP-A-0.240.972, EP-A-0.284.761 und die US-A-4,516,451 offenbaren Reifen, die unter Verwendung bekannter Schneidverfahren unter geringen Winkeln geschnitten worden sind.
Darüberhinaus ist es bekannt, daß Versuche unternommen worden sind, das Seitenwandmaterial von Reifen mit einem konventionellen Schneidmesser unter Winkeln bis herab zu 23º bezüglich der Horizontalen zu schneiden und dann die geschnittenen Enden mit einer schrägen Überlappungsverbindung miteinander zu verbinden. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß eine Schrägflächenüberlappungsverbindung von 23º oder mehr in einer Seitenwand ohne zusätzliche Kleber oder Klebstoffe nicht gut haftet und unter normalen Betriebsbedingungen für Reifen aufgetrennt werden kann.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Ultraschallschneidvorrichtung für Bahnmaterial bereitgestellt, welche einen Amboß hat, Einrichtungen, um das Bahnmaterial zeitweise an dem Amboß zu befestigen, einen Schlittenaufbau, der über die Breite des Ambosses hinwegbewegbar ist, ein Ultraschallschneidwerkzeug, welches an dem Schlitten montiert ist, wobei das Schneidwerkzeug ein mechanisch mit diesem gekoppeltes Messer hat, wobei das Messer unter Ansprechen auf Ultraschallenergie, welche in Längsrichtung hindurchläuft, in Resonanz kommt,
wobei das Ultraschallschneidwerkzeug bezüglich des Ambosses derart montiert ist, daß sich das Messer für Bahnmaterial unter 0,49 cm Dicke unter einem Winkel von 5 - 10º zur Horizontalen erstreckt, oder für ein Bahnmaterial von einer Dicke, die größer ist als 0,49 cm unter einem solchen Winkel erstreckt, daß die geschnittene Oberfläche des Bahnmaterials eine Breite zwischen etwa 1,00 cm und etwa 2,88 cm hat, und wobei das Messer, wenn der Schlittenaufbau sich quer über den Amboß hinwegbewegt, durch das Bahnmaterial hindurch und quer darüber hinweg schneidet,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Vorrichtung eine Einrichtung aufweist, die relativ zu dem Amboß gleiffähig und in der Lage ist, mit dem Bahnmaterial, welches an einer Stelle hinter dem Messer angeordnet ist, in Eingriff zu treten, um das Bahnmaterial von dem Amboß zu trennen, nachdem das Messer das Bahnmaterial geschnitten hat.
Die Erfindung bezieht sich also auf ein Ultraschallschneidsystem, welches ein Messer hat, das dafür ausgelegt ist, Bahnmaterial mit Hilfe von Ultraschall unter einem kleinen bzw. flachen Winkel zu schneiden. Eine bevorzugte Ausführungsform eines Ultraschallschneidsystems gemäß der Erfindung weist einen Verarbeitungstisch, einen Schlittenaufbau, der dafür ausgelegt ist, sich in Querrichtung über die Breite des Verarbeitungstisches hinweg zu bewegen, und ein Ultraschallschneidwerkzeug auf, welches an dem Schlittenaufbau montiert ist.
Der Verarbeitungstisch hat einen integrierten Amboß Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Amboß zwei parallele Streifen aus Kunststoff oder Lexan-(eingetragene Marke)-Material auf, welches auf einem Träger oder Basisteil montiert ist.
Die parallelen Streifen erstrecken sich über die Breite des Ambosses und definieren einen Führungskanal dazwischen, um gleitbar einen Teil des Schlittenaufbaues aufzunehmen und zu führen.
Der Schlittenaufbau der bevorzugten Ausführungsform der Ultraschallschneidvorrichtung ist dafür ausgelegt, sich in Querrichtung über den Amboß auf zwei stationären, parallelen Stangen zu bewegen, die oberhalb des Ambosses angeordnet sind. Die Stangen sind jeweils in Lagerblöcken aufgenommen und laufen durch diese hindurch, welche Teil des Hauptschlittenkörpers des Schlittenaufbaues sind.
Der Schlittenaufbau gemäß der bevorzugten Ausführungsform weist außerdem einen Satz von Rollen auf, die an den abgelegenen bzw. entfernten Enden von Armen montiert sind, welche sich nach unten von dem Schlittenkorpus bzw. Schlittenhauptteil erstrecken. Der Satz von Rollen weist eine erste und eine zweite Rolle auf, wobei die zweite Rolle unterhalb des Messers und der ersten Rolle angeordnet ist. Die Rollen sind dafür ausgelegt, vor dem Messer herzulaufen, wenn der Schlitten das Bahnmaterial überquert, wobei die erste Rolle der zweiten Rolle vorangeht. Die beiden Rollen bringen einen vorbestimmten Betrag eines abwärts gerichteten Druckes auf das Bahnmaterial auf, um das Bahnmaterial abnehmbar mit dem darunter angeordneten Amboß zu verbinden oder "anzuheften".
In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Ultraschallschneidvorrichtung auf dem Schlitten derart montiert, daß das Messer sich unter einem kleinen Winkel, vorzugsweise unter einem Winkel von etwa 5º - 10º, bezüglich der Horizontalen erstreckt. Das Messer ist außerdem nach vorn gegenüber dem Schlittenaufbau unter einem Winkel von etwa 15º relativ zu einer senkrechten oder quer durch den Schlittenaufbau verlaufenden Ebene versetzt. Der kleine Winkel des Messers erzeugt einen schrägen Schnitt, der eine Breite zwischen etwa 1 cm und 2,88 cm hat. Wenn das Messer mit dem Bahnmaterial in Kontakt gebracht wird, so schneidet das sich hinund herbewegende Messer sauber durch das Material hindurch.
Der Schlittenaufbau kann weiterhin einen im wesentlichen L-förmigen Schuh aufweisen, der sich von diesem nach unten erstreckt. Der Schuh läuft hinter dem Messer her, wenn der Schlitten sich über den Amboß hinwegbewegt und ist dafür ausgelegt, den geschnittenen Teil des Bahnmaterials anzuheben und von dem Amboß abzunehmen. Der Bodenabschnitt des Schuhs weist einen sich nach unten erstreckenden Führungsvorsprung auf, der gleitbar in dem Führungskanal des Ambosses aufgenommen ist, um die Ausrichtung des Schlittenaufbaues mit dem Amboß und dem Verarbeitungstisch aufrecht zu erhalten.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Schlittenaufbau eine Ultraschallschneidvorrichtung auf, die einen Wandler und ein Schneidmesser bzw. eine Messerklinge hat. Der Wandler und das Messer sind zur Seite des Schlittenhauptteiles hin montiert und erstrecken sich unter einem Winkel von diesem nach unten. Die Schneidvorrichtung ist ein Teil des Schlittenaufbaues und bewegt sich gemeinsam mit diesem, während er das Bahnmaterial überquert. Der Wandler erzeugt Ultraschallenergie, die auf das Messer bzw. die Klinge aufgebracht wird, um Kompressionswellen in axialer Richtung in diesem zu erzeugen.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Ultraschallschneiden von Bahnmaterial bereitgestellt, welches die Schritte aufweist:
Zeitweises Befestigen des Bahnmaterials an einem Amboß,
mechanisches Verbinden eines Schneidmessers mit einem Ultraschallwandler, um ein Ultraschallschneidwerkzeug zu bilden,
Montieren des Ultraschallschneidwerkzeuges an einem Schlittenaufbau,
In-Resonanz-Bringen des Messers mit Ultraschallenergie, die in Längsrichtung durch dieses hindurchläuft,
Bewegen des Schlittenaufbaues quer über die Breite des Bahnmaterials hinweg, und
Schneiden des Bahnmaterials mit dem Messer, während der Schlittenaufbau sich quer über die Breite des Bahnmaterials hinwegbewegt,
wobei der Schritt des Schneidens des Bahnmaterials mit einem Messer das Schneiden des Bahnmaterials unter einem Winkel von 5 - 10º relativ zur Horizontalen aufweist, und zwar für ein Bahnmaterial unter 0,49 cm Dicke, oder für ein Bahnmaterial mit einer Dicke von mehr als 0,49 cm unter einem Winkel derart, daß die geschnittene Fläche des Bahnmaterials eine Breite zwischen etwa 1,00 cm und 2,88 cm hat,
gekennzeichnet durch das Einschließen des Schrittes, daß eine Einrichtung, die relativ zu dem Amboß gleitbar ist, mit dem Bahnmaterial, welches an einer Stelle hinter dem Messer angeordnet ist, in Eingriff gebracht wird, um das Bahnmaterial von dem Amboß zu trennen, nachdem das Messer das Bahnmaterial durchschnitten hat.
Vorzugsweise weist der Schritt des Schneidens des Bahnmaterials mit einem Messer das Schneiden des Bahnmaterials unter einem Versatzwinkel von etwa 0 - 15º relativ zu einer Achse senkrecht zu dem Amboß auf.
Zweckmäßigerweise weist das Verfahren den weiteren Schritt des Dämpfens von vertikalen Oszillationen des Messers auf.
Durch Bereitstellen eines Ultraschallschneidsystems, welches Ultraschallenergie verwendet, um Bahnmaterial zu schneiden, kann ein Schnitt des Bahnmaterials mit einem kleinen Winkel erreicht werden. Der Schnitt unter einem kleinen Winkel führt zu einer Schneidkante, die einen vergrößerten und "klebrigen" Oberflächenbereich hat, der das Verbinden der geschnittenen Fläche des Bahnmaterials über eine Schrägflächenverbindung ohne die Verwendung zusätzlicher Klebstoffe oder Haftmittel ermöglicht. Die Schrägflächenüberlappungsverbindung stellt eine im wesentlichen nahtiose Verbindung des Bahnmaterials dar und beseitigt das radiale Übermaß entlang der Naht bzw. des Saumes. Darüberhinaus verbessert die Schrägflächenüberlappungsverbindung das Gleichgewicht (die Massenverteilung) des Reifens und vermindert sowohl radiale Kräfte auf die Verbindung als auch die Reifenaushärtzeit. Zusätzlich vermindert die Materialersparnis durch Beseitigung der Überlappung der Enden der Lage die Gesamtkosten für den Reifen.
Es folgt jetzt eine Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung anhand von Beispielen, wobei Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen genommen wird, von denen:
Figur 1 eine perspektivische Ansicht des Ultraschallschneidsystems schräg von oben von der stromaufwärtigen Seite her ist, welches gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, wobei das Bahnmaterial und ein Stangenhalterungsaufbau zum Zwecke der Klarheit der Darstellung fortgelassen sind,
Figur 1A eine Querschnittsseitenansicht der Überlappungsverbindung eines Reifens nach dem Stand der Technik ist,
Figur 1B eine Querschnittsseitenansicht der Quetschungsschnittverbindung eines Reifens nach dem Stand der Technik ist,
Figur 1C eine seitliche perspektivische Querschnittsansicht der durch die vorliegende Erfindung bereitgestellten Schrägflächenüberlappungsverbindung mit kleinem Winkel ist,
Figur 2 eine seitliche, von der Strornaufwärtsseite gesehene, perspektivische Ansicht des Ultraschallschneidsystems ist,
Figur 3 eine ebene Ansicht des Schuhs des Schlittenaufbaus ist, entlang einer Ebene 3-3 in Figur 2,
Figur 4 eine Seitenansicht des Schuhs entsprechend der Ebene 4-4 in Figur 3 ist,
Figur 5 eine perspektivische Schrägansicht stromabwärts von dem Ultraschallschneidsystern ist,
Figur 6 eine perspektivische Schrägansicht stromabwärts von dem Schneideinsatz ähnlich Figur 5, jedoch gegenüber dieser vergrößert, ist, welche das Messer zeigt, welches mit Ultraschall das Bahnmaterial schneidet,
Figur 7 eine perspektivische Schrägansicht stromabwärts von dem Ultraschallschneidsystem unter einem anderen Winkel ist, welche das Messer zeigt, welches mit Ultraschall das Bahnmaterial schneidet,
Figur 8A eine Draufsicht auf die Schneidvorrichtung des Ultraschallschneidsystems ist, wobei der Wandler und ein Aufhängungsaufbau gestrichelt eingezeichnet sind,
Figur 8B teilweise im Schnitt eine detaillierte Seitenansicht der Schneidvorrichtung ist, ähnlich wie Figur 8a, jedoch gegenüber dieser vergrößert, wobei das Gehäuse zum Zwecke der Klarheit entfernt ist,
Figur 8C eine stirnseitige Draufsicht auf die Schneidvorrichtung entsprechend der Ebene 8C-8C in Figur 8B ist,
Figur 9 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform mit einem alternativen Amboß ist,
Figur 10 eine Stirnansicht des Ambosses gemäß Figur 9 ist, welche die Einzelheiten der Abstreifstange für das Bahnmaterial zeigt,
Figur 11 eine seitliche perspektivische Ansicht einer zusätzlichen Ausführungsform des Ultraschallschneidsystems von der stromaufwärtigen Seite her ist,
Figur 12 eine perspektivische Schrägansicht stromabwärts vorn dem Ultraschallschneidsystem nach Figur 11 ist,
Figur 13 eine perspektivische Schrägansicht stromabwärts von dem Ultraschallschneidsystem nach Figur 12 ist, wobei Teile zum Zwecke der Klarheit entfernt sind und wobei ein Messerstabilisierungsaufbau hinzugefügt ist, und
Figur 14 eine schematische Ansicht des Trennteiles des Schnellverbindungssystems für das Schneidwerkzeug ist.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Ultraschallschneidsystem, welches allgemein mit 1 bezeichnet ist und welches ein unter Ultraschallenergie gesetztes Messer hat, welches dafür ausgelegt ist, Bahnmaterial unter einem kleinen Winkel zu schneiden. Wie in den Figuren 1, 2 und 5 gezeigt wird, weist ein Ultraschallschneidsystem 1 gemäß der vorliegenden Erfindung einen Verarbeitungstisch auf, der allgemein mit 2 bezeichnet ist, einen Schlittenaufbau, der dafür ausgelegt ist, sich quer über die Breite des Verarbeitungstisches hinweg zu bewegen, und der allgemein mit 3 bezeichnet ist, sowie ein Ultraschallschneidwerkzeug, welches an dem Schlittenaufbau montiert ist und allgemein mit 4 bezeichnet ist.
Der Verarbeitungstisch 2 des Schneidsystems befindet sich normalerweise in einer Verarbeitungsstraße für Bahnmaterial. Der Verarbeitungstisch 2 trägt das Bahnmaterial, wie es von einer Bahnmaterialzufuhr durch die Schneidstation zugeführt wird. An der Schneidstation wird das Bahnmaterial in Abschnitte geschnitten, die dann zu einer Reifenlage für den Einbau in einen grünen (frischen) Reifen geformt werden, während dieser aufgebaut wird.
Wie in Figur 1 dargestellt, weist der Verarbeitungstisch 2 einen Zuführtisch 6 und einen Amboß auf, der allgemein mit 7 bezeichnet wird, und welche mit ihren Stirnseiten zueinander montiert sind. In einer Ausführungsform weist der Amboß 7 eine Basis 8, einen vorderen Streifen 9 und einen hinteren Streifen 10 aus Kunststoff oder Lexan-(eingetragene Marke)-Material auf. Die parallelen Streifen 9, 10 erstrecken sich über die Breite des Basisteiles 8 und sind an der Oberseite des Basisteiles 8 mit Schrauben oder anderen konventionellen Mitteln befestigt. Die parallelen Streifen erstrecken sich quer über den Amboß 7 nahe aneinander, so daß sie dazwischen einen Führungskanal bilden, wie er bei 12 dargestellt ist. Die oberen Flächen der Streifen 9 und 10 liegen vorzugsweise in einer gemeinsamen Ebene mit der oberen Fläche des Zuführtisches 6.
Der Zuführtisch 6 kann eine Transporteinrichtung für das automatische Vorbewegen von Bahnmaterial 13 zu dem Amboß an der Schneidstation aufweisen. Das Bahnmaterial 13 wird in Längsrichtung des Pfeiles 14 vorbewegt, wobei der Begriff "stromaufwärts" die linke Seite der Schneidstation bedeutet und der Begriff "stromabwärts" die rechte Seite der Schneidstation bedeutet, wie man sie in Figur 1 sieht. Das Bahnmaterial 13 stromabwärts von der Schneidstation kann von einer drehbaren Welle 15 gehaltert werden, wie in Figur 7 dargestellt, oder durch einen stromabwärtigen Ablauf- bzw. Auslauftisch (nicht dargestellt). Die Welle 15 oder der Ablauftisch bilden einen Teil des gesamten Verarbeitungstisches.
Wie am besten in Figur 5 dargestellt ist, ist der Schlittenaufbau 3 des Ultraschallschneidsystems dafür ausgelegt, sich quer über den Amboß auf zwei parallelen und sich in Querrichtung erstreckenden Stangen 17 und 18 zu bewegen, die oberhalb des Tisches angeordnet sind. Die Stangen verlaufen jeweils durch Lagerblöcke 19 und 20 auf dem Schlittenaufbau. Die Lagerblöcke enthalten Lager, um zu ermöglichen, daß der Schlittenaufbau 3 sich wahlweise bzw. gezielt entlang der Stangen 17, 18 quer über die Breite des Bahnmaterials 13 hinwegbewegt. Die seitliche Bewegung des Schlittenaufbaues entlang der Stangen wird durch einen konventionellen Motor gesteuert, wie zum Beispiel einen (nicht dargestellten) Servomotor, der entweder an dem Tisch oder in der Nähe des Tisches oder an dem Schlittenaufbau montiert sein kann.
Der Schlittenaufbau 3 weist weiterhin einen Schlittenhauptteil 22 auf, wie am besten in Figur 5 dargestellt ist. Der Schlittenhauptteil 22 erstreckt sich in Querrrichtung zwischen Lagerblöcken 19 und 20 und ist fest an deren Boden angebracht.
Ein sich vertikal erstreckendes Hängeteil 23 ist mit dem stromaufwärtigen Ende des Schlittenhauptteiles 22 verbunden und erstreckt sich von diesem nach unten. Eine Trägerplatte 24 ist an dem Boden bzw. unteren Ende des Hängeteiles 23 befestigt und erstreckt sich von diesem in horizontaler Richtung nach außen. Die Trägerplatte 24 kann wahlweise in Querrichtung relativ zu dem Hängeteil 23 eingestellt werden. Zu diesem Zweck, und wie es am besten in Figur 5 dargestellt ist, hat das Hängeteil längliche Schlitze 26, die jeweils Bolzen 27 auf der Trägerplatte aufnehmen, um die gezielte Einstellung der Trägerplatte 24 relativ zu dem Hängeteil 23 in Querrichtung zu ermöglichen. Muttern 25 an Bolzen 27 können wahlweise nach unten gegen das sich vertikal erstreckende Hängeteil 23 angezogen werden, um die Trägerplatte 24 in der ausgewählten Querposition relativ zu dem sich vertikal erstreckenden Hängeteil 23 zu sichern.
Wie in Figur 2 dargestellt ist, hat die Trägerplatte 24 einen Rollenträgerflansch 29, der an dem strornaufwärtigen Ende derselben befestigt ist. Der sich vertikal erstreckende Flansch 29 kann in Querrichtung relativ zu der Trägerplatte 24 justiert sein. Zu diesem Zweck sind beabstandete Bolzen 31 an dem stromaufwärtigen Ende der Trägerplatte 24 in einem horizontal verlaufendenu länglichen Schlitz 32 in dem oberen Ende des Flansches 29 aufgenommen. Muttern 30 auf Bolzen 31 können wahlweise nach unten gegen das Stützteil 33 angezogen werden, um den Rollenträgerflansch 29 in der ausgewählten Querposition relativ zu der Trägerplatte 24 zu befestigen.
Der Trägerflansch 29 hat eine erste Welle 35 für die Rolle, die am unteren Ende desselben montiert ist. Die Rollenwelle 35 erstreckt sich durch ein Befestigungsloch in dem Trägerflansch 29 und ist daran gesichert, um die Rollenwelle 35 oberhalb des Streifens 10 des Ambosses 7 und parallel zu diesem zu montieren. Eine erste, relativ breite Rolle 36 ist drehbar auf der Welle 35 montiert. Die Rolle 36 hat vorzugsweise eine Anzahl von sich nach außen erstreckenden Rippen, die sich in Umfangsrichtung um die Rolle herum erstrecken. Die erste Rolle 36 übt einen Druck auf das Bahnmaterial 13 aus, welches zwischen der ersten Rolle 36 und dem Amboß 7 angeordnet ist, wie im einzelnen noch im folgenden beschrieben werden wird.
Wie in Figur 1 dargestellt, hat die Trägerplatte 24 eine Mehrzahl von Gewindelöchern 37, die sich durch die Trägerplatte 24 hindurch erstrecken, um wahlweise eine Gewindewelle 38 in der ausgewählten Position relativ zu dem Amboß aufzunehmen. Die Höhe der Welle kann nach oben oder unten relativ zu der Trägerplatte 24 eingestellt werden, indem die Welle in der einen oder anderen Richtung gedreht wird. Wie in Figur 2 dargestellt, hat das untere Ende der Welle 38 ein daran montiertes Joch 39, welches sich von dort nach unten erstreckt. Das Joch 39 schließt zwei parallele und sich nach unten erstreckende Arme 40, 41 ein. Eine zweite Rollenwelle 42 erstreckt sich zwischen den sich nach unten erstreckenden Armen 40, 41 und ist daran befestigt. Die Rollenwelle 42 liegt oberhalb des Streifens 10 des Ambosses 7 und parallel zu diesem. Eine zweite, relativ schmale Rolle 43 ist drehbar auf der zweiten Rollenwelle 42 montiert. Die zweite Rolle 43 übt einen konzentrierten, nach unten gerichteten Druck auf das Bahnmaterial 13 aus, welches zwischen der zweiten Rolle 43 und dem Arnboßstreifen 10 angeordnet ist, wie im folgenden noch genauer beschrieben wird.
Die Rollen 36, 43 können zusätzlich eine Federvorspannung aufweisen, um den nach unten gerichteten Druck auf das Bahnmaterial zu erhöhen. Beispielsweise kann, wenn das Joch gleitbar auf der Welle 38 montiert ist, eine Feder 44 zwischen dem Joch 39 und der Trägerplatte 24 eingesetzt werden, um die Rolle 43 nach unten in Richtung auf den Amboß vorzuspannen. Die Feder 44 ist dafür ausgelegt, einen vorbestimmten, nach unten gerichteten Druck auf den Amboß 7 aufrecht zu erhalten, jedoch nachgiebig genug, um zu ermöglichen, daß das Joch angehoben wird, um das Bahnmaterial zwischen der zweiten Rolle 43 und dem Amboß einzuführen.
Wie in Figur 1 dargestellt, sind die Rollen 36 und 43 um eine vorbestimmte Distanz voneinander beabstandet, wobei jede Rolle eine Kante hat, die mit der Innenkante des hinteren Streifens 10 des Ambosses 7 auf der Seite, die dem Schlittenführungskanal 12 am nächsten liegt, ausgerichtet ist. Der Schlittenaufbau 3 bewegt sich in Querrichtung über den Amboß 7, wobei jede Rolle 36, 43 dafür ausgelegt ist, über den Streifen 10 hinweg zu rollen, wobei die Innenkanten der Rollen mit der Innenkante des Streifens 10 ausgerichtet sind. Die Rollen befinden sich in einer derartigen Position auf dem Schlittenaufbau, daß die erste Rolle 36 dafür ausgelegt ist, das anfängliche, allgemeine Anheften des Bahnmaterials 13 bereitzustellen, während die zweite Rolle 43 dafür ausgelegt ist, eine lokalisierte bzw. örtlich begrenzte Anheftung bzw. Anpressung des Bahnmaterials 13 bereitzustellen, unmittelbar vor einem Messer 46 an dem Ultraschallschneidwerkzeug 4.
Die ersten und zweiten Rollen stellen einen ausreichenden nach unten gerichteten Druck auf das Bahnmaterial 13 bereit, um das Material vorübergehend mit dem Amboß 7 zu verbinden bzw. an diesem "anzuheften" bzw anzukleben. Das Bahnmaterial 13 wird typischerweise aus Produkten auf der Basis von Erdöl hergestellt, die "klebrig" oder bei Berührung "anhaftend" sind und können daher zeitweise per Adhäsion mit einer Oberfläche verbunden werden. Das adhäsive Anheften des Bahn materials unmittelbar vor dem Messer erlaubt es, daß das Messer 46 das Bahnmaterial unter einem kleinen Winkel durchquert, ohne daß sich das Material bewegt oder vibriert. Darüberhinaus kann, nachdem das Messer 46 das Bahnmaterial 13 durchquert hat, das Material einfach von dem Verarbeitungstisch entfernt werden, indem es einfach "abgeschält" wird.
Wie in Figur 8A dargestellt ist, hat das Messer 46 scharfe Kanten und ist mechanisch mit einem Wandler verbunden, der allgemein mit 47 bezeichnet ist, und zwar innerhalb eines Gehäuses 48. Der Wandler 47, das Messer 46 und das Gehäuse 48 bilden in zusammenwirkender Weise gemeinsam ein Ultraschallschneidwerkzeug 4, welches zu der Seite des Schlittenaufbaues 3 hin montiert ist. Das Schneidwerkzeug bewegt sich gemeinsam mit dem Schlittenaufbau 3, während es das Bahnmaterial durchquert bzw. überquert.
Der Wandler 47 besteht aus einem Kristallstapel, der allgemein mit 50 bezeichnet ist und einem Horn 51, die über einen Schraubbolzen (nicht dargestellt) miteinander verbunden sind. Der Stapel 50 und das Horn 51 sind in dem Wandlergehäuse 48 mit Hilfe eines Aufhängungsaufbaues montiert, welcher allgemein mit 53 bezeichnet ist und welcher das Gehäuse von der Ultraschallenergle isoliert. Wie im einzelnen in Figur 8B dargestellt ist, weist der Aufhängungsaufbau 53 beispielsweise einen äußeren Ring 54, einen inneren Ring 52 und zwei O-Ringe 45 auf, die zwischen dem inneren Ring und den gegenüberliegenden Seiten des Flansches 51a an dem Horn angeordnet sind. Der äußere Ring hat vier Gewindebohrungen 65A (Figur 8C), die um 90º voneinander beabstandet sind. Die vier Gewindebohrungen 65A sind jeweils in radialer Ausrichtung mit vier in Umfangsrichtung beabstandeten Bohrungen 65B in dem inneren Ring 52 und mit vier in Umfangsrichtung beabstandeten Bohrungen 65C in dem Horn 51.
Wie in Figur 80 dargestellt ist, erstrecken sich vier Stifte, die allgemein mit 66 bezeichnet und um 90º voneinander beabstandet sind, radial einwärts in die miteinander ausgerichteten Bohrungen 65A-C von dem äußeren Ring 54 in das Horn 51. Die Stifte 66 haben Gewindeköpfe 66A an ihren radial äußeren Enden, um zu ermöglichen, daß die Stifte durch die Gewindeverbindung zwischen den Köpfen 66A und den Gewindebohrungen 65A in ihrer Position gehalten werden. Diese Gewindeverbindung der Stifte sichert den Aufhängungsaufbau 53 an dem Horn 51 und verhindert, daß das Horn 51 sich mit dem Aufhängungsaufbau 53 dreht.
Die äußeren Enden der Köpfe 66A der Stifte 66 sind innerhalb der Grenzen der Bohrungen 65A aufgenommen, um bei der Vermeidung des Verlustes von Ultraschallenergie durch die Stifte an den Aufbau 53 zu helfen. Weiterhin ist der Aufhängungsaufbau 53 in einer Position entlang des Wandlers 47 angeordnet, welche einem Ultraschallenergieknotenpunkt entspricht, so daß nur ein minimaler Energiebetrag durch Übertragung durch den Aufhängungsaufbau 53 verloren geht.
Das Horn 51 des Wandlers 47 erstreckt sich von seiner Ankopplung an den Stapel nach vorn und verjüngt sich nach unten zu einem vorderen Halsende, der in Figur 8A bei 55 dargestellt ist, wobei ein Teil desselben von dem Wandlergehäuse vorsteht. Ein Halter 55a ist mechanisch mit dem Halsende bzw. verjüngten Ende 55 über einen (nicht dargestellten) Schraubbolzen verbunden. Der Halter 55a hat eine Sacklochbohrung (nicht dargestellt) in dem vorderen Ende, welches dafür ausgelegt ist, das hintere Ende des Messers 46 aufzunehmen. Das Messer 46 ist mechanisch in die Sacklochbohrung mit konventionellen Verfahren eingelötet. Der Kristallstapel 50 wird durch einen Satz von piezo-elektrischen Kristallen mit Ultraschall erregt, die allgemein bei 56 dargestellt sind und die am Ende des Kristallstapels 50 angeordnet und mit diesem durch einen Druckbolzen 56a mechanisch gekoppelt sind. Die Kristalle 56 sind typischerweise aus PZT8-Material gebildet. Der Kristallstapel 50 besteht aus dem kommerziell erhältlichen Typ, wie zum Beispiel demjenigen, der von Branson Ultrasonics erhältlich ist.
In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Kristalle 56 mit Rechteckwellen erregt und sind dafür ausgelegt, Oszillationen im Bereich von 40 Khz in dem Kristallstapel hervorzurufen. Die Oszillationen erzeugen Ultraschallkompressionsenergiewellen in axialer Richtung nach unten in den Kristallstapel 50, das Horn 51 und den Halter 55a und anschließend herab in das Messer 46. Das Horn 51 kann abgestimmt werden, so daß die Ultraschallenergie stehende Wellen entlang des Messers 46 erzeugt, die ein Maximum in der Nähe desjenigen Punktes haben, mit welchem das Messer in das Bahnmaterial 13 eintreten soll. Dementsprechend schneidet das oszillierende Messer, wenn das Messer 46 mit dem Bahnmaterial in Berührung kommt, sauber durch das Material hindurch.
Wie in Figur 6 dargestellt, ist das Ultraschallschneidwerkzeug 4 über einen Träger 57 fest an dem Schlittenaufbau 3 montiert. Der Träger 57 hat eine Manschette, die sich in Umfangsrichtung um das Gehäuse des Wandlers herum erstreckt und dieses trägt. Das Ultraschallwerkzeug 4 ist an dem Schlittenaufbau 3 so montiert, daß sich das Messer 46 unter einem kleinen Winkel nach außen von dem Horn 51 erstreckt (Figur 8), vorzugsweise unter einem Winkel von etwa 5º bis 10º bezüglich der Horizontalen, wie es durch den Winkel A in Figur 6 wiedergegeben wird. Es hat sich herausgestellt, daß für Bahnmaterial, welches eine Dicke bis zu 0,28 cm hat, die Montage des Schneidwerkzeuges 4 an dem Schlittenaufbau 3 unter einem Winkel A von etwa 5º bis 8º einen bevorzugten Schnitt des Bahnmaterials 13 ergibt. Für Bahnmaterial mit Dicken bis zu 0,49 cm wird ein Winkel A von etwa 8º bis 10º bevorzugt. Für Bahnmaterial, welches dicker als 0,49 cm ist, sollte der Winkel A so eingestellt werden, daß die Breite der Schnittfläche des Bahnmaterials zwischen etwa 1,00 cm und 2,88 cm liegt. Zusätzlich erstreckt sich, wie am besten in Figur 3 dargestellt ist, das Messer 46 unter einem Winkel, der gegenüber einer senkrecht zu dem Amboß verlaufenden Achse um etwa 0º bis 15º versetzt ist, und vorzugsweise um einen Winkel von etwa 15º, um ein verbessertes Schneidsystem für die meisten Bahnmaterialien zu erhalten. Dieser Winkel ist in Figur 3 mit B bezeichnet.
Der kleine Winkel des Messers 46 relativ zur Horizontalen erzeugt einen abgeschrägten Schnitt, der eine Breite zwischen etwa 1,00 cm und 2,88 cm hat. Der breite Schnitt ist außerordentlich gut haftend, was es ermöglicht, den frisch geschnittenen Endabschnitt auf einen anderen geschnittenen Endabschnitt aufzubringen, um eine abgeschrägte Überlappungsverbindung mit hoher Festigkeit und ohne Endenüberlappung der Lage zu erzeugen. Die konventionelle Verbindungstechnik führt zu einem Reifen, der eine innere Lage hat, in welcher die beiden Endabschnitte einen überlappenden Bereich haben, wie es mit der Bezeichnung "C" in Figur 1A allgemein angezeigt wird, oder einen Quetsch-Schnittbereich, wie er in Figur 1B allgemein mit "D" bezeichnet ist. Der abgeschrägte Schnitt jedoch, der durch die vorliegende Erfindung bereitgestellt wird, liefert einen Reifen mit einer inneren Lage, bei welcher die beiden Abschnitte des Materials im wesentlichen nahtlos miteinander verbunden sind, um eine in Umfangsrichtung kontinuierliche Lage aus Bahnmaterial bereitzustellen, wie es allgemein mit "E" in Figur 1C angezeigt wird.
Wie in Figur 1 gezeigt wird, weist der Schlittenaufbau 3 weiterhin einen L-förmigen Schuh auf, der allgemein mit 58 bezeichnet ist, und der sich von jenem nach unten erstreckt. Der Schuh 58 ist in Querrichtung hinter dem Messer 46 montiert und läuft damit unmittelbar hinter dem Messer 46 her, wenn sich der Schlittenaufbau 3 über den Amboß 7 hinwegbewegt. Der Schuh 58 hat eine im wesentlichen keilförmige obere Fläche 59 mit nach hinten verjüngt zulaufenden und abgeschrägten Kanten 60. Die Schuhoberfläche 59 ist dafür ausgelegt, daß sie zwischen dem Bahnmaterial 13 und dem Amboß 7 gleitet und dadurch das Material anhebt und von dem Tisch trennt, wie unten noch genauer beschrieben wird.
Der Schuh 58 ist an einem Tragarm 61 montiert, der sich von der Trägerplatte 24 aus nach unten erstreckt. Ein in etwa L-förmiger Bügel 62 kann wahlweise in Längsrichtung relativ zu dem Arm 61 eingestellt werden. Zu diesem Zweck hat der Bügel 62 einen Schlitz 63 in einem seiner Schenkel, um darin den Bolzen 64 an dem Arm 61 aufzunehmen. Die Mutter 65 auf dem Bolzen 64 kann wahlweise gegen den Bügel herabgeschraubt werden, um den Bügel in der ausgewählten Längsposition relativ zu dem Arm 61 und dem Schlittenkorpus 22 zu sichern. Der Schuh 58 ist über Bolzen mit dem anderen Schenkel des Bügels 62 verbunden.
Der Bodenabschnitt 67 des Schuhs 58 bildet eine flache bzw. ebene Fläche, die dafür ausgelegt ist, auf den oberen Flächen der Streifen 9 und 10 auf dem Amboß 7 zu gleiten. Wie in den Figuren 3 und 4 dargestellt ist, weist der Bodenabschnitt 67 des Schuhs 58 einen in etwa in der Mitte positionierten Führungsvorsprung 68 auf, der fest an jenem angebracht ist und sich von diesem nach unten erstreckt. Der Vorsprung 68 wird für eine Gleitbewegung in dem Führungskanal 12 aufgenommen, der in dem Amboß 7 definiert ist. Der Führungsvorsprung 68, welcher in dem Führungskanal 12 gleitet, hält die Ausrichtung des Schuhs und des Schlittenaufbaues 3 bezüglich des Ambosses 7 und des Bahnmaterials 13 aufrecht.
Das vordere Ende des Führungsvorsprunges 68 hat eine daran montierte und sich nach oben erstreckende Messerstütze 69. Die Messerstütze wird vorzugsweise aus einem Teflonmaterial (eingetragene Marke) gebildet und hat eine darin ausgeformte Tasche. Wie am besten in Figur 3 dargestellt ist, ist das Messer in dem Taschenabschnitt der Messerstütze 69 aufgenommen. Sowohl das Messer 46 als auch die Messerstütze 69 sind so ausgestaltet, daß sie sich als Einheit mit dem Schlittenaufbau quer über den Verarbeitungstisch bewegen. Das Verankern des Endes des Messers 46 in der Messerstütze 69 verhindert schädigende Schwingungen des freien Endes des Messers, die zur Rißbildung oder zum Bruch führen könnten.
In der Materialverarbeitungsstraße, die in Figur 1 dargestellt ist, wird das Bahnmaterial 13 entlang des Verarbeitungstisches 2 herbeigebrachtu bis die gewünschte Menge an Material sich über den Amboß 7 und stromabwärts von diesem erstreckt. Dann wird Hochfrequenzenergie auf das Schneidwerkzeug 4 aufgebracht, um in dem Kristallstapel 50, dem Horn 51 und dem Halter 51a Ultraschallwellen zu erzeugen (Figur 8A), und demzufolge Kompressionskräfte axial entlang der Länge des Messers 46. Wie in den Figuren 5 und 7 dargestellt ist, wird der Schlittenaufbau 3 quer über das Bahnmaterial 13 hinwegbewegt, wobei die beiden Rollen 36, 43 dem Messer 46 vorangehen. Der nach unten gerichtete Druck der Rollen 36, 43 auf das Bahnmaterial 13 bewirkt, daß das Material zeitweise durch Adhäsion mit dem Amboß 7 verbunden wird, insbesondere in dem Bereich unmittelbar vor dem Messer. Wenn das Messer 46 durch das Bahnmaterial 13 hindurchtritt, erzeugt der Winkel des Messers einen schrägen Schnitt mit einer Breite von näherungsweise 1 cm von der Schnittkante aus. Der Schlittenaufbau 3 überquert das Bahnmaterial 13 bis das Messer seinen Schnitt beendet und das entgegengesetzte Ende erreicht hat. Typischerweise benötigt das Messer 46 eine längere Zeit, um die dickeren Bereiche des Bahnmaterials zu durchqueren als bei den dünneren Abschnitten des Materials.
In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, wie sie in Figur 6 dargestellt ist, hebt die obere Fläche 59 des nachlaufenden Schuhes 58, während das Messer durch das Bahnmaterial hindurchschneidet, den hinteren Abschnitt des geschnittenen Bahnmaterials 13 weg von seiner adhäsiven Verbindung mit dem Amboß 7 an. Die Oberfläche 59 und die abgeschrägte Kante 60 schält oder biegt das Material weg von dem Schnitt, wie es in Figur 6 schematisch dargestellt ist. Der vordere, geschnittene Abschnitt des Bahnmaterials 13 wird entweder manuell oder automatisch von dem Tisch entfernt und zu dem fertigen Reifen weiterverarbeitet, während der ungeschnittene Bereich des Materials 13 (strom)-abwärts über den Bearbeitungstisch bewegt wird, um für einen weiteren Schnitt positioniert zu werden.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann die Anzahl der Anheft- bzw. Andrückrollen vergrößert werden. Die zusätzlichen Rollen können sich beispielsweise von zusätzlichen Bohrungen in der Trägerplatte 24 (Figur 1) aus nach unten erstrecken und können an ausgewählten Positionen entlang des Streifens 10 des Ambosses 7 angeordnet sein. Beispielsweise kann eine Reihe von bis zu 7 Rollen verwendet werden, wobei vier der Rollen vor dem Messer angeordnet sind. Zusätzlich kann eine fünfte Rolle im wesentlichen oben auf dem Messer angeordnet sein, und sechste und siebte Rollen können hinter dem Messer angeordnet sein. Zumindest zwei der Rollen, eine vor dem Messer und eine hinter dem Messer, sind in vertikaler Richtung mit der Innenkante des hinteren Streifens des Ambosses ausgerichtet. Darüberhinaus können die beiden vordersten Rollen einwärts geneigt sein und die hinteren beiden Rollen können auswärts geneigt sein, um das Bahnmaterial während des Schneidvorganges zu strecken und die Effizienz des Schneidens weiter zu steigern.
Die Verwendung zusätzlicher Rollen vergrößert den Bereich des zeitweisen adhäsiven Verbindens des Bahnmaterials mit dem Amboß. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß durch die Verwendung von zwei Rollen 36, 43, von denen eine Rolle 43 unmittelbar vor dem Messer angeordnet ist, eine ausreichende Verbindung des Bahnmaterials mit dem Amboß erreicht wird, um den gewünschten Schnitt zu erhalten.
Weiterhin kann sowohl der vordere als auch der hintere Streifen des Ambosses 7 eine Anzahl von (nicht dargestellten) Löchern bzw. Bohrungen aufweisen, die im Abstand entlang derselben angeordnet sind und dafür ausgelegt sind, daß ein Vakuum durch sie gezogen wird. Die Löcher sind gleichmäßig über die Länge eines (oder beider) der vorderen und hinteren Streifen 9, 10 auf dem Amboß 7 beabstandet. Wenn das Bahnmaterial 13 auf den Amboß 7 aufgelegt wird, wird ein Vakuum an der Unterseite des Bahnmaterials angelegt, um das Material fest mit dem Amboß zu verbinden. Diese Verbindung durch Vakuum kann noch weiter verstärkt werden durch Klammern, um das Bahnmaterial gegen den Amboß zu drücken. Damit kann, wenn das Messer 46 quer durch das Bahnmaterial hindurchläuft, der zuvor erwähnte Schnitt an Bahnmaterial ausgeführt werden, welches sicher an dem Amboß gehalten wird.
In einer weiteren Ausführungsform, wie sie in den Figuren 9 und 10 dargestellt ist, weist der Amboß ein im wesentlichen T-förrniges Teil 72 auf, welches unmittelbar neben dem Ende des Zuführtisches 6 angeordnet ist. Das T-förmige Teil 72 ist dafür ausgelegt, daß es in vertikaler Richtung relativ zu dem Verarbeitungstisch bewegt wird bzw. bewegbar ist. Das T-förmige Teil 72 hat einen in seiner Oberseite ausgebildeten Kanal 73, der sich quer darüber hinweg erstreckt. Dieser Kanal 73 nimmt einen Plastikstreifen 74 aus Lexan (eingetragene Marke) entlang der Schneidachse auf. Alternativ kann der Kanal 73 verwendet werden als ein Führungskanal, der mit dem Vorsprung an dem Schuh des Schlittenaufbaues zusammenwirkt.
Das T-förmige Teil 72 weist einen abgestuften Schlitz 75 auf seiner oberen Oberfläche parallel zu dem Kanal 73 und in engem Abstand zu diesem auf. Der abgestufte Schlitz 75 erstreckt sich von der Nähe eines Endes des oberen Steges des Teiles 72 in die Nähe seines anderen Endes. Der Schlitz 75 verläuft vollständig durch den oberen Steg bzw. Flansch des T-förrnigen Teiles 72.
Der abgestufte Schlitz 75 nimmt eine T-förmige Abstreifstange 77 auf, wobei die Abstreifstange durch ihre Schultern gehaltert wird, die auf der Stufe des Schlitzes 75 ruhen, wie am besten in Figur 10 dargestellt ist. Stifte 78 erstrecken sich nach unten von dem Grund der Abstreifstange 77. Wenn das T-förmige Teil oder Basisteil 72 durch Kolben-Zylinderaufbauten 79 abgesenkt wird, treten die Stifte 78 mit einer festen Stoppstange 80 in Eingriff, die darunter angeordnet ist. Wenn das Basisteil 72 sich weiter absenkt, wird die Abstreifstange 77 relativ zu der oberen Fläche des Basisteils angehoben, um das darauf befindliche Bahnmaterial von dem Basisteil abzustreifen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, wie sie in Figur 11 dargestellt wird, ist ein Abstandhalter 100 mit dem stromaufwärtigen Ende des Schlittenhauptteiles 22 verbunden und erstreckt sich von diesem nach unten. Ein Hängelager 105 ist mit dem Abstandhalter 100 verbunden und erstreckt sich von diesem nach unten. Eine Trägerplatte 110 ist an der Unterseite des Hängelagers 105 befestigt und erstreckt sich von dort nach unten. Die Trägerplatte 110 kann wahlweise in Querrichtung relativ zu dem Hängelager 105 eingestellt werden. Zu diesem Zweck hat das Hängelager 105 längliche Schlitze 115, die jeweils Bolzen 117 aufnehmen, um eine gezielte Quereinstellung der Trägerplatte 110 relativ zu dem Hängelager 105 zu ermöglichen. Die Bolzen 117 haben (nicht dargestellte) Muttern, welche wahlweise gegen den Grund der Trägerplatte 110 angezogen werden können, um die sich horizontal erstreckende Trägerplatte 110 in der ausgewählten Querposition relativ zu dem Hängelager 105 zu sichern.
Zusätzlich ist, wie in Figur 11 dargestellt, ein sich horizontal und in Querrichtung erstreckender Rollenträgerflansch 120 an der oberen Fläche des Schlittenhauptteiles 22 befestigt. Der Trägerflansch 120 kann in Querrichtung relativ zu dem Schlittenhauptteil 22 eingestellt werden. Zu diesem Zweck sind Bolzen 125 in länglichen Schlitzen 127 durch den Trägerflansch 120 aufgenommen. Die Bolzen 125 können wahlweise nach unten gegen den Flansch 120 angezogen werden, um den Rollenträgerflansch 120 in der ausgewählten Querposition relativ zu dem Schlittenhauptteil 22 zu sichern.
Der Trägerflansch 120 hat einen sich nach unten erstreckenden ersten Gewindeschaft 130, der in einer Bohrung an einem Ende des Trägerflansches aufgenommen ist. Eine Mutter 135 kann auf den Gewindeschaft 130 aufgeschraubt werden und stützt sich gegen die obere Fläche des Trägerflansches 120 ab. Die Position der Mutter regelt die vertikale Position des Schaftes 130 relativ zu dem Trägerflansch 120. Der Schaft 130 erstreckt sich nach unten und hat einen Rollenhaltebügel, der allgemein mit 140 bezeichnet ist, und welcher an dem unteren Ende desselben montiert ist.
Eine Feder 145 kann auf dem Schaft 130 zwischen dem Trägerflansch 120 und dem Rollenhaltebügel 140 angeordnet sein. Die Feder 145 spannt den Rollenhaltebügel vor, und zwar in Richtung weg von dem Trägerflansch 120, um die Mutter 135 in Eingriff mit dem Trägerflansch 120 zu bringen.
Der Rollenhaltebügel 140 weist weiterhin zwei sich nach unten erstreckende, parallele Arme 147, 148 auf, wie sie in den Figuren 11 bzw. 13 dargestellt sind, die eine Rollenwelle haben, welche allgemein mit 150 bezeichnet wird und sich zwischen diesen erstreckt. Die Rollenwelle 150 erstreckt sich durch miteinander ausgerichtete Befestigungslöcher in den Armen des Rollenhaltebügels 140. Die Welle 150 ist an den entsprechenden Armen mit Hilfe von Muttern 154 befestigt, die auf die gegenüberliegenden freien Ende der Welle 150 aufgeschraubt sind. Die Welle liegt oberhalb des Streifens 110 des Ambosses 7 und parallel zu diesem. Eine breite Rolle 155 ist drehbar auf der Welle 150 montiert und liefert einen nach unten gerichteten Druck auf das Bahnmaterial.
Weiterhin wird der Rollenhaltebügel 140 in vertikaler Richtung geführt, um eine angemessene Ausrichtung mit dem Amboß 7 aufrecht zu erhalten. Zu diesem Zweck erstreckt sich ein Führungsbolzen 168a in Längsrichtung durch die Trägerplatte 110. Die äußeren Enden des Führungsbolzens sind jeweils in einem sich vertikal erstreckenden Schlitz 165 bzw. 166 in den Armen 147 oder 148 aufgenommen. Eine Unterleg- und Abstandsscheibe ist auf einem Ende des Führungsbolzens 168a zwischen dem Außenrand des sich nach unten erstreckenden Armes 148 und dem einen Kopf des Bolzens 168a aufgenommen. In ähnlicher Weise ist eine Unterleg- und Abstandsscheibe 169 auf dem anderen Ende des Bolzens 168a zwischen dem Außenrand des sich nach unten erstreckenden Armes 147 und einem zweiten Kopf des Bolzens 168A aufgenommen. Zusätzlich ist ein Abstandhalter 171 auf dem Bolzen 168a aufgenommen und erstreckt zwischen der Trägerplatte 110 und dem inneren Rand des sich nach unten erstreckenden Armes 147.
Der Führungsbolzen, die Abstandhalter und die Gleitbefestigung des Schaftes 130 an dem Trägerflansch 120 halten dadurch die vertikale Ausrichtung des Rollenhaltebügeis und damit auch die Ausrichtung bezüglich des Ambosses 7 aufrecht. Der Rollenhaltebügel 140 ist nach unten in Richtung des Ambosses 7 durch die Feder 145 vorgespannt. Die Feder ist dafür ausgelegt, einen vorbestimmten, nach unten gerichteten Druck auf den Amboß 7 aufrecht zu erhalten, dabei jedoch nachgiebig genug, um zu ermöglichen, daß der Rollenhaltebügel und damit der Schaft 130 und die Mutter 135 angehoben werden, um Bahnmaterial zwischen der Rolle und dem Amboß einzuführen.
Eine zweite Rolle 43 ist an der Trägerplatte 110 montiert und erstreckt sich von dieser nach unten. Die Konstruktion des zweiten Rollenaufbaus dieser Ausführungsform ist im wesentlichen dieselbe wie die in Verbindung mit der ersten Ausführungsform beschriebene Konstruktion.
Weiterhin ist, wie in Figur 11 dargestellt, ein L-förmiger Schuh, der allgemein mit 180 bezeichnet wird, an einem Trägerarm 185 mit Hilfe einer Platte 190 montiert (Figur 13). Der Trägerarm 185 ist in einer Nut 186 des Hängelagers 105 aufgenommen, erstreckt sich von diesem nach unten und kann in Längsrichtung relativ zu dem Hängelager 105 eingestellt werden. Die Platte 190 kann an dem Trägerarm 185 mit konventionellen Befestigungsmittels befestigt werden, wie zum Beispiel mit Hilfe von Muttern und Bolzen. Zu diesem Zweck erstrecken sich, wie in Figur 13 dargestellt, voneinander beabstandete Bolzen 192 durch Bohrungen in der Platte 190 in Gewindelöcher in dem Trägerarm 185, die damit ausgerichtet sind.
In ähnlicher Weise kann der Schuh 180 an der Unterseite der Platte 190 montiert werden. Zu diesem Zweck hat die Platte 190 eine Mehrzahl von länglichen Schlitzen 194, die durch sie hindurch verlaufen. Bolzen 193 verlaufen durch die Schlitze 194 in Gewindebohrungen in dem vertikalen Arm des Schuhs 180. Die Schlitze 194 ermöglichen es, daß der Schuh in vertikaler Richtung relativ zu der Platte 190 eingestellt wird. Diese vertikale Justierung kann durch einen exzentrischen Justiermechanismus innerhalb enger Grenzen eingestellt bzw. gesteuert werden.
Der exzentrische Einstell- bzw. Justiermechanismus weist eine elliptische Antriebswelle 195 auf, die sich durch eine Übermaßbohrung in der Platte 190 in eine kreisförmige Öffnung 198 in dem vertikalen Schenkel des Schuhs 180 erstreckt. Wenn die elliptische Antriebswelle gedreht wird, tritt ihre Oberfläche nach Art eines Nockens mit der Öffnung 198 in Eingriff, um den Schuh 180 anzuheben oder abzusenken. Wenn eine geeignete Schuhposition erreicht ist (vorzugsweise unter Vorsehen eines Spiels von näherungsweise 0,08 mm (3/1000 Zoll) zwischen der Unterseite des Schuhs und dem Amboß), so wird der Schuh festgezogen.
Zu diesem Zweck hat die elliptische Antriebswelle 195 einen Gewindeschaft 196 an ihrem stromabwärtigen Ende. Eine Unterlegscheibe 197 ist auf dem Schaft 196 angeordnet. Zur Fixierung wird die Unterlegscheibe mit Hilfe von Muttern 199 gegen die Platte 190 gezogen. Die Bolzen 193 werden dann gegen die Platte festgezogen, um die starre Befestigung des Schuhs 180 an der Platte 190 in ihrer ausgewählten vertikalen Position zu vervollständigen.
Der Schuh 180 weist einen Bodenabschnitt auf, der allgemein mit 200 bezeichnet ist und in Figur 11 dargestellt ist. Dieser Schuh ist im wesentiichen in seiner Ausgestaltung und Funktion derselbe wie der Bodenabschnit 67 des Schuhs 58 in der oben beschriebenen ersten Ausführungsform Insbesondere weist der Bodenabschnitt 200 des Schuhs 180 eine keilförmige Oberfläche 59, eine Messerstütze 69 und einen Führungsvorsprung 68 auf, der sich dazwischen erstreckt und damit verbunden ist. Der Bodenabschnitt hat einen daran angebrachten Rollenaufbau 205. Der Rollenaufbau 205 umfaßt vorzugsweise und zum Beispiel drei Rollen 205a, 205b, 205c, die in einer Klammer 207 montiert sind. Die Rollen 205a - 205c erstrecken sich in einer gemeinsamen Ebene entlang der Seite des Bodenabschnittes 200 des Schuh es 180. Die Rollen haben mit zunehmender Nähe zu der keilförmigen Fläche 59 einen zunehmenden Durchmesser. Jede Rolle hat eine sich durch sie hindurch erstreckende Achse, die drehbar in gegenüberliegenden Seiten der Klammer 207 befestigt ist. Die Klammer 207 ist ihrerseits an der Seite des Bodenabschnittes 200 angebracht.
Die drei Rollen sind dafür ausgelegt, das Entfernen des Bahnmaterials von seiner adhäsiven Verbindung mit dem Amboß zu erleichtern. Das Bahnmaterial hat die Tendenz, lösbar an den Rollen zu haften und sich demzufolge während der Drehung der Rollen auf die Rollen und auf den Schuh aufzuschieben. Durch Vergrößern des Durchmessers der Rollen und indem man die obere Fläche der Rolle 205c oberhalb der vorderen Kante der keilförmigen Abstreiffläche läßt, wird das Material 13 leicht durch den zwischen dem Amboß und dem Material hindurchtretenden Schuh abgenommen.
Zusätzlich kann, wie in Figur 13 dargestellt ist, ein Messerstabilisierungsaufbau, der allgemein mit 209 bezeichnet ist und der einen federbelasteten Teflonknopf 210 hat, in den Schlittenaufbau eingeschlossen sein, um die Möglichkeit bzw. Wahrscheinlichkeit des Reißens oder Brechens des Messers minimal zu machen. Der Teflonknopf 210 ist dafür ausgelegt, mit der oberen Fläche des Messers 46 in Eingriff zu treten, um potentiell schädliche vertikale Vibrationen des Messers zu dämpfen. Der Teflonknopf 210 erstreckt sich durch eine Bohrung in dem Bügel 215 und ist daran befestigt, wie bei 217 dargestellt. Der Bügel 215 ist schwenkbar mit dem Halter 219 verbunden, welcher seinerseits mit Hilfe von Bolzen 220 lösbar an dem Schuh 180 angebracht ist. Der Halter 219 umfaßt ein sich nach außen erstreckendes Zungenteil 225. Der Bügel 215 hat ein Joch mit zwei Armen 226, 227, die sich entlang von gegenüberliegenden Seiten des Zungenteiles 225 erstrecken. Die Arme 226, 227 sind schwenkbar mit dem sich nach außen erstreckenden Zungenteil 225 verbunden, und zwar über einen sich horizontal erstreckenden Schwenkbolzen bzw. -zapfen 230. Der Bolzen bzw. Zapfen 230 ist in einem ersten Satz von zusammenwirkenden und miteinander ausgerichteten Bohrungen in den Armen 226, 227 und dem Teil 225 aufgenommen.
Zusätzlich ist ein zweiter Satz von zusammenwirkenden Bohrungen in den Armen 226, 227 und dem Teil 225 vorgesehen, um die horizontale Ausrichtung des Bügels 215 bezüglich des Ambosses aufrecht zu erhalten, und um einen vorbestimmten, nach unten gerichteten Druck auf das Messer aufrecht zu erhalten. Zu diesem Zweck ist ein Keilstift bzw. Splint 232 dafür ausgelegt, in dem zweiten Satz von Bohrungen aufgenommen zu werden, wenn der Bügel 215 und das Teil 225 in horizontaler Richtung ausgerichtet sind. Wenn der Keilstift 232 in den zweiten Satz von Bohrungen eingesetzt wird, halten der Bolzen 230 und der Stift 232 die horizontale Ausrichtung des Bügels 215 mit dem Teil 225 und damit auch bezüglich des Ambosses 7 aufrecht. Der Stift 232 ist dafür ausgelegt, entfernt zu werden, damit der Bügel 215 um den Schwenkbolzen 230 verschwenkt werden kann. Der Knopf 210 kann also von seinem Eingriff mit dem Messer 46 weggeschwenkt werden, um eine Reparatur des Messers oder des Teflonknopfes zu ermöglichen.Dementsprechend ist, wenn der Keilstift 232 in den zweiten Satz von Bohrungen in den Armen 226, 227 und dem Teil 225 eingesetzt ist, der federbelastete Teflonknopf 210 dafür ausgelegt, mit dem Messer 46 in Kontakt zu treten und die vertikalen Vibrationen des oszillierenden Messers zu begrenzen, um dadurch die Genauigkeit des Schnittes zu steigern. Darüberhinaus erhöht der Knopf 210 die Lebensdauer des Messers, indem Vibrationen minimal gemacht werden, die Metallermüdung verursachen können.
Zusätzlich kann, wie in Figur 12 dargestellt ist, das Ultraschallschneidsystem ein Schnellverbindungssystern aufweisen, welches allgemein mit 240 bezeichnet ist, wobei ein fehlerhafter Wandler schnell ausgetauscht werden kann oder ein arbeitsfähiger Wandler exakt auf einen gewünschten Winkel an einer Position getrennt von dem Schneidsystem justiert werden und dann schnell an seinem Platz an dem Schlittenhauptteil 22 eingesetzt werden kann. Wie in Figur 14 dargestellt, umfaßt das Schnellverbindungssystem ein Trennteil, das allgemein mit 245 bezeichnet ist. Das Trennteil 245 weist eine Platte 246, einen Knopf 247 und Schäfte 249, 251 auf. Der Knopf 247 erstreckt sich nach außen von der Vorderseite der Platte 246 und wird verwendet, um einen Gewindebolzen auf der anderen Seite der Platte 246 zu drehen. Die Schäfte 249, 251 sind an der Rückseite der Platte 246 mit Bolzen 248 angebracht und erstrecken sich von dieser nach außen.
Bei dem Schnellverbindungssystem wird ein modifizierter Träger 255, der im wesentlichen die Form eines Doppel-T-Trägers hat, mit Bolzen 260 an dem Schlittenhauptteil 22 befestigt und erstreckt sich von diesem nach unten. Weiterhin wird ein Befestigungsflansch 261 mit Bolzen 262 an dem unteren Flansch des modifizierten Trägers 255 befestigt. Der Befestigungsflansch 261 erstreckt sich nach unten von dem Träger 255. Der Befestigungsflansch 261 weist eine umgekehrte Nut auf, die allgemein mit 263 bezeichnet ist und die sich entlang der Länge des Flansches erstreckt. Die Nut 263 ist dafür ausgelegt, eine Zunge 264 an der Trägermanschette 265 aufzunehmen.
Für die Halterung des Wandlers an dem Schlittenhauptteil ist das Wandlergehäuse 48 in die Manschette 265 eingepaßt bzw. in dieser montiert und die Zunge 264 der Manschette 265 ist in der Nut in dem Flansch 261 aufgenommen. Der Knopf 247 wird gedreht, um den Gewindebolzen in eine Gewindebohrung in dem Befestigungsflansch 261 hinein zu bewegen, um die Platte 246 an dem Befestigungsflansch 261 in einer montierten Position zu halten. In einer solchen Position sind die Schäfte 249, 251 des Trennteiles 245 in zusammenwirkenden Bohrungen in dem Befestigungsflansch 261 und der Zunge 264 aufgenommen, um dadurch das Wandlergehäuse zu haltern.Das Trennteil 245 kann von dem Flansch 261 entfernt werden durch das umgekehrte Drehen des Knopfes 247, um die Schäfte 249, 251 aus den miteinander ausgerichteten Bohrungen in der Zunge und dem Befestigungsteil zu entfernen. Sobald das Trennteil 245 entfernt ist, kann die Manschette 265 von dem Schlitten abgenommen werden und eine neue Manschette und ein Wandler können angebracht werden. Dementsprechend ermöglicht das Trennteil 245 den schnellen Wechsel von Wandlern für die Verwendung in dem Ultraschallschneidsystem.
Durch Bereitstellen eines Ultraschallschneidsystems, welches Ultraschallenergie verwendet, um Bahnmaterial zu schneiden, kann ein Schnitt des Bahnmaterials unter einem kleinen Winkel erzielt werden. Wenn das Bahnmaterial durch Adhäsion mit dem Amboß verbunden ist, durchläuft das Messer das Material, ohne daß das Material sich bewegt oder vibriert und vermindert damit die Schneiddauer und verbessert die Qualität des Schnittes. Weiterhin kann das Material unter einem kleinen Winkel geschnitten werden, um den Oberflächenbereich des Schnittbereiches zu vergrößern und um zu ermöglichen, daß die geschnittene Fläche im wesentlichen ohne Naht eine Schrägflächenüberlappungsverbindung mit der Schnittfläche am anderen Ende des Bahnmaterials bei dem Reifenaufbauvorgang erhält. Darüberhinaus vermindert die im wesentlichen nahtlose Verbindung die radialen Kräfte auf die Verbindung, verbessert das Gleichgewicht bzw. die Gewichtsverteilung des Reifens und verringert die Reifenaushärtzeit. Zusätzlich vermindern die Materialersparnisse durch Beseitigung der Überlappung der Lagenenden die Gesamtkosten für den Reifen.

Claims

1. Ultraschallschneidvorrichtung (1) für Lager- bzw. Bahnmaterial, mit einem Amboß (7), Einrichtungen (36, 43), um das Bahnmaterial (13) zeitweise an dem Amboß zu sichern, einem Laufwagenaufbau (3), der quer über die Breite des Amboßes hinweg bewegbar ist, ein Ultraschallschneidwerkzeug (4) welches an dem Laufwagen montiert ist, wobei das Schneidwerkzeug ein mechanisch angekoppeltes Messer (46) hat, wobei das Messer unter Absprechen auf Ultraschallenergie, welche in Längsrichtung durch das Messer hindurchläuft, mitschwingt,

wobei das Ultraschallschneidwerkzeug (4) bezüglich des Ambosses (7) derart montiert ist, daß sich das Messer (46) für Lager- bzw. Bahnmaterial unter 0,49 cm Dicke unter einem Winkel von 5 - 10 º bezüglich der Horizontalen erstreckt oder, für Lager- bzw. Bahnmaterial mit einer Dicke von mehr als 0,49 cm, unter einem solchen Winkel erstreckt, daß die Schneidfläche des Bahnmaterials eine Breite zwischen etwa 1,00 und etwa 2,88 cm hat, und

wobei dann, wenn der Laufwagenaufbahn (3) quer über den Amboß hinwegläuft, das Messer (6) quer durch das Lager- bzw. Bahn material (13) hindurchschneidet,

dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine Einrichtung (58) aufweist, die relativ zu dem Amboß gleitbar und in der Lage ist, mit dem Bahnmaterial, welches an einer Stelle hinter dem Messer (46) angeordnet ist, in Eingriff zu treten, um das Bahnmaterial (13) von dem Amboß (7) zu trennen, nach dem das Messer das Bahn-material durchschnitten hat.

2. Ultraschallschneidvorrichtung für Bahnmaterial nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung (36, 43) für das zeitweise adhäsive Sichern des Bahnmaterials zumindest eine Andruckrolle (36, 43) aufweist, die auf dem Laufwagenaufbau (3) montiert ist, um das Bahnmaterial (13) an dem Amboß (7) an einer Stelle vor dem Messer (46) zu sichern bzw. zu befestigen.

3. Ultraschallschneidvorrichtung für Bahnmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Amboß (7) ein Vakuum einschließt, um zeitweise das Bahnmaterial (13) an dem Amboß (7) zu sichern.

4. Ultraschallschneidvorrichtung für Bahnmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Blatt (46) um einem Winkel von etwa 0º bis 15º relativ zu einer senkrecht zu dem Amboß (7) verlaufenden Achse versetzt ist.

5. Verfahren zum Ultraschallschneiden von Lager- bzw. Bahnmaterial mit den Schritten:

zeitweises Sichern des Lager- bzw. Bahnmaterials an einem Amboß (7),

mechanisches Ankoppeln eines Blattes bzw. einer Schneide (46) an einen Ultraschallwandler (47), um ein Ultraschallschneidwerkzeug (4) zu bilden,

Montieren des Ultraschallschneidwerkzeuges an einem Laufwagenaufbau (3), in Resonanz Versetzen des Blattes (46) mit Ultraschallenergie, welche in Längsrichtung durch dieses hindurchläuft,

Bewegen des Laufwagenaufbaus (3) quer über die Breite des Bahnmaterials (13), und

Schneiden des Bahnmaterials (13) mit dem Blatt (46), während der Laufwagenaufbau sich quer über die Breite des Bahnmaterials (13) hinwegbewegt,

wobei der Schritt des Schneidens des Bahnmaterials (13) mit einem Messer (46) das Schneiden des Bahnmaterials (13) für ein Bahnmaterial unter 0,49 cm Dicke unter einem Winkel von 5 - 10 º relativ zu der Horizontalen oder, für Material einer Dicke von mehr als 0,49 cm, unter einem solchen Winkel aufweist, daß die Schneidfläche des Bahnmaterials eine Breite zwischen etwa 1,0 cm und 2,8 cm hat,

gekennzeichnet durch Einschließen des Schrittes, daß eine Einrichtung (58), welche relativ zu dem Amboß (7) gleitbar ist, mit dem Bahnmaterial, welches an einer Stelle hinter dem Blatt angeordnet ist, in Eingriff tritt, um das Bahnmaterial von dem Amboß (7) zu trennen, nachdem das Blatt das Bahnmaterial geschnitten hat.

6. Verfahren zum Ultraschallschneiden von Bahnmaterial nach Anspruchs, wobei der Schritt des Schneidens des Bahnmaterials (13) mit einem Blatt (46) das Schneiden des Bahnmaterials (13) unter einem Versatzwinkel von etwa 0 - 15 º relativ zu einer Achse senkrecht zu dem Amboß (7) einschließt.

7. Verfahren zum Ultraschallschneiden von Bahnmaterial nach Anspruch 5 oder 6, einschließlich eines weiteren Schrittes des Dämpfens von vertikalen Schwingungen des Blattes (46).