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Die
Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Umreifungswerkzeuge und
im Besonderen auf verbesserte Kunststoffband-Schweißwerkzeuge, welche
in Kombination mit Bandspannwerkzeugen einsetzbar sind, und Verfahren
dafür.
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In
Ladung-verpackenden Arbeitsvorgängen ist
es allgemein bekannt, überlappende
Teile eines um die Ladung gespannten Kunststoffstreifens zu verschweißen. Die
Schrift US-A-3,654,033 offenbart ein pneumatisch antreibbares Umreifungswerkzeug, welches
eine Reibungsschmelzverbindung oder Schweißstelle dadurch bildet, dass
Grenzflächen
von überlappenden
Kunststoffbandabschnitten vibrierend in Kontakt gebracht werden.
Das Umreifungswerkzeug beinhaltet ein Einspannteil zum Verankern
eines freien Bandendabschnittes und ein drehbares Versorgungsrad,
welches mit einem Ambosssockel zusammenarbeitet, um einen Versorgungsbandabschnitt
zu erfassen, welcher um die Ladung gespannt ist. Ein Kupplungselement
(clutch) kuppelt das Versorgungsrad eingriffsmäßig an einen pneumatischen
Motor, welcher auch eine Klemmbacke (jaw) zum Vibrieren bringt,
welche die überlappenden Bandabschnitte
verschweißt.
Der Motor bleibt stehen und das Spannen hört bei einer bestimmten Bandspannung
auf, und ein pneumatisch angetriebener Stößel löst den Motor von dem Versorgungsrad
und bringt eine Versorgungsradbremse in Eingriff, welche die Versorgungsradspannung
an dem gespannten Band während
des Schweißens
aufrechterhält.
Der angetriebene Stößel bewegt
auch die vibrierende Klemmbacke in einen reibenden Eingriff mit
den überlappenden
Bandabschnitten. Sobald die vibrierende Klemmbacke sich zu den überlappenden Bandabschnitten
bewegt, trennt eine Scherkante das obere Band und die überlappenden
Bandabschnitte werden im Folgenden miteinander verschweißt. Anschließend wird
der Druck auf die verschweißten überlappenden
Bandabschnitte über
eine Abkühlphase
zum Komplettieren der Schweißung
aufrechterhalten.
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Die
Schrift US-A-5,380,393 mit dem Titel „Hand Strapping Tool" offenbart ein Umreifungswerkzeug,
welches einen pneumatischen Schaltkreis zum automatischen Steuern
des Werkzeugbetriebes aufweist, wobei Timing und Dauer des Bandschweißens sowie
die Abkühlperiode
eingeschlossen sind. Ein pneumatisch betriebener Stößel, der
nach dem Spannen des Bandes ausgefahren wird, dreht eine Hocke,
die eine vibrierende Schweißplatte
mit überlappenden
Bandabschnitten zur Formung einer Schweißstelle in Kontakt bringt.
Die Vibration der Schweißplatte
endet nach einer Zeitspanne, welche durch den Luftdruckaufbau in
einer Kammer gesteuert wird. Danach dreht von einem Zylinder ausgeströmte Luft
die Nocke gegenläufig,
um die Schweißplatte
von den geschweißten
Bandabschnitten nach einer Abkühlphase
wegzubewegen.
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Die
Schrift DE-A-4 014 305 (äquivalent
zur Schrift US-A-5 141 591) offenbart ein Umreifungswerkzeug mit
einem Schweißkopf
zwischen zwei Klemmbacken zum Schweißen der überlappenden Enden des Bandes.
Die Klemmbacken halten jeweils nur ein Ende des Bandes, und eine
der Klemmbacken bewegt sich synchron mit dem Schweißkopf, um
Scherkräfte
an dem Band zu vermeiden.
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Pneumatische
Umreifungswerkzeuge nach dem Stand der Technik verlangen viele Systemkomponenten,
die die Größe und das
Gewicht des Werkzeugs und die Kosten, die mit der Werkzeugherstellung,
dem Betrieb und der Wartung verbunden sind, erhöhen. Das Werkzeug gemäß der Schrift US-A-3,564,033
verlangt zum Beispiel einen pneumatisch betriebenen Stößel zum
Lösen des
Luftmotors vom Versorgungsrad, zum Feststellen der Versorgungsradbremse
und um die vibrierende Klemmbacke in Eingriff mit den überlappenden Bandabschnitten
zu bewegen. Die Schrift US-A-5,380,393 benötigt pneumatische Stößel, um die
Schweißplatte
mit den überlappenden Bandabschnitten
in Kontakt zu bringen, und eine Kombination von Zylindern, Kammern
und Ventilen zum Steuern des Timings und der Dauer verschiedener
Werkzeugoperationen. Obwohl der pneumatische Schaltkreis der Schrift
US-A-5,380,393 viele in Werkzeugen nach dem Stand der Technik manuell ausgeführte Arbeitsvorgänge automatisiert,
sind die Steuerung und das Timing der verschiedenen Werkzeugoperationen
verhältnismäßig unpräzise, was
uneinheitliche Bandspannung und Schweißergebnisse erzeugt.
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Umreifungswerkzeuge
nach dem Stand der Technik, einschließlich der zuvor diskutierten,
weisen im Allgemeinen auch eine verhältnismäßig lange Basisplatte auf,
welche zwischen dem Band und der Ladung während des Bandspannens und
Verschweißens
angeordnet wird. Anschließend
wird die Basisplatte aus dem Raum zwischen dem gespannten Band und
der Ladung entfernt. Die verhältnismäßig lange
Basisplatte weist jedoch eine Tendenz auf, nach ihrem Entfernen
im gespannten Band eine Lockerung bzw. Durchhang zu erzeugen, insbesondere in
Anwendungen, wo die Ladung relativ klein oder unregelmäßig geformt
ist. Der Verlust an Bandspannung hängt im Allgemeinen von der
Größe des Basisteils
und von der Größe der Ladung
ab und resultiert in vielen Fällen
in ungenügend
gespannten Bändern.
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Die
gegenwärtige
Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Verbesserungen auf dem
Gebiet der Umreifungswerkzeuge und im Besonderen auf Umreifungswerkzeuge
zum Formen reibungsverschmolzener Verbindungen oder Schweißstellen
durch vibrierendes Kontaktieren von Grenzflächen überlappender Bandabschnitte,
insbesondere Kunststoffbandabschnitte.
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Entsprechend,
besteht die Erfindung in einem Aspekt in einem Umreifungswerkzeug
gemäß Anspruch
1.
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In
einem zweiten Aspekt besteht die Erfindung in einem Verfahren gemäß Anspruch
5.
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Ein
Vorteil dieser Erfindung ist, dass Bandschweißwerkzeuge und -Verfahren zur
Verfügung gestellt
werden können,
welche relativ kleine Basisplatten aufweisen, um einen Verlust an
Bandspannung infolge des Entfernens des Werkzeugs von einem um die
Ladung gespannten Band zu reduzieren, insbesondere von solch einem
Band, welches um relativ kleine und unregelmäßig geformte Ladung gespannt
ist.
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Vorzugsweise
beinhaltet das Bandschweißwerkzeug
eine Basisplatte, welche das erste Stützelement an einem vorderen
Ende davon, das zweite Stützelement
an einem zweiten Teil davon und ein drittes, mit einem Spanngreifer
kooperierendes Stützelement
aufweist, wobei das dritte Stützelement zum
Erfassen und Zurückhalten
eines freien Bandendabschnitts während
des Bandspannens an einem hinteren Endteil der Basisplatte beweglich
ist, wobei der zweite Teil der Basisplatte zwischen den vorderen
und hinteren Endteilen davon ist, und vorzugsweise die vorderen
und hinteren Endteile nach unten hin weg vom zweiten Teil abgeschrägt sind.
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Vorzugsweise
wird die Knickfestigkeit (columnar strength) eines vom vibrierenden
Schweißelement
feststellbaren Bandabschnittes durch Deformieren des Bandabschnitts,
und insbesondere durch Biegen des Bandabschnitts in der Nähe des Schweißelementes
und vorzugsweise durch Formen einer Lücke an der Biegung zwischen
den überlappenden Bandabschnitten
reduziert.
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Eine
besondere Ausführungsform
in Übereinstimmung
mit der gegenwärtigen
Erfindung wird jetzt mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen
beschrieben, in welchen
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1 einen
teilweisen Seitenaufriss eines exemplarischen nockenbetriebenen
Umreifungswerkzeugs zum Verschweißen überlappender Bandabschnitte
darstellt;
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2a eine
teilweise Schnittansicht eines ersten Nockenelements der 1 darstellt;
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2b eine
teilweise Schnittansicht eines zweiten Nockenelements der 1 darstellt;
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2c eine
teilweise Schnittansicht eines dritten Nockenelements der 1 darstellt;
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3 ein
Betriebsflussdiagramm eines Umreifungswerkzeugs ist; und,
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4 ein
teilweiser Seitenaufriss überlappender
Bandabschnitte an einer exemplarischen Basisplatte des Umreifungswerkzeugs
ist.
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1 veranschaulicht
ein Umreifungswerkzeug 100 zum Schweißen eines Bandes 1,
welches über
eine Ladung (nicht gezeigt) gespannt ist. Das Werkzeug 100 umfasst
im Allgemeinen einen Spanngreifer 10, welcher zu einer
Spannstütze 12 hin
bewegt werden kann, um einen freien Bandendabschnitt 2 dort
dazwischen während
des Bandspannens zu erfassen und festzuhalten. Das Greifen des freien
Bandendabschnitts 2 kann dadurch gesteuert werden, dass
ein Greifschalter manuell betätigt
wird, der den Spanngreifer 10 in Betrieb setzt. Ein drehbares
Versorgungsrad 20 ist zu einem Fußteil 22 hin bewegbar,
um mit einem dort dazwischen angeordneten Versorgungsbandabschnitt 3 in
Eingriff zu gelangen und ihn zuzuführen. Das Spannen des Versorgungsbandabschnitts 3 kann
durch manuelle Betätigung
eines Spannschalters ausgelöst
werden, welcher einen Luftmotor in Betrieb setzt, welcher drehend
das Versorgungsrad 20 antreibt. Der Luftmotor hält an und
das Versorgungsrad 20 stoppt das Spannen, wenn ein vorbestimmter
Pegel an Bandspannung angelegt ist, wie allgemein bekannt ist. Der
Versorgungsbandabschnitt 3 überlappt den freien Bandabschnitt 2 an
einer Bandschweißstelle,
wo die überlappenden
Bandabschnitte zusammengeschweißt
werden, teilweise, wie weiter unten diskutiert wird.
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In
der exemplarischen Ausführungsform
ist nur der Versorgungsbandabschnitt 3 zwischen dem Versorgungsrad 20 und
dem Fußelement 22 angeordnet,
und das Fußelement 22 hat
eine verhältnismäßig glatte
Oberfläche 23,
um eine gleitende Bewegung des Versorgungsbandabschnitts 3 dort
dazwischen während
des Spannens zu erlauben. In einer alternativen Ausführungsform
sind der freie Bandendabschnitt 2 und der Versorgungsbandabschnitt 3 beide
zwischen dem Versorgungsrad 20 und dem Fußelement 22 angeordnet,
und das Fußelement 22 hat eine
gezahnte Oberfläche 23,
um den freien Bandendabschnitt 2 zu erfassen und festzuhalten,
während der
Versorgungsbandabschnitt 3 während des Spannens relativ
hierzu gleitet. Das Spannen mit nur dem Versorgungsbandabschnitt 3 zwischen
dem Versorgungsrad 20 und dem Fußelement 22 reduziert Bandschlupf
während
des Spannens und erlaubt ein Reduzieren der effektiven Basislänge des
Werkzeugs, womit der Verlust der Bandspannung beim Entfernen des
Werkzeugs aus dem Raum zwischen dem gespannten Band und der Ladung,
insbesondere kleiner und unregelmäßiger Ladung, wie weiter unten
diskutiert, reduziert wird.
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1 und 4 veranschaulichen
das Werkzeug 100, welches einen Verschließgreifer 30, der
zu einem ersten oder Verschluss-Stützelement 32 hin beweglich
ist, einschließt,
um überlappende Bandabschnitte
nach dem Spannen durch das Versorgungsrad 20 wie vorweg
diskutiert zu erfassen und zurückzuhalten. 1 veranschaulicht
den durch ein komprimiertes Federelement 34 oder andere
bekannte Mittel vom ersten Stützelement 32 weg vorgespannten
Verschließgreifer 30.
Das Werkzeug 100 beinhaltet auch ein vibrierfähiges Schweißelement 40,
welches zu einem zweiten, schweißenden Stützelement 42 hin beweglich
ist. Das Schweißelement 40 ist
in ähnlicher
Weise vom zweiten Stützelement 42 weg
vorgespannt. Ein Vibrationsmotor 50 ist antreibbar, um
das Schweißelement 40 zum Vibrieren
zu bringen und vorzugsweise ist der Vibrationsmotor 50 ein
pneumatisch betriebener Luftmotor.
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Ein
erstes Nockenelement 60 ist betätigbar, um den Verschließgreifer 30 gegen
seine Vorspannung und zum ersten Stützelement 32 hin zu
bewegen, um dort dazwischen angeordnetes, gespanntes Band zu erfassen
und festzuhalten. Ein zweites Nockenelement 62 ist betätigbar,
um den Vibrationsmotor 50 zu aktivieren, welcher das Schweißelement 40 vibrieren
lässt,
zum Beispiel durch Auslösen
eines pneumatischen Ventils oder Schalters. Und ein drittes Nockenelement 64 ist
betätigbar,
um das Schweißelement 40 gegen
seine Vorspannung und zum zweiten Stützelement 42 hin zu
bewegen, um dort dazwischen angeordnete überlappende in Eingriff zu bringen
und zu schweißen.
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2a, 2b und 2c veranschaulichen
eine exemplarische Nockenanordnungskonfiguration, wobei die ersten,
zweiten und dritten Nockenelemente 60, 62 und 64 jeweils
korrespondierende Flügel
und Vertiefungen zum akkuraten Steuern der Betätigung und des Timings des
Verschließgreifers 30,
bzw. des Vibrationsmotors 50 bzw. des Schweißelementes 40 aufweisen.
Die radiale Position der Flügel
und Vertiefungen der Nockenelemente 60, 62 und 64 kann
in Abhängigkeit
von der jeweiligen Konfiguration des Werkzeugs variieren. Die Position
des zweiten Nockenelements 62 hängt zum Beispiel vom Einbauort
des Vibrationsmotorschalters 50 ab. Der Schweißarbeitsgang
der gegenwärtigen Erfindung
wird folglich ohne die relativ unpräzise steuerbaren, durch Luftzylinder
angetriebenen Stößel nach
dem Stand der Technik gesteuert.
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Das
Werkzeug 100 schließt
vorzugsweise ein erstes Rollenelement 36, welches um eine
an einen oberen Teil 38 des Verschließgreifers gekoppelte Achse 37 drehbar
ist, ein. Ein zweites Rollenelement 46 ist in ähnlicher
Weise um eine Achse 47 drehbar, welche an einen oberen
Teil 48 des Schweißelementes 40 gekoppelt
ist. Die ersten und zweiten Rollenelemente 36 und 46 sind
durch die ersten und dritten Nockenelemente 60 bzw. 64 in
Eingriff bringbar, um den Verschließgreifer 30 und das
Schweißelement 40 akkurat
in Betrieb zu setzen. Die ersten und zweiten Rollenelemente 36 und 46 minimieren
auch die mechanische Abnutzung und verlängern die betriebsbereite Lebensdauer
des Werkzeugs.
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3 ist
ein Flussdiagramm 200, welches allgemein den Bandschweißarbeitsvorgang
des Umreifungswerkzeugs 100 veranschaulicht. Der Verschließgreifer 30 wird
zum ersten Stützelement 32 hin
durch das erste Nockenelement 60 bewegt, um dort dazwischen
angeordnetes Band in einem Greifschritt 210 zu erfassen
und festzuhalten. Der Vibrationsmotor 50 wird von dem zweiten
Nockenelement 62 in Gang gesetzt, um das Schweißelement 40 in
einem Vibrationsschritt 220 vibrieren zu lassen, und das
vibrierende Schweißelement 40 wird
zum zweiten Stützelement 42 durch
das dritte Nockenelement 64 hin bewegt, um die überlappenden
Bandabschnitte in einem Schweißschritt 230 in
Eingriff zu bringen und zu verschweißen. Das zweite Nockenelement 62 setzt
den Vibrationsmotor 50 außer Betrieb, während das
dritte Nockenelement 64 das Schweißelement 40 zum zweiten
Stützelement 42 hin
positioniert hält, um
Druck auf die geschweißten
Bandabschnitte für die
Dauer einer Kühlperiode
auszuüben,
nachdem der Vibrationsmotor 50 in einem Abkühlungsschritt 240 außer Betrieb
gesetzt wurde. Nutzung und Abnutzung des Vibrationsmotors 50 werden
dadurch minimiert, dass der Vibrationsmotor 50 nur in Betrieb genommen
wird, wenn er für
das Schweißen
benötigt wird,
wobei dessen nutzbare Lebensdauer verlängert wird. Das Schweißelement 40 wird
vom zweiten Stützelement 42 nach
Ablauf der Kühlperiode
wegbewegt, und der Verschließgreifer 30 kann
vom Greiferstützelement 32 jederzeit
nach Ablauf der Kühlperiode
wegbewegt werden.
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1 und 3 illustrieren
die ersten, zweiten und dritten Nockenelemente 60, 62 und 64,
welche vorzugsweise auf einer gemeinsamen Antriebswelle 66 drehbar
gelagert werden, um eine Nockenanordnung zu bilden, die durch einen
Nockenantriebsmotor 70, welcher mit der gemeinsamen Antriebswelle 66 gekoppelt
ist, drehbar antreibbar ist. Drehbares Lagern der ersten, zweiten
und der dritten Nockenelemente 60, 62 und 64 durch
die gemeinsame Antriebswelle 66, steuert die Betätigung des
Verschließgreifers,
die Betätigung
des Schweißelementes
und die Kühlperiode
akkurat und präzise,
ohne die den pneumatisch gesteuerten Schweißprozessen nach dem Stand der
Technik innewohnenden Inkonsistenzen und Abweichungen. Der Nockenantriebsmotor 70 ist
vorzugsweise ein pneumatisch betriebener Luftmotor und ist zum Beispiel
durch manuelles Drücken
eines Schweißschalters
nach dem Spannen einschaltbar. Die Schweißarbeitsgänge oder -schritte, die durch
die Nockenelemente 60, 62 und 64 durchgeführt werden,
wie allgemein in 3 veranschaulicht ist, laufen
automatisch und in gesteuerter Sequenz bei der Rotation der gemeinsamen
Antriebswelle 66 ab, wonach der Nockenantriebsmotor 70 automatisch
bis zur Einleitung eines nachfolgenden Schweißprozesses durch nachfolgendes
Drücken
des Schweißschalters
außer
Betrieb gesetzt werden kann.
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1 veranschaulicht
das Werkzeug 100, welches ferner eine Bandabscherkante 44 enthält, welche
vorzugsweise gezahnt ist und welche auf dem Schweißelement 40 angeordnet
ist, um den oberen Bandabschnitt zu schneiden, und insbesondere
um den Versorgungsbandabschnitt, der mit dem vibrierenden Schweißelement 40 letztendlich
in Eingriff gelangt, abzuschneiden, sobald das vibrierende Schweißelement 40 auf
das zweite Stützelement 42 zu
bewegt wird, aber bevor die überlappenden Bandabschnitte
geschweißt
werden. Das Flussdiagramm der 3 veranschaulicht
einen Bandtrennungs- oder -schnittschritt 225, der nach
dem Vibrationsschritt 220 und vor dem Schweißschritt 230 durchgeführt wird.
Das Abschneiden des oberen Bandabschnitts bietet den Vorteil, dem
abgeschnittenen oberen Bandabschnitt zu erlauben, frei unter dem
Einfluss des vibrierenden Schweißelementes 40 wie
benötigt
vibrieren zu können,
um eine vollständige
Schweißung
sicherzustellen.
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1 und 4 veranschaulichen
das Umreifungswerkzeug 100, welches darüber hinaus eine Basisplatte 110 beinhaltet,
welche im Allgemeinen reduzierte Abmessungen aufweist, insbesondere eine
reduzierte Längsabmessung
zwischen einem vorderen Teil 112 und einem hinteren Teil 114 hiervon.
Die reduzierten Abmessungen der Basisplatte 110 erleichtern
das Umreifen kleiner und unregelmäßig geformter Ladung ohne Verlust
an Bandspannung infolge des Entfernens der Basisplatte 110 aus dem
Raum zwischen der Ladung und dem Band nach dem Spannen und Schweißen. Der
vordere Endteil 112 und der hintere Endteil 114 der
Basisplatte 110 sind vorzugsweise in nach unten abfallenden und
vom zweiten Stützelement 42,
welches dazwischen befindlich ist, weg weisenden Winkeln angeordnet,
wobei der Verlust an Bandspannung infolge des Entfernens der Basisplatte 110 durch
eine Reduzierung der Stärke
der Basisplatte weiter reduziert wird.
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4 veranschaulicht,
dass das erste Stützelement 32 an
einem ersten Teil 116 angeordnet ist, der im Allgemeinen
mit dem vorderen Endteil 112 der Basisplatte korrespondiert,
und dass das zweite Stützelement 42 an
einem zweiten Teil 117 der Basisplatte 110 angeordnet
ist. Das dritte Stützelement 12 ist an
einem dritten Teil 118 angeordnet, welcher im Allgemeinen
mit dem hinteren Endteil 114 der Basisplatte 110 korrespondiert.
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In
Ausführungsformen,
in denen der Verschließgreifer 30 und
das Schweißelement 40 nah beieinander
angeordnet sind, ist es wünschenswert, eine
Knickfestigkeit der überlappenden Bandabschnitte
vor dem Schweißen
zu reduzieren und insbesondere des Bandabschnitts, welcher von dem
vibrierenden Schweißelement 40 erfasst
ist. Der relativ dicht beabstandete Verschließgreifer 30 und das
Schweißelement 40 machen
die überlappenden Bandabschnitte
relativ steif und unflexibel, wobei sie die Vibration derselben
durch das Schweißelement 40 stören oder
behindern. Das ist besonders dort der Fall, wo der Abstand zwischen
dem Verschließgreifer 30 und
dem Schweißelement 40 weniger
als ungefähr
2 Inch (50 mm) beträgt,
wie in der exemplarischen Ausführungsform,
wo eine Basisplatte 110 des Werkzeugs 100, welche
relativ reduzierte Abmessungen aufweist, die ersten und zweiten
Stützelemente 32 und 42 für den Verschließgreifer 30 bzw.
das Schweißelement 40,
ausbildet. Ein Reduzieren der Knickfestigkeit des Bandabschnitts,
welcher mit dem vibrierenden Schweißelement 40 in Eingriff
ist, stellt ein freies vibrierendes Bewegen des Bandabschnitts sicher,
wie es für
einwandfreies Schweißen
nötig ist.
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4 veranschaulicht
den zumindest teilweise deformierten oberen Bandabschnitt 3 der überlappenden
Bandabschnitte, um die Knickfestigkeit desselben zu reduzieren,
wobei die Deformierung vorzugsweise in einer Richtung weg von den
ersten und zweiten stützenden
Oberflächen 32 und 42 zwischen
dem Verschließgreifer 30 und
dem Schweißelement 40 zu
finden ist. 1 und 4 veranschaulichen
das erste Stützelement 32,
welches in einer ersten Ebene befindlich ist, und das zweite Stützelement 42,
welches in einer zweiten Ebene in einem Winkel relativ zur ersten
Ebene befindlich ist, wobei die ersten und zweiten Stützelemente 32 und 42 sich zur
Ausbildung eine Scheitels 120 schneiden. Der Scheitel 120 kann
alternativ durch ein weiteres Bauelement geformt werden, zum Beispiel
durch eine Stange (rod) oder einen Stab (bar) oder andere Elemente,
die über
die Basisplatte 110 hinweg über einer gemeinsamen Ebene
der ersten und zweiten Stützelemente
angeordnet sind. Die Knickfestigkeit ist reduziert durch das Biegen
der überlappenden Bandabschnitte über den
Scheitel 120. Vorzugsweise wird eine Lücke zwischen dem oberen Bandabschnitt 3 und
dem unteren Bandabschnitt 2 der überlappenden Bandabschnitte
geformt, um die Steifigkeit oder Knickfestigkeit des oberen Bandabschnitts 3 weiter
zu reduzieren und ein höheres
Maß an
Vibrationsfreiheit unter der Vibrationseinwirkung des Schweißelementes 40 zu
erlauben, um eine noch festere Schweißung sicher zu stellen.