DE8631525U1 - Kontinuierliche Ultraschallperforationsvorrichtung - Google Patents
Kontinuierliche UltraschallperforationsvorrichtungInfo
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Description
«114836b
zur Herstellung eines Matrixmusters von
Perforationen in einem Bandmaterial und insbesondere mit
einer Vorrichtung zum kontinuierlichen
Perforieren eines Bandmaterials &igr; das sich sehr schnell bewegt.
Es ist bekannt» daß das Ultraschallperforieren von gehärtetem, thermoplastischem Kunststoff zum Brechen des Materials
führen kann. Eine frühere Perforiervorrichtung, die in der US-PS 4 160 055 beschrieben ist, schlägt daher vor, daß die
Perforationen in einem ungehärteten Kunststoffmaterial ausgebildet werden. Der Zweck, ungehärteten Kunststoff zu perforieren, ist darin zu sehen, ein Brechen durch die Verwendung von weicheren, nachgiebigeren Materialien zu verhindern,
so dafi ermöglicht wird, daß sich das Material leicht mittels Durchstoßstiften perforieren läßt.
Einer der Nachteile der vorstehend genannten Vorrichtung ist ihr geringer Durchsatz. Wenn weiche Materialien bei der
Perforierung verwendet werden, kann eine solche Vorrichtung das Material nicht mit einer hohen Geschwindigkeit kontinuierlich bearbeiten.
4 *
In der US-PS 4 47.2 461 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zum kontinuierlichen Perforieren eines Bandmaterials
mit hoher Geschwindigkeit gezeigt. Bei dieser Vorrichtung wird das Material perforiert, indem das Band an einem festen
Gasausstoßzylinder oder -rohr vorbeibewegt wird. Das Rohr enthält einzelne, im Abstand angeordnete Gasaustrittsöffnungen,
die öffnungen im ungehärteten, mit Klebstoff beschichtetem Material ausbilden, wenn sich das Material an
dem Rohr vorbeibewegt.
Obgleich diese Vorrichtung eine Perforierung des Bandes ermöglicht, ist ihr Durchsatz bei der Perforierung auf etwa
15 m/min (50 feet per minute) oder weniger begrenzt.
Die Erfindung zeigt, daß ein Bandmaterial, wie eine gehärtete, plastifizierte dünne Folie, kontinuierlich mittels
eines Ultraschallkopfes ohne ein Brechen des Kunststoffes perforiert werden kann und daß man einen erhöhten Durchsatz
von etwa bis zu 66 m/min (220 feet per minute) erreichen kann. Die Vorrichtung nach der Erfindung
führt zu dem oben genannten Ergebnis bei der Anwendung eines festen oder gehärteten Kunststoffmaterials. Das Bandmaterial
wird kurzzeitig in Eingriff zwischen einer geriffelten, sich drehenden Walze und einem Ultraschallkopf gebracht,
wenn sich das Material mit hoher linearer Geschwindigkeit von etwa 60 m/min (200 feet per minute) vorbeibewegt. Der
Ultraschallkopf, der in der Nähe der sich drehenden, geriffelten Walze auf der gegenüberliegenden Seite der Bahn des
Bandmaterials angeordnet ist, bewirkt einen schnellen und momentanen Perforationskontakt zwischen dem Band und den Perforierungsvorsprüngen
auf der geriffelten Fläche. Das Material behält seine Strukturbeschaffenheit bei, wenn es an
den Perforierungsvorsprüngen der geriffelten Walze perforiert wird.
Eine Kunststoffolienrolle, bei der die Folie eine druckempfindliche
Klebstoffbeschichtung auf einer Seite hat und
diese druckempfindliche Klebstoffbeschichtung von einem beschichteten
Ablösepapier bedeckt ist, wird auf einer dreh-
baren Abwickelwelle angebracht. Die Folienbahn (mit der Klebstoffbeschichtung und der Schutzbeschichtung) läuft
durch eine Bahnspanneinrichtung, um während des gesamten darauffolgenden Vorgangs die Bahn unter einer konstanten
Spannung zu halten. Die Bahn geht durch eine Perforiereinrichtung und wird dann wieder aufgewickelt.
Die Perforiereinrichtung weist eine mit einem Muster versehene Walze und eine Gegenfläche auf.
Die mit dem Muster versehene Walze kann eine geriffelte Oberfläche
oder eine mit Dornen versehene Oberfläche haben, wobei jeweils eine Vielzahl von Kontaktpunkten gebildet wird,
die ein Gesamtperforationsmuster erzeugen. Diese Flächen können durch Riffeln oder Gravieren hergestellt werden.
Um die Standzeit der Walzenfläche zu erhöhen, wird eine Härtung derselben empfohlen. Die beste Härte für die dornrörmigen
Punkte hat man bei der Anwendung der E.D.M.-Methode beim
Prägen erhalten. Die dornförmigen Teile können als Pyramiden oder runde Schneckenteile ausgebildet sein. Sie können spitz
oder geringfügig kegelstumpfartig ausgebildet sein.
Die Gegenplattenfläche ist eben, gehärtet, und es ist ein
Carbidüberzug an dem Rand einer besonders ausgebildeten Stahlplatte vorgesehen. Dieses zusammengesetzte Teil wird nachstehend
als "Horn" oder Kopfteil bezeichnet. Das Kopfteil ist in einer vertikalen Lage angebracht und ist mit einem
Verstärker verbunden.
-A-
Wenn Ultraschallenergie an den Verstärker angelegt wird/ vibriert das Kopfteil in sich mit sehr kleinen Amplituden
und sehr hohen Frequenzen. Das Kopfteil und der Verstärker sind in einem vertikalen Führungsteil angebracht, das
eine genaue Positionierung relativ zur Oberfläche der mit dem Muster versehenen Walze ermöglicht.
Vorzugsweise jedoch sollte die Folie auf der Unterseite sein, d.h., daB zuerst ein Kontakt mit den vorstehenden
Teilen der mit Muster versehenen Fläche hergestellt wird. Durch unterschiedliches Ausrichten des Kopfteils kann man
unterschiedliche PeLforationsformen erhalten. Ein gutes
Ergebnis erhält man, wenn die Gegenplatte an dem Kopfteil das Papier berührt. In diesem Fall bleibt das Papier ungebrochen,
während die entsprechende Öffnung in dem Kunststoff von der geriffelten Walze ausgebildet wird, deren
dornartige Teile geringfügig kegelstumpfförmig ausgebildet
sein können.
Das Band wird mit dieser Vorrichtung perforiert und man erhält in zufriedenstellender Weise bleibende "Atem"-Öffnungen,
die in dem Laminat unabhängig davon ausgebildet werden, welche Seite der Bahn in Kontakt mit der Perforationseinri^htung
ist.
Eine harte Walze (Rockwell-Härte C55-62) wird bevorzugt. Die Gegenplattenfläche liegt so, daß kein Kontakt mit den vorstehenden
Teilen vorhanden ist, wenn eine Schwingung mit der ganzen Vibrationsamplitude ausgeführt wird. In dieser Stellung
durchdringen die vorstehenden Teile die Kunststoffolie und die Klebstoffschicht vollständig, und die Papierklebstoff-Bchutzschicht
wird nur berührt oder höchstens teilweise durchdrungen. Die Papierbahn wird bei der anschließenden Behandlung
entfernt.
Ein Regelantrieb für die mit dem Muster versehene Walze ermöglicht
eine Geschwindigkeitsänderung bei der Bewegur.gsgeschwindigkeit
der Bahn und es lassen sich Versuche mit unterschiedlichen Arbeitsgeschwindigkeitskombinationen
ausführen.
Bei von der verfügbaren Ultraschallquelle maximal abgegebener Energie erhält man bei einer Geschwindigkeit des laminierten
Kunststoffbandes von bis zu etwa 66 m/min (220 faet/min) zufriedenstellende Ergebnisse, wenn eine Kunststoffbahnbreite
von etwa 76 mm zur Anwendung kommt. Da eine bestimmte Ultraschallenergie auf eine Fläche pro Zeiteinheit
einwirkt, d.h. Breite &khgr; Länge = konstant, kann eine Bahn mit einer schmaleren Bahnbreite mit einer höheren linearen
Geschwindigkeit und eine breitere Bahn mit einer geringeren Geschwindigkeit bearbeitet werden. Auch ist anzunehmen,
daß die zur Bildung der Perforationen erforderliche Energie von der Dicke der Bahn abhängig ist, wenn man dieselbe
Herstellungsgeschwindigkeit erzielen möchte.
Wenn eine feste Folie aus Kunststoff durch einen Satz von Durchstoßpunkten, wie Nadeln oder einer geriffelten Oberfläche,
durchgeht, so ist es bekannt, daß kurzzeitig kleine Durchstoßöffnungen gebildet werden. Wenn die Durchstoßpunkte
wieder weg sind, so versucht sich die öffnung wiederum zu schließen, indem das Material versucht, seine ursprüngliche
Oberflächenausbildung wiederum einzunehmen, so daß die
Folie nahezu undurchlässig ist.
Anderweitig wurde schon versucht, das Verschließen der Öffnungen
durch Erwärmen der Spitzen der Durchstechinstrumente zu verhindern. Diese Verfahrensweise führte zu dem gewünschten
Ergebnis, aber es mußte eine sehr niedrige Herstellungsgeschwindigkeit
in Kauf genommen werden. In diesem Zusammenhang sei auf die US-PS 3 073 304 hingewiesen. Bei einer stärkeren
Erwärmung läßt sich die Geschwindigkeit geringfügig er-
höhen. Bei höheren Temperaturen treten schädliche chemische und physikalische Veränderungen bei der Kunststoffolie und
der Klebstoffschicht auf. Eine weitere übliche Methode besteht darin, daß eine Vielzahl von Öffnungen mit sehr
kleinem Durchmesser in die Folie gestanzt werden. Hierdurch wird die Folie geschwächt und es ergeben sich Schwierigkeiten
bei der Abführung der ausgestanzten Teile. Auch muß diese Behandlung mit der Herstellung des anschließenden Erzeugnisses
in einer solcherweise synchronisiert werden, daß eine zentrische Ausrichtung des Perforationsmusters in dem
Produktumriß.
Eine Perforationswalze mit einer eingeschnittenen oder geriffelten
Fläche bildet eine Vielzahl von kleinen vorstehenden Teilen oder Pyramiden. Eine stationäre Gegenplatte wurde
in der Nähe und tangential zu der Perforationswalzenfläche angebracht.
Eine Bahn aus einer dünnen Kunststoffolie (plastifiziertes
PVC) mit einer druckempfindlichen Klebstoffbeschichtung auf
einer Seite und einem Ablösepapierteil als Schutz, das die freiliegende Klebstoffläche bedeckt, wurde durch die Lochfläche
und die Gegenplatte durchgeleitet, wobei keine ständig bleibenden Perforierungen vorhanden waren.
Wenn jedoch der Ultraschallkopf im Ultrakurzwellenbereich in einer radialen Ebene zu der Perforationswalze in Schwingung versetzt wurde, konnten bleibende öffnungen in der
durchgehenden Bahn gebildet werden.
Die Ultraschallenergie wurde an den Ultraschallkopf angelegt, um eine Schwingung mit einer sehr hohen Frequenz und
einer kleinen Amplitude an einer gewünschten Stelle an der Walze zu erzeugen. Jeder Punkt an der Oberfläche bildet eine
Öffnung in der Bahn, die entsprechend der Form des freien vorstehenden Endes des Teils ausgebildet ist. Das Vinyl bil-
dete einen Grat oder einen Krater und der Klebstoff wurde zum Rand der öffnung gedrückt.
Nach dem Durchgang durch die Vorrichtung blieben die so gebildeten Deformationen stabil erhalten. Die Folienfestigkeit
wurde aufgrund der Verstärkungsgrate um jede sehr kleine öffnung nicht schlechter.
Wenn die Ultraschallenergie größer war, konnte die Bewegungsgeschwindigkeit
der Bahn durch die Vorrichtung etwa proportional erhöht werden.
In US-PS 4 311 =40 ist ein Verfahren zum haftenden Verbinden
von Bahnfasern mittels Ultraschall gezeigt. Das Verfahren verarbeitet ein Bahnmaterial, das eine lose Faseranhäufung
i.at, die zusammengeschweißt werden, um ein Gewebe zu
bilden. Bei diesem Verfahren wird ein Ultraschallkopf in einem Abstand au* der gegenüberliegenden Seite einer sich
drehenden Walze angeordnet. Die Walze hat eine Anzahl von kleinen VorSprüngen, die in Form eines Matrixmusters angeordnet
sind. Die Faseranhäufung wird gezwungen, zwischen dem
Ultraschallkopf und der Walze durchzugehen, wobei die Fasern, die angrenzend an den kleinen Vorsprüngen auf der Walzenfläche
liegen, durch den Ultraschallkopf erwärmt werden und dann in Schweißkontakt mit benachbarten treten.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines bevorzugten
Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung. Darin zeigt:
Figur 1 eine schematische Seitenansicht der Vorrichtung nach der Erfindung»
Figur 2 eine Schnittansicht des perforierten Bandmaterials längs der Linie 2-2 in Figur 1,
Figur 3 eine Schnittansicht der geriffelten Oberfläche der Perforationswalzen bei der Vorrichtung nach
der Erfindung mit Blickrichtung in Richtung der Linie 3-3 in Figur 1.
Figur 4 eine Seitenansicht des Ultraschallkopfes bei der Vorrichtung nach der Erfindung mit Blickrichtung
längs der Linie 4-4 in Figur 1, und
Figur 5 eine Draufsicht auf das perforierte Bandmaterial nach Figur 2 mit Blickrichtung längs der Linie
5-5 in Figur 3.
In den Figuren der Zeichnung sind gleiche oder ähnliche Teile mit denselben Bezugszeichen versehen.
Im allgemeinen Sinne bezieht sich die Erfindung auf eine kontinuierliche Vorrichtung und ein kontinuierliches Verfahren
zum Bilden eines Musters von Perforationen in einem Bandmaterial, wie einem Kunststoffmaterial, mit Hilfe von
Ultraschall. Das Material wird kontinuierlich an einem Ultraschallkopf vorbeigeführt, der das Material gegen eine sich
drehende Walze drückt, die eine geriffelte Oberfläche mit scharfen Vorsprüngen hat. Die Vorsprünge schmelzen öffnungen
zwischen den Ultraschallkopf und der mit Riffelungen versehenen Walze in das Bandmaterial und eine Matrix aus Perforationen
wird auf eine kontinuierliche Weise gebildet.
Unter Bezugnahme ?uf Figur 1 vi^d die Perforiervorrichtung
10 nach der Erfindung anhand einer schersvatischen Seitenansicht
erläutert. Die Vorrichtung 10 weist eine rotierende (Pfeil 11) Vorratsrolle 12 auf, die eine Trommel 13 hat, auf
der eine Menge eines Bandmaterials 14 aufgewickelt ist, Das Bandmaterial 14 wird zu einer Verarbeitungsbahn (Pfeil 15)
von der Vorratsrolle 50 mit Hilfe einer Antriebseinrichtung 16 abgewickelt, die mittels eines Riemens 17 in Richtung des
* · »»ti
• I
Pfeils A angetrieben wird.
Das Bandmaterial 14, das eine Kunststoffbahn 48 und ein
Trägerpapier 9 umfaßt, wie dies in Figur 2 gezeigt ist, verläßt die Vorratsrolle 50. Dann gelangt die Materialbahn 14
in eine Spanneinrichtung 45, die drei Scheiben 39, 42 und 43 aufweist. Die Scheiben 39, 42 und 43 sind drehfest. Die
Vorratsrolle 12 hat eine Spanneinrichtung 18, die Scheiben 19 und 21 mit einer schwimmend gelagerten Mittelwalze 22
enthält, die sich frei translatorisch in einem Schlitz 23 bewegen kann, der in einer vertikalen Wand 24 ausgebildet
ist. Die schwimmend gelagerte Walze oder Scheibe 22 weist eine Kontaktfläche 25 auf, über die das Bandmaterial 14
läuft und direkt dahinter ist eine Fläche vorgesehen, über die ein Ende eines elastischen Spannriemens 26 läuft. Der
elastische Spannriemen ist am anderen Ende an der drehbaren Scheibe 27 drehfest verankert.
In Abhängigkeit von der Antriebsgeschwindigkeit der Antriebswalze 16 wird das elastische Spannband 26 bewirken, daß die
schwimmend gelagerte Scheibe 22 eine entsprechende Spannung an dem Bandmaterial 14 aufrechterhält, wenn die Scheibe 22
die Spannung in dem Schlitz 23 überträgt.
Das sich kontinuierlich bewegende Bandmaterial 14 wird über die feste Scheibe 43, um die feste Scheibe 39 und dann über
die feste Scheibe 42 zugeführt. Von der Scheibe 42 wird da-.
Bandmaterial 14 in eine Perforierstation 30 eingeführt. Die Perforierstation 30 enthält einen Ultraschallkopf 29 (der
auch in Figur 4 gezeigt ist), der eine Länge "I" hat, die
gleich der Breite "d" (Figur 3) der benachbarten drehenden (Pfeil 31) Trommel 32 ist.
Der ültraschallkopf 29 wird von Branson Sonic Power Company
of Danbury, Connecticut hergestellt.
Die sich drehende Walze 32 hat eine geriffelte Oberfläche 34/ wie dies in Figur 3 gezeigt ist. Die geriffelte Oberfläche
34 hat eine Matrix mit Perforationsspitzen 35/ wie dies in der Figur gezeigt ist.
Wenn das Bandmaterial 14 über die Trommel 32 (s. Pfeil 36)
läuft, wird der Ultrascha.l.lkopf 29 mit der Gegenplatte 44 vorzugsweise in unmittelbar angrenzenden Kontakt mit dem
Bandmaterial 14 gebracht/ so däS das Bandmaterial zwischen
den Vorsprüngen 35 zu liegen kommt und hierdurch bewirkt wird, daß die Trommel 32 das Bandmaterial perforiert.
Der Ultraschallkopf 29 wird (s. Pfeil 38) in Kontakt mit dem Bandmaterial 14 mit Hilfe von angebrachten Führungsschienenvorsprüngen
14 und einer Führungsschiene 41 abgesenkt, auf der die Vorsprünge 40 gleiten.
Durch die Positionierung des Kopfes in wählbaren Abständen können verschiedene Perforationsarten erzeugt werden. Vorzugsweise
ist keine Stoßberührung zwischen den Vorsprüngen 35 und der Gegenplatte 44 vorhanden. Die Carbidoberfläche
der Gegenplatte 44 verschleißt, wenn dies auftritt und die Riffelungen 35 können sich abflachen.
Nach dem Perforieren geht das Bandmaterial 14 über den Satz von Walzen 18. Das Bandmaterial 14 wird dann auf eine Vorratsrolle
12 geleitet, die sich in Richtung des Pfeils 11 bewegt und gelangt dann auf die Trommel 13.
Alle Trommeln, Walzen und Scheiben sind drehbar an der Wand 24 gelagert, die ein Teil des Maschinengestells darstellt.
In den Figuren 2 und 5 sind die in dem Bandmaterial 14 ausgebildeten
Perforationen 47 jeweils in einer Schnittansicht und einer Draufsicht gezeigt.
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- 11 -
Die Geschwindigkeit/ mit der das Bandmaterial durch die Vorrichtung geleitet werden kann/ beläuft sich auf etwa
bis zu 66 m/min (220 feet per minute).
Der Ultraschallkopf arbeitet in einem Frequenzbereich von •twa 20 kHz.
Der in der Vorrichtung bearbeitete Kunststoff ist vorzugsverarbeitet
werden.
Die Angaben dienen zu Erläuterungszwecken und selbstverständlich sind Abänderungen möglich.
Claims (6)
1. Verrichtung zum kontinuierlichen schnellen Perforieren von flexibe-Lem
Bandmaterial wie dünnes Laminat aus Ablösepapier und einem haftenden Kunststoff mittels Ultraschall zum Bilden luftdurchlässiger,
aus öffnungen bestehender Matrixmuster, dadurch g e - kennzei c h &eegr; e t , daß sie zwei drehbar gelagerte Rollen
(50 und 12) zum Ab- und Aufwickeln des Bandmaterials (14) und eine zwischen diesen Rollen befindliche Förderbahn zum kontinuierlichen
Transportieren des dünnen Bandmaterials (14) von der einen zur anderen Rolle aufweist, wobei im vorderen Abschnitt der Förderbahn
eine erste Station mit einer Spanneinrichtung (45) für das Bandmateri-
al, in Transportrichtung des Bandmaterials dahinter eine zweite
Station (30) mit einer Ultraschallperforationseinrichtung *um Erzeugen der das Matrixmuster bildenden öffnungen und dahinter
eine dritte Station mit einer weiteren Spanneinrichtung (18) für
den Weitertransport des Bandmaterials (14) vorgesehen ist. 25
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Ultraschallpe'forationseinrichtung auf der einen Seite der Förderbahn der Oberfläche (34) des Bandmaterials (14) eine drehbar gelagerte
Walze (32) mit geriffelter Oberfläche (34) und gegenüber dieser Walze auf der anderen Seite der Förderbahn einen Ultraschallkopf (29)
aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
geriffelte Oberfläche (34) der Walze (32) Perforationsspitzen (35) aufweist.
-2-
Ill · I ·
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum
synchronen Antreiben der ersten Rolle (50) mit der zweiten Rolle (12) ein Antrieb (16) für eine Transportgeschwindigkeit
des Bandmaterials (14) zwischen wenigstens 54 m/min und 66 m/min vorgesehen ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste
Spanneinrichtung (45) feststehende Umlenkscheiben (39,42,43)
für das Bandmaterial (14) aufweist.
6. Vorrichtung nach Anbruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die weitere Spanneinrichtung (18) eine Umlaufwalze (22) für das
kontinuierliche Bandmaterial (14) aufweist, die in einem Schlitz (23) schwimmend bewegbar gelagert ist , und
daß ein flexibler endloser Spannriemen (26) vorgesehen ist, der an einem in Verlängerung des Schlitzes (23) angeordneten Fixpunkt
(27) und an der schwimmend gelagerten Walze (22) angebracht ist.
S/su
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