SE501372C2 - Förfarande och anordning för att vid ultraljudssvetsning reglera aggregatets effekt - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 501 372 2 hornets medelavstånd till mothållet regleras så att svetsagg- regatets effekt överensstämmer med ett i förväg bestämt börvärde. Det har överraskande visat sig att en sådan effekt- reglering leder till en god kvalitet hos vid kontinuerlig drift av svetsaggregatet åstadkomna svetsfogar.

I en föredragen utföringsform av uppfinningen varieras börvärdet som funktion av materialbanornas löphastighet och i en variant av denna utföringsform bestämmes börvärdet som funktion av löphastigheten hos materialbanorna genom att kon- stanterna hos och brytpunkterna mellan tre konsekutiva lin- jära funktioner bestämmes genom provning.

Uppfinningen avser även en ultraljudsvetsanordning för att till varandra fästa materialbanor, vilka löper mellan ett ultraljudhorn hos ett ultraljudsvetsaggregat och en mothålls- hållare med mothåll, kännetecknad av att anordningen innefat- tar organ för att mäta och ange av aggregatet upptagen ef- fekt, organ för att förflytta ultraljudhornet så att dess medelavstånd till mothållet ändras samt organ för att jämföra uppmätt uteffekt med ett börvärde och styra förflyttnings- organen för ultraljudhornet i beroende av skillnaden mellan den uppmätta uteffekten och börvärdet.

En föredragen utföringsform av uppfinningen skall nu beskri- vas med hänvisning till bifogade ritningar, av vilka; fig. 1 schematiskt visar en vy från sidan av en ultra- ljudsvetsanordning enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen, och fig. 2 visar en kurva över börvärdet som funktion av löphas- tigheten hos materialbanorna.

Den i figur 1 visade ultraljudsvetsanordningen innefattar ett ultraljudsvetsaggregat 1, vilket på sedvanligt sätt är upp- byggt av en elektriskt högfrekvensgenerator G, en transduktor T, som omvandlar den högfrekventa elektriska energin till mekanisk energi, en förstärkare B, som ökar amplituden hos de 10 15 20 25 30 35 3 501 372 mekaniska svängningarna, och ett ultraljudhorn 2 kopplat till förstärkaren B så att dess mekaniska svängningar överföres till hornet i form av fram - och återgående rörelser i aggre- gatets 1 längsriktning, såsom indikeras med en dubbelpil i figur 1.

De i aggregatet 1 ingående komponenterna kan vara av vilket som helst lämpligt slag, exempelvis kan generatorn G och transduktorn T vara av den typ som saluförs av Dukane Corp., Illinois, USA under beteckningarna 20A2000 resp. 41C30.

Anordningen innefattar även en mothållsvals 3, på vilkens periferiyta ett godtyckligt mönster av mothåll 4 i form av utskott är anordnade. Vidare har anordningen icke visade transportorgan av vilken som helst känd typ för att föra de materialbanor 5,6, som skall sammanfogas, igenom gapet mellan mothållsvalsens 3 periferi och änden av ultraljudhornet 2.

Vid drift roteras mothållsvalsen med en sådan hastighet att dess periferihastighet överensstämmer med materialbanornas 5,6 löphastighet. Löpriktningen för materialbanorna och rotationsriktningen för mothållsvalsen indikeras med pilar i figur 1.

För att kunna reglera avståndet mellan ultraljudhorn 2 och mothåll 4 är detta upphängt glidbart i en riktning vinkelrätt mot materialbanornas löpriktning, dvs i svetsaggregatets längsriktning, och organ är anordnade för att förflytta ultraljudhornet, vilka schematiskt illustreras i figur 1 i form av en vertikalt rörlig kuggstång 7, vilken är fast förbunden med aggregatet 1, och ett fast kugghjul 8, vilket rotationsdrives av en AC-motor 9, vilken företrädesvis ut- göres av en stegmotor. Naturligtvis kan förflyttningsorganen likaväl utgöras av ett skruv-mutterarrangemang eller vilka som helst kända element för linjär förflyttning, som kan styras med erforderlig precision.

Anordningen innefattar vidare en styrenhet 10, vilken före- trädesvis utgöres av en minidator, för att styra AC-motorn 9 och ett organ 11, vilket avger en signal till styrenheten 10 15 20 25 30 35 501 372 4 indikerande ultraljudsvetsaggregatets momentana effektuttag.

Organet 11 kan exempelvis utgöras av en energimodul från Dukane Corp., Illinois, USA med beteckningen 438-639 men även andra typer av effektgivarorgan kan naturligtvis användas.

Styrenheten 10 och generatorn G är anslutna till en icke visad elektrisk kraftkälla, exempelvis nätanslutna. En has- tighetsgivare 12 av vilket som helst lämpligt slag mäter rotationshastigheten hos mothållsvalsen 3 och avger en signal indikerande denna hastighet till datorn 10, som på grundval därav beräknar materialbanornas löphastighet.

Vid drift av den beskrivna anordningen är svetsaggregatet så inställt att ultraljudhornets vertikala upp- och nedåtgående rörelse, vilken har en frekvens av ca 20 kHz, har konstant amplitud. Det av svetsaggregatet utförda arbetet, som är pro- portionellt mot graden av sammantryckning av materialbanorna mellan horn 2 och mothåll 4, är då direkt beroende av av- ståndet mellan horn och mothåll. Detta utnyttjas enligt uppfinningen genom att det av svetsaggregatet utförda arbetet styrs genom att medelavståndet mellan horn och mothåll regle- ras så att detta arbete åstadkommer en tillräcklig samman- smältning av materialbanorna för att en tillräckligt stark fog skall uppkomma.

Den energi som tillföres svetsaggregatet 1 är proportionell mot av detta utfört arbete och genom att kontinuerligt mäta tillförd effekt med hjälp av organet 11 erhålles således ett mått på momentant utfört arbete. Det har visat sig möjligt att genom att styra ultraljudhornets avstånd till mothållet som funktion av den till svetsaggregatet tillförda effekten, så att denna överensstämmer med ett i förväg bestämt börvär- de, kontinuerligt erhålla en svetsfog av godtagbar kvalitet.

Börvärdet bestämmes experimentellt genom provsvetsning av aktuella materialbanor.

Vid provsvetsning med olika löphastigheter hos materialbanor- na kan acceptabla svetsfogar erhållas om av svetsaggregatet upptagen effekt hålles konstant. Emellertid visade det sig att dragstyrkan hos den åstadkomma fogen sjunker med ökande 10 15 20 25 30 35 5 501 372 löphastighet, vilket innebär att den vid lägre hastigheter erhållna svetsfogen blir onödigt stark om anordningen regle- ras så att börvärdet hålles konstant. För att åstadkomma en fog med en jämnare kvalitet bör således effekten varieras som funktion av hastigheten.

Vid provsvetsning för att finna ett samband mellan effekt och hastighet har det överraskande visat sig att börvärdet som funktion av hastigheten med god precision kan approximeras med en kurva uppbyggd av tre konsekutiva linjära funktioner F1, F2, F3, såsom schematiskt visas i figur 2. Av figur 2 framgår att för att hålla en jämn kvalitet på den erhållna svetsfogen skall den av svetsaggregatet uttagna effekten vid låga och medelhöga hastigheter öka med ökande hastighet (funktionerna Fl och F2) medan den vid höga hastigheter skall minska med ökande hastighet (funktionen F3). Några absolut- värden på effekt och hastigheter har inte angetts i denna figur beroende på att dessa värden naturligtvis varierar beroende på egenskaperna hos de material, som skall svetsas.

Det kan dock nämnas att ytmaterial av den typ, som vanligen användes som ytskikt i absorberande engångsartiklar, såsom blöjor, dambindor och inkontinensskydd, har provsvetsats med löphastigheter inom området 0-160 m/min och befunnits ha en jämn kvalitet på svetsfogen när börvärdet på effekten regle- rades så att den följde en kurva med principiellt samma utseende som den i figur 2 visade kurvan.

Ovannämnda approximation underlättar i hög grad bestämningen av börvärdeskurvan för de olika kombinationer av banmaterial, som skall sammanfogas i anordningen, genom att endast ett fåtal värden behöver uppmätas vid provsvetsningen för att bestämma lutningarna och absolutvärdena hos de i börvärdes- kurvan ingående linjära funktionerna samt kurvans brytpunk- ter.

Anordningen fungerar på följande sätt.

Först bestämmes genom provsvetsning börvärdet som funktion av materialbanornas löphastighet med användning av ovan angivna 10 15 20 25 30 35 501 372 6 approximation och denna kurva inprogrammeras i minidatorn 10.

Anordningen är därmed klar att ta i drift. Det påpekas att börkurvor för olika kombinationer av banmaterial med olika tjocklek och termoplastiska egenskaper före drift kan inpro- grammeras och att innan igångsättning anges då vilken kom- bination datorn skall välja.

Vid drift av anordningen styr datorn 10 förflyttningsorganen 7-9 på ett sådant sätt att den av svetsaggregatet upptagna effekten överensstämmer med börvärdet för aktuell löphastig- het enligt den förutbestämda börvärdeskurvan för aktuell kombination av materialbanor. Om organet 11 anger att effek- ten överstiger börvärdet ger datorn 10 en signal till för- flyttningsorganen 7-9 att öka avståndet mellan hornet 2 och mothållsvalsen 3 medan detta avstånd skall minskas om effek- ten understiger börvärdet. Om, som ofta är fallet, svetsagg- regatets upptagna effekt påverkas av andra faktorer än mate- rialbanornas löphastighet, såsom förändringar av material- tjockleken, längdförändringar hos svetsaggregatet p.g.a. temperaturförändringar, etc., regleras avståndet på motsva- rande sätt. Genom uppfinningen åstadkommes sålunda genom denna effektreglering att bearbetningsgraden för materialen mellan horn och mothåll inom reglernoggrannheten överensstäm- mer med ett i förväg medelst utprovning bestämt värde, som ger en lämpligt stark fog.

Den beskrivna anordningen kan naturligtvis modifieras inom ramen för uppfinningen. Om man endast är intresserad av att svetsa vid en enda löphastighet sker regleringen mot ett konstant börvärde och någon hastighetsinformation behöver inte avges till styrenheten. Även inom hastighetsintervallet F2 är det i många fall tillräckligt att reglera mot ett kon- stant börvärde för att erhålla en fog med jämn kvalitet.

Vidare är förfarandet naturligvis tillämpligt även med sta- tionära mothåll eller med mothåll anordnade på en linjärt löpande mothållshållare. Andra typer av svetsaggregat än det ovan angivna kan användas och även drivas med andra frekven- ser än den angivna frekvensen 20 kHz. Fler än två material- banor är möjliga att sammanfoga med en anordning enligt ovan 501 372 7 och även material, som icke är termoplastiska, kan användas under förutsättning att de samverkar med termoplastiska material. Uppfinningen skall därför endast begränsas av innehållet i bifogade patentkrav.

Claims (9)

10 15 20 25 30 35 501 372 8 Patentkrav

1. Förfarande för att vid ultraljudsvetsning av materialbanor (5,6), vilka löper mellan ett ultraljudhorn (2) hos ett svetsaggregat (1) och en mothållshållare (3) med mothåll (4), reglera svetsaggregatets effekt, k ä n n e t e c k n a t av att ultraljudhornets (2) medelavstånd till mothållet (4) regleras så att svetsaggregatets (1) effekt överensstämmer med ett i förväg bestämt börvärde.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att börvärdet är konstant.

3. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att börvärdet varieras som funktion av materialbanornas (5,6) löphastighet.

4. Förfarande enligt något av kraven 1- 3, k ä n n e - t e c k n a t av att börvärdet bestämmes genom provning.

5. Förfarande enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a t av att börvärdet som funktion av löphastigheten hos materialbanorna (5,6) bestämmes genom att konstanterna hos och brytpunkterna mellan tre konsekutiva linjära funktioner (F1, F2, F3) be- stämmes genom provning.

6. Ultraljudsvetsanordning för att till varandra fästa mate- rialbanor (5,6), vilka löper mellan ett ultraljudhorn (2) hos ett ultraljudsvetsaggregat (1) och en mothållshållare (3) med mothåll (4), innefattar organ (11) för att mäta och ange av aggregatet (1) k ä n n e t e c k n a d av att anordningen upptagen effekt, organ (7-9) för att förflytta ultraljud- hornet (2) så att dess medelavstånd till mothållet (4) ändras samt organ (10) för att jämföra uppmätt effekt med ett bör- värde och styra förflyttningsorganen (7-9) för ultraljudhor- net (2) i beroende av skillnaden mellan den uppmätta effekten och börvärdet. av att

7. Anordning enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a d 10 15 501 372 9 organ (12) för att bestämma materialbanornas (5,6) löphastig- het avger en signal indikerande denna hastighet till styren- heten (10).

8. Anordning enligt krav 6 eller 7, k ä n n e t e c k n a d av att mothållshållaren utgöres av en mothållsvals (3), vilken på sin periferiyta har ett mönster av mothåll (4) och vilken roterar så att dess periferihastighet överensstämmer med materialbanornas (5,6) löphastighet.

9. Anordning enligt något av kraven 6-8, k ä n n e t e c k - n a d av att ultraljudhornet (2) är upphängt glidbart i en riktning vinkelrätt mot materialbanornas (5,6 ) löpriktning och att förflyttningsorganen (7-9) innefattar ett roterbart drivhjul (8), vilket drives av en elmotor (9).