Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schweißen und Schneiden von ein- oder mehrlagigen Materialien unter Anwendung von Ultraschallenergie nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Die US 3 852 144 offenbart eine Vorrichtung zum gleichzeitigen Schweißen und Schneiden von schweißfähigen ein- oder mehrlagigen Materialien unter Anwendung von Ultraschall-Energie und weist hierzu eine oberhalb einer Arbeitsplatte angeordnete Sonotrode auf, die mit einem Schneidrad, sowie einem hierzu koaxial angeordneten Schweißrad zusammenwirkt. Sowohl das Schneidrad als auch das in geringem seitlichen Abstand hierzu angeordnete Schweißrad ist dabei unterhalb der Arbeitsplatte angeordnet und ragt zum Zusammenwirken mit der Sonotrode durch einen in der Arbeitsplatte vorgesehenen Schlitz in den Bereich der Sonotrode. Die Anordnung der Sonotrode sowie des Schneid- und des Schweißrades ist dabei so getroffen, daß das Verschweißen der Seitenkante des Schweißgutes gleichzeitig mit dem Schneidvorgang erfolgt.

Hierzu wird das Schweißrad von einem Getriebemotor über einen Getriebezug angetrieben und bildet gleichzeitig das Vorschubmittel für das Schweißgut, während das Schneidrad in Bezug auf den Schneid-Schweißvorgang stillsteht und nur dann, wenn seine Schneide stumpf geworden ist, jeweils derart taktweise so weit um einen Betrag gedreht wird, daß ein noch neuer Bereich des Schneidrades in den Bereich der Sonotrode gelangt. Dabei sind das Schneidrad und das Schweißrad unabhängig voneinander gegenüber der Sonotrode angeordnet und können mit unterschiedlichen Kräften gegen die Sonotrode gedrückt werden.

Da das Schneidrad und das Schweißrad vollkommen unabhängig voneinander angeordnet und von verschiedenen Trägern aufgenommen sind, müssen der Schneidspalt und der Schweißspalt jeweils vollkommen unabhängig voneinander eingestellt werden. Nachteilig ist ferner, daß das Schweißrad in Bezug auf den Schneidvorgang nicht umlaufend angetrieben ist und daher der jeweils wirksame Bereich des Schneidrades aus Verschleißgründen relativ oft gewechselt werden muss. Dies erfordert einerseits ein entsprechend häufiges Unterbrechen des eigentlichen Arbeitsvorganges und andererseits einen zusätzlichen Aufwand für die die jeweilige schrittweise Weiterdrehung des Schneidrades bewirkende Einrichtung.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine gattungsgemäße Einrichtung zu schaffen, die einerseits sowohl die Einstellung des Schneidspaltes, als auch des Schweißspaltes erleichtert und andererseits zusätzlich die Möglichkeit schafft, das Schneidrad ohne wesentlichen zusätzlichen konstruktiven Aufwand antreiben zu können.

Ausgehend von einer gattungsgemäßen Einrichtung wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Dadurch daß das Schweißrad und das Schneidrad gemeinsam von dem Tragarm aufgenommen sind, genügt eine einzige Abwärtsbewegung des Tragarmes, um sowohl das Schneidrad, als auch das Schweißrad in eine Stellung zu bringen, aus der dann sowohl das Schneidrad, als auch das Schweißrad mittels der jeweiligen zusätzlichen Einrichtung in die dem erforderlichen Schweiß- bzw. Schneidspalt entsprechende Position gebracht werden kann. Durch die Maßnahme, das Schneidrad durch einen am Tragarm angeordneten Antriebsmotor anzutreiben, dessen Antriebsbewegung über einen Riementrieb auf einen das Schneidrad tragenden Wellenstummel übertragbar ist, entfällt einerseits das verschleißbegründete häufige Weiterdrehen des Schπeidrades in eine Position, in der jeweils ein neuer Bereich seiner Schneide in Wirkstellung kommt und andererseits ergibt sich in so weit eine einfache Konstruktion, als sowohl ein zweiter Tragarm als insbesondere auch ein zweiter Antrieb zum Verstellen dieses zusätzlichen Tragarmes entfällt.

Ein Wegfall eines eigenen Antriebes für das Schweißrad wird dadurch erreicht, daß die Antriebsbewegung des Schneidrades mittels einer Kupplung auf das Schweißrad übertragen wird, wobei eine weitergehende Vereinfachung dadurch erreicht wird, daß die Kupplung von einem vom Schneidrad getragenen Mitnehmerstift und einer im Schweißrad vorgesehenen Ausnehmung gebildet ist.

Um die Einstellung des Schneidspaltes ohne Veränderung der Lage des Schweißrades durchführen zu können, weist die Einrichtung zur Veränderung des Schneidspaltes einen als Spindel dienenden Gewindestift auf, der einer ends an dem die Bewegung des Tragarmes bewirkenden Schlitten befestigt ist und anderenends mit einem gehäusefesten Einstellrad zusammenwirkt.

Um beim nachfolgenden Einstellen des Schweißspaltes die zuvor einjustierte Größe des Schneidspaltes nicht wieder aufzuheben, ist das Schweißrad mittels einer Achse in einer Wippe gelagert, die ihrerseits von einer zur Längsachse der Wippe parallel verlaufenden und im Tagarm befestigten Achse getragen ist.

Eine einfache und werkzeuglose Montage und auch Demontage, sowie eine Sicherung aller auf der am Tragarm befestigten Achse angeordneten Teile kann dadurch erreicht werden, wenn die Achse eine Ringnut zur Aufnahme eines in diese einrastenden Pistonstiftes aufweist.

Eine konstruktiv einfache und kostengünstig herstellbare Einrichtung zur Veränderung der Größe des Schweißspaltes, die bei ihrer Einstellung keinen Einfluß auf die Größe des schon vorher eingestellten Schneidspaltes ausübt, wird dann erreicht, wenn diese eine am Tragarm befestigte Gewindemutter mit einer durch diese axial bewegbaren Spindel umfasst, deren eines Ende eine Handhabe aufweist, und an deren anderem Ende zwei in veränderbarem Abstand angeordnete Anschläge vorgesehen sind, zwischen die ein gabelförmiges Ende eines mit der Wippe einstückig ausgebildeten Schwenkhebels eingreift.

Eine teilesparende Lösung für die Druckeinrichtung wird dann erreicht, wenn auf der die Wippe aufnehmenden Achse zusätzlich ein Hebel der Druckeinrichtung schwenkbar gelagert ist, dessen anderes Ende als Gehäuse zur Aufnahme eines Stellmittels, sowie eines federbelastbaren Druckstückes ausgebildet ist.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines in der beigefügten Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles der Erfindung.

Es zeigt:

Fig. 1 : eine Frontansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 2: eine schaubildliche Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 3: eine Frontansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 4: eine Teil-Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung; Richtung zusammen mit einem Teilschnitt; Fig. 5: eine schaubildliche Darstellung der Druckeinrichtung;

Fig. 6: eine Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 7: eine vergrößerte. Darstellung der Anordnung der Sperrklinke;

Fig. 8: eine schaubildliche Darstellung des Tragarmes zusammen mit dem Riementrieb für das Schneidrad ;

Fig. 9: eine vergrößerte Darstellung des Einstellrades für den Schneidspalt;

In der Zeichnung ist eine Maschine zum Schweißen und Schneiden von ein- oder mehrlagigen Materialien unter Anwendung von Ultraschallenergie gezeigt, die ein Gehäuse 1 und eine damit verbundene Arbeitsplatte 2 aufweist.

An der Unterseite der Arbeitsplatte 2 ist eine durch eine Ausnehmung 3 in der Arbeitsplatte 2 ragende Sonotrode 4 angeordnet, die segmentartig gegenüber der Arbeitsplatte 2 vorsteht. Der mit einem Schneidrad 5 und einem Schweißrad 6 zusammenwirkenden Sonotrode 4 wird in an sich bekannter Weise von einem unterhalb der Arbeitsplatte 2 angeordneten Ultraschall-Generator 7 Ultraschallenergie zugeführt.

Im stirnseitigen Bereich des Gehäuses 1 ist in diesem eine im Wesentlichen senkrecht gerichtete Linearführung 8 vorgesehen, deren Festteil 9 mit dem Gehäuse 1 verbunden ist, während deren Schlitten 11 mit einem als Hohlkörper ausgebildeten Tragarm 12 verbunden ist, der im Wesentlichen nach abwärts gerichtet ist. Zur Auf- und Abbewegung des Tragarmes greift an diesem die Kolbenstange 13 eines am Gehäuse 1 befestigten Pneumatikzylinders 14 an. Im Tragarm 12 ist eine Antriebswelle 15 gelagert, die von einem ebenfalls am Tragarm 12 angeordneten Motor 16 angetrieben wird. Zur Übertragung der Drehbewegung der Antriebswelle 15 auf das im unteren Bereich des Tragarmes 12 gelagerte Schneidrad 5 ist auf dieser ein Riemenrad 17 ange- ordnet, das über einen Riemen 18 mit einem Gegenrad 19 in Antriebsverbindung steht. Das Gegenrad 19 ist auf einem im Tragarm 12 gelagerten und ein Außengewinde aufweisenden Wellenstummel 21 angeordnet, dessen freies Ende aus dem Tragarm 12 ragt und zur Aufnahme des Schneidrades 5 dient. Das Schneidrad 5 ist mittels einer auf das Gewinde des Wellenstummels 21 aufschraubbaren Lochmutter 22 fest mit dem Wellenstummel 21 verbunden und weist stirnseitig einen Mitnehmerstift 23 auf, der zum Antrieb des Schweißrades 6 in eine an diesem vorgesehene Ausnehmung 24 eingreift. Zur Einstellung des vertikalen Abstandes zwischen dem Schneidrad 5 und der Sonotrode 4 (= Schneidspalt) ist am oberen Ende des Schlittens 11 ein als Spindel dienender Gewindestift 25 vorgesehen, der mit dem Innengewinde eines an der Oberseite des Gehäuses 1 angeordneten und in axialer Richtung festgelegten Einstellrades 26 zusammenwirkt. Zur Fixierung des eingestellten Schneidspaltes ist unterhalb des Einstellrades 26 eine quer zum Gewindestift 25 gerichtete Feststellschraube 27 vorgesehen, deren vorderes Ende ein auf den Gewindestift 25 drückendes Druckstück 28 aufweist.

Das durch den Mitnehmerstift 23 antreibbare Schweiß- bzw. Amboßrad 6 ist in gleicher Weise wie das Schneidrad 5 mittels einer Lochmutter 29 auf eine an einem ihrer Enden mit einem Außengewinde versehene Achse 31 aufgeschraubt, die in einer Wippe 32 gelagert ist. Zur Aufnahme der Wippe 32 dient eine zur Achse 31 parallel gerichtete Achse 33, die ihrerseits mit Festsitz in dem Tragarm 12 aufgenommen ist. Die axiale Lage der Wippe 32 auf der Achse 33 ist durch eine in diese eingearbeitete umlaufende Nut 34 gesichert, in die ein quer zur Achse 33 gerichteter federbelasteter Pistonstift 35 eingreift.

Zur Einstellung des vertikalen Abstandes zwischen dem Schweißrad 6 und der Sonotrode 4 (= Schweißspalt) weist die Wippe 32 einen schräg nach aufwärts gerichteten Schwenkarm 36 auf, dessen freies Ende gabelförmig ausgebildet ist. In die so gebildete Gabel 37 greift ein als Spindel 38 dienender und quer zur Achse 33 gerichteter Gewindestift 39 ein, der mit einer am Tragarm 12 gelagerten Gewindemutter 41 zusammenwirkt. Die Spindel 38 ist an ihrem einen Ende mit einer skalierten Handhabe 42 versehen, während im Bereich Ihres anderen Endes zu beiden Seiten des Schwenkarmes 36 je eine Mutter 43 angeordnet ist, wobei die Position der beiden Muttern 43 auf der Spindel 38 durch je eine Kontermutter 44 gesichert ist. Durch Verdrehen der der Spindel 38 mittels der Handhabe 42 kann somit die Größe des Schweißspaltes vergrößert oder verkleinert werden..

Zur Erzielung und Einstellung des Schweißdruckes ist eine Druckeinrichtung 45 vorgesehen, die von einem Hebel 46 getragen ist, der auf der Achse 33 zwischen dem Tragarm 12 und der Wippe 32 schwenkbeweglich angeordnet ist. Die Druckeinrichtung 45 weist ein mit dem Hebel 46 einstückig ausgebildetes Gehäuse 47 mit einer Bohrung 48 auf, die zur Aufnahme einer Druckfeder 49 und eines dieser nachgeordneten Druckstückes 51 dient, das in seiner Wirklage gegen eine an der Wippe 32 ausgebildete Druckfläche 52 drückt. Um das Druckstück 51 samt Gehäuse 47 in seine Wirkstellung zu Verschwenken ist an dem Gehäuse 47 eine Handhabe 50 ausgebildet. Die Ausbildung und Anordnung des Druckstückes 51 und der Druckfläche 52 sind dabei zur Vermeidung von Biegespannungen so getroffen, daß die Längsmittelebenen von Druckstück 51 und Achse 31 zusammenfallen. Um die Größe des Schweißdruckes einstellen zu können, ist im Gehäuse 47 ein auf die Druckfeder 49 wirkendes Stellmittel 53 vorgesehen, mit dessen Hilfe die Andruckkraft der Druckfeder 49 veränderbar ist.

Zur Arretierung des Schweißrades 6 in seiner Arbeitsstellung ist in einer Ausnehmung 54 des Hebels 46 eine Rastnase 55 angeordnet, deren freies Ende gegenüber dem Hebel 46 um einen geringen Betrag vorsteht. Mit der Rastnase 55 wirkt eine Sperrklinke 56 zusammen, die auf einer im Tragarm 12 be- festigen Zapfenschraube 57 gelagert ist. Die Sperrklinke 56 weist im Bereich ihres unteren Endes eine Vertiefung 58 auf, die zur Aufnahme eines Endes einer Druckfeder 59 dient, deren anderes Ende in eine Sackbohrung 61 eines am Tragarm 12 befestigten Aufnahmestückes 62 ragt, so dass die Sperrklinke 56 stets bestrebt ist, sich im Gegensinn des Uhrzeigers zu drehen. Zur Begrenzung dieser Drehbewegung der Sperrklinke 56 ist an ihrer oberen Stirnseite ein stiftförmiger Anschlag 63 angeordnet, der mit einem am Tragarm 12 befestigten Anschlagstück 64 zusammenwirkt und die Bewegungsbahn der Sperrklinke 56 begrenzt.

Zum Einstellen des Schneidspaltes wird durch Beaufschlagen des Pneumatikzylinders 14 dessen vom Schlitten 11 der Linearführung 8 geführte Kolbenstange 13 nach abwärts bewegt. Die am Tragarm 12 angreifende Kolbenstange 13 bewegt hierdurch den Tragarm 12 in seine untere Position, in der das Schneidrad 5 auf dem zu schweißenden und zu trennenden Material zur Auflage kommt. In dieser Situation kann ein erster Schneidversuch durchgeführt werden. Zeigt sich, daß der erzieite Schnitt nicht einwandfrei ist, der Schneidspalt zu groß oder zu klein ist, so kann die Höhenlage des Schneidrades durch Drehen des Einstellrades 26 verändert werden. Je nachdem, ob die Größe des Schneidspaltes vergrößert oder verkleinert werden soll, wird der Schlitten 11 bei weiterhin beaufschlagtem Pneumatikzylinder 14 durch den als Spindel wirkenden Gewindestift 25 so lange nach auf- oder abwärts bewegt, bis der Schneidspalt die richtige Größe aufweist und ein einwandfreier Schnitt erzielt wird.

Für die Einstellung des Schweißspaltes wird zunächst davon ausgegangen, dass sich Druckeinrichtung in ihrer Wirklage befindet.

Da die die Wippe 32 aufnehmende Achse 33 ebenfalls am Tragarm 12 befestigt ist, bedarf es zur Einstellung des Schweißspaltes nur noch des Justierens der Höhenlage des Schweißrades 6. Durch Drehen der Handhabe 42 wird der als Spindel 38 wirkende Gewindestift 39 axial verschoben, wodurch entsprechend der Drehrichtung der Handhabe 42 die linke oder die rechte Mutter 43 an der entsprechenden Seitenfläche des Schwenkarmes 36 zur Anlage kommt. Der Schwenkhebel 36 führt hierdurch eine Schwenkbewegung um die Achse 33 aus, wodurch die mit dem Schwenkhebel 46 fest verbundene Wippe 32 ebenfalls um die Achse 33 verschwenkt wird. Dies führt zu einer Änderung des Abstandes zwischen der Sonotrode 4 und dem Schweißrad 6, so- daß der Schweißspalt dementsprechend vergrößert oder verkleinert wird.

Sofern sich die Druckeinrichtung 45 in ihrer unwirksamen Lage befindet, in der das Gehäuse 47 der Druckeinrichtung 45 um die Achse 33 nach oben geschwenkt ist und eine schräg nach abwärts gerichtete Lage einnimmt, in der das Druckstück 51 einen mehrere Zentimeter betragenden Abstand von der Druckfläche 52 der Wippe 32 aufweist, wird zum Einstellen des Schweißdruckes das Gehäuse 47 durch Betätigen der an diesem ausgebildeten Handhabe 50 um die Achse 33 verschwenkt. Die am Hebel 46 befestigte Rastnase 55 verschwenkt dabei zunächst die auf der Zapfenschraube 57 gelagerte Sperrklinke 56 entgegen der Kraft der Druckfeder 59. Sobald die Sperrklinke 56 entgegen der Kraft der Druckfeder 59 entsprechend weit verschwenkt ist, übergreift deren oberes Ende die Rastnase 55. Durch die sich weiter entspannende Druckfeder 59 kommt der stiftförmige Anschlag 63 der Sperrklinke 56 an dem am Tragarm 12 befestigten Anschlagstück 64 zur Anlage, wodurch die Lage des Hebels 46 und des damit verbundenen Gehäuses 47 arretiert ist.

Sofern der sich hierbei ergebende Schweißdruck zu groß oder zu gering ist, kann dieser durch Verdrehen der Handhabe 50 vergrößert oder verkleinert werden. Durch das Verdrehen der Handhabe 50 wird die Spannung der innerhalb der Bohrung 48 angeordneten Druckfeder 59 vergrößert oder entsprechend verkleinert. Da sich hierbei der Abstand der Wirkfläche des Druckstückes 51 zur Druckfläche 52 der Wippe 32 nicht verändert, hat die Erhö- hung oder Reduzierung des Schweißdruckes weder einen Einfluss auf die Größe des eingestellten Schweißspaltes, noch auf die Größe des eingestellten Schneidspaltes.

Vorstehend wurde davon ausgegangen, daß zuerst die Größe des Schneidspaltes und erst danach die Größe des Schweißspaltes justiert wurde. Da einerseits das Justieren des Schweißspaltes keine Veränderung der Größe des Schneidspaltes bewirken kann, und andererseits das Justieren des Schneidspaltes keinen Einfluss auf die Größe des schon justierten Schweißspaltes haben kann, ist es vollständig gleichgültig, ob zuerst die Größe des Schneidspaltes oder zuerst die Größe des Schweißspaltes justiert wird.

Nachdem das Schneidrad und das Schweißrad den gleichen konstruktiven Aufbau aufweisen und auch ihre Lagerungen auf dem Wellenstummel bzw. auf der Achse einander entsprechen, und es zudem für ihren Antrieb voll gleichgültig ist, ob das den Mitnehmerstift oder das die Bohrung aufweisende Rad als antreibendes wirkt, bietet die Lehre der Erfindung auch die Möglichkeit, die Anordnung von Schneidrad und Schweißrad zu vertauschen.