Устройство для ультразвуковой сварки
ULTRASONIC WELDING DEVICE

Изобретение относится к устройствам ультразвуковой сварки, в частности сварки полимерных нетканых материалов, изготовленных по технологии спанбонд.
Известно устройство для шовной ультразвуковой сварки полимерных материалов см. заявку на изобретение №2013121542, М. кл. B29C 65/08, содержащее опорный диск, дисковый инструмент, выполненный из отдельных секторов, насаженный на тороидальный преобразователь и закрепленный в корпусе с помощью кольцевых выступов, причем секторы дискового инструмента расположены с зазором друг к другу, а тороидальный преобразователь выполнен из отдельных изолированных секций с индивидуальными обмотками возбуждения, число которых соответствует числу секторов дискового инструмента, при этом оно снабжено валиком с ребордами, закрепленными через подшипник и ось на подпружиненном кронштейне, соединенном шарнирно со штангой, сосной опорному ролику, свободный конец которой через втулку жестко закреплен на оси устройства.
К недостаткам известного устройства можно отнести сложность конструкции.
Известно более совершенное устройство для непрерывной термоультразвуковой сварки термопластичных пленок, см. патент на полезную модель №141349, М. кл. B29C 65/08 - прототип, содержащее стержневую сварочную головку с ультразвуковым сварочным инструментом, волноводом и концентратором, поворотную опору, выполненную в виде ролика, и прижимную опору (ролики) механизма сжатия, а рабочий торец ультразвукового сварочного инструмента выполнен вогнутой формы, охватывающей часть поворотной опоры, при этом оно снабжено гибким элементом в виде полимерной ленты, расположенной с возможностью прохождения через нагреватель, кроме того, устройство снабжено направляющим полимерную ленту теплоизолирующим желобом и сматывающей и наматывающей полимерную ленту катушками, прижимные ролики установлены соосно над поворотной опорой и подпружинены. При этом ширина полимерной ленты составляет 1,1-1,5 от ширины рабочего торца ультразвукового сварочного инструмента.
К недостаткам известного устройства можно отнести сложность конструкции и низкие технологические возможности, заключающиеся в выполнении сварки ограниченным видом сварного шва.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является устранение недостатков прототипа, в частности расширение технологических возможностей сварки и упрощение конструкции устройства.
Поставленный изобретением технический результат достигается использованием сочетания известных общих с прототипом признаков, включающих корпус, магнитострикционный преобразователь и концентратор ультразвуковых колебаний, контактирующий со свариваемым материалом и с рабочим элементом механизма сжатия, и новых признаков, заключающихся в том, что рабочий элемент механизма сжатия выполнен в виде диска вращения, на цилиндрической поверхности которого выполнены выступающие над ней элементы контакта со свариваемым материалом в виде надписи, при этом многократно меняющаяся при вращении диска площадь контакта выступов элементов букв надписи со свариваемой тканью, для обеспечения равномерного прижатия ткани к концентратору, выполнена, в оптимальном варианте, по меньшей мере, одинаковой, при этом контуры букв надписи выполнены как в виде сплошных линий, так и в виде прерывистых линий, выполненных, по меньшей мере, в виде двух точек контакта, идентичных пунктирной линии.
Площадь контакта выступов элементов букв надписи со свариваемой тканью, а через нее - с концентратором при вращении диска может меняться в сторону уменьшения или увеличения от 0 до 30%.
Для сохранения усилия равномерного прижатия точек контакта элементов букв надписи к свариваемой ткани, а через нее - к концентратору, между словами надписи выполнены дополнительные компенсирующие площадь контактные выступы, выполненные в виде прямых вертикальных, или горизонтальных, или наклонных линий, или в виде изображений геометрических фигур, круга, квадрата, треугольника, эллипса, овала, или изображений листа дерева, звезд, цепи, товарного знака.
Для сохранения усилия равномерного прижатия выступов элементов букв надписи к свариваемой ткани, а через нее - к концентратору буквы надписи выполнены вплотную друг к другу или наклонно под углом до 90° в правую или левую стороны.
Новизной предложенной конструкции является выполнение рабочего элемента механизма сжатия в виде диска вращения, на цилиндрической поверхности которого выполнены выступающие над ней элементы контакта со свариваемым материалом в виде надписи, при этом многократно меняющаяся при вращении диска площадь контакта выступов элементов букв надписи со свариваемой тканью, для обеспечения равномерного прижатия ткани к концентратору, выполнена, в оптимальном варианте, по меньшей мере, одинаковой, при этом контуры букв надписи выполнены как в виде сплошных линий, так и в виде прерывистых линий, выполненных, по меньшей мере, в виде двух точек контакта, идентичных пунктирной линии.
Так, выполнение рабочего элемента механизма сжатия в виде диска вращения, на цилиндрической поверхности которого выполнены выступающие над ней элементы контакта со свариваемым материалом в виде надписи, позволяет производить именную продукцию с названием организации либо с изображением в сварном шве товарного знака, или в виде другой надписи, которые можно увидеть и прочитать в ультразвуковом шве, что расширяет технологические возможности предлагаемого устройства.
Выполнение многократно меняющейся при вращении диска площади контакта выступов элементов букв надписи со свариваемой тканью, для обеспечения равномерного прижатия ткани к концентратору, в оптимальном варианте, по меньшей мере, одинаковой позволяет равномерно распределить усилия прижатия выступов рабочего инструмента к свариваемой ткани и обеспечить качественный соединительный сварочный шов.
Выполнение контуров букв надписи как в виде сплошных линий, так и в виде прерывистых линий, выполненных, по меньшей мере, в виде двух точек контакта, идентичных пунктирной линии, позволяет расширить технологические возможности устройства и с максимальным положительным результатом соединить свариваемые ткани.
Так при выполнении контуров букв надписи в виде сплошных линий достигается одна величина прочности соединения ткани, концентрирующая усилия по линии шва, а при выполнении прерывистого шва в виде, по меньшей мере, двух точек контакта, например овалов, идентичных пунктирной линии, величина усилия прочности соединения ультразвукового шва возрастает, поскольку усилия разделения ткани распределяются на большей площади по сравнению с линией.
Признаки выполнения площади контакта выступов элементов букв надписи со свариваемой тканью, а через нее - с концентратором при вращении диска, меняющейся в сторону уменьшения или увеличения от 0 до 30%, выполнение для сохранения усилия равномерного прижатия точек контакта элементов букв надписи к свариваемой ткани, а через нее - к концентратору, между словами надписи дополнительных компенсирующих площадь контактные выступы, выполненные в виде прямых вертикальных, или горизонтальных, или наклонных линий, или в виде изображений геометрических фигур, круга, квадрата, треугольника, эллипса, овала, или изображений листа дерева, звезд, цепи, товарного знака, а также выполнение для сохранения усилия равномерного прижатия выступов элементов букв надписи к свариваемой ткани, а через нее - к концентратору, букв надписи вплотную друг к другу или наклонно под углом до 90° в правую или левую стороны - являются признаками дополнительными, поясняющими конкретное выполнение основных признаков, и направлены на достижение поставленного изобретением технического результата.
Согласно проведенных патентно-информационных исследований сочетания известных и новых признаков предлагаемого изобретения в источниках патентной и научно-технической информации не обнаружено, что позволяет отнести признаки к обладающим новизной.
Поскольку предложенное сочетание признаков неизвестно из существующего уровня техники и не вытекает из него явным образом, и позволяет получить более высокий и даже неожиданный технический результат, то предлагаемые существенные признаки и их сочетание можно считать имеющими изобретательский уровень.
Описание осуществления предлагаемого устройства, в том числе на конкретном примере, позволяет отнести его к промышленно выполнимым.
На фиг. 1 схематично изображено предлагаемое устройство.
На фиг. 2 схематично изображен вращающийся диск, на цилиндрической поверхности которого выполнены выступы, через ткань контактирующие с концентратором ультразвуковых колебаний.
На фиг. 3 изображены развертки надписи АГРОНОМ с показом площади (прозрачный прямоугольник) контакта диска с тканью:
а) - развертка вертикальной надписи, в которой буквы плотно примыкают друг к другу,
б) - развертка вертикальной надписи, в которой между словами «АГРОНОМ» выполнены дополнительные, компенсирующие площадь контактные выступы.
На фиг. 4 схематично показано выполнение линий буквы Н в виде:
а) - левая сторона буквы в виде двух строк последовательно выполненных овалов,
б) - правая сторона в виде цепи,
в) - линии буквы Н выполнены в виде последовательно размещенных квадратов.
На фиг. 5 показана развертка надписи, в которой линии буквы выполнены пунктирными под различными углами наклона.
На фиг. 6 в увеличенном масштабе изображен поперечный разрез верхней части диска с выполненными на его цилиндрической поверхности выступами.
Предлагаемое устройство состоит из корпуса, на котором смонтирован концентратор ультразвуковых колебаний 1, контактирующий со свариваемым материалом и рабочим элементом 2 в виде диска, связанный с магнитострикционным преобразователем 3 и ультразвуковым генератором 4. Приводной ремень 5 механизма вращения концентратора связан с двигателем 6 привода с регулятором скорости 7. Рабочий элемент в виде диска 2 связан с двигателем 8 с регулятором скорости вращения 9. На цилиндрической поверхности рабочего элемента 2, выполненного в виде вращающегося на оси 10 диска, выполнены выступающие над цилиндрической поверхностью выступы 11 контакта со свариваемым материалом в виде надписи 12. Площадь контакта 13 надписи 12 со свариваемой тканью изображена на чертеже в виде прозрачного прямоугольника, по которому можно увидеть входящие в контакт линии букв.
Между выступами 11 букв, формирующими слова надписи, выполнены дополнительные компенсирующие площадь контактные выступы, выполненные в виде прямых вертикальных, или горизонтальных, или наклонных линий 14, или пунктирных линий 15, или в виде различных изображений, например звезд 16. Линии букв могут быть выполнены в виде двух линий, например в виде последовательно расположенных овалов 17, либо в виде цепи 18, либо в виде геометрических фигур, например квадратов 19. Линии букв надписи могут быть выполнены наклонно, например см. букву «Р», и/или разнонаклонно, см. буквы «р» и «н», или в виде пунктирных линий, см. фиг. 5, сохраняя при этом близкую к одинаковой площадь контакта 13 выступов диска со свариваемой тканью.
Рабочий элемент 2 под заданным давлением по стрелке А прижимают во время вращения к свариваемой ткани.
Предлагаемое устройство работает следующим образом:
При необходимости сшивания полимерной ткани или ткани с содержанием полимерных нитей ткань размещают в зазоре h между концентратором 1 и вращающимся на оси 10 диском 2. В зависимости от предъявляемых к сшитой ткани требований по прочности соединения подбирают форму надписи будущего шва, в которой буквы либо плотно соединены друг с другом, либо линии букв выполнены в виде пунктирной линии, либо в виде геометрических фигур, либо с дополнительными выступами между словами и т.д. из числа указанных выше.
При вращении диска 2 перемещающаяся площадь 13 контакта свариваемого шва в виде пунктирных линий 15 букв, см. фиг. 5, сохраняется практически постоянной и соответственно выступы 11 диска 2 находятся постоянно в контакте со свариваемой тканью. Линии букв могут быть выполнены в виде прерывистой линии, или в виде геометрических фигур, треугольника, или круга, или кольца, или квадрата, или овала, или в виде листьев дерева, или в виде лепестков цветков, цепей, звезд. Для получения требуемого по прочности сварочного шва устанавливают диск 2 с соответствующей геометрией. Между диском 2 и концентратором 1 размещают свариваемую ткань. Затем диском 2 ткань прижимают с заданным усилием к концентратору 1 и придают им вращение от двигателей 6 и 8. Магнитострикционный преобразователь 3 придает концентратору 1 требуемые параметры ультразвуковых колебаний. Вращающийся диск 2, прижимая ткань к концентратору 1, создает на ней сварочный шов и перемещает соединенную сварочным швом ткань по направлению вращения диска.
Выполнение площади контакта выступов элементов букв надписи со свариваемой тканью и концентратором при вращении диска, меняющемся в сторону уменьшения или увеличения от 0 до 30%, обеспечивает хорошую свариваемость материала с требуемыми прочностными характеристиками. Увеличение площади контакта более 30% не приводит к увеличению прочности соединения ткани, а при уменьшении площади контакта более 30% прочность шва существенно снижается.
Наличие между словами надписи дополнительных компенсирующих площадь контактных выступов, выполненных в виде прямых вертикальных, или горизонтальных, или наклонных линий 14, или пунктирных линий 15, или в виде изображений геометрических фигур, круга, квадрата, треугольника, эллипса, овала 17, или изображений листа дерева, звезд 16, цепи 18, или товарного знака, обеспечивает сохранение усилий равномерного прижатия точек контакта элементов букв надписи к свариваемой ткани и через нее - к концентратору, что положительно сказывается на надежности работы предлагаемого устройства.
Выполнение букв надписи вплотную друг к другу или наклонно под углом к вертикали до 90° в правую или левую стороны позволяет сохранить усилия равномерного прижатия выступов элементов букв надписи к ткани и к концентратору.
В настоящее время автором доработана конструкция устройства для ультразвуковой сварки в соответствии с известными и новыми признаками предлагаемого изобретения. Устройство проходит опытные испытания.
Предварительные результаты испытаний положительные.
После проведения комплексных производственных испытаний устройство будет использовано при производстве парников для выращивания сельскохозяйственных культур.