CN113905875A - 用于焊接两个热塑性工件的系统和方法 - Google Patents

用于焊接两个热塑性工件的系统和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113905875A
CN113905875A CN202080040158.5A CN202080040158A CN113905875A CN 113905875 A CN113905875 A CN 113905875A CN 202080040158 A CN202080040158 A CN 202080040158A CN 113905875 A CN113905875 A CN 113905875A
Authority
CN
China
Prior art keywords
workpieces
cooling
ultrasonic tool
support
workpiece
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202080040158.5A
Other languages
English (en)
Inventor
阿列克谢·维克尼亚科夫
菲利普·克勒
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Airbus Operations GmbH
Original Assignee
Airbus Operations GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Airbus Operations GmbH filed Critical Airbus Operations GmbH
Publication of CN113905875A publication Critical patent/CN113905875A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/02—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure
    • B29C65/08—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using ultrasonic vibrations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/48—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor using adhesives, i.e. using supplementary joining material; solvent bonding
    • B29C65/4805—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor using adhesives, i.e. using supplementary joining material; solvent bonding characterised by the type of adhesives
    • B29C65/481—Non-reactive adhesives, e.g. physically hardening adhesives
    • B29C65/4815—Hot melt adhesives, e.g. thermoplastic adhesives
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/48—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor using adhesives, i.e. using supplementary joining material; solvent bonding
    • B29C65/50—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor using adhesives, i.e. using supplementary joining material; solvent bonding using adhesive tape, e.g. thermoplastic tape; using threads or the like
    • B29C65/5057—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor using adhesives, i.e. using supplementary joining material; solvent bonding using adhesive tape, e.g. thermoplastic tape; using threads or the like positioned between the surfaces to be joined
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/001—Joining in special atmospheres
    • B29C66/0012—Joining in special atmospheres characterised by the type of environment
    • B29C66/0016—Liquid environments, i.e. the parts to be joined being submerged in a liquid
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/01—General aspects dealing with the joint area or with the area to be joined
    • B29C66/05—Particular design of joint configurations
    • B29C66/10—Particular design of joint configurations particular design of the joint cross-sections
    • B29C66/11—Joint cross-sections comprising a single joint-segment, i.e. one of the parts to be joined comprising a single joint-segment in the joint cross-section
    • B29C66/112—Single lapped joints
    • B29C66/1122—Single lap to lap joints, i.e. overlap joints
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/01—General aspects dealing with the joint area or with the area to be joined
    • B29C66/348—Avoiding melting or weakening of the zone directly next to the joint area, e.g. by cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/01—General aspects dealing with the joint area or with the area to be joined
    • B29C66/349—Cooling the welding zone on the welding spot
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/40—General aspects of joining substantially flat articles, e.g. plates, sheets or web-like materials; Making flat seams in tubular or hollow articles; Joining single elements to substantially flat surfaces
    • B29C66/41—Joining substantially flat articles ; Making flat seams in tubular or hollow articles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/40—General aspects of joining substantially flat articles, e.g. plates, sheets or web-like materials; Making flat seams in tubular or hollow articles; Joining single elements to substantially flat surfaces
    • B29C66/41—Joining substantially flat articles ; Making flat seams in tubular or hollow articles
    • B29C66/45—Joining of substantially the whole surface of the articles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/70—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
    • B29C66/72—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the structure of the material of the parts to be joined
    • B29C66/721—Fibre-reinforced materials
    • B29C66/7214—Fibre-reinforced materials characterised by the length of the fibres
    • B29C66/72141—Fibres of continuous length
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/80—General aspects of machine operations or constructions and parts thereof
    • B29C66/81—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps
    • B29C66/818—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the cooling constructional aspects, or by the thermal or electrical insulating or conducting constructional aspects of the welding jaws or of the clamps ; comprising means for compensating for the thermal expansion of the welding jaws or of the clamps
    • B29C66/8181—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the cooling constructional aspects, or by the thermal or electrical insulating or conducting constructional aspects of the welding jaws or of the clamps ; comprising means for compensating for the thermal expansion of the welding jaws or of the clamps characterised by the cooling constructional aspects
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/80—General aspects of machine operations or constructions and parts thereof
    • B29C66/83—General aspects of machine operations or constructions and parts thereof characterised by the movement of the joining or pressing tools
    • B29C66/836—Moving relative to and tangentially to the parts to be joined, e.g. transversely to the displacement of the parts to be joined, e.g. using a X-Y table
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/80—General aspects of machine operations or constructions and parts thereof
    • B29C66/84—Specific machine types or machines suitable for specific applications
    • B29C66/863—Robotised, e.g. mounted on a robot arm
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/90—Measuring or controlling the joining process
    • B29C66/91—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the temperature, the heat or the thermal flux
    • B29C66/919—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the temperature, the heat or the thermal flux characterised by specific temperature, heat or thermal flux values or ranges
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/90—Measuring or controlling the joining process
    • B29C66/95—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling specific variables not covered by groups B29C66/91 - B29C66/94
    • B29C66/951—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling specific variables not covered by groups B29C66/91 - B29C66/94 by measuring or controlling the vibration frequency and/or the vibration amplitude of vibrating joining tools, e.g. of ultrasonic welding tools
    • B29C66/9517—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling specific variables not covered by groups B29C66/91 - B29C66/94 by measuring or controlling the vibration frequency and/or the vibration amplitude of vibrating joining tools, e.g. of ultrasonic welding tools characterised by specific vibration amplitude values or ranges
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/01—General aspects dealing with the joint area or with the area to be joined
    • B29C66/05—Particular design of joint configurations
    • B29C66/302—Particular design of joint configurations the area to be joined comprising melt initiators
    • B29C66/3024—Particular design of joint configurations the area to be joined comprising melt initiators said melt initiators being non-integral with the parts to be joined
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/70—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
    • B29C66/71—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the composition of the plastics material of the parts to be joined
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/70—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
    • B29C66/72—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the structure of the material of the parts to be joined
    • B29C66/721—Fibre-reinforced materials
    • B29C66/7212—Fibre-reinforced materials characterised by the composition of the fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2101/00—Use of unspecified macromolecular compounds as moulding material
    • B29K2101/12—Thermoplastic materials

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Lining Or Joining Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于焊接两个热塑性工件的系统(2)和方法。系统(2)具有超声波工具(8)、支撑件(10)和冷却单元(12)。超声波工具(8)被设计用于产生机械振动。系统(2)被设计成，当工件(4，6)的至少一个固定部段(18)彼此相对地布置在接纳区域(16)中时，在接纳区域(16)中借助超声波工具(8)和支撑件(10)将工件夹在一起。超声波工具(8)被设计用于将机械振动引入到工件(4、6)的固定部段(18)中，以便在接合区(20)中焊接工件(4，6)。冷却单元(12)被设计用于用冷却液(22)来冷却工件(4，6)的固定部段(18)的至少一部分和/或工件(4，6)的与固定部段(18)紧密邻接的冷却部段(24)。

Description

用于焊接两个热塑性工件的系统和方法
技术领域
本发明涉及一种用于焊接两个热塑性工件的系统和方法。从现有技术已知，可以通过超声波来将两个热塑性工件彼此焊接。为此将超声波工具压到彼此相对布置的工件上，从而使高频机械振动形式的超声波作用到热塑性工件上。在机械振动的持续时间充足和/或振幅适当的情况下，在工件之间由于分子摩擦和边界面摩擦而发生加热。由此在这两个热塑性工件之间产生接合区。通常期望热塑性工件不是仅在单个部位彼此焊接。确切地说，常见的是，超声波工具缓慢地沿着这两个工件之一移动，从而这两个工件在其中被强加热以彼此连接的接合区随着超声波工具的移动而随同移动。但是，机械振动还可能在侧向于接合区的区域中延伸。为了防止工件的已经焊接、但还极热的区域由于机械振动的作用而再次分离，从现有技术已知如下保持工具，这些保持工具在焊接到一起之后立即并且随着超声波工具的移动而继续将工件保持在一起，从而移动的超声波工具不会导致工件的之前已焊接的部段再次裂开。
背景技术
但是在实践中已发现，保持工具必须持续以距超声波工具较小的距离被随同引导，以便分别在与接合区紧密相邻的部段中把持在工件处。保持工具的这种跟踪在技术上是极其复杂的并且经常需要与要焊接的工件进行单独适配。
发明内容
因此，本发明的基本目的在于，提供一种用于借助超声波来焊接两个热塑性工件的简单方案，从而使得能够在这两个工件之间形成焊缝，而不会在对焊缝部段进行超声波焊接时破坏或者在机械上极大地影响之前已经焊接的部段。尤其应防止，在这两个工件之间的接合区处引入超声波而导致相邻的、之前刚刚形成的焊接部位被废除和/或破坏，这可能引起这两个工件的分离。
根据本发明的第一方面，该目的通过一种具有权利要求1所述特征的系统来实现。因此，提出一种用于焊接两个热塑性工件的系统。该系统具有超声波工具、支撑件和冷却单元。超声波工具被设计用于产生频率在20kHz与100kHz之间的机械振动。所述超声波工具的头部相对于所述支撑件被布置成使得在所述超声波工具的头部与所述支撑件之间形成用于所述工件的接纳区域。所述系统被设计成：当所述工件的至少一个固定部段彼此相对地布置在所述接纳区域中时，在所述接纳区域中借助所述超声波工具和所述支撑件将所述工件夹在一起。所述超声波工具被设计用于将机械振动引入到所述工件的固定部段中，以便在接合区中焊接所述工件。所述冷却单元被设计用于用冷却液来冷却所述工件的固定部段的至少一部分和/或所述工件的与所述固定部段紧密邻接的冷却部段。
为了在接纳区域中布置工件，首先将一个工件与另一个工件相对布置，其中在这两个工件之间可以布置附加体，附加体尤其被设计为热塑性的附加板。由此，由这两个工件和附加体产生一种三明治布置。但是，原则上还可以实现的是，这两个工件紧邻布置并且布置成相对于彼此处于直接触碰接触。因而，当在下文中要引用附加板时，应能够以相似方式指代附加体。
相对布置的工件(尤其具有布置在其间的热塑性附加板)被引入到接纳区域中，以便随后被超声波工具和支撑件夹紧。为此，超声波工具可以在支撑件的方向上又或者支撑件可以在超声波工具的方向上移动。还可以实现的是，超声波工具和支撑件朝向彼此移动。由此，在超声波工具、工件和支撑件之间产生机械夹持连接。工件的固定部段分别包括这两个工件的一部分并且此外还可以包括附加板的一部分。固定部段布置在接纳区域中。即，固定部段可以具有与接纳区域相等的尺寸。但是还可以实现的是，固定部段大于接纳区域，并且因此在侧向上延伸超出接纳区域。接合区优选至少是固定部段的被引入机械振动的部分。这优选是固定部段的直接位于超声波工具与支撑件之间的区域。因此，当工件相对于超声波工具侧向地移动并且因而不断有工件的新的部段被推入到接纳区域中时，接合区可以关于工件移位。由此使得在工件之间产生焊缝，该焊缝可以不断从接合区推出。焊缝在此可以至少部分地还位于固定部段中，或者当焊缝侧向地从工件的固定部段推出时，焊缝可以到达工件的冷却部段中。
系统的冷却单元被设计用于用冷却液来冷却冷却部段的至少一部分和/或固定部段的至少一部分。如前所述，接合区可以形成固定部段的一部分。但是，接合区并非必然是整个固定部段。因而，用冷却液进行冷却也可以发生于工件的固定部段的一部分中。通过用冷却液来冷却工件的固定部段的至少一部分和/或冷却部段的至少一部分，可以特别简单且高效地确保，从接合区推出的焊缝快速且可靠地被冷却。由此，提高了焊缝的强度并且提高了由此在工件之间产生的材料配合的连接的强度。因此，从接合区出现的机械振动不会导致从接合区推出的焊缝裂开和/或在机械上被衰弱到在工件之间仅实现较差的连接。此外，冷却单元提供了以下优点，即，冷却单元可以特别简单地与不同工件进行适配，以便用冷却液来冷却工件的固定部段的相应部分和/或工件的冷却部段。因为所使用的冷却液可以特别简单地与工件的各种几何造型进行适配。由此，即使是针对几何形状非常复杂的工件，也可以高效地保证冷却效果。
这两个热塑性工件中的每一个或任一个可以仅由热塑性材料构成。然而，这不是绝对必要的。而是可以提出，热塑性工件具有热塑性基础材料，在热塑性基础材料中嵌入有纤维。因此，热塑性工件也应理解为纤维增强的热塑性工件。用于增强的纤维可以例如由玻璃纤维、碳纤维、芳族聚酰胺纤维和/或纺织纤维形成。纤维优选是所谓的连续纤维。优选地，这些纤维具有至少5cm、至少10cm或至少20cm的平均长度。还可以实现的是，纤维具有对应于在相应工件的边长的70％与100％之间的平均长度。然而，纤维也可以由长纤维或短纤维形成。这些纤维可以由玻璃纤维、碳纤维、芳族聚酰胺纤维和/或纺织纤维形成。基质材料可以由PEKK、PEEK、LMPAEK、PEI、PPS和/或PA形成。在相应的工件处，纤维的体积含量可以在1％与70％之间、优选地在40％与60％之间。
此外可以提出，这些热塑性工件中的至少一个可以设有所谓的雷击保护(Lighting Strike Protection，LSP)。在此，优选涉及铜ECF(Expanded Copper Foil，扩展铜箔)或铜PCF(Perforated Copper Foil，穿孔铜箔)。在相应工件的制造期间，LSP可以被施加或已经被施加在相应工件的表面上。
尤其当这些热塑性工件中的至少一个由纤维增强的热塑性材料构成时，已经发现纤维可以处于预应力、尤其是拉伸预应力下。当形成从接合区推出的焊缝时，这种预应力也至少部分地被维持。因此，焊缝的这部分可能受到机械预应力、尤其是拉伸预应力，当本来处于拉伸应力下的焊缝受到在紧邻处借助超声波工具引入到接合区中的机械振动的影响时，这可能导致焊缝裂开。当焊缝的强度在离开接合区之后尽可能快地提高和/或在紧邻接合区附近被提高时，可以有效地防止焊缝裂开。这可以借助由冷却单元提供的、用于冷却固定区域并因此用于冷却焊缝的冷却液来确保。因为冷却单元将冷却液引导至工件的固定部段的至少一部分和/或工件的冷却部段。
当这两个热塑性工件分别由纤维增强的热塑性材料形成时，以上阐述以相似的方式成立。然而还可以实现的是，相应工件仅部分地由热塑性材料形成和/或仅部分地由纤维增强的热塑性材料形成。因为在这种情况下重要的是，相应工件的热塑性部分或纤维增强的热塑性部分被用于与相应另一个工件形成固定部段，该固定部段可以布置在接纳区域中，以便随后通过超声波执行对工件的焊接。
所述系统的一个有利设计方案的突出之处在于：当要在接纳区域中将工件夹在一起时，在第一工件与第二工件之间在固定区域中布置有附加体，其中，这两个工件可以借助附加体在接合区中被焊接。附加体可以具有任意形状。附加体优选被设计为热塑性附加体。即，附加体可以完全地或至少部分地由热塑性材料形成。附加体优选被设计为热塑性附加板。因而，当在下文中要引用附加板时，能够以相似方式指代附加体、尤其是任意形式的附加体。至少在固定部段中，热塑性附加板可以布置在第一工件与第二工件之间。由此得到三明治布置。该布置可以布置在接纳区域中，以便这两个工件和布置在其间的附加板可以借助超声波工具和支撑件在接纳区域中被夹在一起，以便借助超声波工具将机械振动引入到工件的固定部段中并且至少部分地借助附加板在接合区中对工件进行焊接。因为附加板由此同样可以位于接合区中。附加板完全由热塑性材料制成，或者例如由纤维增强的热塑性材料制成。通过热塑性材料部分，在每个工件与附加板之间基于机械振动的引入(尤其由于分子摩擦和/或边界面摩擦)而发生加热。由此，将附加板与这两个工件中的每一个焊接使得附加板起到这两个工件之间的连接装置的作用。因此，也可以说这两个工件借助附加板被焊接或可以被焊接。已经表明有利的是，附加板的刚度低于这两个工件中的每一个。由此，基于焊接可以实现工件之间的特别耐久且同时牢固的连接。此外，已经证明有利的是，附加板至少基本上仅沿着工件之间的规划焊缝布置，从而基于附加板的形状，可以至少连带确定附加板与这两个工件之间的焊接发生在哪里。
所述方法的另一个有利设计方案的突出之处在于：冷却液是水或者至少含有水。因此，例如至少70％的冷却液可以由水形成。因此，冷却液还可以基于高份额的水。将水用作为冷却液在实践中已经表明是特别有利的。在接合区中出现的由于分子摩擦和/或边界面摩擦而引起的加热引起接合区中的温度高于100℃、优选高于140℃。基于接合区中的所提及的温度，可以确保在接合区的方向上渗透的冷却液在到达接合区之前就被蒸发并因此防止冷却液实际上一直渗透到接合区中。接合区因此没有冷却液。
所述系统的另一有利设计方案的突出之处在于：所述冷却单元被设计用于将所述冷却液输送给所述固定部段和/或所述冷却部段，使得被输送到那里的所述冷却液流过所述工件的固定部段和/或冷却部段，以便冷却所述工件。通过使冷却液流到工件的固定部段和/或冷却部段上，在紧邻接合区的附近发生工件的冷却。因此可以确保从接合区推出的焊缝快速地和/或在紧邻接合区的附近被冷却。因此确保，从接合区推出的焊缝具有对应的强度，以便在机械振动下保持不受破坏和/或没有显著的不利影响，即使这样的机械振动可能从接合区出发在工件的材料上继续传递。通过由冷却单元输送冷却液，可以特别简单地确保冷却液的温度处于期望的和/或预先确定的温度范围中。因为尤其可以在输送之前就使冷却液达到期望温度，从而使得冷却液以预先已知的温度流向工件的固定部段和/或冷却部段。由此可以特别可靠且简单地预测，工件的冷却进行得如何。
所述系统的另一有利设计方案的突出之处在于：所述冷却单元具有液体罐、泵和管线，其中，所述冷却单元被设计用于借助所述泵将冷却液从所述液体罐经过所述管线输送至所述管线的管线端，从而使得在所述管线端处溢出的所述冷却液到达所述工件的固定部段和/或冷却部段。尤其是管线的使用提供了以下可能性，即：管线端位于期望位置，从而使得冷却液到达工件的固定部段和/或冷却部段。因此，管线端的布置可以特别简单且单独地与分别待焊接的工件进行适配。由此，该系统可以特别地与待焊接的工件进行适配。尤其，也可以将特别小的工件或者特别大的工件彼此焊接。因为待焊接的工件尺寸在该系统的本设计方案中仅具有在任何情况下都很小的影响。此外可以实现的是，液体罐布置得远离于超声波工具。因为可以实现的是，只有管线一直延伸至超声波工具的附近。因此，管线的管线端可以在侧向上布置在超声波工具旁边、优选间隔小于10cm。
所述系统的一个有利设计方案的突出之处在于：支撑件由砧座、工作台或底架形成。支撑件可以优选地由固定的和/或稳定的主体形成。这有以下优点，即，可以将工件(优选连同布置在其间的附加板)在支撑件与超声波工具之间布置在接纳区域中，从而使得工件(优选连同布置在其间的附加板)可以被夹紧。为此，可以由超声波工具在支撑件的方向上施加力，或者反之亦然，从而夹持力作用到工件上。通过在焊接期间作用的夹持力确保在工件彼此的热塑性材料之间和/或在工件的热塑性材料与附加板的热塑性材料之间产生材料配合的连接。但是，基于先前的阐述还明显可知，虽然这些工件中的至少一个紧邻地布置在支撑件上以实现将工件夹在一起是有利的。然而不一定需要使这两个工件之一紧邻且直接布置在支撑件上。
所述系统的另一有利设计方案的突出之处在于：所述冷却单元具有液体容器，所述液体容器的内部空间至少部分地填充有冷却液，其中，所述液体容器布置在所述支撑件上和/或所述液体容器的底部至少部分地由所述支撑件形成，其中，所述超声波工具的头部浸入到所述液体容器的内部空间内的所述冷却液中，从而所述接纳空间位于所述液体容器的填充有所述冷却液的所述内部空间内。即，工件必须置于液体容器的内部空间内的液体中，以便被布置在接纳空间中。因而，布置在该处的工件可以在液体下或者说在水下在接合区被焊接。但是，准确地说，焊接自身不是发生于冷却液之中，因为冷却液并不渗透在接合区中、而是临到接合区之前才由于工件的加热而被蒸发。但是，围绕接合区的区域被冷却液、尤其是被水良好且快速地冷却。由此，可以确保工件的固定区域的至少一部分和/或冷却区域特别简单且高效地被冷却。液体容器可以按照盆状方式设计。盆可以布置在支撑件上和/或盆的底部可以至少部分地由支撑件形成。然而，即使盆布置在支撑件上，也可以确保工件(尤其是连同布置在其间的中间板)被夹在一起，这通过在超声波工具与支撑件之间引起夹持力来实现，该夹持力由于布置方式还作用到前述工件上。虽然在这种情况下夹持力也作用到盆上，但是这没有任何负面影响。优选地，液体容器(尤其是盆状的液体容器)由金属制成。支撑件同样可以由金属制成。由此有效地防止，在这些工件之一与液体容器之间和/或在工件与支撑件之间发生焊接。
所述系统的一个有利设计方案的突出之处在于：超声波工具被设计成使得：由超声波工具产生的机械振动所具有的振幅和/或频率促使机械振动至少大体上作用到工件上，并且在此特别优选地大体上作用到工件的边界面上。此外，超声波工具优选地被设计成使得机械振动至少主要仅在接纳区域中起作用。接合区位于接纳区域中。
所述系统的另一有利设计方案的突出之处在于：所述系统具有第一操纵单元，在所述第一操纵单元处固定所述超声波工具，其中，所述系统被设计用于控制所述第一操纵单元，以使所述超声波工具沿着预先确定的移动路径相对于所述支撑件和/或所述工件移动。因此，例如可以提出，支撑件在较大面积上支撑工件。在这种情况下，第一操纵单元可以被控制成使得超声波工具沿着预先确定的移动路径在工件上被引导，从而使得接合区随着超声波工具的移动而行进或者随同移动。冷却液使得由于接合区的移动而引起的焊缝在紧邻接合区附近被冷却。由此可以有效地防止，由移动的超声波工具引起的机械振动对于从接合区推出的焊缝有以下影响，即，焊缝由此被破坏和/或在机械方面受负面影响。第一操纵单元可以包括具有可控制的机器臂的机器人和/或由该机器人形成。因此，超声波工具例如可以布置在机器臂的臂端部处。此外，机器人可以被控制成使得机器臂沿着预先确定移动路径在工件之一上移动超声波工具的头部，并且在此工件不间断地和/或不停止地被夹在一起。
所述系统的一个有利设计方案的突出之处在于：所述系统具有驱动器，所述驱动器与所述支撑件联接，以使所述支撑件沿着预先确定的驱动器路径移动，尤其相对于所述超声波工具移动。驱动器可以被设计为线性驱动器，利用该线性驱动器可以在一个平面上移动支撑件。线性驱动器可以被设计为多轴线性驱动器，从而支撑件可以在该平面上沿着任意的、尤其是曲线的驱动器路径移动。优选地，支撑件被设计用于保持工件，从而工件由支撑件保持并且随着支撑件沿着预先确定的驱动器路径移动。超声波工具可以布置成位置固定的。由于支撑件的移动、尤其是与工件的一同移动，在支撑件或工件与超声波工具之间发生相对移动。由此可以在工件之间实现焊缝。
所述系统的另一个有利设计方案的突出之处在于：所述系统具有保持单元，所述保持单元被设计用于保持所述工件以及用于布置所述工件，从而使得所述工件在所述固定部段中彼此相对地布置并且所述工件的固定部段布置在所述接纳区域中。在工件之间可以布置附加板。附加板同样可以随着工件一起由保持单元保持和布置。此外，该系统优选具有一个或者该第一操纵单元，在第一操纵单元处固定超声波工具。此外，该系统优选地被设计用于控制第一操纵单元，以使超声波工具沿着预先确定移动路径沿着工件移动。此外，优选地提出，该系统具有第二操纵单元，在该第二操纵单元处固定支撑件，其中，该系统被设计用于控制第二操纵单元，以使支撑件平行于超声波工具移动。在超声波工具和支撑件借助第一操纵单元或第二操纵单元移动期间，工件在超声波工具与支撑件之间持续被夹紧。使超声波工具平行于支撑件移动，从而在工件之间或者在附加板与工件之间沿着预先确定的移动路径产生焊缝。这还应被理解为对工件的焊接。工件因此沿着移动路径被焊接。保持单元可以位置固定地保持工件。因此，没有为了焊接工件而使工件移动。这尤其当工件极大时是有利的。
根据本发明的第二方面，开篇所述的目的通过一种具有权利要求10所述特征的方法来实现。即，提出一种用于焊接两个热塑性工件的方法，其中，所述方法具有以下步骤：
a)在超声波工具的头部与支撑件之间的接纳区域中布置彼此相对的工件的固定部段，其中，所述超声波工具被设计用于产生频率在20kHz与100kHz之间的机械振动；
b)借助所述超声波工具和所述支撑件将在所述固定部段中彼此相对的所述工件夹在一起；
c)借助所述超声波工具将机械振动引入到所述工件的固定部段中，从而在接合区中焊接所述工件；以及
d)借助冷却单元用冷却液来冷却所述工件的固定部段的至少一部分和/或所述工件的与所述固定部段紧密邻接的冷却部段。
关于该方法，参考先前的阐述、优选特征、效果和/或优点，如已经以相似方式针对根据本发明的第一方面和/或相关联的设计方案之一所述的系统所阐述的那样。对应内容针对该方法的在下文中给出的每个有利设计方案成立。因此省去了重复。
所述方法的一个有利设计方案的突出之处在于：在步骤a)中，在所述工件之间在所述固定部段中布置热塑性的附加板，并且其中，在步骤c)中，在所述接合区中借助所述附加板来焊接所述两个工件。
所述方法的另一个有利设计方案的突出之处在于：冷却液是水或者至少含有水。
所述方法的另一个有利设计方案的突出之处在于：同时执行步骤b)、c)和d)。
所述方法的另一个有利设计方案的突出之处在于：在步骤c)中，在所述接合区中将所述工件加热到至少150℃的温度，该温度比所述冷却液的沸点高至少20℃。因此，冷却液可以在紧邻接合区的附近被蒸发。这尤其在冷却液是水时成立。
所述方法的另一个有利设计方案的突出之处在于：在步骤d)中，借助所述冷却单元将所述冷却液输送给所述固定部段和/或所述冷却部段，使得被输送到那里的所述冷却液流过所述工件的固定部段和/或冷却部段，以便冷却所述工件。
所述方法的另一个有利设计方案的突出之处在于：所述冷却单元具有液体罐、泵和管线，其中，在步骤d)中，借助所述泵将所述冷却液从所述液体罐经过所述管线输送至所述管线的管线端，从而使得在所述管线端处溢出的所述冷却液到达所述工件的固定部段和/或冷却部段。
所述方法的另一个有利设计方案的突出之处在于：所述冷却单元具有液体容器，所述液体容器的内部空间至少部分地填充有冷却液，其中，所述液体容器布置在所述支撑件上和/或所述液体容器的底部至少部分地由所述支撑件形成，其中，所述超声波工具的头部在步骤c)期间浸入到所述液体容器的内部空间内的所述冷却液中，从而所述接纳空间位于所述液体容器的填充有所述冷却液的所述内部空间内。
所述方法的另一个有利设计方案的突出之处在于：在步骤c)期间借助第一操纵单元和/或驱动器使超声波工具和支撑件相对于彼此移动。
本发明的其他的特征、优点和应用可能性从对实施例的以下描述和附图中得出。在此，所有所描述的和/或图示的特征自身和以任意的组合形成本发明的主题，而与其在各个权利要求中或其所引用的权利要求中的组成无关。此外，在附图中相同的附图标记代表相同或相似的物体。
附图说明
图1至图5各自以示意图示出了系统的一个有利设计方案。
图6以示意图示出了方法的一个有利设计方案的流程图。
具体实施方式
在图1中示意性地示出了系统2的一个有利设计方案。系统2用于焊接两个热塑性工件4、6。因此，可以利用系统2将第一工件4与第二工件6焊接。这两个工件4、6中的每个都是热塑性工件。在此，这两个工件4、6中的每个都由热塑性材料构成或者至少具有热塑性材料。这两个工件4、6中的每个都可以具有增强纤维，这些增强纤维嵌入到相应工件4、6的热塑性材料中。当在下文中提及这两个工件4、6的焊接时，可以理解为将第一工件4的热塑性材料与第二工件6的热塑性材料进行直接焊接。但是，这两个工件4、6的焊接也可以被理解为：借助其他热塑性材料来焊接这两个工件4、6，在焊接之前将该其他热塑性材料布置在这两个工件4、6之间。因此，例如可以在第一工件4与第二工件6之间布置热塑性的附加板26，然后借助附加板26的热塑性材料来对这两个工件4、6进行实际焊接。布置在这两个工件4、6之间的、附加的热塑性材料还可以被理解为所谓的能量转向元件(Energielenkelement)或者所谓的“能量导向器(Energy Director)”。这两个工件4、6的焊接通过超声波焊接来进行。因此，焊接可以被理解为超声波焊接。焊接通过频率在20kHz与100kHz之间的机械振动来实现，该机械振动在工件4、6之间或者在附加板26与工件4、6之间由于分子摩擦和/或边界面摩擦而引起对热塑性材料的加热，该加热达到使热塑性材料变软和/或熔化的温度。但是，优选地提出，加热被界定到以下温度，在该温度下这两个工件4、6的热塑性材料和优选地还有附加板26的热塑性材料转变到塑性流动，但不会发生热塑性材料的熔化。流动足以使得在附加板26的热塑性材料与这两个工件4、6中的每个工件的热塑性材料之间产生材料配合的连接。如果要直接在这两个工件4、6之间进行焊接，那么这两个工件4、6的热塑性材料的塑性流动就在这两个工件4、6之间引起材料配合的连接。
为了引起用于焊接这两个热塑性工件4、6的机械振动，系统2具有超声波工具8。超声波工具8的头部直接压靠这两个工件4、6之一，以便传递机械振动并引起夹持力。超声波工具8可以具有所谓的换能器48、增幅器50和超声震荡单元52。换能器48、增幅器50和超声震荡单元52优选依次布置成机械串行连接并且在机械上彼此联接。换能器48可以被设计用于将电信号转换成机械振动。因此，由换能器48可以引起机械振动。为此，换能器48例如可以具有压电元件，这些压电元件可以通过电信号被操控，这只要电信号是交变信号就引起机械振动。增幅器50优选被设计用于使由换能器48产生的机械振动的振幅在振幅幅度和/或振幅频率方面被改变。因此，增幅器50例如可以被设计成使得增幅器50可以被置于频率范围仅在20kHz与100kHz之间的机械振动。超声震荡单元52与增幅器50机械联接。超声震荡单元52具有头部14，该头部被设计用于与这两个工件4、6之一置于紧密接触，以实现焊接。超声震荡单元52的头部14还可以形成超声波工具8的头部14。为了将超声波工具8置于机械振动，超声波工具8可以经由电连接线路与控制单元46联接，该控制单元用于产生电信号并将电信号经由连接线路传递到超声波工具8，从而使得超声波工具8基于电信号而被置于机械振动。控制单元46可以形成或者不形成系统2的任何部分。超声波工具8被设计用于产生频率在20kHz与100kHz之间、优选在20kHz与40kHz之间的机械振动。
此外，系统2具有支撑件10。在图1中示例性且示意性地示出了支撑件10。支撑件10可以按照砧座或者工作台的类型来设计。但是，支撑件10还可以由底架或者其他固定主体形成。支撑件10通常明显大于超声震荡单元52。因为支撑件10还可以被设计用于支撑式地保持和/或固定工件4、6。尤其，支撑件10可以被设计用于可松脱地保持工件4、6，但是这在图1中没有示意性示出。
超声波工具8的头部14相对于支撑件10被布置成使得在超声波工具8的头部14与支撑件10之间形成用于工件4、6的接纳区域16。因此，可以将工件4、6布置在超声波工具8的头部14与支撑件10之间，从而这两个工件4、6的固定部段18布置在超声波工具8的头部14与支撑件10之间。在这种情况下，这两个工件4、6的固定部段18的至少一部分布置在超声波工具8的头部14与支撑件10之间的接纳区域16中。此外，系统2被设计用于借助超声波工具8和支撑件10在接纳区域16中将工件4、6夹在一起。为此，超声波工具8可以固定在操纵单元42处，如可从图4中示意性推断出的。超声波工具8的头部14可以借助操纵单元42压靠这两个工件4、6之一，从而使得这两个工件4、6在超声波工具8的头部14与支撑件10之间被夹在一起。接纳区域16优选地由在超声波工具8的头部14与超声波工具8的纵轴向方向之间的接触面确定。因为超声波工具8优选地被设计用于在超声波工具8的纵轴向方向上将机械振动引入到夹在一起的工件4、6中。这优选地在头部14与这两个工件4、6之一之间的整个接触面上进行。在接纳区域16之外，机械振动仅以较小程度出现，从而使得对工件4、6的焊接可以有针对性地在接纳区域16中进行。因此，超声波工具8被设计用于将机械振动引入到工件4、6的固定部段18的与接纳区域16重叠的部分中，以便在接合区20中焊接工件4、6。接合区20优选在接纳区域16内。如果这两个工件4、6借助布置在这两个工件4、6之间的附加板26被焊接，那么接合区20各自在附加板26与工件4、6之间的边界层处位于接纳区域16内。因为恰好在从附加板26到相应工件4、6的过渡区域处由于机械振动而出现分子摩擦和边界面摩擦，这引起对附加板26或相应工件4、6的热塑性材料的期望加热。即，在接合区20中进行超声波焊接。
超声波工具可以沿着预先确定的移动路径相对于支撑件10和/或工件4、6移动。随着超声波工具8的移动，接纳区域16和接合区20同步移位。但是，被焊接的工件4、6的从接纳区域16推出的部分还可以在焊缝处具有高热量。为了防止仍然极热的焊缝由于向外传递的机械振动而被破坏和/或在机械上受负面影响，系统2具有冷却单元12。冷却单元12被设计用于用冷却液22来冷却工件4、6的固定部段18的至少一部分和/或工件4、6的与固定部段18紧密邻接的冷却部段24。固定部段18的可以被冷却液22冷却的部分优选在外侧围绕接纳区域16布置、尤其环形地布置。冷却部段24可以布置在相对于固定部段18的再外侧、尤其优选也是环形地布置。
在图1中示出了冷却单元12的一个有利设计方案。为此，冷却单元12可以例如具有液体罐28、泵30和管线32。管线32优选地从液体罐28延伸直至管线端34，其中泵30整合在管线32中。因此，可以借助泵30从液体容器36向管线端34输送冷却液22。管线端34优选地被布置成使得在管线端34处溢出的冷却液22到达工件4、6的固定部段18和/或冷却部段24。系统2还可以具有多个冷却单元12。这在图1中示例性示出。通过冷却液22特别快速且高效地冷却固定部段18的在接纳区域16外侧的部分。此外，借助冷却液22还高效地冷却工件4、6的冷却部段24。
如果超声震荡单元52被用于形成焊缝，从而使得超声震荡单元52沿着预先确定移动路径相对于支撑件10和/或工件4、6移动，那么在此从接合区20连续推出的焊缝由于用冷却液22冷却而被快速且高效地冷却。因此，从接纳区域16向外传输到固定部段18的前述部分中或者甚至传输到冷却部段24中的机械振动不会导致对前述焊缝的破坏。因为由于焊缝的冷却，焊缝硬化并且由此获得较高强度。该较高强度防止了：前述机械振动不会导致对焊缝的破坏和/或机械方面的负面影响。
在图3中示意性地示出了系统2的另一个有利设计方案。除了支撑件10，系统2与先前结合图1所阐述的系统2相对应。因此，相似地参考对应的阐述。
用于图2所示的系统2的支撑件10设计得比之前所使用的支撑件10更小。尤其，支撑件10可以具有基面，支撑件10以该基面压向第二工件6。超声震荡单元52可以以相同的基面压向第一工件4。支撑件10和超声震荡单元52可以彼此相对地布置，从而使得在基面之间的齐平部段确定了接纳区域16。
在图3中示意性地示出了系统2的另一个有利设计方案。除了冷却单元12，系统2与先前结合图1所阐述的系统2相对应。因此，相似地参考对应的阐述。
系统2的冷却单元12(如图3示意性示出那样)具有液体容器36，该液体容器的内部空间38至少部分地填充有冷却液22。液体容器36布置在支撑件10上。此外，超声波工具8的头部14浸入到液体容器36的内部空间38内的冷却液22中，从而接纳区域16位于液体容器36的填充有冷却液22的内部空间38内。工件4、6以及优选布置在其间的附加板26同样浸入到冷却液22中，从而固定部段18以及冷却部段24位于液体容器36的填充有冷却液22的内部空间38内。换言之，优选地提出，接纳区域16以及固定部段18和冷却部段24在冷却液22的液面下方。液体容器36的底部40布置在支撑件10与工件4、6之间。但是，这不是不利的，因为工件4、6和优选地还有布置在其间的热塑性附加板26可以在超声波工具8与支撑件10之间在接纳区域16中被夹紧。在图3中未示出的设计方案变体中，液体容器36的底部40可以由支撑件10形成。
如果借助超声波工具8将机械振动引入到接纳区域16中，则在被夹紧的工件4、6之间产生接合区20。冷却液22由于在接合区20中的强加热而蒸发或在到达接合区20之前蒸发，使得接合区20中的焊接不受冷却液22的负面影响。冷却液22优选为水或至少含有水。因此，冷却液22可以例如基于具有附加物质的水形成。在接合区20中，由于加热而产生的温度通常高于150℃。这引起冷却液22蒸发、尤其是当冷却液22是水或基于水时。
通过将固定部段18的围绕接合区20布置的部分和冷却部段24布置在冷却液22中，此处还发生特别快速且高效的冷却。这进而使得从接合区20推出的焊缝特别高效且快速地冷却，从而防止焊缝由于机械振动而受机械影响或机械破坏。
在图4中示出了系统2的另一个有利设计方案。系统2至少基本上对应于结合图3阐述的系统2。但是，图4的系统2具有第一操纵单元42，在该第一操纵单元处固定超声波工具8。第一操纵单元42可以被设计为具有机器臂54的机器人。超声波工具8固定在机器臂54的臂端部56处。第一操纵单元42被设计用于使超声波工具8在空间中移动。此外，超声波工具8可以借助第一操纵单元42压靠工件4、6，使得工件4、6以及尤其还有布置在其间的附加板26被夹紧在超声波工具8的头部14与支撑件10之间。此外，系统2被设计用于控制第一操纵单元42，以使超声波工具8沿着预先确定的移动路径相对于支撑件10和工件4、6移动。第一操纵单元42可以为此经由控制线路与控制单元46联接。因此，系统2可以借助控制单元46控制第一操纵单元42，以使超声波工具8沿着所提及的预先确定的移动路径移动。在此，在头部14与工件4、6之间维持接触。即，在超声波工具8移动期间，工件4、6继续被压在一起。通过超声波工具8的移动，尤其借助附加板26产生用于连接工件4、6的焊缝。在此，工件4、6可以直接或者间接地可松脱地保持在支撑件10处，以防止工件4、6在超声波工具8移动时打滑。
在图5中示出了系统2的另一个有利设计方案。在图5中示出的系统2基本上对应于如结合图3已经阐述的系统2。相似地参考对应的阐述。但是，图5中所示的系统2具有驱动器44，该驱动器与支撑件10联接，以使支撑件10沿着预先确定的驱动器路径移动、优选相对于超声波工具8移动。驱动器44优选被设计为线性驱动器44。因此，支撑件10例如可以在一个平面上借助线性驱动器44移动。驱动器44可以由控制单元46控制。为此，控制单元46可以经由(未示出的)信号控制线路与驱动器44联接。在支撑件10借助驱动器44移动期间，超声波工具8可以位置固定地布置和/或被保持。为此可以设置有保持装置(未示出)，借助保持装置位置固定地保持超声波工具8。此外可以提出，工件4、6直接或者间接地由支撑件10保持和/或被保持在液体容器36中，以防止工件4、6在支撑件10借助驱动器44移动时打滑。因此，支撑件10借助驱动器44的移动还引起工件4、6的相似移动，尤其优选地相对于超声波工具8移动。由此可以在工件4、6之间(尤其借助附加板26)实现焊缝。
在图6中示意性示出了方法的一个有利设计方案的流程图。该方法用于焊接热塑性工件4、6。在此，该方法具有以下步骤a)至d)：
a)在超声波工具8的头部14与支撑件10之间布置彼此相对的工件4、6的固定部段18和接纳区域16，其中，超声波工具8被设计用于产生频率在20kHz与100kHz之间的机械振动。
b)借助超声波工具8和支撑件10将在固定部段18中彼此相对的工件4、6夹在一起。
c)借助超声波工具8将机械振动引入到工件4、6的固定部段18中，从而在接合区20中焊接工件4、6。
d)借助冷却单元12用冷却液22来冷却工件4、6的固定部段18的至少一部分和/或工件4、6的与固定部段18紧密邻接的冷却部段24。
利用所阐述的方法，实现与结合系统2已经阐述的优点和/或效果相似的优点和/或效果。对于本方法，也以相似方式参考结合系统2已阐述的有利阐述、优选特征、效果和/或优点。
优选地，同时执行步骤b)、c)和d)。由此，在借助超声波工具8和支撑件10在固定部段18中将工件4、6夹在一起期间，在接合区20中进行对工件4、6的焊接。此外，同时实现借助冷却液22进行冷却。
补充性地可以指出，“具有”并不排除其他的元件或步骤，并且“一个”、“一种”、“第一”和“第二”不排除多数。此外还可以指出，已经参照上述实施例之一描述的特征也可以与上文描述的其他实施例的其他特征组合使用。权利要求书中的附图标记不应被视为限制。

Claims (15)

1.一种用于焊接两个热塑性工件(4，6)的系统(2)，其中，所述系统(2)具有：
超声波工具(8)，
支撑件(10)，以及
冷却单元(12)，
其中，所述超声波工具(8)被设计用于产生频率在20kHz与100kHz之间的机械振动，
其中，所述超声波工具(8)的头部(14)相对于所述支撑件(10)被布置成使得在所述超声波工具(8)的头部(14)与所述支撑件(10)之间形成用于所述工件(4，6)的接纳区域(16)，
其中，所述系统(2)被设计成，当所述工件(4，6)的至少一个固定部段(18)彼此相对地布置在所述接纳区域(16)中时，在所述接纳区域(16)中借助所述超声波工具(8)和所述支撑件(10)将所述工件(4，6)夹在一起，
其中，所述超声波工具(8)被设计用于将机械振动引入到所述工件(4，6)的固定部段(18)中，以便在接合区(20)中焊接所述工件(4，6)，并且
其中，所述冷却单元(12)被设计用于用冷却液(22)来冷却所述工件(4，6)的固定部段(18)的至少一部分和/或所述工件(4，6)的与所述固定部段(18)紧密邻接的冷却部段(24)。
2.根据前一权利要求所述的系统(2)，其特征在于，当要在所述接纳区域(16)中将所述工件(4，6)夹在一起时，在所述工件(4，6)之间在所述固定部段(18)中布置有附加体(26)，其中两个所述工件(4，6)能够借助所述附加体(26)在所述接合区(20)中被焊接。
3.根据前述权利要求之一所述的系统(2)，其特征在于，所述冷却液(22)是水或至少含有水。
4.根据前述权利要求之一所述的系统(2)，其特征在于，所述冷却单元(12)具有液体容器(36)，所述液体容器的内部空间(38)至少部分地填充有冷却液(22)，其中，所述液体容器(36)布置在所述支撑件(10)上和/或所述液体容器(36)的底部(40)至少部分地由所述支撑件(10)形成，其中，所述超声波工具(8)的头部(14)浸入到所述液体容器(36)的内部空间(38)内的所述冷却液(22)中，从而所述接纳空间(16)位于所述液体容器(36)的填充有冷却液(22)的所述内部空间(38)内。
5.根据前述权利要求之一所述的系统(2)，其特征在于，所述冷却单元(12)被设计用于将所述冷却液(22)输送给所述固定部段(18)和/或所述冷却部段(24)，使得被输送到那里的所述冷却液(22)流过所述工件(4，6)的固定部段(18)和/或冷却部段(24)，以便冷却所述工件(4，6)。
6.根据前述权利要求之一所述的系统(2)，其特征在于，所述冷却单元(12)具有液体罐(28)、泵(30)和管线(32)，其中，所述冷却单元(12)被设计用于借助所述泵(30)将冷却液(22)从所述液体罐(28)经过所述管线(32)输送至所述管线(32)的管线端(34)，从而使得在所述管线端(34)处溢出的所述冷却液(22)到达所述工件(4，6)的固定部段(18)和/或冷却部段(24)。
7.根据前述权利要求之一所述的系统(2)，其特征在于，所述系统(2)具有第一操纵单元(42)，在所述第一操纵单元处固定所述超声波工具(8)，其中，所述系统(2)被设计用于控制所述第一操纵单元(42)，以使所述超声波工具(8)沿着预先确定的移动路径相对于所述支撑件(10)和/或所述工件(4，6)移动。
8.根据前述权利要求之一所述的系统(2)，其特征在于，所述系统(2)具有驱动器(44)，所述驱动器与所述支撑件(10)联接，以使所述支撑件(10)沿着预先确定的驱动器路径移动，尤其相对于所述超声波工具(8)移动。
9.根据前述权利要求1至6之一所述的系统(2)，其特征在于，所述系统(2)具有保持单元，所述保持单元被设计用于保持所述工件(4，6)以及用于布置所述工件(4，6)，从而使得所述工件(4，6)在所述固定部段(18)中彼此相对地布置并且所述工件(4，6)的固定部段(18)布置在所述接纳区域(16)中，其中，所述系统(2)具有第一操纵单元(42)，在所述第一操纵单元处固定所述超声波工具(8)，其中，所述系统(2)被设计用于控制所述第一操纵单元(42)，以使所述超声波工具(8)沿着预先确定的移动路径沿着所述工件(4，6)移动，并且其中，所述系统(2)具有第二操纵单元，在所述第二操纵单元处固定所述支撑件(10)，其中所述系统(2)被设计用于控制所述第二操纵单元，以使所述支撑件(10)平行于所述超声波工具(8)移动。
10.一种用于焊接两个热塑性工件(4，6)的方法，其中，所述方法具有以下步骤：
a)在超声波工具(8)的头部(14)与支撑件(10)之间的接纳区域(16)中布置彼此相对的工件(4，6)的固定部段(18)，其中，所述超声波工具(8)被设计用于产生频率在20kHz与100kHz之间的机械振动；
b)借助所述超声波工具(8)和所述支撑件(10)将在所述固定部段(18)中彼此相对的所述工件(4，6)夹在一起；
c)借助所述超声波工具(8)将机械振动引入到所述工件(4，6)的固定部段(18)中，从而在接合区(20)中焊接所述工件(4，6)；以及
d)借助冷却单元(12)用冷却液(22)来冷却所述工件(4，6)的固定部段(18)的至少一部分和/或所述工件(4，6)的与所述固定部段(18)紧密邻接的冷却部段(24)。
11.根据前一权利要求所述的方法，其特征在于，在步骤a)中，在所述工件(4，6)之间在所述固定部段(18)中布置热塑性的附加板(26)，并且其中，在步骤c)中，在所述接合区(20)中借助所述附加板(26)来焊接两个所述工件(4，6)。
12.根据前一权利要求所述的方法，其特征在于，所述冷却液(22)是水或至少含有水。
13.根据前述权利要求8至9之一所述的方法，其特征在于，同时执行步骤b)、c)和d)。
14.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在步骤c)中，在所述接合区(20)中将所述工件(4，6)加热到至少150℃的温度，该温度比所述冷却液(22)的沸点高至少20℃。
15.根据前述权利要求8至13之一所述的方法，其特征在于，所述冷却单元(12)具有液体容器(36)，所述液体容器的内部空间(38)至少部分地填充有冷却液(22)，其中，所述液体容器(36)布置在所述支撑件(10)上和/或所述液体容器(36)的底部(40)至少部分地由所述支撑件(10)形成，其中，所述超声波工具(8)的头部(14)在步骤c)期间浸入到所述液体容器(36)的内部空间(38)内的所述冷却液(22)中，从而所述接纳空间(16)位于所述液体容器(36)的填充有冷却液(22)的所述内部空间(38)内。
CN202080040158.5A 2019-05-29 2020-04-27 用于焊接两个热塑性工件的系统和方法 Pending CN113905875A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019114446.9A DE102019114446A1 (de) 2019-05-29 2019-05-29 System und Verfahren zum Verschweißen von zwei thermoplastischen Werkstücken
DE102019114446.9 2019-05-29
PCT/EP2020/061641 WO2020239341A1 (de) 2019-05-29 2020-04-27 System und verfahren zum verschweissen von zwei thermoplastischen werkstücken

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113905875A true CN113905875A (zh) 2022-01-07

Family

ID=70476214

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202080040158.5A Pending CN113905875A (zh) 2019-05-29 2020-04-27 用于焊接两个热塑性工件的系统和方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20220134675A1 (zh)
EP (1) EP3976355A1 (zh)
CN (1) CN113905875A (zh)
DE (1) DE102019114446A1 (zh)
WO (1) WO2020239341A1 (zh)

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3573139A (en) * 1967-10-13 1971-03-30 Eiji Mori Method and apparatus for welding plastic members
US3717539A (en) * 1968-05-27 1973-02-20 E Systems Inc Ultrasonic welding apparatus
JPS6422536A (en) * 1987-07-17 1989-01-25 Marine Instr Co Ltd Ultrasonic welding method of plastic
US5269981A (en) * 1991-09-30 1993-12-14 Kimberly-Clark Corporation Process for hydrosonically microaperturing
DE4206584C2 (de) * 1992-03-03 1994-03-10 Fraunhofer Ges Forschung Vorrichtung und Verfahren zum Verbinden zweier Bauteile mittels Ultraschall
GB9801983D0 (en) * 1998-01-30 1998-03-25 Young Michael J R Welding polymer fabrics using ultrasound
EP2133191A4 (en) * 2007-03-02 2013-05-15 Compania Espanola De Ultrasonidos Sa HEAD AND ULTRASONIC TRANSDUCER FOR ULTRASONIC WELDING OF PLASTIC MATERIALS

Also Published As

Publication number Publication date
WO2020239341A1 (de) 2020-12-03
EP3976355A1 (de) 2022-04-06
US20220134675A1 (en) 2022-05-05
DE102019114446A1 (de) 2020-12-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5447664B2 (ja) 部材の接続方法と接続構造
Roesner et al. Laser assisted joining of plastic metal hybrids
US20100206469A1 (en) Method and device for electromagnetic welding of moulded parts
US11247294B2 (en) Device for welding components by means of ultrasound
EP3328617B1 (en) Method for joining a device to an object with the aid of ultrasonic vibration energy and installation suitable for the method
US11453174B2 (en) Fastening objects to each other
CN105980135B (zh) 具有预热单元的超声焊接装置
JP6773175B2 (ja) 金属、樹脂部材及び炭素繊維強化樹脂部材の接合方法
US10245790B2 (en) Method for producing a component connection
CN108067722B (zh) 用于振动焊接的方法和设备
US20180236528A1 (en) Hybrid workpiece joining
CN113905875A (zh) 用于焊接两个热塑性工件的系统和方法
KR101802206B1 (ko) 버 제거가 가능한 마찰교반 용접장치
US6651872B2 (en) Method and apparatus for disassembling joined layers
KR102341091B1 (ko) 커버층의 플라즈마 제트 프리-드릴링에 의해 적어도 두 개의 요소 층을 연결하는 방법
US10195684B2 (en) Method of connecting two components
RU2605888C1 (ru) Способ ультразвуковой сварки толстостенных конструкций
JP6874781B2 (ja) レーザーピーニング装置
KR20220002382A (ko) 마찰전류 접합시키기 위한 방법 및 장치
JP7187993B2 (ja) 抵抗溶接装置を用いた抵抗溶接方法
CN108145311B (zh) 一种激光焊接方法及焊接产品
KR20170102114A (ko) 이종 금속의 레이저 용접장치
KR20100026125A (ko) 강판의 접합방법
RU2789411C1 (ru) Способ сварки материалов в ультразвуковых полях и устройство, его реализующее
CN113474117B (zh) 用于将第一机械部件与第二机械部件分离的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination