DD154343A1 - Verfahren zur begrenzung der auf das werkstueck uebertragenen schweissenergie beim ultraschallplastfuegen - Google Patents

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Juergen Punzel
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Abstract

Verfahren zur Begrenzung der auf das Werkstueck uebertragenen Schweissenergie beim Ultraschallplastfuegen mit dem Ziel, beim Fuegen von Plastformteilen nur ein definiertes Volumen in der Schweisszone aufzuschmelzen und anschliessend die weitere Energiezufuhr ueber das Schwingwerkzeug zu unterbrechen. Eine elektronische Schaltung bildet dazu eine der vom Ultraschallwandler abgegebenen mechanischen Energie proportionale Groesse. Uebersteigt diese einen Grenzwert,so wird die Energiezufuhr zum Wandler unterbrochen und der Schweissprozess beendet. Die elektrische Leerlaufleistung des Ultraschallwandlers wird bei der Bildung der energieproportionalen Groesse nicht erfasst.

Description

-vf-
a) Titel de* Erfindung
Verfahren zur Begrenzung dei1 auf das Werkstück übertragenen Schweißenergie beim Ultraschallplastfügen
b) Anwendungsgebiet dor Erfindung
Geräte zum Fügen von Formteilen, bei denen die Fügeenergie mittels Ultraschall übertragen wird.
c) Charakteristik der bekannten technischen Lösung
Beim Fügen mit Ultraschall wird über ein Schwingwerkzeug (Sonotrode) die für den Fügeprozeß notwendige Energie auf das Werkstück übertragen. Die vom Fügeteil aufgenommene
Ultraschalleistung wird von den gerätetechnischen Parametern Andruckkraft, Schwingungsamplitude und Frequenz der Sonotrode bestimmt.
Für eine optimale Qualität des Fügeprozesses in einer Serienfertigung, insbesondere beim Schweißen von Plastformteilen, ist es notwendig, ein definiertes Volumen des Formteiles (Schweißfeder, Energierichtungsgeber) aufzuschmelzen und anschließend die weitere Energiezufuhr über das Schwingwerkzeug zu unterbrechen· Kann diese Forderung nicht er füllt werden, so erreicht die Verbindung nicht die geforderte Festigkeit, oder überschüssig aufgeschmolzenes Plastmaterial tritt aus der Verbindungszone aus und führt zu fehlerhaften Formteilen.
Moderne Ultraschallfügeanlagen sind daher mit einer Pro grammsteuerung ausgerüstet, mit der die Einwirkungszeit des Ultraschalls auf das Werkstück über eine einstellbare Schweißzeit begrenzt werden kann.
Diese Programmsteuerung mit vorgegebener Schweißzeit sichert nur dann für ^eden Arbeitstakt die gleiche Füge energie, wenn sowohl die leistungsbestimmenden Parameter der Anlage (Andruckkraft, Schwingungsamplitude und Fre quenz der Sonotrode), als auch die elastischen Eigenschaften des Fügeteiles bei jedem Takt in gleicher Weise von der Zeit abhängen.
Schwankungen der angeführten Geräteparameter und Toleranzen der Fügeteile bewirken daher unterschiedliche Füge energien pro Schweißtakt und damit Abweichungen vom optimalen Wert«
d) Ziel der Erfindung
Ziel der Erfindung ist ein Verfahren zur Taktsteuerung einer Ultraschallfügeanlage, bei dem die Schv/eißzeit ν a r i a b e 1 als Funktion der in das Fügeteil eingekoppelten Energie bestimmt wird,
e) Darlegung des Wesens der Erfindung
Ultraschallfügeanlagen sind mit elektromechanischen Wandlern ausgerüstet, die von einem elektrischen Generator gespeist werden. Die in das Fügeteil eingekoppelte mechanische Leistung ist näherungsweise linear abhängig von der elektrischen Leistungsaufnahme des Wandlers. Diese elek trische Leistung kann aus dem Verlauf von Strom und Spannung am Wandler leicht ermittelt werden.
^5 Eine spezielle elektronische Schaltung bildet aus diesen elektrischen Parametern eine der vom Wandler abgegebenen mechanischen Energie proportionale Größe.
Erreicht diese Größe einen vorgegebenen Grenzwert, so wird die Energiezufuhr zum Wandler unterbrochen.
ЗО f) Ausführungsbeispiel
Bei einem piezoelektrischen Ultraschallwandler, der mittels AFC in Reihenresonanz gehalten wird, kann die energiepropor-
tionale Größe allein aus dem Spannungsverlauf während des Schweißtaktes gewonnen werden, wenn de* Strom durch den Wandler durch, eine spezielle Schaltungstechnik des Generators zwecks Amplitudenkonstanz der mechanischen Schwingung unabhängig von der Belastung bleibt. Die Leerlauf leistung des Wandlers wird durch eine Kompensationsschaltung Ъеі der Bildung der energieproportionalen Größe nicht err faßt. Überschreitet diese energieproportionale Größe ei nen für das vorgegebene Fügeteil optimalen 7/ert, so wird die Energiezufuhr zum Wandler unterbrochen.
Bei der Ermittlung der energieproportionalen Größe wird der Spannungsverlauf am Wandler während der Einschv/ingphase der AFC-Schaltung nicht berücksichtigt.

Claims (3)

  1. Erfindungsanspruch
    1· Verfahren zur Begrenzung der auf das Werkstück übertragenen Schweißenergie beim Ultraschallplastfügen gekennzeichnet dadurch, daß die Einwirkungszeit des Ultraschalls auf das Fügeteil in Abhängigkeit von der dem elektromechanischen Y/andler zugeführten Energie bestimmt wird·
  2. 2. Verfahren nach Punkt 1 gekennzeichnet dadurch, daß bei der Signalgewinnung zur Begrenzung der Einwirkungszeit des Ultraschalls die elektrische Leerlaufleistung des Wand lers kompensiert wird.
  3. 3. Verfahren nach Punkt 1 gekennzeichnet dadurch, daß bei der Signalgewinnung zur Begrenzung der Einwirkungszeit des Ultraschalls die Einschwingphase einer AFC-Schaltung unberücksichtigt bleibt.
DD80226399A 1980-12-22 1980-12-22 Verfahren zur begrenzung der auf das werkstueck uebertragenen schweissenergie beim ultraschallplastfuegen DD154343A1 (de)

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