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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bildung
einer Schweißverbindung.
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Im
Stand der Technik sind Verfahren zur Bildung einer Schweißverbindung
an den Verbindungsflächen
zwischen zwei Teilen, die zumindest teilweise aus thermoplastischem
Material bestehen und bei denen die beiden miteinander verbundenen
Teile einen von 180° verschiedenen
Verbindungswinkel einschließen,
bekannt. Für
die Verbindungsflächen
ist dabei ein erwärmbares
Element vorge sehen, das während
des Erwärmens
der Verbindungsflächen
im Bereich der Verbindungsflächen
zwischen den beiden Teilen angeordnet ist. Des weiteren sind im Stand
der Technik Vorrichtungen zur Bildung einer Schweißverbindung
an den Verbindungsflächen
zwischen zwei Teilen bekannt, wobei die insbesondere zumindest teilweise
aus thermoplastischem Material bestehenden Teile je auf einem Schlitten
angeordnet sind und ein erwärmbares
Element zwischen den Verbindungsflächen zur Erwärmung der
Verbindungsflächen
angeordnet ist und für
die Schlitten je ein Schlittenantrieb vorgesehen ist. Dadurch ist
es möglich,
daß die
beiden Teile während
des Erwärmens
aufeinander zu bewegt werden.
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Die
eingangs beschriebene Vorrichtung oder das eingangs beschriebene
Verfahren wird zum Beispiel für
das Schweißen
von Tür-
oder Fensterrahmen aus entsprechenden Kunststoffprofilen eingesetzt.
Die übliche
Vorgehensweise dabei ist die, daß die Tür- oder Fensterrahmenprofile
abgelängt
und z. B. auf Gehrung geschnitten werden, entsprechend ihrer späteren Winkellage
in einer Schweißmaschine eingespannt
werden, die Gehrungs- beziehungsweise Verbindungsflächen (diese
Begriffe werden dabei gleichwertig benutzt, ohne dabei die Winkellage
der Verbindungsfläche
bezüglich
des Eckwinkels festzulegen) mit einem Heizspiegel erwärmt werden,
bis diese plastisch werden, und dann, nach Entfernen des Heizspiegels,
die Gehrungsflächen
beziehungsweise Verbindungsflächen
aufeinander gepreßt
werden, wodurch sich dann der thermoplastische Kunststoff der beiden
Teile beziehungsweise Profile derart durchdringt, daß eine stabile,
mechanisch auch belastbare Schweißverbindung entsteht.
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Neben
diesem Schweißverfahren,
bei welchem das erwärmbare
Element als ein elektrisch beheizbarer Heizspiegel ausgebildet ist,
ist auch sogenanntes Reibschweißen
oder Vibrationsschweißen bekannt.
Hierbei wird als erwärmbares
Element ein Zwischenstück
eingesetzt, welches unter hochfrequenter Vibra tions- oder Zitterbewegung
zwischen den Verbindungsflächen
geführt
und an diesen anliegend sich und diese durch Entwicklung von Reibungswärme erwärmt. Das
Zwischenstück
ist Idealerweise ebenfalls aus einem thermoplastischen Kunststoff
hergestellt und verschweißt
sich dann einerseits mit dem ersten Teil/Profil und andererseits mit
zweiten Teilprofil. Soweit nachfolgend nur von einem Profil gesprochen
wird, beschränkt
dies die Erfindung nicht auf Profile, die Begriffe werden gleichwertig
verwendet.
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Bei
dem Erwärmen
der jeweiligen Gehrungs- beziehungsweise Verbindungsflächen der
Teile entsteht ein sogenannter Abbrand. Das bedeutet, der den Verbindungsflächen zugewandte
Endbereich des Teils beziehungsweise Profils wird erwärmt und der
hierbei thermoplastisch gewordene Kunststoff wird insbesondere durch
eine Preßbewegung
mit dem entsprechenden Material des zu verschweißenden Teils beziehungsweise
Profils vermengt und daher zusammengequetscht. Es ist daher bekannt, während des
Anwärmprozesses
die beiden miteinander zu verschweißenden Teile beziehungsweise
Profile aufeinanderzu zu bewegen, um zum einen für eine ausreichende Erwärmung der
Verbindungsflächen,
auch in einem gewissen Tiefenbereich hinein, zu sorgen und zum anderen
auch eine Verbreiterung der Kontaktflächen der als Hohlkammerprofile
ausgebildeten Profile zu erreichen. Da aber die resultierende Länge der
Profile schwindet, wandert der Inneneckpunkt der in dem Schweißvorgang
hergestellten Eckverbindung während
des Anwärmprozesses bzw.
auch während
des Schweißprozesses.
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Dieses
Auswandern des Inneneckpunktes ist insbesondere bei den Reibschweißverfahren
mit einem Zwischenstück
nachteilig, da eine ungleichmäßige Erwärmung des
Zwischenstückes
erfolgt, da entweder das Zwischenstück so weit im Bereich der Innenecke
vorgeschoben sein muß,
damit dieses in jedem Fall die Innenecke hinterher abdeckt, oder aber
das Zwischenstück
entsprechend zurücksteht und
im Inneneckbereich kein Zwischenstück für die Verbindung dasteht. Da
aber das Zwischenstück
nur durch Reibungswärme
an den jeweiligen Verbindungsflächen
erwärmt
wird und auch dieser Erwärmungsprozeß eine gewisse
Zeit benötigt,
erfolgt bei einem vorgeschobenen Zwischenstück die Erwärmung erst ganz am Ende der
Schubbewegung der Profile beziehungsweise der die Profile tragenden Schlitten.
Hieraus resultiert eine unzureichende Erwärmung und die Schweißverbindung
in diesem Bereich ist nicht optimal.
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Hieraus
resultieren unter Umständen
Festigkeitsprobleme an den Eckverbindungen.
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Die
Erfindung hat es sich daher zur Aufgabe gemacht, den Stand der Technik
dahingehend zu verbessern, daß eine
möglichst
stabile Verbindung bei den bekannten Schweißungen resultiert.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von einem Verfahren wie eingangs
beschrieben und schlägt
vor, daß das
erwärmbare
Element in Abhängigkeit
der Bewegung beziehungsweise Stellung der Teile auch bewegt beziehungsweise positioniert
wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet
sich dadurch aus, daß für das erwärmbare Element
ein Elementantrieb vorgesehen ist, wodurch das Element entsprechend
der Bewegung beziehungsweise Stellung der Schlitten bewegbar beziehungsweise
positionierbar ist.
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Dabei
ist zu beachten, daß die
Bewegung der Teile aufeinander zu während der Erwärmungsphase
nicht zwingenderweise kontinuierlich erfolgt, sondern eine abschnittsweise
Zustellbewegung erfolgt, die von Bewegungspausen unterbrochen ist. Während dieser
Bewegungspausen wird auch das erwärmbare Element an den jeweiligen
Positionen gehalten oder an diese nachgeführt. Ziel dieser Vorgehensweise
ist insbesondere, das erwärmbare
Element der sich verändernden
Lage der Innenecke der zu schweißenden Eckverbindung kontinuierlich nachzuführen und
so das Zwischen stück,
welches bei dem Vibrations- oder Reibschweißen verwendet wird, in gleicher
Weise vollfächig
zu erwärmen.
Da das Zwischenstück
dann zu jedem Zeitpunkt in Reibkontakt mit den Verbindungsflächen beziehungsweise
Gehrungsflächen
steht, wird auch das Zwischenstück
derart erwärmt,
daß es
eine optimale Schweißverbindung
ergibt und insbesondere auch der Inneneckbereich eine deutlich höhere Festigkeit
aufweist, als nach dem Stand der Technik.
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Der
erfindungsgemäße Vorschlag
ist aber nicht nur im Bereich des Reibschweißens beziehungsweise des Vibrationsschweißens mit
einem Zwischenstück,
wie beschrieben, einsetzbar, das erfindungsgemäße Prinzip kann auch bei einem Schweißvorgang
mit Hilfe eines elektrisch beheizbaren Heizelementes angewendet
werden. Auch hieraus resultiert eine bessere Festigkeit der Schweißverbindung,
da die einzelnen Punkte auf der Verbindungsfläche beziehungsweise Gehrungsfläche relativ
zum Heizelement nicht verschoben werden. Dabei ist zu beachten,
daß die
Bewegungsrichtung des Profiles beziehungsweise Teiles mit der Stellung
des Heizelementes einen spitzen Winkel einschließt und daher eine Bewegung
des Profiles beziehungsweise Teiles nach dem Stand der Technik auch
bei dem Heizelementschweißen
zu einem Verrutschen der Kontaktpunkte der Gehrungsfläche auf
dem Heizelement führt.
Geschickterweise wird dann das Heizelement genau um diesen Bewegungsanteil
mitgeführt, wie
auch das Profil beziehungsweise das Teil bewegt wird. Besonders
bei senkrechten Innenwandungen wird dabei eine bessere Schweißwulstausbildung
erreicht, was sich ebenfalls sehr günstig auf die Festigkeit auswirkt.
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Üblicherweise
wirken die beiden Verbindungsflächen
des Teiles bei dem Schweißvorgang unmittelbar
zusammen. Die Verbindungsfläche
wird dabei auch als Gehrungsfläche
beschrieben, wobei die Lage der Gehrungsfläche in der Regel die Winkelhalbierende
des Innenwinkels der miteinander zu verbindenden Teile be schreibt.
Hierauf ist die Erfindung aber in keinster Weise festgelegt, die
Verbindungsfläche
wirkt gemäß einer
alternativen Ausgestaltung auch mit dem Verbindungsstück zusammen, wobei
das Verbindungsstück
dann als Zwischenstück zwischen
den beiden Verbindungsflächen
an diesen angeschweißt
ist und so eine feste Verbindung hergestellt ist. Bei dem Einsatz
eines Verbindungsstückes
sind daher nicht eine sondern zwei Schweißflächen vorhanden.
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Nach
der Erfindung werden also Schweißverbindungen hergestellt,
die mechanisch stabiler, also fester sind. Es kann dann auch eine
Verkürzung der
Bearbeitungszeit beziehungsweise Erhöhung der Taktfrequenz nach
der Erfindung angestrebt werden, da bereits mit einer geringeren
Anwärmzeit
mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens
eine ausreichend stabile Schweiß-
beziehungsweise Eckschweißverbindung
zur Verfügung
steht.
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In
einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine synchrone
Bewegung des erwärmbaren
Elementes mit der Bewegung der Teile vorgesehen. Dadurch ist sichergestellt,
daß zu
keinem Zeitpunkt ein relativer Versatz der Anlagepunkte der Verbindungsfläche an dem
Heizspiegel entsteht. Gleichzeitig ist dies eine effektive Vorgehensweise,
da ein abschnittsweises Nachführen
des erwärmbaren
Elementes zum Beispiel in Bewegungspausen der Teile ebenfalls zur
Erfindung gehören.
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Geschickterweise
wird in einer erfindungsgemäßen Weiterentwicklung
die Bewegung des erwärmbaren
Elementes aus einer Überlagerung
der Bewegung der beiden Teile gebildet.
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Durch
eine solche Verfahrensweise ist sichergestellt, daß sich das
erwärmbare
Element auf der idealen Schweißfläche befindet,
welche zum Beispiel als Mittelebene zwischen den beiden Gehrungsflächen definiert
ist und gleichzeitig die Symmetrieebene für die Anordnung des erwärmbaren
Elementes beschreibt. Bei einem solchen Ansatz ist eine möglichst
symmetrische Verfahrensweise und daher auch ein gleichartiges Zusammenführen der
beiden Teile, die nach dem Verschweißen unter einem von 180° verschiedenen
Verbindungswinkel verbunden sind, gewährleistet.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ein eigenständiger Elementantrieb
vorgesehen. Als ein eigenständiger
Elementantrieb wird dabei eine eigene Antriebseinheit für das erwärmbare Element
verstanden. Das bedeutet, der Elementantrieb ist nicht, wie in einer
anderen erfindungsgemäßen Variante
ebenfalls vorgesehen, von den Schlittenantrieben beziehungsweise
den Schlittenbewegungen abgeleitet, sondern durch entsprechende Sensoren
und eine entsprechende Steuerung eigenständig aufgebaut und über diese
Elemente mit der Bewegung beziehungsweise Position der Schlitten, welche
die Teile beziehungsweise Profile halten, verbunden.
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Neben
dieser elektronischen Kopplung zwischen der Bewegung des erwärmbaren
Elementes und der Bewegung der Teile beziehungsweise Profile durch
die Schlittenbewegung ist in einer erfindungsgemäßen Variante auch eine mechanische
Kopplung vorgesehen, bei welcher der Elementantrieb dann von den
Schlittenantrieben abgeleitet ist. Der Vorteil dieser Variante liegt
darin, daß auf
eine separate, eigenständige
Antriebseinheit für
das erwärmbare
Element verzichtet werden kann. Dadurch ist auch in einfacher Weise
eine Kopplung der jeweiligen Schlittenbewegungen beziehungsweise
Bewegungen der Teile und Bewegungen des Elementantriebes realisierbar.
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In
einer bevorzugten Variante der Erfindung ist vorgesehen, daß die Verbindungsflächen im
wesentlichen parallel orientiert sind und das erwärmbare Element
durch den Elementantrieb in einer zu den Verbindungsflächen parallelen
Richtung bewegt wird. Dadurch wird eine optimale, möglichst
gleich verlaufende und homogene Erwärmung des Materials an den
Verbindungsflächen
erreicht, was für
eine mechanisch stabile Eckverbindung beziehungsweise Schweißverbindung
günstig
ist.
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Die
Erfindung ist bezüglich
der Ausgestaltung der zu verschweißenden Teile sehr variabel.
Bevorzugt werden zum Beispiel Profile, zum Beispiel Rohre, Fensterrahmen-
oder Türrahmenprofile
als Teile eingesetzt, hierauf ist die Erfindung aber in keinster
Weise beschränkt.
Neben profilartigen Teilen können
auch andere Teile im Sinne der Erfindung miteinander verbunden werden.
Die Erfindung ist auch bei Anwendungsfällen einsetzbar, bei welchen die
Verbindungsflächen
nicht ähnlich
oder gleich groß sind.
Gerade aber beim Einsatz der Erfindung zur Herstellen von Fenster-
oder Türrahmen,
sei es als Flügel-
oder Stockrahmen, wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung ein erheblicher
Stabilitätsgewinn
an den Eckverbindungen der so produzierten Rahmen beobachtet.
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Bevorzugterweise
sieht die Erfindung vor, daß die
beiden Teile eine Längserstreckung
aufweisen und der Schlittenantrieb des ersten Schlittens das erste
Teil in Richtung der Längserstreckung
des zweiten Teils bewegt und der Schlittenantrieb des zweiten Schlittens
das zweite Teil in Richtung der Längserstreckung des ersten Teils
bewegt.
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Eine
solche Vorgehensweise ist eine einfache und effektive Art und Weise,
die Verbindungsflächen
bei dem Verschweißvorgang
beziehungsweise Erwärmvorgang
aufeinander zuzubewegen. Geschickterweise werden dabei annähernd gleiche
oder exakt gleiche Geschwindigkeiten der jeweiligen Bewegungen in
den angegebenen Richtungen gewählt, wodurch
sich dann auch die Bewegungen des erwärmbaren Elementes exakt in
einer Richtung parallel zu den Verbindungsflächen ergibt. Das führt zu einfach
beherrschbaren Abläufen
und hohen Festigkeitswerten in den Eckverbindungen.
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Geschickterweise
wird vorgesehen, daß für das erwärmbare Element
ein Elementträger
vorgesehen ist. So ist zum Beispiel vorgesehen, daß das erwärmbare Element
als durch Vibrationsbewegung erwärmbares
Zwischenstück
ausgebildet ist, wobei sich das Zwischenstück durch Reibungswärme an den
Verbindungsflächen
erwärmt.
In diesem Fall führt
das erwärmbare
Element eine zusätzliche
Bewegung aus, die bevorzugterweise in einer Richtung erfolgt, die
parallel beziehungsweise identisch zu der Elementbewegung ist.
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In
diesem Fall ist auf dem Elementträger ein separater Vibrationsantrieb
für das
erwärmbare
Element vorgesehen und die Bewegung des Elementträgers ist
bezüglich
der Bewegung der beiden Schlitten gekoppelt und überwacht.
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Wie
bereits ausgeführt,
bestehen dabei grundsätzlich
zwei Varianten, um den Elementträger beziehungsweise
das Element mit der Bewegung beziehungsweise Position der beiden
Schlitten oder, synonym hierzu, zu der Position der Profile beziehungsweise
Teile zu bewegen beziehungsweise zu positionieren.
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Dies
kann zum Beispiel bei einer erfindungsgemäßen Variante dadurch erfolgen,
daß der
Elementträger
beziehungsweise das Element von den beiden Schlitten relativ beweglich
zu diesen gehalten ist. Ein Ausführungsbeispiel
für dieses
Anordnung ist zum Beispiel in der Zeichnung gezeigt. Erreicht wird dies
zum Beispiel durch eine Gleitführung
des Elementes beziehungsweise des Elementträgers in den beiden Schlitten,
wobei die Gleitführung
in bevorzugter Weise parallel zu den jeweiligen Bewegungsrichtungen
der Schlitten beziehungsweise Teilen/Profilen ausgebildet ist.
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Dadurch
ergibt es sich, daß die
Bewegung des ersten Schlittens auch das Element beziehungsweise
den Elementträger
bewegt und sich dadurch der Abstand zwischen dem Elementträger beziehungs weise
dem Element und dem zweiten Schlitten verändert. Gleichwohl ist aber
das Element beziehungsweise der Elementträger sowohl an dem ersten wie
auch an dem zweiten Schlitten gehalten und geführt. Es resultiert eine sehr
einfacher, aber effektiver Elementantrieb, der von den Schlittenantrieben
abgeleitet ist.
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Es
ist natürlich
klar, daß die
Bewegung des zweiten Schlittens auch das Element beziehungsweise
den Elementträger
bewegt und sich dadurch der Abstand zwischen dem Elementträger beziehungsweise
dem Element und dem ersten Schlitten verändert, je nach Bewegungsrichtung
sich vergrößert oder
verkleinert.
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Neben
der mechanischen Kopplung ist auch eine elektronische Kopplung für die Bewegung
des Elementes vorgesehen. So wird zum Beispiel in einer erfindungsgemäßen Variante
vorgeschlagen, daß ein positions-
beziehungsweise geschwindigkeitsüberwachter
Schlittenantrieb und eine Positionssteuerung für den Elementantrieb, zumindest
entlang zweier Richtungen, vorgesehen ist. Aufgrund der Positions-
beziehungsweise Geschwindigkeitsüberwachung
des Schlittens beziehungsweise des Schlittenantriebes ist die jeweilige
Position der Innenecke bestimmbar, an welche das jeweilige, innenliegende Ende
des Zwischenstückes
oder des erwärmbaren Elementes
hin zu orientieren ist, um eine möglichst gleichförmige, homogene
Erwärmung
sowohl des Zwischenstückes
als auch der Verbindungsflächen zu
erreichen. Geschickterweise wird dabei der Elementantrieb zumindest
entlang einer Richtung durch die Positionssteuerung überwacht,
wobei dies natürlich
voraussetzt, daß sich
die Innenecke entlang dieser Dimension, also zum Beispiel entlang
der Linearführung
für das
erwärmbare
Element, befindet. Es ist aber auch möglich, daß die Positionssteuerung für den Elementantrieb
zumindest entlang zweier Richtungen (also z. B. in einer Ebene)
ausgebildet ist, und dann zum Beispiel ein Abweichen der Innenecke
von einem linear vorgezeichneten Weg kompensierbar ist. Bei einer
solchen erfindungsgemäßen Variante kommt
es dann nicht mehr zwingend auf einen absoluten Gleichlauf der Schlittenantriebe
beziehungsweise der Bewegung der Teile, Profile usw. an. Diese können durch
die Positionssteuerung für
den Elementantrieb entsprechend korrigiert und angepaßt werden.
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Geschickterweise
werden dabei die Bewegungsanteile der beiden Schlitten in der Positionssteuerung
zu einem Bewegungssignal für
den Elementantrieb kombiniert. Für
eine optimale Positionierung des erwärmbaren Elementes ist dabei
eine Positions- beziehungsweise
Geschwindigkeitsüberwachung
für den
Elementantrieb vorgesehen, wodurch sichergestellt ist, daß das erwärmbare Element
auch tatsächlich
die Position beziehungsweise Geschwindigkeit erreicht, die gemäß der Position
beziehungsweise Geschwindigkeit der Schlitten beziehungsweise Profile
oder Teile zu erreichen ist. Sollten diese Sollwerte nicht erreicht
werden, kann ein entsprechendes Fehlersignal ausgegeben werden.
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Geschickterweise
ist vorgesehen, daß die Bewegungsrichtung
des Elementes die Winkelhalbierende des von den jeweiligen Bewegungsrichtungen
der Schlitten aufgespannten Winkels ist. Auf diese Art und Weise
sind die geometrischen Zusammenhänge
einfach definiert. Für
ein optimales Schweißergebnis
ist aber eine synchrone Schlitten- beziehungsweise Teilbewegung
Voraussetzung, die aber durch entsprechende Synchronantriebe für die Schlittenantriebe
erreichbar ist, wobei eine solche Vorgehensweise günstig ist
für einen
einfach zu realisierenden Elementantrieb mit mechanischen Mitteln.
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Die
Erfindung ist im Hinblick auf die Ausgestaltung des erwärmbaren
Elementes variabel. In einer erfindungsgemäßen Variante ist vorgesehen,
daß dieses
als Heizspiegel, insbesondere als elektrisch beheizbarer Heizspiegel,
wie er zum Beispiel in den Kunststoffrahmen-Schweißmaschinen üblich ist, ausgebildet
ist.
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Darauf
ist die Erfindung aber nicht festgelegt, alternativ ist auch vorgesehen,
daß das
erwärmbare Element
als ein durch Vibrationsbewegungen erwärmbares Zwischenstück realisiert
ist. Hierzu ist in dem erwärmbaren
Element noch ein zusätzlicher
Vibrationsantrieb vorgesehen, um das erwärmbare Zwischenstück in schneller
Folge vor und zurück
zu ziehen und so ein Entlangreiben an den Verbindungsflächen beziehungsweise
Gehrungsflächen des
Teiles oder Profiles eine Erwärmung
durch Reibungswärme
zu erfahren und so die miteinander zu verschweißenden Flächen erhitzt.
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Üblicherweise
sind dabei Vibrationsantriebe bekannt, die das Zwischenstück mit einer
Frequenz von ca. 20 bis 500 Hz in Schwingung beziehungsweise Vibration
versetzen und eine durch Reibung hervorgerufene Erwärmung erzeugen.
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Ein
Vorzug dieser Vorgehensweise liegt darin, daß der Erwärmungsprozeß direkt an der Stelle durchgeführt wird,
die auch für
die Verschweißung
relevant ist. Bei einem Heizspiegel ist die Wärmeenergie von einer mittig
angeordneten Heizwändel
oder Heizpatrone an die Oberfläche
des Heizspiegels zu transportieren, was entsprechend träge und langsam ist
und auch mehr Energie benötigt.
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Ein
weiterer Vorzug der Verschweißung
mit Hilfe des Vibrations- oder
Reibschweißens
ist eine äußerst geringe
Ausbildung eines Schweißwulstes, wodurch
eine Nachbearbeitung entfallen kann.
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Es
wurde bereits ausgeführt,
daß das
Zwischenstück
als erwärmbares
Element nach dem Verschweißen
zwischen den Verbindungsflächen
verbleibt und so die Verbindungsflächen mittelbar verbindet. Es
ist grundsätzlich
natürlich
auch möglich, das
Zwischenstück
nach dem Erwärmen
entsprechend aus dem Bereich zwischen den beiden Verbindungsflächen weg
zu bewegen und dann die beiden Verbindungsflächen ohne Zwischenstellen des
Zwischenstückes
zu verschweißen.
Auch diese Varianten gehören
zur Er findung.
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Geschickterweise
ist das Zwischenstück
der Ansicht der zu verbindenden Verbindungsflächen angepaßt, um keinen Überstand
an den auf Gehrung geschnittenen Profilen zu erzeugen oder entsprechende
Einkerbungen oder sonstige unschöne
Bereiche zu bilden.
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Geschickterweise
wird das Verbindungsstück
zumindest teilweise aus thermoplastischem Material, bevorzugt im
gleichen Material wie das Material der Teile, gebildet, um ein möglichst
optimales Verschweißergebnis
zu erreichen.
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In
diesem Zusammenhang wird insbesondere darauf hingewiesen, daß alle im
Bezug auf die Vorrichtung beschriebenen Merkmale und Eigenschaften
aber auch Verfahrensweisen sinngemäß auch bezüglich der Formulierung des
erfindungsgemäßen Verfahrens übertragbar
und im Sinne der Erfindung einsetzbar und als mitoffenbart gelten.
Gleiches gilt auch in umgekehrter Richtung, das bedeutet, nur im Bezug
auf das Verfahren genannte, bauliche also vorrichtungsgemäße Merkmale
können
auch im Rahmen der Vorrichtungsansprüche berücksichtigt und beansprucht
werden und zählen
ebenfalls zur Erfindung und zur Offenbarung.
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In
der Zeichnung ist die Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:
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1 in
einer schematischen Draufsicht den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens
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2 ebenfalls
in einer schematischen Draufsicht ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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In 1 ist
das erfindungsgemäße Verfahren
mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 schematisch
dargestellt.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
wird dabei oftmals auch in einer hinlänglich als Schweißmaschine
bekannten Vorrichtung 1 eingesetzt. Aufgabe einer solchen
Schweißmaschine
ist es, zwei Teile 2, 3, z. B. Profilstäbe zur Bildung
eines rechteckigen Fensterrahmens durch Eckschweißung miteinander
zu verbinden.
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Die
Teile 2, 3 sind dabei auf Gehrung geschnitten
und bilden im Wesentlichen parallel angeordnete Verbindungsflächen 20, 30.
In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel
sind die beiden Teile 2, 3 rechtwinklig zueinander
orientiert, hierauf ist die Erfindung aber in keinster Weise festgelegt.
Es kann jedweglicher anderer Verbindungswinkel α erfindungsgemäß verwendet
werden.
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Für den eigentlichen
Schweißprozess
ist ein entsprechendes Anwärmen
der Verbindungsflächen 20, 30 notwendig.
Entsprechend den in den Teilen 2, 3 verwendeten
Materialien ist hierfür
z. B. eine Temperatur von 150° bis
300°C vorgesehen.
Um diese Aufheizung zu erreichen, befindet sich zwischen den beiden
parallel verlaufenden Verbindungsflächen 20, 30 das
erwärmbare
Element 4. Das erwärmbare
Element 4 ist dabei z. B. als elektrisch beheizbarer Heizspiegel
oder als Zwischenstück
realisiert, wobei das Zwischenstück
durch eine hochfrequente Vibration an den Verbindungsflächen diese
und sich selber durch Reibung erwärmt.
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Das
thermoplastische Material des Teiles 2, 3 wird
mit zunehmender Temperatur plastisch. Nach einer gewissen Erwärmungszeit
werden die beiden Teile 2, 3, es können auch
Profilstäbe 2, 3 sein,
aufeinander zu bewegt. Die Bewegungsrichtung 22 des zweiten
Teiles 2 ist dabei parallel zu der Längserstreckung des ersten Teiles 3.
Die Bewegungsrichtung 32 des ersten Teiles 3 ist
dabei parallel zur Längserstreckung
des zweiten Teiles 2.
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Parallel
in das jeweilige Teil bzw. Profil 2, 3 zurückgesetzt,
befindet sich eine weitere gestrichelt angedeutete Verbindungsfläche 20' bzw. 30'. Auf Höhe dieser
Verbindungsflächen 20', 30' liegt hernach
z. B. der Verlauf der Schweißnaht,
d. h. in einem durch einen Heizspiegel als erwärmbares Element 4 realisierten
Schweißvorgang
kommt die Verbindungsfläche 20' auf der Verbindungsfläche 30' zu liegen.
Das Material, welches sich zwischen der Verbindungsfläche 20' und 20 bzw. 30' und 30 befindet,
wird als Abbrand 23 bzw. 33 bezeichnet und bildet
die eigentliche Verschweißung
mit dem jeweiligen anderen Abbrandmaterial aus. Diese Materialien
durchdringen sich, da diese entsprechend thermoplastisch geworden
sind und ineinander fließen,
wenn sie dann aufeinander gepresst und gedrückt werden. Bei einem anderem
erfindungsgemäßen Vorgehen
werden durch die Zustellbewegungen 22, 32 die
Verbindungsflächen 20', 30' nicht auf Deckung
gebracht, sondern an ein zwischen den beiden Verbindungsflächen 20, 30 angeordnetes
Zwischenstück
als erwärmbares
Element 4 gepresst, welches z. B. durch eine schnelle Vibration
und Reiben an den jeweiligen Flächen
diese erhitzt. Auch das Zwischenstück ist dabei geschickterweise
thermoplastisch und geht dann, sobald die Erwärmungsphase abgeschlossen ist
und geht mit den jeweiligen Verbindungsflächen 20', 30' der beiden Teile 2, 3,
die z. B. als Profile ausgebildet sind, eine Schweißverbindung
ein.
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Es
ist gut zu erkennen, dass aufgrund der in diesem Ausführungsbeispiel
senkrecht aufeinander stehenden Bewegungsrichtungen 22, 32 die
Innenecke der zusammengeschweißten
Teile 2, 3 rechts unterhalb des mit vollen Strich
ausgeführten
Elementes 4 liegt. Ist das erwärmbare Element 4 ortsfest
oder oszilliert es mit hoher Frequenz um eine ortsfeste Lage, so
wird das erwärmbare
Element zum Zeitpunkt wo die beiden Teile die Bewegung entsprechend
den Richtungen 22, 32 aufnehmen, nicht mehr die
gesamte Verbindungsfläche
erwärmen.
Ungleichmäßige Erwärmungen
führen
aber zu schlechten Schweißverbindungen
und daher zu entsprechend schlechten Schweißverbindungen mit eingeschränkter mechanischer
Festigkeit. Dies ist wie eingangs beschrieben zu vermeiden.
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Erfindungsgemäß wird dies
dadurch erreicht, dass das erwärmbare
Element der Auswanderbewegung der Innenecke folgt und in Richtung
des Pfeiles 42 versetzt wird. Die Bewegungspfeile sind
dabei in der in 1 unten rechts angegebenen Pfeildreieck schematisch
angedeutet. Dabei handelt es sich bei dem Bewegungspfeil 42,
um die vektorielle Addition der beiden Bewegungspfeile 22 und 32,
welche die beiden Teile 2 und 3 ausführen. Durch
diese Vorgehensweise ist sichergestellt, dass die gesamte Verbindungsfläche 20 bzw. 20' aber auch 30 bzw. 30' gleichmäßig und
vollständig
erwärmt
wird, um eine stabile Schweißverbindung
einzugehen. Mit dem Bezugszeichen 41 ist der Elementträger schematisch angedeutet.
In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel
wird auch der gesamte Elementträger 41 in Richtung
des Pfeiles 42 nach vorne bewegt, um die neue Position,
durch die gestrichelte Kontur 43 beschrieben, zu erreichen.
Es ist dabei klar, dass diese Bewegung nicht zwingend von dem Elementträger 41 erbracht
werden muss, sondern auch gegebenenfalls nur von dem erwärmbaren
Element 4, welches entsprechende Antriebe usw. aufweist.
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In 2 ist
eine erfindungsgemäße Ausgestaltung
der Vorrichtung 1 gezeigt, bei welcher in einfacher aber
sehr effektiever Weise der Elementantrieb von der Bewegung der beiden
Teile 2, 3 abgeleitet ist.
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Die
beiden Teile 2, 3 sind je auf einem Schlitten 21, 31 aufgespannt.
Der Schlitten ist durch entsprechende Antriebe, z. B. pneumatische
Zylinder oder elektrische Antriebe in Richtung der Bewegungsrichtungen 22, 32 bewegbar.
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Das
erwärmbare
Element ist in dem hier gezeigten Ausführungs beispiel als durch Vibrationsenergie
erwärmbares
Zwischenstück
realisiert, die Vibrationsbewegung ist durch den Doppelpfeil 40 angedeutet.
Da sich insofern das erwärmbare
Element oszillierend bewegt, ist in diesem Ausführungsbeispiel nicht das erwärmbare Element
unmittelbar, sondern über
den Elementträger 41 mit
den beiden Schlitten 21, 31 verbunden. Hierzu
dienen je ein Mitnehmerstift 24, 34, die jeweils
parallel zu den jeweiligen Bewegungssrichtungen 22, 32 der
Schlitten 21, 31 angeordnet sind. Dabei ist insbesondere
der Mitnehmerstift 24 rechtwinklig zur Bewegungsrichtung 22 des Schlittens 21 für das zweite
Teil 2 und insbesondere parallel zur Bewegungsrichtung 32 des
ersten Teiles 3 bzw. Schlittens 31. Es ist dabei
keine starre Kopplung zwischen dem Elementträger 41 und den beiden Schlitten 21, 31 vorgesehen,
sondern die Stifte 24, 34 tauchen in jeweilige
Gleitlager 25, 35 der beiden Schlitten 21, 31 ein.
Die Funktionsweise ist nun derart, dass falls nur der Schlitten 21 des
zweiten Teiles 2 in Richtungen nach unten gemäß der Bewegungsrichtung 22 bewegt
wird, diese Bewegung von den Mitnehmerstift 24 auf den
Elementträger 41 übertragen
wird und den Träger 42 wie
auch das daran gehaltene erwärmbare
Element 4 in gleicher Weise nach unten versetzt wird. Da
aber die Längsachse des
anderen Mitnehmerstiftes 34 parallel zu der Bewegungsrichtung 22 orientiert
ist und dieser in einer Gleitführung 35 des
Schlittens 31 geführt
ist, verringert sich der Abstand zwischen dem Elementträger 41 und
dem Schlitten 31. Das gleiche passiert natürlich bei
einer entsprehenden Bewegung des Schlittens 31 des ersten
Teiles 3 entsprechend des Pfeiles 32 nach rechts.
In diesem Fall taucht dann der Mitnehmerstift 24 in der
Gleitführung 25 ein.
Werden nun die beiden Teile 2, 3 bewegt, wobei
das erste Teil 3 parallel zur Längserstreckung des zweiten
Teiles 2 und umgekehrt bewegt wird, so addieren sich diese Bewegungskomponenten
zu der resultierenden Bewegungskomponente 42 des Elementträgers 41 und die
Nullpunktslage des oszillierenden erwärmbaren Elementes 4 versetzt
sich ebenfalls um diesen Abstand und Richtung.
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Die
jetzt mit der Anmeldung und später
eingereichten Ansprüche
sind Versuche zur Formulierung ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Schutzes.
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Sollte
sich hier bei näherer
Prüfung,
insbesondere auch des einschlägigen
Standes der Technik, ergeben, daß das eine oder andere Merkmal
für das
Ziel der Erfindung zwar günstig,
nicht aber entscheidend wichtig ist, so wird selbstverständlich schon
jetzt eine Formulierung angestrebt, die ein solches Merkmal, insbesondere
im Hauptanspruch, nicht mehr aufweist.
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Es
ist weiter zu beachten, daß die
in den verschiedenen Ausführungsformen
beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausgestaltungen und Varianten
der Erfindung beliebig untereinander kombinierbar sind. Dabei sind
einzelne oder mehrere Merkmale beliebig gegeneinander austauschbar.
Diese Merkmalskombinationen sind ebenso mit offenbart.
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Die
in den abhängigen
Ansprüchen
angeführten
Rückbeziehungen
weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches
durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin. Jedoch sind
diese nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen,
gegenständlichen
Schutzes für
die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen.
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Merkmale,
die bislang nur in der Beschreibung offenbart wurden, können im
Laufe des Verfahrens als von erfindungswesentlicher Bedeutung, zum Beispiel
zur Abgrenzung vom Stand der Technik beansprucht werden.
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Merkmale,
die nur in der Beschreibung offenbart wurden, oder auch Einzelmerkmale
aus Ansprüchen,
die eine Mehrzahl von Merkmalen umfassen, können jederzeit zur Abgrenzung
vom Stande der Technik in den ersten Anspruch übernommen werden, und zwar
auch dann, wenn solche Merkmale im Zusammenhang mit anderen Merkmalen
erwähnt wurden
beziehungsweise im Zusammenhang mit anderen Merkmalen besonders
günstige
Ergebnisse erreichen.