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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Hochfrequenzschweißen. Im Spezielleren bezieht sich die Erfindung auf eine Schweißbaugruppe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 wie aus der
US 6,425,514 B1 bekannt sowie auf eine Aufspannvorrichtung mit einer solchen Schweißbaugruppe.
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Hintergrund der Erfindung
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Derzeitige Ultraschallschweißsysteme sind nicht zur Unterstützung einer Massenproduktionseinrichtung ausgestattet. Beispielsweise beschreibt die
US 2006/0 279 028 A1 zum Ultraschallschweißen eine Schwingvorrichtung mit einem Schwingelement mit einer Längsachse und einer Außenfläche und einem Befestigungssystem für das Schwingelement. Die Ausfallhäufigkeiten eines Ultraschallhorns und die Art des Ausfalls des Horns sind oft nicht vorhersagbar. Viele der Ausfälle bringen „Not-Gerätereparaturen” wie auch eine ausgedehnte Standzeit und ein beträchtliches Risiko für einen Kundenauslieferungsplan mit sich.
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Derzeitige Ultraschallschweißsysteme auf dem Gebiet berücksichtigen keine Schnellumrüstmerkmale oder Standard-Bezugspunktmerkmale. Demzufolge gibt es derzeit keinen standardisierten und wiederholbaren Austauschaufbau für die in einer Produktionsstätte verwendeten Ultraschallschweißsysteme.
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Es wäre wünschenswert, eine Schweißbaugruppe für ein Ultraschallschweißsystem und eine Aufspannvorrichtung für dasselbe zu entwickeln, wobei die Schweißbaugruppe und die Aufspannvorrichtung ein Mittel zum Schnellumrüsten, für einen wiederholbaren Aufbau, eine objektive polare Einstellung und einen anfänglichen bandfernen Standardaufbau bereitstellen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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In Übereinstimmung mit und gemäß der vorliegenden Erfindung wurden eine Schweißbaugruppe für ein Ultraschallschweißsystem und eine Aufspannvorrichtung für dasselbe entwickelt, wobei die Schweißbaugruppe und die Aufspannvorrichtung ein Mittel zum Schnellumrüsten, für einen wiederholbaren Aufbau, eine objektive polare Einstellung und einen anfänglichen bandfernen Standardaufbau bereitstellen.
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In einer Ausführungsform umfasst eine Schweißbaugruppe ein Horn mit einem Schweißende, eine polare Halterung, die zur Aufnahme eines Abschnitts des Horns darin geeignet ist, einen ersten Einstellring, der mit der polaren Halterung in einer vorbestimmten Distanz von dem Schweißende des Horns gekoppelt ist, und einen zweiten Einstellring, der mit der polaren Halterung benachbart zu dem ersten Einstellring gekoppelt ist, wobei der zweite Einstellring eine Feineinstellvorrichtung zum Einstellen einer relativen Position des ersten Einstellringes und des zweiten Einstellringes umfasst.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst eine Aufspannvorrichtung für eine Schweißbaugruppe einen Rahmen, einen Spindelpositionierer, der mit dem Rahmen gekoppelt ist, um eine Schweißbaugruppe aufzunehmen, einen radialen Positionierer, der mit dem Rahmen gekoppelt ist, um ein Schweißende eines Horns der Schweißbaugruppe aufzunehmen und das Horn in einer gewünschten radialen Position zu positionieren, und einen Hornpositionierer, der benachbart zu dem radialen Positionierer angeordnet ist und an einer polaren Halterung der Schweißbaugruppe anliegt, wobei der Hornpositionierer eine Standardisierung einer Konfiguration der Schweißbaugruppe erleichtert.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Die oben stehenden sowie weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden für einen Fachmann aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform bei Betrachtung im Licht der beiliegenden Zeichnungen offensichtlich, in denen:
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1 eine perspektivische Seitenansicht einer Schweißbaugruppe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, wobei die Schweißbaugruppe in einer vertikalen Position gezeigt ist;
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2 eine perspektivische Vorderansicht der Schweißbaugruppe von 1 ist, wobei die Schweißbaugruppe in einer horizontalen Position gezeigt ist;
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3 eine perspektivische Vorderansicht einer Aufspannvorrichtung für die Schweißbaugruppe der 1 und 2 ist;
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4 eine perspektivische Hinteransicht der Aufspannvorrichtung von 3 ist;
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5 eine perspektivische linke Seitenansicht einer Halterung für die Schweißbaugruppen der 1 und 2 ist; und
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6 eine perspektivische rechte Seitenansicht der Halterung von 5 ist.
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Detaillierte Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung
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Die nachfolgende detaillierte Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen beschreiben und veranschaulichen verschiedene Ausführungsformen der Erfindung. Die Beschreibung und die Zeichnungen dienen dazu, es einem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung herzustellen und zu verwenden. In Bezug auf die offenbarten Verfahren sind die angegebenen Schritte von beispielhafter Natur und die Reihenfolge der Schritte ist daher nicht notwendig oder kritisch.
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Die 1–2 veranschaulichen eine Schnellumrüst-Schweißbaugruppe 10 oder Ultraschallbaugruppe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie gezeigt, umfasst die Schweißbaugruppe 10 eine polare Halterung 12 oder Hülse, ein Horn 14, einen Beschleuniger 16 oder Verstärker, einen ersten Einstellring 18 und einen zweiten Einstellring 20.
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Die polare Halterung 12 ist ein hohles Rohr mit einer allgemein zylindrischen Form. Es kann jedoch jede beliebige Form und Größe verwendet werden. Die polare Halterung 12 ist geeignet, das Horn 14 und/oder den Beschleuniger 16 darin aufzunehmen. In der gezeigten Ausführungsform umfasst die polare Halterung 12 eine Vielzahl von Öffnungen zur Aufnahme eines Positionierers 22 und/oder einer Vielzahl von Stellschrauben 24 zum wunschgemäßen Ausrichten des Horns 14 innerhalb der polaren Halterung 12. Als ein nicht einschränkendes Beispiel ist der Positionierer 22 an einer Außenfläche 26 der polaren Halterung 12 befestigt, wobei sich ein abgerundetes Ende 28 des Positionierers 22 durch die polare Halterung 12 hindurch erstreckt, um mit dem Horn 14 in Eingriff zu stehen. Es ist einzusehen, dass der Positionierer eine vorbestimmte Größe zum Ausrichten und Positionieren des Horns 14 innerhalb der polaren Halterung 12 aufweisen kann. Als ein weiteres nicht einschränkendes Beispiel nimmt die polare Halterung 12 drei Stellschrauben 24 auf, wobei jede der Stellschrauben 24 ein flaches Ende aufweist, um mit dem Horn 14 in Eingriff zu stehen. Es ist einzusehen, dass die polare Halterung 12 eine beliebige Anzahl von Öffnungen und Durchgangslöchern zur Aufnahme einer beliebigen Anzahl von Stellschrauben 24 und Positionierern 22 umfassen kann.
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Das Horn 14 umfasst einen Hauptkörper 30 mit einem Schweißende 32. Das Horn 14 ist mit dem Beschleuniger 16 gekoppelt, um diesem eine vorbestimmte Bewegung oder Vibration an zu verleihen. Als ein nicht einschränkendes Beispiel ist das Horn 14 auf Ultraschallfrequenzniveaus angesteuert. In der gezeigten Ausführungsform sind das Horn 14 und der Beschleuniger 16 in der polaren Halterung 12 aufgenommen. Das Horn 14 umfasst eine Bezugspunktstruktur 33 wie z. B. eine Vertiefung zum Aufnehmen des Positionierers 22 und Positionieren des Horns 14 auf. Als ein nicht einschränkendes Beispiel ist die Bezugspunktstruktur 33 auf dem Hauptkörper 30 des Horns an einem Knotenpunkt positioniert. Es kann jedoch eine beliebige Anzahl von Bezugspunktstrukturen verwendet werden, um das Horn 14 wie gewünscht innerhalb der polaren Halterung 12 auszurichten.
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Der erste Einstellring 18 ist um die Außenfläche 26 der polaren Halterung 12 herum angeordnet. Der erste Einstellring 18 ist typischerweise ein geteilter Bund mit einem Koppler 34 zum Einstellen eines Innendurchmessers davon. Wie gezeigt, ist der Koppler 34 ein Schnellkoppler mit einem Kopplungsaufsteckstift 36, der durch einen geteilten Abschnitt des ersten Einstellringes 18 hindurch angeordnet ist. Ein Ende des Kopplungsaufsteckstifts 36 umfasst eine Einstellmutter 38 und ein gegenüberliegendes Ende des Kopplungsaufsteckstifts 36 umfasst einen Nockenhebel 40. Es ist einzusehen, dass die Einstellmutter 38 und der Nockenhebel 40 zusammenwirken, um den Innendurchmesser des ersten Einstellringes 18 einzustellen. Es ist ferner einzusehen, dass jedes beliebige Mittel zum Einstellen des Innendurchmessers des ersten Einstellringes 18 verwendet werden kann, und dass jede Art von Einstellring verwendet werden kann.
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Der erste Einstellring 18 umfasst auch einen Kanal 42 mit einstellbarer Breite, der in einer Außenkante 44 des ersten Einstellringes 18 gebildet ist. Eine flexible Nase 46 ist benachbart zu dem Kanal 42 angeordnet und geeignet, eine ”Biege” kraft von einer Vielzahl von Stiften 48 oder Stellschrauben aufzunehmen. Die Stifte 48 üben z. B. eine Kraft auf die Nase 46 aus, um eine Abmessung des Kanals 42 einzustellen. Als ein weiteres Beispiel ist die Nase 46 in der Außenkante 44 des ersten Einstellringes 18 gebildet. Es ist einzusehen, dass eine beliebige Anzahl von Stiften verwendet werden kann, um eine Kraft auf die Nase 46 auszuüben, um eine Breite des Kanals 42 einzustellen. Es ist ferner einzusehen, dass der Kanal 42 eine beliebige Größe aufweisen kann und an jeder beliebigen Stelle angeordnet sein kann, und dass jede Art von Einstellring verwendet werden kann.
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Der zweite Einstellring 20 ist um die Außenfläche 26 der polaren Halterung 12 herum und benachbart zu dem ersten Einstellring 18 angeordnet. Der zweite Einstellring 20 ist typischerweise ein geteilter Bund mit einem Koppler 50 zum Einstellen eines Innendurchmessers davon. Wie gezeigt, ist der Koppler 50 ein/e Gewindebolzen oder Schraube, der/die durch einen geteilten Abschnitt des zweiten Einstellringes 20 hindurch angeordnet ist. Es ist einzusehen, dass jedes beliebige Mittel zum Einstellen des Innendurchmessers des zweiten Einstellringes 20 wie z. B. eine Schnellkopplungsvorrichtung ähnlich dem Koppler 34 verwendet werden kann.
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Der zweite Einstellring 20 umfasst auch eine Feineinstellvorrichtung 52. Wie gezeigt, ist die Feineinstellvorrichtung 52 eine Messschraube. Im Speziellen ist ein Stift 54 in dem ersten Einstellring 18 angeordnet und erstreckt sich davon in einer Richtung des zweiten Einstellringes 20 weg. Ein Einstellelement 56 der Feineinstellvorrichtung 52 ist durch einen Abschnitt des zweiten Einstellringes 20 hindurch angeordnet und liegt an dem Stift 54 an. Eine Spannvorrichtung 58 (z. B. ein federbelasteter Stift) ist in einem Abschnitt des zweiten Einstellringes 20 in Ausrichtung mit dem Einstellgriff 56 angeordnet und liegt an dem Stift 54 an. Eine Drehbewegung des Einstellgriffes 56 übt eine Kraft auf den Passstift aus, um eine relative Position des ersten Einstellringes 18 und des zweiten Einstellringes 20 einzustellen.
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Die 3–4 veranschaulichen eine Aufspannvorrichtung 59 zur Aufnahme der Schweißbaugruppe 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Aufspannvorrichtung 59 umfasst einen Rahmen 60 mit einer Grundplatte 62 und einer hinteren Platte 64, einen radialen Positionierer 66, einen Hornpositionierer 68, einen Spindelpositionierer 70 und eine Klemmplatte 72.
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Der radiale Positionierer 66 ist mit der Grundplatte 62 gekoppelt und umfasst einen Kanal 74 zur Aufnahme des Schweißendes 32 des Horns 14. Der Hornpositionierer 68 ist mit dem radialen Positionierer 66 gekoppelt und umfasst einen Hornkanal 76 zur Aufnahme zumindest eines Abschnitts des Horns 14.
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Der Spindelpositionierer 70 ist mit der hinteren Platte 64 gekoppelt und ist geeignet, zuzulassen, dass ein Abschnitt der Schweißbaugruppe 10 dadurch gelangt. Der Spindelpositionierer 70 umfasst auch einen Stift 80, der von einer Fläche davon vorsteht. Als ein nicht einschränkendes Beispiel ist der Stift 80 positioniert, um von dem Kanal 42 mit einstellbarer Breite des ersten Einstellringes 18 aufgenommen zu sein.
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Die Klemmplatte 72 ist ein geteilter Bund mit einem Koppler 82 zum Einstellen eines Innendurchmessers davon. Wie gezeigt, ist der Koppler 82 ein Schnellkoppler ähnlich dem Koppler 34. Es kann jedoch ein beliebiges Mittel zum Einstellen eines Innendurchmessers der Klemmplatte 72 verwendet werden.
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Wenn die Aufspannvorrichtung 59 in Gebrauch ist, ist die polare Halterung 12 durch den Spindelpositionierer 70 und die Klemmplatte 72 hindurch angeordnet, wobei ein Abschnitt der polaren Halterung 12 an dem Hornpositionierer 68 anliegt. Der erste Einstellring 18 ist um die polare Halterung 12 herum und benachbart zu dem Spindelpositionierer 70 angeordnet. Als ein nicht einschränkendes Beispiel ist der erste Einstellring 18 positioniert, um den Stift 80 in den Kanal 42 mit einstellbarer Breite hinein anzuordnen. Der zweite Einstellring 20 ist um die polare Halterung 12 herum angeordnet und positioniert, um den Passstift 54 zwischen dem Einstellgriff 56 und der Spannvorrichtung 58 aufzunehmen. Als ein nicht einschränkendes Beispiel ist die Feineinstellvorrichtung 52 in eine „Null”- oder Mittelpunktposition eingestellt. Es ist einzusehen, dass sich der erste Einstellring 18 und der zweite Einstellring 20 relativ zueinander bewegen können, bis einer ausreichend an der polaren Halterung 12 gesichert ist.
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Das Horn 14 und der Beschleuniger 16 sind in der polaren Halterung 12 angeordnet, wobei sich ein Abschnitt des Horns 14 durch den Hornkanal 76 hindurch erstreckt und das Schweißende 32 des Horns 14 in dem Kanal 74 des radialen Positionierers 66 aufgenommen ist. Es ist einzusehen, dass eine Größe des Hornpositionierers 68 einen Standard für eine Position des Horns 14 relativ zu der polaren Halterung 12 bereitstellt. Es ist ferner einzusehen, dass der radiale Positionierer 66 eine radiale Ausrichtung des Horns 14 innerhalb der polaren Halterung 12 bereitstellt.
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Sobald das Horn 14 in der polaren Halterung 12 angeordnet ist, ist das abgerundete Ende 28 des Positionierers 22 mit der Bezugspunktstruktur 33 des Horns 14 ausgerichtet und der Positionierer 22 ist mit der polaren Halterung 12 gekoppelt. Die Klemmplatte 72 wird an der polaren Halterung 12 gesichert, indem der Nockenhebel 82 gesperrt wird. Der erste Einstellring 18 und der zweiten Einstellring 20 sind jeweils an der polaren Halterung 12 gesichert. Es ist einzusehen, dass eine Position des ersten Einstellringes 18 relativ zu dem Schweißende 32 auf den Abmessungen der Aufspannvorrichtung 59 basierend standardisiert ist. Die Stellschrauben 24 sind gegen das Horn 14 festgezogen. Als ein nicht einschränkendes Beispiel umfasst die hintere Platte 64 eine Öffnung 83, um Zugang zu zumindest einer der benachbart zu der hinteren Platte 64 positionierten Stellschrauben 24 vorzusehen. Sobald jede der Stellschrauben 24 gesichert ist, wird die Schweißbaugruppe 10 zum Gebrauch von der Aufspannvorrichtung 59 entfernt.
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Die 5 und 6 veranschaulichen eine Halterung 84 zur Aufnahme der Schweißbaugruppe 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie gezeigt, umfasst die Halterung 84 ein Gehäuse 86, das einen Hohlraum zur Aufnahme der Schweißbaugruppe 10 definiert. Eine Klemme 88 ist in dem Hohlraum angeordnet und mit dem Gehäuse 86 gekoppelt. Als ein nicht einschränkendes Beispiel ist die Klemme 88 ein länglicher geteilter Bund zur Aufnahme und Sicherung der polaren Halterung 12 darin. Die Klemme 88 umfasst eine Vielzahl von Kopplern 90 zum Einstellen eines Innendurchmessers davon. Wie gezeigt, ist jeder der Koppler 90 ein Schnellkoppler ähnlich dem Koppler 34. Die Klemme 88 umfasst auch einen Stift 92, der von einer Fläche davon vorsteht. Als ein nicht einschränkendes Beispiel ist der Stift 92 positioniert, um von dem Kanal 42 mit einstellbarer Breite des ersten Einstellringes 18 der Schweißbaugruppe 10 aufgenommen zu sein. Es ist einzusehen, dass eine beliebige Anzahl von Kopplern 90 und ein beliebiges Mittel zum Einstellen des Innendurchmessers der Klemme 88 verwendet werden können. Es ist ferner einzusehen, dass eine beliebige Befestigungsvorrichtung und -struktur verwendet kann, um die Schweißbaugruppe 10 beispielsweise mit einem beliebigen Steuersystem wie z. B. einem Robotiksystem oder einem Roboterarm zu koppeln.
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Im Gebrauch ist die Schweißbaugruppe 10 in der Klemme 88 angeordnet, wobei der erste Einstellring 18 an einem Abschnitt der Klemme 88 und/oder des Gehäuses 86 anliegt. Es ist einzusehen, dass der erste Einstellring 18 von dem Schweißende 32 des Horns 14 auf der Basis der vorbestimmten Abmessung der Aufspannvorrichtung 59 beabstandet ist. Sobald sich die Schweißbaugruppe 10 in Position befindet, werden die Koppler 90 der Klemme 88 eingestellt, um die Schweißbaugruppe 10 darin zu sichern.
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Die Schweißbaugruppe 10, die Aufspannvorrichtung 59, die Halterung 84 und die Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung sehen viele Vorteile gegenüber dem Stand der Technik vor. Die vorliegende Erfindung minimiert den Bedarf an Handwerkzeugen und vereinfacht dadurch den Aufbau-, Um- und Austauschprozess und minimiert einen erforderlichen Eingriff einer Unterstützung von höherer Ebene. Die vorliegende Erfindung sieht eine Schnellwerkzeugumrüstung vor, sodass die gesamte Schweißbaugruppe 10 innerhalb von Minuten ausgewechselt werden kann, wodurch die Standzeit minimiert ist und die Produktionseffizienz maximiert ist. Die vorliegende Erfindung sieht auch eine objektive polare Einstellung vor. Die Schweißbaugruppe 10, die Aufspannvorrichtung 59 und die Halterung 84 bieten dem Bediener eine Grundposition und ein objektives Messsystem, um zukünftige Einstellungen vorzunehmen. Im Speziellen umfasst das Horn 14 die Bezugspunktstruktur 33, um kritische Spannungserhöher zu minimieren, eine unerwünschte Standzeit zu minimieren, einen Austausch des Horns 14 zu vereinfachen und eine resultierende Schweißstelle nach einem Wechsel im Wesentlichen wiederholbar zu machen.
