DE102011006932A1

DE102011006932A1 - Vorrichtung zum Schweißen und/oder Schneiden von Werkstücken

Info

Publication number: DE102011006932A1
Application number: DE201110006932
Authority: DE
Inventors: Benjamin Göttert; Werner Grass; Günter Kachel
Original assignee: Widmann Maschinen eK
Current assignee: Harro Hofliger Verpackungsmaschinen GmbH
Priority date: 2011-04-07
Filing date: 2011-04-07
Publication date: 2012-10-11
Anticipated expiration: 2031-04-08
Also published as: DE102011006932B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schweißen und/oder Schneiden/Stanzen von Werkstücken mittels Ultraschall, mit wenigstens einer Ultraschallsonotrode und einem Gegenwerkzeug sowie einem Antrieb zum Verlagern der Ultraschallsonotrode oder des Gegenwerkzeugs unabhängig von der Ultraschallschweißbewegung der Ultraschallsonotrode, wobei der Antrieb von einem Linearmotor gebildet wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schweißen und/oder Schneiden von Werkstücken mittels Ultraschall mit wenigstens einer Ultraschallsonotrode und einem Gegenwerkzeug sowie einem Antrieb zum Verlagern oder Verfahren der Ultraschallsonotrode oder des Gegenwerkzeugs unabhängig von der Ultraschallschweißbewegung der Ultraschallsonotrode.
Es ist allgemein bekannt, Werkstücke mittels einer Ultraschallverschweißung miteinander zu verbinden. Die erforderliche Energie zum Plastifizieren des Werkstoffes wird mittels Ultraschall in das Werkstück eingebracht. Hierfür bedarf es einer Ultraschallsonotrode und eines Gegenwerkzeugs, zwischen welchen das Werkstück bearbeitet wird. Aus der DE 10 2008 016 916 A1 ist eine Vorrichtung zum Bearbeiten von flächigen Werkstücken bekannt, wobei auf der einen Seite eine Ultraschallsonotrode am Werkstück anliegt und sich das Werkstück auf der anderen Seite an einem Gegenwerkzeug abstützt. Dabei wird das Gegenwerkzeug mittels eines servogesteuerten Spindelantriebs in Richtung der Ultraschallsonotrode und weg von dieser verfahren. Nach dem Einlegen des Werkstücks zwischen der Ultraschallsonotrode und dem Gegenwerkzeug wird die Schweißvorrichtung mittels des Spindelantriebes geschlossen, wobei das Werkstück zwischen der Ultraschallsonotrode und dem Gegenwerkzeug gespannt wird. Die erfoderliche Schweißkraft wird hierbei von einem Luftpolster/einer von Pneumatikzylinderrn erzeugten Luftfeder aufgebracht. Diese Schweißkraft ist während der Schweißzeit und der danach folgenden Haltezeit konstant. Das Gegenwerkzeug fährt dabei relativ schnell auf das Werkstück auf und hält dieses mit der durch das Luftpolster vorgegebenen Kraft fest. Insbesondere bei der Bearbeitung von Folien besteht jedoch die Gefahr, dass durch das schnelle Schließen der Schweißvorrichtung z. B. Schweiß- und Schneidkanten der Werkzeuge beschädigt werden und deshalb die Standzeit verringert wird und schließlich keine optimale Schweißung mehr erzielt werden kann.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit welcher bessere Schweißergebnisse erzielt werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Antrieb von einem Linearmotor gebildet wird. Der Linearmotor ist vorteilhaft ebenfalls für die Schweißkraft zuständig.
Linearmotoren sind allgemein bekannt und sie werden üblicherweise dort eingesetzt, wo Bauteile linear bewegt werden sollen, ohne dass hierfür hydraulische Antriebe oder Spindelantriebe verwendet werden können. Linearmotoren weisen den wesentlichen Vorteil auf, dass sie eine lineare Kraft-Strom-Kennlinie aufweisen und daher relativ einfach ansteuerbar sind. Außerdem ist die Energiezufuhr wesentlich einfacher realisierbar, als bei hydraulischen Antrieben. Über den Verfahrweg kann mittels Veränderung der Stromzufuhr die lineare Karaft variiert werden.
Um ein feinfühliges und somit optimales Arbeiten zu ermöglichen, greift der Linearmotor direkt ohne Zwischenschaltung eines Getriebes am Gegenwerkzeug an. Die vom Linearmotor erzeugte Kraft wird somit direkt in das Gegenwerkzeug eingeleitet und die Stellgeschwindigkeit direkt auf das Gegenwerkzeug übertragen.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Gegenwerkzeug an einem Schlitten befestigt. Der Schlitten übernimmt die Aufgabe, das Gegenwerkzeug exakt zu führen und am Werkstück zu positionieren, wobei der Linearmotor die Aufgabe besitzt, das Gegenwerkzeug zusammen mit dem Schlitten zu bewegen und die erforderlich Schweiß- und Haltekraft aufzubringen. Der Schlitten wird dabei an Führungsstangen verschoben.
Ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel sieht vor, dass der Linearmotor geschwindigkeitsgesteuert, weggesteuert und/oder kraftgesteuert ist. Somit kann das Gegenwerkzeug mit hoher Geschwindigkeit auf das Werkstück zugestellt werden, wird dann unmittelbar vor dem Aufsetzen abgebremst und setzt dann mit verminderter Geschwindigkeit sanft auf dem Werkstück auf. Hierdurch wird der wesentliche Vorteil erzielt, dass Schneid- und Schweißkanten geschont werden und somit die Standzeit der Werkzeuge erhöht wird. Außerdem kann die Schweißkraft, mit welcher das Gegenwerkzeug am Werkstück andrückt, gezielt eingestellt und/oder verändert werden. Mit zunehmender Plastifizierung des Werkstücks kann das Gegenwerkzeug nachgeführt werden und der Anpressdruck kann erhöht oder verringert werden. Insbesondere kann die Haltekraft nach der Plastifizierung des Werkstücks gezielt erhöht werden, wodurch die Verschweißung optimiert wird.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Dabei können die in der Zeichnung dargestellten sowie in der Beschreibung und in den Ansprüchen erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
In der Zeichnung zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit geöffneten Werkzeugen; und
2 eine Seitenansicht der Vorrichtung mit zwischen den Werkzeugen sich befindendem Werkstück.
In der 1 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung insgesamt mit 10 bezeichnet und weist eine Grundplatte 12 auf, von der zwei Säulen 14 zu einem Halteblock 16 abragen. An diesem Halteblock 16 ist ein Linearmotor 18 befestigt, aus dessen Stator 20 ein Läufer 22 herausragt und einen Schlitten 24 entlang den Führungssäulen 14 bewegt. Mit dem Linearmotor 18 kann der Schlitten 24 also in Richtung des Doppelpfeils 26 verfahren werden. Am Schlitten 24 befindet sich ein auswechselbares Gegenwerkzeug 28, welches in Richtung einer Ultraschallsonotrode 30 von diesem abragt. Diese Ultraschallsonotrode 30 wird von einem Konverter 32 angetrieben und erzeugt die für die Bearbeitung eines Werkstücks 34 erforderliche Schwingungsenergie.
Nachdem das Werkstück 34 zwischen die Ultraschallsonotrode 30 und das Gegenwerkzeug 28 eingelegt wurde, wird der Läufer 22 aus dem Stator 20 ausgeschoben und bewegt den Schlitten 24 und somit das Gegenwerkzeug 28 in Richtung auf die Ultraschallsonotrode 30, bis diese beiden Werkzeuge am Werkstück 34 anliegen. Die Verfahrbewegung des Schlittens 24 kann anfänglich hoch sein und wird kurz vor der Anlage am Werkstück 34 verringert, so dass das Gegenwerkzeug 28 sanft auf dem Werkstück 34 aufsetzt. Während der Ultraschallbearbeitung des Werkstücks 34 kann die auf das Werkstück 34 ausgeübte Kraft des Linearmotors 18 allmählich oder stufenweise angehoben werden. Außerdem besteht die Möglichkeit, dass während der Haltezeit die Haltekraft nochmals erhöht wird.
Mit dem erfindungsgemäßen Linearmotor 18 wird die Möglichkeit geschaffen, dass das Gegenwerkzeug 28 weggesteuert, geschwindigkeitsgesteuert und/oder kraftgesteuert bewegt wird, wodurch sowohl die Ultraschallsonotrode 30 als auch das Gegenwerkzeug 28 schonend behandelt werden und dadurch die Standzeit erhöht wird. Außerdem können optimale Schweißergebnisse und Schneid- oder Stanzergebnisse erzielt werden, da die Schweiß- und Haltekräfte optimal an den Schweißvorgang angepasst werden können. Auch das Öffnen der Werkzeuge erfolgt mit hoher Geschwindigkeit, so dass das Werkstück 34 schnell entnommen und gegen ein neues, zu bearbeitendes Werkstück ausgetauscht werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008016916 A1 [0002]

Claims

Vorrichtung (10) zum Schweißen und/oder Schneiden oder Stanzen von Werkstücken (34) mittels Ultraschall, mit wenigstens einer Ultraschallsonotrode (30) und einem Gegenwerkzeug (28) sowie einem Antrieb zum Verlagern der Ultraschallsonotrode (30) oder des Gegenwerkzeugs (28) unabhängig von der Ultraschallschweißbewegung der Ultraschallsonotrode (30), dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb von einem Linearmotor (18) gebildet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Linearmotor (18) direkt ohne Zwischenschaltung eines Getriebes am Gegenwerkzeug (28) angreift.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenwerkzeug (28) an einem Schlitten (24) befestigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitten (24) vom Linearmotor (18) in Richtung auf und weg von der Ultraschallsonotrode (30) bewegt wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Linearmotor (18) geschwindigkeitsgesteuert, weggesteuert und/oder kraftgesteuert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeitssteuerung, Wegsteuerung und/oder Kraftsteuerung vor und/oder während und/oder nach der Ultraschallschweißung erfolgt.