DE102011104226A1

DE102011104226A1 - Ausrichtwerkzeug zum Ersetzen eines Ultraschallschweißhorns

Info

Publication number: DE102011104226A1
Application number: DE102011104226A
Authority: DE
Inventors: Robert J. Scheuerman; Rick F. Rourke
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2010-06-18
Filing date: 2011-06-15
Publication date: 2011-12-22
Anticipated expiration: 2031-06-16
Also published as: DE102011104226B4; US8312637B2; US20110308736A1

Abstract

Ein Ausrichtwerkzeug bestimmt die Parallelität zwischen der Ambossfläche eines Ambosses eines Ultraschallschweißgeräts und den Hornflächen eines an dem Schweißgerät durch eine Drehhalterung angebrachten Ersatzhorns. Das Werkzeug enthält einen Werkzeugsockel, der eine Frontplatte aufweist, die mit der Ambossfläche in Kontakt steht, und eine Klemme zum Klemmen des Werkzeugsockels an den Amboss. An dem Werkzeugsockel ist ein Plattenelement für die Schwenkbewegung angebracht, das mit den Hornflächen in Kontakt steht. Federn drangen das Plattenelement in Kontakt mit den Hornflächen, während das Ersatzhorn relativ zu dem Amboss gedreht wird. Wandler erfassen die relativen Positionen zwischen der Frontplatte und dem Plattenelement, sodass der Reparaturmechaniker bestimmen kann, dass das Ersatzhorn in die gewünschte Position gedreht worden ist, in der die Hornflächen parallel zu der Ambossfläche geworden sind. Daraufhin kann das Ersatzhorn dann gegen weitere Drehung angezogen werden.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Ersetzen einer Hornanordnung eines Ultraschallschweißgeräts und schafft insbesondere ein Ausrichtwerkzeug zum Erhalten der Parallelität zwischen dem Ersatzhorn und dem feststehenden Amboss des Ultraschallschweißgeräts.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Es ist bekannt, bei der Herstellung von Metall- und Kunststoffprodukten zum Zusammenschweißen von Materialien einen Ultraschallschweißprozess zu nutzen. Das Ultraschallschweißgerät enthält einen feststehenden Amboss und eine Schwinghornanordnung. Die Materialstücke, die zusammengeschweißt werden sollen, werden zwischen den feststehenden Amboss und die Schwinghornanordnung geklemmt, und die schnelle Schwingung des Horns versetzt die Materialien in Schwingungen, was die Bildung einer Schweißstelle dazwischen veranlasst.
Wegen der schnellen Schwingung erfährt das Horn schließlich einen Verschleiß und muss ersetzt werden. Beim Ersetzen muss das neu eingebaute Horn relativ zu dem feststehenden Amboss präzise justiert werden, um eine präzise Parallelität zwischen der Fläche des Horns und der Fläche des Ambosses zu erhalten.
Herkömmlich wird zum Justieren des neu eingebauten Ersatzhorns ein Versuch-und-Irrtum-Verfahren genutzt. Insbesondere werden Couponproben miteinander verschweißt und die Schweißstellen untersucht, um zu bestimmen, ob die Qualität der Schweißstelle zeigt, dass das Horn und der Amboss zueinander parallel sind. Falls die Untersuchung der Couponprobe zeigt, dass nicht die richtige Schweißung erhalten worden ist, justiert der Werkzeugreparaturmechaniker die Drehstellung des Horns und nimmt eine weitere Prüfung vor. Dieses Versuch-und-Irrtum-Verfahren zum Justieren des Ersatzhorns ist zeitaufwändig und somit unerwünscht beim Erhalten einer effizienten Herstellung ultraschallgeschweißter Produkte.
Es wäre wünschenswert, ein Werkzeug zu schaffen, das beim Ersetzen der Hornanordnung die präzise parallele Ausrichtung des Horns auf den Amboss ausführen würde.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein Ausrichtwerkzeug bestimmt die Parallelität zwischen der Ambossfläche eines Ambosses eines Ultraschallschweißgeräts und den Hornflächen eines an dem Schweißgerät durch eine Drehhalterung angebrachten Ersatzhorns. Das Werkzeug enthält einen Werkzeugsockel, der eine Frontplatte aufweist, die mit der Ambossfläche in Kontakt steht, und eine Klemme zum Klemmen des Werkzeugsockels an den Amboss. An dem Werkzeugsockel ist ein Plattenelement für die Schwenkbewegung angebracht, das mit den Hornflächen in Kontakt steht. Federn drängen das Plattenelement in Kontakt mit den Hornflächen, während das Ersatzhorn relativ zu dem Amboss gedreht wird. Wandler erfassen die relativen Positionen zwischen der Frontplatte und dem Plattenelement, sodass der Reparaturmechaniker bestimmen kann, dass das Ersatzhorn in die gewünschte Position gedreht worden ist, in der die Hornflächen parallel zu der Ambossfläche geworden sind. Daraufhin kann das Ersatzhorn dann gegen weitere Drehung angezogen werden.
Weitere Bereiche der Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung gehen aus der im Folgenden gegebenen ausführlichen Beschreibung hervor. Selbstverständlich dienen die ausführliche Beschreibung und die spezifischen Beispiele, obgleich sie beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung angeben, nur zur Veranschaulichung und sollen den Umfang der Erfindung nicht einschränken.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird umfassender verständlich aus der ausführlichen Beschreibung und aus den beigefügten Zeichnungen.
1 ist ein Aufriss eines Ultraschallschweißgeräts.
2 ist eine Schnittansicht in Richtung der Rose 2-2 aus 1.
3 zeigt ein an dem Ultraschallschweißgerät befestigtes Ausrichtwerkzeug, wobei Teile weggeschnitten sind, und zeigt im Schnitt die Konstruktion des Werkzeugs bei der Mittellinie des Werkzeugs.
4 ist eine perspektivische Ansicht des an das Ultraschallschweißgerät geklemmten Ausrichtwerkzeugs.
5 ist eine Explosionsdarstellung des Ausrichtwerkzeugs.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die folgende Beschreibung bestimmter beispielhafter Ausführungsformen ist dem Wesen nach lediglich beispielhaft und soll die Erfindung, ihre Anwendung oder Verwendungen nicht einschränken.
In 1 ist ein Ultraschallschweißgerät 10 gezeigt. Das Schweißgerät 10 enthält eine Ambossanordnung, die allgemein mit 12 bezeichnet ist, und eine Sonotrodenhornanordnung, die allgemein mit 14 bezeichnet ist. Die Ambossanordnung 12 ist an einem feststehenden Maschinensockel angebracht und enthält einen Amboss 20, der an den Maschinensockel geschraubt ist. Der Amboss 20 weist eine Ambossfläche 24 auf.
Die Sonotrodenhornanordnung 14 ist durch ein Kopfstück 25 an dem Maschinensockel angebracht und enthält einen Abstützbock 26, der ein Horn 28 trägt. Wie am besten in 1 und 2 zu sehen ist, trägt das Horn 28 Hornknöpfe 30, 32 und 34, die entlang der Breite des Horns 28 beabstandet sind. Jeder der Hornknöpfe 30, 32 und 34 weist eine gerändelte Hornfläche 36 zum Ergreifen der Oberfläche eines Materials, das zu verschweißen ist, auf. Die Sonotrodenhornanordnung 14 ist in der Richtung der bei 38 angegebenen Pfeile zu und von der Ambossanordnung 12 beweglich, sodass die Hornflächen 36 entweder in Richtung der Ambossfläche 24 oder von der Ambossfläche 24 weg bewegt werden können, um die Materialschichten, die verschweißt werden sollen, einzuklemmen. Das Ultraschallschweißgerät enthält einen Schwingungsmechanismus, der das Horn 28 in Schwingungen mit hoher Frequenz versetzt.
Während der Verwendung des Ultraschallschweißgeräts bewegt sich das Sonotrodenhorn 14 in Richtung der Pfeile 38, um ein Paar Elemente wie etwa ein Paar Batterieanschlüsse, nicht gezeigt, zwischen der Ambossfläche 24 und den Hornflächen 36 einzuklemmen. Daraufhin wird das Sonotrodenhorn 14 in Schwingungen mit hoher Geschwindigkeit versetzt, wobei die zwei zu verschweißenden Elemente mit solcher Kraft und Geschwindigkeit zusammen in Schwingungen versetzt werden, dass zwischen den Elementen ein Schweißpunkt erzeugt wird.
Von Zeit zu Zeit müssen der Abstützbock 26 und das Horn 28 ersetzt werden, da der von den Hornknöpfen 30, 32 und 34 erfahrene Verschleiß die gerändelten Hornflächen 36 verschlechtert. Das Ersetzen wird dadurch ausgeführt, dass die Befestigungsschrauben 44, die den Abstützbock 26 an dem Kopfstück 25 halten, entfernt oder gelöst werden. Daraufhin werden ein neuer Abstützbock 26 und ein neues Horn 28 eingebaut und die Schrauben 44 angezogen.
Beim Ersetzen des Abstützbocks 26 und des Horns 28 muss die Sonotrodenhornanordnung 14 genau auf den Amboss 20 ausgerichtet werden, sodass die Hornflächen 36 exakt parallel zu der Ambossfläche 24 sind. Diese Parallelausrichtung wird dadurch erhalten, dass das Sonotrodenhorn 14 um die in 1 und 2 mit 40 bezeichnete Achse relativ zum Kopfstück 25 gedreht wird und daraufhin die Justierschrauben 44 angezogen werden.
Herkömmlich werden Versuch und Irrtum genutzt, um die Parallelausrichtung der Hornflächen 36 auf die Ambossfläche 24 zu erhalten. In einem solchen Versuch-und-Irrtum-Verfahren werden Couponproben eingeführt und wird eine Prüfschweißung vorgenommen. Außerdem wird daraufhin die Qualität der Schweißstelle untersucht, um zu bestimmen, ob zwischen den Horn-flächen 36 und der Ambossfläche 24 die richtige Parallelausrichtung erzielt worden ist. Wenn die geforderte Qualitätsschweißsteile nicht erzielt worden ist, werden die Schrauben 44 gelöst und werden der Abstützbock 26 und das Horn 28 ein Stück um die vertikale Achse 40 gedreht und werden die Schrauben 44 angezogen. Daraufhin wird eine weitere Couponprobe geschweißt. Der Versuch-und-Irrtum-Prozess wird fortgesetzt, bis Schweißstellen mit akzeptabler Qualität erzielt worden sind.
Anhand von 3, 4 und 5 wird ein Ausrichtwerkzeug 50 geschaffen, um eine präzise Parallelausrichtung des Horns 28 auf den Amboss 20 zu erhalten, wodurch das zeitaufwändige und sich ständig wiederholende Versuch-und-Irrtum-Verfahren, das zuvor notwendig war, vermieden wird.
In den Zeichnungen zeigen 3 und 4 das Ausrichtwerkzeug 50, das an dem Ultraschallschweißgerät bereit zum Ausrichten des Horns 28 auf den Amboss 24 eingebaut ist. 5 ist eine Explosionsdarstellung, die die Struktur und die Komponenten des Ausrichtwerkzeugs 50 am besten zeigt.
Wie in 5 zu sehen ist, enthält das Ausrichtwerkzeug 50 einen Werkzeugsockel 54, der eine Verlängerung 56 aufweist. An der Verlängerung 56 des Werkzeugsockels 54 ist entweder durch Schweißen oder durch Schrauben, nicht gezeigt, eine Frontplatte 58 befestigt, die, wie am besten in 3 zu sehen ist, eine Werkzeugfläche 60, die zum Anliegen gegen die Ambossfläche 24 ausgelegt ist, enthält.
Es ist eine Klemme 64 zum Klemmen des Werkzeugsockels 54 an die Ambossanordnung 12 vorgesehen. Wie am besten in 3 zu sehen ist, enthält die Klemme 64 eine Gewindewelle 66, die in eine Gewindeöffnung 70 in dem Werkzeugsockel 54 geschraubt ist. An dem Ende der Gewindewelle 66 ist ein Knopf 72 vorgesehen, sodass die Gewindewelle 66 gedreht werden kann, um ihr Klemm-Ende 74 in Eingriff mit der Rückseite 76 des Ambosses 20 zu führen. Die Frontplatte 58 weist einen Schulterabschnitt 80 auf, der auf einem vorspringenden Randabschnitt 82 des Ambosses 20 aufliegt. Wie in 3 zu sehen ist, baut der Betreiber somit das Ausrichtwerkzeug 50 durch Positionieren der Frontplatte 58 gegen die Ambossfläche 24 an der Ambossanordnung 12 ein, wobei der Schulterabschnitt 80 auf dem vorspringenden Randabschnitt 82 des Ambosses 20 aufliegt. Daraufhin wird der Knopf 72 gedreht, um die Gewindewelle 64 vorzurücken, sodass das Wellenende 74 gegen die Rückseite 76 des Ambosses 20 in Eingriff gelangt. Auf diese Weise wird das Ausrichtwerkzeug 50 an dem feststehenden Amboss 20 des Ultraschallschweißgeräts 10 angebracht.
Wie am besten in 4 und 5 zu sehen ist, enthält das Ausrichtwerkzeug 50 außerdem ein Plattenelement 86, das eine Plattenfläche 88 zum Anliegen gegen die Hornflächen 36 des Horns 28 aufweist. Das Plattenelement 86 ist durch Schrauben oder Schweißstellen, nicht gezeigt, an einem Montagewinkel 90 befestigt. Der Montagewinkel 90 weist einen langgestreckten Schlitz 92 auf, der eine Schraube 94 aufnimmt, die in ein Schraubenloch 98 an der Verlängerung 56 des Werkzeugsockels 54 geschraubt ist. Der Schlitz 92 ist relativ zum Durchmesser der Schraube 94 überdimensioniert, sodass der Montagewinkel 90 und das Plattenelement 86 um eine durch die Schraube 94 definierte vertikale Achse 100 frei schwenken können.
Wie am besten in 5 zu sehen ist, sind an dem Werkzeugsockel 54 auf jeder Seite der Verlängerung 56 Schraubendruckfedern 104 und 106 angebracht. Wie am besten in 3 zu sehen ist, liegen diese Schraubendruckfedern 104 und 106 an dem Plattenelement 86 an, um die Plattenfläche 88 des Plattenelements 86 in Kontakt mit den Hornflächen 36 des Horns 28 zu drangen. Schwenken des Plattenelements 86 ermöglicht, dass das Plattenelement 86 unabhängig von der Drehposition der Hornanordnung 14 um die vertikale Achse 40 in Kontakt mit den Hornflächen 36 ist. 5 zeigt, dass das Plattenelement 86 einen Ausschnitt 108 aufweist, sodass das Plattenelement 86 mit der Hornfläche 36 der äußersten Hornknöpfe 30 und 34 und nicht mit der des mittleren Knopfs 32 in Kontakt steht.
Wieder in 4 ist zu sehen, dass an dem Werkzeugsockel 54 außerhalb der Schraubendruckfedern 104 und 106 außerdem ein Paar lineare Wandler-Anordnungen 110 und 112 angebracht sind. Der lineare Wandler 110 enthält ein Gehäuse 116, das an dem Werkzeugsockel 54 angebracht ist, und eine Sonde 118, die innerhalb des Gehäuses 116 gleitfähig ist. Die Sonde 118 steht unter dem Einfluss einer Feder, die innerhalb des Gehäuses 116 vorgesehen ist und in der Zeichnung nicht gezeigt ist, aus dem Gehäuse 116 vor. Wie in 3 zu sehen ist, steht die Sonde 118 in Kontakt mit dem Plattenelement 86 vor. Der lineare Wandler 112 ist gleich dem linearen Wandler 110 konstruiert und enthält eine Sonde 120, die ebenfalls mit dem Plattenelement 86 in Eingriff steht. Wie am besten in 4 zu sehen ist, ist mit dem linearen Wandler 110 eine Messuhr 124 verbunden und ist mit einem linearen Wandler 112 eine Messuhr 126 verbunden. Es wird gewürdigt werden, dass ein Reparaturmechaniker durch Ablesen der Messuhren 124 und 126 die Relativpositionen zwischen der Frontplatte 58, die mit der Ambossfläche 24 in Eingriff steht, und dem Plattenelement 86, das mit den Hornflächen 36 in Eingriff steht, bestimmen kann. Wie am besten in 4 zu sehen ist, ist außerdem das Plattenelement 86 wesentlich breiter als die Breite des Horns 28, sodass das Plattenelement 86 Außenenden 130 und 132 aufweist, die mit den Sonden 118 und 120 in Eingriff sind. Somit wird gewürdigt werden, dass dadurch, dass das Plattenelement 86 in eine größere Breite als die Breite des Horns 28 verlaufen gelassen wird, die Position der Außenenden 130 und 132 die Messwerte, die durch die Wandler 120 und 112 erhalten werden, verstärkt, sodass die Drehposition der Hornanordnung 14 um die vertikale Achse 40 leichter bestimmt werden kann.
Betrieb
Nach wiederholter Verwendung des Ultraschallschweißgeräts 10 wird das Horn 28 verschlissen und muss ersetzt werden. Insbesondere verschleißen die gerändelten Hornflächen 36. Die Schrauben 44 werden gelöst, was es ermöglicht, den Hornabstützbock 26 und das Horn 28 von dem Kopfstück 25 zu entfernen und durch einen neuen Abstützbock 26 und durch ein neues Horn 28 zu ersetzen. Der Abstützbock 26 kann sich innerhalb des Kopfstücks 25 drehen, bis die Schrauben 44 angezogen sind. Um Parallelität zwischen den Hornflächen 36 und der Ambossfläche 24 zu erhalten, müssen der Abstützbock 26 und das Horn 28 auf eine präzise Drehposition um die vertikale Achse 40 justiert werden.
Diese Parallelität wird durch Verwendung des Ausrichtwerkzeugs 50 erhalten. Insbesondere wird das Ausrichtwerkzeug 50 wie oben beschrieben an der Ambossanordnung 12 angebracht. Die Schraubendruckfedern 104 und 106 drängen das Plattenelement 86 in Kontakt mit den Hornflächen 36. Der Betreiber liest daraufhin die Messuhren 124 und 126 ab, um die Orientierung des Plattenelements 86 zu bestimmen, während es mit den Hornflächen 36 in Eingriff steht. Die Messuhren 124 und 120 sind vorzugsweise in der Weise auf null gestellt worden, dass die Messuhren wie in 4 gezeigt den Messwert null erreichen, wenn die Drehung des Abstützbocks 26 und des Horns 28 um die vertikale Achse 40 eine Parallelbeziehung zwischen den Positionen der Frontplatte 58, die mit der Ambossfläche 24 in Eingriff steht, und dem Plattenelement 86, das mit den Hornflächen 36 in Kontakteingriff steht, erhalten hat. Nach Erhalten der richtigen Parallelbeziehung zwischen dem Horn 28 und dem Amboss 20 werden die Schrauben 44 vollständig angezogen und kann das Werkzeugausrichtwerkzeug durch Lösen der Klemme 64 entfernt werden.
Angesichts des Vorstehenden sollte somit gewürdigt werden, dass das Ausrichtwerkzeug 50 der Erfindung eine schnelle und zuverlässige Drehausrichtung der Ersatzhornanordnung 14 schafft, die die zuvor verwendete zeitaufwändige Versuch-und-Irrtum-Ausrichtmethodik beseitigt.

Claims

Ausrichtwerkzeug zum Bestimmen der Parallelität zwischen der Ambossfläche eines Ambosses, der fest an einem Ultraschallschweißgerät angebracht ist, und den Hornflächen eines Ersatzhorns, das durch eine Drehhalterung in der Weise justierbar an dem Schweißgerät angebracht ist, dass das Ersatzhorn in eine ausgerichtete Position parallel zu der Ambossfläche gedreht und daraufhin gegen weitere Drehung an seiner Stelle an dem Schweißgerät befestigt werden kann; umfassend: einen Werkzeugsockel; wobei der Werkzeugsockel eine Frontplatte mit einer Werkzeugfläche für den Kontakt mit der Ambossfläche aufweist; eine Klemme, um den Werkzeugsockel in der Weise an den Amboss zu klemmen, so dass diese Werkzeugfläche mit der Ambossfläche in Kontakt steht; ein Plattenelement, das für eine Schwenkbewegung an dem Werkzeugsockel angebracht ist, wobei das Plattenelement eine Plattenfläche für den Kontakt mit den Hornflächen aufweist; wenigstens eine Feder, die zwischen dem Werkzeugsockel und dem Plattenelement wirkt, um die Schwenkbewegung des Plattenelements in der Weise zu drängen, dass die Plattenfläche des Plattenelements durch die Federkraft mit der ss in Kontakt gehalten ist, während das Ersatzhorn relativ zu dem Amboss gedreht wird; und wenigstens einen Wandler, der die relativen Positionen zwischen der Werkzeugfläche, die mit der Ambossfläche in Kontakt steht, und der Plattenfläche, die mit den Hornflächen in Kontakt steht, erfasst, sodass der Reparaturmechaniker bestimmen kann, dass das Ersatzhorn in die gewünschte Position gedreht worden ist, in der die Hornfläche zu der Ambossfläche parallel geworden ist, und das Ersatzhorn daraufhin gegen weitere Drehung angezogen werden kann.
Ausrichtwerkzeug nach Anspruch 1, das ferner umfasst, dass die Frontplatte eine Schulter aufweist, die auf dem Amboss aufliegt.
Ausrichtwerkzeug nach Anspruch 1, das ferner umfasst, dass das Plattenelement ein erstes und ein zweites Außenende aufweist, die wesentlich über das Plattenelement hinaus nach Außen verlaufen.
Ausrichtwerkzeug nach Anspruch 3, das ferner umfasst, dass der wenigstens eine Wandler der erste und der zweite lineare Wandler ist, die jeweils mit dem ersten bzw. mit dem zweiten Außenende des Plattenelements in Kontakt stehen.
Ausrichtwerkzeug nach Anspruch 1, das ferner umfasst, dass der Wandler wenigstens ein linearer Wandler ist, der mit dem Plattenelement in Eingriff steht, um die Position des Plattenelements zu erfassen.
Ausrichtwerkzeug nach Anspruch 1, das ferner umfasst, dass die Klemme eine Gewindewelle enthält, die durch einen Knopf zum Eingriff mit dem Amboss gedreht wird.
Ausrichtwerkzeug nach Anspruch 1, das ferner umfasst, dass die Frontplatte eine Schulter aufweist, die mit dem Amboss in Eingriff steht, und dass die Klemme eine Gewindewelle enthält, die durch einen Knopf gedreht wird, um mit dem Amboss in Eingriff zu gelangen, um die Frontplatte mit der Ambossfläche in Eingriff zu halten und dadurch das Ausrichtwerkzeug an dem Amboss anzubringen.
Ausrichtwerkzeug nach Anspruch 7, das ferner umfasst, dass das Plattenelement Außenenden aufweist, die wesentlich über den Kontakt des Plattenelements mit den Hornflächen hinaus verlaufen, und wobei der erste und der zweite lineare Wandler jeweils mit dem ersten bzw. mit dem zweiten Außenende des Plattenelements in Kontakt stehen, um die Position der Hornflächen zu erfassen.
Ausrichtwerkzeug nach Anspruch 1, das ferner umfasst, dass die Schwenkhalterung zwischen dem Plattenelement und dem Werkzeugsockel durch einen Schlitz in dem Plattenelement und durch einen Bolzen, der durch den Schlitz verläuft und in den Werkzeugsockel geschraubt ist, vorgesehen ist.
Ausrichtwerkzeug nach Anspruch 1, wobei die wenigsten eine Feder, die zwischen dem Werkzeugsockel und dem Plattenelement [engl.: ”plane number”] wirkt, aus einer ersten und aus einer zweiten Schraubendruckfeder besteht, die zwischen dem Plattenelement und dem Werkzeugsockel wirken.