DE102018119348A1 - Vorrichtung zum Plastifizieren von Kunststoffbauteilen, Effektor für einen Industrieroboter und Verfahren zum Kontrollieren einer Vorrichtung zum Plastifizieren von Kunststoffbauteilen - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung zum Plastifizieren von Kunststoffbauteilen an gemeinsamen Fügekontaktflächen mithilfe einer elektrisch kontaktierbaren Widerstandsheizschicht (216), um die Kunststoffbauteile miteinander stoffschlüssig zu verbinden, wobei die Vorrichtung wenigstens ein Elektrodenmodul mit einer ersten Elektrode (212) und einer zweiten Elektrode (214) aufweist, wobei die erste Elektrode (212) mehrere voneinander gesondert elektrisch beaufschlagbare erste Elektrodenabschnitte (200, 202, 204) und/oder die zweite Elektrode (214) mehrere voneinander gesondert elektrisch beaufschlagbare zweite Elektrodenabschnitte (206, 208, 210) aufweisen/aufweist, Effektor mit einer derartigen Vorrichtung für einen Industrieroboter und Verfahren zum Kontrollieren einer derartigen Vorrichtung.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Plastifizieren von Kunststoffbauteilen an gemeinsamen Fügekontaktflächen mithilfe einer elektrisch kontaktierbaren Widerstandsheizschicht, um die Kunststoffbauteile miteinander stoffschlüssig zu verbinden. Außerdem betrifft die Erfindung einen Effektor für einen Industrieroboter. Außerdem betrifft die Erfindung Verfahren zum Kontrollieren einer Vorrichtung zum Plastifizieren von Kunststoffbauteilen.
- Aus der am 10.03.2017 angemeldeten
deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 10 2017 105 185.6 ist ein Effektor bekannt für einen Industrieroboter zum stoffschlüssigen Verbinden von Faserverbundwerkstoffteilen mit thermoplastischer Matrix mithilfe eines Verbindungselements. Das Verbindungselement weist eine Metallleiterschicht mit einer Kontaktseite und einer Rückseite, eine an der Kontaktseite angeordnete erste Faserverbundwerkstoffschicht, eine an der Rückseite angeordnete zweite Faserverbundwerkstoffschicht, eine an der ersten Faserverbundwerkstoffschicht angeordnete erste Thermoplastschicht und eine an der zweiten Faserverbundwerkstoffschicht angeordnete zweite Thermoplastschicht auf. Die Metallleiterschicht weist an der Kontaktseite wenigstens zwei Kontaktabschnitte zur elektrischen Beaufschlagung in einem Widerstandsschweißverfahren auf. Der Effektor kann wenigstens ein Greifmodul zum Greifen eines Faserverbundwerkstoffteils und/oder des Verbindungselements und/oder wenigstens ein Pressmodul zum Zusammenpressen von Faserverbundwerkstoffteilen aufweisen. - Aus der am 12.03.2018 angemeldeten
deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 10 2018 105 690.7 ist ein Verfahren bekannt zum Fügen thermoplastischer Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteile, wobei die Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteile mithilfe einer elektrischen Widerstandsheizschicht zur gegenseitigen stoffschlüssigen Verbindung an Fügekontaktflächen plastifiziert werden. Zum Plastifizieren der Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteile an den Fügekontaktflächen wird eine elektrische Widerstandsheizschicht verwendet, die eine an die Fügekontaktflächen individuell angepasste Heizleistungsverteilung aufweist. Die Widerstandsheizschicht kann wenigstens ein elektrisches Widerstandselement aufweisen, das individuell angepasst angeordnet sein kann und/oder das einen individuell angepassten Widerstand und/oder ein individuell angepasstes Widerstandsprofil aufweisen kann. Die Widerstandsheizschicht kann an einem Randabschnitt eine höhere Heizleistung und an einem Zentralabschnitt eine geringere Heizleistung aufweisen. Zum Herstellen der elektrischen Widerstandsheizschicht wird zunächst unter Berücksichtigung von Geometriedaten der Fügekontaktflächen und/oder Werkstoffdaten der Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteile eine individuell erforderliche Heizleistungsverteilung ermittelt. Die erforderliche Heizleistungsverteilung kann mithilfe der Finite-Elemente-Methode ermittelt werden. Nachfolgend können unter Berücksichtigung der ermittelten erforderlichen Heizleistungsverteilung Anweisungen zum Kontrollieren einer Fertigungseinrichtung generiert werden, um mithilfe der Fertigungseinrichtung die Widerstandsheizschicht herzustellen. - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Vorrichtung baulich und/oder funktional zu verbessern. Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen eingangs genannten Effektor baulich und/oder funktional zu verbessern. Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes Verfahren zu verbessern.
- Die Aufgabe wird gelöst mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Außerdem wird die Aufgabe gelöst mit einem Effektor mit den Merkmalen des Anspruchs 7. Außerdem wird die Aufgabe gelöst mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8. Außerdem wird die Aufgabe gelöst mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
- Die Kunststoffbauteile können einen thermoplastischen Kunststoff aufweisen. Die Kunststoffbauteile können Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteile sein. Die Kunststoffbauteile können Fahrzeugbauteile sein. Das Fahrzeug kann ein Landfahrzeug, Kraftfahrzeug, Luftfahrzeug, Wasserfahrzeug oder Raumfahrzeug sein. Die Kunststoffbauteile können Rumpfteile eines Luftfahrzeugs sein. Die Kunststoffbauteile können Flügelteile eines Luftfahrzeugs sein.
- Die Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteile können organische Fasern, wie Aramidfasern, Kohlenstofffasern, Polyester-Fasern, Nylon-Fasern, Polyethylen-Fasern, Polymethylmethacrylat-Fasern und/oder anorganische Fasern, wie Basaltfasern, Borfasern, Glasfasern, Keramikfasern, Kieselsäurefasern, aufweisen. Die Fasern können als Gewebe, Gewirk, Gestrick, Geflecht oder Nähgewirke vorliegen. Die Fasern können als Textilie vorliegen. Das Fasern können einlagig oder mehrlagig vorliegen. Die Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteile können ein thermoplastisches Matrixmaterial aufweisen. Das Matrixmaterial kann Polyetheretherketon (PEEK), Polyphenylensulfid (PPS), Polysulfon (PSU), Polyetherimid (PEI) und/oder Polytetrafluorethylen (PTFE) aufweisen. Die Fasern können in dem Matrixmaterial eingebettet sein.
- Die Kunststoffbauteile können jeweils wenigstens eine Fügekontaktfläche aufweisen. Die wenigstens eine Fügekontaktfläche kann eben sein. Die wenigstens eine Fügekontaktfläche kann einfach oder mehrfach gekrümmt sein. Die Widerstandsheizschicht kann zur Anordnung zwischen gemeinsamen Fügekontaktflächen miteinander zu verbindender oder verbundener Kunststoffbauteile dienen. Die Widerstandsheizschicht kann zum Plastifizieren des Kunststoffs der Kunststoffbauteile oder des Matrixmaterials der Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteile dienen. Die Widerstandsheizschicht kann zumindest abschnittsweise für plastifizierten Kunststoff oder für plastifiziertes Matrixmaterial durchlässig sein. Die Widerstandsheizschicht kann wenigstens einen elektrischen Kontaktabschnitt aufweisen. Der wenigstens eine Kontaktabschnitt kann außerhalb der Fügekontaktflächen angeordnet sein. Die Widerstandsheizschicht kann mithilfe eines metallischen oder kohlenstoffbasierten Leiters ausgeführt sein.
- Das wenigstens eine Elektrodenmodul kann dazu dienen, die Widerstandsheizschicht elektrisch zu beaufschlagen. „Elektrisch beaufschlagen“ bedeutet vorliegend insbesondere, dass eine elektrische Leistung eingeleitet wird. Die elektrische Leistung kann durch eine Spannung und/oder einen Strom bestimmt sein. Das wenigstens eine Elektrodenmodul kann dazu dienen, die Widerstandsheizschicht mechanisch zu beaufschlagen, insbesondere eine Anpresskraft aufzubringen. Das wenigstens eine Elektrodenmodul kann verlagerbar sein. Das wenigstens eine Elektrodenmodul kann relativ zu der Widerstandsheizschicht verlagerbar sein.
- Die erste Elektrode und die zweite Elektrode können verlagerbar sein. Die erste Elektrode und die zweite Elektrode können relativ zueinander verlagerbar sein. Die erste Elektrode und die zweite Elektrode können relativ zu der Widerstandsheizschicht verlagerbar sein. Die erste Elektrode und die zweite Elektrode können miteinander korrespondieren, um einen Stromkreis zu schließen. Die Elektroden können auf unterschiedlichen Seiten liegen, beispielsweise um single lap bei einer Längsnaht zu verschweißen.
- Die Vorrichtung kann ein elektrisches Leistungsmodul aufweisen. Das Leistungsmodul kann dazu dienen, eine elektrische Leistung zum Erhitzen der Widerstandsheizschicht zur Verfügung zu stellen. Das Leistungsmodul kann mehrere erste Ausgangsanschlüsse und wenigstens mehrere zweite Ausgangsanschlüsse aufweisen. Das Leistungsmodul kann für jede erste Elektrode einen ersten Ausgangsanschluss und für jede zweite Elektrode einen zweiten Ausgangsanschluss aufweisen. Die erste Elektrode kann mit den ersten Ausgangsanschlüssen verbindbar oder verbunden sein. Die zweite Elektrode kann den zweiten Ausgangsanschlüssen verbindbar oder verbunden sein. Die erste Elektrode kann eine Länge von ca. 10cm bis ca. 30cm, insbesondere von ca. 20cm, aufweisen. Die zweite Elektrode kann eine Länge von ca. 10cm bis ca. 30cm, insbesondere von ca. 20cm, aufweisen.
- Die ersten Elektrodenabschnitte können voneinander elektrisch isoliert sein. Die ersten Elektrodenabschnitte können jeweils mit einem ersten Ausgangsanschluss verbindbar oder verbunden sein. Die erste Elektrode kann wenigstens zwei erste Elektrodenabschnitte aufweisen. Die erste Elektrode kann beispielsweise acht bis zwölf, insbesondere zehn, erste Elektrodenabschnitte aufweisen. Die ersten Elektrodenabschnitte können jeweils eine ebene Kontaktfläche für die Widerstandsheizschicht aufweisen. Die ersten Elektrodenabschnitte können jeweils eine quader-, würfel- oder klotzartige Form aufweisen. Die ersten Elektrodenabschnitte können aus einem Metall, insbesondere aus Kupfer oder einer kupferbasierten Legierung, hergestellt sein.
- Die zweiten Elektrodenabschnitte können voneinander elektrisch isoliert sein. Die zweiten Elektrodenabschnitte können jeweils mit einem zweiten Ausgangsanschluss verbindbar oder verbunden sein. Die zweite Elektrode kann wenigstens zwei zweite Elektrodenabschnitte aufweisen. Die zweite Elektrode kann beispielsweise acht bis zwölf, insbesondere zehn, zweite Elektrodenabschnitte aufweisen. Die zweiten Elektrodenabschnitte können jeweils eine ebene Kontaktfläche für die Widerstandsheizschicht aufweisen. Die zweiten Elektrodenabschnitte können jeweils eine quader-, würfel- oder klotzartige Form aufweisen. Die zweiten Elektrodenabschnitte können aus einem Metall, insbesondere aus Kupfer oder einer kupferbasierten Legierung, hergestellt sein.
- Die ersten Elektrodenabschnitte können linear aufeinanderfolgend angeordnet sein. Die ersten Elektrodenabschnitte können entlang einer Längsachse der ersten Elektrode aufeinanderfolgend angeordnet sein. Die Längsachse der ersten Elektrode kann gerade oder gekrümmt sein. Die ersten Elektrodenabschnitte können in Längsrichtung aufeinanderfolgend angeordnet sein. Die zweiten Elektrodenabschnitte können linear aufeinanderfolgend angeordnet sein. Die zweiten Elektrodenabschnitte können entlang einer Längsachse der zweiten Elektrode aufeinanderfolgend angeordnet sein. Die Längsachse der zweiten Elektrode kann gerade oder gekrümmt sein. Die zweiten Elektrodenabschnitte können in Längsrichtung aufeinanderfolgend angeordnet sein.
- Die Vorrichtung kann wenigstens zwei Elektrodenmodule aufweisen. Die wenigstens zwei Elektrodenmodule können relativ zueinander verlagerbar sein. Die wenigstens zwei Elektrodenmodule können übergreifend verlagerbar sein.
- Die Vorrichtung kann ein elektrisches Kontrollmodul aufweisen. Das Kontrollmodul kann zum regelungstechnischen und/oder steuerungstechnischen Kontrollieren dienen. Das Leistungsmodul kann mithilfe des Kontrollmoduls kontrollierbar sein. Das Leistungsmodul kann mithilfe des Kontrollmoduls kontrollierbar sein, um die ersten Elektrodenabschnitte voneinander gesondert elektrisch zu beaufschlagen. Das Leistungsmodul kann mithilfe des Kontrollmoduls kontrollierbar sein, um die zweiten Elektrodenabschnitte voneinander gesondert elektrisch zu beaufschlagen.
- Die ersten Elektrodenabschnitte können voneinander gesondert elektrisch beaufschlagbar sein um eine Heizleistung, eine Heizleistungsverteilung und/oder eine Heizleistungsverlagerung individuell anzupassen. Die zweiten Elektrodenabschnitte können voneinander gesondert elektrisch beaufschlagbar sind, um eine Heizleistung, eine Heizleistungsverteilung und/oder eine Heizleistungsverlagerung individuell anzupassen.
- Die ersten Elektrodenabschnitte können voneinander gesondert elektrisch beaufschlagbar sein, um Widerstandswerte zwischen den Elektrodenabschnitten zu ermitteln. Die zweiten Elektrodenabschnitte können voneinander gesondert elektrisch beaufschlagbar sein, um Widerstandswerte zwischen den Elektrodenabschnitten zu ermitteln.
- Der Effektor kann zur Anordnung an einem Manipulator eines Industrieroboters dienen. Der Effektor kann an einem Manipulator eines Industrieroboters angeordnet sein. Der Effektor kann eine mechanische Schnittstelle zur Verbindung mit dem Manipulator aufweisen. Der Effektor kann wenigstens eine elektrische Leistungsschnittstelle aufweisen. Der Effektor kann wenigstens eine elektrische Signalschnittstelle aufweisen. Der Effektor kann als Endeffektor dienen. Der Effektor kann eine Effektorbasis aufweisen. Der Effektor kann einen Anschlussflansch aufweisen. Der Anschlussflansch und die Effektorbasis können miteinander fest verbunden sein. Die Vorrichtung kann an der Effektorbasis angeordnet sein. Der Effektor kann wenigsten einen Aktuator zum Verlagern des wenigstens einen Elektrodenmoduls, der ersten Elektrode und/oder der zweiten Elektrode aufweisen.
- Die ersten Elektrodenabschnitte können gruppenweise gemeinsam elektrisch beaufschlagt werden. Die zweiten Elektrodenabschnitte können gruppenweise gemeinsam elektrisch beaufschlagt werden. Eine Gruppe gemeinsam beaufschlagter Elektrodenabschnitte kann aufeinanderfolgende Elektrodenabschnitte umfassen.
- Eine individuelle Anpassung kann eine Anpassung einer spezifischen Kombination von miteinander zu verbindenden oder verbundenen Kunststoffbauteilen sein. Die Heizleistung, Heizleistungsverteilung und/oder Heizleistungsverlagerung kann derart individuell angepasst sein, dass die Kunststoffbauteile über ihre Fügekontaktflächen zumindest annähernd gleichmäßig plastifizierbar sind.
- Eine elektrische Beaufschlagung zum Ermitteln von Widerstandswerten zwischen den Elektrodenabschnitten kann zusammen mit einer elektrischen Beaufschlagung zum Erhitzen der Widerstandsheizschicht erfolgen. Eine elektrische Beaufschlagung zum Ermitteln von Widerstandswerten zwischen den Elektrodenabschnitten kann gesondert von einer elektrischen Beaufschlagung zum Erhitzen der Widerstandsheizschicht erfolgen.
- Die ermittelten Widerstandswerte und/oder auf den ermittelten Widerstandswerten basierende Informationen können zur Dokumentation gespeichert werden. Die ermittelten Widerstandswerte und/oder auf den ermittelten Widerstandswerten basierende Informationen können in einer digitalen Bauteilakte gespeichert werden. Die ermittelten Widerstandswerte und/oder auf den ermittelten Widerstandswerten basierende Informationen können auf eine digitale Repräsentanz eines Bauteils übertragen werden.
- Eine Beaufschlagung der ersten Elektrodenabschnitte und/oder eine Beaufschlagung der zweiten Elektrodenabschnitte zum individuellen Anpassen einer Heizleistung, einer Heizleistungsverteilung und/oder einer Heizleistungsverlagerung kann unter Berücksichtigung der ermittelten Widerstandswerte und/oder unter Berücksichtigung von auf den ermittelten Widerstandswerten basierenden Informationen kontrolliert werden.
- Die ersten Elektrodenabschnitte und/oder die zweiten Elektrodenabschnitte können gepulst beaufschlagt werden, um eine Heizleistung, eine Heizleistungsverteilung und/oder eine Heizleistungsverlagerung individuell anzupassen. Die ersten Elektrodenabschnitte und/oder die zweiten Elektrodenabschnitte können in Pulspausen beaufschlagt werden, um Widerstandswerte zwischen den Elektrodenabschnitten zu ermitteln.
- Zusammenfassend und mit anderen Worten dargestellt ergibt sich somit durch die Erfindung unter anderem ein kontinuierliches Widerstandsschweißen. Durch multiple Kontaktierung eines Schweißelementes kann ein Temperaturfeld gezielt dynamisch geregelt verschoben werden. Kontaktierungsklötze, beispielsweise aus Kupfer, können zweireihig angeordnet und durch einen Isolator elektrisch voneinander getrennt sein. Alle Kontaktierungsklötze können zeitgleich kontaktiert sein. Alle Kontaktierungsklötze können währenddessen mittels einer Leistungselektronik elektrisch verbunden sein und sequentiell angesteuert werden. Durch Gruppenbildung gemeinsam geschalteter Kontaktierungen ist es möglich, ein Temperaturfeld bzw. eine Schmelzzone bedarfsgerecht zu steuern. Dabei kann das Temperaturfeld sowohl dynamisch über eine Schweißelementlänge bewegt als auch Teilbereiche durch Gruppenbildung einer höheren Stromdichte ausgesetzt werden, was im Folgeschluss dazu führt, dass sich unterschiedliche Temperaturverhältnisse flexibel ausbilden lassen.
- Gleichermaßen können durch Kenntnis eines temperaturabhängigen Leiterwiderstandes anhand einer Messung des Ohm'schen Widerstands an verschiedenen Kontaktierungspaaren bzw. Kontaktierungspaargruppen Widerstandsverhältnisse im Prozess lokalen Temperaturen zugeordnet werden. Diese Zuordnung kann zum einen eine Schnittstelle zur Qualitätssicherung in einem Prozess bilden und zum anderen eine Basismessgröße für eine Prozessregelung, insbesondere einer Regelgröße, sein.
- Umgesetzt in einer Endeffektorkonstruktion ist eine Möglichkeit gegeben, bei einem unbewegten Endeffektor dennoch eine kontinuierliche Schweißung faserverstärkter Thermoplaste durchzuführen. Durch eine flexible und bedarfsgerechte Ansteuerung entsprechender Kontaktierungen in Kombination mit einer In-Prozess-Zustandsüberwachung kann sowohl ein Aufheiz- und Abkühlverhalten der Schmelzzone als auch deren Position und Größe im Bauteil geregelt werden. Dies kann eine Basis bilden, um eine homogene Festigkeit einer geschweißten Verbindung bei gleichzeitig lückenloser Prozessüberwachung zu erreichen.
- Mit „kann“ sind insbesondere optionale Merkmale der Erfindung bezeichnet. Demzufolge gibt es jeweils ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, das das jeweilige Merkmal oder die jeweiligen Merkmale aufweist.
- Die Erfindung ermöglicht einen skalierbaren und/oder kontinuierlichen Prozess für elektrisches Widerstandsschweißen. Der Schweißprozess kann für großflächige und/oder lange Schweißungen, insbesondere an Flugzeuglängs- und -quernähten, automatisiert und reproduzierbar angewendet werden. Beschränkungen hinsichtlich einer maximal schweißbaren Länge, einer Leistung eines eingesetzten Netzteils in Verbindung mit einem verwendeten Leitermaterial, dessen effektivem Leitungsquerschnitt, einer Schweißgeometrie, einer Wärmeableitung durch ein Werkzeug und eines erforderlichen Temperaturbedarfs können reduziert oder vermieden werden. Ein partieller Schweißprozess kann vermieden werden. Bei langen schmalen Schweißungen können Randeffekte durch eine hohe Wärmeableitung an den Bauteilkanten reduziert oder vermieden werden.
- Ein automatisiertes, prozesssicheres, reproduzierbares und rückverfolgbares Endlosschweißen von Thermoplasten bzw. faserverstärkten Thermoplasten wird ermöglicht. Es kann eine Schweißregelung mit integrierter Prozessdatenerfassung erstellt werden. Durch erhöhte Flexibilität können Randeffekte an benachbarten Schweißparzellen vermieden und eine Durchgängigkeit einer homogenen Schweißnahtqualität gewährleistet werden.
- Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf Figuren näher beschrieben. Aus dieser Beschreibung ergeben sich weitere Merkmale und Vorteile. Konkrete Merkmale dieser Ausführungsbeispiele können allgemeine Merkmale der Erfindung darstellen. Mit anderen Merkmalen verbundene Merkmale dieser Ausführungsbeispiele können auch einzelne Merkmale der Erfindung darstellen.
- Es zeigen schematisch und beispielhaft:
-
1 zwei Elektroden mit mehreren voneinander gesondert elektrisch beaufschlagbaren Elektrodenabschnitten und eine elektrisch kontaktierte Widerstandsheizschicht zum Plastifizieren von Kunststoffbauteilen an gemeinsamen Fügekontaktflächen, -
2 ein voneinander gesondertes elektrisches Beaufschlagen von Elektrodenabschnitten zweier Elektroden zum Erhitzen einer elektrisch kontaktieren Widerstandsheizschicht zum Plastifizieren von Kunststoffbauteilen an gemeinsamen Fügekontaktflächen mit individuell angepasster Heizleistung, Heizleistungsverteilung und Heizleistungsverlagerung, -
3 ein einzeln und gruppenweise voneinander gesondertes elektrisches Beaufschlagen von Elektrodenabschnitten zweier Elektroden zum Erhitzen einer elektrisch kontaktieren Widerstandsheizschicht zum Plastifizieren von Kunststoffbauteilen an gemeinsamen Fügekontaktflächen mit individuell angepasster Heizleistung, Heizleistungsverteilung und Heizleistungsverlagerung, -
4 ein gruppenweise voneinander gesondertes elektrisches Beaufschlagen von Elektrodenabschnitten zweier Elektroden zum Erhitzen einer elektrisch kontaktieren Widerstandsheizschicht zum Plastifizieren von Kunststoffbauteilen an gemeinsamen Fügekontaktflächen mit individuell angepasster Heizleistung, Heizleistungsverteilung und Heizleistungsverlagerung,, -
5 ein elektrisches Beaufschlagen von Elektrodenabschnitten zweier Elektroden zum Ermitteln von Widerstandswerten zwischen den Elektrodenabschnitten und -
6 ein sequentielles voneinander gesondertes elektrisches Beaufschlagen von Elektrodenabschnitten zweier Elektroden zum Erhitzen einer elektrisch kontaktieren Widerstandsheizschicht zum Plastifizieren von Kunststoffbauteilen an gemeinsamen Fügekontaktflächen mit individuell angepasster Heizleistung, Heizleistungsverteilung und Heizleistu ngsverlagerung. -
1 zeigt eine Widerstandsheizschicht100 und zwei Elektroden102 ,104 einer hier nicht näher dargestellten Vorrichtung zum Plastifizieren von Matrixmaterial von Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteilen. Die Widerstandsheizschicht100 erstreckt sich entlang eines Schweißnahtverlaufs101 und weist außerhalb einer Fügekontaktflächen liegende, zueinander parallel verlaufende Kontaktabschnitte106 ,108 für die Elektroden102 ,104 auf. - Die Elektrode
102 erstreckt sich parallel zu der Elektrode104 linear in Richtung des Schweißnahtverlaufs und weist mehrere aufeinanderfolgende Elektrodenabschnitte, wie110 ,112 , auf. Die Elektrodenabschnitte110 ,112 sind jeweils mithilfe einer Isolationsschicht, wie114 , voneinander isoliert und können jeweils gesondert elektrisch beaufschlagt werden. Die Elektrodenabschnitte110 ,112 weisen jeweils eine würfelartige Form mit einer Kontaktfläche auf, mit der sie mit dem Kontaktabschnitt106 in elektrisch leitendem Kontakt stehen. - Die Elektrode
104 erstreckt sich parallel zu der Elektrode102 linear in Richtung des Schweißnahtverlaufs und weist mehrere aufeinanderfolgende Elektrodenabschnitte, wie116 ,118 , auf. Die Elektrodenabschnitte116 ,118 sind jeweils mithilfe einer Isolationsschicht, wie120 , voneinander isoliert und können jeweils gesondert elektrisch beaufschlagt werden. Die Elektrodenabschnitte116 ,118 weisen jeweils eine würfelartige Form mit einer Kontaktfläche auf, mit der sie mit dem Kontaktabschnitt108 in elektrisch leitendem Kontakt stehen. - Zum gegenseitigen stoffschlüssigen Verbinden der Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteile werden zunächst die Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteile mit Fügekontaktflächen aneinander angeordnet, wobei die Widerstandsheizschicht
100 zwischen den Fügekontaktflächen angeordnet wird. Nachfolgend wird die Widerstandsheizschicht100 mithilfe der Elektroden102 ,104 kontaktiert und mit einer elektrischen Leistung beaufschlagt, um die Widerstandsheizschicht100 derart zu erhitzen, dass sich das Matrixmaterial der Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteile an den Fügekontaktflächen verflüssigt. Gegebenenfalls unter Bewegung der Kunststoff-Verbund-Bauteile relativ zueinander und/oder unter gegenseitiger Anpressung der Fügekontaktflächen durchdringt das flüssige Matrixmaterial die Widerstandsheizschicht100 und das flüssige Matrixmaterial der Kunststoff-Verbund-Bauteile vermischt sich. Nachfolgend wird eine Beaufschlagung der Widerstandsheizschicht100 mit einer elektrischen Leistung beendet, sodass die Widerstandsheizschicht100 abkühlt und sich das Matrixmaterial wieder verfestigt. Die Kunststoff-Verbund-Bauteile sind dann an den Fügekontaktflächen miteinander stoffschlüssig verbunden. -
2 zeigt ein voneinander gesondertes elektrisches Beaufschlagen von Elektrodenabschnitten, wie200 ,202 ,204 ,206 ,208 ,210 , zweier Elektroden212 ,214 zum Erhitzen einer elektrisch kontaktieren Widerstandsheizschicht216 zum Plastifizieren von Kunststoffbauteilen an gemeinsamen Fügekontaktflächen mit individuell angepasster Heizleistung, Heizleistungsverteilung und Heizleistungsverlagerung. - Zunächst werden der Elektrodenabschnitt
200 der Elektrode212 und der Elektrodenabschnitt206 der Elektrode214 beaufschlagt, sodass sich zwischen dem Elektrodenabschnitt200 der Elektrode212 und dem Elektrodenabschnitt206 der Elektrode214 ein Temperaturfeld218 zum Plastifizieren von Matrixmaterial von miteinander stoffschlüssig zu verbindenden Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteilen ausbildet. - Nachfolgend werden zusätzlich oder sequentiell die Elektrodenabschnitte
202 ,204 der Elektrode212 und die Elektrodenabschnitt208 ,210 der Elektrode214 beaufschlagt, sodass sich das Temperaturfeld218 ausdehnt oder verlagert. Im Übrigen wird ergänzend insbesondere auf1 und die zugehörige Beschreibung verwiesen. - Gemäß
3 sind alle zehn Elektrodenabschnitte300 ,302 ,304 ,306 ,308 ,310 ,312 ,314 ,316 ,318 einer Elektrode320 und ein Elektrodenabschnitt322 einer Elektrode324 elektrisch beaufschlagt, um eine Widerstandsheizschicht326 zum Plastifizieren von Kunststoffbauteilen an gemeinsamen Fügekontaktflächen mit individuell angepasster Heizleistung, Heizleistungsverteilung und Heizleistungsverlagerung zu erhitzen. Es ergibt sich ein dreieckförmiges Temperaturfeld328 . Im Übrigen wird ergänzend insbesondere auf1 und2 sowie die zugehörige Beschreibung verwiesen. - Gemäß
4 sind drei Elektrodenabschnitte400 ,402 ,404 einer Elektrode406 und fünf Elektrodenabschnitt408 ,410 ,412 ,414 ,416 einer Elektrode418 elektrisch beaufschlagt, um eine Widerstandsheizschicht420 zum Plastifizieren von Kunststoffbauteilen an gemeinsamen Fügekontaktflächen mit individuell angepasster Heizleistung, Heizleistungsverteilung und Heizleistungsverlagerung zu erhitzen. Es ergibt sich ein rautenförmiges Temperaturfeld422 . Im Übrigen wird ergänzend insbesondere auf1 bis3 sowie die zugehörige Beschreibung verwiesen. -
5 zeigt ein elektrisches Beaufschlagen von Elektrodenabschnitten500 ,502 zweier Elektroden504 ,506 zum Ermitteln von Widerstandswerten zwischen den Elektrodenabschnitten500 ,502 . Damit werden unter Anwendung des ohmschen Gesetzes lokale Widerstandsverhältnisse bestimmt. Die bestimmten Widerstandsverhältnisse werden Temperaturwerten zugeordnet. Basierend auf den bestimmten Temperaturwerten wird, wie in6 gezeigt, eine Beaufschlagung weiterer Elektrodenabschnitte, wie508 ,510 , vorliegend sequentiell kontrolliert, um eine Widerstandsheizschicht512 durch individuell angepasste Heizleistung, Heizleistungsverteilung und Heizleistungsverlagerung derart zu erhitzen, dass sich ein Temperaturfeld514 entlang eines Schweißnahtverlaufs verlagert und anpasst, um Kunststoffbauteile miteinander kontinuierlich und prozesssicher zu verschweißen. Im Übrigen wird ergänzend insbesondere auf1 bis4 sowie die zugehörige Beschreibung verwiesen. - Bezugszeichenliste
-
- 100
- Widerstandsheizschicht
- 101
- Schweißnahtverlauf
- 102
- Elektrode
- 104
- Elektrode
- 106
- Kontaktabschnitt
- 108
- Kontaktabschnitt
- 110
- Elektrodenabschnitt
- 112
- Elektrodenabschnitt
- 114
- Isolationsschicht
- 116
- Elektrodenabschnitt
- 118
- Elektrodenabschnitt
- 120
- Isolationsschicht
- 200
- Elektrodenabschnitt
- 202
- Elektrodenabschnitt
- 204
- Elektrodenabschnitt
- 206
- Elektrodenabschnitt
- 208
- Elektrodenabschnitt
- 210
- Elektrodenabschnitt
- 212
- Elektrode
- 214
- Elektrode
- 216
- Widerstandsheizschicht
- 218
- Temperaturfeld
- 300
- Elektrodenabschnitt
- 302
- Elektrodenabschnitt
- 304
- Elektrodenabschnitt
- 306
- Elektrodenabschnitt
- 308
- Elektrodenabschnitt
- 310
- Elektrodenabschnitt
- 312
- Elektrodenabschnitt
- 314
- Elektrodenabschnitt
- 316
- Elektrodenabschnitt
- 318
- Elektrodenabschnitt
- 320
- Elektrode
- 322
- Elektrodenabschnitt
- 324
- Elektrode
- 326
- Widerstandsheizschicht
- 328
- Temperaturfeld
- 400
- Elektrodenabschnitt
- 402
- Elektrodenabschnitt
- 404
- Elektrodenabschnitt
- 406
- Elektrode
- 408
- Elektrodenabschnitt
- 410
- Elektrodenabschnitt
- 412
- Elektrodenabschnitt
- 414
- Elektrodenabschnitt
- 416
- Elektrodenabschnitt
- 418
- Elektrode
- 420
- Widerstandsheizschicht
- 422
- Temperaturfeld
- 500
- Elektrodenabschnitt
- 502
- Elektrodenabschnitt
- 504
- Elektrode
- 506
- Elektrode
- 508
- Elektrodenabschnitt
- 510
- Elektrodenabschnitt
- 512
- Widerstandsheizschicht
- 514
- Temperaturfeld
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102017105185 [0002]
- DE 102018105690 [0003]
Claims (12)
- Vorrichtung zum Plastifizieren von Kunststoffbauteilen an gemeinsamen Fügekontaktflächen mithilfe einer elektrisch kontaktierbaren Widerstandsheizschicht (100, 216, 326, 420, 512), um die Kunststoffbauteile miteinander stoffschlüssig zu verbinden, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung wenigstens ein Elektrodenmodul mit einer ersten Elektrode (102, 212, 320, 406, 504) und einer zweiten Elektrode (104, 214, 324, 418, 506) aufweist, wobei die erste Elektrode (102, 212, 320, 406, 504) mehrere voneinander gesondert elektrisch beaufschlagbare erste Elektrodenabschnitte (110, 112, 200, 202, 204, 300, 302, 304, 306, 308, 310, 312, 314, 316, 318, 400, 402, 404, 500, 508) und/oder die zweite Elektrode (104, 214, 324, 418, 506) mehrere voneinander gesondert elektrisch beaufschlagbare zweite Elektrodenabschnitte (116, 118, 206, 208, 210, 322, 408, 410, 412, 414, 416, 502, 510) aufweisen/aufweist.
- Vorrichtung nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Elektrodenabschnitte (110, 112, 200, 202, 204, 300, 302, 304, 306, 308, 310, 312, 314, 316, 318, 400, 402, 404, 500, 508) linear aufeinanderfolgend angeordnet sind und/oder die zweiten Elektrodenabschnitte (116, 118, 206, 208, 210, 322, 408, 410, 412, 414, 416, 502, 510) linear aufeinanderfolgend angeordnet sind. - Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung wenigstens zwei Elektrodenmodule aufweist und die wenigstens zwei Elektrodenmodule relativ zueinander verlagerbar sind.
- Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein elektrisches Leistungsmodul und ein elektrisches Kontrollmodul aufweist, wobei das Leistungsmodul mithilfe des Kontrollmoduls kontrollierbar ist, um die ersten Elektrodenabschnitte (110, 112, 200, 202, 204, 300, 302, 304, 306, 308, 310, 312, 314, 316, 318, 400, 402, 404, 500, 508) voneinander gesondert elektrisch zu beaufschlagen und/oder die zweiten Elektrodenabschnitte (116, 118, 206, 208, 210, 322, 408, 410, 412, 414, 416, 502, 510) voneinander gesondert elektrisch zu beaufschlagen.
- Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Elektrodenabschnitte (110, 112, 200, 202, 204, 300, 302, 304, 306, 308, 310, 312, 314, 316, 318, 400, 402, 404, 500, 508) voneinander gesondert elektrisch beaufschlagbar sind und/oder die zweiten Elektrodenabschnitte (116, 118, 206, 208, 210, 322, 408, 410, 412, 414, 416, 502, 510) voneinander gesondert elektrisch beaufschlagbar sind, um eine Heizleistung, eine Heizleistungsverteilung und/oder eine Heizleistungsverlagerung individuell anzupassen.
- Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Elektrodenabschnitte (110, 112, 200, 202, 204, 300, 302, 304, 306, 308, 310, 312, 314, 316, 318, 400, 402, 404, 500, 508) voneinander gesondert elektrisch beaufschlagbar sind und/oder die zweiten Elektrodenabschnitte (116, 118, 206, 208, 210, 322, 408, 410, 412, 414, 416, 502, 510) voneinander gesondert elektrisch beaufschlagbar sind, um Widerstandswerte zwischen den Elektrodenabschnitten (110, 112, 116, 118, 200, 202, 204, 206, 208, 210, 300, 302, 304, 306, 308, 310, 312, 314, 316, 318, 322, 400, 402, 404, 408, 410, 412, 414, 416, 500, 502, 508, 510) zu ermitteln.
- Effektor für einen Industrieroboter, dadurch gekennzeichnet, dass der Effektor eine Vorrichtung nach wenigstens einem der
Ansprüche 1 bis6 aufweist. - Verfahren zum Kontrollieren einer Vorrichtung nach wenigstens einem der
Ansprüche 1 bis6 , dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Elektrodenabschnitte (110, 112, 200, 202, 204, 300, 302, 304, 306, 308, 310, 312, 314, 316, 318, 400, 402, 404, 500, 508) einzeln und/oder gruppenweise voneinander gesondert elektrisch beaufschlagt werden und/oder die zweiten Elektrodenabschnitte (116, 118, 206, 208, 210, 322, 408, 410, 412, 414, 416, 502, 510) einzeln und/oder gruppenweise voneinander gesondert elektrisch beaufschlagt werden, um eine Heizleistung, eine Heizleistungsverteilung und/oder eine Heizleistungsverlagerung individuell anzupassen. - Verfahren zum Kontrollieren einer Vorrichtung nach wenigstens einem der
Ansprüche 1 bis6 , dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Elektrodenabschnitte (110, 112, 200, 202, 204, 300, 302, 304, 306, 308, 310, 312, 314, 316, 318, 400, 402, 404, 500, 508) einzeln und/oder gruppenweise voneinander gesondert elektrisch beaufschlagt werden und/oder die zweiten Elektrodenabschnitte (116, 118, 206, 208, 210, 322, 408, 410, 412, 414, 416, 502, 510) einzeln und/oder gruppenweise voneinander gesondert elektrisch beaufschlagt werden, um Widerstandswerte zwischen den Elektrodenabschnitten (110, 112, 116, 118, 200, 202, 204, 206, 208, 210, 300, 302, 304, 306, 308, 310, 312, 314, 316, 318, 322, 400, 402, 404, 408, 410, 412, 414, 416, 500, 502, 508, 510) zu ermitteln. - Verfahren nach
Anspruch 9 , dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelten Widerstandswerte und/oder auf den ermittelten Widerstandswerten basierende Informationen zur Dokumentation gespeichert werden. - Verfahren nach
Anspruch 8 und wenigstens einem derAnsprüche 9 bis10 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Beaufschlagung der ersten Elektrodenabschnitte (110, 112, 200, 202, 204, 300, 302, 304, 306, 308, 310, 312, 314, 316, 318, 400, 402, 404, 500, 508) und/oder eine Beaufschlagung der zweiten Elektrodenabschnitte (116, 118, 206, 208, 210, 322, 408, 410, 412, 414, 416, 502, 510) zum individuellen Anpassen einer Heizleistung, einer Heizleistungsverteilung und/oder einer Heizleistungsverlagerung unter Berücksichtigung der ermittelten Widerstandswerte und/oder unter Berücksichtigung von auf den ermittelten Widerstandswerten basierenden Informationen kontrolliert werden/wird. - Verfahren nach wenigstens einem der
Ansprüche 8 bis11 , dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Elektrodenabschnitte (110, 112, 200, 202, 204, 300, 302, 304, 306, 308, 310, 312, 314, 316, 318, 400, 402, 404, 500, 508) und/oder die zweiten Elektrodenabschnitte (116, 118, 206, 208, 210, 322, 408, 410, 412, 414, 416, 502, 510) gepulst beaufschlagt werden, um eine Heizleistung, eine Heizleistungsverteilung und/oder eine Heizleistungsverlagerung individuell anzupassen, und die ersten (110, 112, 200, 202, 204, 300, 302, 304, 306, 308, 310, 312, 314, 316, 318, 400, 402, 404, 500, 508) Elektrodenabschnitte und/oder die zweiten Elektrodenabschnitte (116, 118, 206, 208, 210, 322, 408, 410, 412, 414, 416, 502, 510) in Pulspausen beaufschlagt werden, um Widerstandswerte zwischen den Elektrodenabschnitten (110, 112, 116, 118, 200, 202, 204, 206, 208, 210, 300, 302, 304, 306, 308, 310, 312, 314, 316, 318, 322, 400, 402, 404, 408, 410, 412, 414, 416, 500, 502, 508, 510) zu ermitteln.
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