DE102018121364A1 - Verfahren zum Verbinden von Elementen - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum punktuellen Verbinden von einem aus einem ersten Material bestehenden ersten Element mit einem aus einem zweiten Material bestehenden zweiten Element mittels Ultraschallkunststoffschweißens unter Verwendung einer in Schwingung versetzten Sonotrode mit einer von Längsachse der Sonotrode durchsetzten stationären Schweißfläche. Dabei wird die Sonotrode während des Schweißens relativ entlang von von dem ersten und zweiten Element gebildeten Verbund bewegt und zwischen Schweißungen wird die Schweißfläche der Sonotrode zu dem Verbund beabstandet.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum punktuellen Verbinden von einem aus einem ersten Material bestehenden oder dieses enthaltenden ersten Element mit einem aus einem zweiten Material bestehenden oder dieses enthaltenden zweiten Element mittels Ultraschallkunststoffschweißens unter Verwendung einer in Schwingung versetzten Sonotrode mit einer von Längsachse der Sonotrode durchsetzten stationären Schweißfläche.
  • Beim Verschweißen von Kunststoffen erfolgt die Erwärmung im Fügebereich durch Absorption der mechanischen Schwingungen, durch die Reflexion der Schwingungen in der Fügezone und durch die Grenzflächenreibung der Fügeflächen. Die Schwingungen selbst werden senkrecht in die Fügezone eingebracht. In der Berührungszone zwischen den Kunststoffen entsteht Reibungswärme, die das Material örtlich plastifiziert und somit die Elemente in kürzester Zeit verbindet.
  • Um zum Beispiel ein flächiges aus Kunststoff bestehendes Element mit einem streifenförmigen Element zu verbinden, das beispielhaft als Versteifung für das flächige Element dient, kann ein punktuelles Verbinden zwischen den Elementen mittels Ultraschallkunststoffschweißens erfolgen. Die punktuelle Schweißung kann mittels Rollnahtschweißens erfolgen. Nachteilig hierbei ist jedoch, dass aufgrund des scheibenförmig ausgebildeten die Schweißflächen aufweisenden Sonotrodenkopfs Arbeiten an 3-dimensionalen Bauteilen bzw. räumlich schwer zugänglichen Bereichen Grenzen gesetzt sind.
  • Es besteht auch die Möglichkeit, Punkt-zu-Punkt zu schweißen, wobei während des Schweißens eine Relativbewegung zwischen den zu verschweißenden Elementen und der Sonotrode unterbunden ist.
  • Eine andere Möglichkeit, Kunststoffteile zu verschweißen, besteht darin, dass die Sonotrode im bleibenden Kontakt mit einem der zu verschweißenden Bauteile bleibt. In diesem Fall kann dann, wenn die Bauteile aus Verbundwerkstoffen bestehen, die Fasereinlagen aufweisen, dass durch das Aufschmelzen der aus Kunststoff bzw. Harz bestehenden Matrix Fasern freigelegt werden und diese somit gegebenenfalls über der Oberfläche vorstehen können.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden, insbesondere die Möglichkeit besteht, problemlos auch ein Schweißen an 3-dimensionalen Bauteilen vorzunehmen oder in Bereichen, die räumlich eingeschränkt sind. Nach einem weiteren Aspekt sollen zeitliche Vorteile gegenüber einem reinen Punkt-zu-Punkt-Schweißen erzielbar sein.
  • Zur Lösung eines oder mehrerer dieser Aspekte sieht die Erfindung im Wesentlichen vor, dass die Sonotrode während des Schweißens relativ entlang von von dem ersten und zweiten Element gebildeten Verbund bewegt wird und zwischen Schweißungen die Schweißfläche der Sonotrode zu dem Verbund beabstandet wird.
  • Erfindungsgemäß erfolgt ein kontinuierliches Punktschweißen mit einer Sonotrode, die zwischen den einzelnen Schweißungen von dem aus dem ersten und zweiten Element bestehenden Verbund beabstandet wird, so dass nicht das Risiko erwächst, dass die Sonotrode, das heißt deren die Schweißfläche aufweisenden Spitze aufgeschmolzenes Material nach dem Schweißvorgang verdrängen bzw. wegschieben kann, so dass zum einen weiterhin die gewünschte glatte Oberfläche zur Verfügung steht und zum anderen im Falle der Verwendung von Fasern enthaltenem Verbundmaterial ein Freilegen der Fasern unterbleibt.
  • Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass zum Beabstanden der Schweißfläche der Sonotrode vorzugsweise über einen Exzenter oder einen insbesondere pneumatisch betätigten Linearantrieb eine Hubbewegung aufgezwungen wird.
  • Dabei sollte ein Anheben der Sonotrode von dem Verbund in einem Umfang bis maximal 20 mm erfolgen, wobei ein Bereich zwischen 0,2 mm und 20 mm zu bevorzugen ist.
  • Die Frequenz der Hubbewegung zu der Relativgeschwindigkeit zwischen Sonotrode und Verbund und Breite des Schweißpunkts in Bewegungsrichtung ist bevorzugterweise zu wählen gemäß der Beziehung: B b ≥ V r / F h ,
    Figure DE102018121364A1_0001
    wobei
    • Bb = Schweißbreite in Bewegungsrichtung in cm von Sonotrode bzw. Verbund
    • Vr = Relativgeschwindigkeit in cm/s zwischen Sonotrode und Verbund
    • Fh = Hubfrequenz in Hz (1/s) der Sonotrode
    sind.
  • Mit anderen Worten sollte die Schweißbreite in Bewegungsrichtung größer-gleich dem Quotienten aus Relativgeschwindigkeit durch Hubfrequenz sein. Dadurch erreicht man eine Überdeckung der Schweißpunkte. Dies ist bevorzugt zu verwirklichen.
  • Wird ein Exzenter zur Durchführung der Hubbewegung verwendet, ist insbesondere vorgesehen, dass die Sonotrode in einem Knotenpunkt verschwenkbar bzw. pendelbar gelagert wird. Der Sonotrodenkörper kann zum Beispiel in einem Ring, der aus glasfaserverstärktem Kunststoff bestehen kann, gelagert sein, um die Schwenk- bzw. Pendelbewegung zu ermöglichen. Hierdurch ergibt sich insbesondere auch der Vorteil, dass der aus dem ersten und zweiten Element bestehende Verbund durch die Schwenkbewegung der Sonotrode transportiert werden kann. Ungeachtet dessen erfolgt kein Verschieben von geschmolzenem Material während des Transportes, da beim Kontakt mit dem Verbund quasi ein Rollen der Sonotrodenspitze auf dem Verbund erfolgt, wobei gleichzeitig der Verbund unter der Sonotrode hindurch transportiert wird.
  • Wird vorzugsweise der Verbund zu der Sonotrode bewegt, so besteht auch die Möglichkeit, dass die Sonotrode entlang des Verbundes, vorzugsweise mittels einer Handhabungseinrichtung oder einer Lineareinheit, bewegt wird.
  • Bevorzugterweise wird ein Roboter benutzt, um die Sonotrode entlang des Verbundes, das heißt des ersten Elementes zu bewegen, das mit dem zweiten Element verschweißt werden soll. Hierdurch ergeben sich insbesondere auch Vorteile beim Verschweißen räumlich eng begrenzter Bereiche oder komplizierter 3-dimensionaler Bauteile, zumal die die Schweißfläche aufweisende Sonotrodenspitze querschnittsmäßig eine Erstreckung aufweist, die kleiner als die des Sonotrodenkörpers selbst sein sollte.
  • Insbesondere ist vorgesehen, dass als Sonotrode eine solche mit die Schweißfläche aufweisender Sonotrodenspitze verwendet wird, die zumindest in Bewegungsrichtung zwischen dem Verbund und der Sonotrode verrundet ist, insbesondere im Schnitt eine kreisabschnitt- oder bogenförmige Geometrie aufweist.
  • Insbesondere ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass für das von der Schweißfläche kontaktierte erste Element ein Verbundmaterial, insbesondere ein faserverstärktes Kunststoffmaterial, vorzugsweise glasfaserverstärktes Kunststoffmaterial, als erstes Material verwendet wird.
  • Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass ein Halbzeug als zweites Element, das aus einem Verbundmaterial als das zweite Material besteht oder dieses enthält, das in einer aus Kunststoff bestehenden Matrix eingebettete Fasern, wie Glasfasern, insbesondere Glasfasergewebe, aufweist, mit einem Verstärkungs- oder Verbindungs- oder Leitelement als das erste Element verbunden wird, das aus einem Verbundmaterial als das zweite Material besteht oder dieses enthält, das in einer aus Kunststoff bestehenden Matrix eingebettete Fasern, wie Glasfasern, insbesondere Glasfasergewebe, aufweist.
  • Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen - für sich und/oder in Kombination -, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung von der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispielen.
  • Es zeigen:
    • 1 eine Prinzipdarstellung eines ersten Schweißprozesses,
    • 2 eine Prinzipdarstellung eines zweiten Schweißprozesses,
    • 3 eine erste Einrichtung zum kontinuierlichen Punktschweißen,
    • 4 Prinzipdarstellung der Durchführung eines Schweißprozesses,
    • 5 eine weitere Prinzipdarstellung der Durchführung eines Schweißprozesses und
    • 6 - 8 Ausschnitte von Sonotrodenspitzen.
  • Anhand der Figuren soll die erfindungsgemäße Lehre eines punktuellen Verbindens von Kunststoffteilen mittels Ultraschallkunststoffschweißens erläutert werden, wobei grundsätzlich für gleiche Elemente gleiche Bezugszeichen verwendet werden.
  • Gemäß 1 soll ein aus Kunststoff bzw. einem Verbundmaterial bestehendes erstes Element 10 mit einem zweiten Element 12, das aus einem gleichen Material bestehen kann, punktuell im Überlappungsbereich 14 verschweißt werden. Punktuell bedeutet dabei, dass zwischen den einzelnen Schweißungen ein Abstand besteht, in dem ein unmittelbarer Kontakt mit einer Sonotrode 16, d. h. deren eine als Schweißfläche 18 ausgebildete Arbeitsfläche aufweisende Sonotrodenspitze 20 nicht erfolgt. Die Arbeits- oder Schweißfläche liegt im Schwingungsknotenpunkt der Sonotrode 16.
  • Bei der Sonotrode 16 handelt es sich um eine solche, die zum Ultraschallkunststoffschweißen zum Einsatz gelangt. Die Sonotrode 16 kann dabei z. B. einen zylindrischen Basiskörper 22 aufweisen, der mit einem Konverter 24 verbunden ist, wobei ggf. zwischen dem Konverter 24 und der Sonotrode 16 ein Booster geschaltet sein kann.
  • Der Basiskörper 22 kann selbstverständlich auch eine andere z. B. quaderförmige Geometrie aufweisen.
  • Von dem zylindrischen Basiskörper 22 geht die Sonotrodenspitze 20 mit der spitzenseitig verlaufenden Schweißfläche 18 aus, wobei Querschnitt der Sonotrodenspitze 20 kleiner als der des Basiskörpers 22 ist. Auch erkennt man aus der Prinzipdarstellung, dass die Sonotrodenspitze 20 in ihrem die Schweißfläche 18 aufweisenden Bereich verrundet ist und insbesondere spitzenseitig die Geometrie eines gerundeten Rotationskörpers wie Kugelabschnitts aufweist.
  • Die Sonotrode 16 wird zum Schweißen in Längsachsenrichtung erregt, wobei Frequenzen zwischen 20 und 70 kHz in Frage kommen. Vorzugsweise wird bei der Frequenz von etwa 35 kHz geschweißt. Die Amplitude der Schwingungen kann zwischen 5 und 100 µm liegen. Die Schwingungsrichtung wird durch den Pfeil 28 symbolisiert. Durch den weiteren Pfeil 26 soll zum Ausdruck gebracht werden, dass die Einheit Sonotrode 16 und Konverter 24 eine Hubbewegung durchführt, und zwar zwischen den einzelnen punktuellen Schweißungen.
  • Ferner erkennt man aus den Prinzipdarstellungen, 3 bis 5, dass die Längsachse 54 der Sonotrode 16 die Arbeitsfläche 18 schneidet, und zwar nach den Ausführungsbeispielen mittig.
  • Im Ausführungsbeispiel der 1 wird der aus den sich kontaktierenden Elementen 10 und 12 bestehende Verbund unter der Sonotrode 16 hindurch z. B. mittels eines Lineartisches bewegt. Die Schweißpunkte sind in der 1 durch eine Linie 30 symbolisiert, da sich die Schweißpunkte auch überlappen können, gleichwenn dies kein zwingendes Merkmal ist.
  • Alternativ oder ergänzend besteht die Möglichkeit, dass die Sonotrode 16, also im eigentlichen Sinne der zumindest die Sonotrode 16 und den Konverter 24 umfassende Schwinger, der von einer Halterung aufgenommen sein kann, entlang des aus den Elementen 10, 12 bestehenden Verbunds verstellt wird, wie durch den Pfeil 32 angedeutet.
  • Anhand der 2 soll rein prinzipiell verdeutlicht werden, dass entsprechend der erfindungsgemäßen Lehre Bauelemente 36, 38 miteinander verbunden werden können, die in einem Bereich 40 überlappen, in dem eine Punktschweißung mittels einer Ultraschallkunststoffschweißvorrichtung erfolgen soll, die entsprechend der 1 eine Sonotrode 16 und zumindest einen Konverter 24 umfasst. Der so gebildete Schwinger ist - wie auch die Einheit gemäß 1 - mit einem Konverter verbunden, der seinerseits üblicherweise an einen Rechner angeschlossen ist, in den Schweißparameter bzw. Materialkennwerte der zu verschweißenden Bauteile eingegeben bzw. von dem entsprechend abgespeicherte Werte abgerufen werden können. Insoweit wird jedoch auf umfänglich bekannte Ultraschallschweißanlagen aus dem Stand der Technik verwiesen.
  • Um die Elemente 36, 38 durch Punktschweißungen zu verbinden, wird der aus der Sonotrode 16 und dem Konverter 24 bestehende Schwinger bzw. eine diesen aufnehmende Halterung z. B. mittels eines Roboters entlang des Überlappungsbereichs 40 geführt, um entsprechend der erfindungsgemäßen Lehre die Schweißungen vorzunehmen, wobei zwischen den einzelnen Schweißungen die Schweißfläche 18 der Sonotrode 16 zu dem oberen oder ersten Element 36 beabstandet wird.
  • Insbesondere besteht aufgrund der erfindungsgemäßen Lehre die Möglichkeit, zum Beispiel einen aus einem Verbundwerkstoff - wie von Harz bzw. Kunststoff umgebene Glasfasereinlage - bestehenden Lüftungsschlauch mit Verstärkungselementen oder Verbindungselementen oder Luftleitelementen zu verbinden, die innenseitig in dem Luftschlauch aufgeschweißt werden. Hierzu kann ein hälftiger Lüftungsschlauch in eine geometrisch angepasste Aufnahme gelegt werden, um sodann nach Positionieren der Elemente diese mit dem hälftigen Lüftungsschlauch entsprechend der erfindungsgemäßen Lehre punktuell zu verschweißen. Die mit dem Lüftungsschlauch zu verbindenden Elementen bestehen aus dem gleichen Material wie der Lüftungsschlauch selbst.
  • Anhand der 3 - 5 sollen rein beispielhaft Möglichkeiten aufgezeigt werden, wie die Hubbewegung realisiert werden kann. Dabei werden entsprechend den 1 und 2 für gleiche Elemente gleiche Bezugszeichen verwendet.
  • In 3 wird der aus der Sonotrode 16 und dem Konverter 24 bestehende Schwinger von einer Halterung 40 aufgenommen, der über einen Pneumatikzylinder 42 die erforderliche Hubbewegung, also Auf- und Abwärtsbewegung aufgezwungen wird. Die Halterung 40 wird dabei von einer Linearführung 42 aufgenommen, um die gerichtete Bewegung des Schwingers sicherzustellen.
  • Die Hubbewegung kann z. B. auch elektrisch über ein Linearantrieb erzeugt werden.
  • Den 4 und 5 sind weitere Möglichkeiten zu entnehmen, um die Hubbewegung zu verwirklichen. So kann der Schwinger mit einem elektrisch angetriebenen Exzenter (symbolisiert durch den offenen Kreis 46) verbunden sein. Dabei können die einen Verbund 48 bildenden und zu verschweißenden Elemente auf einen nicht dargestellten Tisch angeordnet werden, um auf diesem in Richtung des Pfeils 50 transportiert zu werden.
  • Der Schwinger ist zumindest im Schwingungsknotenpunkt der Sonotrode 16 gelagert. Hierzu kann ein z. B. aus glasfaserverstärktem Kunststoff bestehender Ring 52 benutzt werden, der es ermöglicht, dass der Schwinger, also die Einheit Sonotrode 16 und Konverter 24, durch den Exzenterantrieb eine Kipp- bzw. Schwenkbewegung ausübt, wie ein Vergleich der 4 a) - 4 d) verdeutlicht, in denen der Schwinger in verschiedenen Positionen zur von dem Verbund 48 ausgehenden Normalen dargestellt ist.
  • Bei der Kipp- bzw. Schwenkbewegung besteht die Möglichkeit, dass die Sonotrodenspitze 20 bzw. die Schweißfläche 18 während der Kipp- bzw. Schwenkbewegung den Verbund 48 kontaktiert, wodurch ein Mitnehmen des Verbundes 48 erfolgt, also ein Transport in Richtung des Pfeils 50. Gleichzeitig wird der Schweißvorgang durchgeführt. Eine Relativbewegung während dieses Kippens zwischen Schweißfläche 18 und dem Verbund 48 erfolgt nicht, jedoch ein Transport des Verbundes 48 und somit eine Relativbewegung zwischen dem Schwinger und dem Verbund 48.
  • Das Ausführungsbeispiel der 5 unterscheidet sich von dem der 4 dahingehend, dass entsprechend den Darstellungen gemäß 5 a) - 5 d) die Exzenterbewegung in eine Linearbewegung mittels einer Linearführung umgesetzt wird, also sich die Ausrichtung des Schwingers in Bezug auf den Verbund 48 nicht ändert, wobei die Längsachse der Sonotrode 16 vorzugsweise senkrecht zur von dem Verbund 48 aufgespannten Ebene verläuft. Um die Punktschweißungen durchzuführen, wird der Verbund 48 z. B. mittels eines Lineartisches zu dem aus der Sonotrode 16 und dem Konverter 24 bestehenden Schwinger bewegt.
  • Dadurch, dass die Schweißfläche 18 nicht auf der Oberfläche des sonotrodenseitig verlaufenden Elementes des Verbunds 48 entlanggleitet, kann bei einem Verbundmaterial (Composit) mit Glasfasereinlage wie Glasgewebe als die zu verschweißenden Materialien ein Verschieben des Kunststoffs bzw. Harzes, in dem die Fasern eingebettet sind, nicht erfolgen. Sind Fasern wie Glasgewebe von dem Kunststoff bzw. Harz umgeben, können folglich die Fasern bzw. das Gewebe nicht freigelegt werden und somit auch nicht über der Oberfläche des Elements vorstehen. Ungeachtet dessen ist die Gesamtschweißzeit kürzer als nach dem Stand der Technik, da während des Schweißens eine Relativbewegung zwischen den zu verschweißenden Elementen und dem Schwinger erfolgt, sei es durch den Transport des aus den zu verschweißenden Elementen bestehenden Verbundes, sei es durch eine Bewegung des Schwingers entlang des Verbundes, sei es durch gleichzeitige Bewegung von sowohl dem Verbund als auch dem Schwinger.
  • Der Sonotrodenkopf 20 sollte im Bereich der Schweißfläche 18 verrundet sein. Insbesondere sollte der Spitzenbereich im Schnitt eine kreisbogenförmige Geometrie aufweisen, und zwar zumindest in einer parallel zur Richtung der Relativbewegung zwischen den zu verschweißenden Elementen und der Sonotrodenspitze verlaufenden die Elemente senkrecht schneidenden Ebene. Möglichkeiten der Verrundung von Sonotrodenspitzen sind den 6 bis 8 zu entnehmen.
  • In der 6 ist ein Abschnitt und im Schnitt eine Sonotrodenspitze 118 dargestellt, die vollständig verrundet ist und im Bereich der Arbeitsfläche, über die das Verschweißen erfolgt, einen Radius Ri zwischen 3 mm bis 10 mm aufweisen kann.
  • In 7 ist ein Abschnitt und im Schnitt eine Sonotrodenspitze 218 wiedergegeben, die aus einer ebenen Basisfläche 222 mit diese umgebendem umlaufenden in Bezug auf die Basisfläche 222 eine Fase bildenden Rand 224 besteht, der stetig in die Basisfläche 222 übergeht. Der Rand 224 ist gegenüber der Basisfläche 222 und einem Winkel α zwischen 1 ° und 15 ° geneigt.
  • Schließlich ist in 8 ein Abschnitt und im Schnitt eine Sonotrodenspitze 318 dargestellt, die aus einer ebenen Basisfläche 320 besteht, die über eine Verrundung 322 bestehenden Umfangswandung 324 besteht. Die Verrundung zwischen der Umfangsfläche 324 und der Basisfläche 320 sollte einen Radius R2 zwischen 3 mm und 10 mm aufweisen.
  • Zu den Schweißpunkten ist ergänzend anzumerken, dass diese zueinander beabstandet oder vorzugsweise jedoch überlappend verlaufen, wobei der Überlappungsgrad zwischen 1 % und 99 % liegen kann.
  • Die Hubbewegung, die im Ausführungsbeispiel der 3 - 5 durch einen Pneumatikzylinder bzw. einen Exzenter erfolgt, sollte derart ausgelegt sein, dass die Frequenz der Auf- und Abwärtsbewegung zwischen 5 und 30 Hz, insbesondere im Bereich von 10 Hz liegt.
  • Die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Schwinger und den zu verschweißenden Elementen sollte im Bereich zwischen 0,15 cm/s und 17 cm/s liegen.
  • Der Hub des Schwingers selbst sollte zwischen 0,2 und 20 mm liegen.
  • Bezüglich der Parameter beim Ultraschallkunststoffschweißen ist als Frequenz bevorzugt 20 kHz oder 35 kHz bei einer Amplitude zwischen 5 und 100 µm anzugeben. Frequenzen bis 70 kHz sind jedoch möglich.
  • Wird ein Ultraschallsystem mit einer Frequenz von 35 kHz benutzt, so sollte die endseitig gerundete und im Schnitt vorzugsweise eine Kreisgeometrie aufweisende Sonotrodenspitze einen Durchmesser von 8 mm bis 20 mm aufweisen. Wird ein 20 kHz-System benutzt, sind als bevorzugte Durchmesserangaben 15 mm bis 45 mm zu nennen.
  • Wird ein zylindrischer Sonotrodenbasiskörper eingesetzt, so sollte bei einem 20 kHz-System der Durchmesser zwischen 40 mm und 60 mm und bei einem 35 kHz-System zwischen 20 mm und 40 mm liegen.
  • Die Schweißleistung bei einem 35 kHz-System liegt bevorzugterweise zwischen 50 W und 1000 W und beim einem 20 kHz-System zwischen 100 W und 3000 W.

Claims (14)

  1. Verfahren zum punktuellen Verbinden von einem aus einem ersten Material bestehenden oder dieses enthaltenden ersten Element (14, 36) mit einem aus einem zweiten Material bestehenden oder dieses enthaltenden zweiten Element (12, 38) mittels Ultraschallkunststoffschweißens unter Verwendung einer in Schwingung versetzten Sonotrode (16) mit einer von Längsachse (54) der Sonotrode durchsetzten stationären Schweißfläche (18), dadurch gekennzeichnet, dass die Sonotrode (16) während des Schweißens relativ entlang von von dem ersten und zweiten Element (14, 36; 12, 38) gebildeten Verbund (48) bewegt wird und zwischen Schweißungen die Schweißfläche der Sonotrode zu dem Verbund beabstandet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Beabstanden der Schweißfläche (18) der Sonotrode (16) vorzugsweise über einen Exzenter oder einen insbesondere pneumatisch oder elektrisch betätigten Linearantrieb (42) eine Hubbewegung aufgezwungen wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonotrode (16) in einem Schwingungsknotenpunkt verschwenkbar bzw. pendelbar gelagert wird.
  4. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbund (48) zu der Sonotrode (16) bewegt wird.
  5. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonotrode (16) entlang des Verbundes (48), vorzugsweise mittels einer Handhabungseinrichtung oder einer Lineareinheit, bewegt wird.
  6. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbund (48) durch Schwenkbewegung der Sonotrode (16) bewegt wird.
  7. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für das von der Schweißfläche (18) kontaktierte erste Element (14, 36) ein Verbundmaterial, insbesondere ein faserverstärktes Kunststoffmaterial, vorzugsweise glasfaserverstärktes Kunststoffmaterial, als erstes Material verwendet wird.
  8. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sonotrode (16) eine niederfrequente Hubbewegung, insbesondere im Bereich zwischen 5 Hz und 30 Hz, aufgezwungen wird.
  9. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißfläche (18) bei der Hubbewegung zu dem Verbund (48) bis maximal 20 mm, insbesondere im Bereich zwischen 0,2 mm und 20 mm, beabstandet wird.
  10. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Halbzeug, wie Schlauch oder Rohr, als zweites Element (38), das aus einem Verbundmaterial als das zweite Material besteht oder dieses enthält, das in einer aus Kunststoff bestehenden Matrix eingebettete Fasern, wie Glasfasern, insbesondere Glasfasergewebe, aufweist, mit einem ersten Element wie Verstärkungs- oder Verbindungs- oder Leitelement verbunden wird, das aus einem Verbundmaterial als das zweite Material besteht oder dieses enthält, das in einer aus Kunststoff bestehenden Matrix eingebettete Fasern, wie Glasfasern, insbesondere Glasfasergewebe, aufweist.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Halbzeug ein hälftiger Lüftungsschlauch verwendet wird, dessen Innenseite punktuell mit dem Verstärkungs-, Verbindungs- und/oder Leitelement punktuell verschweißt wird.
  12. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Sonotrode (16) eine solche mit die Schweißfläche (18) aufweisender Sonotrodenspitze (20, 118, 218, 318) verwendet wird, die zumindest in Bewegungsrichtung zwischen dem Verbund (48) und der Sonotrode verrundet ist, insbesondere im Schnitt eine kreisabschnitt- oder bogenförmige Geometrie oder einen ebenen Mittelabschnitt (222, 320) und diesen begrenzend zu dem Mittelabschnitt geneigt bzw. senkrecht verlaufenden Rand (224, 324) aufweist.
  13. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die zum punktuellen Verbinden mittels des Ultraschallkunststoffschweißens erzeugten Schweißpunkte überlappen.
  14. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich Breite Bb des Schweißpunktes in Richtung der Relativbewegung zwischen Sonotrode (16) und Verbund (48) zur Relativgeschwindigkeit Vr zwischen Sonotrode und Verbund und Hubfrequenz Fh der Sonotrode sich gemäß nachstehender Beziehung verhalten: Bb ≥ Vr / Fh.
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DE102022116359A1 (de) 2022-06-30 2024-01-04 Windreiter UG (haftungsbeschränkt) Ballonhüllenherstellungsvorrichtung, Verfahren zur Herstellung einer Ballonhülle und Ballonhülle

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