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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANWENDUNGEN
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Diese Anwendung beansprucht Priorität aus der vorläufigen
US-Patentanmeldung Nr. 62/575,676 , eingereicht am 23. Oktober 2017, die hiermit durch Bezugnahme vollumfänglich eingebunden wird.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung rechtwinkliger Rahmen aus Plastikmaterial, zum Beispiel Fensterflügel, Türrahmen und Fensterrahmen aus Vinyl, und betrifft insbesondere die Herstellung rechtwinkliger Rahmen aus Plastikmaterial ohne Schweißgrate und mit verringerten Bearbeitungszeiten.
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BESPRECHUNG DES STANDS DER TECHNIK
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Maschinen zum Schweißen von Vertikal-Schiebefensterrahmen oder Fensterrahmen aus Vinyl wurden schon in früheren Erfindungen vorgesehen. Diese bekannten Maschinen sahen sich aber mit einer Anzahl von Problemen konfrontiert, darunter starke Schweißgrate, die Notwendigkeit, Schweißgrate von fertigen Vertikal-Schiebefensterrahmen oder Fensterrahmen zu entfernen, langsame Geschwindigkeiten, lange Bearbeitungszeiten zum Schweißen usw. Daher sind Verbesserungen erwünscht und die vorliegende Erfindung geht wenigstens einige dieser Nachteile der früheren Erfindungen an.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Diese Kurzdarstellung ist vorgesehen, um eine Auswahl von Konzepten in einer vereinfachten Form vorzustellen, die nachstehend in der ausführlichen Beschreibung weiter beschrieben werden. Diese Kurzdarstellung soll weder Schlüsselfaktoren oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands bezeichnen noch ist vorgesehen, dass sie dazu verwendet wird, den Umfang des beanspruchten Gegenstands einzuschränken.
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In einem Beispiel weist eine Vorrichtung zur Herstellung rechtwinkliger Rahmen aus Plastikmaterial einen Vorrichtungsrahmen auf. Die Vorrichtung weist auch eine Mehrzahl von Schweißköpfen auf, die beweglich am Vorrichtungsrahmen montiert sind. Mehr als ein Schweißkopf der Mehrzahl von Schweißköpfen ist relativ zum Vorrichtungsrahmen beweglich und mehr als ein Schweißkopf der Mehrzahl von Schweißköpfen ist relativ zu jedem der anderen Schweißköpfe beweglich. Die Vorrichtung weist ferner eine an jedem Schweißkopf montierte Materialklemme auf. Die Materialklemme wirkt mit einem dazugehörigen Rahmenelement zusammen, um das dazugehörige Rahmenelement während eines Rahmenfügevorgangs in einer Solllage zu halten. Die Vorrichtung weist des Weiteren eine beweglich an jedem Schweißkopf angebrachte Heizplatte auf. Die Heizplatte kann selektiv in eine Arbeitsstellung gebracht werden. Die Materialklemme bewegt sich relativ zu jedem der Schweißköpfe, um das dazugehörige Rahmenelement in enger Nähe zur Heizplatte zu positionieren, während die Heizplatte sich in der Arbeitsstellung befindet. Die Bewegung in die enge Nähe zur Heizplatte dient dazu, einen Satz Enden des dazugehörigen Rahmenelements nur unter Nutzung von Strahlung und Konvektion von durch die Heizplatte entwickelter Wärme zu erwärmen. Die Mehrzahl von Schweißköpfen übt Druck auf aneinanderstoßende zusammengehörige Rahmenelemente aus, nachdem die Heizplatte aus der Arbeitsstellung entfernt worden ist, um die aneinanderstoßenden zusammengehörigen Rahmenelemente miteinander zu einem rechtwinkligen Rahmen zu verschweißen.
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In einem Beispiel weist ein Verfahren zur Herstellung der Ecke eines Plastikfensterrahmens das Bereitstellen einer Vorrichtung zur Herstellung rechtwinkliger Rahmen aus Plastikmaterial auf. Das Verfahren weist auch das Einlegen einer Mehrzahl von zusammengehörigen Rahmenelementen in die Vorrichtung auf. Das Verfahren weist ferner das Anlegen der Mehrzahl von zusammengehörigen Rahmenelementen auf. Das Verfahren weist des Weiteren das selektive Befestigen der Mehrzahl von zusammengehörigen Rahmenelementen auf. Das Verfahren weist auch das Entfernen von Material von wenigstens einem dazugehörigen Rahmenelement der Mehrzahl von zusammengehörigen Rahmenelementen auf. Das Verfahren weist ferner das Erwärmen eines Satzes Enden der Mehrzahl von zusammengehörigen Rahmenelementen nur unter Nutzung von Strahlung und Konvektion von durch eine Heizplatte entwickelter Wärme auf. Das Verfahren weist des Weiteren das Bewegen des Satzes Enden der Mehrzahl von zusammengehörigen Rahmenelementen in Kontakt miteinander auf. Das Verfahren weist auch das Inkontakthalten der Enden der Mehrzahl von zusammengehörigen Rahmenelementen während eines Abkühlungszyklus auf. Das Verfahren weist ferner auch das Auslösen der Mehrzahl von zusammengehörigen Rahmenelementen für einen Entnahmeprozess auf.
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Figurenliste
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Aspekte der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung beim Lesen mit den Begleitfiguren am besten verständlich. Es ist zu beachten, dass gemäß der branchenüblichen Praxis verschiedene Merkmale nicht maßstabgerecht gezeichnet sind. Tatsächlich können die Abmessungen der verschiedenen Merkmale der Deutlichkeit der Besprechung halber beliebig vergrößert oder verkleinert sein.
- 1 ist eine Perspektivansicht einer Vorrichtung zur Herstellung rechtwinkliger Rahmen gemäß wenigstens einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung;
- 2 ist eine Perspektivansicht eines Schweißkopfs der Vorrichtung nach 1;
- 3 ist eine Detailansicht des Schweißkopfs entlang Linie 3-3 von 1, die Anlegeelemente (d.h. Materialklemmen) zeigt, die zusammengehörige Rahmenelemente nicht festhalten;
- 4 ist 3 ähnlich und zeigt Anlegeelemente, die zusammengehörige Rahmenelemente festhalten;
- 5 ist eine Detailansicht des Schweißkopfs von 2, die eine zum Entfernen von Material von den zusammengehörigen Rahmenelementen positionierte Schneidvorrichtung zeigt;
- 6 ist eine Detailansicht des Schweißkopfs von 2, die die Heizplatte in einer Arbeitsstellung zeigt;
- 7 ist 6 ähnlich und zeigt die Heizplatte in der Arbeitsstellung;
- 8 ist eine Detailansicht des Schweißkopfs von 2, die die Anlegeelemente zeigt, die die zusammengehörigen Rahmenelemente während eines Schweißvorgangs in einer Schweißposition halten;
- 9 ist 8 ähnlich und zeigt die Anlegeelemente, die die zusammengehörigen Rahmenelemente während eines Schweißvorgangs in einer Schweißposition halten;
- 10 ist eine Detailansicht des Schweißkopfs von 2, die die Materialklemmen nach dem Schweißvorgang in einer offenen Stellung zum Auslösen des fertigen Rahmens zeigen;
- 11 ist 10 ähnlich und zeigt die Materialklemmen in der offenen Stellung und
- 12 ist ein Top-Down-Flussdiagramm, das Verfahrensschritte des Betreibens einer Vorrichtung zur Herstellung rechtwinkliger Rahmen darstellt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Im Folgenden wird nun der beanspruchte Gegenstand mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. In der folgenden Beschreibung werden zu Veranschaulichungszwecken zahlreiche spezifische Details dargelegt, um ein eingehendes Verständnis des beanspruchten Gegenstands zu vermitteln. Es kann aber offensichtlich sein, dass der beanspruchte Gegenstand ohne diese spezifischen Details ausgeführt werden kann. In anderen Fällen werden Strukturen und Vorrichtungen in Form eines Blockdiagramms veranschaulicht, um die Beschreibung des beanspruchten Gegenstands zu erleichtern.
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In 1 wird eine Vorrichtung 102 zur Herstellung rechtwinkliger Rahmen aus Plastikmaterial gezeigt. Zum Zwecke dieser Erfindung kann der Begriff „Plastikmaterial“ unter anderem Vinyl, Polyvinylchloride (PVC), Polyurethan, ABS/ASA, PVC-Schaumstoff usw. umfassen. Die Vorrichtung 102 kann Maschinen und Steuerelemente aufweisen, die zum Herstellen rechtwinkliger Rahmen für Konstruktionen wie Vertikal-Schiebefensterrahmen, Fensterrahmen, Türrahmen und dergleichen verwendet werden. Die Vorrichtung 102 weist einen Vorrichtungsrahmen 104 auf, der eine feste Basis für eine Mehrzahl von Schweißköpfen 106, 108, 110 und 112 bereitstellt. Wie in dem gezeigten Beispiel kann es vier Schweißköpfe 106, 108, 110 und 112 geben, wobei einer der Schweißköpfe stationär ist. Zum Beispiel kann der Schweißkopf 106 stationär sein und eine bekannte Position liefern, die als Ausgang für die genaue Koordinatenmessung von Längen zusammengehöriger Rahmenkomponenten dienen kann, wie unten beschrieben wird.
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Die Vorrichtung 102 weist eine Mehrzahl von Bewegungsvorrichtungen 114 auf. In einem Beispiel ist eine einzige Bewegungsvorrichtung 114 mit einem einzelnen Schweißkopf verbunden (z.B. an ihm montiert). Zum Beispiel ist an jedem der Schweißköpfe 110 und 112 jeweils eine Bewegungsvorrichtung 114 montiert. Es wird zwar jede geeignete Bewegungsvorrichtung 114 in Betracht gezogen, eine beispielhafte Bewegungsvorrichtung ist aber ein Servomotor. Der Servomotor kann eine Kraft anwenden, um den Schweißkopf selektiv zu bewegen (z.B. positionieren). Im veranschaulichten Beispiel werden zwei Schweißköpfe 108, 110 von einer Gleitschiene oder Gleitschienen 116 getragen, die an den Vorrichtungsrahmen 104 montiert ist bzw. sind. Die Gleitschiene 116 kann die Schweißköpfe 108, 110 führen, während sie von den Bewegungsvorrichtungen 114 einzeln in Bewegung versetzt werden. Im gezeigten Beispiel können die Bewegungsvorrichtungen 114 die Schweißköpfe 108, 110 selektiv von und zu dem stationären Schweißkopf 106 verschieben. In der Figur wird die beschriebene Verschiebung „von und zu“ für die Kombination der Schweißköpfe 108, 110 allgemein in der Auf- und Ab-Richtung von 1 (z.B. allgemeine vertikale Bewegung) dargestellt.
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Desgleichen können die Schweißköpfe 110, 112 von einer Gleitschiene oder Gleitschienen 118 getragen werden, die am Vorrichtungsrahmen 104 angebracht ist bzw. sind. Die Gleitschiene 118 kann die Schweißköpfe 110, 112 führen, während sie von den Bewegungsvorrichtungen 114 einzeln in Bewegung versetzt werden. Im gezeigten Beispiel können die Bewegungsvorrichtungen 114 die Schweißköpfe 110, 112 selektiv von und zu dem stationären Schweißkopf 106 führen. In der Figur wird die beschriebene Verschiebung „zu und von“ für die Kombination der Schweißköpfe 110, 112 allgemein in der Rechts- und Linksrichtung von 1 (z.B. allgemein horizontale Bewegung) dargestellt. Wie in 1 gezeigt, kann der stationäre Schweißkopf 106 der Schweißkopf in der unteren linken Ecke der Vorrichtung 102 sein, dies ist aber nur ein Beispiel und der stationäre Schweißkopf kann sich an jeder beliebigen der anderen in 1 gezeigten Position befinden.
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Wie bereits beschrieben ist eine Mehrzahl von Schweißköpfen 106, 108, 110, 112 am Vorrichtungsrahmen 104 montiert. Mehr als ein Schweißkopf (z.B. 108, 110, 112) der Mehrzahl von Schweißköpfen 106, 108, 110, 112 ist relativ zum Vorrichtungsrahmen 104 beweglich und mehr als ein Schweißkopf 108, 110, 112 der Mehrzahl von Schweißköpfen ist relativ zu jedem der anderen Schweißköpfe 108, 110, 112 beweglich. Wie bereits beschrieben, ermöglicht das es dem stationären Schweißkopf 106, eine bekannte Position zu liefern, die als ein Ausgang für die genaue Koordinatenmessung von Längen zusammengehöriger Rahmenkomponenten dienen kann, die unten beschrieben wird.
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In 2, auf die jetzt Bezug genommen wird, wird eine Perspektivansicht eines Schweißkopfs gezeigt und der beispielhafte Schweißkopf kann jeden beliebigen der Schweißköpfe 106, 108, 110, 112 repräsentieren. Der Einfachheit halber ist der in 2 gezeigte beispielhafte Schweißkopf mit 110 bezeichnet. Die Vorrichtung 102 weist eine an jedem Schweißkopf 110 montierte Materialklemme 120 auf. Die Materialklemme 120 kooperiert mit einem dazugehörigen Rahmenelement, das unten beschrieben wird, um das dazugehörige Rahmenelement während eines Rahmenfügevorgangs in Solllage zu halten. Wie gezeigt, weist die Materialklemme 120 einen Satz Klemmbacken 122 auf, die zum Festklemmen eines dazugehörigen Rahmenelements zusammengetrieben und zum Auslösen eines dazugehörigen Rahmenelements oder eines geschweißten Rahmens auseinandergetrieben werden können. Beide dieser Bewegungen (z.B. Festklemmen und Lösen) sind zu einer von dem Vorrichtungsrahmen 104 (in 1 gezeigt) definierten Ebene allgemein lotrecht. Wie in 2 gezeigt, kann jeder Schweißkopf 110 zwei Materialklemmen 120 aufweisen. Jede Materialklemme 120 ist spezifisch zum Festhalten eines dazugehörigen Rahmenelements bestimmt, das mit einem weiteren dazugehörigen Rahmenelement verschweißt werden wird, um einen rechten Winkel aus zusammengehörigen Rahmenelementen herzustellen, der Teil eines fertigen geschweißten Rahmens sein wird. In einem Beispiel sind die Materialklemmen 120 an jedem Schweißkopf 110 lotrecht zueinander ausgerichtet, um die zusammengehörigen Rahmenelemente, die lotrecht zueinander sind, festzuhalten.
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Jede Materialklemme 120, weiter bei 2 bleibend, kann eine Bewegungsvorrichtung 124 aufweisen (z.B. einen Servomotor). Die Bewegungsvorrichtung 124 kann durch eine Steuereinheit (nicht gezeigt) selektiv betrieben werden, um die Materialklemme 120 an einer Führung 126 entlang zu treiben. In einem Beispiel ist die Bewegungsvorrichtung 124 ein Servomotor, da der Servomotor geeignete Steuerungs- und Lagegenauigkeit für den Rahmenschweißprozess bereitstellen kann.
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Die Vorrichtung 102 weist ferner eine beweglich an jedem Schweißkopf 110 angebrachte Heizplatte 130 auf (in 2 und anderen Figuren gezeigt). Die Heizplatte 130 kann selektiv aus einer Nicht-Arbeitsstellung oder mehreren Nicht-Arbeitsstellungen in eine Arbeitsstellung gebracht werden. In einem Beispiel kann eine Bewegungsvorrichtung (nicht gezeigt) die Heizplatte 130 in einer Verschiebungsrichtung treiben, so dass die Arbeitsstellung darin besteht, dass sich die Heizplatte 130 auf einer Position zwischen den zusammengehörigen Rahmenelementen befindet, und die Nicht-Arbeitsstellung darin besteht, dass sich die Heizplatte 130 unter der Konstruktion des Schweißkopfs 110 befindet. Zum Verschieben der Heizplatte 130 zwischen der Arbeits- und der Nicht-Arbeitsstellung kann jede geeignete Bewegungsvorrichtung verwendet werden.
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Die Heizplatte 130 kann aus jedem geeigneten Material konstruiert sein, das den Betriebs- und Temperaturanforderungen der Vorrichtung 102 standhalten kann. In einem Beispiel weist die Heizplatte 130 ein Metallmaterial auf. In einem Beispiel weist die Heizplatte 130 ein(e) Aluminium-Bronze-Material oder -Legierung auf.
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3, auf die jetzt Bezug genommen wird, ist eine Detailansicht des Schweißkopfs 110 entlang Linie 3-3 von 1, die allgemein parallel zu einer von dem Vorrichtungsrahmen 104 gebildeten Ebene ist (in 1 gezeigt). Der Schweißkopf kann die Grundplatte 140 aufweisen, die als eine Konstruktion dient, auf der jede Betriebskomponente des Schweißkopfs 110 montiert wird und bekannte Abstände zwischen jeder der Betriebskomponenten eingehalten werden. Zum Beispiel weist der Schweißkopf 110 die Bewegungsvorrichtung 114 auf. Der Schweißkopf 110 weist ferner die Materialklemmen 120 und ihre dazugehörigen Bewegungsvorrichtungen 124 und Führungen 126 auf. Die Heizplatte 130 ist auch am Schweißkopf 110 montiert, obwohl sie teilweise hinter der Materialklemme 120 rechts versteckt ist.
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Die Materialklemmen 120, weiter bei 3 bleibend, können während des Rahmenherstellungsprozesses ferner Bewegungsvorrichtungen 142 aufweisen, die den Satz Klemmbacken 122 selektiv in Richtung auf eine festgespannte Stellung und eine gelöste Stellung treiben können. Wie in 3 gezeigt, sind die Materialklemmen 120 und die Klemmbackensätze 122 in der gelösten Stellung, so dass ein Satz zusammengehöriger Rahmenelemente 144 in Bezug auf die Materialklemmen 120 frei bewegt werden kann. Die gelöste Stellung ist für die bestehenden Zwischenräume (von Abmessung 146 repräsentiert) zwischen den Klemmbacken 122 und den zusammengehörigen Rahmenelementen 144 repräsentativ. Abmessung 146 wird zwar in 3 nur einmal gezeigt, jeder Satz Klemmbacken 122 kann aber Zwischenräume 146 derselben oder einer ähnlichen Größe haben. Es versteht sich, dass die in dieser und anderen Figuren gezeigten zusammengehörigen Rahmenelemente 144 der Deutlichkeit halber gekürzt sind und die tatsächlichen zusammengehörigen Rahmenelemente 144 sich zum nächsten Schweißkopf erstrecken.
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Es können alle geeigneten Bewegungsvorrichtungen 142 verwendet werden, um die Klemmbackensätze 122 aus der festgespannten Stellung in eine gelöste Stellung zu treiben. In einem Beispiel ist die Bewegungsvorrichtung 142 ein Luftzylinder, der von einer Steuereinheit (nicht gezeigt) gesteuert wird. Es versteht sich, dass der Betrag der Kraft, mit der die zusammengehörigen Rahmenelemente 144 während des Klemmprozesses beaufschlagt werden, die zusammengehörigen Rahmenelemente 144 während des Herstellungsprozesses weder bleibend verformt noch die Proportionen der Rahmenelemente 144 anderweitig deformiert.
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In 4, auf die jetzt Bezug genommen wird, wird der Schweißkopf 110 in der gleichen Ansicht wie 3 gezeigt, aber mit den Klemmbackensätzen 122 in einer festgespannten Stellung im Gegensatz zu der gelösten Stellung von 3. Wie gezeigt, wurde der Spalt 146 von 3 beim Schließen der Klemmbackensätze 122 auf die zusammengehörigen Rahmenelemente 144 beseitigt. Die Klemmbackensätze 122 können entsprechend individueller Profile zusammengehöriger Rahmenelemente 144 gewechselt werden. Nach dem Einspannen der zusammengehörigen Rahmenelemente 144 ist die unbeabsichtigte Bewegung der zusammengehörigen Rahmenelemente 144 eingeschränkt und/oder ausgeschlossen.
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In 5, auf die jetzt Bezug genommen wird, wurden die zusammengehörigen Rahmenelemente 144 in Vorbereitung auf einen Schneidvorgang zusammengezogen. In einem Beispiel wird zwischen den zusammengehörigen Rahmenelementen 144 ein Spalt aufrecht erhalten, wie in 5 gezeigt, es werden aber andere Beispiele in Betracht gezogen, bei denen die zusammengehörigen Rahmenelemente 144 vor dem Schneidvorgang miteinander in Kontakt gebracht werden können. Die Schweißkopf- 110 -Schweißeinrichtung kann dann die zusammengehörigen Rahmenelemente 144 bearbeiten. Zu diesem Zweck weist der Schweißkopf 110 eine am Schweißkopf 110 angebrachte Schneidvorrichtung 150 zum Entfernen von Material von den zusammengehörigen Rahmenelementen 144 auf. Jede geeignete Schneidvorrichtung ist akzeptabel, in einem Beispiel ist die Schneidvorrichtung 150 aber ein rotierendes Messer, das sich um die Achse 152 dreht. In einem Beispiel kann eine Bewegungsvorrichtung 132 die Schneidvorrichtung 150 in einer Drehrichtung treiben. Jede geeignete Bewegungsvorrichtung 132 kann verwendet werden, unter anderem ein Elektromotor. Die Bewegungsvorrichtung 132 kann auch auf jede geeignete Weise mechanisch mit der Schneidvorrichtung 150 verbunden sein. In einem Beispiel kann die Bewegungsvorrichtung 132 direkt oder indirekt durch andere Mechanismen oder Konstruktionen wie Riemenantriebe, Kettenantriebe usw. an der Schneidvorrichtung 150 angebracht sein. Wie in 2 gezeigt, kann an einem vorderen Teil eines Schutzschilds, der die Schneidvorrichtung 150 wenigstens teilweise abdeckt, eine Positionsgeberplatte 151 angebracht sein.
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Jedes dazugehörige Rahmenelement 144 wird vor dem Schweißprozess auf eine endkonturnahe Abmessung zugeschnitten, während es an der Vorrichtung 102 montiert ist. Der Schneidvorgang wird zwar für den Schweißkopf 110 beschrieben, er kann aber gleichzeitig an allen der Schweißköpfe 106, 108, 110, 112 stattfinden. Darüber hinaus kann der Schneidvorgang die zusammengehörigen Rahmenelemente in Vorbereitung auf das Schweißen von zwei aneinandergrenzenden zusammengehörigen Rahmenelementen in einem rechten Winkel zum Bilden eines Teils eines rechtwinkligen oder rechteckigen Rahmens mit einem Schrägschnitt von 45° schneiden. Auch kann der Schneidvorgang daraus bestehen, dass die Schneidvorrichtung 150 aneinandergrenzende zusammengehörige Rahmenelemente 144 in einem Schnitt schneidet. In einem Beispiel kann die Schneidvorrichtung 150 vier zusammengehörige Rahmenelemente 144 in einem Schnitt schneiden.
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In einem Beispiel ist die endkonturnahe Abmessung die endgültige Länge vor dem Anschweißen an das angrenzende zugehörige Rahmenelement 144. In einem Beispiel ist die endkonturnahe Abmessung eine Längenübergröße zwischen etwa 0,002 Zoll (0,051 mm) und etwa 0,010 Zoll (0,25 mm). Es ist zu beachten, dass die relative Präzision der Lage der zusammengehörigen Rahmenelemente 144 es ermöglicht, dass die endkonturnahe Abmessung für verschiedene chemische Rezepturen, die die zusammengehörigen Rahmenelemente 144 ausmachen, geändert wird. In einem Beispiel kann eine Materialrezeptur eine geringere Übergrößenlänge erfordern, um nach dem Erwärmen und Schweißen einen im Vergleich zu anderen Rezepturen einen geringen oder keinen Schweißgrat zu erzeugen. Von daher kann die Lage der zusammengehörigen Rahmenelemente 144 geändert werden, um die endkonturnahe Abmessung zu optimieren. In einem Beispiel kann diese endkonturnahe Abmessung durch Versuche ermittelt werden. In einem Beispiel berechnet die Steuereinheit (nicht gezeigt) die endkonturnahe Abmessung auf Basis der Rezeptur der zusammengehörigen Rahmenelemente 144. Ansonsten kann die erwünschte endkonturnahe Abmessung manuell in die Steuereinheit eingegeben werden. In einem Beispiel kann die endkonturnahe Abmessung auch auf Basis der Geometrie des einzelnen Fenster- oder Vertikal-Schiebefensterrahmens, der gebaut wird, geändert werden.
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Nach dem beschriebenen Schneidvorgang, Bezug nehmend auf 6, wird die Heizplatte 130 in eine Arbeitsstellung, wie gezeigt, gedreht. In einem Beispiel ist die Arbeitsstellung für die Heizplatte 130 auf einer Position zwischen zwei nebeneinanderliegenden zusammengehörigen Rahmenelementen 144. Wie in den 6 und 7 gezeigt, kann die Heizplatte 130 so gelegt werden, dass die einander entgegengesetzten Seiten 160, 162 der Heizplatte 130 mit den Schnittkanten der zusammengehörigen Rahmenelemente 144 parallel oder fast parallel sind. Von daher kann die Heizplatte 130 in einem Winkel von 45° zu den Seiten der Innen- und Außenseite des zugehörigen Rahmenelements 144 positioniert werden.
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Die Heizplatte 130 kann erwärmt werden und arbeitet bei einer Temperatur zwischen etwa 800 °F (427 °C) und etwa 1100 °F (593 °C). In einem Beispiel arbeitet die Heizplatte 130 bei einer Temperatur zwischen etwa 900 °F (482 °C) und etwa 1000 °F (538 °C). Ähnlich der oben beschriebenen endkonturnahen Abmessung kann die Arbeitstemperatur der Heizplatte 130 für individuelle Rezepturen der zusammengehörigen Rahmenelemente 144 optimiert werden. Der genannte Temperaturbereich kann bedeutend höher sein als bei vielen bekannten Vorrichtungen zur Herstellung rechtwinkliger oder rechteckiger Rahmen für Fenster und Vertikal-Schiebefenster. Dies verkürzt die Zeit, die benötigt wird, um die Enden der zusammengehörigen Rahmenelemente 144 auf Schweißtemperatur zu bringen, und verkürzt die Abkühlungszeit, weil ja eine geringere Länge der zusammengehörigen Rahmenelemente 144 erwärmt wird. Diese Zeitverkürzung kann die Bearbeitungszeit für die Vorrichtung im Vergleich zu bekannten Maschinen um 40 % bis 50 % kürzen.
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Nachdem die Heizplatte 130 in die Arbeitsstellung der 6 und 7 gebracht worden ist, bewegt die Vorrichtung 102 die zusammengehörigen Rahmenelemente 144 auf Positionen relativ eng an der Heizplatte 130, aber ohne dass sie die Heizplatte 130 berühren. In einem Beispiel bewegen die Bewegungsvorrichtungen 124 die Materialklemmen 120 an jedem Schweißkopf 106, 108, 110, 112, um das dazugehörige Rahmenelement 144 in enge Nähe der Heizplatte 130 zu bewegen. In einem Beispiel liegt die enge Nähe innerhalb eines Abstands zwischen etwa 0,001 Zoll (0,0254 Millimeter) und etwa 0,006 Zoll (0,1524 Millimeter) von der Heizplatte 130, wenn die Heizplatte 130 in der Arbeitsstellung ist. Dieser Trennungsabstand wird in 6 von Abmessung 164 dargestellt. Dieser Trennungsabstand 164 ermöglicht das Erwärmen eines Satzes von Enden des dazugehörigen Rahmenelements 144 nur unter Nutzung der Wirkungen von Wärmestrahlung, Wärmekonvektion und/oder einer Kombination von Wärmestrahlung und Wärmekonvektion zum Erwärmen eines Satzes von Enden des dazugehörigen Rahmenelements 144. Von daher erwärmt die von der Heizplatte 130 entwickelte Wärme die zusammengehörigen Rahmenelemente 144, ohne Kontakt zwischen der Heizplatte 130 und dem zugehörigen Rahmenelement 144 herzustellen.
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In einem Beispiel bewegen die Bewegungsvorrichtungen 124 die Materialklemmen 120 an jedem Schweißkopf 106, 108, 110, 112, um das dazugehörige Rahmenelement 144 in einen Abstand zwischen etwa 0,002 Zoll (0,0508 Millimeter) und etwa 0,003 Zoll (0,1524 Millimeter) von der Heizplatte 130 zu bewegen, ohne dass das dazugehörige Rahmenelement 144 die Heizplatte 130 berührt. Auch hier werden diese kleinen Trennungsabstände 164 durch den relativ genauen und wiederholbaren Betrieb der Servomotoren ermöglicht, die die Bewegung sowohl der Schweißköpfe 108, 110, 112 als auch der Materialklemmen 120 antreiben. Wie bei anderen Betriebsparametern kann der Trennungsabstand 164 mittels der Geometrie des jeweiligen Rahmens, der gebaut wird, und/oder der Rezeptur des das dazugehörige Rahmenelement 144 bildenden Plastik- oder Vinylmaterials optimiert werden.
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Die Steuereinheit (nicht gezeigt) kann einen Zeitgeber aufweisen, der die Dauer optimiert, die die zusammengehörigen Rahmenelemente 144 in enger Nähe zur Heizplatte 130 verbringen. Am Ende des optimierten Zeitabschnitts kann die Heizplatte 130 aus der Arbeitsstellung in eine Nicht-Arbeitsstellung bewegt werden. Der Schweißkopf 110 in 1 zeigt ein Beispiel für die Heizplatte 130 in einer Nicht-Arbeitsstellung.
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Nachdem die Heizplatte 130 (in den 6 und 7 gezeigt) aus der Arbeitsstellung bewegt worden ist, mit Bezug auf die 8 und 9, bewegt die Vorrichtung 102 dann die dazugehörigen Rahmenelemente 144 mit danebenliegenden dazugehörigen Rahmenelementen 144 in Kontakt, um einen Winkel (z.B. einen rechten Winkel) zu bilden, der Teil eines fertigen Fensterrahmens oder eines fertigen Vertikal-Schiebefensterrahmens bildet. Auf die aneinandergrenzenden zusammengehörigen Rahmenelemente 144 wird Druck ausgeübt und der Druck gehalten, um an den Kontaktflächen der aneinandergrenzenden zusammengehörigen Rahmenelemente 144 eine Schweißnaht zu bilden. Die Steuereinheit kann einen Zähler zum Begrenzen der Abkühlperiode, der Kontaktzeit und des Drucks zum Optimieren der Schweißnahtcharakteristik und zum Begrenzen und/oder Ausschließen jeglicher Schweißgrate zwischen den aneinandergrenzenden zusammengehörigen Rahmenelementen 144 beibehalten.
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Am Ende der Abkühlperiode, mit Bezug auf die 10 und 11, können die Bewegungsvorrichtungen 142 die Materialklemmen 120 in eine gelöste Stellung bewegen, so dass es zwischen dem geschweißten Rahmen und dem Klemmbackensatz 122 einen Spalt 146 gibt. Die Schweißköpfe 108, 110, 112 können dann zum Lösen des Rahmens aus dem Werkzeug vom fertigen Rahmen wegbewegt werden. Ein Bediener oder ein automatisierter Prozess kann dann den fertigen Rahmen holen und zur nächsten Bearbeitungsmaschine bewegen. Es versteht sich, dass der fertige Rahmen entweder minimale Schweißgrate oder keine Schweißgrate hat, so dass es nicht notwendig ist, in einem zweiten Vorgang, der eine Spezialvorrichtung oder Nacharbeiten von Hand erfordert, Schweißgrate von dem fertigen Rahmen zu entfernen.
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Mit Bezug auf 12 wird nun ein Verfahren zum Nutzen der beschriebenen Vorrichtung besprochen. Ersten können ein oder mehr zusammengehörige Rahmenelemente in die Vorrichtung eingelegt werden. In einem Beispiel kann die Vorrichtung tragende Konstruktionen oder andere Vorrichtungen umfassen, um die zusammengehörigen Rahmenelemente in Solllage in Bezug auf die Schweißeinrichtung zu halten. In diesem Schritt werden die zusammengehörigen Rahmenelemente relativ genau gelegt. Als nächstes kann die Vorrichtung die Teile festspannen. So wird die unbeabsichtigte Bewegung der Teile eingeschränkt und/oder ausgeschlossen. Die Vorrichtung kann dann Material von den zusammengehörigen Rahmenelementen entfernen, um die zusammengehörigen Rahmenelemente auf ihre endgültige Länge (z.B. endkonturnahe Abmessung) zu bearbeiten. So können die zusammengehörigen Rahmenelemente vor dem Schweißen auf ihrer endgültigen Größe sein.
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Sobald die zusammengehörigen Rahmenelemente bearbeitet worden sind, kann die Vorrichtung einen oder mehr Teile der zusammengehörigen Rahmenelemente erwärmen. Zum Beispiel kann die Vorrichtung Enden der zusammengehörigen Rahmenelemente erwärmen, die mit den angrenzenden zusammengehörigen Rahmenelementen in Kontakt sein werden. Nach Erwärmen der Enden der zusammengehörigen Rahmenelemente kann die Vorrichtung die Teile zusammen- und/oder aneinander angrenzend und/oder in Kontakt miteinander positionieren. Diese enge Positionierung der zusammengehörigen Rahmenelemente kann für einen Weile aufrecht erhalten werden, um die Schweißnähte abkühlen zu lassen. Nach dem Abkühlen der Schweißnahttemperatur kann die Vorrichtung die fertigen Teile auslösen.
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Es ist zu beachten, dass während des Schweißprozesses Wärme durch ein oder mehr Mittel, wie etwa Strahlung, Konvektion und/oder eine Kombination von Strahlung und Konvektion, auf das Vinyl übertragen werden kann. So braucht das Vinyl nicht mit der Heizplatte in Kontakt kommen. Im Gegensatz zu Versuchen in der Vergangenheit, bei denen das Vinyl vor Verwendung der Schweißeinrichtung auf eine endgültige Schweißgröße zugeschnitten werden musste, offenbart die vorliegende Anmeldung ein Verfahren zum Schneiden des Vinyls auf eine endgültige Schweißgröße in der Schweißeinrichtung. Die Schweißeinrichtung kann mit einer Säge, einer Fräse oder einem anderen Schneidinstrument ausgestattet sein, um das Vinyl auf eine endgültige Schweißgröße/-länge zu bearbeiten.
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Die Vinylschweißeinrichtung kann eine Anzahl von Vorteilen gegenüber bekannten Schweißeinrichtungen bieten. Zum Beispiel kann bzw. können die beschriebene(n) Vorrichtung und Verfahren schnelleres Schweißen bieten als bisher erhältliche Schweißeinrichtungen. So kann die Bearbeitungszeit zum Schweißen eines Vertikal-Schiebefensterrahmens oder eines Fensterrahmens gekürzt werden. Außerdem kann die Vinylschweißeinrichtung zu große Schweißgrate verringern und/oder ausschließen. Des Weiteren ist ein Eckputzen des Produkts nach dem Schweißen möglicherweise nicht mehr notwendig. Das Ausschließen von Eckputz- und Gratentfernungsmaschinen kann die Bearbeitungszeiten im Herstellungsprozess weiter verkürzen und kann auch den Personalbedarf im Herstellungsprozess reduzieren. Jeder dieser Vorteile kann die Zeit und Kosten der Herstellung rechtwinkliger Rahmen aus verschiedenen Werkstoffen (z.B. Plastik oder Vinyl) reduzieren. Ein weiterer Vorteil kann u.a. weniger Materialabfall sein. Bei anderen bekannten Schweißeinrichtungen haben die zusammengehörigen Rahmenelemente vor dem Schweißen größere Übergrößenabmessungen und diese zusätzliche Materiallänge (bis zu 1/8 Zoll pro Ende aus Vinyl) wird in einen Schweißgrat umgewandelt, der dann maschinell entfernt wird. Das Schweißen von Teilen, die an der Maschine auf endkonturnahe Abmessungen zugeschnitten werden, wie in der vorliegenden Erfindung, kann diesen Abfall ausschließen und so die Kosten des fertigen Produkts senken.
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Der Begriff „beispielhaft“ kann hierin mit der Bedeutung, als Beispiel, als Fallbeispiel, als Veranschaulichung usw. zu dienen, und nicht unbedingt als vorteilhaft gebraucht werden. Es ist vorgesehen, dass „oder“, wie in dieser Anmeldung gebraucht, ein einschließendes „oder“ und nicht ein ausschließendes „oder“ bedeutet. Außerdem wird „ein“ und „eine“, wie in dieser Anmeldung gebraucht, allgemein als „ein oder mehr“ bedeutend ausgelegt, sofern nicht anders angegeben wird oder aus dem Zusammenhang klar ist, dass es auf eine Singularform gerichtet ist. Auch bedeutet wenigstens eines von A und B und/oder dergleichen allgemein A oder B und/oder sowohl A als auch B. Des Weiteren sollen beim Gebrauch von „beinhalten“, „aufweisen“, „haben“, „mit“ oder Varianten davon derartige Begriff auf eine dem Begriff „umfassend“ ähnliche Weise einschließend sein.
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An der vorliegenden Erfindung können viele Modifikationen vorgenommen werden, ohne vom Umfang oder Sinn des beanspruchten Gegenstands abzuweichen. Sofern nicht anders angegeben ist, ist nicht vorgesehen, dass „erster“, „zweiter“ oder dergleichen einen zeitlichen Aspekt, einen räumlichen Aspekt, eine Reihenfolge usw. implizieren. Stattdessen werden derartige Begriffe lediglich als Bezeichner, Namen usw. für Merkmale, Elemente, Artikel usw. verwendet. Zum Beispiel können ein erster Artikel und ein zweiter Artikel allgemein Artikel A und Artikel B oder zwei verschiedenen oder zwei Artikeln oder demselben Artikel entsprechen.
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Obwohl die Erfindung in Bezug auf eine oder mehr Ausführungen gezeigt und beschrieben worden ist, fallen anderen Fachkundigen auf Basis eines Lesens und Verstehens dieser Beschreibung und der angehängten Zeichnungen aber äquivalente Änderungen und Modifikationen ein. Die Erfindung schließt alle derartigen Modifikationen und Änderungen ein und wird nur durch den Umfang der folgenden Ansprüche beschränkt. Insbesondere ist in Bezug auf die verschiedenen Funktionen, die von den oben beschriebenen Komponenten (z.B. Elementen, Ressourcen usw.) durchgeführt werden, vorgesehen, dass die zum Beschreiben derartiger Komponenten gebrauchten Begriffe jedweder Komponente entsprechen, sofern nicht anderweitig angegeben, die die vorgegebene Funktion der beschriebenen Komponente durchführt (z.B. die funktionsäquivalent ist), obwohl sie mit der offenbarten Struktur nicht strukturell äquivalent ist. Außerdem kann ein jeweiliges Merkmal der Erfindung zwar in Bezug auf nur eine von mehreren Ausführungen offenbart worden sein, aber ein derartiges Merkmal kann mit einem oder mehr anderen Merkmalen der anderen Ausführungen kombiniert werden, wie für eine bestimmte oder jeweilige Anmeldung erwünscht und vorteilhaft sein kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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