DE112014003148T5

DE112014003148T5 - Vorrichtung und Prozesse zum Schützen eines Ultraschall-Schweisshorns mithilfe eines Dünnfilmseparators

Info

Publication number: DE112014003148T5
Application number: DE112014003148.8T
Authority: DE
Inventors: Pei-Chung Wang
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2013-08-08
Filing date: 2014-09-04
Publication date: 2016-03-31
Anticipated expiration: 2034-09-05
Also published as: US20160221255A1; WO2015018377A1; DE112014003148B4; US10160161B2

Abstract

Eine Vorrichtung und Prozesse zum Schützen eines Ultraschall-Schweißhorns (504) während des Schweißens von polymeren Verbundwerkstoffen verwenden einen dünnen Separators oder eine dünne Membran (502), welche/r ausgestaltet ist, um Hochfrequenz-Schallschwingungen zu übertragen, während das Horn (504) von geschmolzenem Werkstückmaterial isoliert gehalten wird. Systeme und Verfahren zum Aneinanderschweißen von polymeren Verbundwerkstoffen verwenden ein leitfähiges mechanisches Zwischenstück, wobei die Zykluszeit reduziert wird, jegliche Oberflächenunebenheiten ausgeglichen werden und die Schweißgenauigkeit und die Verbindungsfestigkeit erhöht werden.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein das Ultraschallschweißen und im Spezielleren eine Vorrichtung und Prozesse zum Schützen eines Ultraschall-Schweißhorns während des Schweißens von polymeren Verbundwerkstoffen mithilfe eines/r dünnen Separators oder Membran, welche/r ausgestaltet ist, um Hochfrequenz-Schallschwingungen zu übertragen, während das Horn von geschmolzenem Werkstückmaterial isoliert gehalten wird.
Die vorliegende Offenbarung betrifft auch Systeme und Verfahren zum Aneinanderschweißen von polymeren Verbundwerkstoffen mithilfe eines leitfähigen mechanischen Zwischenstücks, um die Zykluszeit zu reduzieren, jegliche Oberflächenunebenheiten auszugleichen und die Schweißgenauigkeit und die Verbindungsfestigkeit zu erhöhen.
HINTERGRUND
Bei der Automobilherstellung nimmt die Verwendung von polymeren Verbundwerkstoffen aufgrund ihrer günstigen Eigenschaften, sie sind unter anderem leichtgewichtig, sehr fügsam oder formbar, stark und dauerhaft, ständig zu. Ferner sind einige Verbundwerkstoffe färbbar und ihre Oberfläche kann bearbeitet werden, sodass die meisten jede gewünschte Struktur aufweisen.
Die zunehmende Verwendung in Automobilen umfasst zum Beispiel jene in Armaturenbrettern und Türverkleidungen, Leuchten, Luftkanälen, Lenkrädern, Polsterungen, Ladeflächen oder anderen Fahrzeugladeräumen, Polsterungen, Außenteilen und selbst Motorkomponenten. Was z. B. Motorkomponenten und andere Anwendungen im Motorraum (oder UTH, vom engl. under the hood) betrifft, werden Polymere ausgestaltet und ständig weiterentwickelt, die einer heißen und/oder chemisch aggressiven Umgebung standhalten können. Was Außenteile, wie beispielsweise Stoßfänger, betrifft, werden Polymere entwickelt, die am Band lackierbar sind und eine hohe Hitze- und chemische Beständigkeit über längere Zeiträume aufweisen. Und es werden kontinuierlich viele andere mögliche Verwendungen in Automobilanwendungen in Betracht gezogen.
Mit diesem Trend wird das Erschließen von Möglichkeiten zum effizienten und effektiven Fügen von Polymerkomponenten immer wichtiger. Dabei werden häufiger Formpress- und Nachform-Fügetechniken – z. B. Ultraschallschweißen – verwendet.
Traditionelle Techniken weisen verschiedene Unzulänglichkeiten auf. Mit Bezugnahme auf die Fig. und im Spezielleren auf die erste Fig. zeigt 1 schematisch eine herkömmliche Ultraschallschweißanordnung 100 mit einem Schweißhorn 102 und zwei Werkstücken 104, 106 vor dem Schweißen.
In dem illustrierten Schritt wird das Horn 102 abgesenkt, um mit einem oberen Werkstück 104 der beiden in Kontakt zu gelangen. Sobald es mit dem Stück 104 in Kontakt steht, regt ein mit dem Horn verbundener Ultraschallgenerator Hochfrequenz-Ultraschallschwingungen an, die durch das Horn hindurch zu dem Stück geleitet werden. An der Grenzfläche wird Wärme erzeugt, und das Werkstück 104 beginnt zu schmelzen 200, wie in 2 gezeigt.
3 zeigt die Anordnung 100, nachdem sie erheblich geschmolzen wurde, sodass nun geschmolzenes Material der Werkstücke die Stücke 104, 106 verbindet.
Die Technik weist Unzulänglichkeiten auf, unter anderen, dass Material 400 von einem oder beiden Werkstücken 102 übertragen wird und unerwünschterweise auf dem Horn zurückbleibt, wenn das Horn 102 zurückgezogen wird, wie in 4 gezeigt. Der Rückstand 400 begrenzt die Hornleistung künftig und die Hornlebensdauer.
Es wird in Erwägung gezogen, dass das Horn 102 über eine längere Zeit (in einigen Ausführungen z. B. etwa 12 bis 20 Sekunden) in der Position von 3 in Kontakt mit den Werkstücken 104, 106 gehalten werden könnte, um zuzulassen, dass die neue Schweißnaht vor dem Zurückziehen des Horns abkühlt. Dennoch kann etwas Material 400 auf das Horn 102 übertragen werden. Und die Zykluszeit wird unerwünscht verlängert, was die Produktionskosten erhöht.
Gemäß einer Alternative kann für jedes Schweißen ein neues Horn verwendet werden. Diese Herangehensweise wäre kostentechnisch untragbar und das Wechseln der Teile zeitraubend.
Eine andere Alternative ist ein herkömmliches mechanisches Befestigen. Die Werkstücke können z. B. aneinandergeschraubt oder durch Muttern und Schrauben miteinander verbunden sein. Diese Verbindungen weisen Unzulänglichkeiten auf, unter anderen unerwünschtes zusätzliches Gewicht, unansehnliche frei liegende Abschnitte der Verbindungselemente und möglicherweise weniger robuste Fügestellen.
Da überdies einige dieser Materialien relativ niedrige Schmelzpunkte und niedrige elektrische Leitfähigkeiten aufweisen, stellen die Bemühungen, die Werkstücke an einer Grenzfläche zwischen denselben effizient, schnell und mit minimalem Schmelzen anderer Abschnitte der Werkstücke zum Schmelzen zu bringen, Herausforderungen dar.
Gelegentlich werden Energie-Richtungsgeber verwendet, um ein Schweißen zu beschleunigen und zu steuern. Allerdings tritt dabei zumindest eine zusätzliche Herausforderung zutage. Da die Energie-Richtungsgeber üblicherweise zum Zeitpunkt des Schweißens von außen nicht sichtbar sind, ist es schwierig für den Schweißer zu versuchen, das Schweißen an dem Richtungsgeber zu fokussieren, um genau festzustellen, wo sich dieser befindet.
Mit oder ohne Energie-Richtungsgeber gibt es die zusätzliche Unzulänglichkeit unerwünscht langer Zykluszeiten zusätzlich zu dem unerwünscht hohen Energiebedarf. Eine längere Zeitdauer ist kostentechnisch untragbar, insbesondere, wenn sie durch die Verarbeitung mit wiederholten Iterationen in einer Fertigungsumgebung – z. B. einem Automontagewerk – vervielfacht wird.
Wenn Energie-Richtungsgeber verwendet werden, ist Zeit notwendig, um die Energie-Richtungsgeber zu positionieren.
Wenn Energie-Richtungsgeber nicht verwendet werden, ist mehr Energie notwendig, um ein erstes der Werkstücke bis zu einer Tiefe zum Schmelzen zu bringen, die das zweite Werkstück erreicht, um die beiden zu fügen. Auch ist die resultierende Schweißnaht nicht optimal fokussiert, da das erste Werkstück in einem breiteren Bereich anstatt nur an und um einen Zielpunkt herum schmilzt, wie es der Fall ist, wenn ein Richtungsgeber verwendet wird. Wenngleich dieser Prozess kein Positionieren von Energie-Richtungsgebern erfordert, erzielt er keine ideale Schweißnaht.
Die Zykluszeit bei beiden Techniken ist ferner durch die Notwendigkeit beeinträchtigt, zuzulassen, dass die Werkstücke abkühlen, bevor das Ultraschallhorn zurückgezogen wird, und das Horn sehr langsam zurückzuziehen. Diese Kosten stehen mit der Tatsache in Beziehung, dass Wärme sich durch Polymere hindurch langsam zerstreut – und sie sich daher nicht schnell erwärmen oder abkühlen. Somit kann das Horn, nachdem das Ultraschallhorn das Erhitzen, wie es zum Schweißen notwendig ist, beendet hat, nicht zurückgeholt werden, bis die Werkstücke hinreichend kühl sind (z. B. in einigen Ausführungen etwa 12 bis 20 Sekunden), wobei sonst noch etwas Werkstückoberflächenmaterial an dem sich zurückziehenden Horn hängen bleiben wird, was das Werkstück oberflächlich beeinflusst und die Hornleistung und die Hornlebensdauer begrenzt.
Eine noch andere Unzulänglichkeit beider herkömmlichen Ultraschallschweißtechniken ist die, dass eine Energieanwendungsoberfläche eines nahegelegenen Werkstückes der beiden allgemein flach und quadratisch zu der Energieanwendungseinrichtung sein muss. Eine flache Oberfläche ist erforderlich, um einen hinreichenden Kontakt durch das Horn zum Übertragen von hinreichenden Hochfrequenz(HF)-Schwingungswellen auf die Stücke sicherzustellen, um die notwendige Hitze zwischen den Stücken zum Aneinanderschweißen derselben zu erzeugen.
Zum Schweißen über gebogene oder andere, nicht flache Oberflächen ist ein Horn mit einer speziellen Gestaltung erforderlich. Der resultierende Prozess ist unter Umständen nicht so robust wie erwünscht.
Eine Alternative zu diesen Ultraschallschweißtechniken zum Fügen von polymeren Verbundwerkstoffen ist ein herkömmliches mechanisches Befestigen. Die Werkstücke können z. B. aneinandergeschraubt oder durch Muttern und Schrauben miteinander verbunden sein. Diese Verbindungen weisen Unzulänglichkeiten auf, unter anderen unerwünschtes zusätzliches Gewicht, unansehnliche frei liegende Abschnitte der Verbindungselemente und möglicherweise weniger robuste Fügestellen.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Technologie betrifft eine Ultraschallschweißtechnik, die umfasst, dass ein Schweißhorn während des Schweißens von polymeren Verbundwerkstoffen mithilfe einer Membran oder eines Streifenmaterials geschützt wird, welche/s ausgestaltet ist, um Hochfrequenz(HF)-Schallschwingungen zu übertragen, während das Horn von geschmolzenem Werkstückmaterial isoliert gehalten wird.
Die Vorteile dieser Technik umfassen eine reduzierte Zykluszeit beim Schweißen mit der Ultraschallschweißnaht und eine verbesserte Leistung und Lebensdauer des Horns.
Zeit wird gespart, da z. B. das Horn schnell – z. B. sofort – zurückgeholt werden kann, wenn hinreichendes geschmolzenes Material zwischen den Werkstücken gebildet ist, um diese aneinanderzuschweißen.
Die Hornleistung und -lebensdauer werden verbessert, indem das Ultraschallhorn über viele Schweißdurchführungen hinweg, wie z. B. in einer Fertigungsumgebung, frei von Übertragungsmaterial von den Werkstücken gehalten wird, die aneinandergeschweißt werden.
Die vorliegende Technologie betrifft auch Systeme und Verfahren zum Aneinanderschweißen von Verbundwerkstoffen mithilfe eines leitfähigen mechanischen Zwischenstücks oder Verbinders. Die Vorteile der Technik umfassen eine reduzierte Zykluszeit. Es wird Zeit gespart, indem Ultraschallschwingungen von einer Anwendungseinrichtung – z. B. einem Ultraschallhorn – auf die Grenzfläche zwischen den Stücken mithilfe eines dünnen mechanischen Verbinders übertragen werden, um die Schweißnaht schnell, effizient und robust zu erzeugen.
Zeit wird auch gespart, da das Horn, welches das Werkstück zum Schweißen nicht direkt berührt, schnell – z. B. unmittelbar nach dem Schweißen – zurückgeholt werden kann, ohne sich um jegliches Werkstückoberflächenmaterial zu kümmern, das an dem sich zurückziehenden Horn hängen bleibt. Ein früheres und schnelleres Horn-Zurückziehen wird auch durch die mechanische, leitfähige Komponente (z. B. einen Niet) zugelassen, die als ein Kühlkörper unmittelbar anschließend an das Schweißen dient und Wärme von der abkühlenden Schweißnaht entzieht und ein rasches oder schnelles Erstarren oder Aushärten der neuen Fügestelle fördert. Die Werkstückqualität – z. B. die Kosmetik – wird hoch gehalten und die Hornleistung und die Hornlebensdauer werden künftig dementsprechend verbessert.
Die Technik kann außerdem selbst dann verwendet werden, wenn eine Energieanwendungsoberfläche des nahegelegenen Werkstückes gebogen oder anders nicht flach ist. Traditionellerweise wird eine flache Oberfläche bevorzugt, um einen engen Kontakt durch das Horn zum Übertragen von hinreichenden Hochfrequenz(HF)-Schallschwingungen auf die Stücke sicherzustellen, um die notwendige Hitze zwischen den Stücken zum Aneinanderschweißen derselben zu erzeugen.
Ein noch anderer Vorteil umfasst die mechanische Befestigungsfunktion, die von dem mechanischen Zwischenstück oder Verbinder (z. B. Niet), einschließlich nachdem das Produkt (z. B. ein Auto) gefertigt und in Gebrauch ist, erfüllt wird. Während die Schweißnähte erzeugt werden, um im Laufe der Zeit robust und aufrecht zu sein, fungiert der mechanische Verbinder, wenn eine Schweißnahtschwächung aus irgendeinem Grund im Verlauf der Lebensdauer des Produkts auftritt, als ein Unterstützungs- oder Reserveverbindungselement. Diese Funktion kann als Abschälschutz- oder Abschälhemmfunktion bezeichnet werden, da der Niet dazu beitragen kann, die verbundenen Werkstücke davon abzuhalten, sich voneinander abzulösen. Der Verbinder kann z. B. als Abschälhemmer bezeichnet werden.
Andere Aspekte der vorliegenden Erfindung werden hierin nachfolgend zum Teil offensichtlich und zum Teil hervorgehoben.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 illustriert schematisch eine herkömmliche Ultraschallschweißanordnung mit einem Schweißhorn und zwei Werkstücken vor dem Aneinanderschweißen derselben.
2 zeigt die Anordnung von 1, wenn eine Schweißung begonnen wird.
3 zeigt die Anordnung, wenn eine Schweißung beendet ist.
4 zeigt das nach dem Schweißen zurückgeholte Schweißhorn.
5 illustriert schematisch eine neue Ultraschallschweißanordnung, die einen ultradünnen Membran- oder Streifen- oder Filmübergang, ein Schweißhorn, das auf einer Anwendungsseite durch die Membran abgedeckt ist, und die zwei Werkstücke umfasst, vor dem Schweißen.
6 zeigt die Anordnung von 5, wenn eine Schweißung begonnen wird.
7 zeigt die Anordnung, wenn eine Schweißung beendet ist.
8 zeigt das zurückgeholte Schweißhorn, ohne dass irgendein Werkstückmaterial an dem Horn hängt.
9 illustriert ein zweiseitiges Ultraschallsystem.
10 illustriert ein Verfahren zum Fügen von zwei Werkstücken, unabhängig davon, ob ein nahegelegenes der Stücke eine flache Anwendungsoberfläche aufweist, das einen mechanischen, leitfähigen Verbinder verwendet, oder nicht.
11 illustriert eine Werkstückanordnung nach einem Niet-Einstechen und vor dem Schweißen gemäß dem in 10 gezeigten Verfahren.
12 illustriert die Werkstückanordnung von 11 nach einem Niet-Einstechen und zumindest einer anfänglichen Schweißenergie-Anwendung gemäß dem Verfahren von 10.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Je nach Anforderung sind hierin detaillierte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung offenbart. Die offenbarten Ausführungsformen sind lediglich Beispiele, die in verschiedenen und alternativen Formen und Kombinationen davon ausgeführt sein können. Wie hierin verwendet, beziehen sich zum Beispiel, „exemplarisch“ und ähnliche Ausdrücke weitgehend auf Ausführungsformen, die als ein/e Veranschaulichung, Probeexemplar, Modell oder Muster dienen.
Die Fig. sind nicht unbedingt maßstabgetreu und einige Elemente können übertrieben oder stark verkleinert sein, um z. B. Details spezieller Komponenten zu zeigen. In einigen Fällen wurden gut bekannte Komponenten, Systeme, Materialien oder Verfahren nicht im Detail beschrieben, um zu vermeiden, dass die vorliegende Offenbarung unklar wird. Aus diesem Grund sind hierin offenbarte spezifische strukturelle und funktionelle Details nicht als einschränkend, sondern rein als eine Basis für die Ansprüche und als eine repräsentative Basis zu betrachten, Fachleute darüber zu unterrichten, die vorliegende Offenbarung auf verschiedenste Weise zu verwenden.
Während die Beschreibung einen allgemeinen Kontext von durch einen Computer ausführbaren Befehlen umfasst, kann die vorliegende Offenbarung auch in Kombination mit anderen Programmodulen und/oder als eine Kombination aus Hardware und Software implementiert werden. Der Begriff „Anwendung“ oder Varianten davon wird/werden hierin weitgehend so verwendet, dass er/sie Routinen, Programmmodule, Programme, Komponenten, Datenstrukturen, Algorithmen und dergleichen umfasst/en. Anwendungen können auf verschiedenen Systemkonfigurationen implementiert werden, die Einzelprozessor- oder Mehrprozessorsysteme, mikroprozessorbasierte Elektronik, Kombinationen davon und dergleichen umfassen. In bestimmten Ausführungsformen werden einige oder alle Aktivitäten (z. B. das Steuern einer Hornanwendung) durch eine Rechenvorrichtung wie z. B. einen Prozessor durchgeführt oder zumindest initiiert, der von einem Computer ausführbare Befehle ausführt, die in einem computerlesbaren Medium gespeichert oder umfasst sind. Und jeder beliebige oder mehrere Schritte des Prozesses können durch automatisierte Maschinen, wie z. B. Roboter, durchgeführt, initiiert oder anderweitig erleichtert werden.
I. Allgemeiner Überblick der Offenbarung
Die vorliegende Offenbarung beschreibt eine Ultraschallschweißtechnik zum Fügen von Werkstücken wie z. B. polymeren Verbundwerkstoffen.
Ein/e dünne/r Film, Streifen oder Membran ist speziell ausgestaltet, um benachbart eines Ultraschallanwendungshorns zum Ausführen von Übertragungs- und Schutzfunktionen während des Schweißens positioniert zu sein. Im Spezielleren ist die Membran ausgestaltet, um Hochfrequenz(HF)-Schallschwingungen zu übertragen, während das Horn von geschmolzenem Werkstückmaterial isoliert gehalten wird.
Die Systemkomponenten, Algorithmen und Aktivitäten sind nachfolgend unter Bezugnahme auf die 5–8 weiter beschrieben.
Die vorliegende Offenbarung beschreibt auch eine Ultraschallschweißtechnik zum Fügen von Werkstücken wie z. B. polymeren Verbundwerkstoffen.
Die vorliegende Technik betrifft ferner Systeme und Verfahren zum Aneinanderschweißen von polymeren Verbundwerkstoffen mithilfe eines leitfähigen, mechanischen Zwischenstückes oder Verbinders. Im Spezielleren umfasst die Technik, dass vor dem Schweißen der Verbinder – z. B. ein Heftniet – in ein erstes der Werkstücke eingestochen wird, die gefügt werden.
Vorteilhafterweise kann eine Anwendungsoberfläche des nahegelegenen Werkstückes, in das der Verbinder eingestochen wird, gebogen, uneben oder nicht vollständig flach und quadratisch sein. Da die nachfolgende Anwendung von Ultraschallenergie (z. B. HF-Schwingungen) durch den Verbinder hindurch und in die Werkstücke hinein kanalisiert wird, muss eine Energieanwendungseinrichtung – z. B. ein Horn – nicht mit der Oberfläche in Kontakt gelangen. Und es ist nicht notwendig, dass der Verbinder mit der Oberfläche völlig fluchtend ist. Demzufolge ist es nicht notwendig, dass die Oberfläche flach ist, oder dass sie in dem engen Kontakt mit der Anwendungseinrichtung steht.
Ein anderer Vorteil der Energieanwendung, die durch den Verbinder hindurch und in die Werkstücke hinein kanalisiert wird, besteht darin, dass das nahegelegene Werkstück nicht vordergründig oder oberflächlich beschädigt wird. Ein noch anderer Vorteil besteht darin, dass keine Zeit damit verschwendet werden muss, darauf zu warten, dass das nahegelegene Werkstück abkühlt, bevor die Anwendungseinrichtung zurückgezogen wird.
Ein noch anderer Vorteil der vorliegenden Technik ist die oben beschriebene Schälstoppfunktion.
Die Systemkomponenten, Algorithmen und Aktivitäten sind nachfolgend unter Bezugnahme auf die 9–12 weiter beschrieben.
II. Erster Prozess, Systemkomponenten und Werkstücke – Fig. 5–Fig. 8
Die vorliegende Technologie wird nun unter Bezugnahme auf Beispiele für Systeme, eine Werkzeugbestückung und Werkstücke beschrieben. Es wird auf die Figuren verwiesen, um das Verständnis der Technologie zu erleichtern und nicht um ihren Schutzumfang einzuschränken.
Bezugnahmen auf Richtungen hierin wie z. B. obere/s/r, untere/s/r, oben, unten und seitlich sind bereitgestellt, um die Beschreibung der vorliegenden Technologie zu erleichtern, stellen aber keine Einschränkung des Schutzumfangs der Technologie dar. Eine Beschreibung, in der ein Horn als auf ein nahegelegenes Werkstück nach unten herabkommend beschrieben wird, ist zum Beispiel nicht darauf beschränkt, dass sich das Horn vertikal nach unten in dem Erd- oder Umgebungsrahmen bewegt. Das Horn kann sich in diesem Fall in dem Umgebungsrahmen z. B. von links nach rechts bewegen.
Wendet man sich erneut den Figuren und im Spezielleren der fünften Figur zu, so zeigt 5 schematisch die neue Ultraschallschweißanordnung 500. Die Anordnung 500 umfasst eine ultradünne Membran, einen dünnen Streifen oder einen Filmseparator 502. Der Ausdruck Membran wird hierin allgemein verwendet, um auf das Element 502 Bezug zu nehmen, und nicht unbedingt, um seine Ausgestaltung – z. B. die Größe und Form – zu begrenzen.
Die Membran 502 kann ein beliebiges aus einer Vielfalt von geeigneten Materialien oder Materialkombinationen umfassen und kann eine beliebige aus einer Vielfalt von geeigneten Formen und Größen aufweisen, um die beschriebenen Funktionen zu erfüllen. Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Membran 502 Titan oder Aluminium.
Die Membran 502 ist ausgestaltet, um benachbart eines Anwendungshorns 504 positioniert zu sein. Das Horn 504 ist Teil einer Ultraschallerzeugungsvorrichtung, die nicht im Detail gezeigt ist, oder ist mit dieser verbunden.
Wie nachstehend weiter beschrieben wird, ist die Membran 502 gemäß einer Ausführungsform Teil eines Membranzuführsystems (nicht im Detail gezeigt), in dem vor jedem Schweißen frisches Membranmaterial 502 zwischen das Horn 504 und die Werkstücke 104, 106 zugeführt wird.
Das Horn 504 der vorliegenden Technologie ist gemäß einigen Ausführungsformen herkömmlichen Schweißhörnern ähnlich oder gleich.
Das Horn 504 kann eine Vielfalt von geeigneten Materialien oder Materialkombinationen umfassen und kann eine beliebige einer Vielfalt von geeigneten Formen und Größen aufweisen, um die beschriebenen Funktionen zu erfüllen. Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Horn 504 Titan oder Aluminium.
Gemäß einer in Erwägung gezogenen Ausführungsform ist das vorliegende Horn 504 anders, wobei es auf eine oder mehrere Arten speziell ausgestaltet ist, um mit der Membran 502 gut zusammenzuwirken. Die spezielle Ausgestaltung kann z. B. eine strategische Formgebung umfassen, z. B. dass abgerundete Ecken vorhanden sind oder dass Verbindungspunkte vorhanden sind (nicht im Detail gezeigt), durch die die Membran an dem Horn 504 angebracht werden kann.
Das Horn 504 ist benachbart von zwei Werkstücken 104, 106 gezeigt, die aneinandergeschweißt werden sollen. Die Werkstücke 104, 106 können verglichen miteinander gleichartige oder ungleichartige Materialien umfassen.
Die Werkstücke 104, 106 können ein beliebiges aus einer Vielfalt von Materialien umfassen und eine beliebige aus einer Vielfalt von Formen und Größen aufweisen. Gemäß einem Beispiel weist das nahegelegene Werkstück 104 eine Dicke (in den Fig. die Dicke von oben bis unten) zwischen etwa 0,5 mm und etwa 5 mm auf.
Wie vorgesehen, können die Werkstücke 104, 106, die aneinandergeschweißt werden, gleichartig oder ungleichartig sein. Was ungleichartige Werkstückmaterialien betrifft, kann ein Werkstück z. B. ein Kunststoff oder ein anderes Polymer sein, und das andere kann Stahl, Aluminium, eine Legierung oder ein anderes Metall etc. sein. Somit können die Lehren der vorliegenden Offenbarung verwendet werden, um z. B. ein Polymer (z. B. einen polymeren Verbundwerkstoff) an ein anderes Polymer zu fügen oder ein Polymer an ein Metall zu fügen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Material der Stücke 104, 106 Polyethylen. Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Material Polyethylen-Terephthalat (PET), Polyethylen hoher Dichte (HDPE, vom engl. high density polyethylene) und/oder Ethylen-Vinylalkohol (EVOH).
Gemäß einer Ausführungsform umfasst zumindest eines der Werkstücke 104, 106, die gefügt werden, ein Polymer. Zumindest eines der Werkstücke 104, 106 kann synthetische oder anorganische Moleküle umfassen. Während die Verwendung von sogenannten Biopolymeren (oder grünen Polymeren) zunimmt, sind Polymere auf Erdölbasis noch immer viel weiter verbreitet.
Das Material eines oder beider Werkstücke 104, 106 kann auch rezykliertes Material wie z. B. ein Polybutylen-Terephthalat(PBT)-Polymer umfassen, das aus etwa fünfundachtzig Prozent Alt-Polyethylen-Terephthalat (PET) besteht.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst/en eines oder beide von den Werkstücken 104, 106 eine Art von Kunststoff. Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Material einen Thermoplast.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst/en eines oder beide von den Werkstücken 104, 106 einen Verbundwerkstoff. Gemäß einer Ausführungsform umfasst/en eines oder beide von den Werkstücken z. B. einen faserverstärkten Polymer(FRP, vom engl. fiber-reinforced polymer)-Verbundwerkstoff wie z. B. ein kohlefaserverstärktes Polymer (CFRP, vom engl. carbon-fiber-reinforced polymer) oder ein glasfaserverstärktes Polymer (GFRP, vom engl. glass-fiber-reinforced polymer). Der Verbundwerkstoff kann z. B. ein Faserglas-Verbundwerkstoff sein. Gemäß einer Ausführungsform ist der FRP-Verbundwerkstoff ein Hybrid-Kunststoff-Metall-Verbundwerkstoff.
Das Material 104, 106 umfasst in einigen Anwendungen ein Polymer in Polyamid-Qualität, das allgemein als Polyamid bezeichnet werden kann.
Das Material eines oder beider von den Werkstücken 104, 106 kann auch Polyvinylchlorid (PVC) umfassen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Material 104, 106 Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS).
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Material 104, 106 ein Polycarbonat (PC).
Das Material 104, 106 eines oder beider von den Werkstücken kann auch eine Art von Harz umfassen. Beispielhafte Harze umfassen ein Faserglas-Polypropylen(PP)-Harz, ein PC/PBT-Harz und ein PC/ABS-Harz.
Die Werkstücke 104, 106 können vor dem Schweißen vorbehandelt, z. B. erwärmt und formgepresst, werden.
Wie nachstehend weiter beschrieben wird, führt das Horn 504 im Betrieb eine Schallübertragung aus, während das Horn beim Schweißen vor geschmolzenem Werkstückmaterial geschützt wird. Im Spezielleren ist die Membran 502 ausgestaltet, um Hochfrequenz(HF)-Schallschwingungen zu übertragen, während das Horn von geschmolzenem Werkstückmaterial isoliert gehalten wird.
Die Membran 502 kann ein beliebiges aus einer großen Vielfalt von geeigneten Materialien umfassen, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Technologie abzuweichen. Die Eigenschaften zur Berücksichtigung bei der Auswahl des Materials können z. B. eine oder mehrere der folgenden umfassen: (i) eine Fähigkeit des Materials, die von dem Horn 504 ausgehenden Schallschwingungen weiter auf die Werkstücke 104, 106 zu übertragen; und (ii) eine Fähigkeit des Materials, geschmolzenes Werkstückmaterial davon abzuhalten, mit dem Horn 504 in Kontakt zu gelangen oder auf dieses übertragen zu werden; und ein geeignetes Niveau von Elastizität – z. B. Materialfestigkeit, Elastizität, Flexibilität etc., um an zumindest einer Schweißiteration mitzuwirken.
Während gemäß einer Ausführungsform, wie oben erwähnt, frisches Membranmaterial 502 dem Bereich zwischen dem Horn und den Werkstücken für jedes Schweißen zugeführt wird, kann gemäß einer in Erwägung gezogenen Ausführungsform die/das gleiche Membran oder Teilstück der Membran 502 zumindest einmal wiederverwendet werden. Es kann z. B. in Betracht gezogen werden, dass, wenngleich zumindest etwas Werkstückmaterial in einem ersten Schweißprozess auf der Membran abgeschieden werden kann, die abgeschiedene Menge ein effektives Schweißen bei einem zweiten Schweißen nicht behindern wird, sodass das Material mehr als einmal verwendet werden kann. Es kann z. B. festgestellt werden, dass die/der gleiche Membran oder breite Membranstreifen, bevor sie/er ausgetauscht wird, bei einer bestimmten Anzahl von Schweißungen (z. B. zwei, drei, fünf, fünfzehn, fünfzig oder öfter, weniger oft oder zwischen diesen Zahlen) verwendet werden kann. Die Eigenschaften zur Berücksichtigung bei der Auswahl des Materials können daher auch (iv) [die Nummerierung des unmittelbar vorhergehenden Abschnitts mit römischen Ziffern fortsetzend – d. h. (i), (ii), (iii)] eine Fähigkeit des Materials, z. B. viele Male auf einer Montagelinie einer Fertigungsumgebung wiederverwendet zu werden, umfassen. Die Fähigkeit, wiederverwendet zu werden, kann z. B. die Fähigkeit, geschmolzenes Werkstückmaterial in der Membran abzustoßen oder dessen Abscheidung anderweitig zu begrenzen, umfassen, und kann wiederum, wie unter der dritten Variablen (iii) des vorhergehenden Absatzes, die Materialfestigkeit, Elastizität, Flexibilität etc. umfassen, sodass das Material nicht dazu neigt, bei wiederholtem Gebrauch zu reißen, zu brechen oder anderweitig zu versagen.
Die Membran 502 weist einen höheren [engl. high] Schmelzpunkt auf als die Werkstücke 104, 106, wodurch zugelassen wird, dass sie während des Schweißens fest bleibt, während die Werkstücke benachbart des Filmes 502 schmelzen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Membran 502 ein Metall – sie ist z. B. eine dünne Metallfolie.
Die Membran 502 umfasst eine beliebige Größe und Form, die geeignet sind, um die hierin beschriebenen Funktionen zu erfüllen. Während die Membran 502 andere Dicken 506 aufweisen kann, weist die Membran 502 gemäß einer Ausführungsform eine Dicke zwischen etwa 0,01 mm und etwa 5,0 mm auf. Die Membran 502 kann z. B. etwa 0,5 mm betragen.
Die Membran 502 kann von Personal oder automatisierten maschinellen Einrichtungen wie z. B. einer Robotereinrichtung – z. B. einem Roboter – benachbart des Horns positioniert werden.
Gemäß einer Ausführungsform wird die Membran 502 zwischen dem Horn 504 und dem nahegelegenen Werkstück 104 eingesetzt, wenn sich das Horn nahe bei dem Stück befindet, aber bevor das Horn mit dem Werkstück in Kontakt gelangt. Das Einsetzen wird gemäß einer Ausführungsform durchgeführt, während das Horn vorübergehend statisch ist, und gemäß einer Ausführungsform, während sich das Horn nach unten in Richtung des Werkstückes 104 bewegt.
Gemäß einer Ausführungsform wird die Membran 502 ohne Anbringen an dem Horn 504 zwischen dem Horn und dem Werkstück 104 positioniert, bevor das Horn die ganze Strecke zu einer oberen Oberfläche des Werkstückes 104 abgesenkt wird. Gemäß einer anderen Ausführungsform ist/sind das Horn 504 und/oder die Membran 502 ausgestaltet, sodass die Membran 502 an dem Horn angebracht wird, sodass die Membran 502 zwischen dem Horn und dem Werkstück 104 positioniert wird, bevor das Horn die ganze Strecke zu einer oberen Oberfläche des Werkstückes 104 abgesenkt wird.
Gemäß einer in Erwägung gezogenen Ausführungsform umfasst das Horn 504 Klammern, Klettverschlusskomponenten, einen wiederverwendbaren Klebstoff, Druckknöpfe oder (ein) andere(s) Verbindungsmerkmal(e), welche eine Verbindung zwischen der Membran 502 und dem Horn zulassen. Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Membran 502 ein beliebiges dieser Merkmale. Gemäß einer Ausführungsform umfassen sowohl die Membran als auch das Horn 504 zumindest eines dieser Merkmale – die Membran und das Horn umfassen z. B. Zusammenpassmerkmale (z. B. zusammenpassende Druckknöpfe oder zusammenpassende Klettverschlusselemente).
Gemäß einer in Erwägung gezogenen Ausführungsform (nicht im Detail gezeigt) ist die Membran 502 zumindest etwas steif und weist eine Formgebung auf, die mit der Formgebung des Horns übereinstimmt. Die Membran würde somit fest um zumindest einen Abschnitt des Horns herum passen. Der feste Passsitz kann z. B. dabei helfen, sicherzustellen, dass die Membran während des Schweißens in der Position im Teil bleibt.
Die Membran 502 kann ausgestaltet sein, um für eine beliebige Anzahl von wiederholten Verwendungen entsprechend zu funktionieren. Gemäß einer Ausführungsform ist die Membran ausgestaltet, um einmal verwendet zu werden. In diesem Fall kann die gebrauchte Membran weggeworfen oder bevorzugt wiederverwertet werden, und für ein folgendes Schweißen wird eine nächste Membran verwendet.
Gemäß einer anderen Ausführungsform ist die Membran 502 ausgestaltet, um mehr als einmal verwendet zu werden.
Wie durch den Pfeil in 5 gezeigt, wird das Horn 504 mit der Membran 502 an Ort und Stelle in Richtung einer oberen Oberfläche eines ersten, nahegelegenen Werkstückes 104 der beiden Werkstücke, die aneinandergefügt werden, abgesenkt.
6 zeigt das Horn 504, das mittels der Membran 502 mit dem nahegelegenen Werkstück 104 in Kontakt steht. Sobald die Horn/Membran-Kombination mit dem nahegelegenen Werkstück 104 in Kontakt steht, regt ein mit dem Horn 504 verbundener Ultraschallgenerator Hochfrequenz(HF)-Ultraschallschwingungen an. Die Schwingungen werden durch das Horn 504 hindurch zu der Membran 502 und weiter zu dem nahegelegenen Werkstück 104 geleitet. Wenn das Werkstück 104 die Schwingungen aufnimmt, erzeugt die Anregung Hitze in dem Werkstück, die bewirkt, dass es zuerst an der Membran/Werkstück-Grenzfläche schmilzt 104, was zur Folge hat, dass das Werkstück beginnt, hier zu schmelzen 600, wie ebenfalls in 6 gezeigt.
Die Werkstücke stehen unter einem gewissen Druck, zumindest aufgrund des Gewichts des nahegelegenen Werkstückes 104 und der nach unten gerichteten Kraft des Horns 504. Gemäß einigen Ausführungsformen ist das Horn 504 ausgestaltet (z. B. federbelastet oder durch ein pneumatisches oder hydraulisches Untersystem betätigt (nicht im Detail gezeigt)) und/oder gesteuert, um während des Schweißens eine nach unten gerichtete Kraft auf einem beliebigen Werkstückmaterial (z. B. dem nahegelegenen Stück 104 und dem geschmolzenen Material) darunter und in Kontakt mit dem Horn 504 anzuwenden. Wenn somit die Werkstücke schmelzen, senkt sich das Horn 504 ab.
7 zeigt die Anordnung, nachdem das nahegelegene Werkstück 104 und vielleicht auch das entfernte Werkstück 106 hinreichend geschmolzen sind, um die Bildung von geschmolzenem Werkstückmaterial an einer Grenzfläche oder Fügestelle 700 der Werkstücke 104, 106 zu bewirken. Das geschmolzene Material an der Fügestelle 510 wird abkühlen, um die Schweißnaht zu bilden, um die Stücke 104, 106 zusammenzuhalten.
Sobald die Werkstücke 104, 106 hinreichend geschmolzen sind, um die Stücke wie gewünscht aneinanderzuschweißen, kann das Horn 504 unmittelbar von dem Kontakt mit den Werkstücken zurückgeholt werden, ohne dass eine Gefahr besteht, dass das geschmolzene Material an dem Horn 504 haftet.
Wie erwähnt, ist die Membran 502 gemäß einer Ausführungsform Teil eines Membranzuführsystems (nicht im Detail gezeigt). Als ein Beispiel kann das Zuführsystem kassettenartig sein, wobei eine Spule, Bandrolle oder ein anderer Vorrat des dünnen Materials 502 benachbart des Horns 504 positioniert ist. Nach dem Schweißen, wie oben beschrieben, bewegt das Zuführ-Untersystem die gebrauchte Membran 502 von dem Horn weg und führt dem Bereich zwischen dem Horn 504 und den nächsten Werkstücken, die aneinandergeschweißt werden sollen, frische Membran 502 zu. Das Zuführsystem kann manuell und/oder automatisiert – z. B. von einem Roboter, einem Controller etc. gesteuert – sein.
Wie vorgesehen, weist die herkömmliche Ultraschallschweißtechnik der 1–4 Unzulänglichkeiten auf, die umfassen, das beim Zurückholen des Horns unmittelbar nach dem Schweißen Werkstückmaterial 112 von einem oder beiden Werkstücken 104, 106 übertragen wird. Aus diesem Grund wird bei der herkömmlichen Technik entweder Material als solches unerwünscht übertragen, oder es muss vor dem Zurückholen eine Wartezeit eingerichtet werden, damit das gesamte Werkstück abkühlt.
Selbst nach einer Wartezeit besteht bei herkömmlichen Techniken dennoch eine Wahrscheinlichkeit, dass zumindest etwas Werkstückmaterial auf das Horn übertragen wird. Selbst geringe Mengen von Übertragungsmaterial können sich bei wiederholtem Gebrauch mit der Zeit akkumulieren, und die Hornleistung und die Hornlebensdauer beeinträchtigen.
Und die zusätzliche Zykluszeit macht den Schweißprozess viel kostspieliger und möglicherweise kostentechnisch untragbar, wenn sie durch wiederholte Ausführungen über die Zeit in einer Fertigungsumgebung vervielfacht wird.
Gemäß einer anderen Alternative kann für jedes Schweißen ein neues Horn verwendet werden. Diese Herangehensweise ist selbstverständlich kostspielig, und das Wechseln der Teile ist zeitraubend.
III. Verschiedene Merkmale der ersten Aspekte der Technologie (Abschnitte I und II oben)
Viele, aber nicht alle der Vorteile der vorliegenden Technologie sind oben behandelt. Einige, aber nicht alle, sind in diesem Abschnitt beschrieben.
Die Vorteile umfassen eine reduzierte Zykluszeit und eine verbesserte Schweißprozess-Robustheit. Die Vorteile machen das Schweißen in einer Fertigungsumgebung viel kostengünstiger und die Fertigung von Leichtteilen und -produkten (z. B. Fahrzeugen) kostengünstiger.
Zeit wird gespart, da z. B. das Horn schnell – z. B. sofort – zurückgeholt werden kann, wenn hinreichendes geschmolzenes Material zwischen den Werkstücken gebildet ist, um diese aneinanderzuschweißen.
Das Ultraschallschweißen wird gemäß der vorliegenden Technologie robuster gemacht, zumindest dadurch, dass über wiederholte Schweißungen die Hornleistung verbessert und die Hornlebensdauer verlängert wird.
Die Hornleistung und -lebensdauer werden verbessert, indem das Ultraschallhorn über viele Schweißdurchführungen hinweg, wie z. B. in einer Fertigungsumgebung, frei von Übertragungsmaterial von den Werkstücken gehalten wird, die aneinandergeschweißt werden.
IV. Zweiter Prozess, Systemwerkzeugbestückung und Werkstücke – Fig. 9–Fig. 12
Die vorliegende Technologie wird nun unter Bezugnahme auf (eine) beispielhafte Systeme, Werkzeugbestückung und Werkstücke beschrieben. Es wird auf die Figuren verwiesen, um das Verständnis der Technologie zu erleichtern und nicht um ihren Schutzumfang einzuschränken.
Bezugnahmen auf Richtungen hierin wie z. B. obere/s/r, untere/s/r, oben, unten und seitlich sind bereitgestellt, um die Beschreibung der vorliegenden Technologie zu erleichtern, stellen aber keine Einschränkung des Schutzumfangs der Technologie dar. Eine Beschreibung, in der ein Horn als auf ein nahegelegenes Werkstück nach unten herabkommend beschrieben wird, ist zum Beispiel nicht darauf beschränkt, dass sich das Horn vertikal nach unten in dem Erd- oder Umgebungsrahmen bewegt. Das Horn kann sich in diesem Fall in dem Umgebungsrahmen z. B. von links nach rechts bewegen.
IV.A. Allgemeines Schweißsystem – Fig. 9
Wendet man sich nun den Figuren und im Spezielleren der neunten Figur zu, so zeigt 9 ein beispielhaftes Schweißsystem, das allgemein durch die Bezugsziffer 100 bezeichnet ist. Das System 100 wird verwendet, um zwei Werkstücke aneinanderzuschweißen: ein oberes oder nahegelegenes Werkstück 101 ¹ und ein unteres oder entferntes Werkstück 101 ².
Wie vorgesehen, können die Werkstücke 101, die aneinandergeschweißt werden, gleichartig oder ungleichartig sein. Was ungleichartige Werkstückmaterialien betrifft, kann ein Werkstück z. B. ein Kunststoff oder ein anderes Polymer sein, und das andere kann Stahl, Aluminium, eine Legierung oder ein anderes Metall etc. sein. Somit können die Lehren der vorliegenden Offenbarung verwendet werden, um z. B. ein Polymer (z. B. einen polymeren Verbundwerkstoff) an ein anderes Polymer zu fügen oder ein Polymer an ein Metall zu fügen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Material 101 Polyethylen. Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Material Polyethylen-Terephthalat (PET), Polyethylen hoher Dichte (HDPE, vom engl. high density polyethylene) und/oder Ethylen-Vinylalkohol (EVOH).
Gemäß einer Ausführungsform umfasst zumindest eines der Werkstücke 101, die gefügt werden, ein Polymer. Zumindest eines der Werkstücke 101 kann synthetische oder anorganische Moleküle umfassen. Während die Verwendung von sogenannten Biopolymeren (oder grünen Polymeren) zunimmt, sind Polymere auf Erdölbasis noch immer viel weiter verbreitet.
Das Material eines oder beider Werkstücke 101 kann auch rezykliertes Material wie z. B. ein Polybutylen-Terephthalat(PBT)-Polymer umfassen, das aus etwa fünfundachtzig Prozent Alt-Polyethylen-Terephthalat (PET) besteht.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst/en eines oder beide von den Werkstücken 101 eine Art von Kunststoff. Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Material einen Thermoplast.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst/en eines oder beide von den Werkstücken 101 einen Verbundwerkstoff. Gemäß einer Ausführungsform umfasst/en eines oder beide von den Werkstücken z. B. einen faserverstärkten Polymer(FRP)-Verbundwerkstoff wie z. B. ein kohlefaserverstärktes Polymer (CFRP) oder ein glasfaserverstärktes Polymer (GFRP). Der Verbundwerkstoff kann z. B. ein Faserglas-Verbundwerkstoff sein. Gemäß einer Ausführungsform ist der FRP-Verbundwerkstoff ein Hybrid-Kunststoff-Metall-Verbundwerkstoff.
Das Material 101 umfasst in einigen Anwendungen ein Polymer in Polyamid-Qualität, das allgemein als Polyamid bezeichnet werden kann.
Das Material eines oder beider von den Werkstücken 101 kann auch Polyvinylchlorid (PVC) umfassen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Material 101 Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS).
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Material 101 ein Polycarbonat (PC).
Das Material 101 eines oder beider von den Werkstücken kann auch eine Art von Harz umfassen. Beispielhafte Harze umfassen ein Faserglas-Polypropylen(PP)-Harz, ein PC/PBT-Harz und ein PC/ABS-Harz.
Die Werkstücke 101 können vor dem Schweißen vorbehandelt, z. B. erwärmt und formgepresst, werden.
Das System 100 umfasst eine Stütz- oder untere Struktur 102. Das System umfasst auch einen Schweißarm 104, der in einer/m Schweißenergie-Anwendungsspitze oder -horn 106 endet. Das Horn kann z. B. ein Ultraschallhorn umfassen, das ausgestaltet ist, um Energie in der Form von Hochfrequenz(HF)-Schwingungen auf die Werkstücke anzuwenden, um diese aneinanderzuschweißen.
Der Schweißarm 104 erstreckt sich von einer zweiten oder anwendungsseitigen Struktur oder Masse 108 weg.
Im Betrieb kann eine Anwendungsrichtungskraft 110 durch die und/oder an der Masse 108 angewendet werden. Die Kraft 110 drückt den Arm 104 und das Horn 106 in Richtung der Werkstücke 101, die aneinandergeschweißt werden. Eine gegenteilige Kraft 112 drückt die Stützstruktur 102 in Richtung der Werkstücke. Mit der Anwendungsrichtungskraft, welche aus einer ersten Anwendungsrichtung in Richtung der Werkstücke 101 drückt, und der Gegenkraft 112, welche aus einer entgegengesetzten Richtung in Richtung der Werkstücke 101 drückt, werden die Werkstücke 101 während des Schweißens unter einem gewünschten Druck gehalten.
IV.B Betriebsverfahren – Fig. 10–Fig. 12
Wendet man sich der achten Figur zu, so zeigt 8 anhand eines Flussdiagrammes 200 ein beispielhaftes Verfahren zum Fügen von zwei Werkstücken, unabhängig davon, ob ein nahegelegenes der Stücke eine flache Anwendungsoberfläche aufweist oder nicht, mithilfe eines mechanischen leitfähigen Zwischenstücks oder Verbinders. Das Ergebnis ist ein effektives und effizientes Schweißen und eine genauere und robustere Schweißnaht, die in einer kürzeren Gesamttaktzeit verglichen mit traditionellen Techniken gebildet wird.
Während hierin in erster Linie das Fügen von zwei Werkstücken beschrieben ist, ist die Anzahl als ein Beispiel angeführt, und es können mehr als zwei Stücke in Übereinstimmung mit den Lehren der vorliegenden Offenbarung gefügt werden.
Es sollte verständlich sein, dass die Schritte des Verfahrens 200 nicht unbedingt in einer speziellen Reihenfolge angeführt sind, und dass die Ausführung einiger oder aller Schritte in einer alternativen Reihenfolge möglich ist und in Erwägung gezogen wird. Die Schritte wurden zur einfachen Beschreibung und Illustration in der gezeigten Reihenfolge angeführt. Es können Schritte hinzugefügt, weggelassen und/oder gleichzeitig ausgeführt werden, ohne von dem Schutzumfang der beigefügten Ansprüche abzuweichen. Und es sollte auch verständlich sein, dass das illustrierte Verfahren 200 jederzeit beendet werden kann.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen werden einige oder alle Schritte dieses Prozesses und/oder im Wesentlichen gleichwertige Schritte durch eine Rechenvorrichtung wie z. B. einen Prozessor durchgeführt oder zumindest initiiert, der von einem Computer ausführbare Befehle ausführt, die in einem computerlesbaren Medium gespeichert oder umfasst sind. Und jeder beliebige oder mehrere Schritte des Prozesses können durch automatisierte Maschinen, wie z. B. Roboter, durchgeführt, initiiert oder anderweitig erleichtert werden.
Das durch das Flussdiagramm von 8 skizzierte Verfahren 200 wird nun unter zusätzlicher Bezugnahme auf die Werkzeuge und Komponenten der 9, 11 und 12 beschrieben. Die Eigenschaften der gezeigten Elemente wie z. B. Größe, Form und Anzahl sind angeführt, um die vorliegende Beschreibung zu erleichtern und nicht, um den Schutzumfang der vorliegenden Technologie einzuschränken.
Das Verfahren 200 beginnt 201, und der Fluss schreitet zu Block 202 weiter, wobei eine mechanische, leitfähige Komponente (z. B. das Element 306) in zumindest dem ersten der Werkstücke 101 ¹ vorgesehen wird.
Eine beispielhafte mechanische, leitfähige Komponente ist ein Niet wie z. B. ein Heftniet. Die mechanische, leitfähige Komponente kann auf beliebige geeignete Art und Weise in das nahegelegene Werkstück eingesetzt werden.
Gemäß einer Ausführungsform wird die Komponente innerhalb des ersten Werkstückes positioniert, bevor die Stücke 101 ¹, 101 ² benachbart zueinander positioniert werden. Diese Ausführungsform ist nachstehend weiter beschrieben.
Gemäß einer anderen Ausführungsform schreitet der Fluss des Verfahrens 200, sobald die Werkstücke benachbart zueinander positioniert sind, zu Schritt 204 weiter, wobei die mechanische, leitfähige Komponente in zumindest eines der Werkstücke (101 ¹) eingesetzt wird, um sich zu dem leitfähigen Fluid zu erstrecken. Gemäß einer Ausführungsform wird ein Stanzwerkzeug (z. B. das Element 304) verwendet, um den Verbinder in zumindest das erste der Werkstücke zu zwingen und sich zu dem leitfähigen Fluid zu erstrecken. Das Stanzwerkzeug kann auch die/das Schweißenergie-Anwendungseinrichtung oder Horn sein, umfassen oder ein Teil der/desselben sein.
Das Einstechen wird gemäß einer Ausführung durchgeführt, während durch ein Schweißwerkzeug Schweißenergie (z. B. HF-Ultraschallschwingungen) und Kraft auf die Komponente angewendet werden. Die Energie bewirkt, dass das erste Werkstück 101 ¹ benachbarte Spitzen der Komponente zum Schmelzen bringt, um das Einstechen zu erleichtern.
Wie vorgesehen, wird gemäß einer Ausführungsform der Verbinder innerhalb des ersten Werkstückes positioniert, bevor die Stücke 101 ¹, 101 ² benachbart zueinander positioniert werden. Der Schritt kann z. B. umfassen, dass der leitfähige, mechanische Verbinder vor oder während eines Formprozesses für das erste Werkstück in dem ersten Werkstück 101 ¹ positioniert wird. Die mechanische, leitfähige Komponente kann z. B. während eines Pressformens für das erste Werkstück 101 ¹ in das erste Werkstück 101 ¹ eingesetzt oder eingebettet werden.
Unabhängig davon, wie die mechanische, leitfähige Komponente in dem ersten Werkstück 101 ¹ bereitgestellt wird, kann die Komponente – zumindest untere Spitzen der Komponente 306 – weiter in das zweite Werkstück 101 ² eingestochen werden, wie in den 11 und 12 gezeigt ist. Gemäß einer Ausführungsform wird das Einstechen durchgeführt, während Schweißenergie (z. B. HF-Ultraschallschwingungen) und Kraft (z. B. Kompressionskraft) durch ein Schweißwerkzeug (z. B. das Element 304) auf die mechanische, leitfähige Komponente angewendet werden. Die Energie bewirkt, dass das zweite Werkstück 101 ² benachbarte Spitzen der Komponente zum Schmelzen bringt, um das Einstechen der verbindenden Komponente in das zweite Werkstück 101 ² zu erleichtern.
Für Ausführungsformen, in denen die Komponente in das/die Werkstücke gestanzt wird, umfasst das System eine Stanzvorrichtung, die einfach als eine Stanze bezeichnet werden kann, um die mechanische, leitfähige Komponente in das nahegelegene Werkstück zu drücken. Wie referenziert, fungiert gemäß einer Ausführungsform die Schweißanwendungseinrichtung – z. B. das Ultraschallhorn – als die Stanze, umfasst diese oder ist mit derselben verbunden. Gemäß einer Ausführungsform ist die Stanzvorrichtung von der Schweißanwendungseinrichtung getrennt oder zumindest nicht mit dieser gleich.
Mit weiterer Bezugnahme auf die Figuren zeigt 11 den Schritt 202 optisch. Die Figur zeigt nämlich Prozessmerkmale 300 mit der Werkstückanordnung 304, nachdem eine Stanze 304 (z. B. ein Horn) eine mechanische, leitfähige Komponente 306 (z. B. einen Niet) in das nahegelegene Werkstück 101 ¹ gedrückt hat.
Um die mechanische, leitfähige Komponente 306 in das Werkstück 101 ¹ zu stanzen, bewegt sich die Stanze 304 entlang eines Weges 308. Gemäß einer Ausführungsform steht der Weg 308 allgemein orthogonal zu einer Tangente 310 zu der Oberfläche des nahegelegenen Werkstückes 101 ¹ oder einer Linie 312, die eine Grenzfläche zwischen den Werkstücken 101 ¹, 101 ² definiert, die gefügt werden.
Die mechanische, leitfähige Komponente 306 wird durch Personal oder automatisierte maschinelle Einrichtungen wie z. B. einer Robotereinrichtung – z. B. einen vorprogrammierten Roboter – zum Nieten vorpositioniert. Die Komponente 306 wird allgemein positioniert, sodass sich Schenkel 314, 316 der Komponente 306 in das nahegelegene Werkstück 101 ¹ und zumindest zu einer Grenzfläche 318 zwischen den Werkstücken 101 ¹, 101 ² erstrecken.
Die mechanische, leitfähige Komponente 306 umfasst einen Anwendungsabschnitt oder Kopf 320. Der Kopf 320 weist eine allgemein flache Anwendungsoberfläche auf. Gemäß einigen Ausführungsformen umfasst das Positionieren der Komponente 306 zum Einstanzen, dass die Komponente positioniert wird, sodass die Oberfläche des Kopfes 320 allgemein orthogonal zu der Richtung des Weges 308 der Stanze 304 steht. Die Oberfläche des Kopfes 320 kann z. B. allgemein parallel zu einer der Tangente 310 zu der Oberfläche des nahegelegenen Werkstückes 101 ¹ und der Grenzflächenlinie 312 stehen.
Gemäß einer Ausführungsform wird bevorzugt, dass die mechanische, leitfähige Komponente 306 zumindest bis zu einer Zieltiefe eingesetzt wird, durch die die Schenkel 314, 316 der mechanischen, leitfähigen Komponente 306 die Grenzfläche 312 zwischen den Werkstücken 101 ¹, 101 ² erreichen. Gemäß einigen Ausführungen, wie in 11 gezeigt, wird bevorzugt, dass die mechanische, leitfähige Komponente 306 zumindest bis zu einer Zieltiefe eingesetzt wird, durch die sich die Schenkel 314, 316 der mechanischen, leitfähigen Komponente 306 an der Grenzfläche 312 vorbei und in das zweite, entfernte Werkstück 101 ² hinein erstreckten, wie in 11 gezeigt ist.
Wie in 11 gezeigt, ist es nicht notwendig, dass eine Anwendungsoberfläche 322 des nahegelegenen Werkstückes 101 ¹ flach ist. Einhergehend mit der zunehmenden Verwendung von Verbundwerkstoffen allgemein und Verbesserungen beim Bearbeiten derselben (Formgebung etc.) ist zu erwarten, dass viele neue Teiledesigns – z. B. Autodesigns – präsentiert werden, durch die Verbundwerkstoffteile ein Schweißen unter Verbundwerkstoff-Anwendungsoberflächen, die nicht flach, nicht eben und/oder nicht quadratisch sind, erfordern werden. Die vorliegende Technik ist auch wegen ihrer Fähigkeit vorteilhaft, solche Szenarien zu berücksichtigen.
Im Spezielleren ist es nicht notwendig, dass der Kopf 320 der mechanischen, leitfähigen Komponente 306 fluchtend mit der Oberfläche 322 des nahegelegenen Werkstückes 101 ¹ sitzt. Gleichermaßen ist es nicht notwendig, dass die Schenkel 314, 316 der mechanischen, leitfähigen Komponente 306 unter einem Winkel von neunzig Grad zu der Oberfläche 322 in das nahegelegene Werkstücke 101 ¹ eintreten.
Es ist auch nicht notwendig, dass die Werkstücke 101 ¹, 101 ² die gleichen Dicken aufweisen oder jedes eine allgemein gleichmäßige Dicke aufweist. Wie in 11 gezeigt, weisen die Werkstücke unterschiedliche Dicken auf und das nahegelegene Werkstück 101 ¹ weist eine variierende Dicke auf. Um jedes Szenario zu berücksichtigen, wird die mechanische, leitfähige Komponente 306 im Vorhinein ausgestaltet (oder aus einer Vielfalt von Komponenten 306 vorgewählt), positioniert und in die Anordnung 302 eingesetzt, sodass die Schenkel 314, 316 die Zieltiefe – z. B. zumindest bis zu der Grenzfläche 312 oder an der Grenzfläche 312 vorbei und in die zweiten, entfernten Werkstücke 101 ² – erreichen, wie in 11 gezeigt ist.
Die mechanische, leitfähige Komponente 306 kann eine beliebige geeignete Form und Größe aufweisen, um die hierin beschriebenen Funktionen zu erfüllen. Der Kopf 320 kann eine Kreis-, Ellipsen, quadratische oder andere rechteckige Form aufweisen. Gemäß einer Ausführungsform weist der Kopf 320 eine Form auf, die einer Form eines Abschnitts der Energieanwendungseinrichtung (z. B. einem Schallhorn) entspricht (z. B. mit diesem zusammenpasst). Die zusammenpassende Form kann helfen, sicherzustellen, dass die Anwendungseinrichtung nicht mit der Oberfläche 322 des nahegelegenen Werkstückes 101 ¹ in Kontakt gelangt.
Die Schenkel 314, 316 können ein beliebiges oder mehrere von verschiedenen Merkmalen aufweisen, die in den Figuren nicht im Detail gezeigt sind, um die hierin beschriebenen Funktionen zu erleichtern, die das Erleichtern des Einbettens der Komponente 306 in die Werkstücke 101 ¹, 101 ² umfassen. Die Schenkel können z. B. einen oder mehrere verjüngte Querschnitte aufweisen, können spitze Spitzen, eine Abschrägung etc. aufweisen.
Gemäß einer in Erwägung gezogenen Ausführungsform (nicht im Detail gezeigt) wird die mechanische, leitfähige Komponente 306 bis zu einer Zieltiefe in das Teil eingesetzt, durch die die Oberseite des Kopfes 320 nicht bis zu der Oberfläche 322 des nahegelegenen Werkstückes 101 ¹ reicht. In diesem Fall kann die Energieanwendungseinrichtung, wenn sie korrekt über der der mechanischen, leitfähigen Komponente 306 positioniert ist, abgesenkt werden, um mit der Komponente 306 in Kontakt zu gelangen, ohne Risiko, dass sie gleichzeitig mit der Oberfläche 322 in Kontakt gelangt.
Die Gestaltung des Kopfes 320 der mechanischen, leitfähigen Komponente 306 – z. B. die Größe und Form des Kopfes 320 – ist in diesem Fall somit weniger bedeutend. Die Nietkopfgestaltung kann aus anderen Gründen, unter anderem zum Erleichtern des einwandfreien Stanzens der Komponente 306 in die Anordnung 302, für die erwünschte Leitfähigkeit der Schweißenergie (z. B. HF-Schallschwingungen), für das Aussehen nach der Bearbeitung und zur Abschälhemmung nach der Bearbeitung, was nachstehend weiter beschrieben ist, dennoch von Bedeutung sein.
Gemäß einer Ausführungsform wird das Einstechen durchgeführt, während durch ein Schweißwerkzeug (z. B. das Werkzeug 304) Schweißenergie (z. B. HF-Ultraschallschwingungen) und Kraft auf das Zwischenstück (306) angewendet werden. Die Energie bewirkt, dass das erste Werkstück 101 ¹ benachbarte Spitzen (z. B. die unteren Spitzen 314, 316 in 11) des Zwischenstücks zum Schmelzen bringt, um das Einstechen zu erleichtern.
Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst der erste Schritt 202, dass das leitfähige, mechanische Zwischenstück vor oder während eines Formprozesses in dem ersten Werkstück 101 ¹ positioniert wird. Das Zwischenstück 306 kann z. B. während eines Pressformens in das Werkstück 101 ¹ eingesetzt oder eingebettet werden.
Mit fortgesetzter Bezugnahme auf das Verfahren 200 von 10 schreitet der Fluss, sobald die mechanische, leitfähige Komponente 306 positioniert wurde, zu Schritt 204 zum Schweißen weiter. Wenn die Stanze 304 die Schweißanwendungseinrichtung (z. B. das Schallhorn) ist, ist kein Nebenschritt zum Entfernen der Stanze und Beibringen der Anwendungseinrichtung notwendig. Andernfalls wird der Nebenschritt ausgeführt.
Die Schweißapparatur (Verweis 1) regt Hochfrequenz-Ultraschallschwingungen an, die zu der Energieanwendungseinrichtung (z. B. dem Horn) und so der mechanischen, leitfähige Komponente 306, die mit der Anwendungseinrichtung in Kontakt steht, weitergeleitet werden. Die mechanische, leitfähige Komponente 306 stellt einen Weg für die Schwingungen bereit und kanalisiert sie von der Anwendungseinrichtung über den Kopf 320 und entlang der Schenkel 314, 316 durch das Werkstück 101 ¹ hindurch zu dem Bereich der Grenzfläche 318 zwischen den Stücken 101 ¹, 101 ². Der Niet 306 verbessert den Kontakt zwischen dem Horn und den Werkstücken. Der Niet 306 ist ausgestaltet (z. B. Größe, Form, Material), um ein Medium bereitzustellen, welches die Schallschwingungen (d. h. Schweißenergie) viel besser auf die Grenzfläche 318 überträgt als es die Werkstücke allein tun könnten.
Die Schwingungen, die die Grenzfläche 306 erreichen, erzeugen Wärme durch intermolekulare Reibung der Materialien (z. B. Kohlefaser-Verbundwerkstoffe) der Werkstücke. Die Wärme bewirkt, dass die Werkstücke an der Grenzfläche schmelzen und anfänglich eine Schweißlinse erzeugen. Die Linse wächst, während mehr Schwingungen an dem Bereich aufgenommen werden und mehr Wärme an erzeugt wird. Wenn die Linse wächst, verschmilzt das allgemein geschmolzene Material, das bald abkühlen wird, die Werkstücke 101 ¹, 101 ² miteinander.
12 zeigt die Prozessmerkmale 300 von 11, wenn oder nachdem die Schweißlinse oder Schweißnaht 400 gebildet wird bzw. wurde.
Gemäß einer Ausführungsform, die in den Figuren nicht ausdrücklich gezeigt ist, ist der Prozess zweiseitig, wobei die mechanische, leitfähige Komponente oder das Zwischenstück oder der Verbinder dimensioniert, geformt und positioniert ist, um eine äußere Oberfläche (z. B. die obere Oberfläche in den Figuren) des ersten Werkstückes und eine entgegengesetzte äußere Oberfläche (z. B. die untere Oberfläche in den Figuren) des zweiten Werkstückes 101 ² zu erreichen. Gemäß dieser Ausführungsform umfasst ein Schweißsystem eine erste Elektrode zum Anwenden von Schweißenergie (z. B. elektrischem Strom) auf den Verbinder an der ersten Stelle an oder benachbart der äußeren Oberfläche der Werkstücke (z. B. des ersten Werkstückes 101 ¹ oder des zweiten Werkstückes 101 ²). Eine zweite Elektrode 101 ² wird benachbart des anderen der Werkstücke (z. B. des zweiten Werkstückes 101 ² oder des ersten Werkstückes 101 ¹) zum Aufnehmen des Stromes von der ersten Elektrode 101 ¹ positioniert.
Bei Schritt 206 wird die Bereitstellung der Schallschwingungen an die mechanische, leitfähige Komponente 306 beendet. Dies kann geschehen, indem das Ultraschallsystem aufhört, die Schwingungen anzuregen, oder die Bereitstellung der Schwingungen an die Anwendungseinrichtung (z. B. das Horn) anders beendet wird.
Bei Schritt 208 wird die Energieanwendungseinrichtung von der mechanischen, leitfähigen Komponente 306 zurückgezogen. Ein Rückzugsweg ist allgemein durch die Bezugsziffer 402 in 12 bezeichnet.
Wie vorgesehen, schafft die mechanische, leitfähige Komponente 306 in der Stufe 204 eine verbesserte Verbindung zwischen der Anwendungseinrichtung und den Werkstücken für verbesserte Schweißeigenschaften. In den Stufen 206 und 208 wirkt die mechanische, leitfähige Komponente 306 ferner als ein Kühlkörper, der Wärme von der abkühlenden Schweißnaht entzieht und ein rasches Erstarren oder Aushärten der neuen Fügestelle fördert.
Die Verbindung zwischen der Schweißanwendungseinrichtung und der mechanischen, leitfähigen Komponente (z. B. dem Horn und dem Niet) und die Kühlkörperfunktion der mechanischen, leitfähigen Komponente nach dem Schweißen lassen ein frühes und relativ schnelles Zurückziehen der Anwendungseinrichtung von benachbart der Werkstücke zu. Die resultierende Zykluszeit der vorliegenden Technologie beträgt gemäß einer Ausführungsform nur wenige Sekunden verglichen mit bisherigen Verfahren, die etwa 15 Sekunden oder mehr benötigen.
Wie vorgesehen, war bei herkömmlichen Techniken ein direkter Horn/Werkstück-Kontakt und somit eine relativ lange Wartezeit notwendig, um zuzulassen, dass die Werkstück-Horn-Grenzfläche hinreichend abkühlt, da ansonsten Werkstückmaterial auf dem Horn unerwünscht abgeschieden bleiben würde.
Zusätzlich zu den Zeitersparnis-Aspekten des frühen und schnellen Horn-Zurückholens, das auch eine direkte Horn/Werkstück-Verbindung überflüssig macht, stellt sie somit eine hohe Werkstückqualität – z. B. Kosmetik – sicher. Auch die Hornleistung und die Hornlebensdauer werden künftig dementsprechend dadurch verbessert, dass kein Werkstückmaterial mit dem Horn in Kontakt gelangt oder darauf zurückbleibt.
Das Verfahren 200 von 10 kann beendet oder wiederholt werden, wie durch das ovale Feld 209 angezeigt – z. B. in Verbindung mit einem anderen Schweißpunkt der Werkstückanordnung oder einem anderen Satz von Werkstücken.
V. Verschiedene Merkmale der ersten Aspekte der Technologie (Abschnitte I und IV oben)
Viele, aber nicht alle Vorteile der vorliegenden Technologie sind oben umrissen. Einige, aber nicht alle, sind in diesem Abschnitt beschrieben.
Die Vorteile umfassen eine/n reduzierte/n Zykluszeit und Energiebedarf. Es wird Zeit gespart, indem Ultraschallschwingungen von einer Anwendungseinrichtung – z. B. einem Ultraschallhorn – auf die Grenzfläche zwischen den Stücken mithilfe eines dünnen mechanischen Zwischenstücks oder Verbinders kanalisiert werden, um die Schweißnaht schnell, effizient und robust zu erzeugen.
Zeit wird auch dadurch gespart, dass ein schnelles Horn-Zurückholen zugelassen wird. Das Horn, welches das Werkstück zum Schweißen nicht direkt berührt, kann unmittelbar nach dem Schweißen zurückgeholt werden, ohne sich um jegliches Werkzeugoberflächenmaterial zu kümmern, das an dem sich zurückziehenden Horn hängen bleibt. Eine hohe Werkstückqualität – z. B. Kosmetik – wird aufrechterhalten und die Hornleistung und die Hornlebensdauer werden künftig dementsprechend verbessert.
Vorteilhafterweise kann eine Anwendungsoberfläche des nahegelegenen Werkstückes, in das der Verbinder eingestochen wird, gebogen, uneben oder nicht vollständig flach und quadratisch sein. Da die nachfolgende Anwendung von Ultraschallenergie (z. B. HF-Schwingungen) durch den Verbinder hindurch und in die Werkstücke hinein kanalisiert wird, ist es nicht notwendig, dass eine Energieanwendungseinrichtung – z. B. ein Horn – mit der Oberfläche in Kontakt tritt. Demzufolge ist es nicht notwendig, dass die Oberfläche zu der Anwendungseinrichtung flach und quadratisch ist, sofern der Verbinder bis zu einer Zieltiefe in die Werkstücke eingebettet ist.
Ein noch anderer Vorteil der vorliegenden Technik ist die oben beschriebene Abschälhemmfunktion. Im Spezielleren erfüllt der mechanische Verbinder (z. B. Niet) eine mechanische Befestigungsfunktion, einschließlich nachdem das Produkt (z. B. ein Auto) gefertigt und in Gebrauch ist. Während die Schweißnähte erzeugt werden, um im Laufe der Zeit robust und aufrecht zu sein, fungiert der mechanische Verbinder, wenn eine Schweißnahtschwächung aus irgendeinem Grund im Verlaufe der Lebensdauer des Produkts auftritt, als ein Unterstützungs- oder Reserveverbindungselement. Diese Funktion kann als Abschälschutz- oder Abschälhemmfunktion bezeichnet werden, da der Niet dazu beiträgt, die verbundenen Werkstücke verbunden zu halten.
VI. Schluss
Hierin sind verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung offenbart. Die offenbarten Ausführungsformen sind lediglich Beispiele, die in verschiedenen und alternativen Formen und Kombinationen davon ausgeführt sein können. Wie hierin verwendet, beziehen sich z. B. „exemplarisch“ und ähnliche Ausdrücke weitgehend auf Ausführungsformen, die als ein/e Veranschaulichung, Probeexemplar, Modell oder Muster dienen.
Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabgetreu und einige Elemente können übertrieben oder stark verkleinert sein, um z. B. Details spezieller Komponenten zu zeigen. In einigen Fällen wurden gut bekannte Komponenten, Systeme, Materialien oder Verfahren nicht im Detail beschrieben, um zu vermeiden, dass die vorliegende Offenbarung unklar wird. Aus diesem Grund sind hierin offenbarte spezifische strukturelle und funktionelle Details nicht als einschränkend, sondern rein als eine Basis für die Ansprüche und als eine repräsentative Basis zur Belehrung von Fachleuten zu betrachten.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen sind rein exemplarische Illustrationen von Anwendungen, welche für ein klares Verständnis der Prinzipien der Offenbarung dargelegt sind. Es können Abwandlungen, Modifikationen und Kombinationen an den oben beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden, ohne von dem Schutzumfang der Ansprüche abzuweichen. Alle derartigen Abwandlungen, Modifikationen und Kombinationen sind hierin von dem Schutzumfang dieser Offenbarung und den folgenden Ansprüchen umfasst.

Claims

Verfahren zum Aneinanderschweißen mehrerer Werkstücke mithilfe eines geschützten Schweißhorns, umfassend, dass: eine dünne Membran benachbart des Schweißhorns positioniert wird; das Schweißhorn benachbart eines nahegelegenen Werkstückes der mehreren Werkstücke positioniert wird; bei einem Schweißvorgang Schweißenergie über das Schweißhorn auf das nahegelegene Werkstück angewendet wird; und das Schweißhorn und die Werkstücke nach dem Schweißvorgang getrennt werden, ohne dass sich irgendein geschmolzenes Material der Werkstücke auf dem Horn abgeschieden hat; wobei: die Membran während des Schweißvorgangs an allen Punkten zwischen dem Schweißhorn und dem nahegelegenen Werkstück positioniert ist; und die Membran während des Schweißvorgangs das Horn von dem geschmolzenen Werkstückmaterial trennt, wodurch sichergestellt ist, dass kein geschmolzenes Werkstückmaterial das Horn berührt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Horn mit einer Ultraschallerzeugungsvorrichtung verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend, dass die Membran an dem Schweißhorn angebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei: die Schweißenergie Hochfrequenz(HF)-Schallschwingungen umfasst; und die Membran ausgestaltet ist, um die Schwingungen effektiv von dem Horn auf die Werkstücke zu übertragen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Membran einen Schmelzpunkt aufweist, der höher ist als der Schmelzpunkt des nahegelegenen Werkstückes.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Membran ausgestaltet ist, um bei mehreren Positionierungs- und Schweißvorgängen wiederverwendet zu werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Membran Metall umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei zumindest ein Vorgang des Prozesses von einer automatisierten maschinellen Einrichtung ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das erste Werkstück und das zweite Werkstück identisches Material aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das erste Werkstück und das zweite Werkstück ungleiches Material aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Positionieren der dünnen Membran benachbart des Schweißhorns umfasst, dass frisches Membranmaterial von einem Vorrat benachbart des Horns zugeführt wird, während zuvor verwendetes Membranmaterial von dem Schweißhorn wegbewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Positionieren der Membran mithilfe eines kassettenartigen Zuführsystems ausgeführt wird, wobei das Vorratsmaterial anfänglich auf einer in der Nähe befindlichen Spule gespeichert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das nahegelegene Werkstück eine Dicke zwischen etwa 0,5 mm und etwa 5 mm aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Membran eine Dicke zwischen etwa 0,01 mm und etwa 0,5 mm aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Trennen unmittelbar nach dem Schweißvorgang ausgeführt wird.
Schweißanordnung zum Aneinanderschweißen mehrerer Werkstücke, während ein geschütztes Schweißhorn geschützt wird, umfassend: das Schweißhorn; und eine dünne Membran; wobei: das Schweißhorn kundenspezifisch ausgestaltet ist, um an der dünnen Membran angebracht zu werden; die dünne Membran an dem Horn angebracht ist, sodass die Membran das Horn von den aneinanderzuschweißenden Werkstücken trennt, um dadurch das Horn von geschmolzenem Werkstückmaterial zu trennen.
Schweißanordnung nach Anspruch 16, wobei die Membran zumindest eine Eigenschaft aufweist, die aus der Gruppe gewählt ist, welche daraus besteht, dass: die Membran einen Schmelzpunkt aufweist, der höher ist als der Schmelzpunkt des nahegelegenen Werkstückes; die Membran ausgestaltet ist, um bei mehreren Positionierungs- und Schweißvorgängen wiederverwendet zu werden; und die Membran Metall umfasst.
Schweißanordnung nach Anspruch 16, ferner umfassend ein Membranzuführsystem, wobei das Positionieren der dünnen Membran benachbart des Schweißhorns umfasst, dass frisches Membranmaterial von einem Vorrat in dem Zuführsystem benachbart des Horns zugeführt wird, während zuvor verwendetes Membranmaterial von dem Schweißhorn wegbewegt wird.
Schweißanordnung nach Anspruch 16, wobei: das nahegelegene Werkstück eine Dicke zwischen etwa 0,5 mm und etwa 5 mm aufweist; und/oder die Membran eine Dicke zwischen etwa 0,01 mm und etwa 0,5 mm aufweist.
Verfahren zum Aneinanderschweißen mehrerer Werkstücke mithilfe eines geschützten Schweißhorns, umfassend, dass: eine dünne Membran benachbart des Schweißhorns positioniert wird; das Schweißhorn benachbart eines nahegelegenen Werkstückes der mehreren Werkstücke positioniert wird, wobei sich die Membran zwischen dem Horn und dem nahegelegenen Werkstück befindet; bei einem Schweißvorgang Schweißenergie über das Schweißhorn auf das nahegelegene Werkstück angewendet wird; und das Schweißhorn und die Werkstücke nach dem Schweißvorgang getrennt werden, ohne dass sich infolge der Funktion der Membran irgendein geschmolzenes Material der Werkstücke auf dem Horn abgeschieden hat.