DE1929528C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Verschweissen zweier aufeinanderliegender Werkstuecke aus thermoplastischem Werkstoff - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Verschweissen zweier aufeinanderliegender Werkstuecke aus thermoplastischem Werkstoff

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DE1929528C3 DE19691929528 DE1929528A DE1929528C3 DE 1929528 C3 DE1929528 C3 DE 1929528C3 DE 19691929528 DE19691929528 DE 19691929528 DE 1929528 A DE1929528 A DE 1929528A DE 1929528 C3 DE1929528 C3 DE 1929528C3
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vor- F i g. 4 eine Drjiu&icht auf die Schweißstelle nach «richtung zum Verschweißen zweier aufeinanderliegen- Entfernen der Soaotrpdc.
3er Werkstücke aus thennoplassscKsa Werkstoff In Fig. 1 ist em tKcbfrequemgenerator 10 gezeigt, mittels einer Ultraschallschwingungeu ausführendea der über ein KaBeIJS elektrische Energie sk-eni X Sonotrode. - 5 Ultraschallschwinger 14 zuführt Dir Schwinger 14 ist
, Das Verschweißen dünner, biegsamer oder halb- mit einer die mechanische Amplitude transformi&ieat starrer thermoplastischer Werkstücke durch Schall- - den Sonotrode 16 ausgerüstet die aus einem metal- % oder Ultraschallenergie ist bereits bekannt Dabei lischen Werkstoff, beispielsweise Aluminium oder j werden tiie zu Verschweißenden Werkstücke zwischen Titan gefertigt ist Der Generator 10, das Kabel 12 p einer als Amboß dienenden-Unterlage und der den ι* urrt der Schwinger 14 bilden eine im Handel erhältf Ultraschallschwinger tragenden Sonotrode zusam- liehe Vorrichtung (!»ispielsweiss Modell J-32 von'der •j mengepreßt und miteinander verschmolzea. Uni ein . Firma Branson Sonie Power Company). Der Schwin-S7 Zertrennen der äünnwasüigcn Werkstücke zu ver- ger 14 weist bei einer üblichen Ausführungsfonn eine - -meiden, ist neben der etwas vorstehendem Stiroplatte oder mehrere piezoelektrische Scheiben (nicht geder Sonotrode tin Aj «blag gebildet Es ist fernst be- 15 :zeigt) auf, die die von dem Generator 10 zugerührte r kannt daß Sonotroden mit einer Frequenz von etwa elektrische Energie in SchaHenergie umsetzen. Die ■ς, 20 kHz schwingen. Das Verschweißen von festen und Amplitude der mechanischen Schwingungen wird .=. dickwandigen thermoplastischen Werkstücken, die durch die Sonotrode 16 verstärkt die mechanisch mit sich auf einer ausgedehnten Fläche berühren, bereitet den piezoelektrischen Scheiben gekoppelt ist Es karm s- jedoch erhebliche Schwierigkeiten. Die dem sinen so auch ein magnetostriktiver Schwinger verwendet wer- ~~ Werkstück zugeführte Ultraschalleneroje breitet sich den. Beide Schwinger arbeiten bei Frequenzen in der über eine verhältnismäßig große Fläche aas und wird Größenordnung von 18 bis 25 kHz. Bekanntlich ist absorbiert so daß sie das Werkstück an der Beruh- jedoch die genaue Arbeitsfrequecz nicht kiitisch. Um rungsfläche mit dem anderen Werkstück nicht aus- die Lärmbelästigung auf emem erträglichen Niveau zu reichend erweichen kann. Um diese Schwierigkeiten *5 halten, ist es im allgemeinen erwünscht daß die Fre- - zu vermeiden, ist es auch bekannt, auf einem der quenz im UltraschpUbereich lieg* d.h. be! 16kHz Werkstücke Vorsprünge vorzrsehen, 'lie von der Be- und mehr. Die Länge der Sonotrode 16 ist so beraesrührungsfläche des einen Weri-stuc*3 abstehen und sen, daß sie als Halbwelilenresonator bei der Betriebsf einen Bereich mit verkleinertem Quevichaitt bilden, frequenz schwingt wobei die Stirnfläche 30 an emer : an dem die Schallenergie absorbiert wird, so daß die 3° Stelle mit maximaler Schwingungsamplitude angeord-
Energie in eine bevorzugte Richtung abgegeben wird. net ist und in Längsachse der Sonotrode schwingt T- Die Vorsprünge werden schnell erweicht der thermo- wie es durch den Pfeil angedeutet ist
: plastische Werkstoff beginnt zu fließen und erzeugt Unter der Sonotrode 16 ist ein erstes flaches ther-
.; beim Erstarren eine Verbindung. Diesis Vorsprung, moplast, ches Werkstück 20 angeordnet das auf ; durch die der eingestrahlten Energie eine bestimmte 35 einem zweiten thermoplastischen Werkstück 22 liegt,
Richf «ng gegeben wird, sind den Vorsprängen ahn- dessen Unterseite auf ein'MB Träger 24 auQiegt Die . lieh, die beim elektrischen Widerstandsschweißen ver- thermoplastischen Werkstücke sind gewöhnlich Bau-
' wendet werden. Soiche Vorspränge sind jedosh nicht teile aus AB5-Kunststo5_ (Acrylnitril-Butadien-
iinmer vorhanden und können in vielen Fällen auch Styrol), die sich längs einer fläche 26 berühren,
nicht vorgesehen werden. 4° F i g. 2 zeigt eine Ausführungaforra des Verfahrens
Der Erfindung liegt de halb die Aufgabe zugrunde, zum Verschweißen der beiden Werkstücke 20 und 22. thermoplastische Werkstücke mit beträchtlicher Bei dein Verfahren setzt man die schwingende Sono-Wandstärke zusammenzuschweißen sowie thermo- trade 16 as die Fläche 21 des Werkstücks 20 an und plastische Werkstücke miteinander zu verschweißen, iäßt sie in das Werkstück 20 so weit eindringen, daß die sich zut ausgedehnten Flächen berühren, eo daß 49 sie wenigstens die Fläche M erreicht Der vordere es unter diesen Bedingungen schwierig ist, die Ab- Abschnitt 31 der Sonotrode hat eine Stirnfläche 3ö sorption der Schallensrgie zu steuern und ia einer nut emem Durchmesser, der das Eindrücken in die «L-kf-— -. ι«.!» Werkstücke erleichtert Andere mit F.rfolg erprobte
g g p
Diese Aufgabe ist erfindungsgsmäß dadurch gelöst, Srirnnävue,. hsbcs dfe For™ ^!»es Konus oder eines
daß die Stirnfläche der schwingende.. Sonotrode durch 5» Kegelstumpfeä.
eines der Werkstücke bis in den Bereich der zu ver- Wird die Sonoti 16 in die Oberfläche ues Werkschweißenden Flächen eingedrückt wird. Stücks 20 eingedrückt so wird auf Grund der damit
Durch das erfindungngemäßft Verfahren können verbundenen Aufnahme von Schallenergie der
verhältnismäßig dicke thermoplastische Werkstücke thermoplastische Werkstoff, der mit dem vorderen
durch Schall- oder Uftraschailenergie miteinander 53 Abschnitt SI In Berührung kommt erweicht; ein Teil
verbunden werden; die Werkstücke werden zu diesem des Werkstoffes fliegt nach eben und wird von einer
Zweck einfach aufeinandergelegt. pii ewem bestimmtes Seäisäa zugeordneten Nut 32
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den der Sonotrode geformt usd iurüskgehalten. Wenn die
Unteransprüchen gekennzeichnet durch die Siinsilishs 3® gebildete Spitze der Sono-
Ein Ausführungsbeispiei der Erfindung wird 60 uode tiefer in des thermoplastischen Werkstoff eisinun an Hand der Zeichnung beschrieben. Es dringt und die Grenzfläche M erreicht, wird eine zuzeigt sätaSiche Reibung an der Grenzfläche 26 erzeugt, wo-
F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Vor- durch der thermoplastische Werkstoff 4M, 42 direkt
richtung zur Durchführung des Verfahrens, an der Grenzfiächß erweicht wird (F i g. 3).
Fig. 2 einen Schnitt durch eine Sonotrode und 65 Wenn die Übertragung der Sch;''energie aufhört,
die Werkstücke beim Verschweißen, wird der erweichte W rkstoif 4©, 41 schnell hart wo-
F i g. 3 eine Draufsicht auf den Schnitt entlang der durch 'lic beiden thermoplastischen Werkstücke 20
Linie 3-3 von Fig. 2, und 22 miteinander verschweißt werden, ähnlich wie
bei einer Punkischweißong oder bei einer Nietenbefestigung. Die dache RingSäche 34 unterstützt das Aufeinanderdrücken der beiden Werkstücke 20 und. 22 an der GraazSäche 26. uHsättslbar nachdem die Zufuhr von Ultraschallenetgie aafaört. Während dieser kurzen Zeitdauer kann der erweichte Werkstoff erstarren.
F i g. 4 zeigt den Ringwulst44, der durch das ia der flachen Nut 32 der Sonotrode IiS zurückgesaJiene und geformte Material gebildet wird. Ferner lsi ύί -r-zkloch 46 zu sehen, welches durch der» vp-rde— - Abschnitt 31 der Sonotrode 16 erzeug. ^kU.
Die Schweißstellen folgen beispielswe-:'«. *s Abständen von 3 cm gnfetnaqtfer. mn efr.© pj regende Anzahl solcher »Punktschweißungeac -. s^fadfen.
E"? ist. zu beachten, daß äs i-I-ige des vorderen Abschnitts 31 der Sonotrode 16 zwischen der Stirnfläche 30 und der RsngflES&s 34 gleich der gewünschten Eindringtiefe der Sonctrode eingestellt wiro. In dem gezeigten Ausführungsbäspiel ist diese Lauge geringfügig größer als die Dicke des Werkstücks 26, so daß die Stirnfläche noch in das Werkstück 22 eingedrückt wird.
Bei einer anderen Ausfuhnmgsfonn des Verfahrens hat es sich gezeigt, daß die Stirnfläche 30 nicht bis zur Grenzfläche 26 vordringen oder diese überschreiten muß. Auch wenn die Stirnfläche der Sonotrode in das Werkstück 20 nicht ganz bis zur Grenzfläche 26 eingedrückt wird, wird noch genügend Wärme durch die von der Stirnfläche abgegebene Schalienergie erzeugt, um den thermoplastischen Werkstoff an der Grenzfläche 26 zu schmelzen. Daraus ergibt sich, daß die Sonotrode unbedingt durch die Grenzfläche in das darunter liegende Werkstück eindringen muß. Wenn sie genügend Schallenergie abgibt, kann sie demnach in das eine Werkstück hineingedrückt werden, bis die Stirnfläche der Sonotrode in die Nähe der Grenzfläche kommt, an der die beiden theraopIaiEischös Werkstücke- gneiiiamfer angrenzen. Die Stirnfläche 30 kaan auch genau an der Grenzfläche zu liegen hommen.
Die Abmessungen der Sonotrode 16 werden so gewählt, daß die Ringfläche 34 einen entsprechenden Anschlag für die Sonotrode beim Eindringen in das Werkstück 20 oder in die Werkstücke 20 und 22 bildet.

Claims (6)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Verschweißen zweier aufeinanderliegender Werkstücke aus thermoplastischem Werkstoff mittels einer Ultrasehalischwingungen ausführenden Sonotrode, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche der schwingenden Sonotrode durch eines der Werk-
stücke bis in den Bereich der zu verschweißenden Flächen eingedrückt wird.
2. Verfahren nach Anspruch J dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche der Sonotrode bis auf die zu verschweißende Oberfläche des an-
ao deren Werkstücks eingedrückt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonotrode noch !eicht in die Oberfläche des anderen Werkstücks eingedrückt wird.
»5
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3» daduKu
gekennzeichnet, daß bein» Erreichen der Endlage der Sonotrode die Schwingbewsgung abgeschaltet und die Sonotrode kurzzeitig in dieser Lage gehalten wird.
5. Vorrichtung zur Durchführuag des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer longitudinal schwingenden, langgestreckten Sonotrode, die mit mindestens 16 kHz schwingt und deren Eindringtisfe durch einen Anschlag begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag von einer die Sonotrodenspiize konzentrisch umgebenden Ringfläche (34) gebildet ist
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine flache Nut (32) in der Ringfläche (14) um die Sono*rod«ispitze angeordnet ist
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
DE19691929528 1968-07-03 1969-06-11 Verfahren und Vorrichtung zum Verschweissen zweier aufeinanderliegender Werkstuecke aus thermoplastischem Werkstoff Expired DE1929528C3 (de)

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DE1929528B2 DE1929528B2 (de) 1970-07-16
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