DE19540119C2 - Warmschweißvorrichtung - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Warmschweißvorrichtung zum Warmschweißen
einer Komponente und eines Werkstückes, die insbesondere aus Thermoplastik oder
anderen warmschweißbaren Materialien bestehen.
Verschiedene Warmschweißvorrichtungen sind bekannt zum Zusammenschweißen ver
schweißbarer Komponenten und Werkstücke. Eine bekannte Warmschweißvorrichtung
beinhaltet eine Heizplatte, die durch Kontakt einen Teil der Komponente und/oder des
Werkstückes in einen klebrigen Zustand schmilzt, in diesem Zustand werden die Kom
ponente und das Werkstück in physischen Kontakt miteinander gebracht und dann ge
kühlt, wobei sie zusammengefügt werden, um ein fertiges Produkt zu bilden.
Häufig werden derartige Warmschweißvorrichtungen bei der Produktion von thermo
plastischen Autoteilen, Verbindungskomponenten, wie z. B. Einfüllstutzen, Klammern,
Ventilanschlüsse, geblasenen Stiftsteckern und dergleichen, über Brennstofftanks,
Frostschutz- und Windschutzscheiben-Waschflüssigkeitsbehälter und andere Werkstüc
ke verwendet.
Konventionelle Warmschweißvorrichtungen beinhalten eine vertikal bewegbare Träger-
oder Halteeinrichtung und eine Heizeinheit. Die Halteeinrichtung hält die anzubringende
Komponente in einer festen Orientierung, in der sie in Kontakt mit einer oberen Oberflä
che eines Werkstückes gebracht wird. Die Heizeinheit erhitzt und schmilzt teilweise eine
oder beide der Kontaktoberflächen, nämlich den Teil der Komponente, der in engen
Kontakt mit dem Werkstück gebracht werden soll, und einem Abschnitt der oberen
Oberfläche des Werkstückes, an dem die Komponente anzubringen ist. Im Gebrauch
wird die Heizeinheit aktiviert, um die jeweiligen Abschnitte der Komponente und des
Werkstückes zu schmelzen. Nachdem das Schmelzen der Komponente und des Werk
stückes beendet ist, wird die Halteeinrichtung bewegt, wobei die Komponente, die an
der Halteeinrichtung gehalten wird, abgesenkt wird entlang einer vertikalen Achse
fluchtend mit dem geschmolzenen Abschnitt des Werkstückes, bis die geschmolzene
Kontaktoberfläche der Komponente in engen, dichtenden Kontakt mit dem geschmolze
nen Abschnitt des Werkstückes gebracht ist.
In einer bekannten Warmschweißvorrichtung ist die Heizeinheit beweglich sowohl in
vertikaler Richtung entlang einer Achse in Kontaktrichtung zum Werkstück, als auch in
einer horizontalen Richtung. Die Heizeinheit ist mit fluchtenden oberen und unteren
Schmelzoberflächen versehen, wobei die obere Oberfläche zum Berühren und Schmel
zen der Kontaktoberfläche der Komponente vorgesehen ist und die untere Oberfläche
zum Berühren und Schmelzen des Abschnittes des Werkstückes vorgesehen ist. Beim
Betrieb sind die Halteeinrichtung mit der daran gekoppelten Komponente, die Heizein
heit und der Abschnitt des Werkstückes, an dem die Komponente anzubringen ist, axial
fluchtend ausgerichtet. Die Halteeinrichtung wird abgesenkt, um die Komponente gegen
die obere Schmelzoberfläche der Heizeinheit zu bewegen, wobei die Kontaktoberfläche
der Komponente geschmolzen wird. Die nach unten drückende Kraft der Komponente
auf die obere Schmelzoberfläche belastet im Gegenzug die Heizeinheit nach unten, wo
bei die untere Schmelzoberfläche zum Kontaktieren und Schmelzen des Werkstückes
bewegt wird. Wenn einmal die Komponente und das Werkstück genügend geschmolzen
sind, werden die Halteeinrichtung und die Heizeinheit teilweise angehoben, und die Hei
zeinheit dann horizontal in eine Stellung bewegt, in der sie von der Halteeinrichung frei
ist. Die Halteeinrichtung wird dann wiederum abgesenkt, um die immer noch geschmol
zene Kontaktoberfläche der Komponente in den geschmolzenen Abschnitt des Werk
stückes zu drücken, wobei die Komponente mit diesem verschweißt wird.
Eine Schwierigkeit mit konventionellen Warmschweißvorrichtungen, ist die Anforderung,
daß sowohl die Schmelzoberfläche des Werkstückes, als auch die Komponententrage-
oder -halteeinrichtung sich entlang einer Achse bewegen, die 90° zur Oberfläche des
Werkstückes angeordnet ist. Dies erfordert ein präzises und zeitaufwendiges Kalibrieren
der Schweißvorrichtung, um sicherzustellen, daß die Oberfläche eines jedes Werkstüc
kes sich sicher in einer exakten 90°-Orientierung befindet. Mit konventionellen Warm
schweißvorrichtungen ist es daher nicht möglich, auf einfache Weise Produktionsstra
ßen zu ändern, um einen anderen Artikel zu fertigen; eine Schwierigkeit, die insbeson
dere dort auftritt, wo eine Anzahl von verschiedenen Komponenten an einer Anzahl ver
schiedener Orte an jedem einzelnen Werkstück anzubringen sind.
Eine weitere Hauptschwierigkeit mit konventionellen Warmschweißvorrichtungen ist die,
daß sie hauptsächlich verwendet werden, um Komponenten an Werkstücken anzubrin
gen, die unebene oder uneinheitliche Oberflächen aufweisen, insbesondere im Falle des
Blasformens thermoplastischer Werkstücke. Blasgeformte Werkstücke werden häufig
ohne einheitliche Wanddicke und Form geformt, aufgrund eines ungleichen Schrump
fens, wenn der thermoplastische Werkstoff abkühlt. Daher fällt die Oberfläche des indi
viduellen Werkstückes in seiner Orientierung verschiedenartig aus, und nach dem an
fänglichen Kalibrieren der Schweißvorrichtung ist es unwahrscheinlich, daß sie präzise
90° zur Bewegungsachse jeder Werkstückheizeinheit und der Komponententrage- oder
haltevorrichtung angeordnet ist. Somit wird, wenn die Heizeinheit in Eingriff mit dem
Werkstück gerät, ein unebener Kontakt entstehen, mit dem Ergebnis, daß ein Abschnitt
des Werkstückes unvollständig oder sogar im gesamten nicht geschmolzen ist. Wenn
die geschmolzene Komponente gegen das Werkstück bewegt wird, entsteht erneut ein
unebener Kontakt zwischen der Kontaktoberfläche der Komponente und dem ungleich
mäßig geschmolzenen Abschnitt des Werkstückes, mit dem Ergebnis, daß eine unvoll
ständige Schweißung entstehen kann, die später zu einen vorzeitigen Versagen des
produzierten Artikels führen kann.
Ein weiterer Nachteil der konventionellen Warmschweißvorrichtung ist der, daß, ausge
nommen in deutlichen Fällen, wo eine unvollständige Verschweißung visuell sichtbar
wird, es keinen Weg für den Bediener gibt, um festzustellen, ob ein ungleichmäßiges
Schweißen aufgetreten ist, und wenn dies passiert ist, ob die Verschweißung außerhalb
akzeptabler Toleranzen liegt, wodurch sie wahrscheinlich zu einem Versagen führt.
Beachtung wurde einer Vorrichtung geschenkt, bei der die Heizeinheit für das Werk
stück, die das Werkstück schmilzt und mit ihm in Kontakt tritt, in paralleler Richtung zur
zu schmelzenden Werkstückoberfläche beweglich ist. Der Erfinder hat jedoch als
Schwierigkeit mit solch einer Anordnung festgestellt, daß, obwohl das Werkstück
gleichmäßig geschmolzen werden kann, die Komponente fest innerhalb der Halteeinrich
tung angeordnet bleibt. Das Ergebnis kann daher sein, daß ein noch stärker ungleiches
Aufeinandertreffen auftreten kann, als Ergebnis der festgehaltenen Komponente, die mit
einer winkelig geschmolzenen Oberfläche in Berührung gelangt.
Aus der Druckschrift DE 38 13 187 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ultra
schallschweißen von geschichtetem Material mit kontinuierlichem Transport des Materi
als während der Schweißung bekannt. Diese Ultraschallschweißvorrichtung weist eine
Sonotrode und eine dieser gegenüberliegend angeordnete Amboßrolle auf. Die zu ver
schweißenden Schichten werden durch Zufuhrrollen transportiert und im Bereich der
Sonothrode und der Amboßrolle durch Führungseinrichtungen geführt. Die Amboßrolle
ist drehbar gelagert und weist an ihrem Umfang eine Mehrzahl von Vorsprüngen auf, die
breiter als die Sonothrode sind, um die Materialschichten im Bereich der Sonothrode
aufeinander zu pressen, um den für das Ultraschallschweißen notwendige Anpreßdruck
zu erzeugen. Durch die Drehung der Amboßrolle und den Transport des zu verschwei
ßenden Materials wird der Schweißkontakt durch Aufhebung bzw. Minderung des An
preßdrucks periodisch pulsierend unterbrochen.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Warmschweißvorrichtung der ein
gangs genannten Art anzugeben, die in einfacher Weise die Qualität der Schweißver
bindungen verbessert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Warmschweißvorrichtung zum Warm
schweißen einer Komponente und eines Werkstücks gemäß des unabhängigen An
spruchs 1 gelöst.
Bevorzugte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen
dargelegt.
Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, eine Orientierung der Komponente, die
an der Halteeinrichtung freigebbar gehalten ist, zu erreichen, die im wesentlichen fluch
tend mit der Oberfläche eines blasgeformten thermoplastischen Werkstückes ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Warmschweißvorrichtung ist es auf
vorteilhafte Weise möglich, die winkelige Orientierung der Komponente, während sie an
dem Werkstück angebracht wird, zu speichern.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist es auf vorteilhafte Weise mög
lich, eine Warmschweißvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die mit einer modularen
Heizeinheit und einer Komponententrageeinheit versehen ist, die sowohl das anfängli
che Einstellen als auch das Anpassen an die Verwendung bei der Herstellung verschie
dener Artikel vereinfacht.
In bevorzugter Weise dient die Warmschweißvorrichtung zum Warmschweißen von
Komponenten und Werkstücken, die aus thermoplastischen Materialien, wie z. B. Nylon,
ABS, PVC, Polypropylen, Polyethylen und dergleichen bestehen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung mit einer Halteeinrich
tung versehen, die freigebbar die Komponente hält und trägt, die an einem Werkstück
anzubringen ist, und mit einer Heizeinheit versehen zum Schmelzen zumindest eines
Abschnittes des Werkstückes, auf dem die Komponente anzubringen ist, oder der Ober
fläche der Komponente, die abdichtend in Kontakt mit dem Werkstück treten soll. Die
Halteeinrichtung ist Teil einer Trägeranordnung, die verwendet wird, um die Komponen
te auf dem Werkstück anzubringen, und kann in Form von zwei oder mehreren pneuma
tisch betriebenen Teleskoparmen oder Stiften gegeben sein, die die Komponente ergrei
fen, und eine Vakuumsaugeinheit oder jeder anderen verwendbaren Greifvorrichtung
aufweisen, um die Komponente zu ergreifen und loszulassen, abhängig von ihrer Form
und Funktion. Die Trägeranordnung ist beweglich, um eine darin gehaltene Komponente
in Kontakt mit dem zugehörigen Abschnitt des Werkstückes zu bringen und mit diesem
zu verbinden. Die Trägeranordnung ist schwenkbar beweglich, so daß die Komponente,
die darin gehalten ist, in eine Orientierung gebracht werden kann, die fluchtend mit der
Oberfläche des zugehörigen Abschnittes des Werkstückes ist, wodurch eine gleichmä
ßige Verschweißung mit diesem sichergestellt wird. Bevorzugterweise ist die Trägeran
ordnung so ausgebildet, daß die darin gehaltene Komponente frei schwenkbar ist in jeg
liche Richtung um einen Punkt, der so nahe zur Werkstückoberfläche wie möglich ange
ordnet ist.
In vorteilhafter Weise bewirkt der anfängliche Kontakt der Komponente mit dem Werk
stück von selbst eine erneute Orientierung der Komponente, so daß die Kontaktoberflä
che der Komponente in eine Orientierung bewegt wird, die im wesentlichen parallel zur
und anliegend an den zugehörigen Abschnitt des Werkstückes ist, wodurch die Wahr
scheinlichkeit einer unvollständigen Schweißung dazwischen minimiert wird.
Um ein gleichmäßiges Schmelzen eines Werkstückes sicherzustellen, das eine unebene
oder nicht fluchtende Oberfläche aufweist, kann die Heizeinheit mit einer hin- und her
bewegbaren Heizplatte für das Werkstück versehen sein, die in Kontakt mit dem Werk
stück gelangt und den Abschnitt des Werkstückes schmilzt, und die darüber hinaus
schwenkbar ist. Vorzugsweise hat die Heizplatte für das Werkstück eine Größe und
Form, die das Gegenstück zur Kontaktoberfläche der Komponente ist, und die ebenso
frei schwenkbar in jede Richtung ist.
Bei Gebrauch, durch den anfänglichen Kontakt der Heizplatte gegen die falsch ausge
richtete Werkstückoberfläche, schwenkt die Heizplatte derart, um sich selbst erneut
auszurichten in eine Stellung, die im wesentlichen mit der Werkstückoberfläche fluch
tend ist, wodurch ein gleichmäßiger Kontakt und ein Schmelzen des Werkstückes si
chergestellt wird. Die komplementäre Größe und Form der Heizplatte bildet einen zuge
hörigen geschmolzenen Abschnitt des Werkstückes, an dem die Komponente ange
bracht wird. Wenn einmal ein Abschnitt des Werkstückes in einen genügend klebrigen
Zustand geschmolzen wurde, so daß die Komponente mit diesem zusammengefügt
werden kann, wird die Heizplatte für das Werkstück vom Werkstück abgehoben, und
wird die Heizeinheit in eine Stellung bewegt, wo sie das Anbringen der Komponente
durch die Trägeranordnung nicht behindert. Die Komponente wird dann durch die Hal
teeinrichtung bewegt, so daß die Kontaktoberfläche der Komponente mit dem immer
noch klebrig geschmolzenen Abschnitt des Werkstückes in Kontakt gelangt. Die Trä
geranordnung kann darüber hinaus angepaßt sein, um die Komponente in engem Kon
takt mit dem geschmolzenen Abschnitt des Werkstückes für einen gegebenen Zeitab
schnitt und/oder unter einem gegebenen Druck zu halten, der benötigt wird, um die
Komponente vollständig mit dem Werkstück zusammenzufügen.
Vorzugsweise wird eine kardanische Aufhängung, die im vorderen Ende eines bewegli
chen Armes oder einer Armanordnung angebracht ist, verwendet, um die Trägeranord
nung schwenkbar anzubringen. Der bewegliche Arm ist in Längsrichtung entlang einer
Achse hin- und herbewegbar zwischen einer Vorwärtsstellung, in der eine Komponente,
die in der Trägeranordnung gehalten wird, das Werkstück berührt, und einer zurückge
zogenen Stellung, in der der Arm zurückgezogen ist und die Komponente vom Werk
stück beabstandet ist. Die kardanische Aufhängung ist durch konzentrische innere und
äußere Ringe gekennzeichnet, die jeweils um eine zentrale Achse gelagert und an den
Enden von kardanischen Stützarmen gesichert sind. Die Trägeranordnung ist am inne
ren Ring angebracht, wobei der innere Ring zum äußeren Ring durch ein erstes Paar
von einander gegenüberliegenden Stiften gesichert ist, die es dem inneren Ring erlau
ben innerhalb des äußeren Ringes um die Stifte zu schwenken. Der äußere Ring ist zwi
schen dem Paar von kardanischen Stützarmen durch ein zweites einander gegenüber
liegendes Paar von Stiften gesichert, die um 90° zu jedem der ersten Stifte versetzt an
geordnet sind. Die zweiten Stifte sichern den äußeren Ring und erlauben seine Drehung
um die Stifte zwischen den Stützarmen.
In einer bevorzugten Ausführungsform erstrecken sich die kardanischen Stützarme
parallel zur Achse des Armes, wobei die inneren und äußeren Ringe an den Stützarmen
an ihren am weitesten vornliegenden Enden angebracht sind. Die Verwendung der kar
danischen Anordnung erlaubt es in vorteilhafter Weise den Komponenten, die durch die
Trägeranordnung getragen werden, in jede Richtung um einen Punkt auf der Achse des
Armes so nahe wie möglich zur Oberfläche des Werkstückes zu schwenken.
Die Vorrichtung kann ebenso mit einer zweiten Heizplatte für die Komponente versehen
sein, die eine Anordnung aufweist, die entgegengesetzt zur Kontaktoberfläche der Kom
ponente ist, und die vorgesehen ist, um die Kontaktoberfläche der Komponente in einen
klebrigen Zustand zu schmelzen, und ein verbessertes Zusammenfügen mit dem ent
sprechend geschmolzenen Abschnitt des Werkstückes zu erreichen. Die Heizplatte für
die Komponente kann als eine separate feste Heizplatte vorgesehen sein oder alternativ
als Teil der beweglichen Heizeinheit.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsformen in Verbin
dung mit den beigefügten Zeichnungen näher erläutert und beschrieben. In den Zeich
nungen zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Vorderansicht einer Vorrichtung gemäß einer bevor
zugten Ausführungsform in einer ersten indexierten Stellung;
Fig. 2 eine perspektivische Vorderansicht der Vorrichtung aus Fig. 1 in einer
zweiten indexierten Stellung;
Fig. 3 eine perspektivische Vorderansicht der Vorrichtung aus Fig. 1 in einer drit
ten indexierten Stellung;
Fig. 4 eine geschnittene Seitenansicht der Trageeinheit, die in der Vorrichtung aus
Fig. 1 verwendet wird, wobei eine darin gehaltene Komponente dargestellt
wird;
Fig. 5 eine geschnittene Vorderansicht der Trageeinheit aus Fig. 4;
Fig. 6 eine schematische Unteransicht der Trageeinheit aus Fig. 4;
Fig. 7 eine schematische Vorderansicht der Werkstückheizanordnung zur Ver
wendung in der Vorrichtung aus Fig. 1;
Fig. 8 eine teilweise Schnittansicht der Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausfüh
rungsform.
Bezug nehmend auf die Zeichnungen ist in Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer
Warmschweißvorrichtung 10 dargestellt, die verwendet wird, um eine Komponente 12
auf einem Werkstück 14 anzubringen. Die Schweißvorrichtung 10 umfaßt ein Heizmodul
16 und ein Komponententragemodul 18, von denen jedes derart angebracht ist, um
gleitend zwischen verschiedenen Arbeitsstationen entlang einer längserstreckenden
Gleitschiene 20 zu sein, die innerhalb eines Rahmens 22 angebracht ist.
Wie später im Detail beschrieben wird, sind das Heizmodul 16 und das Tragemodul 18
in ihrer Bewegung entlang der Gleitschiene 20 indexiert zwischen einer Zuführ-
Arbeitsstation, wo eine Komponente 12 zugeführt wird und anfänglich durch das Trä
germodul 18 gehalten wird; einer Schmelz-Arbeitsstation, wo Teile der Komponente 12
und des Werkstückes 14 erhitzt und geschmolzen werden in einen klebrigen Zustand;
und einer Anbringungs-Arbeitsstation, wo die Komponente 12 angebracht und mit dem
geschmolzenen Abschnitt des Werkstückes 14 zusammengefügt wird.
Das Komponententrägermodul 18 wird verwendet, um die Komponente zu halten, zu
bewegen und auf dem Werkstück 14 anzubringen, und umfaßt eine Träger- oder Tra
geeinheit (Trägereinrichtung) 24, eine bewegliche Armanordnung (Halteeinrichtung) 26
und eine Trägerarmantriebseinheit 28. Die Trägereinheit 24 ist in der axialen Mitte des
am weitesten vorngelegenen Endes der beweglichen Armanordnung 26 angeordnet und
ist derart ausgeführt, um eine Komponente 12 zu greifen und freigebbar zu halten. In der
gezeigten Ausführungsform besteht die bewegliche Armanordnung 26 aus zwei paralle
len voneinander beabstandeten rohrförmigen Stützarmen 26a, 26b, die an jedem Ende
durch sich rechtwinklig erstreckende Kreuzklammern 27a, 27b verbunden sind. Die
Stützarme 26a, 26b erstrecken sich durch sie hindurch und werden durch die Arman
triebseinheit 28 angetrieben. Die Armantriebseinheit 28 ist auf der Gleitschiene 20 an
gebracht und beinhaltet einen pneumatischen Betätiger, um die Arme 26a, 26b sowohl
auszufahren als auch einzuziehen, wobei die Trägereinheit 24 nach vorne oder zurück
entlang einer zentralen Längsachse A1 der Armanordnung 26 bewegt wird, parallel zur
Richtung der Längserstreckung der Arme 26a, 26b. Ein Indexierantriebsmechanismus
30 ist in der Antriebseinheit 28 beinhaltet, der das gesamte Trägermodul 18 entlang der
Gleitschiene 20 zwischen indexierten Stellungen bewegt.
Die Fig. 4 bis 6 zeigen am besten die Trägereinheit 24, wie sie sowohl zum Greifen als
auch zum Festhalten jeder Komponente 12 angepaßt ist, während sie eine schwenkbare
Bewegung der gehaltenen Komponente um die Achse A1 erlaubt. Die Trägereinheit 24
beinhaltet zwei pneumatisch angetriebene Greifarme 34a, 34b, die radial bewegbar sind
von der Achse A1 von einer zusammengeführten Anordnung in eine beabstandete An
ordnung, in der die Arme 34a, 34b radial von der Achse A1 wegbewegt sind, um die
Komponente 12 an die Trägereinheit 24 zu koppeln. Die Greifarme 34a, 34b sind jeweils
mit einem hakenförmigen Ende versehen, das so bemessen ist, um ein Einsetzen in
oder Zurückziehen aus einer zylindrischen Öffnung in der Mitte der Komponente 12 zu
erlauben, allerdings nur, wenn die Arme 34a, 34b sich in der zusammengeführten Stel
lung befinden, und die, wenn die Komponente 12 mit der Trageeinheit 24 gekoppelt ist,
das Schmelzen oder Anbringen der Kontaktoberfläche 13 nicht blockieren oder ander
weitig stören. Die Arme 34a, 34b sind beweglich, um die Komponente 12 durch Aktivie
ren oder Deaktivieren eines pneumatisch betriebenen Greifers 36 zu koppeln oder ent
koppeln.
Die Trägereinheit 24 ist innerhalb einer kardanischen Aufhängung 40 aufgenommen, die
an einer am weitesten vornliegenden Oberfläche der Kreuzklammern 27a angebracht
ist. Die kardanische Aufhängung 40 besteht aus einem kreisförmigen inneren Ring 44,
der konzentrisch innerhalb eines kreisförmigen äußeren Ringes 48 angeordnet ist, und
zwei voneinander beabstandeten Stützarmen 54a, 54b, die sich von der vornliegenden
Kreuzklammer 27a parallel zu Stützarmen 26a, 26b erstrecken. Die Stützarme 54a, 54b
sind abnehmbar mit den Kreuzklammern 27a verbunden, um eine modulare Befestigung
von anderen Komponenten an den Enden der Armanordnung 26 zu ermöglichen. Jeder
der Ringe 44, 48 ist axial mittig zur Armanordnungslängsachse (zentrale Längsachse)
A1 angeordnet, wobei der innere Ring 44 innerhalb des und konzentrisch zum äußeren
Ring 48 durch ein erstes Paar von fluchtenden Stiften 50 gehalten wird, die sich vom
äußeren Ring 48 in einander gegenüberliegend angeordnete fluchtende Bohrungen 51
erstrecken, die in den inneren Ring 44 eingeformt sind. Die Stifte 50 dienen dazu, den
inneren Ring 44 zu halten, während sie seine Rotation um die Stifte innerhalb des äuße
ren Ringes 48 erlauben. Der äußere Ring 48 ist drehbar zwischen den Stützarmen 54a,
54b durch ein zweites Paar von fluchtenden Stiften 52 gehalten, die sich vom vordersten
Ende der Arme 54a, 54b in einander gegenüberliegende fluchtende Bohrungen 53 er
strecken, die in die Arme 54a, 54b eingeformt sind, so daß das zweite Paar von Stiften
52 gegenüber den ersten Stiften 50 um 90° versetzt ist. Das zweite Paar von Stiften 50
dient dabei zum Halten des äußeren Ringes 48, während es seine Drehung um die Stifte
zwischen den Armen 54a, 54b erlaubt. Ein Klammerbauteil 55 erstreckt sich rechtwinklig
vom Stützarm 54a zum Arm 54b zwischen der Trägereinheit 24 und der Kreuzklammer
27a, um eine zusätzliche Stützung für die kardanische Aufhängung 40 bereitzustellen.
Die Trägereinheit 24 ist am inneren Ring 44 angebracht, so daß die Drehung der Ringe
44, 48 um die Stifte 50, 52 eine Komponente 12, die durch die Trägereinheit 24 gehalten
ist, schwenkbar bewegt, um einen Punkt an der axialen Mitte der Ringe 44, 48. Die Trä
gereinheit 24 ist an dem kreisförmigen inneren Ring 44 durch Bolzen 46 befestigt, so
daß Greiferarme 34a, 34b sich durch die offene Mitte des Ringes 44 um eine genügende
Entfernung erstrecken, um ein ungehindertes Kuppeln der Komponente 12 zu erlauben.
Die Verwendung der Bolzen 46 erlaubt vorteilhafterweise das modulare Austauschen
und Ersetzen der gesamten Trägereinheit 24, wenn die Schweißvorrichtung 10 verwen
det wird, um eine andere Komponente zu befestigen, die eine andere Trägereinheit 24
erfordert.
Eine Zugfeder 56, die sich entlang und fluchtend mit der Längsachse A1 erstreckt, ist
vorgesehen, um die Ringe 44, 48 dabei zu unterstützen, in einer Ebene normal zur Ach
se A1 angeordnet zu sein. Die Feder 56 ist an jedem zugehörigen Ende an einer am
weitesten hintenliegenden Oberfläche 58 der Trägereinheit 24 und an einem axial mitti
gen Punkt des Klammerbauteiles 55 befestigt. In der Abwesenheit von Belastungskräf
ten bewirkt die Spannung der Feder 56, daß die Trägereinheit 24 in eine normal axial
fluchtende Stellung vorbelastet wird, wobei die Ringe 44, 48 in einer koplanaren Konfi
guration rechtwinklig zur Achse A1 gehalten werden. Durch Erhöhen der Federspannung
56 ist die Anwendung des Trägermodules 18 nicht auf vertikale axiale Bewegungen be
grenzt. Bei Anwendung einer stärkeren Feder 56 kann das Modul 18 relativ zu einer ver
tikalen Achse geneigt werden, ohne die Sorge, daß die Komponente 12 sich aus der
gewünschten Anordnung als Ergebnis eines Schwenkens der Trägereinheit 24 innerhalb
der kardanischen Aufhängung 40 einfach aufgrund der Schwerkraft herausbewegt. Es
wird angemerkt, daß bei der Verwendung der kardanischen Aufhängung 40 die Träge
reinheit 24 und jede Komponente 12, die durch diese gehalten wird, bei Überwinden der
Vorspannung der Feder 56 frei in jede Richtung um einen Punkt auf der Achse A1 beim
Mittelpunkt der Ringe 44, 48 schwenken kann.
Die Verwendung der vorliegenden kardanischen Aufhängung 40 ist vorteilhaft in der
Weise, daß eine schwenkende Bewegung um einen Punkt auf der Achse A1 unmittelbar
angrenzend zum vordersten Ende des Trägermodules 18 auftritt. Dadurch ist der
Schwenkpunkt der Komponente 12 bei anfänglichem Kontakt mit dem Werkstück 14,
praktisch gesagt, so nahe wie möglich an der Werkstückoberfläche, wobei der Winkel,
um den die Komponente 12 schwenken kann, mit minimalem lateralen Versatz der
Komponente in x-y-Richtung maximiert wird.
Vorzugsweise, in einer nicht vorbelasteten Stellung, fluchtet die Trägereinheit 24 mit der
Achse A1 und die Kontaktoberfläche 13 der Komponente 12 ist in einer Ebene recht
winklig zur Achse A1 orientiert. Das Komponententrägermodul 18 beinhaltet darüber
hinaus ein Paar von beabstandeten Induktionsplatten 60a, 60b zur Bereitstellung einer
Angabe über die Winkelauslenkung der Trägereinheit 24, und somit der Komponente 12,
relativ zur Achse A1. Eine Induktionsplatte 60a ist auf der am weitesten hintenliegenden
Oberfläche 58 der Trägereinheit 24 angeordnet und die zweite Induktionsplatte 60b ist
auf der am weitesten vornliegenden Oberfläche des Klammerbauteiles 55 angeordnet.
Wenn sich die Trägereinheit 24 in einer normal axial fluchtenden Stellung befindet, ist
die Induktionsplatte 60a beabstandet von und parallel zur Induktionsplatte 60b. Die bei
den einander gegenüberliegenden elektrischen Platten 60a und 60b bilden vier Konden
satoren, da die Platte 60a geerdet ist und die Platte 60b in vier gleiche Segmente aufge
teilt ist. Eine Änderung der Entfernung zwischen jedem Segment der Platte 60b und der
Erde (Platte 60a) als Ergebnis der Neigung des Trägers 24, bewirkt eine Änderung der
Kapazität in jedem Segment. Die Änderung der Kapazität stellt dem Benutzer eine An
gabe über die Winkelauslenkung der Trägereinheit 24 und dadurch der Komponente 12
zur Verfügung.
Vorzugsweise weist die Armantriebseinheit 28 einen Belastungssensor (zweite Drucker
fassungseinrichtung; nicht gezeigt) auf zum Erfassen und Ausgeben einer Information,
die sich auf die rückwärtswirkenden Kräfte bezieht, die auf die Trägereinheit 24 ausge
übt werden, wie z. B. das Auftreten einer Bewegung der Komponente 12 gegen das
Werkstück 14.
Das Heizmodul 16 wird verwendet zum Schmelzen des Abschnittes eines Werkstückes
in einen genügend klebrigen Zustand, so daß die Komponente 12 mit diesem zusam
mengefügt werden kann. Das Modul 16 beinhaltet eine Werkstückheizanordnung 68,
eine zweite bewegliche Armanordnung 62 und eine Heizarmantriebseinheit 66. Die Hei
zungsanordnung 68 ist an der Mitte eines am weitesten vornliegenden Endes der zwei
ten Armanordnung 62 gesichert, die entsprechend der Armanordnung 62, aus einem
Paar von parallel voneinander beabstandeten länglichen rohrförmigen Stützarmen 62a,
62b besteht, die an den Enden durch rechtwinklige Kreuzklammern 64a, 64b miteinan
der verbunden sind. Die Armantriebseinheit 66 ist im wesentlichen die gleiche wie die
Antriebseinheit 28 und beinhaltet Getriebeübersetzungen, um die Arme 62a, 62b sowohl
auszufahren als auch einzufahren, um die Heizanordnung 68 nach vorne und rückwärts
entlang einer mittigen Längsachse A2 der Armanordnung 62 zu bewegen, sowie einen
Indexierantriebsmechanismus 70 zum Bewegen des Modules 16 entlang der Gleitschie
ne 20 zwischen indexierten Stellungen.
Fig. 7 zeigt die Heizanordnung 68 mit einem Widerstand (Isolator) 69, der schwenkbar
an seinem vordersten Ende eine Heizplatte 72 zum Kontaktieren und Schmelzen eines
Abschnittes des Werkstückes 14 aufweist. Der Isolator 69 verhindert, daß Wärme von
der Heizplatte 72 auf die Armanordnung 62 übertragen wird und ist abnehmbar mit der
vordersten Kreuzklammer 64a gekoppelt, um den modularen Gebrauch der Armanord
nung 62 und Antriebseinheit 66 mit einer Trägereinheit oder anderen Komponenten zu
erlauben.
Die Heizplatte 72 besteht aus einem Aluminiummaterial, das eine Reihe von Patronen
heizern 74 aufweist, die darin eingebettet sind, und die, sobald elektrischer Strom zuge
führt wird, genügend Wärme erzeugen, um einen Abschnitt des Werkstückes 14 zu
schmelzen, der sich mit der Heizplatte 72 in Kontakt befindet. Die Heizplatte 72 für das
Werkstück ist beabstandet von und schwenkbar verbunden mit dem Isolator 69 durch
ein Universalgelenk 76, die in einer Stellung fluchtend mit der Längsachse A2 des Modu
les angeordnet sind, so daß die Heizplatte 72 frei schwenkbar in jede Richtung um das
Universalgelenk 76 ist. Die Heizplatte 72 für das Werkstück hat eine Größe und Form,
die komplementär zur Oberfläche der Komponente 12 ist, die in Anlage gegen das
Werkstück 14 gebracht wird, so daß bei ihrer Verwendung die Heizplatte 72 einen kom
plementären Abschnitt des Werkstückes schmilzt. Die Heizplatte 72 für das Werkstück
ist vorzugsweise abnehmbar mit dem Universalgelenk 76 gekoppelt, was das verein
fachte Ersetzen und Erneuern der Heizplatte 72 ermöglicht, im Falle, daß eine Kompo
nente 12 von unterschiedlicher Form angebracht werden muß. In der gezeigten Ausfüh
rungsform ist die Heizplatte 72 so ausgewogen, daß unter Bedingungen, in denen keine
Belastungskräfte auf die Heizplatte 72 aufgebracht werden, die Kontaktoberfläche der
Heizplatte 72 eine Orientierung einnimmt, die normal zur Achse A2 ist. Es wird ange
merkt, daß jedoch andere Einrichtungen zum Beibehalten der unbelasteten Stellung der
Heizplatte 72 vorgesehen werden können, wie z. B. voneinander beabstandete Druckfe
dern, die zwischen dem Isolator 69 und der Heizplatte 72 angebracht sind.
Die Armantriebseinheit 66 ist ebenso mit einem Belastungssensor (erste Druckerfas
sungseinrichtung) versehen, der Informationen erfaßt und ausgibt, die sich auf die rück
wärtigen Kräfte beziehen, die auf die Heizplatte 72 aufgebracht werden, wie sie z. B.
auftreten, wenn die Heizplatte gegen das Werkstück 14 bewegt wird.
Fig. 3 zeigt am besten die Schweißvorrichtung 10 die darüber hinaus eine Heizplatte 78
für die Komponente umfaßt, die direkt auf der Gleitschiene 20 durch ein Klammerbauteil
82 angebracht ist. Wie bei der Heizplatte 72, besteht die Heizplatte 78 aus einem Alu
miniummaterial, in dem eine Anzahl von elektrisch aktivierbaren Patronenheizern 80
eingebettet sind. Wenn Strom zugeführt wird, erzeugt die Heizplatte 78 genügend Wär
me, um die Kontaktoberfläche 13 der Komponente zu schmelzen, die in Anlage mit dem
Abschnitt des Werkstückes 14 gebracht wird, das durch die Heizplatte 72 geschmolzen
wurde. Die Heizplatte 78 für die Komponente ist in einer Orientierung angeordnet, die im
wesentlichen normal zur Richtung der axialen Bewegung der Trägereinheit 24 ist. Das
Klammerbauteil 82 ist an einer vorderen Kante der Gleitschiene 20 befestigt und er
streckt sich in einer Richtung im wesentlichen parallel zur Richtung der Ausdehnung der
Stützarme 26a, 26b. Das Klammerbauteil 82 unterstützt die Heizplatte 78 in einer Orien
tierung, so daß die Heizoberfläche in einer Stellung im wesentlichen parallel zur Kontak
toberfläche 13 der Komponente angeordnet ist, während sie durch die Trägereinheit 24
gehalten wird, wenn sie in Richtung der Achse A1 bewegt wird, die damit fluchtet. Die
Heizoberfläche der Heizplatte 78 für die Komponente weist ein komplementäres Profil zu
dem der Kontaktoberfläche 13 auf, und wie angemerkt wird, ist die Struktur der Heizplat
te 78 durch die Struktur der Komponente 12 bestimmt. Die Heizplatte 78 kann daher mit
Ausnehmungen oder Öffnungen 84 versehen sein, die ansonsten ein ungewolltes
Schmelzen von peripheren Abschnitten der Komponente 12 verhindern.
Die gesamte Gleitschiene 20 ist vorzugsweise beweglich an dem Rahmen 22 ange
bracht, der durch das selektive Anordnen von Ankerbolzen 86 es der Schiene 20 und
den Modulen 16, 18 erlaubt, relativ zum Werkstück 14 geneigt zu werden. Die Fähigkeit
des Neigens der Schiene 20 erlaubt in vorteilhafterweise ein axiales Fluchten der Träge
reinheit 24 und Heizanordnung 68 bezüglich der Oberflächen der Werkstücke, die nicht
innerhalb der Schweißvorrichtung 10 in einer horizontalen Orientierung angeordnet sind.
Die Ausführungsform der Vorrichtung 10, wie sie in den Fig. 1 bis 3 dargestellt ist, zeigt
ein einziges Heizmodul 16 und Trägermodul 18. Es wird jedoch angemerkt, daß die mo
dulare Natur der Schweißvorrichtung 10 es ebenso erlauben würde, eine Anzahl von
getrennten Heizmodulen 16 und/oder Trägermodulen 18 auf derselben Gleitschiene 20,
abhängig von der Anzahl der Komponenten 12, die an dem Werkstück 14 angebracht
werden sollen, vorzusehen.
Die Anwendung der Schweißvorrichtung ist am besten beschrieben mit bezug auf die
Fig. 1 bis 3, in denen das Heizmodul 16 und Komponententransportmodul 18 hinterein
ander indexiert werden zwischen den drei gezeigten Arbeitsstationen.
Eine erste in Fig. 1 dargestellte Werkstückzuführ-Arbeitsstation zeigt die Schweißvor
richtung 10, ein thermoplastisches Werkstück 14 und einen Zuführförderer 90, der
nacheinander zylindrische thermoplastische, anzubringende Komponenten 12 zuführt in
eine Startstellung unterhalb und axial fluchtend mit einer Trägereinheit 24, die zur Zu
führ-Arbeitsstation bewegt wird. In der gezeigten Arbeitsstation wird jedes Werkstück 14
in die Schweißvorrichtung 10 manuell eingesetzt und entnommen, jedoch kann bei grö
ßeren Fertigungsstückzahlen das Werkstück 14 ebenso durch einen Indexiertisch der
Schweißvorrichtung 10 zugeführt werden.
Bei der anfänglichen indexierten Bewegung zur Zuführ-Arbeitsstation, befindet sich so
wohl die Trägereinheit 24, als auch die Heizeinheit 68 in vollständig zurückgezogener
Stellung, in der die Stützarme 26a, 26b und 62a, 62b durch die zugehörigen An
triebseinheiten 28, 66 zurückbewegt sind, so daß die am weitesten vornliegenden
Kreuzklammern 27a, 64a jeweils gegen die Antriebseinheiten 28, 66 bewegt werden.
Jede Komponente 12 wird durch Aktivieren der Antriebseinheit 28 zum Bewegen der
Stützarme 26a, 26b nach vorne, gehalten, wobei die Trägereinheit 24 zur Komponente
12 bewegt wird, die fluchtend darunter auf dem Förderer 90 angeordnet ist. Die Träge
reinheit 24 wird vorwärtsbewegt, um die Greifarme 34a, 34b durch die offene Mitte der
Komponente 12 zu bewegen, so daß die Komponente 12 gegen eine Nut 45 anliegt, die
im inneren Ring 44 der kardanischen Aufhängung eingeformt ist. Der pneumatische
Greifer 36 wird als nächsten aktiviert, um die Arme 34a, 34b radial voneinander zu be
abstanden in eine voneinander beabstandete Anordnung, wie es in Fig. 4 gezeigt ist,
wobei sie mit der Komponente 12 in Eingriff geraten und sie mit der Trägereinheit 24 in
einer Stellung kuppeln, die mit der Achse A1 fluchtet.
Wenn die Komponente 12 mit der Trägereinheit 24 gekoppelt ist, wird die Antriebseinheit
28 wiederum aktiviert, um die Stützarme 26a, 26b nach hinten zu bewegen, wobei die
Trägereinheit 24 zusammen mit der gehaltenen Komponente 12 in eine vollständig zu
rückgezogene Stellung bewegt wird.
An der Werkstückzuführ-Arbeitsstation verbleibt die Heizeinheit 68 in einer vollständig
zurückgezogenen Nicht-Arbeitsstellung, wenn die Komponententrägereinheit 24 nach
vorne bewegt wird und zurückgezogen wird. Strom wird den Patronenheizern 74 in aus
reichender Menge zugeführt, so daß die Heizplatte 72 eine vorherbestimmte Temperatur
einhält. Wenn die Trägereinheit 24 zusammen mit der dazugekoppelten Komponente 12
in die zurückgezogene Stellung rücküberführt wird, werden sowohl der Antriebsmecha
nismus 30 und der Antriebsmechanismus 70 aktiviert, um gleichzeitig die zugehörigen
Trägermodule 18 und Heizmodule 16 entlang der Gleitschiene 20 zur zweiten Schmelz-
Arbeitsstation zu bewegen, wie in Fig. 2 gezeigt.
Gleichzeitig mit der Bewegung des Modules 18 zur zweiten Arbeitsstation, wird der För
derer 90 indexiert, um die nächste Komponente in eine Bereitschaftsstellung in der
Schweißvorrichtung 10 zu bewegen.
In der zweiten Schmelz-Arbeitsstation wird das Komponententrägermodul 18 entlang der
Gleitschiene 20 positioniert, so daß seine Achse A1 axial mit der Heizplatte 78 für die
Komponente fluchtet, und das Heizmodul 16 wird auf der Gleitschiene 20 so positioniert,
daß seine Achse A2 und die Heizplatte 72 für das Werkstück axial fluchtend mit dem
Abschnitt des Werkstückes 14 sind, an dem die Komponente 12 angebracht werden
soll.
Wenn die Komponente 12 mit der Heizplatte 78 für die Komponente fluchtend ausgerich
tet ist, wird die Armantriebseinheit 28 aktiviert, um die Stützarme 26a, 26b nach vorne
zu bewegen und axial die Komponenten 12 so zu bewegen, daß die Kontaktoberfläche
13 gegen die Heizplatte 78 anliegt. Da die Heizoberfläche der Heizplatte 78 sowohl eine
komplementäre Form aufweist als auch im wesentlichen parallel zur Kontaktoberfläche
der Komponente angeordnet ist, schmilzt die Heizplatte 78 die Kontaktoberfläche 13 der
Komponente 12 in einen klebrigen Zustand gleichmäßig auf.
Der Vorschub der Arme 26a, 26b kann voreingestellt sein, um die Komponente 12 zur
Heizplatte 78 um eine bestimmte Entfernung vorzubewegen, oder kann vorzugsweise
variabel voreingestellt werden und durch einen Belastungssensor für das Trägermodul
gesteuert werden, wobei, sobald die durch den Kontakt der Komponente gegen die
Heizplatte 78 resultierenden Belastungskräfte einen voreingestellten Schwellenwert
übersteigen, der Vorschub der Arme 26a, 26b gestoppt wird. Es wird angemerkt, daß
die Verwendung des Belastungssensors vorteilhafterweise ein zeitaufwendiges Neuein
stellen der Schweißvorrichtung 10, jedes Mal wenn sie für Komponenten unterschiedli
cher Größen verwendet wird, eliminiert.
Gleichzeitig mit dem Vorschub der Trägerstützarme 26a, 26b wird die Armantriebsein
heit 66 aktiviert, um die Stützarme 62a, 62b zusammen mit der zugehörigen Heizanord
nung 68 in Richtung zum Werkstück 14 vorzubewegen. Die Heizanordnung 68 wird nach
vorne entlang der Achse A2 bewegt, bis die Heizplatte 72 in Kontakt mit dem Abschnitt
des Werkstückes 14, an dem die Komponente anzubringen ist, gebracht wird und diesen
schmilzt. Wie bei dem Trägermodul 18, kann der Vorschub der Heizplatte 72 gesteuert
werden entweder durch ein Voreinstellen der Entfernung der Stützarme 62a, 62b, um
die sie bewegt werden sollen, oder alternativ durch einen Belastungssensor für das
Heizmodul, der die Vorwärtsbewegung der Heizanordnung 68 aufgrund des Überstei
gens der erfaßten Belastungskräfte um einen vorherbestimmten kritischen Wert steuert
und begrenzt.
Wie am besten in Fig. 7 dargestellt, wenn der Abschnitt des Werkstückes, der ge
schmolzen werden soll, uneben oder nicht genau 90° zur Achse A2 angeordnet ist, so
daß er nicht parallel zur Schmelzoberfläche der Heizplatte 72 ist, wird die Heizplatte 72
erneut in eine damit fluchtende Stellung orientiert, die einen gleichmäßigen Kontakt und
ein gleichmäßiges Schmelzen sicherstellt. Der anfängliche Kontakt zwischen der Heiz
platte 72 und einem unebenen Abschnitt des Werkstückes 14 wird typischerweise ent
lang eines außermittigen Kantenabschnittes der Heizplatte 72 auftreten, was sie dazu
veranlaßt, um das Universalgelenk 76 zu schwenken, bis die Heizplatte 72 sich selbst
erneut derart positioniert, daß die Schmelzoberfläche gegen das Werkstück 14 anliegt.
Wenn einmal derart erneut orientiert, kontaktiert die Heizplatte 72 gleichmäßig das
Werkstück 14, wodurch sein gleichmäßiges Schmelzen sichergestellt wird.
Die Komponente 12 wird in Kontakt gegen die Heizplatte 78 gehalten und die Heizplatte
72 des Werkstückes wird in Kontakt mit dem Werkstück 14 für eine ausreichende Zeit
spanne gehalten, um die kontaktierten Oberflächen in einen genügend klebrigen Zu
stand überzuführen, um ihr Zusammenfügen im geschmolzenen Zustand zu erlauben.
Es wird angemerkt, daß der unabhängige Betrieb der Antriebseinheiten 28, 26 unter
schiedliche Schmelzzeiten für jede der Komponenten 12 und Werkstücke 14 ermögli
chen. Es ist daher möglich, Komponenten und Werkstücke unterschiedlicher Materialien
und/oder Dicken warmzuschweißen, wobei eine der Komponenten oder der Werkstücke
eine längere Schmelzzeit als die/der andere benötigt.
Wenn einmal ein genügend starkes Schmelzen aufgetreten ist, werden beide Arman
triebseinheiten 28, 66 aktiviert, um die zugehörigen Arme 26a, 26b und 62a, 62b zu
rückzuziehen und die dazugehörigen Trägereinheiten 24 und die Heizanordnung 68 in
die vollständig zurückgezogene Stellung zurückzuüberführen. Der Antriebsmechanismus
30 und Antriebsmechanismus 70 werden dann wiederum aktiviert, um die zugehörigen
Trägermodule 18 und Heizmodule 16 entlang der Gleitschiene 20 zur dritten Anbrin
gungs-Arbeitsstation zu indexieren, wie in Fig. 3 dargestellt ist.
In der Anbringungs-Arbeitsstation wird das Komponententrägermodul 18 derart positio
niert, daß seine Achse A1 und die geschmolzene Kontaktoberfläche 13 der Komponente,
die durch die Trägereinheit 24 gehalten wird, axial fluchtend mit dem geschmolzenen
Abschnitt des Werkstückes 14 positioniert werden. An der Anbringungs-Arbeitsstation
wird das Heizmodul 16 in eine Nicht-Arbeitsstellung bewegt, wo es den Betrieb des
Komponententrägermodules 18 nicht stört.
Einmal an der dritten Arbeitsstation angekommen, wird die Armantriebseinheit 28 akti
viert, um die Stützarme 26a, 26b nach vorne zu bewegen und die Trägereinheit 24 zu
sammen mit der Komponente 12 entlang der Achse A1 zu dem Werkstück 14 zu bewe
gen. Wenn die geschmolzene Kontaktoberfläche 13 gegen den entsprechenden ge
schmolzenen Abschnitt des Werkstückes 14 bewegt wird, stellt die schwenkbare An
bringung der Trägereinheit 24 in der kardanischen Aufhängung 40 sicher, daß die Kom
ponente 12 sich selbst erneut derart orientieren wird, daß die Kontaktoberfläche 13 der
Komponente sich selbst zum geschmolzenen Abschnitt des Werkstückes 14 ausrichtet,
wodurch eine gleichmäßige Schweißung dazwischen erreicht wird.
Wenn der geschmolzene Abschnitt des Werkstückes 14 nicht parallel zur geschmolze
nen Kontaktoberfläche 13 ist, bewirkt die anfängliche Bewegung der Komponente 12
gegen das Werkstück 14 einen axial versetzten Kontakt mit der Komponente. Da die
Komponente 12 nach vorne bewegt wird, wird die durch den versetzten Kontakt erzeug
te Kraft genügend groß, um die Vorspannung der Feder 56 zu überwinden und die Trä
gereinheit 24 zu schwenken. Der versetzte Kontakt bewirkt dabei ein Schwenken der
Komponente 12 um das axiale Zentrum der Ringe 44, 48, bis die Kontaktoberfläche 13
der Komponente sich selbst erneut orientiert, fluchtend mit und gegen den geschmolze
nen Abschnitt des Werkstückes 14.
Wenn die Komponente 12 um die Mitte der Ringe 44, 48 schwenkt, neigt sie im Gegen
zug die Trägereinheit 24 relativ zur Achse A1, mit dem Ergebnis, daß die Induktionsplat
te 60a relativ zur Induktionsplatte 60b geneigt wird. Die relative Veränderung des Ab
standes zwischen den Induktionsplatten 60a, 60b erzeugt ein elektrisches Signal, wel
ches indikativ für den Winkel ist, in dem die Komponente 12 an dem Werkstück 14 an
gebracht wird. Durch Voreinstellen eines relativen Schwellenwinkels zur Befestigung, ist
es möglich festzustellen, ob der produzierte Artikel innerhalb akzeptabler Toleranzen
liegt oder ob es wahrscheinlich ist, daß er im Laufe der Zeit versagt.
Das Trägermodul 18 ist so ausgelegt, um die Komponente 12 gegen das Werkstück 14
mit einer genügend großen Kraft zu halten, und für eine genügend große Zeitspanne, so
daß die geschmolzenen Abschnitte der Komponente 12 des Werkstückes 14 genügend
abkühlen können, um vollständig zusammengefügt zu werden. Wie bei der Heizplatte 72
kann die Komponente 12 entweder gegen das Werkstück 14 durch Vorprogrammieren
der Antriebseinheit 28, um die Stützarme 26a, 26b um die benötigte Entfernung zu be
wegen, oder durch automatisches Stoppen des Vorschubes der Stützarme 26a, 26b
aufgrund des Erfassens der benötigten Kraft zum Sicherstellen eines vollständigen Zu
sammenfügens der Komponente und des Werkstückes durch den Belastungssensor.
Vorzugsweise stellt der Belastungssensor einen Ausgabewert der Belastungskräfte zur
Verfügung, die beim Anbringen der Komponente 12 am Werkstück 14 auftreten, der
dann mit einem minimalen Belastungswert verglichen wird, der für ein ordnungsgemä
ßes Zusammenfügen notwendig ist.
Sobald das Zusammenfügen der Komponente 12 und des Werkstücks 14 beendet ist,
wird der pneumatische Greifer 36 geöffnet, wobei die Arme 34a, 34b in eine zusammen
gefahrene Stellung überführt werden, wodurch ihr Abziehen von der Komponente 12
ermöglicht wird. Die Armantriebseinheit 28 wird als nächstes aktiviert, um die Arme 28a,
28b zurückzuziehen und die Trägereinheit 24 zur vollständig zurückgezogenen Stellung
zu bewegen, und anschließend werden die Antriebsmechanismen 30 und 70 aktiviert,
um simultan das Komponententrägermodul 18 und das Heizmodul 16 entlang der Gleit
schiene 20 zur ersten Arbeitsstation zurückzubewegen, zum Ankoppeln der nächsten
Komponente 12.
Es wird angemerkt, daß, obwohl die Fig. 1 bis 3 darstellen, daß eine einzelne Kompo
nente an einer einzigen Stelle des Werkstückes angebracht wird, die Schweißvorrich
tung 10 auch verwendet werden kann, um eine Mehrzahl von Komponenten an einer
Mehrzahl von verschiedenen Positionen auf dem Werkstück anzubringen. In ähnlicher
Weise, obwohl eine einzige horizontale Gleitschiene 20 dargestellt ist, kann die Warm
schweißvorrichtung 10 mit einer Mehrzahl von Heiz-Komponententrägermodulen auf
einer Mehrzahl von voneinander getrennten Gleitschienen, die in verschiedenen Winkeln
zueinander angeordnet sind, verwendet werden, abhängig von den anzubringenden
Komponenten.
Obwohl das Heizmodul 16 und Komponententrägermodul 18 derart dargestellt wurden,
daß sie im Tandem eine indexierte Bewegung ausführen, wird angemerkt, daß die Mo
dule 16, 18 auch unabhängig voneinander zwischen und an verschiedenen Arbeitssta
tionen bewegt werden können, abhängig von der Dicke der Komponente und/oder des
Werkstückes und dem gewünschten Schmelzgrad.
Fig. 8 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung, bei der gleiche Bezugszeichen
verwendet werden, um gleiche Teile zu identifizieren. Die Vorrichtung aus Fig. 8 umfaßt
ein Komponententrägermodul 18, das auf einer Gleitschiene (nicht gezeigt) angebracht
ist, die im wesentlichen identisch im Aufbau zu der aus Fig. 1 ist. Ein Heizmodul 16 ist
vorgesehen, das eine Heizanordnung 68 aufweist, die gleitend auf der Gleitschiene
durch einen "L"-förmigen Stützarm 100 angebracht ist, der sowohl axial in Richtung des
Pfeiles 102, in Richtung zu und vom Werkstück 14 weg, als auch quer zur Axialrichtung
in Richtung des Pfeiles 104 entlang der Gleitschiene bewegbar ist.
Die Heizanordnung 68 umfaßt einen Isolator 69, eine Heizplatte 72 für das Werkstück
und eine Heizplatte 78 für eine Komponente, die fest auf einem rückwärtigen Ende des
Isolators 69 befestigt ist. Die Heizplatte 78 für die Komponente ist im wesentlichen die
gleiche wie die aus Fig. 1 und weist eine obere Schmelzoberfläche mit einem komple
mentären Profil zu dem Profil einer Kontaktoberfläche 13 einer Komponente auf. Die
Heizanordnung 68 ist schwenkbar zwischen einem gegabelten Endabschnitt 106 des
Armes 100 durch eine kardanische Aufhängung 108 befestigt, die eine Schwenkbewe
gung des Isolators 69, der Heizplatte 78 für die Komponente und der Heizplatte 72 für
das Werkstück als eine zusammenhängende Einheit erlaubt. Die kardanische Aufhän
gung 108 umfaßt einen äußeren Ring 110, der drehbar zwischen der Gabel der Endab
schnitte 106 durch ein Paar von Stiften (nicht gezeigt) gehalten ist. Ein kleinerer innerer
Ring 112 ist drehbar innerhalb des Ringes 110 durch ein zweites Paar von Stiften (114a,
114b) gehalten, die um 90° zu den ersten Stiften versetzt angeordnet sind, in der glei
chen Weise, wie bei der kardanischen Aufhängung 40. Der Isolator 69 ist innerhalb des
Ringes 112 angebracht, wobei der Kontakt der Heizplatte 72 mit dem Werkstück 14 eine
schwenkende Bewegung der Heizanordnung 68 innerhalb der kardanischen Aufhängung
108 ermöglicht, um die Kontaktoberfläche der Heizplatte 72 in Anlage mit der Oberfläche
des Werkstückes 14 zu bringen.
Bei Verwendung werden die Heizplatten 72 und 78 über Patronenheizer 74 geheizt und
die Temperatur wird auf einen vorherbestimmten Wert geregelt. Das Komponententrä
germodul 18, an dem die Komponente 12 in gleicher Weise wie mit Bezug auf die Fig. 1
bis 7 beschrieben, freigebbar gekoppelt ist, wird axial fluchtend zum Abschnitt des
Werkstückes 14 positioniert, an dem die Komponente 12 anzubringen ist. Die Heiz
anordnung 68 wird dann durch den Stützarm 100 entlang der Richtung 104 in eine Stel
lung überführt, wo sich die Anordnung 68 axial fluchtend zwischen der Trägereinheit 24
und dem Werkstück 14, wie in Fig. 8 gezeigt, befindet. Beim Aktivieren beider heißer
Platten 72, 78, werden die Trägereinheitstützarme (nicht gezeigt) vorwärtsbewegt, um
die Trägereinheit 24 axial in Richtung zum Werkstück 14 zu bewegen, wodurch die
Kontaktoberfläche 13 der Komponente in Kontakt mit der Heizplatte 78 für die Kompo
nente gelangt. Der Kontakt der Kontaktoberfläche 13 für die Komponente mit der Heiz
platte 78 schmilzt die Kontaktoberfläche 13 in einen teilweise klebrigen Zustand.
Die durch die Trägereinheit 24 und die Komponente 12 auf die Heizplatte 78 aufge
brachte Kraft richtet gleichzeitig die Heizanordnung 68 in axialer Richtung zum Werk
stück 14 aus, wobei die Heizplatte 72 für das Werkstück gegen den Abschnitt des
Werkstückes 14 bewegt wird und diesen schmilzt. In gleicher Weise wie zuvor beschrie
ben, wenn die Heizplatte 72 in Kontakt mit einer unebenen oder falsch ausgerichteten
Werkstückoberfläche gelangt, bewirkt der ungleichmäßige Kontakt mit der Heizplatte 72,
daß sie um die axiale Mitte des Ringes 112 schwenkt, um sich selbst erneut fluchtend
zur Werkstückoberfläche zu orientieren.
Es wird angemerkt, daß, sobald die Heizplatte 72 für das Werkstück relativ zur Achse
geneigt wird, auch die Heizplatte 78 für die Komponente dies durchführt. Die Neigung
der Heizplatte 78 stellt dadurch eine außermittige Kraft auf die Kontaktoberfläche 13 zur
Verfügung, die die Komponente 12 bewegt und dabei die Trägereinheit 24 innerhalb der
kardanischen Aufhängung 40 bewegt. Das Ergebnis ist die erneute Ausrichtung der
Kontaktoberfläche 13 in eine Stellung fluchtend mit der Oberfläche des Werkstückes,
wobei die Oberfläche 13 gleichmäßig die Heizplatte 78 kontaktiert.
Nach genügendem Schmelzen der Komponente 12 durch die Heizplatte 78 und des
Werkstückes 14 durch die Heizplatte 72, werden die Trägermodulstützarme zurückge
zogen, um die Trägereinheit 24 axial weg von dem Werkstück 14 zu bewegen. Die Hei
zanordnung 68 wird dann zuerst axial weg von dem geschmolzenen Abschnitt des
Werkstückes 14 bewegt, durch Bewegen des Armes 100 in Richtung 102. Der Arm 100
wird dann quer relativ zur Achse in Richtung 104 bewegt, um die Anordnung 68 in eine
Stellung zu bewegen, wo sie das Koppeln der Komponente 12 am Werkstück 14 nicht
stört.
Sobald die Heizanordnung 68 aus dem Weg bewegt ist, werden die Trägereinheitstütz
arme wiederum nach vorne bewegt, um die geschmolzene Kontaktoberfläche 13 der
Komponente gegen den geschmolzenen Abschnitt des Werkstückes 14 zu bewegen.
Wie bei der ersten Ausführungsform, ist die Trägereinheit 24 innerhalb einer kardani
schen Aufhängung 40 aufgenommen. Bei anfänglichem Kontakt mit dem geschmolze
nen Abschnitt des Werkstückes 14, ist die Komponente 12 frei schwenkbar um das ra
diale Zentrum des inneren Ringes 44, um sich selbst in eine Stellung auszurichten, in
der die Kontaktoberfläche 13 genau passend gegen die Oberfläche des Werkstückes 14
anliegt und eine einheitliche Wärmeschweißung erreicht wird.
In der Weise, wie sie für die Ausführungsform aus Fig. 1 beschrieben ist, hält die Träge
reinheit 24 die Komponente 12 gegen das Werkstück 14 für einen genügend großen
Zeitraum und unter einem genügend großen Druck, um die Komponente 12 und das
Werkstück 14 zusammenzufügen. Sobald das Zusammenfügen abgeschlossen ist, wer
den die Greifarme 34a, 34b derart bewegt, um die Komponente freizugeben. Die Stütz
arme werden dann zurückgezogen, um die Trägereinheit 24 von dem vervollständigten
Artikel zu entfernen, und eine nachfolgende Komponente wird freigebbar mit der Träge
reinheit 24 gekoppelt, um sie an einem nachfolgenden Werkstück anzubringen.
Es wird angemerkt, daß durch das Vorsehen einer Schwenkbewegung der Komponente
bei anfänglichem Kontakt mit dem Werkstück das erforderliche präzise Fluchten zwi
schen der Kontaktoberfläche der Komponente und dem Werkstück nicht notwendig ist.
Während die bevorzugte Ausführungsform eine kardanische Aufhängung zum schwenk
baren Aufnehmen der Trägereinheit, und entweder ein Universalgelenk oder eine kar
danische Aufhängung für das schwenkbare Anbringen der Heizplatte für das Werkstück
offenbart, ist die Erfindung nicht auf diese bevorzugten Ausführungsformen begrenzt.
Andere Einrichtungen zum schwenkbaren Anbringen beinhalten einfache Gelenke, Ku
gel- oder Stützgelenke und dergleichen und können ebenso verwendet werden.
Während die Erfindung mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben und
dargestellt ist, wird angemerkt, daß die Erfindung darauf nicht begrenzt ist. Andere Mo
difikationen und Variationen sind für den Fachmann offensichtlich. Für eine Definition
der Erfindung wird Bezug genommen auf die beigefügten Ansprüche.
Claims (14)
1. Warmschweißvorrichtung zum Warmschweißen einer Komponente und eines
Werkstückes, insbesondere aus thermoplastischem Material, mit:
einer Heizeinrichtung (16, 78, 80, 82, 68) zum Schmelzen zumindest eines Abschnitts des Werkstückes (14) oder einer Kontaktoberfläche (13) der Komponente (12),
einer Trägereinrichtung (24) zum Halten der Komponente (12), und zum Bewegen der Komponente (12) zwischen einer ersten Position, in der die Kontaktoberfläche (13) der Komponente (12) von dem Abschnitt des Werkstückes (14) beabstandet ist und einer zweiten Position, in der nach dem Schmelzen zumindest des Ab schnitts des Werkstückes (14) oder der Kontaktoberfläche (13) der Komponente (12), die Kontaktoberfläche (13) der Komponente (12) in Kontakt mit dem Abschnitt des Werkstückes (14) ist, um sich mit diesem zu verbinden,
wobei die Trägereinrichtung (24) um einen Punkt schwenkbar gelagert ist zum Ausrichten der Komponente (12) im wesentlichen auf den Abschnitt des Werkstüc kes (14), wenn die Kontaktoberfläche (13) der Komponente (12) in Kontakt mit dem Abschnitt des Werkstückes (14) ist.
einer Heizeinrichtung (16, 78, 80, 82, 68) zum Schmelzen zumindest eines Abschnitts des Werkstückes (14) oder einer Kontaktoberfläche (13) der Komponente (12),
einer Trägereinrichtung (24) zum Halten der Komponente (12), und zum Bewegen der Komponente (12) zwischen einer ersten Position, in der die Kontaktoberfläche (13) der Komponente (12) von dem Abschnitt des Werkstückes (14) beabstandet ist und einer zweiten Position, in der nach dem Schmelzen zumindest des Ab schnitts des Werkstückes (14) oder der Kontaktoberfläche (13) der Komponente (12), die Kontaktoberfläche (13) der Komponente (12) in Kontakt mit dem Abschnitt des Werkstückes (14) ist, um sich mit diesem zu verbinden,
wobei die Trägereinrichtung (24) um einen Punkt schwenkbar gelagert ist zum Ausrichten der Komponente (12) im wesentlichen auf den Abschnitt des Werkstüc kes (14), wenn die Kontaktoberfläche (13) der Komponente (12) in Kontakt mit dem Abschnitt des Werkstückes (14) ist.
2. Warmschweißvorrichtung zum Warmschweißen einer Komponente und eines
Werkstückes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägereinrich
tung (24) entlang einer ersten Achse (A1) zwischen der ersten Position und der
zweiten Position bewegbar ist, wobei der Punkt, um den die Trägereinrichtung (24)
schwenkbar ist auf der ersten Achse (A1) im wesentlichen benachbart zu dem
Werkstück (14) liegt, und die Trägereinrichtung (24) in jede Richtung um den Punkt
schwenkbar ist.
3. Warmschweißvorrichtung zum Warmschweißen einer Komponente und eines
Werkstückes nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hei
zeinrichtung eine erste Schmelzoberfläche (72) zum Schmelzen des Abschnittes
auf dem Werkstück (14) aufweist, wobei die erste Schmelzoberfläche (72) entlang
einer zweiten Achse (A2) bewegbar ist, zwischen einer ersten Position, in der die
erste Schmelzoberfläche (72) von dem Abschnitt des Werkstückes (14) beabstan
det ist, und einer zweiten Position, in der die erste Schmelzoberfläche (72) in Kon
takt mit dem Abschnitt des Werkstückes (14) ist, um diesen zu schmelzen, und die
erste Schmelzoberfläche (72) schwenkbar um einen Punkt auf der zweiten Achse
(A2) gelagert ist, zum Ausrichten der ersten Schmelzoberfläche im wesentlichen
auf den Abschnitt des Werkstückes (14), wenn die erste Schmelzoberfläche (72) in
Kontakt mit dem Abschnitt des Werkstückes (14) ist.
4. Warmschweißvorrichtung zum Warmschweißen einer Komponente und eines
Werkstückes nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Heizeinrichtung eine zweite Schmelzoberfläche (78) zum Schmelzen der Kon
taktoberfläche (13) der Komponente (12) aufweist, wobei die schwenkbare Träger
einrichtung (24) zum Bewegen der Kontaktoberfläche (13) der Komponente (12) in
eine Kontaktposition mit der zweiten Schmelzoberfläche (78) vorgesehen ist.
5. Warmschweißvorrichtung zum Warmschweißen einer Komponente und eines
Werkstückes nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß
die erste Schmelzoberfläche (72) der Heizeinrichtung quer zu der zweiten Achse
(A2) bewegbar ist, zwischen einer ersten Stellung, in der die erste Schmelzoberflä
che (72) axial fluchtend zu dem Abschnitt des Werkstücks (14) ist und einer zwei
ten Stellung, in der die erste Schmelzoberfläche (72) außerhalb der axial fluchten
den Anordnung zum Abschnitt des Werkstücks (14) positioniert ist.
6. Warmschweißvorrichtung zum Warmschweißen einer Komponente und eines
Werkstückes nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die Trägereinrichtung (24) quer zu der ersten Achse (A1) bewegbar ist, zwischen
einer ersten Stellung, in der die Kontaktoberfläche (13) der Komponente (12) axial
fluchtend zu dem Abschnitt des Werkstücks (14) ist und einer zweiten Stellung, in
der die Trägereinrichtung (24) außerhalb der axial fluchtenden Anordnung zum Ab
schnitt des Werkstücks (14) positioniert ist.
7. Warmschweißvorrichtung zum Warmschweißen einer Komponente und eines
Werkstückes nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste
Schmelzoberfläche (72) der Heizeinrichtung und die Trägereinrichtung (24) zum
Ausführen einer gemeinsamen indexierten Bewegung quer zu der ersten und
zweiten Achse (A1, A2) vorgesehen sind, wobei in der ersten Stellung der erste
Schmelzoberfläche (72) die Trägereinrichtung (24) in ihrer zweiten Stellung ist, und
in der zweiten Stellung der erste Schmelzoberfläche (72) die Trägereinrichtung (24)
in ihrer ersten Stellung ist.
8. Warmschweißvorrichtung zum Warmschweißen einer Komponente und eines
Werkstückes nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß
eine Halteeinrichtung (26) zum Halten der Trägereinrichtung (24) vorgesehen ist,
wobei die Halteeinrichtung (26) eine Armeinrichtung (54a, 54b) und eine kardani
sche Aufhängung (40) aufweist, und die Trägereinrichtung (24) in der kardanischen
Aufhängung (40) aufgenommen ist, und die kardanische Aufhängung (40) in einem
vorderen Endabschnitt der Armeinrichtung (54a, 54b) angebracht ist, und die Träge
reinrichtung (24) mit der Armeinrichtung (54a, 54b) in Richtung zum Werkstück (14)
bewegbar ist.
9. Warmschweißvorrichtung zum Warmschweißen einer Komponente und eines
Werkstückes nach einem der Ansprüche 2 bis 8, gekennzeichnet durch eine
Meßeinrichtung (60a, 60b) zum Messen der Lage der Komponente (12) relativ zu
der ersten Achse (A1), wenn die Komponente (12) in Kontakt mit dem Abschnitt
des Werkstückes (14) ist.
10. Warmschweißvorrichtung zum Warmschweißen einer Komponente und eines
Werkstückes nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung
ein Paar von voneinander beabstandeten Induktionsplatten (60a, 60b) aufweist, wo
bei eine erste Induktionsplatte (60b) an einem vorderen Abschnitt des Armeinrich
tung (54a, 54b) befestigt ist, und eine zweite Induktionsplatte (60a) an der Träge
reinrichtung (24) gegenüberliegend der erste Induktionsplatte (60b) befestigt ist, um
die Schwenkbewegung der Trägereinrichtung (24) zu erfassen.
11. Warmschweißvorrichtung zum Warmschweißen einer Komponente und eines
Werkstückes nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch eine er
ste Druckerfassungseinrichtung zum Erfassen einer Axialkraft der ersten
Schmelzoberfläche gegen das Werkstück (14), und eine zweite Druckerfassungs
einrichtung zum Erfassen einer Axialkraft der Kontaktoberfläche (13) der Kompo
nente (12) gegen den geschmolzenen Abschnitt des Werkstückes (14).
12. Warmschweißvorrichtung zum Warmschweißen einer Komponente und eines
Werkstückes nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß
die erste Stellung der bewegbaren Trägereinrichtung (24) eine Komponenten-
Zufuhr-Stellung zum Bewegen der Komponente (12) zu dem Abschnitt des Werk
stückes (14) ist, wobei die Trägereinrichtung (24) in eine Komponenten-Aufnahme-
Stellung bewegbar ist, um die Komponente (12) aufzunehmen, und die Trägerein
richtung (24) in eine Komponenten-Schmelz-Stellung bewegbar ist, zum Bewegen
der Komponente (12) zu der zweiten Schmelzoberfläche (78) der Heizeinrichtung.
13. Warmschweißvorrichtung zum Warmschweißen einer Komponente und eines
Werkstückes nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß
ein Universalgelenk zur schwenkbaren Lagerung der erste Schmelzoberfläche (72)
vorgesehen ist.
14. Warmschweißvorrichtung zum Warmschweißen einer Komponente und eines
Werkstückes nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß
eine Fördereinrichtung zum Zuführen von Komponenten (12) vorgesehen ist.
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