DE19813766A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Vorbereiten und Bilden einer Fügeverbindung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vorbereiten und Bilden einer Fügeverbindung zwischen einem Werkstück und einem Fügeteil mittels Erwärmung durch eine Heizvorrichtung. Bei Druckbelastung, insbesondere von hohlen, gegebenenfalls dünnwandigen Werkstücken, wie zum Beispiel Kunststoffbehältern, tritt an der Fügeverbindungsstelle durch das Heizelement eine Verformung auf. Bisher war es bekannt, das Ausmaß der Verformung mittels eines Sensors zu messen und die Heizvorrichtung entsprechend der ermittelten Verformung nachzustellen. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird keine Meßwerterfassung der Verformung benötigt, sondern die an der Fügeverbindungsstelle des Werkstücks anliegende Heizvorrichtung wird gegen das Werkstück vorgespannt mittels eines elastischen Elements, das automatisch eine Nachstellung der Heizvorrichtung bei Verformung des Werkstücks schafft.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vorbereiten und Bilden einer Fügeverbindung zwischen einem bei Anwendung einer mechanischen Kraft verformbaren Werkstück und einem Fügeteil, insbesonders zur Plastifizierung der Fügeverbindungsstelle des Werkstücks mittels Anwärmung, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:

Anlegen einer Applikationsvorrichtung an der Fügeverbindungsstelle, Aktivieren der Applikationsvorrichtung, und Nachstellen der Position der Applikationsvorrichtung relativ zum Werkstück.

Weiter betrifft die Erfindung eine Fügeverbindungsvorrichtung zur Vorbereitung und Bildung einer Fügeverbindung eines Werkstücks mit einem Fügeteil, insbesondere unter Plastifizierung einer Fügeverbindungsstelle des Werkstücks, mit einer Applikationsvorrichtung, die an der Fügeverbindungsstelle des Werkstücks zur Anlage kommt.

Ein dieses Gebiet der Technik betreffendes Verfahren bzw. ein entsprechende Vorrichtung ist aus der DE 35 37 670 C2 bekannt. Hier wird mittels eines Fühlers mechanisch die Posi­ tion der Fügefläche am Werkstück, zum Beispiels eines hohlen Kunststoffbehälters (Kraftstoffbehälter für ein Kraftfahrzeug), kraftarm abgefragt, um ein sicheres Verschweißen mit dem Fügeteil (zum Beispiel Entlüftungsanschluß oder Einfüllstutzen) auch bei einer hohen Toleranz in der Dimension des Werkstückes zu gewährleisten. Eine Sicher­ heitsmaterialzugabe, die insbesondere bei dünnwandigen Hohlkörpern nicht möglich ist, ist dadurch für den Fügevorgang nicht erforderlich. Parameterverfälschende Gegenkräfte bleiben in diesem Verfahren unberücksichtigt.

Beim Fügen von zwei Fügepartnern mittels einer Haft-, Klebe- oder Schweißverbindung sind elastische, das heißt nachgiebige Teile in vielen Fällen ein großes Problem in bezug auf die Verbindungsqualität. Insbesondere bei extrusionsgeblasenen Kunststoffhohlkörpern kann es Qualitätseinbußen der Fügeverbindung geben, welche durch eine während des Anschmelzens und Anpressens nicht konstante Position des einen Fügepartners hervorgerufen werden. Bei Fügeverbindungen mit hohen Qualitätsansprüchen, wie zum Beispiel bei Kunststoff-Kraftstoffbehältern, die unter Umständen große Lagetoleranzen der Fügeflächen aufweisen, können undichte Fügeverbindungen schwerwiegende Folgen haben. Gerade bei diesen Fügeaufgaben ist eine Kompensation der Fügeflächentoleranz durch das Fügesystem unumgänglich.

Aus der DE-PS 39 22 066 ist eine Weiterentwicklung des Standes der Technik bekannt, um während eines Anschmelzens und Anpressens auftretenden Lageänderungen und Verformungen des Werkstücks, an dem der zweite Fügepartner anzubringen ist, durch Nachregelung der Position und Andruckkraft eines Heizelements sowie der Position des zweiten Fügeteils und dessen Andruckkraft auszugleichen. Hierzu wird ebenfalls die Position der Fügestelle am Werkstück kraftarm durch einen mechanischen Sensor ermittelt, dessen Meßergebnis umgesetzt wird, um einen Stempel, der sowohl das Fügeteil an die Heizeinrichtung wie auch letztere an das Werkzeug andrückt, nachzuregeln.

Die Positionsabfrage durch ein zusätzliches Abfrageelement, ist nachteilig und nicht ausrei­ chend präzise, da hierfür zusätzliche Referenzflächen am elastischen Fügepartner ange­ bracht werden müssen. Diese Referenzflächen sind in vielen Fällen aus konstruktiven Gründen nicht realisierbar, oder zu weit von der relevanten Fügeposition entfernt und somit ergebnisverfälschend.

Fügeeinheiten, die ausschließlich mit kraftabhängigen Sensoren wie Kraftmeßdosen aus­ gestattet sind, konnten die Nachteile der externen Abfrageelemente kompensieren, sind aber in vielen Fällen konstruktiv bedingt nicht empfindlich genug. Ferner wird die Bearbei­ tungstiefe unzureichend ermittelt.

Darüber hinaus sind die bekannten Verfahren recht aufwendig und kostenintensiv.

Die Erfindung basiert daher auf der Aufgabe, eine verbesserte Vorrichtung und Verfahren zu schaffen, damit das Fügeteil auch mit einem elastischen und federnd nachgiebigen Fü­ gepartner mit konstanter Qualität verbunden werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Vorbereiten und Bilden einer Fügeverbindung zwischen einem bei Anwendung einer mechanischen Kraft verformbaren Werkstück und einem Fügeteil, insbesondere unter Plastifizierung einer Fügeverbindungsstelle mittels Anwärmung, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt: Anlegen einer Applikationsvorrichtung an der Fügeverbindungsstelle, Aktivieren der Applikationsvorrichtung, und Nachstellen der Position der Applikationsvorrichtung relativ zum Werkstück. Dieses Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß das Nachstellen eine von einer Meßwerterfassung der Position der Fügeverbindungsstelle unabhängige, definierte Verschiebung der Applikationsvorrichtung gegenüber der Fügeverbindungsstelle des Werkstücks umfaßt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß auch gelöst durch eine Fügeverbindungsvorrichtung zur Vorbereitung und Bildung einer Fügeverbindung eines Werkstücks mit einem Fügeteil, insbesondere unter Plastifizierung einer Fügeverbindungsstelle des Werkstücks, mit einer Applikationsvorrichtung, die an der Fügeverbindungsstelle des Werkstücks zur Anlage kommt, dadurch gekennzeichnet, daß von einer Meßwerterfassung der Position der Fügeverbindungsstelle unabhängige Nachstellmittel vorgesehen sind, um die Position der Applikationsvorrichtung unter Anlage an der Fügeverbindungsstelle des Werkstücks relativ zum Werkstück bei Verformung der Fügeverbindungsstelle nachzustellen.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung wird sichergestellt, daß der elastische Fügepartner direkt mit dem Element, welches den Fügeprozeß vorbereitet bzw. schafft, mit einer definierten Kraft unter Einhaltung eines definierten Weges belastet wird.

Durch das Prinzip von erfindungsgemäßer Vorrichtung und Verfahren werden auch unterschiedliche Durchbiegungen, die durch fertigungsbedingte Wandstärkenunterschiede, Alterungszustände und Materialschwankungen hervorgerufen werden, kompensiert.

Grundsätzlich kann das Prinzip dieser Vorrichtung für alle Verfahren zum Einsatz kommen, bei denen eine elastische Fläche, kraft- und wegabhängig, vorbereitet werden muß.

Der bevorzugte Einsatz erfolgt jedoch bei Fügeverbindungen bei denen die zu verbinden­ den Flächen der Fügepartner durch Erwärmung plastifiziert und in diesem plastifizierten Zustand definiert zusammengepreßt werden. Nach dem Zusammenpressen erfolgt eine Abkühlphase, damit sich das plastifizierte Material verfestigen kann.

Gemäß der Erfindung wird bevorzugt so vorgegangen, daß ein Vorschubsystem, welches pneumatisch, hydraulisch oder elektrisch betätigt sein kann, ein Heizelement, welches wiederum durch ein kraftsensitives Element mit dem Vorschuß verbunden ist, auf die elastische Fügefläche preßt.

Das kraftsensitive Element ist vorzugsweise in sich im wesentlichen eindimensional translatorisch beweglich. In bevorzugter Ausführungsweise ist die maximal zulässige Bewegungsstrecke einstellbar. Ferner ist dieses Element vorzugsweise mit einem kraftabhängigen Sensor versehen.

Durch diesen Mechanismus kann das Heizelement bis zum Erreichen einer definierten Kraft auf die elastische Fügefläche gepreßt werden. Der kraftabhängige Sensor stoppt bei Erreichen der vordefinierten Anpreßkraft das Vorschubsystem.

Damit eine verfahrensbedingte, gleichmäßige und homogene Plastifizierung im Bereich der Fügezone erreicht wird, muß das Heizelement mindestens um den Betrag der maximalen lokalen Form- und Lagetoleranz in das Material im Bereich der Fügezone eindringen. Hier­ durch werden Unebenheiten in der Fügezone ausgeglichen. Die Eindringtiefe wird durch die vorgegebene Vertikalbewegung des kraftsensitiven Elementes bestimmt. Nach Errei­ chen der maximalen Eindringtiefe verbleibt das Heizelement ohne Vorschubkraft auf der Fügefläche, um eine ausreichende Wärmeeindringung und somit ausreichende plastifizierte Masse für den anschließenden Fügevorgang zu erhalten. Die maximale Eindringtiefe läßt sich je nach Anforderung ebenfalls durch einen Signalgeber überwachen.

Durch diesen kraftsensitiven Mechanismus wird unabhängig von der elastischen Durchbie­ gung der Fügefläche auf sehr einfache Weise eine reproduzierbare Eindringtiefe und Durchwärmung der Fügefläche erreicht. Da das Heizelement direkt als Lagefühler arbeitet, ist immer ein exakter Bezug direkt zur Fügefläche geschaffen. Nachteile, wie bei Systemen, die mit Lagefühlern und Referenzflächen arbeiten, die verfahrensbedingt räumlich von der Fügefläche entfernt angeordnet werden müssen, existieren bei dem erfindungsgemäßen System nicht.

Das zusätzliche Vorspannen der Fügefläche durch das Heizelement in eine entsprechende Ausweichlage ist nach der vorliegenden Erfindung grundsätzlich nicht notwendig. In der Praxis wird dieses jedoch aus wirtschaftlichen Gründen vorgenommen, da durch höhere Anpreßkräfte während des Eindringens des Heizelements in das Material zum Ausgleich von Unebenheiten die Zykluszeiten erheblich reduziert werden können.

Der kraftabhängige Sensor ist vorzugsweise einstellbar ausgeführt. Somit kann die verfahrensbedingt zulässige Anpreßkraft vorgegeben werden.

Abhängig von den auftretenden Rückstellkräften, die von der sich in einer Ausweichlage befindlichen Fügefläche ausgehen, kann das kraftsensitive Element mit einer Wegbegren­ zung, zum Beispiel in Form eines Anschlags, versehen werden. Hierdurch kann das Ein­ dringen des Heizelementes in das Material mit einer relativ großen Kraft und einer damit verbundenen kurzen Zeit erreicht werden. Erreicht die Fügefläche jedoch die Wegbegren­ zung, gehen die externen Kräfte gegen Null und es kann quasi kraftlos die Wärme vom Heizelement in das Material diffundieren. Im Gegensatz zu anderen bekannten Systemen ist eine Entlastung der vorgespannten Ausweichlage während des Anwärmvorganges nicht erforderlich.

Vorzugsweise ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der kraftabhängige Sensor als Kraftmeßdose ausgeführt, so daß eine Dokumentation der Kraftparameter während des Prozeßablaufes möglich ist.

Die für den Fügeprozeß der Fügepartner erforderliche separate Preß- oder Vorschubein­ richtung kann beliebig ausgeführt sein. Vorzugsweise kommen Systeme, die pneumatisch, hydraulisch oder elektrisch angetrieben sind, zum Einsatz.

Vorzugsweise erfolgt das Plastifizieren des zweiten Fügepartners mit dem gleichen Heiz­ element welches für das Plastifizieren des elastischen Fügepartners verwendet wird. Je­ doch wird hier die dem elastischen Fügepartner abgewandte Heizelementfläche genutzt.

Zur Kompensation von Fügeflächentoleranzen und Unebenheiten des zweiten Fügepart­ ners können bereits bekannte Wegbegrenzungs- und Kraftmeßsysteme zum Einsatz kom­ men. Vorzugsweise wird ein kraftsensitiver Mechanismus gemäß der Erfindung auch für die Halterung des Fügeteils verwendet, da das erfindungsgemäße System auch bei biegestei­ fen Flächen eingesetzt werden kann.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden ohne externe Wegmeß- und Stetigre­ geleinrichtungen, sowie ohne zusätzliche Referenzflächen in der Nähe der elastischen Fü­ gefläche Höhentoleranzen im. Bereich der Fügefläche kompensiert, und zugleich wird die für das Egalisieren einer unebenen Fügefläche notwendige Eindringtiefe des Heizelemen­ tes garantiert.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Vorbereiten bzw. Anwärmen einer elastischen Fügefläche wird der Anwärmvorgang durch ein Heizelement durchgeführt, welches durch ein sensitives Element mit einem Vorschub gekoppelt ist. Der Vorschub ist in einer bevor­ zugten Ausführungsform als selbsthemmende Gewindespindel mit einem geeigneten An­ trieb ausgeführt.

Der besondere Vorteil der Erfindung ist, daß die Einstellung der Parameter Anwärm- und Durchwärmkraft, die Lageerfassung der elastischen Fügefläche, die Anwärmwegvorgabe und die Anwärmwegbegrenzung durch eine einzige Vorrichtung erfolgen können. Darüber hinaus werden alle erforderlichen Bewegungsabläufe durch diese Vorrichtung durchgeführt.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beispielhaft nä­ her erläutert und beschrieben werden. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 2 eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Die Vorrichtung gemäß Fig. 1 weist ein Befestigungsteil 1 auf. An diesem Befestigungsteil 1 sind zwei Arme oder Leisten 2 und 3 an ihren Enden schwenkbar befestigt. Die anderen Enden der Leisten sind gelenkig mit einer Adapterplatte 7 verbunden und bilden ein Paral­ lelogramm. Durch diese Anordnung ist die Adapterplatte 7 quasi eindimensional (in der Fig. 1 vertikal) beweglich. Die bei diesem System vorhandene zweite (horizontale) Bewegungskomponente ist bei entsprechender Anordnung der Komponenten verschwindend gering und kann vernachlässigt werden. Anstelle der parallelogrammartig angeordneten verschwenkbaren Leisten ist es auch möglich, einen in einer Führung in dem Befestigungsteil 1 vertikal verschiebbaren Arm zur Halterung der Adapterplatte 7 zu verwenden. Diese Ausführungsform erfordert jedoch einen höheren Aufwand für die Lagerung des Arms in der Führung im Befestigungsteil 1, bietet dafür aber der Vorteil einer vollständigen Eliminierung der Horizontalbewegungskomponente.

Das Befestigungsteil 1 weist gabelförmige Fortsätze 21 und 22 auf, zwischen denen sich die beiden Leisten 2 und 3 erstrecken. An dem Fortsatz 21 ist eine Feder 5 vorgesehen, die auf die Leiste 3 wirkt und diese gegen den zweiten Fortsatz 22 des Befestigungsteils vorspannt. An dem zweiten Befestigungsteil 22 ist eine mechanische Wegbegrenzung 6 angebracht. Dadurch ist die maximale Auslenkung der Leiste 3, die durch die Kraft der Feder 5 auf die Leiste 2, die wiederum über das Befestigungsteil 1 und die Adapterplatte 7 mit der Leiste 3 gekoppelt ist, ausgelöst werden kann, begrenzt.

Die Befestigungsposition der Leisten 2 und 3 an dem Befestigungsteil 1 und die Anordnung der Multifunktionsfeder 5 bilden ein Hebelsystem, auf dessen Vorteile später näher einge­ gangen wird. Die Adapterplatte 7 dient zur Befestigung einer Heizvorrichtung 12. Diese Heizelementvorrichtung 12 kann dem jeweiligen Anwendungsfall entsprechend angepaßt ausgeführt sein.

Das Befestigungsteil 1 ist mit einem Verstellelement, zum Beispiel einer Vorschubwelle 11, gekoppelt. Die Vorschubwelle 11 steht über eine Wandlereinheit 8 und eine Getriebespindel 9 mit einem Antrieb 10, zum Beispiel einem Motor, in Verbindung.

Sowohl der Motor 10 als auch die Wandlereinheit 8 sind an einem Schenkel eines winke­ ligen Halterungsteils 15 angebracht. An dem anderen Schenkel des Halterungsteils 15 ist eine Vorschubeinrichtung 16 angebracht, an deren Ende eine Werkstückhalterung 17 vor­ gesehen ist, die ein zweites Fügeteil 18, das an der Fügefläche 24 anzubringen ist, trägt.

Die Wandlereinheit 8 wandelt die über die Gewindespindel 9 übertragene Rotationsbewegung um in eine Translationsbewegung, die zusätzlich abschnittsweise durch eine Rotationsbewegung überlagert ist.

Wird nun der Antrieb 10 mit entsprechender Drehrichtung betätigt, führt die Vorschubwelle 11 eine kombinierte Translationsbewegung (zum Beispiel in Fig. 1 einen Abwärtshub) und Schwenkbewegung, z. B. um 90 grd durch. Das Befestigungsgestell 1 wird aus seiner Grundstellung in die in Fig. 1 gezeigte Arbeitsposition geschwenkt. In dieser Arbeitsposition fluchten die Zentren einer Fügefläche 24 an einem Werkstück 13 und dem Heizelement 12. Die Wandlereinheit 8 ist geeignet ausgebildet, daß sobald die Zentren von Heizelement und Fügefläche fluchten, nur noch eine Translationsbewegung des Befestigungsteils 1 (vertikale Abwärtsbewegung) durch die Antriebswelle erfolgt.

Berührt nun das Heizelement 12 die elastische Fügefläche 13, wird die Multifunktionsfeder 5 soweit komprimiert, bis die Leiste 3 den Fortsatz 21 des Befestigungsgestells 1 erreicht und dabei einen am Ende des Fortsatzes 3 angebrachten Sensor 4 betätigt.

Abhängig von der Elastizität der Fügefläche 24 erfolgt die Auswahl der Federkraft von der Multifunktionsfeder 5. Diese ist vorzugsweise in ihrer Federkraftwirkung verstellbar und ins­ besondere mit einem Kraftsensor oder einer Kraftmeßdose kombiniert. Die Multifunktions­ feder 5 dient neben der Ansprechempfindlichkeit des Sensors 4 noch zur Kompensation des Eigengewichtes des Hebelsystems bei unterschiedlichen Einbaulagen des Gesamt­ systems.

Das Betätigen des Sensors 4 bewirkt ein sofortiges Stoppen des Antriebes 10. Die selbsthemmende Wirkung der Gewindespindel bewirkt eine stabile Position des Befesti­ gungsteils 1. Diese Position steht immer in einem exakten Bezug zur Fügefläche 24. Hierdurch ist sichergestellt, daß unabhängig von der Höhentoleranz der Fügefläche 24 das Heizelement 12 immer Berührung mit der Fügefläche 24 hat.

Durch die Kraft der komprimierten Multifunktionsfeder 5 und die Rückstellkraft der Füge­ fläche dringt nun das Heizelement 12 in die Fügefläche 24 ein. Durch die einstellbare me­ chanische Wegbegrenzung 6 wird die Eindringtiefe des Heizelementes 12 auf ein definier­ tes, ggf. vom Material des Werkstück abhängiges Maß begrenzt, vorzugsweise ca. 2 mm. Das Heizelement 12 liegt nun quasi kraftlos auf der Fügefläche 24 auf und die Wärme des Heizelementes kann nun ohne weitere Materialverdrängung in die Fügefläche 24 diffundieren.

Die mechanische Wegbegrenzung 6 kann ebenfalls mit einem Sensor ausgerüstet sein. In diesem Fall kann die Einhaltung der definierten Eindringtiefe abgefragt und dokumentiert werden.

Ist die elastische Rückkehr der Fügefläche 24, die durch Anlage des Heizelements elastisch verformt wurde; während der Anwärmphase, bei der das Heizelement in das Material plötzlich eindringen kann, verfahrenstechnisch nicht erwünscht, kann diese durch ein weiteres, am Befestigungsteil 1 angebrachtes mechanisches Wegbegrenzungssystem 14 eliminiert werden. Dieses Wegbegrenzungssystem 14 wird nach Möglichkeit in der Nähe der Fügefläche 24, jedoch im nicht aufweichenden Bereich, und dem Weg­ begrenzungssystem 6 voreilend positioniert.

Während des Anwärmens der Fügefläche 24 erfolgt zweckgemäß das Anwärmen der Fü­ gefläche des zweiten Fügepartners 18 auf der der Fügefläche 24 abgewandten Seite des Heizelementes 12. Dieser Vorgang kann mit einer beliebigen Fügeteilhaltevorrichtung 17 und der damit verbundenen Vorschubeinrichtung 16, welche über ein Verbindungselement 15 mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung gekoppelt ist, erfolgen.

Nach Erreichen der mechanischen Wegbegrenzung 6 und einer anschließenden Verweil­ zeit, welche für das Diffundieren der Wärme vom Heizelement 12 in die Fügefläche 24 er­ forderlich ist, wird der Antrieb 10 mit gegenläufiger Drehrichtung betätigt. Auch der An­ wärmprozeß des zweiten Fügepartners 18 muß abgeschlossen sein und die Vorschubvor­ richtung 16 ihre Grundstellung wieder erreicht haben, bevor der Antrieb 10 betätigt wird.

Nach Aktivieren des Antriebes 10 mit gegenläufiger Drehrichtung wird das Heizelement 12 von der Fügefläche 24 wegbewegt (vertikal abgehoben) und danach mit, einer überlagerten Rotation aus der Arbeitszone herausgeschwenkt. Anschließend wird der Fügepartner 18 mit Hilfe der Vorschubvorrichtung 16 auf die Fügefläche 24 des Werkstücks 13 gepreßt.

In der Fig. 2 ist eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform gezeigt. Für gleiche oder ähnliche Merkmale wurden in der Fig. 2 die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1, jedoch um 100 erhöht, verwendet. Für Beschreibung und Erläuterung der Funktionsweise gleicher und ähnlicher Teile wird auf die Beschreibung der ersten Ausführungsform gemäß Fig. 1 verwiesen.

In der Ausführungsform nach der Fig. 2 ist am Ende der Vorschubwelle 111 eine winkel­ förmige Halterung 130 angebracht, an deren freien Ende eine ringförmige Halterung 131 vorgesehen ist. In der zentralen Öffnung der ringförmigen Halterung 131 ist über ein Paar von Lagerbuchsen 136 ein Schenkel einer abgewinkelten Trägerstange 132 verschiebbar gehaltert. Die Trägerstange 132 weist einen Kragen 135 auf, an dem sich eine den Schenkel der Trägerstange 132 umgebende Spiralfeder 105 gegen eine Lagerbuchse 136 abstützt. An dem der Feder 105 gegenüberliegenden Ende der Trägerstange ist ein Anschlag 133 angebracht. Der freie, um 90° angewinkelte Schenkel der Trägerstange 132 trägt an seinem Ende die Adapterplatte 107. An der ringförmigen Halterung 131 ist ein Halteelement 134 angebracht, das den Sensor 104 in der Nähe des freien Schenkels der Trägerstange 132 in deren Translationsbereich haltert.

Die Funktion dieser zweiten Ausführungsform der Erfindung ist ähnlich zu der ersten Aus­ führungsform. Bei Inbetriebsetzen des Motors 110 wird zuerst die Vorschubwelle 111 um 90° aus der Grundstellung (nicht gezeigt) in die in der in Fig. 2 gezeigte Arbeitsstellung ge­ schwenkt. In dieser Stellung befindet sich die Heizvorrichtung 112 zwischen der Fügefläche 124 und dem Fügeteil 118. Die Weiterbetätigung des Motors 110 führt zu einer Transla­ tionsbewegung der Vorschubwelle 111, wodurch das Heizelement 112 an der Fügefläche 124 zur Anlage kommt. Bei noch weiterer Betätigung des Antriebs 110 wird durch die Ge­ genkraft des Werkstücks 113 an der Fügefläche 124 die Feder 105 komprimiert. Schließlich wird bei Betätigung des Sensors 104 durch den horizontalen Arm des Trägers 132 der An­ trieb 110 angehalten. Die Position der Heizvorrichtung 112 ist nun fixiert aufgrund der selbsthemmenden Wirkung durch die Spindel 109. Aufgrund der elastischen Kraft der komprimierten Feder 105 wird das Werkstück 113 an der Fügefläche 124 deformiert. Durch die Kraft der komprimierten Feder 105 und der Reaktionskraft der ausgelenkten Fügefläche 124 verdrängt die Heizvorrichtung 112 beim Aufschmelzen das Material des Werkstücks 113. Die Einschmelzstrecke ist durch den einstellbaren Anschlag 133 begrenzbar, z. B. 2 mm. Sobald der Anschlag 133 an der Lagerhülse 136 anliegt, dringt die Wärme von der Heizvorrichtung 112 ohne Kraftausübung und ohne weitere Schmelzmaterialverdrängung an der Fügefläche 124 in das Material des Werkstücks 113 ein.

Gleichzeitig mit dem Erhitzen der Fügefläche 124 wird das Fügeteil 118 durch Betrieb der Vorschubeinrichtung 116 an die der Fügefläche 124 gegenüberliegende Oberfläche der Heizeinrichtung 112 angelegt und ebenfalls erwärmt. Nachdem eine ausreichende Zeit zum Erwärmen und Anschmelzen der Fügefläche 124 und des Fügeteils 118 verstrichen ist, wird das Fügeteil 118 durch Betrieb der Vorschubvorrichtung 116 wieder zurückgezogen, und der Antrieb 110 wird in umgekehrter Richtung nunmehr betrieben, um das Heizelement 112 wieder von der Fügefläche 124 abzuheben und am Ende der Translationsbewegung wieder um 90° aus der Arbeitsposition in die Grundposition herauszuschwenken. Anschließend wird durch alleinigen Betrieb der Vorschubeinrichtung 116 das Fügeteil 118 an der noch heißen und angeschmolzenen Fläche an der ebenfalls noch heißen und angeschmolzenen Fügefläche 124 des Werkstücks 113 angebracht. Nach Abkühlung der Fügeverbindung tritt eine dauerhafte und feste Verbindung mit hervorragender Dichtigkeit auf.

Für beide Ausführungsformen gemäß Fig. 1 und Fig. 2 wäre es auch möglich, anstelle des Heizelements das Werkstück elastisch, z. B. auf einer Federvorrichtung ruhend, zur Erzielung einer Vorspannung zwischen dem Heizelement und dem Werkstück zu haltern.

Für die oben beschriebenen Ausführungsformen wurde nur eine Herstellung einer Fügeverbindung mittels Erwärmens zum Plastifizieren des Materials von Werkstück und Fügeteil angenommen. Dem Fachmann ist jedoch verständlich, daß bei Plastifizierung z. B. auf chemischem Weg, wenn keine Erwärmung und Anschmelzung des Werkstücks erfolgt, das Fügeteil (bzw. das Werkstück) erfindungsgemäß unter elastischer Halterung an das Werkstück (bzw. das Fügeteil) angepreßt wird.

Claims (29)

1. Verfahren zum Vorbereiten und Bilden einer Fügeverbindung zwischen einem bei Anwendung einer mechanischen Kraft verformbaren Werkstück und einem Fügeteil, insbesonders zur Plastifizierung der Fügeverbindungsstelle des Werkstücks mittels Anwärmung, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:
Anlegen einer Applikationsvorrichtung an der Fügeverbindungsstelle,
Aktivieren der Applikationsvorrichtung, und
Nachstellen der Position der Applikationsvorrichtung relativ zum Werkstück,
dadurch gekennzeichnet, daß das Nachstellen eine von einer Meßwerterfassung der Position der Fü­ geverbindungsstelle unabhängige, definierte Verschiebung der Applikationsvorrichtung gegenüber der Fügeverbindungsstelle des Werkstücks umfaßt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorspannungskraft, die zwischen der Heizvorrichtung und dem Werkstück an der Fügeverbindungsstelle wirkt, vorgesehen wird, die bei Verformung des Werkstücks an der Fügeverbindungs­ stelle auf Grund der Anlage des Heizelements die Nachstellung erzielt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Applikationsvorrichtung eine Heizvorrichtung ist zum Anwärmen der Fügeverbindungsstelle des Werkstücks, um diese zur Vorbereitung der Fügeverbindung zu Plastifizieren.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Applikationsvorrichtung eine verschiebbare Halterungsvorrichtung für das anzubringende Fügeteil ist, mit der das Fügeteil nach vorheriger Vorbereitung der Fügeverbindungsstelle an diese angepreßt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannungskraft auf einen Maximalwert begrenzt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspan­ nungskraft durch ein mit der Applikationsvorrichtung gekoppeltes elastisch deformierbares Element erzeugt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzung der Vorspannungskraft auf einen Maximalwert durch einen bei Erreichen einer vorbestimmten Deformation des elastisch deformierbaren Elements ansprechenden Sensor erfolgt.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mit einer Vorbereitung der Fügeverbindungsstelle des Werkstücks durch Anwärmen mit einer Heizvorrichtung ein Fügeteil durch Anwärmung durch die Heizvorrichtung für den Verbindungsprozeß vorbereitet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine zwischen dem Fü­ geteil und der Heizvorrichtung wirkende Vorspannungskraft vorgesehen wird, so daß bei Verformung des Fügeteils auf Grund der Anlage des Heizelements eine Nachstel­ lung der Position des Heizelements relativ zum Fügeteil erfolgt.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachstellung der Heizvorrichtung auf eine vorbestimmte Strecke begrenzt wird.

11. Fügeverbindungsvorrichtung zur Vorbereitung und Bildung einer Fügeverbindung eines Werkstücks (13, 113) mit einem Fügeteil (18, 118), insbesondere unter Plastifizierung einer Fügeverbindungsstelle (24, 124) des Werkstücks (13, 113), mit:
einer Applikationsvorrichtung, die an der Fügeverbindungsstelle (24, 124) des Werkstücks zur Anlage kommt,
dadurch gekennzeichnet, daß
von einer Meßwerterfassung der Position der Fügeverbindungsstelle unabhängige Nachstellmittel vorgesehen sind, um die Position der Applikationsvorrichtung unter Anlage an der Fügeverbindungsstelle des Werkstücks relativ zum Werkstück bei Verformung der Fügeverbindungsstelle nachzustellen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vorspannungsele­ ment (5, 105) zum Erzeugen einer zwischen der Applikationsvorrichtung und der Fügeverbindungsstelle (24, 124) des Werkstücks wirkenden Vorspannungskraft vorgesehen ist zur Nachstellung der Position der Applikationsvorrichtung.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Begrenzungsmittel (6, 133) vorgesehen ist zur Begrenzung der Nachstellung der Applikationsvorrichtung relativ zum Werkstück auf eine vorbestimmte Strecke.

14. Vorrichtung nach Anspruch 11, 12 oder 13 dadurch gekennzeichnet, daß die Applikationsvorrichtung eine Heizvorrichtung (12, 112) ist zum Vorbereiten des Fügeprozesses mittels Erwärmung der Fügeverbindungsstelle (24, 124).

15. Vorrichtung nach Anspruch 11, 12 oder 13 dadurch gekennzeichnet, daß die Applikationsvorrichtung eine verschiebbare Halterungsvorlichtung (17, 117) für das Fügeteil (18, 118) ist, mit der das Fügeteil an die vorbereitete Fügeverbindungsstelle des Werkstücks anpreßbar ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung an einem schwenkbaren Halterungselement (2, 3) angebracht ist.

17. Vorrichtung gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorspan­ nungselement (5) an dem Halterungselement (3) unter Schaffung einer Hebelwirkung angreift.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungsvorrich­ tung zwei zueinander parallele Arme (2, 3) umfaßt, die an einem Ende an einem Be­ festigungsteil (1) angelenkt sind, und an ihrem anderen Ende jeweils gelenkig mit der Heizvorrichtung (12) gekoppelt sind.

19. Vorrichtung gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzung der Nachstellung auf eine bestimmte Wegstrecke durch einen Anschlag (6), der die Aus­ lenkung der Arme begrenzt, erfolgt.

20. Vorrichtung gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Befestigungs­ teil (1) in einer mit der Auslenkrichtung der schwenkbaren Arme (2, 3) im wesentlichen gleichen Richtung verschiebbar und um eine im wesentlichen in dieser Richtung angeordneten Achse schwenkbar ist.

21. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 12 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß ein Element zur Begrenzung der Vorspannungskraft vorgesehen ist.

22. Vorrichtung gemäß Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Element zur Begrenzung der Vorspannungskraft ein Sensor (4) ist, der bei einer vorbestimmten Auslenkung der Applicationsvorrichtung anspricht.

23. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß weitere eine Halterung für das Fügeteil (18) vorgesehen ist.

24. Vorrichtung gemäß Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verstelleinrich­ tung (16) zur transversalen Verschiebung der Halterung (17) des Fügeteils (18) in einer Richtung, in der die Heizvorrichtung nachstellbar ist, vorgesehen ist.

25. Vorrichtung gemäß Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vorspannungs­ element an die Halterung (17) für das Fügeteil (18) gekoppelt ist zur automatischen Nachstellung der Position des Fügeteils relativ zum Heizelement bei Verformung.

26. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 20 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gewindespindelantrieb (8, 9, 10, 11) vorgesehen ist zur Verschiebung/Drehung des Befestigungsteils (1).

27. Vorrichtung gemäß Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewindespin­ delantrieb selbsthemmend ausgebildet ist.

28. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 12 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Applikationsvorrichtung in einer Richtung linear verschiebbar an einem Befestigungsteil (111) gehaltert ist.

29. Vorrichtung gemäß Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung der Applikationsvorrichtung (112) einen Träger (132) umfaßt, der über ein elastisch deformierbares Element (105) an das Befestigungsteil (130) gekoppelt ist.