DE20117119U1 - Schweißeinrichtung - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schweißeinrichtung zum Verschweißen von Kunststoffwerkstücken mit einem Grundrahmen und zwei darauf angeordneten Schweißtischen, auf denen das bzw. die Kunststoffwerkstück(e) fixierbar ist bzw. sind und zwischen denen ein Heizschwert aus einer Parkposition in eine Arbeitsposition und umgekehrt verfahrbar ist, wobei die Schweißtische mittels eines Elektromotors aufeinanderzu und voneinanderweg bewegbar sind, der mit einer Antriebssteuerung für eine Kraft- und Wegsteuerung versehen ist, wobei die Antriebssteuerung die Bewegung der Schweißtische und des Heizschwerts für einen Schweißzyklus derart steuert, daß die Schweißtische nach Fixierung des Kunststoffwerkstücks bzw. der Kunststoffwerkstücke und Ausfahren des Heizschwerts in die Arbeitsposition mittels Wegsteuerung soweit zusammengefahren werden, daß die Stirnseiten des Kunststoffwerkstücks bzw. der Kunststoffwerkstücke aufgeheizt werden, und daß sie dann wieder auseinandergefahren, das Heizschwert in die Parkposition zurückgefahren und die Schweißtische wieder so zusammengefahren werden, daß die aufgewärmten Stirnseiten des Kunststoffwerkstücks bzw. der Kunststoffwerkstük-
ke zusanunengefügt werden und ein einmal erreichter Fügedruck mittels Kraftsteuerung konstant gehalten wird.
Schweißeinrichtungen der vorgenannten Art sind beispielsweise in der DE 35 39 842 Al, der EP 0 595 213 Bl und in dem DE-GM 85 31 748 beschrieben. Sie weisen einen langgestreckten Grundrahmen auf, auf dessen Oberseite zwei sich in einer Horizontalebene erstreckende Schweißtische nebeneinander angeordnet sind. Auf ihren Oberseiten weisen die Schweißtische im Bereich der jeweils benachbarten Stirnseiten Spannbalken mit einer Vielzahl von über ihre Länge nebeneinander angeordneten, auf den zugehörigen Schweißtisch absenkbaren Spannplatten auf. Mittels der Spannplatten können auf jedem Schweißtisch jeweils eine Kunststoffplatte oder ein über die Spannbalken gestülptes Kunststoffrohr verspannt werden.
Die Schweißtische sind auf den Grundrahmen verschieblich gelagert und können mit Hilfe einer Antriebseinrichtung aufeinanderzu voneinanderweg bewegt werden. Die Antriebseinrichtungen weisen hierzu einen Antriebsmotor und eine die Antriebskraft vom Antriebsmotor auf die Schweißtische übertragendes Antriebsgestänge auf. Das Antriebsgestänge ist so gestaltet, daß sich die Schweißtische im Antriebsfall entgegengesetzt und synchron bewegen.
Im Bereich zwischen den beiden Schweißtischen erstreckt sich ein Heizschwert, das für die Erhitzung der miteinander zu verbindenden Stirnseiten der Kunststoffplatten vorgesehen ist. Das Heizschwert ist vertikal in den Spalt
zwischen den benachbarten Stirnseiten der Schweißtische beweglich. Unterhalb des Heizschwerts ist ein Anschlagbalken vorhanden.
Ein Schweißvorgang mit einer solchen Schweißvorrichtung wird dadurch eingeleitet, daß die Schweißtische gegen den in den Spalt eingefahrenen Anschlagbalken verfahren werden, wobei die Schweißtische jeweils an verbreiterten Abschnitten des Anschlagbalkens zur Anlage kommen. Es werden dann die Kunststoffplatten auf die Schweißtische derart aufgelegt, daß sie an weniger breiten Abschnitten des Anschlagbalkens zur Anlage kommen. Sie stehen dann jeweils ein Stück über die zugehörige Stirnseite des Schweißtischs über. Nach Verspannen der Kunststoffplatten durch Absenken der Spannplatten an den Spannbalken werden die Schweißtische auseinandergefahren und das Heizschwert so weit abgesenkt, daß es in der Bewegungsebene der Kunststoffplatten liegt. Die Schweißtische werden anschließend wieder aufeinanderzu bewegt, bis die Kunststoffplatten mit ihren zu verbindenden Stirnseiten an dem Heizschwert zur Anlage kommen. Sie erhitzen sich an dem Heizschwert unter Plastifizierung der Stirnseiten und werden dann nach Wegfall des Heizschwerts unter Aufbringung eines Schließdrucks durch die Schweißtische gegeneinander gepreßt. Nach dem Erkalten ist die Verbindung zwischen den Kunststoffplatten fertig.
Als Antriebsmotoren dienen bei den Schweißeinrichtungen, die in den vorgenannten Dokumenten beschrieben sind, parallel zueinander angeordnete Pneumatikzylindereinhei-
ten, die jeweils auf ein Paar von gegenüberliegenden Antriebshebeln wirken, welche synchron, jedoch gegenläufig zueinander bewegbar sind, wobei hier ein Antriebshebel mit je einem Schweißtisch verbunden ist. Zur Koordinierung der Antriebsmotoren für die Schweißtische und für das Heizschwert ist eine Antriebssteuerung vorgesehen, die teilweise auch mit einer Kraftsteuerung arbeitet, um den Anpreßdruck an dem Heizschwert und den Fügedruck beim Zusammenfügen der Stirnseiten der Kunststoffplatten zu erfassen und danach die Antriebsmotoren zu steuern (vgl. EP 0 595 213 Bl). Die Steuerung ist jedoch wegen der Verwendung der Pneumatikzylindereinheiten nicht besonders exakt.
Um dies zu verbessern, ist in der DE 40 26 711 Al vorgeschlagen worden, als Antrieb für die Schweißtische einen Elektromotor, insbesondere einen Schrittmotor, vorzusehen und diesen Motor entweder kraftgesteuert oder weggesteuert zu betreiben. Da beide Steuerungsarten Nachteile aufweisen, wird zudem vorgeschlagen, sie miteinander in der Weise zu kombinieren, daß für das Aufheizen der Stirnseiten der Kunststoffplatten am Heizschwert eine Wegsteuerung und für das anschließende Fügen und Abkühlen eine Kraftsteuerung vorgesehen wird. Die Kraftsteuerung geschieht dergestalt, daß der Druck beim Fügen erfaßt und daß er nach Erreichen eines vorbestimmten Fügedrucks während der Abkühlphase konstant gehalten wird.
Durch die Verwendung von Schrittmotoren und die Anwendung einer kombinierten Weg- und Kraftsteuerung konnten zwar
die Bewegungen der Schweißtische präziser und auch schneller gestaltet werden. Gleichwohl war die Qualität und Reproduzierbarkeit der Schweißergebnisse immer noch nicht optimal.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Antriebssteuerung für die Bewegung insbesondere der Schweißtische zwecks Verbesserung der Schweißqualität und deren Reproduzierbarkeit weiter zu optimieren.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Wegsteuerung nach dem Aufheizvorgang fortgesetzt wird, indem auch das Zusammenfügen des Kunststoffwerkstücks bzw. der Kunststoffwerkstücke mittels Wegsteuerung um einen vorbestimmten Weg erfolgt, und daß nach Zurücklegen dieses Wegs die dann wirkende Fügekraft erfaßt und mittels Kraftsteuerung konstantgehalten wird.
Grundgedanke der Erfindung ist es also, auch das Fügen mittels Wegsteuerung durchzuführen und die Kraftsteuerung erst dann einzusetzen, wenn ein vorbestimmter, den jeweiligen Anforderungen entsprechender Fügeweg zurückgelegt ist. Dem liegt die schon zur Erfindung gehörende Erkenntnis zugrunde, daß ein kraftgesteuertes Fügen regelmäßig zu einem Überschwingen und damit zu einem zu hohen Fügedruck führt, was eine entsprechende Verdrängung des Kunststoffmaterials zur Folge hat. Mit dem weggesteuerten Fügevorgang wird dies zuverlässig vermieden, selbst wenn das Fügen bei hoher Geschwindigkeit stattfindet. Eine ho-
he Fügegeschwindigkeit ist jedoch für die Verschweißung und deren Qualität vorteilhaft.
Neben der Verbesserung der Schweißqualität und deren Reproduzierbarkeit wird auch die Geschwindigkeit des Schweißzyklus' nicht unerheblich herabgesetzt. Da eine Kraftsteuerung nur noch in der Abkühlphase stattfindet, können die Abläufe in allen anderen Bereichen aufgrund der dann wirksamen Wegsteuerung erheblich beschleunigt werden.
In Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß schon von Beginn des Fügens die Preßkraft erfaßt wird. Dies hat nicht zuletzt aus Dokumentationsgründen Vorteile.
Als Elektromotor für den Schlittenantrieb kommen insbesondere Schritt- oder noch besser Servomotoren zur Anwendung, da sie sich auch bei hohen Geschwindigkeiten sehr exakt steuern lassen.
Der Antrieb der Schweißtische kann auf verschiedene Weise ausgebildet sein. So kann ein zentraler Elektromotor vorgesehen sein, der die Schweißtische über ein Antriebsgestänge bewegt, wobei das Antriebsgestänge dafür sorgt, daß die Preßtische synchron und gerade angetrieben werden. Wenigstens ein Elektromotor kann auch mit dem einen Schweißtisch verbunden sein und wenigstens eine sich in den Bewegungsrichtungen der Schweißtische erstreckende Spindel antreiben, die in eine Spindelmutter an dem anderen Schweißtisch derart eingreift, daß sich bei einer
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Drehbewegung der Spindel in einer Richtung die Schweißtische in entgegengesetzten Richtungen bewegen. Statt einer einzigen Spindel können auch mehrere, beispielsweise zwei nebeneinander und im Abstand zueinander angeordnete Spindeln in der Weise vorgesehen sein. Ihr Antrieb kann von einem einzigen Elektromotor über ein die Drehbewegung synchronisierendes Getriebe erfolgen. Es kann jedoch auch jeder Spindel ein eigener Elektromotor zugeordnet sein, wobei zu deren Synchronisierung eine elektronische Regelung oder Drehverbindungen wie Ketten, Wellen oder Zahnriemen, vorgesehen sein können.
In der Zeichnung ist die Erfindung anhand von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher veranschaulicht. Es zeigen:
Figur 1 eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schweißeinrichtung;
Figur 2 eine Seitenansicht der Schweißeinrichtung gemäß Figur 1;
Figur 3 eine stirnseitige Ansicht der Schweißeinrichtung gemäß den Figuren 1 und 2 und
Figur 4 eine Draufsicht auf ein zweite erfindungsgemäße Schweißeinrichtung.
Die in den Figuren 1 bis 3 dargestellte Schweißeinrichtung 1 hat einen insgesamt mit 2 bezeichneten Grundrahmen
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2, der auf sechs Füßen 3 bis 8 ruht. Der Grundrahmen 2 hat ein rechteckiges Untergestell 9 aus Stahlrohren quadratischen Querschnitts, von dem in den Ecken Säulen 10 bis 13 hochstehen, die im Bereich ihrer oberen Enden ein ebenfalls rechteckiges Obergestell 14 tragen. Auf dem Obergestell 14 sind zwei rechteckige Schweißtische 15, 16 angeordnet, die in den Figuren 1 und 3 nur verkürzt dargestellt sind. Die Schweißtische sind auf Linearführungselementen 17, 18 horizontal in Bewegungsrichtungen verschieblich gelagert, die durch die Doppelpfeile A in Figur 1 angezeigt sind. Ihre gegenüberliegenden Stirnseiten liegen entgegen den Darstellung in den Figuren 1 und 3 relativ nah beieinander, so daß zwischen ihnen ein Längsspalt vorhanden ist.
Auf der Oberseite der Schweißtische 15, 16 ist im Bereich ihrer benachbarten Stirnseiten jeweils ein Spannbalken angeordnet, mit dem auf die Schweißtische 15, 16 aufgelegte Kunststoffplatten gegen die Oberseite der Schweißtische 15, 16 verspannt werden können. Die Spannbalken sind - da für die Beschreibung der vorliegenden Erfindung nicht wesentlich - hier der Übersichtigkeit halber weggelassen. Insoweit kann auf den eingangs zitierten Stand der Technik Bezug genommen werden.
Dies gilt auch für die Anordnung eines Heizschwertes in der Mittellängsachse der Schweißeinrichtung 1. Es ist hier ebenfalls der Übersichtlichkeit halber weggelassen. Dabei ist es nicht erforderlich, daß es sich um ein von innen beispielsweise über einen Heizwiderstand erwärmtes
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Heizschwert handelt. Das Heizschwert kann auch mit anderen Wärmeerzeugern versehen sein, beispielsweise Strahlungsheizern, welche eine berührungslose Erwärmung der Stirnseiten der Kunststoffplatten bewirken.
Zur entgegengesetzten und synchronen Bewegung der beiden Schweißtische 15, 16 in den Richtungen der Pfeile A gemäß Figur 1 ist eine Antriebseinrichtung vorhanden, die erfindungsgemäß wie folgt gestaltet ist.
Im Bereich der Stirnseiten des Grundrahmens 2 ist in der Mittellängsachse jeweils eine sich vertikal erstreckende Drehachse 19, 20 angeordnet. Die Drehachsen 19, 20 sind untenseitig über Lager 21, 22 in Untergestell 9 und im oberen Bereich über am Grundrahmen 2 befestigte Lagerbökke 23, 24 drehbar gelagert. An den oberen, freien Enden der Drehachsen 19, 20 ist jeweils ein gerader Doppelarmhebel 25, 26 drehfest mit der jeweils zugehörigen Drehachse 19, 20 verbunden. In den Darstellungen gemäß den Figuren 1 und 2 erstrecken sich die Doppelarmhebel 25, 26 gerade in der Längsachse der Schweißeinrichtung 1.
Jeder Hebelarm des Doppelarmhebels 25, 2 6 weist einen Anlenkpunkt 27, 28 bzw. 29, 30 auf, an denen jeweils ein Paar von Betätigungsstangen 31, 32 bzw. 33, 34 angreifen. Die Betätigungsstangen 31, 32, 33, 34 verlaufen horizontal und parallel zueinander, jedoch innerhalb jedes Paares in entgegengesetzte Richtung. Von den von einem Doppelarmhebel 25, 26 ausgehenden Betätigungsstangen 31, 32 bzw. 33, 34 ist die eine Betätigungsstange 31, 33 mit dem
einen Schweißtisch 15 über Anlenkpunkte 36, 37 und die andere Betätigungsstange 32, 34 mit dem anderen Schweißtisch 16 über jeweils einen dortigen Anlenkpunkte 38, 39 verbunden. Aufgrund identischer Ausbildung der Doppelarmhebel 25, 26 und der Betätigungsstangen 31, 32, 33, 34 und ihrer Parallelausrichtung werden die Schweißtische 15, 16 bei einer Verdrehung der Doppelarmhebel 25, 26 gleichmäßig und jeweils in entgegengesetzter Richtung (Pfeile A) bewegt. Sie bewegen sich aufeinander zu, wenn die Doppelarmhebel 25, 26 in der Darstellung gemäß Figur 1 im Uhrzeigersinn verdreht werden, und sie bewegen sich voneinander weg, wenn die Doppelarmhebel 25, 26 entgegengesetzt verdreht werden.
Im unteren Bereich sind an den Drehachsen 19, 20 ebenfalls doppelarmige Schwenkhebel 40, 41 drehfest angebracht, die sich quer zu den Doppelarmhebeln 25, 26 erstrecken und in der in Figur 1 gezeigten Stellung parallel zu den Stirnseiten der Schweißeinrichtung 1 verlaufen. Jeder Hebelarm der Schwenkhebel 40, 41 weist jeweils einen Anlenkpunkt 42, 43 bzw. 44, 45' auf. Die sich jeweils in derselben Richtung erstreckenden Hebelarme der Schwenkhebel 40, 41 sind über Koppelstangen 46, 47 miteinander verbunden, wobei die eine Koppelstange 46 an den Anlenkpunkten 42, 44 und die andere Koppelstange 4 7 an den Anlenkpunkten 43, 45 angreift. Die Koppelstangen 46, 47 und Schwenkhebel 40, 41 stellen ein Parallelogrammgestange dar. Dieses Parallelogrammgestänge stellt sicher, daß beide Drehachsen 19, 20 eine Drehverbindung dergestalt haben, daß sich die Drehachse 19, 2 0 und damit die
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Doppelarmhebe1 25, 26 immer in der gleichen Drehrichtung (Pfeile B) bewegen, wenn die beiden Koppelstangen 46, 47 in zueinander entgegengesetzten Richtungen (Pfeile C) bewegt werden.
Zwischen den beiden Koppelstangen 46, 47 ist ein den Antriebsmotor für die Schweißtische 15, 16 bildender Elektromotor 48 in Form eines Servomotors angeordnet. Die auf der linken Seite herausragende Antriebswelle des Elektromotors 48 ist mit einer Spindel 49 verbunden, die in eine Spindelmutter 50 eingreift. Die Spindelmutter 50 ist gelenkig an einem Lagerbock 51 aufgehängt, der mit der unteren Koppelstange 47 verbunden ist. Die andere Seite des Elektromotors 4 8 ist über eine Druckdose 52 mit einem Lagerbock 53 gelenkig verbunden. Letzterer ist an der oberen Koppelstange 4 6 angebracht.
Wird die Spindel 49 in einer Richtung angetrieben, bewegt sich die Spindelmutter 50 auf der Spindel 49 und verändert damit den Abstand zwischen den beiden Lagerböcken 51, 53. Dies hat wiederum eine gegenläufige Bewegung der beiden Koppelstangen 46, 4 7 zur Folge, wodurch eine Drehbewegung der Drehachsen 19, 2 0 und damit der Doppelarmhebel 25, 26 erzielt wird.
Der Elektromotor 4 8 ist mit einer hier nicht näher dargestellten Antriebssteuerung verbunden, die im vorbeschrie-
benen Sinn eine Wegsteuerung mit einer Kraftsteuerung verbindet. Dabei wird der Weg innerhalb des Elektromotors
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inkremental erfaßt, während die jeweils wirkende Kraft von der Druckdose 52 gemessen wird.
Die Schweißeinrichtung 61 gemäß Figur 4 unterscheidet sich von der gemäß den Figuren 1 bis 3 nur durch die Form des Antriebs der Schweißtische 15, 16. Soweit gleiche Teile gezeigt sind, werden die gleichen Bezugsziffern verwendet. Bezüglich der mit diesen Bezugsziffern bezeichneten Teile wird auf die Beschreibung der Schweißeinrichtung 1 gemäß den Figuren 1 bis 3 Bezug genommen .
Bei der Schweißeinrichtung 61 sind die bei der Schweißeinrichtung 1 gemäß den Figuren 1 bis 3 vorhandenen Koppelstangen 46, 47 weggelassen, so daß zwischen beiden Seiten des Antriebsgestänges keine mechanische Verbindung besteht. An dem in der Ansicht unteren Schweißtisch 16 sind seitlich jeweils ein Elektromotor 62, 63 befestigt. Deren Antriebswellen sind mit Spindeln 64, 65 verbunden, die sich längs der beiden Schweißtische 15, 16 erstrecken und in Spindelmuttern 66, 67 eingreifen, die an dem anderen Schweißtisch 15 befestigt sind. Werden beide Elektromotoren 62, 63 in die gleiche Richtung gedreht, verändert sich der Abstand der Spindelmuttern 66, 67 und den Elektromotoren 62, 63. Dabei sorgen die Doppelarmhebel 25, 26 und die an ihnen angelenkten Betätigungsstangen 31, 32 bzw. 33, 34 dafür, daß sich die Schweißtische 15, 16 mit gleicher Geschwindigkeit, jedoch entgegengesetzt bewegen.
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Damit die Spindel 64, 65 nicht nur in der gleichen Richtung, sondern auch mit der gleichen Geschwindigkeit verdreht werden, ist eine Synchronisierung erforderlich. Dies könnte beispielsweise durch Vorsehen von Koppelstangen 46, 47 geschehen, wie sie bei der Schweißeinrichtung 1 gemäß den Figuren 1 bis 2 vorhanden ist. Die Elektromotoren 62, 63 oder die Spindeln 64, 65 können aber auch durch eine Welle oder Ketten oder Zahnriemen synchronisiert werden. Die Synchronisation kann aber auch auf elektronischem Weg durch eine entsprechend synchronisierende Steuerung der Elektromotoren 62, 63 erfolgen.
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Claims (9)
1. Schweißeinrichtung zum Verschweißen von Kunststoffwerkstücken, mit einem Grundrahmen (2) und zwei darauf angeordneten Schweißtischen (15, 16), auf denen das bzw. die Kunststoffwerkstück(e) fixierbar ist bzw. sind und zwischen denen ein Heizschwert aus einer Parkposition in eine Arbeitsposition verfahrbar ist und umgekehrt, wobei die Schweißtische (15, 16) mittels wenigstens eines Elektromotors (48, 62, 63) aufeinanderzu und voneinanderweg bewegbar sind, der mit einer Antriebssteuerung für eine Kraft- und eine Wegsteuerung versehen ist, wobei die Antriebssteuerung die Bewegung der Schweißtische (15, 16) und des Heizschwerts für einen Schweißzyklus derart steuert, daß die Schweißtische (15, 16) nach Fixierung des Kunststoffwerkstücks bzw. der Kunststoffwerkstücke und Ausfahren des Heizschwerts in die Arbeitsposition soweit zusammengefahren werden, daß die Stirnseiten des Kunststoffwerkstücks bzw. der Kunststoffwerkstücke aufgeheizt werden, und daß sie dann wieder auseinandergefahren, das Heizschwert in die Parkposition zurückgefahren und die Schweißtische (15, 16) so zusammengefahren werden, daß die aufgewärmten Stirnseiten des Kunststoffwerkstücks bzw. der Kunststoffwerkstücke zusammengefügt werden und ein einmal erreichter Fügedruck mittels Kraftsteuerung konstant gehalten wird, dadurch gekennzichnet, daß die Wegsteuerung nach dem Aufheizvorgang fortgesetze wird, indem auch das Zusammenfügen des Kunststoffwerkstücks bzw. der Kunstoffwerkstücke mittels Wegsteuerung um einen vorbestimmten Fügeweg die dann wirkende Fügekraft erfaßt und mittels Kraftsteuerung konstantgehalten wird.
2. Schweißeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fügekraft schon von Beginn des Fügens erfaßt wird.
3. Schweißeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Elektromotor als Schritt- oder als Servomotor ausgebildet ist.
4. Schweißeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein einziger Elektromotor (48) vorgesehen ist, der die Schweißtische (15, 16) über ein Antriebsgestänge bewegt.
5. Schweißeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Elektromotor mit dem einen Schweißtisch verbunden ist und wenigstens eine Spindel antreibt, die in eine Spindelmutter an dem anderen Schweißtisch derart eingreift, daß sich bei einer Drehbewegung der Spindel in einer Drehrichtung die Schweißtische in entgegengesetzten Richtungen bewegen.
6. Schweißeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß nebeneinander und im Abstand zueinander wenigstens zwei Spindeln (64, 65) vorgesehen sind
7. Schweißeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindeln von einem einzigen Elektromotor über ein die Drehbewegungen synchronisierendes Getriebe angetrieben ist.
8. Schweißeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Spindel (64, 65) ein eigener Elektromotor (62, 63) zugeordnet ist und die Elektromotoren elektronisch miteinander synchronisiert sind.
9. Schweißeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Spindel (64, 65) ein eigener Elektromotor (62, 63) zugeordnet ist und die Elektromotoren (62, 63) mechanisch beispielsweise über eine Welle, eine Kette, einen Zahnriemen oder dergleichen, synchronisiert sind.
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Cited By (2)
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EP1302302A1 (de) * | 2001-10-10 | 2003-04-16 | Wegener GmbH | Schweisseinrichtung |
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