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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vibrations- und insbesondere
Drehvibrationsschweißmaschine zum Schweißen thermoplastischer
bzw. metallischer Werkstoffe.
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STAND DER TECHNIK
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Bekanntlich
handelt es sich beim Drehvibrationsschweißen um ein Verfahren,
das das Schweißen von Gegenständen mit komplizierter
Geometrie ermöglicht, die aus Materialien bestehen, welche
mit den herkömmlichen Technologien wie Ultraschall-, Heißklingen-
und Drehfriktionsschweißung kaum zu behandeln sind.
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Die
wichtigsten Gebiete, die die Verwendung dieser Maschinen benötigen,
sind das automotive Gebiet, sowie diejenigen der Herstellung von
technischen Artikeln, der Mode, der Brillen und im allgemeinen alle
Gebiete, in welchen zusammenzubauende Gegenstände hergestellt
werden und erhöhte mechanische Eigenschaften sowie Dichtigkeitseigenschaften
erforderlich sind.
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Eine
Drehvibrationsschweißmaschine umfasst üblicherweise
einen Fußsockel und eine sich darauf erhebende säulenförmige
Tragstruktur, die beide aus Stahl bestehen.
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Auf
dem Sockel ist ein unterer Werkstückaufnahmetisch gelagert,
der ein erstes zu schweißendes Werkstück aufnimmt,
während der Säule ein Kopf zugeordnet ist, der
auf ein zweites zu schweißendes Werkstück über
eine Schwingungsplatte wirken wird.
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Nachdem
die Schwingung der Platte angesteuert worden ist, überträgt
diese die Schwingung auf das in Berührung stehende Werkstück,
das seinerseits eine Reibung mit dem auf dem unteren Werkstückaufnahmetisch
liegenden Werkstück erzeugt; die Reibung zwischen den beiden
Werkstücken bewirkt eine Erhitzung derselben mit darauffolgender
Fusion zwischen den beiden in Berührung stehenden Teilen.
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Die
Schwingung der Platte wird durch Drehung einer durch einen Elektromotor
angetriebenen Nockenwelle erzeugt.
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In
der Patentanmeldung
EP 0707919 von
Fischer ist eine Drehvibrationsschweißmaschine vorgesehen,
wobei der Elektromotor nicht unmittelbar mit der Antriebswelle,
sondern mit einem Paar Kupplungen zum Ausgleichen der Wellenverschiebung
bei der Drehung verbunden ist.
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Ein über
eine Klemmschraube mit der Antriebnockenwelle verbundenes mechanisches
Druckstück kann ausgewechselt werden, um die Veränderung
der Wellenwinkelphasenverschiebung zu ermöglichen.
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Mit
stillstehendem Motor befindet sich das Druckstück in einer
Nullstellung (die einer Nullexzentrizität der Welle entspricht);
während der Drehung bewegt sich das Druckstück
in eine Lage P und dementsprechend erhöht sich fortlaufend
die Winkelverschiebung von einem Nullwert bis zu einem Maximalwert.
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Nachteilig
kehrt oft bei einer nach der Lehre von Fischer ausgeführten
Drehvibrationsschweißmaschine das mechanische Druckstück – das
mit seiner durch Fliehkraft bewirkten Verschiebung die Winkelverschiebung
verursacht – nicht in die Ausgangsstellung (Nullstellung)
zurück, was einen Axialpositionsfehler zwischen den beiden
neuen zu schweißenden Stücken verursacht, der
einen Abfall des daraus erhaltenen Endstücks mit sich bringen
kann.
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Ferner
hat eine solche Schweißmaschine sehr hohe Herstellungskosten,
da der mechanische Aufbau der Antriebnockenwelle und deren Schwingungsplatte
besonders kompliziert und aufwändig ist.
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Darüber
hinaus weist sie eine hohe Anzahl an mechanischen Teilen auf, die
sie auch besonders geräuschvoll machen.
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Der
vorliegenden Erfindung steht die Aufgabe zugrunde, eine leistungsfähigere
Drehvibrationsschweißmaschine dadurch zu schaffen, dass
der Axialverschiebungsfehler verringert bzw. beseitigt wird.
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DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Diese
und noch andere Aufgaben werden wesentlich durch eine Drehvibrationsschweißmaschine
nach den Ausführungen der beigelegten Ansprüche
gelöst.
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Die
Erfindung erzielt die folgenden Vorteile:
- – hohe
Leistungsfähigkeit durch Beseitigung des Axialverschiebungsfehlers
der zu schweißenden Stücke;
- – verhältnismäßig niedrige
Herstellungskosten im Vergleich zu den Ausführungen nach
dem Stand der Technik;
- – geringere Anzahl an mechanischen Teilen;
- – niedrige Geräuschentwicklung.
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Diese
und noch andere Vorteile der Erfindung ergeben sich näher
aus der nachfolgenden Beschreibung eines deren Ausführungsbeispiele
in Beziehung auf die beigelegten Zeichnungen, die hier nur zur Erläuterung
und ohne jeden Begrenzungszweck wiedergegeben wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
perspektivisch eine Vibrationsschweißmaschine nach einem
ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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2a zeigt
eine perspektivische Ansicht des Schweißkopfs nach Anspruch
1.
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2b zeigt
die selbe perspektivische Ansicht wie in 2a, geschnitten
längs einer parallel zu den Zylinderleitlinien verlaufenden
Achse A-A.
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3 zeigt
eine nach Achse A-A gezeichnete Schnittansicht des Schweißkopfs
gemäß 2a.
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3a zeigt
eine Variante der Schnittansicht nach 3.
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4 zeigt
ein Blockdiagramm der Hauptbestandteile einer erfindungsgemäßen
Schweißmaschine.
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5 zeigt
perspektivisch eine Vibrationsschweißmaschine nach einem
zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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6 zeigt
einen Funktionsplan einer Vibrationsschweißmaschine nach
einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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7 und 8 zeigen
elektronische Schaltbilde der Mikroprozessorsteuereinheit zur Bedienung
der erfindungsgemäßen Schweißmaschine.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Unter
Bezugnahme auf 1 umfasst eine Drehvibrationsschweißmaschine 1 nach
einem ersten Ausführungsbeispiel einen Fußsockel 2 und
eine Tragstruktur bzw. Säule 4, die sich darauf
erhebt.
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Vorzugsweise
bestehen sowohl der Fußsockel 2 als auch die Säule 4 aus
Stahl.
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Auf
dem Fußsockel 2 ist ein erstes (im folgenden als
unteres Werkstückaufnahmeelement bezeichnetes und in Figur
nicht dargestelltes) Werkstückaufnahmeelement gelagert,
das für die Aufnahme und Positionserhaltung eines ersten
von zwei durch Drehvibrationsschweißen zu schweißenden Werkstücken
geeignet ist.
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Nach
dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein erster
im wesentlichen quaderförmiger (in 1, 2a, 2b, 3, 3a und 5 dargestellter)
Schweißkopf 6 mit der erwähnten Säule 4 verschiebbar
verbunden.
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Vorzugsweise
besteht der erste Schweißkopf 6 aus einem Aluminiumblock,
der derart gefertigt ist, dass er die mechanischen Organe zur Umwandlung
einer Drehbewegung in eine an Werkstücke auszuübende
Drehvibrationsbewegung lagern kann.
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Unter
den mechanischen Organen – unter besonderer Bezugnahme
auf 2b und 3 – umfasst der erste
Schweißkopf eine Nockenwelle 16, der an einem
ersten seiner Enden über eine Federkupplung 18 mit
einem Elektromotor 20 und an seinem zweiten Ende über
Rollenlager 12 mit einer Platte 8 verbunden ist.
Die Platte 8 ist ferner mit zwei Freiheitsgraden mit dem
Aluminiumblock des ersten Schweißkopfs 6 über
Befestigungsmittel 10 verbunden.
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Vorzugsweise
handelt es sich bei solchen Befestigungsmitteln 10 um abnehmbare
Zapfen.
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Vorzugsweise
handelt es sich beim Elektromotor 20 um einen bürstenlosen
(brushless) Elektromotor.
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Vorzugsweise
hat die Welle 16 einen festen Exzentrizitätswert.
Anders gesagt, ist die Verschiebung derer Drehachse zur Wellenrealachse
konstant.
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Der
Motor 20 bewirkt die Drehung der Nockenwelle 16.
Diese beaufschlagt durch ihre Exzenterdrehung wechselweise die Rollenlager 12 und
diese Beaufschlagung wird ihrerseits in eine Schwingung der Platte 8 umgewandelt.
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Diese überträgt
ihrerseits die Schwingung auf ein zweites damit abnehmbar verbundenes
und nicht in den Figuren dargestelltes Werkstückaufnahmeelement
(im folgenden als oberes Werkstückaufnahmeelement bezeichnet).
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Die
Platte 8 ist dementsprechend imstande, wenigstens ein der
zwei zu schweißenden Stücke in Schwingung zu setzen,
was die Erzeugung einer Reibung mit dem anderen Stück und
die gemeinsame Fusion der jeweiligen Berührungsoberflächen
zur Folge hat.
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Erfindungsgemäß liegt
das obere mit dem ersten Schweißkopf 6 bewegungsgekuppelte
Werkstückaufnahmeelement dem unteren dem Fußsockel 2 zugeordneten
Werkstückaufnahmeelement gegenüber und es ist
dazu geeignet, das zweite der beiden zu schweißenden Stücke
aufzunehmen.
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Vorzugsweise
ist das obere Werkstückaufnahmeelement oben mit einer Schiene
und die Platte 8 unten mit einer Führung 14 versehen.
Die Schiene greift verschiebbar in die Führung ein und
bewirkt so eine abnehmbare Verbindung zwischen Werkstückaufnahmeelement
und Schwingungsplatte 8.
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Vorzugsweise
befinden sich wenigstens das untere und das obere Werkstückaufnahmeelement
in einer Zeitpunkt vor dem Starten eines Schweißablaufs
in einer vorbestimmten Ruhestellung zueinander.
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Zusätzlich
kann sich auch die Platte 8 in solcher Stellung befinden.
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Vorzugsweise
sind solche Bestandteile in jener Stellung parallel und mit Axialausrichtung
zueinander im besonderen längs deren zusammenfallenden
Querachse angeordnet.
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Vorzugsweise
entspricht der erwähnten vorbestimmten gegenseitigen Ruhestellung
eine Winkelverschiebung der Nockenwelle 16.
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Vorteilweise
ist erfindungsgemäß eine Mikroprozessorsteuereinheit 30 in
der Schweißmaschine enthalten und mit deren verschiedenen
Teilen verbunden, wie es in 4 gezeigt
ist.
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Unter
Bezugnahme auf solche Figur steht eine Mikroprozessorsteuereinheit 30 mit
dem Elektromotor 20 und mit dem Zylinder 42 in
Betriebsverbindung.
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Der
Elektromotor 20 ist mit einem an sich bekannten Resolver 32 versehen
(3). Ein Resolver ist eine bekannte elektrische
Vorrichtung, der eingangsseitig eine Winkelstellungveränderung
eines Gegenstandes empfängt und ausgangsseitig ein solche
Winkelstellungveränderung darstellendes elektrisches Signal
erzeugt.
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Nach
einer in 3a gezeigte Ausführungsvariante
umfasst ein außerhalb des Elektromotors 20 angeordneter
Resolver 32a einen die Welle 16 blickenden Stellungssensor 22 sowie
eine mit der oben erwähnten Welle 16 drehverbundene
Winkelbeziehungsnocke 24.
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Der
Resolver 32a ist dazu geeignet, eingangsseitig ein die
Winkelverschiebung der Welle 16 zu einer vorbestimmten
Ruhestellung betreffendes Datum zu empfangen, um ausgangsseitig
ein diese Winkelverschiebung darstellendes elektrisches Signal zu
erzeugen.
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Der
Resolver 32a ist derart programmiert, dass er sich in eine
der Nullverschiebung der Beziehungsnocke 24 zum Stellungssensor 22 entsprechenden
Ruhestellung positioniert.
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Der
Zylinder 42 steht mit der Steuereinheit 30 über
ein Proportional-Ventil in Betriebsverbindung und wirkt auf den
ersten Schweißkopf 6. Vorzugsweise führt
die Mikroprozessorsteuereinheit 30 die folgenden Aufgaben
aus:
- – (a) Prüfung des Ruhebestands
vor dem Schweißen,
- – (b) Prüfung während des Schweißablaufs,
- – (c) Prüfung gegen Ende des Schweißablaufs.
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Ausführlicher
gesagt:
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(a) Prüfung des Ruhebestands
vor dem Schweißen
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Zunächst
ermittelt die Steuereinheit 30 über den Sensor 22 die
Ruhestellung.
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Anschließend
beschäftigt sich die Steuereinheit 30 mit der
Positionierung der zu schweißenden Stücke zueinander
und setzt diese miteinander in Berührung sowie bestimmt
die auszuführende Schweißmenge. Dazu programmiert
die Steuereinheit 30 ein Proportional-Ventil, das den Schiebedruck
eines Druckluftzylinders 42 prüft, der den ersten
Schweißkopf 6 vertikal längs entsprechender
gehärteten und geschliffenen Schienen 9 bewegen
kann.
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Die
Schweißmenge kann absolut oder relativ ausgedrückt
werden.
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Bei
absoluten Mengenangaben berechnet die Mikroprozessorsteuereinheit 30 ausgehend
von einer vermeintlich an der Säule 4 verlaufenden
optischen Linearlinie das absolute Ausmaß der Vertikalverschiebung Δy
des ersten Schweißkopfs 6, um eine Endposition
zu erreichen, in welcher die zwei zu schweißenden Stücke
teilweise miteinander geschweißt sind.
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Alternativ
wird die Relativmenge als Tiefe der Schweißung d. h. der
gegenseitigen Durchdringung der zu schweißenden Stücke
berechnet.
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Zusammenfassend
stellt die Mikroprozessorsteuereinheit 30 die Schweißmenge
der zu schweißenden Stücke ein, wobei diese Schweißmenge
absolut bzw. relativ von der genannten Mikroprozessorsteuereinheit 30(b) bestimmt
werden kann.
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(b) Überwachung während
des Schweißablaufs
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Die
Mikroprozessorsteuereinheit 30 prüft über
das erwähnte Proportional-Ventil den auf den Zylinder 42 ausgeübten
Schiebdruck, sodass die zunehmende Schwingungsstärke mit
entsprechender Erhöhung der Betriebstemperatur der zu schweißenden
Stücke eingestellt werden kann. Die Steuereinheit 30 prüft
ferner die Dauer des Schweißvorgangs, um zu gewährleisten,
dass das Endstück fehlerfrei ausgebildet ist.
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(c) Prüfung nach Ende des Schweißablaufs
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Während
des Schweißvorgangs ermittelt der im Elektromotor 20 vorgesehene
Resolver 32 die fortlaufende Winkelverschiebung der Welle 16 in
Beziehung auf die Ruhestellung und erzeugt ein diese Winkelverschiebung
darstellendes elektrisches Signal.
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Alternativ
sorgt der außerhalb des Elektromotors 20 angeordnete
Stellungssensor 22 des Resolvers 32a während
des Schweißvorgangs – auf die Welle 16 blickend – für
die Ermittlung Zyklus nach Zyklus der Stellung der zusammen mit
der Welle 16 drehenden Beziehungsnocke 24 und
ermittelt dementsprechend die fortlaufende Winkelverschiebung der Welle 16 in
Beziehung auf deren Ruhestellung, wonach er ein diese Verschiebung
darstellendes elektrisches Signal erzeugt.
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Gegen
Ende des Schweißablaufs soll die der Nockenwelle 16 erteilte
Schwingungsbewegung der Platte 8 so schnell wie möglich
zum Stillstand gebracht werden. Im Idealzustand sollte der Stillstand des
Motors 20 prompt erfolgen, um zu vermeiden, dass das geschmolzene
Material wegen der zu langen Abbremszeit beschädigt wird
und der darauffolgende Zusammenbau zwischen den Teilen unbefriedigend
ist.
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Damit
die mechanischen Organe des Schweißkopfs 6 sowie
des Motors 20 nicht übermäßig
belastet werden, ist ein ausreichend kurzes Signal für
die elektrische Abbremsrampe programmiert worden, sodass das Schweißergebnis
nicht beeinträchtigt wird.
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Vorteilweise
ist erfindungsgemäß auch ein besonderer Widerstand,
der Bremswiderstand genannt ist, eingesetzt worden, der dazu geeignet
ist, die die Überflussenergie beim Ausschalten des Motors 20 zu
zerstreuen, und mit dem Inverter des Motors 20 selbst verbunden
ist.
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Ausführlicher
gesagt, ist der Bremswiderstand besonders für jene Motoren
geeignet und wirksam, die wie der erfindungsgemäße
Motor 20 mittels einen Inverter betätigt sind
(s. 7). Ein solcher Widerstand wird dadurch ausgeführt,
dass die Versorgungfrequenz (und dadurch die Geschwindigkeit des Drehfelds)
herabgesetzt wird und eine Negativverschiebung dadurch bewirkt wird.
Die Asynchronmaschine beginnt somit als Generator zu laufen und elektrische
Leistung zu liefern, die der kinetischen Drehenergie entnommen wird.
Diese elektrische Leistung kann auf einen außerhalb des
Motors befindlichen Bremswiderstand, der unmittelbar stromaufwärts
des Inverters geschaltet ist, zerstreut werden.
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Gegen
Ende des Schweißablaufs benutzt die Steuereinheit alternativ
entweder das vom Resolver 32 erzeugte Signal oder das vom
Sensor 22 des Resolvers 32a erzeugte Signal, und
zwar derart, dass die Welle 16 in die in Schritt (a) ermittelte
Ruhestellung zurückgeführt ist.
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Die
Mikroprozessorsteuereinheit 30 stellt also sicher, dass
die sich die Welle 16 in der Ruhestellung nach Ende eines
Scweißablaufs befindet, und dieselbe gewährleistet
demzufolge die Rückstellung in die vorbestimmte Ruhestellung
der Werkstückaufnahmeelemente zueinander nach Ende des selben
Scweißablaufs.
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Dazu
enthält die Mikroprozessorsteuereinheit 30 mehrere
Betriebsmodule sowie einen Mikroprozessor die die darin enthaltenen
Befehle ausführt:
- – ein erstes
Modul 31 ist dazu ausgestaltet, die Abbremsrampe des Elektromotors 20 derart
zu bestimmen, dass die Rückstellung in die vorbestimmte
Ruhestellung der Werkstückaufnahmeelemente zueinander am
Ende des Schweißablaufs.
- – ein zweites Modul 52 ist dazu geeignet,
den Augenblick des Erreichens einer bestimmten Schweißmenge
zwischen den beiden zu schweißenden Stücken zu
ermitteln;
- – ein drittes Modul 33 ist dazu geeignet,
die rampenförmige Abbremsung des Elektromotors zu betätigen,
als das zweite Modul 52 das Erreichen der vorbestimmten
Schweißmenge bestätigt.
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Im
allgemeinen sei es darauf hingewiesen, dass in diesem Zusammenhang
und in den nachfolgenden Patentansprüchen die Steuereinheit 30 als
in Betriebsmodulen unterteilte Einheit dargestellt ist, die nur
zum Zweck einer deutlichen und vollständigen Erläuterung
der Funktionen der Steuereinheit 30 selbst getrennt sind.
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Zwar
kann die Steuereinheit 30 aus einer einzigen elektrischen
Einrichtung bestehen, die dazu angemessen programmiert ist, die
oben erwähnten Funktionsabläufe durchzuführen,
wobei die verschiedenen Module Hardwarebestandteilen und/oder Software-Routinen
entsprechen können, die zur programmierten Einrichtung
gehören.
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Die
Steuereinheit 30 kann ferner von einem bzw. mehreren Prozessor/-en
zur Ausführung der im Speicher abgelegten Befehle Gebrauch
machen.
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Die
Betriebsmodule können in verschiedenen Rechnern lokal oder
entfernt unterteilt sein.
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Bei
Betätigung einer Notfallschaltung oder bei Stromausfall
sucht die Schweißmaschine ihre 0-Stellung dadurch auf absolut
genaue und wiederholbare Weise, dass es um einen dem Resolver 32 innewohnenden
Faktor handelt.
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Vorteilweise
erlaubt dies erfindungsgemäß, in einem neuen Schweißablauf
zwei neuen zu schweißenden Stücke in einer genauen
Stellung zueinander zu positionieren, indem gewährleistet
ist, dass das nach Ende des Ablaufs erhaltene Stück Eigenschaften
aufweist, die innerhalb der vorgesehenen Toleranzen bleiben.
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Die
Steuereinheit 30 ist über eine Schalttafel 40 zugänglich,
sodass die erwünschten Funktionen bequem gewählt
werden können.
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Der
obigen Beschreibung kann man die Funktionsweise der erfindungsgemäßen
Schweißmaschine entnehmen.
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Beim
Einschalten der Maschine identifiziert der Resolver 32 des
Elektromotors 20 die Ruhestellung.
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Alternativ
identifiziert der außerhalb des Elektromotors 20 befindliche
Resolver 32a über den mit der Nocke 24 fluchtenden
Sensor die Ruhestellung. Die Nockenwelle 16 und die Werkstückaufnahme
sind in der identifizierten Ruhestellung positioniert.
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Anschließend
wird das erste Stück auf dem unteren Werkstückaufnahmeelement
und das zweite Stück auf dem oberen Werkstückaufnahmeelement positioniert.
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Um
den Start des Schweißvorgangs zu ermöglichen,
stellt die Steuereinheit 30 die Schweißmenge absolut
bzw. relativ ein. Dann kann die Steuereinheit 30 den Start
eines Drehvibrationsschweißablaufs schalten und während
dieses Ablaufs wird das Kunststoff- bzw. Metallmaterial einer starken
Erhitzung unterworfen, die durch die von der Schwingung selbst verursachte
Reibung bewirkt ist.
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Nach
Ende der Erhitzungszeit, die Schweißzeit genannt ist, bewirkt
die Steuereinheit 30 den Abschluss der Schwingungsbewegung
mittels einer Abbremsrampe, die ausreichend kurz ist, um das Schweißergebnis
nicht zu beeinträchtigen und gleichzeitig die Rückstellung
der Werkstückaufnahmeelemente in deren vorbestimmten Ruhestellung zueinander
nach Ende des selben Schweißablaufs zu gewährleisten.
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Darüber
hinaus wird ein Bremswiderstand eingesetzt, die dazu geeignet ist,
die Überflussenergie beim Ausschalten des Motors 20 zu
zerstreuen.
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VERSUCHSDATEN
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Die
Suche nach der Ruhestellung hat viele Tests und Versuche erfordert,
bei denen andere Systeme geprüft worden sind, die nachfolgend
als alternative Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
beschrieben werden.
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Kritisch
bei all diesen Versuchen war sicherlich derjenige Programmteil,
die die Steuerung des Resolvers und dessen Suche nach der Ruhestellung während
des Schweißablaufs nach Ende der eingestellte Vibrationsdauer
betraf. In manchen Fällen ist nämlich der Motor
zu dessen Höchstgeschwindigkeit von 4000 U/m gebracht worden.
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Zu
langsame Abbremsrampen unterstützten die Ruhestellungssuche,
jedoch brachten sie eine Verschlechterung der Schweißqualität
mit sich. Zu schnelle Rampen waren schwierig zu steuern, da das Resolver-Betätigung-System
den Stopp repetitiv nicht erkannte.
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Rein
beispielshaft und ohne jeden Beschränkungszweck konnte
es festgestellt werden, das bei einem mit einer Geschwindigkeit
von 4000 U/m laufenden Elektromotor eine Abbremsrampe, die die Rückstellung
der Werkstückaufnahmeelemente in deren vorbestimmte Ruhestellung
ermöglicht, einen abnehmenden Linienverlauf mit einer Dauer
von 150 bis 250 ms, vorzugsweise 200 ms hat.
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Der
Einsatz des Bremswiderstands hat zur Zerstreuung der Überflussenergie
beim Ausschalten des Motors 20 beigetragen.
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Es
wurden verschiedene Motoren und deren Antriebsysteme verglichen,
wobei die besten Ergebnisse ergab der SERVOMOTORE 9C42400R020201 MOO
MIT Antriebsystem IMCP MO7B 0000.
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Bei
bürstenlosen Servomotoren der Serie 9C handelt
es sich um Servomotoren neuer Generation, die sich als ideal für
Anwendungen höher Dynamik und Genauigkeit erwiesen haben.
Sie werden nach den fortschrittlichsten Technologien hergestellt
und weisen die folgenden technischen Eigenschaften auf: Geschwindigkeit
4000 U/m, Drehmoment 7 N/m, Nulleinstellung auf TOP 0.
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Das
Antriebssystem hat dagegen die folgenden technischen Eigenschaften
:
Versorgungsspannung 400 VAC; Versorgungsfrequenz 50/60 Hz;
Eingangsstrom 7 A; Höchstausgangsstrom 14 A; Resolover-Führung;
Encoder-Führung.
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Die
Verwendung einer Nockenwelle ohne jeden Exzentrizitätszapfen
mit bürstenlosem Motor und entsprechender Winkelpositionierung
hat ermöglicht, einfachere mechanische Bearbeitungen, verminderte Anzahl
an Bestandteilen und niedrigere Geräuschentwicklung zu
erzielen. Nachfolgend werden weitere Ausführungsbeispiele
der erfindungsgemäßen Drehvibrationsschweißmaschine
kurz beschrieben.
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Bei
einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
unter Bezugnahme auf 5 weist eine Vibrationsschweißmaschine
einen zweiten vorzugsweise im Fußsockel 2 gelagerten
Schweißkopf auf. Der zweite Kopf 60 befindet sich
in einer zum ersten Kopf 6 gegenüberliegenden
Lage. Die Schweißmaschine wird dementsprechend als Schweißmaschine „mit
zwei gegenüberliegenden Köpfen” bezeichnet.
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Der
zweite Schweißkopf ist in ihrem Bewegung mit dem unteren
Werkstückaufnahmeelement fest verbunden.
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Vorzugsweise
ist der erste – also der obere – Schweißkopf
dazu geeignet, mit festklemmender Wirkung auf die Werkstücke
positioniert zu werden, während der Zweite fest ist.
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Die
beiden Köpfe werden elektronisch phasengeglichen. Die Mikroprozessorsteuereinheit 30 kann
die Vibrationsweite beider Köpfe 6, 60 verändern
und dadurch eine entsprechende Veränderung der bezüglichen
Werkstückaufnahmeelemente bewirken.
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Auch
bei diesem Ausführungsbeispiel sorgt die Steuereinheit 30 für
die Ermittlung der Ruhestellung der Werkstückelemente.
Darüber hinaus wird solche Ruhestellung auf Grund der Bewegung
der beiden Wellen 16, 116 – nicht also
derjenigen einer einzigen Welle – berechnet.
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Jedem
Kopf wird elektrisch eine Bewegung durch einen zugeordneten Elektromotor
erteilt und setzt diese in eine Vibrationsbewegung um, wie es für
das erste Ausführungsbeispiel beschrieben worden ist. Die
Steuereinheit 30 steuert eine Abbremsrampe für
je einen Elektromotor sowie einen Bremswiderstand zur Zerstreuung
der Überflussenergie beim Ausschalten jedes Motors.
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Die
Zweikopfschweißmaschine ist besonders beim Schweißen
von Gegenstände vorteilhaft, die eine erheblicher Größe
aufweisen bzw. eine besonders erhöhte Dichtigkeit erfordern.
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Bei
einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
unter Bezugnahme auf 6 weist eine Vibrationsschweißmaschine
zwei Antriebsnockenwellen 16, 116 und wenigstens
einen Elektromotor 120.
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Vorzugsweise
sind die beiden Wellen 16, 116 parallel angeordnet
und sie werden durch ein angemessenes Getriebe 150 in Bewegung
gesetzt.
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Die
Nockenwellen 16, 116 sind mechanisch zueinander
phasengeglichen.
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Das
Paar Wellen 16, 116 ist dazu geeignet, auf eine
Platte 108, die einem zu schweißenden Stück
zugeordnet ist, eine einheitliche Vibrationsbewegung zu übertragen.
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Durch
das Vorsehen zweier Wellen können die Abmessungen des Schweißkopfs
und der Schwingungsplatte vergrößert werden, sodass
Gegenstände höherer Größe geschweißt
werden können.
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Vorzugsweise
wird jedoch ein einziger Antriebsmotor 120 mit einem mechanischen
Verbindungsmittel verwendet, das die beiden Nockenwellen 16, 116 bewegen
kann.
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Auch
bei diesem Ausführungsbeispiel sorgt die Steuereinheit 30 für
die Ermittlung der Ruhestellung der Werkstückaufnahmeelemente.
Die Ruhestellung wird mit Beziehung auf die Stellung der die Bewegung
der beiden parallelen Wellen 16 und 116 steuernden
Welle 121 ermittelt.
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Ein
weiterer Vorteil der erfindungsgemäße Schweißmaschine besteht
darin, dass die Steuereinheit 30 ein Schweißprogramm
unter mehreren gespeicherten Programmen einstellen kann. Vorteilhaft ermöglicht
die Schweißmaschine erfindungsgemäß, die
Weite der Wellenexzentrizität derart zu verändern,
dass sie für mechanische Teile mit verschiedenen Abmessungs-
bzw. Struktureigenschaften Anwendung finden kann, die üblicherweise
durch Spezialschweißmaschinen mit Wellen fester Exzentrizität geschweißt
werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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