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Die Erfindung betrifft ein Schweißgerät zur Ausführung eines Schweißverfahrens, bei dem Werkstücke durch Zufuhr von Heißgas längs einer Schweißlinie lokal erwärmt werden, welches Schweißgerät einen Heißgaserzeuger und eine Anzahl von Düsen aufweist, die mit dem Heißgaserzeuger verbunden sind und deren Mündungen entsprechend dem Verlauf der Schweißlinie angeordnet sind.
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Solche Schweißgeräte werden häufig zum Schweißen von Kunststoffteilen eingesetzt, insbesondere zum Verbinden zweier Kunststoffteile. Beispielsweise sind dabei die miteinander zu verbindenden Kunststoffteile so in jeweiligen Werkstückaufnahmen gehalten, dass die miteinander zu verschweißenden Oberflächen einander zugewandt sind. Das Schweißgerät weist dann für jedes Werkstück einen Düsenkopf auf und wird so in den Zwischenraum zwischen den beiden Werkstücken gefahren, dass die Düsen jedes Düsenkopfes auf eine Schweißlinie auf der Oberfläche des betreffenden Werkstücks gerichtet sind. Die Werkstücke werden dann so weit an das Schweißgerät herangefahren, dass die Mündungen der Düsen nur noch einen geringen Abstand zur Werkstückoberfläche aufweisen. Durch Abgabe des Heißgases aus den Düsen wird dann das Kunststoffmaterial entlang der Schweißlinien erhitzt und plastifiziert. Anschließend wird das Schweißgerät aus dem Zwischenraum zwischen den Werkstücken herausgefahren, und die Werkstückaufnahmen werden aufeinander zu bewegt, so dass die beiden Werkstücke mit ihren Schweißlinien fest gegeneinander gedrückt werden, bis das Kunststoffmaterial abkühlt und erstarrt, so dass die Werkstücke längs der Schweißlinie miteinander verschweißt sind.
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Aus
EP 1 415 789 B1 ist ein Schweißgerät dieser Art bekannt, bei dem die Düsen jedes Düsenkopfes durch Bohrungen in einer Heizplatte gebildet werden, die an die Oberflächengeometrie des jeweiligen Werkstücks angepasst ist. Wenn Werkstücke geschweißt werden sollen, die sich in ihrer Geometrie unterscheiden, so muss für jedes Werkstück ein spezieller Düsenkopf angefertigt werden, dessen Heizplatte an das Relief der Werkstückoberfläche angepasst ist. Die Zufuhr des Heißgases zu den Düsen muss dabei so organisiert werden, dass möglichst geringe Wärmeverluste entstehen und die Temperatur und der Volumenstrom des aus den Düsen austretenden Heißgases entlang der gesamten Schweißlinie im wesentlichen einheitlich ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Heißgas-Schweißgerät zu schaffen, das sich einfacher für unterschiedliche Werkstückgeometrien konfigurieren lässt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Düsen auf mehrere separate Module verteilt sind, die jeweils einen an eine Gaszufuhrleitung angeschlossenen Gaseinlass und einen Verteiler zum Verteilen des Gases auf die Düsen aufweisen und an denen die Düsen derart in einer Reihe angeordnet sind, dass ihre Mündungen einen Abschnitt der Schweißlinie abbilden.
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Die Düsen eines einzelnen Moduls bilden somit nur einen Teil der insgesamt herzustellenden Schweißlinie. Durch diesen modularen Aufbau wird die Herstellung von Düsenköpfen für komplexe Werkstückgeometrien vereinfacht. Der durch die Düsen eines Moduls definierte Abschnitt der Schweißlinie kann geradlinig oder gekrümmt oder ggf. auch tordiert (dreidimensional gekrümmt) sein. Durch die Kombination verschiedener Module ist es dann möglich, mit einem begrenzten Satz von unterschiedlich gestalteten Modulen eine große Vielfalt von Schweißliniengeometrien abzudecken.
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Innerhalb jedes einzelnen Moduls sind die Positionen und Ausrichtungen der Düsen relativ zueinander unveränderlich, und auch das Verteilsystem zum Verteilen des Heißgases vom Gaseinlass auf die einzelnen Düsen ist unveränderlich und braucht folglich hinsichtlich Temperatur und Strömungseigenschaften nur ein einziges Mal optimiert zu werden, unabhängig davon, in welchen Kombinationen und für welche Werkstücke die Module später eingesetzt werden. Jedes Modul braucht nur einen einzigen Gaseinlass aufzuweisen, so dass beim Konfigurieren des Gerätes für eine bestimmte Schweißaufgabe nur so viele Gasanschlüsse hergestellt zu werden brauchen wie es Module gibt.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Da die Anordnung der Düsen innerhalb eines Moduls fest ist, können die Düsen als verhältnismäßig lange Röhrchen ausgebildet sein, so dass der austretende Heißgasstrahl besser gebündelt wird und einen größeren Abstand zwischen Düse und Werkstückoberfläche erlaubt. Wahlweise können die Düsenröhrchen auch verschiebbar in einem gemeinsamen Haltekörper aufgenommen sein, so dass sich die axiale Position der Mündung jedes Düsenröhrchens individuell einstellen und an das Relief des Werkstücks anpassen lässt.
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Die Düsenröhrchen eines Moduls können zueinander parallel sein, können jedoch wahlweise auch so gegeneinander geneigt sein, dass die Achse jedes Düsenröhrchens senkrecht auf der Werkstückoberfläche steht.
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Die mehreren Module, die zusammen die Düsenanordnung für die gesamte Schweißlinie bilden, können auf verschiedene Weisen in den gewünschten Positionen relativ zueinander gehalten werden, beispielsweise mit Hilfe von Gelenkgestängen (ggf. mit fixierbaren Gelenken) oder mit Hilfe von biegsamen Armen (ggf. stabilisiert durch Stützstreben), oder auch mit starren Armen, die nach lokaler Erwärmung in die gewünschte Konfiguration biegbar sind. Bei jedem Modul kann einer dieser Arme auch durch ein biegsames oder formbares Gaszufuhrrohr gebildet werden, das an den Gaseinlass des Moduls angeschlossen ist.
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In einer Ausführungsform ist ein zentraler Heißgaserzeuger für die Gesamtheit aller Module vorgesehen. In einer anderen Ausführungsform weist jedes Modul einen eigenen Heißgaserzeuger auf.
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Die Arme oder Gestänge, die die einzelnen Module in Position halten, können mit Hilfe von Magnetfüßen auf einer magnetisierbaren Trägerlatte gehalten sein. Wenn beim Verbinden zweier Werkstücke die Schweißlinien auf beiden Werkstücken gleichzeitig erwärmt werden müssen, können entsprechend angepasste modular aufgebaute Schweißköpfe auf entgegengesetzten Seiten derselben Trägerplatte angeordnet sein. Diese Trägerplatte kann zugleich auch Teil eines Gasverteilsystems sein.
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Im folgenden werden Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht eines Düsenkopfes eines erfindungsgemäßen Schweißgerätes;
- 2 eine perspektivische Ansicht eines einzelnen Moduls des Düsenkopfes nach 1;
- 3 eine Frontansicht eines Düsenmoduls gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel;
- 4 das Düsenmodul nach 3 in einer Seitenansicht;
- 5 einen Düsenkopf mit Modulen der in 3 und 4 gezeigten Art in der Draufsicht; und
- 6 einen Schnitt durch eine Trägerplatte des Düsenkopfes nach 5.
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In 1 ist ein Düsenkopf 10 eines Heißgas-Schweißgerätes gezeigt, der mehrere auf einer Trägerplatte 12 montierte Module 14a, 14b, 14c, 14d, 14e, ... aufweist. Jedes Modul bildet eine Reihe von Düsen 16, deren Mündungen 18 einen Abschnitt 20 einer Schweißlinie auf einem nicht gezeigten Werkstück definieren. Der in 1 gestrichelt eingezeichnete Abschnitt 20 wird durch die Düsen des Moduls 14e definiert, von denen in der Zeichnung nur die Düsen sichtbar sind.
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Im gezeigten Beispiel haben die Düsen 16 sämtlicher Module die Form länglicher Röhrchen, die nach Art eines Palisadenzauns parallel nebeneinander angeordnet sind und im gezeigten Beispiel alle die gleiche Länge haben.
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Jedes Modul hat einen Gasverteiler 22 in der Form einer waagerechten hohlen Platte, die sich von einem Gaseinlass 24 aus fächerförmig zu einem vertikal aufragenden Düsenhalter 26 erstreckt, von dessen Oberkante die Düsen 16 ausgehen. Jeder Düsenhalter 26 wird durch eine hohle Wand gebildet, deren Hohlraum zum Gasverteiler 22 hin offen ist und die in der Draufsicht einen gekrümmten Verlauf hat. Die Höhe des Düsenhalters 26 variiert entlang der Düsenreihe und ist so an die Form des zu schweißenden Werkstücks angepasst, dass die Schweißlinie dem Relief der Werkstückoberfläche folgt.
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Die Module 14a, 14b, ... sind so angeordnet, dass ihre Düsenhalter 26 praktisch lückenlos aneinander anschließen und sich folglich die Reihe der Düsen 16 an den Modulgrenzen ohne Unterbrechung fortsetzt.
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An den Gaseinlass 24 jedes Moduls ist ein Gaszufuhrrohr 28 angeschlossen, das über eine Kupplung 30 mit einem in 1 nicht gezeigten Heißgaserzeuger verbindbar ist. Die Module 14a, 14b, ..., die Gaszuführrohre 28 und die Kupplungen 30 sind mit nicht gezeigten Haltern so auf der Trägerplatte 12 montiert, dass die Düsen im wesentlichen senkrecht zur Trägerplatte 12 auf das Werkstück gerichtet sind und die Kupplungen 30 für alle Module in einer Reihe liegen.
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In 2 ist ein einzelnes Modul 14 gezeigt, das beispielsweise beim Aufbau des Düsenkopfes 10 nach 1 zum Einsatz kommen könnte. Die Kupplung 30 ist in diesem Beispiel Teil eines moduleigenen Heißgaserzeugers 32, mit dem in die Kupplung zugeführte Luft oder ein inertes Schutzgas auf die nötige Schweißtemperatur erhitzt wird. Im gezeigten Beispiel weist der Heißgaserzeuger 32 einen in das Gehäuse der Kupplung 30 integrierten Wärmetauscher (nicht gezeigt) auf, der von dem Gas durchströmt wird und mittels einer die Kupplung 30 umgebenden Induktionsspule 34 induktiv erhitzt wird. Die Induktionsspule 34 ist mit Kontakten 36 an eine nicht gezeigte Stromquelle angeschlossen, die einen hochfrequenten Wechselstrom mit hoher Stromstärke erzeugt. Durch das entstehende magnetische Wechselfeld werden in leitfähigen Strukturen des Wärmetauschers Wirbelströme induziert, die durch ihre Verlustwärme den Wärmetauscher erhitzen.
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In 3 ist ein Modul 14' gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel gezeigt. In diesem Beispiel bilden die Mündungen der Düsen 16 einen geraden Schweißlinienabschnitt. Der Düsenhalter 26 ist mittels eines Gelenks 38 drehbar auf einer hohlen Teleskopstange 40 montiert, die zugleich Teil einer Gaszufuhrleitung ist. Mit Hilfe der Teleskopstange 40 lässt sich die Reihe der Düsen 16 in der Höhe verstellen, und mit Hilfe des Gelenks 38 lässt sie sich um die Achse der Teleskopstange drehen.
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Das untere Ende der Teleskopstange 40 ist im gezeigten Beispiel über ein fixierbares Kugelgelenk 42 mit einem Magnetfuß 44 verbunden, der durch magnetische Haftung in beliebiger Position auf einer waagerechten, magnetisierbaren Trägerplatte 46 positionierbar ist.
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Das Kugelgelenk 42 weist in bekannter Weise eine Überwurfmutter auf und lässt sich durch Anziehen dieser Überwurfmutter in der jeweils gewünschten, stufenlos einstellbaren Position fixieren.
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Die Teleskopstange 40 weist im Bereich ihres unteren Endes einen Gaseinlass 48 in der Form eines seitlich abgehenden Anschlussws für einen nicht gezeigten Heißgaserzeuger auf, bei dem es sich beispielsweise um einen bekannten Durchlauferhitzer handeln kann.
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In einer anderen Ausführungsform kann das Kugelgelenk 42 auch eine Gasdurchführung bilden, so dass sich Heißgas wahlweise auch über die Trägerplatte 46 und den Magnetfuß 44 zuführen lässt, während der Gaseinlass 48 durch einen stopfen verschlossen wird.
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Wahlweise kann auch das Gelenk 38 als ein solches Kugelgelenk ausgebildet sein, wodurch sich die Verstellmöglichkeiten für die Düsenreihe um zwei weitere Freiheitsgrade erhöhen.
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In 4 ist das Modul 14' in einer Seitenansicht gezeigt.
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In 5 ist in der Draufsicht ein weiteres Beispiel eines kompletten Düsenkopfes 10' gezeigt, der aus Modulen der in 3 und 4 gezeigten Art aufgebaut ist, wobei allerdings in einzelnen Fällen die Gelenke 38 als Kugelgelenke ausgebildet sind.
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Die durch die Mündungen der Düsen 16 sämtlicher Module 14'a - 14'j definierte Schweißlinie hat in diesem Beispiel die Form eines abgerundeten Rechtecks, ist jedoch im in 5 oberen Teil in der dritten Dimension (auf den Betrachter zu) zylindrisch gekrümmt. Die Teleskopstangen 40 der Module 14'a und 14'j sind deshalb schräg gestellt, so dass auch die Düsen 16 dieser Module schräg zur Blickrichtung verlaufen. Bei den Modulen 14'b, 14'd, 14'g und 14'i sind die Düsenhalter und die Düsenreihen gekrümmt, um die abgerundeten Ecken der Schweißlinie zu bilden. Bei den Modulen 14'b und 14'i sind außerdem die Oberkanten der Düsenhalter so geformt, dass die Düsenreihen von den Modulen 14'c und 14'h zu den Modulen 14'a und 14'j entsprechend der dreidimensionalen Krümmung der Schweißlinie ansteigen. Die Düsenröhrchen der Düsen 16 dieser Module sind nicht zueinander parallel, sondern die Anstellwinkel sind so gewählt, dass die Düsenachse jeweils rechtwinklig auf der Werkstückoberfläche oder, anders gesagt, rechtwinklig auf der zylindrisch gekrümmten Fläche stehen, die die Schweißlinie enthält. Entsprechend sind auch bei den Modulen 14'c und 14'h einige der Düsen entsprechend der einsetzenden Krümmung schräg angestellt.
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Die Magnethalter 44, die Teleskopstangen 40, die Dreh- und Kugelgelenke 38, 42 und auch die Düsenröhrchen können bei allen Modulen einheitlich ausgebildet sein, wodurch eine rationelle Fertigung ermöglicht wird. Die unterschiedlichen Düsenanordnungen werden ausschließlich durch die Geometrie der Düsenhalter 26 erreicht. Beispielsweise können die Düsenhalter in der jeweils gewünschten Form im 3D-Druck hergestellt werden.
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In dem in 5 gezeigten Beispiel erfolgt die Zufuhr des von einem Heißgaserzeuger erzeugten Heißgases über einen zentralen Gaseinlass 48' an der Unterseite der Trägerplatte 46 und über in der Trägerplatte verlaufende Kanäle 50, die radial vom Gaseinlass 48' ausgehen und unterhalb des Magnetfußes jedes Moduls in der Oberseite der Trägerplatte 46 münden, so dass das Heißgas in die hohlen Magnetfüße eintreten kann und von dort zu den Düsenhaltern und den Düsen weitergeleitet wird.
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Fig, 6 zeigt in einem vertikalen Schnitt ein Ausführungsbeispiel, das sich von dem Ausführungsbeispiel nach 5 nur dadurch unterscheidet, dass über den Gaseinlass 48' Kaltgas zuführt wird und der Heißgaserzeuger in die Trägerplatte 46 integriert ist. Dazu enthält die hohle Trägerplatte einen elektrisch beheizbaren, für das Gas durchlässigen Wärmetauscher 52, der das Innere der Trägerplatte in eine untere Kaltgaskammer 54 und eine obere Heißgaskammer 56 unterteilt. Die Heißgaskammer 56 ist durch eine magnetisierbare Platte 58 abgeschlossen, die für jedes Modul eine Bohrung 60 aufweist. Die Magnetfüße 44 der Module haben jeweils an der Unterseite eine Öffnung, in die das Heißgas aus der jeweiligen Bohrung 60 austritt. Der Querschnitt der Öffnungen ist größer als der Querschnitt der Bohrungen 60, so dass eine Feinjustierung der Positionen der Module unabhängig von den Positionen der Bohrungen 60 erfolgen kann.
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Das über den Gaseinlass 48 zugeführte Kaltgas kann sich in der Kaltgaskammer 54 gleichmäßig auf die Fläche der Trägerplatte 46 verteilen und strömt dann auf dem gesamten Querschnitt der Trägerplatte (und folglich mit geringem Strömungswiderstand) durch den Wärmetauscher 52, in dem das Gas erhitzt wird. Durch die Heißgaskammer 56 wird das Gas dann gleichmäßig auf die Bohrungen 60 und die zugehörigen Module verteilt. Falls sich die Anzahlen der Düsen 16 von Modul zu Modul unterscheiden, können die Durchmesser der Bohrungen 60 so angepasst werden, dass der Durchlassquerschnitt dieser Bohrungen proportional zur Anzahl der Düsen ist.
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Es versteht sich, dass auf analoge Weise auch ein Schweißgerät geschaffen werden kann, das zwei Düsenköpfe auf entgegengesetzten Seiten der Trägerplatte 46 aufweist. Beispielsweise könnte die hohle Trägerplatte dann zwei parallele Wärmetauscher aufnehmen, die auf jeder Seite der Trägerplatte je eine Heißgaskammer begrenzen, und die miteinander eine Kaltgaskammer begrenzen, in die das Kaltgas über einen seitlichen Gaseinlass eintritt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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