DE3537670A1 - Heizelement-schweisseinheit - Google Patents

Heizelement-schweisseinheit

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anschweißen von Kleinteilen an Hohlkörper aus Kunststoff, die in einem Extrusions-Blasverfahren hergestellt wurden, in einer Heizelement-Schweißeinheit, bei dem die Positionen der Schweißflächen an dem Hohlkörper und an den Klein­ teilen während des Anschweißvorgangs und eines dem Schweißvorgang vorausgehenden Anwärmvorgangs über Schweißanschläge festgelegt werden, sowie eine Heiz­ element-Schweißeinheit.
Es ist bekannt, Kunststoff-Kraftstoffbehälter für Per­ sonenkraftwagen in einem Extrusions-Blasverfahren herzu­ stellen (vgl. Pecha "Konfektionierung von Kunststoff- Kraftstoffbehältern ..." in "Kunststoffberater" 4/1983 S. 31 bis 34). Als Werkstoff für die Kunststoffbehälter finden höhermolekulare HDPE-Werkstoffe Verwendung. Nach Herstellung der Kunststoffbehälter müssen funktionsbe­ dingt notwendige Kleinteile angebracht werden, die beim Blasprozeß nicht mit angeformt werden können. Als nicht lösbare Verbindung der Kleinteile mit dem Rohling kommen werkstoffbedingt nur Schweißverbindungen in Frage. Ein bevorzugtes Schweißverfahren ist das in einer Heizelement- Schweißeinheit durchgeführte Heizelementeschweißen.
Kleinteile und ein extrusionsgeblasener Hohlkörper werden in der Heizelement-Schweißeinheit in Aufnahme­ vorrichtungen fixiert und dann die Schweißoperation aus­ gelöst. Die Schweißoperation beginnt damit, daß die Heizelemente in die Arbeitsebene fahren. Die Temperatur der Heizelemente ist auf die Verarbeitungstemperatur der verwendeten Kunststoffe eingestellt. Nach ihrem Ein­ fahren in die Arbeitsebene werden die Heizelemente mit einstellbarem Druck gegen den Hohlkörper und die auf­ zuschweißenden Kleinteile gepreßt. Bei dem bekannten Ver­ fahren beginnt ein Angleichprozeß, das heißt die Uneben­ heiten am Hohlkörper und an den aufzuschweißenden Klein­ teilen werden mittels der Heizelemente in der ersten Phase des Anwärmvorgangs abgeschmolzen. Anschließend be­ ginnt der tatsächliche Anwärmvorgang der späteren Schweiß­ zonen. Ist der Kunststoff an dem Heizelement plastifi­ ziert und um ein einstellbares Maß abgeschmolzen, wird der Schweißdruck durch mechanische Schweißanschläge re­ duziert. Die Teile werden über eine einstellbare Anwärm­ zeit an dem Heizelement belassen. Nach Ablauf der Anwärm­ zeit werden die zu verschweißenden Teile vom Heizelement "abgerissen". Das Heizelement wird in seine Ausgangspo­ sition zurückgefahren. Anschließend werden die Teile mit einem wiederum einstellbaren Fügedruck zusammengefügt. Weitere mechanische Schweißanschläge verhindern das Herausdrücken des plastischen Materials aus der Fügezone. Nach Beendigung einer Abkühlzeit werden die Aufnahmevor­ richtungen geöffnet, die einzelnen Stationen der Heizele­ ment-Schweißeinheit fahren in Ausgangsstellung; der mit den Kleinteilen versehene Hohlkörper kann entnommen werden.
Beim vorstehend erläuterten Verschweißen von extrusions­ geblasenen Hohlkörpern mit bekannten Heizelement-Schweiß­ einheiten tritt folgendes Problem auf: Durch den über längere Zeit andauernden Schrumpf- und Abkühlprozeß bei extrusionsgeblasenen Hohlkörpern sind letztere mit starken Toleranzen behaftet. Bei den herkömmlichen Heizelement- Schweißeinheiten wird daher eine Sicherheitsmaterialzugabe notwendig. Ansonsten besteht die Gefahr, daß das Material nicht ausreichend plastifiziert wird und damit die Schweißung unsicher, nicht ordnungsgemäß ist. In vielen Fällen ist aber die Sicherheitsmaterialzugabe nicht möglich, insbesondere nicht bei dünnwandigen Hohlkörpern. Das Kon­ fektionieren von Hohlkörpern, das ist das Aufschweißen von Kleinteilen auf Hohlkörper, ist daher bei dünnwandigen Hohlkörpern mit herkömmlichen Heizelement-Schweißeinheiten nicht möglich.
Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Heiz­ element-Schweißeinheit zu schaffen, die so genau arbeiten, daß es einer Materialzugabe nicht bedarf.
Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß vor Beginn des Anwärmvorgangs die Positionen der Schweißzonen des Hohlkörpers kraftarm abgefragt werden und in Abhängigkeit von dem Ergebnis der Abfragung die Schweißanschläge für den Anwärmvorgang und für den Schweißvorgang eingestellt werden.
Bei dem Verfahren nach der Erfindung gewährleistet das Abfragen der Positionen der Schweißflächen einerseits und die Einstellung der Schweißanschläge in Abhängigkeit von dem Ergebnis der Abfragung andererseits, daß stets der - vorher für einen bestimmten Hohlkörper und das an­ zuschweißende Kleinteil festgelegte - Sollabstand einmal zwischen der Heizelementeinheit und der Schweißzone am Hohlkörper einerseits sowie zwischen der Heizelementein­ heit und der Schweißzone am Kleinteil andererseits; zum anderen der Sollabstand zwischen den Schweißzonen am Hohl­ körper und an dem Kleinteil eingestellt werden. Mit an­ deren Worten: Die bei extrusionsgeblasenen Hohlkörpern auftretenden Toleranzen werden vor Beginn des Schweißvor­ gangs ausgeglichen: Die Heizelementeinheit fährt vor Be­ ginn des gesamten Schweißzyklus in eine für jeden Hohl­ körper individuelle Nullstellung. Von dieser Nullstellung aus kann dann der Schweißvorgang durchgeführt werden. Irgend­ welche Sicherheitszuschläge in Material oder dergleichen sind nicht notwendig.
Die Heizelement-Schweißeinheit zur Durchführung des vor­ stehend beschriebenen Verfahrens ist dadurch gekennzeich­ net, daß ein Abfrageglied, das von einem mit der Heiz­ elementeinheit parallel zu der Schweißzone bewegbaren Meßarm gehalten und dessen Fühler kraftarm auf den Hohl­ körper im Bereich der Schweißzone aufsetzbar ist, mit einem Stellglied verbunden ist, über das ein die Lage der Heizelementeinheit senkrecht zu der Schweißzone des Hohl­ körpers bestimmender Anschlag und eine die Lage der Schweiß­ zone des Kleinteils bezogen auf die Schweißzone des Hohl­ körpers bestimmende Anschlagführungsplatte verstellbar sind.
Bei den vorstehend erwähnten Kleinteilen muß es sich nicht um Kleinteile im Wortsinn handeln; vielmehr können mit dem Verfahren/der Heizelement-Schweißeinheit nach der Erfindung beliebige Teile mit dem Behälter ver­ schweißt werden.
Die Vorteile der Heizelement-Schweißeinheit sind insbe­ sondere folgende: Auch bei toleranzbehafteten Artikeln werden gleichbleibende Schweißergebnisse erzielt. Die Schweißzone wird kraftarm abgefragt; dies führt insbe­ sondere bei dünnwandigen Artikeln dazu, daß durch das Abfragen selbst nicht die Lage der Schweißzone geändert wird. Eine Qualitätsüberwachung erfolgt bereits vor der Konfektionierung des Hohlkörpers. Die Erfindung gewähr­ leistet absolut reproduzierbare Schweißparameter. Die Be­ wegungen der Schweißeinheit werden an allen Schweißan­ schlägen kontrolliert. Alle Schweißparameter sind doku­ mentationsfähig.
Ein Ausführungsbeispiel einer Heizelement-Schweißein­ heit ist schematisch in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend im einzelnen beschrieben. Es zeigen die Heizelement-Schweißeinheit
Fig. 1 in Grundstellung,
Fig. 2 bei eingefahrenem Heizelement;
Fig. 3 in Anwärm-Position;
Fig. 4 in Fügeposition.
Die als Ausführungsbeispiel gewählte Heizelement-Schweiß­ einheit weist eine Grundplatte 1 auf. An der Grundplatte 1 sind horizontal eine Antriebseinheit 2 für die Querbe­ wegung einer Heizelementeinheit 7 sowie vertikal ein Stellglied 3 und eine Antriebseinheit 4 für den Schweiß- und Fügevorgang befestigt. Bestandteil der Heizelement- Schweißeinheit sind außerdem eine Antriebseinheit 5 für die Schweißbewegung der Heizelementeinheit 7 sowie ein Abfrageglied. Alle Antriebseinheiten sind im Ausführungs­ beispiel als pneumatische Zylinder ausgeführt.
Mit der Welle der Antriebseinheit 2 für die Heizelement- Querbewegung ist eine Schweißspiegel-Grundplatte 11 ver­ bunden, die vertikal verläuft und mittels einer entlang der Grundplatte 1 horizontal beweglichen Führungsplatte 12 geführt ist. An der Schweißspiegel-Grundplatte 11 ist die Antriebseinheit 5 für die Heizelement-Schweiß­ bewegung vertikal befestigt. An der Welle der Antriebs­ einheit 5 ist eine Kupplungsplatte 13 befestigt, die an der Schweißspiegel-Grundplatte 11 vertikal geführt ist. An der Kupplungsplatte 13 ist im Winkel ein Anschlag 14 befestigt, dessen freies Ende von einem verstellbaren Gewindestift 15 gebildet ist. Der Anschlag 14 begrenzt den Weg des Teils der Heizelement-Schweißeinheit, der das anzuschweißende Kleinteil 16 trägt. An der Kupplungs­ platte 13 ist außerdem ein Heizplattenarm 17 befestigt, dessen freies Ende die Heizelementeinheit 7 trägt. Die Heizelementeinheit 7 wird über die Antriebseinheit 2 in die Arbeitslage zwischen einen Hohlkörper, von dem die Hohlkörperwand 18 mit ihrer Schweißzone 19 dargestellt sind, und den an dem Hohlkörper zu befestigenden Klein­ teil 16 gefahren. Über die Antriebseinheit 5 wird die Heizelementeinheit 7 in Anlage an die Hohlkörperwand 18 bewegt.
Mit der Führungsplatte 12 verbunden, also an der Grund­ platte 1 geführt und mittels der Antriebseinheit 2 hori­ zontal bewegt, ist außerdem ein Meßarm 21, an dessen freiem Ende das Abfrageglied 6 angeordnet ist. Über einen eigenen Antrieb in dem Abfrageglied 6 ist ein Meßfühler 28 in Richtung der Hohlkörperwand 18 bewegbar. Nach kraft­ losem Berühren der Hohlkörperwand 18 im Bereich der Schweißzone 19 durch den Meßfühler 28 - in Fig. 1 ge­ strichelt dargestellt - wird die Bewegung des Abfrage­ glieds 6 abgebrochen. Die erreichte Stellung wird über eine elektrische Welle - Geber 22, Übertragungsglied 23, Empfänger 24 - dem Stellglied 3 mitgeteilt, der Meß­ fühler 28 wieder eingezogen. Anstelle der elektrischen Welle können mechanische, hydraulische oder pneumatische Übertragungen vorgesehen sein. Die Signalübertragung er­ folgt vorwärts und rückwärts. Im Ausführungsbeispiel sind Gleichstrommotoren und Planetengetriebe verwendet. Das Stellglied 3 verstellt in Abhängigkeit von der Stellung des Abfrageglieds 6 eine Anschlagführungsplatte 25, die mit der Welle des Stellglieds 3 verbunden ist. Die An­ schlagführungsplatte 25 ist vertikal bewegbar. Am unteren freien Ende der Anschlagführungsplatte 25 ist eine Anschlagleiste 26 mit einem verstellbaren Gewinde­ stift 27 vorgesehen. Der Gewindestift 27 begrenzt den Weg des Teils der Heizelement-Schweißeinheit, der die Heizelementeinheit 7 trägt.
An der Grundplatte 1 ist vertikal auch die Antriebsein­ heit 4 für den Schweiß- und Fügevorgang befestigt. Mit der Welle der Antriebseinheit 4 ist auf einer Stirnseite eine Aufnahmeplatte 31 mit einer Aufnahme 32 für das Kleinteil 16 verbunden; auf der entgegengesetzten Stirn­ seite ein Schweißanschlag 33 mit einem einstellbaren Fühlerstift 34. Der Fühlerstift 34 bewegt sich koaxial zu der mit dem Stellglied 3 verbundenen Anschlagführungs­ platte 25. Der Fühlerstift 34 bestimmt die Schweißposition des Kleinteils 16.
Mit Beginn des Schweißzyklus tastet das Abfrageglied 6 mittels des Meßfühlers 28 im Bereich der Schweißzone 19 die Hohlkörperwand 18 kraft­ arm ab. Das Abfrageglied 6 gibt die Position der Schweiß­ zone 19 an das Stellglied 3 weiter. Entsprechend der ermittelten Lage der Schweißzone 19 verstellt das Stell­ glied 3 den Anschlag 25 bis 27. Die Heizelement-Schweiß­ einheit hat jetzt die für den Hohlkörper, einschließlich seiner Toleranzen, individuelle Ausgangslage erreicht - Fig. 1 -. Nach Anheben des Abfrageglieds 6 bewegt die Antriebseinheit 2 die Heizelementeinheit 7 in die Posi­ tion zwischen Schweißzone 19 an der Hohlkörperwand 18 und Kleinteil 16 - Fig. 2 -. Über die Antriebseinheit 4 wird dann die Heizelementeinheit 7 gegen die Hohlkörper­ wand 18 gedrückt. Die Endposition der Heizelementein­ heit 7 ist erreicht, wenn der den Anschlag 14 tragende Winkel den Gewindestift 27 erreicht. Gleichzeitig wird die Aufnahme 32 nach unten bewegt, bis sie den Anschlag 14 erreicht hat. In dieser Position liegen an der Heiz­ elementeinheit 7 einerseits die Hohlkörperwand 18, an­ dererseits das Kleinteil 16 an - Fig. 3 -. Auf die ein­ gangs beschriebene Weise werden an den Schweißflächen der Hohlkörper und das Kleinteil plastifiziert. Nach Ab­ lauf einer Anwärmzeit werden das Kleinteil 16 von der Heizelementeinheit 7 und die Heizelementeinheit 7 von der Hohlkörperwand 18 "gerissen". Im Anschluß daran wird über die Antriebseinheit 4 das Kleinteil 16 gegen die Heizelementeinheit 7 gedrückt. Die Hubbegrenzung findet über den Schweißanschlag 33 statt. Der Schweißvorgang kann durchgeführt werden - Fig. 4 -.

Claims (7)

1. Verfahren zum Anschweißen von Kleinteilen an Hohlkör­ per aus Kunststoff, die in einem Extrusions-Blasver­ fahren hergestellt wurden, in einer Heizelement-Schweiß­ einheit, bei dem die Positionen der Schweißzonen an dem Hohlkörper und an den Kleinteilen während des An­ schweißvorgangs und eines dem Schweißvorgang voraus­ gehenden Anwärmvorgangs über Schweißanschläge festge­ legt werden, dadurch gekennzeichnet, daß vor Beginn des Anwärmvorgangs die Positionen der Schweißzonen des Hohlkörpers kraftarm abgefragt werden und in Abhängig­ keit von dem Ergebnis der Abfragung die Schweißan­ schläge für den Anwärmvorgang und für den Schweißvor­ gang eingestellt werden.
2. Heizelement-Schweißeinheit zur Durchführung des Ver­ fahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abfrageglied (6), das von einem mit der Heizelement­ einheit (7) parallel zu der Schweißzone (19) bewegbaren Meßarm (21) gehalten und dessen Fühler (28) kraftarm auf den Hohlkörper (18) im Bereich der Schweißzone (19) aufsetzbar ist, mit einem Stellglied (3) verbunden ist, über das ein die Lage der Heizelementeinheit (7) senk­ recht zu der Schweißzone (19) des Hohlkörpers (18) be­ stimmender Anschlag (26) und eine die Lage der Schweiß­ zone des Kleinteils (16) bezogen auf die Schweißzone des Hohlkörpers bestimmende Anschlagführungsplatte (25) verstellbar sind.
3. Heizelement-Schweißeinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (26) am unteren Ende der senkrecht zu der Schweißzone (19) bewegbaren An­ schlagführungsplatte (26) angeordnet ist und den Hub eines Anschlags (14) begrenzt, der mit dem die Heiz­ platteneinheit (7) tragenden Heizplattenarm (17) ver­ bunden ist.
4. Heizelement-Schweißeinheit nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Heizplattenarm (17) von einer An­ triebseinheit (5) über eine Kupplungsplatte (13) senk­ recht zu der Schweißzone (19) angetrieben ist.
5. Heizelement-Schweißeinheit nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Antriebseinheit (5) an einer Schweißspiegel-Grundplatte (11) befestigt ist, die ihrerseits mit einer auch den Meßarm (21) für das Ab­ frageglied (6) haltenden Führungsplatte (12) verbun­ den ist.
6. Heizelement-Schweißeinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Heizplattenarm (17) verbundene Anschlag (14) mit einem verstellbaren Ge­ windestift (15) versehen ist, der als Anschlagbegren­ zung für eine senkrecht zu der Schweißzone (19) beweg­ bare Aufnahmeplatte (31) vorgesehen ist, an der eine Aufnahme (32) für das Kleinteil (16) befestigt ist.
7. Heizelement-Schweißeinheit nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Aufnahmeplatte (31) von einer An­ triebseinheit (4) angetrieben ist, von der auch ein Schweißanschlag (33) mit einem an der Anschlagführungs­ platte (25) anschlagenden Fühlerstift (34) angetrieben ist.
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