DE3921653A1 - Schweisspresse zum verschweissen von werkstuecken - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schweißpresse zum Ver
schweißen von Werkstücken, insbesondere zum Ultraschall-
Schweißen, mit über einen pneumatischen oder hydraulischen
Antrieb relativ gegeneinander beweglichen Schweißwerkzeugen,
insbesondere Sonotrode zur Ultraschall-Einkopplung in die
Werkstücke und Amboß zur Aufnahme der Werkstücke, wobei das
bewegliche Werkzeug in seiner Geschwindigkeit durch gegen
den Antrieb wirkende Dämpfungsglieder beeinflußbar ist, und
mit einem Kraftmeßsystem zur Erfassung der vom Antrieb auf
die Werkstücke wirkenden Kräfte.
Beim Ultraschall-Schweißen von metallischen Werkstücken oder
auch Kunststoffteilen wird durch Kraftbeaufschlagung einer
seits und Ultraschalleinwirkung einer Sonotrode andererseits
eine stoffschlüssige Verbindung der Werkstücke durch Material
verformung und/oder Plastifizierung wenigstens einer der Werk
stücke entsprechend einer vorbestimmten Absenkgeschwindigkeit
der Sonotrode erreicht. Für viele Anwendungen des Ultraschall-
Schweißens hat es sich als notwendig erwiesen, die Kraftein
wirkung auf die Werkstücke zu erfassen, insbesondere die für
den Fügevorgang notwendige bzw. sich einstellende Schweißkraft
zu messen. Bei bekannten Ultraschall-Schweißanlagen ist dafür
beispielsweise eine Kraftmeßdose im Antrieb vorhanden, der
üblicherweise nach pneumatischem oder hydraulischem Prinzip
arbeitet.
Bei herkömmlicher Anordnung der Meßdose hinter dem Arbeits
zylinder des pneumatischem Antriebs ergibt sich der Nachteil,
daß nicht die tatsächlich wirkende Kraft am Werkstück, sondern
sämtliche im Pressensystem auftretende Kräfte, wie beispiels
weise die Rückholfederkraft für den Arbeitszylinder und/oder
die Dämpfungskraft durch Auffahren des Arbeitszylinders auf
einen ihm zugeordneten Dämpfungszylinder zur Steuerung der
Geschwindigkeit, erfaßt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Schweißpresse zu
schaffen, bei der die tatsächlich an den Werkstücken antrei
bende Kraft erfaßt wird und bei der beispielsweise sowohl die
Rückholfederkraft als auch die Dämpfereinwirkung des Antriebes
eliminiert sind.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einer Schweißpresse der
eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß das Kraftmeßsystem
gegenüber allen gegen die Antriebsbewegung wirkenden Kräfte
entkoppelt ist und nur in Wirkverbindung mit dem beweglichen
Werkzeug steht, wodurch allein die sich in den zu verschweißen
den Werkstücken aufbauenden Kräfte erfaßt werden.
Die Erfindung schließt die Anordnung des Kraftsystems unter
halb der Werkzeugaufnahme außerhalb des eigentlichen Antriebes
mit ein. Vorzugsweise ist aber das Kraftsystem zwischen zwei
miteinander in Abstand festverbundenen Kraftaufnahmeelementen
im Antrieb angeordnet und steht nur mit einem der beiden Kraft
aufnahmeelementen in Wirkverbindung. Insbesondere sind die
Kraftaufnahmeelemente durch zwei über Bolzen parallel ange
ordnete Platten gebildet, wobei die erste Platte dem Antrieb
und die zweite Platte dem Dämpfungsglied zugewandt ist. Das
Kraftmeßsystem umfaßt dabei eine Meßdose, die zwischen den
Platten im Antrieb angeordnet ist und mit der antriebsseitigen
Platte und einem Ausleger eines Schlittens für das bewegliche
Werkzeug in Wirkverbindung steht.
Für Schweißpressen zum Ultraschall-Schweißen ergeben sich durch
die Erfindung erheblich verbesserte Meßverhältnisse. Derartige
Schweißpressen weisen in herkömmlicher Art einen pneumatischen
Antrieb mit einem Arbeitszylinder und zugehöriger Rückholfeder
auf, wobei die Geschwindigkeit des Arbeitszylinders über Dämp
fungsglieder beeinflußbar ist. Durch die Erfindung wird beim
Starten des Arbeitszylinders nunmehr zunächst die Zugkraft der
Rückholfeder entkoppelt und beim Auffahren des als Prallplatte
ausgebildeten Kraftaufnahmeelementes auf den Dämpfungszylinder
die Dämpferkraft durch Entlasten des in der Meßdose als Sen
sor unter Vorspannung angeordneten piezokeramischen Elementes
mittels vorhandener Bolzen von der Gesamtschweißkraft subtra
hiert. Damit werden jetzt nur noch die sich in den zu ver
schweißenden Werkstücken aufbauenden Kräfte erfaßt. Das Kraft
signal kann ohne weitere Korrekturen unmittelbar zur Triggerung
von Steuervorgängen verwendet werden.
Bei der Erfindung sind vorteilhafterweise der Arbeitszylinder,
die durch die Platten mit Bolzen gebildeten Kraftaufnahmeele
mente einschließlich Kraftmeßsystem und die Dämpfungsglieder
in einer Linie übereinander angeordnet. Wenn die Einbauver
hältnisse es erlauben, kann der Dämpfer auch direkt auf die
Unterseite eines mit der ersten Platte verbundenen Verlänge
rungsstückes einwirken, das auch die Rückholfeder trägt.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich
aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung eines Ausführungs
beispiels anhand der Zeichnung. Die Figur zeigt in schema
tischer Darstellung eine verbesserte Vorrichtung zum Ultra
schall-Schweißen.
Eine Schweißpresse zur Verwendung beim Ultraschall-Schweißen
besteht in bekannter Weise aus der eigentlichen Werkzeugan
ordnung 1 und dem zugehörigen Antrieb 10 zur Erzeugung der
Absenkbewegung des beweglichen Werkzeuges. Im einzelnen sind
eine Sonotrode 2 und ein zugehöriger Amboß 3 angedeutet, wobei
die Sonotrode das bewegliche Werkzeug darstellt und über einen
Ausleger 4 mit einem Schlitten 5 verbunden sind. Sonotrode 2
und Amboß 3 sind als Austauschwerkzeuge konzipiert und können
der jeweiligen Schweißaufgabe angepaßt sein. Der Ultraschall-
Generator und entsprechende Übertragungseinheiten sind in der
Figur nicht weiter dargestellt.
Der Schlitten 5 ist gegenüber einem Träger 6 des Antriebes
in vertikaler Richtung beweglich ausgebildet und läuft über
Führungen 7 auf einer Führungsstange 8. Aktiviert wird der
Werkzeugschlitten 5 durch den zugeordneten Antrieb 10.
Der Antrieb 10 besteht im einzelnen aus einem Arbeitszylinder
11, der speziell als Pneumatikzylinder oder gegebenenfalls
auch als Hydraulikzylinder ausgebildet ist und eine Kolben
stange 12 trägt. Dem Pneumatikzylinder 11 mit Kolbenstange 12
ist eine Rückholfeder 13 zugeordnet, über die der Träger 6
und ein Gegenstück 9 am Ende der Kolbenstange miteinander
elastisch verbunden sind.
Mit einer solchen Anordnung kann eine Linearbewegung vorgege
bener Geschwindigkeit unter Kraftbeaufschlagung generiert
werden. Zur Beeinflussung der Bewegungsgeschwindigkeit ist ein
Dämpfungszylinder 14 vorhanden. Über verschiedene Stufen des
Dämpfungszylinders 14 läßt sich die Arbeitsgeschwindigkeit
des Pneumatikzylinders 11 verringern.
Zur Übertragung der Zylinderbewegung auf das bewegliche Werk
zeug 2 ist am Schlitten 5 rückseitig ein Ausleger 15 ange
bracht, auf den die Kolbenbewegung des pneumatischen Antriebes
einwirken kann. Mit der Kolbenstange 12 ist eine Platte 16 ver
bunden, deren exzentrische Verlängerung das Gegenstück 9 für
die Rückholfeder 13 bildet. Die Platte 16 ist als runde Scheibe
ausgebildet und trägt über mehrere Bolzen 18 im Abstand eine
zweite Platte 17. Beide Platten 16 und 17 wirken als Kraftauf
nahmeelemente für die Antriebskraft einerseits und die Dämp
ferkraft andererseits. Durch die Bolzen 18 wird die Dämpfer
kraft auf die obere Platte 16 übertragen.
Zwischen die beiden, über die Bolzen 18 verbundenen Platten 16
und 17 greift der rückseitige Ausleger 15 des Schlittens 5 ein,
wobei die Bolzen 18 in entsprechenden Ausnehmungen frei beweg
bar sind. Der Ausleger 15 ist mit einer Schraube 19 mit der
oberen Platte 16 verbunden, wobei zwischen der unteren Fläche
der Platte 16 und der oberen Fläche des Auslegers 15 eine
piezokeramische Scheibe 20 als Kraftsensor angeordnet ist. Mit
entsprechender Komplettierung durch elektrische Anschlüsse und
dergleichen bildet die piezokerämische Scheibe 21 eine Kraft
meßdose 20. Die Schraube 19 ist als Dehnschraube ausgebildet
und dient zum Vorspannen der Piezokeramikscheibe 21.
In der beschriebenen Vorrichtung ist das Kraftmeßsystem im An
trieb 10 mit der Sonotrode 2 als bewegliches Werkzeug gekop
pelt. Durch die Anordnung der unteren Platte 17 im Abstand zur
oberen Platte 16 und dem Freiraum zwischen dessen Oberfläche
und der unteren Fläche des Auslegers 15 ist eine Einrichtung
zur Kraftumleitung geschaffen. Wenn die gesamte Vorrichtung
über die Kolbenstange 12 auf den Dämpfer 14 auffährt, wirkt die
untere Platte 17 als Prallplatte und leitet die Kraft über die
Bolzen 18 auf die obere Platte 16 um. Durch die Bolzen 18 kommt
es also zu einer Entlastung der vorgespannten Keramikscheibe,
so daß die Dämpferkraft von der Kraft des Antriebes subtrahiert
wird. In gleicher Weise ist die Rückholkraft der Rückholfeder
13 eliminiert.
Durch obige Anordnung ist also gewährleistet, daß das Kraft
meßsystem mit Meßdose 20 und Piezokeramikscheibe 21 gegenüber
allen gegen die Antriebsbewegung wirkenden Kräfte entkoppelt
ist und nur in Wirkverbindung mit der Sonotrode als beweglichem
Werkzeug steht. Dadurch können nunmehr in exakter Form, die
sich beim Ultraschall-Schweißvorgang durch die Absenkbewegung
der Sonotrode erzeugte Verformung der zu verschweißenden Werk
stücke aufbauenden Kräfte erfaßt und ohne weitere Korrektur
als Steuer- bzw. Regelsignale verwendet werden.
Die Erfindung wurde vorstehend speziell für eine Ultraschall-
Schweißanlage beschrieben. Sie ist auch für Schweißpressen
bei anderen Schweißverfahren verwendbar.
Claims (9)
1. Schweißpresse zum Verschweißen von Werkstücken, insbesondere
zum Ultraschall-Schweißen, mit über einen pneumatischen oder
hydraulischen Antrieb relativ gegeneinander beweglichen
Schweißwerkzeugen, insbesondere Sonotrode zur Ultraschall-Ein
kopplung in die Werkstücke und Amboß zur Aufnahme der Werk
stücke, wobei das bewegliche Werkzeug in seiner Geschwindigkeit
durch gegen den Antrieb wirkende Dämpfungsglieder beeinflußbar
ist, und mit einem Kraftmeßsystem zur Erfassung der vom Antrieb
auf die Werkstücke wirkenden Kräfte, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Kraftmeßsystem (20) gegenüber
allen gegen die Antriebsbewegung wirkenden Kräfte entkoppelt
ist und nur in Wirkverbindung mit dem beweglichen Werkzeug (2)
steht, wodurch allein die sich in den zu verschweißenden Werk
stücken aufbauenden Kräfte erfaßt werden.
2. Schweißpresse nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Kraftmeßsystem (20) zwischen
zwei miteinander im Abstand starr verbundenen Kraftaufnahme
elementen (16, 17) im Antrieb (10) angeordnet ist und zur
kräftemäßigen Entkopplung nur mit einem der beiden Kraftauf
nahmeelemente (16, 17) in Wirkverbindung steht.
3. Schweißpresse nach Anspruch 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Kraftaufnahmeelemente durch
zwei über Bolzen (18) parallel angeordnete Platten (16, 17)
gebildet sind, wobei die erste Platte (16) dem Antrieb (10)
und die zweite Platte (17) dem Dämpfungsglied (14) zugewandt
ist.
4. Schweißpresse nach Anspruch 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Kraftmeßsystem eine Meßdose
(20) umfaßt, die zwischen den beiden Platten (16, 17) im
Antrieb (10) angeordnet ist und mit der antriebsseitigen Platte
(16) und einem Ausleger (15) eines Schlittens (5) für das be
wegliche Werkzeug (2) in Wirkverbindung steht.
5. Schweißpresse nach Anspruch 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Meßdose (20) eine Piezokera
mikscheibe (21) enthält, die mittels einer Dehnschraube (22)
mit Vorspannung zwischen der antriebsseitigen Platte (16)
und dem Ausleger (15) eingespannt ist.
6. Schweißpresse nach Anspruch 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß die erste Platte (16) am Kol
ben (11) des pneumatischen oder hydraulischen Antriebes (10)
bzw. dessen Kolbenstange (12) befestigt ist.
7. Schweißpresse nach Anspruch 6, dadurch ge
kennzeichnet, daß an die erste Platte (16) bzw.
ein Verlängerungsstück (9) eine Rückholfeder (13) für die
Kolbenstange (12) angreift.
8. Schweißpresse nach Anspruch 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß die zweite Platte (17) mit ihrer
freien Fläche eine Prallplatte für das Dämpfungsglied (14)
bildet.
9. Schweißpresse nach Anspruch 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß die erste Platte (16) über das
Verlängerungsstück (9) für die Rückholfeder (13) soweit ex
zentrisch verlängert ist, daß dessen untere Fläche eine Prall
platte für das Dämpfungsglied (14′) bildet.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19893921653 DE3921653A1 (de) | 1989-06-30 | 1989-06-30 | Schweisspresse zum verschweissen von werkstuecken |
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