DE60207248T2

DE60207248T2 - Verfahren und vorrichtung zum vibrationsschweissen von thermoplastischen kunststoffteilen

Info

Publication number: DE60207248T2
Application number: DE60207248T
Authority: DE
Inventors: Stephen Ottawa Field; Michael Ottawa Glover
Original assignee: Bowmead Holdings Inc
Current assignee: Bowmead Holdings Inc
Priority date: 2001-06-07
Filing date: 2002-06-07
Publication date: 2006-08-03
Anticipated expiration: 2022-06-08
Also published as: KR20040026143A; ATE309079T1; ES2254685T3; US7122088B2; US20040108040A1; CN1309550C; DE60207248D1; CN1538905A; WO2002098635A1; US20060283554A1; US20060260760A1; EP1397238A1; EP1397238B1; US7343950B2; CA2349795A1; MXPA03011322A

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft im allgemeinen Fertigungs- bzw. Aufbauverfahren für thermoplastische Komponenten und insbesondere Verfahren und Vorrichtungen zum Herstellen von Fenster- und Türrahmen unter Verwendung von Vibrationsschweißtechniken.
Hintergrund der Erfindung
Gegenwärtig werden Kunststoffenster und Türrahmen typischerweise aus Polyvinylchlorid (PVC) extrodierten bzw. gespritzten Profilen aufgebaut, wobei eine Wärmeplattenschweißtechnologie verwendet wird. Typischerweise umfasst der Eck- bzw. Nahtschweißprozess ein Pressen der angegehrten bzw. gegehrten Schnittenden von zwei Profilen gegen eine teflonüberzogene erwärmte Metallplatte. Nachdem das thermoplastische PVC-Material geschmolzen ist, wird die erwärmte Metallplatte entfernt und die beiden Enden werden dann gegeneinander gepresst, wobei sie eine hermetisch bzw. luftdicht verschlossene Schweißnaht bzw. -verbindung bilden. Typischerweise wird beim Herstellen eines vierseitigen Rahmenaufbaus entweder eine Einkopf-, Zweikopf- oder Vierkopfschweißausrüstung verwendet. Für eine Vierkopfschweißausrüstung wird der gesamte Rahmen in einem Vorgang zusammengebaut und unter Berücksichtigung der zur Rahmenaufstellung, Rahmenbeladung, Eckschweißung, Abkühlung und Rahmen entladung erforderlichen Zeit beträgt die gesamte Zykluszeit etwa zwei Minuten.
Ebenso wie dies ein verhältnismäßig langsamer Prozess ist, ist ein weiterer Nachteil des Wärmeplattenschweißens, dass eine große Menge an Kunststoffgrat an der Schweißnaht erzeugt wird und dieser Kunststoffgrat muss durch einen Prozess mechanisch entfernt werden, der Schneide-, Schabe- und Router- bzw. Fräsabläufe umfasst. Im allgemeinen ist die Einrichtung, die zum Gratentfernen erforderlich ist, komplex und teuer und der Prozess kann ebenfalls alle Oberflächenbeschichtungen beschädigen, die auf den extrodierten Profilen angebracht sind. Da zusätzlich das Kunststoffgratmaterial während des Schweißprozesses verunreinigt wird, kann der entfernte Abfallstoff nicht wiederverwertet werden und das verunreinigte Material kann ebenso die endgültige Schweißstärke beeinflussen. Um schließlich beständig eine genaue rechtwinklige Ecke eines Rechtecks zu erreichen, umfasst die Ausrüstung aufwendige und komplexe mechanische Stützsysteme.
Vibrationsschweißen ist ein allgemein verwendetes Verfahren zum Zusammenschweißen der ebenen bzw. glatten Stirnwände von zwei thermoplastischen Komponenten. Wie in dem US-Patent 4 352 711 beschrieben ist, umfasst der typische Vibrationsschweißprozess, dass eine Komponente fest in Position in einer stationären Bodenbefestigungsvorrichtung gehalten wird, während eine zweite Komponente fest in Position in einer bewegbaren Deck- bzw. Topbefestigungsvorrichtung gehalten wird. Durch Ausüben eines Drucks und sehr schnelles Bewegen der Decken- bzw. Topbefestigungsvorrichtung wird Wärme durch Oberflächenreibung erzeugt, in einem sehr kurzen Zeitraum, was die beiden Kontaktflächen von Komponenten schmelzen lässt, die miteinander zu verschweißen sind, und somit zusätzlich zu einer kurzen Zykluszeit besteht ein weiterer Hauptvorteil des Vibrationsschweißens darin, dass ein minimaler Grat erzeugt wird, so dass der Bedarf an einem mechanischen Gratentfernen wesentlich verringert werden kann. Im allgemeinen sind die beiden Plastikkomponententeile spritzgegossen und dies ermöglicht, dass Gratsperren und andere Merkmale in die Komponenten aufgenommen werden. Folglich wird, selbst mit dem begrenzten Grat, der erzeugt wird, seine Bewegung und Ort gesteuert, so dass er nicht visuell auffällig oder unansehnlich ist.
Verschiedene Anstrengungen wurden in der Vergangenheit vorgenommen, um Vibrationsschweißtechniken für einen Kunststoffrahmenaufbau zu verwenden, diese aber ohne kommerziellen Erfolg. In dem US-Patent 5 902 657, das für Hanson u.a. erteilt ist, werden zwei alternative Prozesse beschrieben, die insbesondere zum Herstellen von Fenster- und Türrahmen entwickelt wurden. Eine Technik verwendet eine Vorrichtung, die einem Wärmeplattenschweißer ähnlich ist, wobei eine metallische Vibrationsplatte sich schnell zurück und vorwärts zwischen den Enden von zwei Profilen bewegt. Um eine Schweißverbindung zu erzeugen, wird dann die Metallplatte entfernt und die beiden Profile werden gegeneinander gedrückt. Wie beschrieben ist, gibt es mit diesem Prozess einige technische Probleme, da nicht wie beim herkömmlichen Wärmeplattenschweißen nur eine dünne Oberflächenschicht erwärmt wird und folglich, wenn die metallische Vibrationsplatte entfernt wird, die geringe Menge an Oberflächenkunststoffmaterial, das aufgeschmolzen wurde, entweder entfernt und/oder sehr schnell abgekühlt wird, so dass, wenn die beiden Profile schließlich gegeneinander gedrückt werden, die zwischen den beiden Profilen gebildete Schweißnaht bzw. Schweißverbindung schwach ist.
Es gibt ebenfalls einige technische Belange mit dem zweiten alternativen Prozess, der in dem US-Patent 5 902 657 beschrieben ist. Mit diesem Verfahren für einen vierseitigen Rahmen werden zwei gegenüberliegende Seiten fest in Position gehalten, während die anderen beiden Seiten bewegbar sind. Die bewegbaren Seiten werden in Befestigungsanordnungen gehalten, die mit vier Vibrationsköpfen verbunden sind, die an Profileckenenden angeordnet sind, wenn direkt zwei hohle Dünnwandprofile miteinander verschweißt werden. Da der Vibrationskopf sich sehr schnell vor und zurück bewegt, ist es sehr schwierig, die endgültige Position des Vibrationskopfs genau zu steuern und so sind folglich die dünnen Profilwände nicht korrekt ausgerichtet und dies führt zu einer verringerten Ecknaht- bzw. Eckschweißstärke sowie zu unebenen Verbindungslinien, was visuell bemerkbar ist.
Beim Vibrationsschweißen gibt es typischerweise eine minimale Zone einer Beeinträchtigung an der Schweißnaht. Für glasfaserverstärkte Kunststoffe, wie bspw. im US-Patent 5 874 146 durch Kagan u.a. beschrieben, können jedoch höher strukturelle Festigkeiten mit einer weiten Schweißzone erreicht werden, die einigen Glasfasern ermöglicht, sich von der Flussrichtung weg zu orientieren und die Schweißschnittstelle zu kreuzen.
Die Druckschrift GB-A-2 033 394 beschreibt ein Verfahren zum Verbinden von zwei Kunststoffepoxidharzzylindern Ende an Ende durch Anlegen einer statischen Kraft an die Zylinder, um die gegenüberliegenden Oberflächen in unmittelbaren Kontakt zueinander zu bringen und die Oberflächen einer Drehbewegung auszusetzen, um die Oberflächen oberhalb der Glasübergangstemperatur zu erwärmen. Die Drehbewegung wird dann gestoppt und die statische Kraft wird erhalten, während das Oberflächenpaar abkühlt. Bei einer Implementierung wird eine Anordnung von drei koaxialen Zylinderobjekten gleichzeitig verbunden, indem bewirkt wird, dass das zentrale Objekt sich mittels eines drehenden Riemens dreht oder vibriert, relativ zu den anderen beiden Objekten, während eine statische Kraft auf die drei Objekte ausgeübt wird, um diese in unmittelbaren Kontakt zueinander an ihren jeweiligen passenden Oberflächen zu bringen.
Die Druckschrift DE 109 809 956 A1 beschreibt ein Verfahren zum Verbinden zweier thermoplastischer Rahmenprofile, um eine Gehrungsschnitteckenverbindung zu erzeugen, wobei zwei flache Kunststoffplatten verwendet werden. Mittels Positionierungsstiften werden die beiden thermoplastischen flachen Platten an die Gehrungsschnittenden der beiden Rahmenprofile angebracht und diese beiden thermoplastischen Platten haben dieselbe Form und sind aus demselben Material wie die Rahmenprofile gemacht. Die beiden flachen Platten stimmen einander überein und sind unter Verwendung eines Wärmeplattenschweißers herkömmlich verschweißt. Die beiden flachen Platten werden dann durchgeschmolzen, so dass das geschmolzene Material die beiden Profile zusammen zum Schmelzen bringt und wobei der überschüssige Kunststoffgrat, der durch den Schmelzprozess erzeugt wird, unter Verwendung mechanischer Prozesse herkömmlich entfernt wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung stellt ein Verfahren zum Bilden einer Vibrationsschweißverbindung zwischen einem ersten und einem zweiten Element und einem Verbindungsstück bereit, wobei die Elemente und das Verbindungsstück zumindest teilweise aus thermoplastischem Material bestehen, wobei das Verfahren die Schritte des Bereitstellens eines Vibrationskopfs, des Bereitstellens des Verbindungsstücks mit einem ersten Abschnitt zum Schweißen an das erste und zweite Element und einem zweiten Abschnitt, der sich von dem ersten Abschnitt erstreckt, zum Anbringen an eine Befestigung, die mit dem Vibrationskopf verbunden ist, und zum Stützen des ersten Abschnitts von der Befestigung, des Anbringens des zweiten Abschnitts des Verbindungsstücks an die Befestigung, die mit dem Vibrationskopf verbunden ist, des Anbringens des ersten und zweiten Elements in Befestigungen, die unabhängig von dem Vibrationskopf sind, des Erzeugens einer Eingriffskraft zwischen dem ersten Element und einer Seite des ersten Abschnitts des Verbindungsstücks und einer Eingriffskraft zwischen dem zweiten Element und einer entgegengesetzten Seite des ersten Abschnitts des Verbindungsstücks, des Erhaltens der Eingriffskräfte, während das Verbindungsstück mittels des Vibrationskopfs bei einer Frequenz von 50 bis 500 Hz in Schwingungen bzw. Vibrationen versetzt wird, um eine durch Reibung hervorgerufene Erwärmung zu erzeugen, um Material an den Enden der Elemente und an jeder jeweiligen entgegengesetzten Seite des ersten Abschnitts des Verbindungsstücks zu schmelzen, wobei derart geschmolzenes Material beim Kühlen eine Schweißung bzw. Schweißnaht zwischen dem Verbindungsstück und den Elementen bildet, und wobei die Eingriffskräfte zwischen dem ersten und zweiten Element und dem Verbindungsstück von dem Betrieb des Vibrationskopf getrennt angewandt bzw. ausgeübt werden, umfasst.
Vorzugsweise üben die Eingriffskräfte einen gleichmäßigen Druck auf jeder Seite des Verbindungsstücks aus. Die Eingriffskräfte werden wünschenswerterweise für die Dauer des Schweißschritts variiert, so dass, nachdem der erwünschte Grad eines Schmelzens der Materialien der aneindergreifenden Flächen erreicht wurde, jede Eingriffskraft auf einen Grad verringert ist, bei dem das geschmolzene Material geschmolzen in Position zwischen dem Ende der Elemente und dem Verbindungsstück bleibt.
Vorteilhafterweise hat das Verbindungsstück einen ebenen Flansch, der sich in einem Winkel bezüglich jedes Elements erstreckt, und wobei das Verbindungsstück einen entfernbaren Streifen umfasst, der eine Erweiterung des ebenen Flansches ist. Der Streifen wird in der Befestigungseinrichtung gehalten, die mit dem Vibrationskopf verbunden ist, und nachdem der Schweißschritt abgeschlossen ist, wird dieser entfernt. Der Streifen hat vorzugsweise eine geometrische Form, die in der Befestigungseinrichtung in einem Einsatz- bzw. Einsetzloch mit einer ähnlichen geometrischen Form gehalten ist, bspw. T-förmig, wobei das Verbindungsstück fest in Position mittels einer Metallfederbefestigung oder dergleichen gehalten wird. Alternativ kann das Verbindungsstück Einsetzlöcher zum Eingriff durch Einsetzstifte auf der Befestigung umfassen, um das Verbindungsstück in Position zu halten.
Bei einer konkreten Anwendung wird der Vibrationseckschweißprozess durch Einstellen der Dauer des Betriebs des Vibrationskopfs für eine bestimmte Amplitude, Frequenz und Eingriffskraft gesteuert.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung stellt eine Vorrichtung zum Bilden einer Vibrationsschweißverbindung zwischen Stirnflächen eines ersten und zweiten Elements und einem Verbindungsstück bereit, wobei die Elemente und das Verbindungsstück zumindest teilweise aus einem thermoplastischen Material bestehen, wobei die Vorrichtung aufweist: a) einen Vibrationskopf, der einen Antrieb zum In-Vibration-Versetzen des Kopfs in einer vorgegebenen Ebene bei einer Frequenz von 50 bis 500 Hz umfasst, b) entgegengesetzte erste und zweite Befestigungen, die jeweils einen Klemmaufbau zum Sichern eines entsprechenden einen des ersten und zweiten Elements daran aufweisen, und wobei die erste und zweite Befestigung das erste und zweite Element für eine Bewe gung unabhängig von dem Vibrationskopf stützen, c) eine dritte Befestigung, die mit dem Vibrationskopf zum Halten des Verbindungsstücks verbunden ist, wobei das Verbindungsstück einen ersten Abschnitt zum Schweißen an die Enden des ersten zweiten Elements umfasst, und einen zweiten Abschnitt, der sich von dem ersten Abschnitt und zum Stützen dieses erstreckt, und wobei die dritte Befestigung ausgelegt ist, um den zweiten Abschnitt des Verbindungsstücks zu halten, und positioniert ist, um zu ermöglichen, dass der erste Abschnitt an die Stirnflächen angreift, wenn der zweite Abschnitt durch die dritte Befestigung gehalten ist, d) einen Führungsaufbau zum Führen einer relativen Bewegung zwischen den Elementen und dem Verbindungsstück in einer Richtung senkrecht zu den Stirnflächen, um einen Eingriff zwischen entgegengesetzten Seiten des Verbindungsstücks und dem ersten bzw. dem zweiten Element zu erleichtern, e) Druckaktuatoren, die mit ersten und zweiten Befestigungen gekoppelt sind, um eine Eingriffskraft zwischen entgegengesetzten Seiten des Verbindungsstücks und dem ersten und zweiten Element bereitzustellen, und f) ein Steuersystem, um den Betrieb der Vibrationsschmelzvorrichtung zu regulieren.
Vorzugsweise gibt es Einstellmechanismen, die mit jedem Druckaktuator verbunden sind, wodurch die Eingriffskraft, die durch jeden Druckaktuator bereitgestellt wird, unabhängig einstellbar ist. Auf diese Weise kann ein variable Kraft eines Eingriffs während der Dauer des Schweißschritts bereitgestellt werden.
Die dritte Befestigung, die das Verbindungsstück hält, ist vorzugsweise so angeordnet, dass der ebene Flansch des Verbindungsstücks typischerweise in einem zentralen Ort ausgeglichen bzw. balanciert und positioniert ist, wobei die er ste und zweite Befestigung unabhängig von dieser dritten Befestigung bewegbar sind.
Die Erfindung zieht ebenfalls ein System zum Verbinden einer Reihe von verlängerten Rahmenelementen in Betracht, um einen geschlossenen Rahmen zu bilden. In diesem System sind benachbarte Enden von angrenzenden Rahmenelementen durch Verwendung der vorstehend genannten Vorrichtung in Eingriff. Das Rahmenelement kann ein rechteckförmiger Rahmen sein, ein Satz von vorstehenden Vorrichtungen ist bei jeder der vier Ecken des Rahmens vorgesehen.
Die Rahmenelemente müssen nicht in rechten Winkeln zueinander aufgebaut sein, aber können in der Tat bei irgendeinem ausgewählten Winkel in dem Bereich von 90° bis 15° verbunden sein. Die Winkel von angrenzenden Rahmenelementen bezüglich des Verbindungsstücks können ebenfalls verschieden sein. Auch ist es nicht notwendig, dass die Rahmenelemente gerade sind, aber andererseits kann eines oder mehrere der Rahmenelemente longitudinal gebogen sein.
Das System zum Miteinanderverbinden der Rahmenelemente kann verwendet werden, um diejenigen Elemente um eine innere Platte vor dem Miteinanderverschweißen der Rahmenelemente zusammenzubauen, um einen vollständigen Aufbau mit der Platte zu bilden. Die Platte kann irgendeine erwünschte Zusammensetzung sein, wie bspw. eine Glasscheibe oder ein festes Kunststoffmaterial, eine isolierende verglaste bzw. glasierende Einheit, eine Folienextrusion mit mehreren Hohlräumen oder dergleichen.
Die Erfindung stellt weiterhin einen Rahmen mit einer Mehrzahl von verlängerten Rahmenelementen bereit, wobei angrenzende bzw. benachbarte Enden von Paaren der Elemente durch ein dazwischenliegendes Verbindungsstück verbunden sind, wobei die Rahmenelemente und das Verbindungsstück jeweils zumindest teilweise aus einem thermoplastischen Material bestehen, und das Verbindungsstück einen ebenen Flansch aufweist, der sich in einem Winkel bzgl. jedes Rahmenelements erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Verbindungsstück an einem Paar von benachbarten Rahmenelementen durch Vibrationsschweißverbindungen an entgegengesetzten Seiten des Verbindungsstücks gesichert ist.
Vorzugsweise hat jedes hohle Profil eine umfängliche Wand, die eine Oberfläche zum Schweißen an den ebenen Flansch bereitstellt. Das Hohlprofil der Rahmenelemente kann in zwei oder mehr Hohlräume unterteilt werden.
Vorzugsweise hat der ebene Flansch eine Dicke in dem Bereich von 2 mm bis 12 mm und vorzugsweise 3 mm bis 6 mm.
Die flachen Oberflächen des ebenen Flansches können eine strukturierte Oberflächenbeschaffenheit haben, um das Aufbauen einer Reibung zum Erzeugen von Hitze zu verbessern.
Die Rahmenelemente bestehen vorzugsweise aus glasfaserverstärktem thermoplastischen Material, wie bspw. Polyvinylchlorid. Die Rahmenelemente können dekorative Überzüge oder Abschlüsse auf ihren äußeren Oberflächen haben.
Das Verbindungsstück kann vorzugsweise integrale Schenkel tragen, die sich von entgegengesetzten Seiten des ebenen Flansches erstrecken, wobei die Schenkel bemaßt sind, um longitudinal in die hohlen Innenseiten der benachbarten Rahmenelemente einzugreifen. Die integralen Schenkel des Verbindungsstücks können jeweils eine integrale Federzentriervorrichtung umfassen. Weiterhin können die hohlen Rahmenprofilelemente an den Schenkeln der Verbindungsstücke durch Ultraschallpunktschweißen an Stellen befestigt sein, die von dem ebenen Flansch beabstandet sind.
Vorzugsweise sind die Enden der Rahmenprofile gehrungs- bzw. mitergeschnitten, um den erwünschten Eckwinkel des Rahmens bereitzustellen, bspw. ein Gehrungsschnitt bei 45°, um eine 90°-Ecke bereitzustellen. Die Gehrungsschnittenden der Rahmenprofile können mit einem so genannten Dadoschnitt (Nut mit geöffneten Seiten) gebildet sein, und eine Druckplatte kann auf die Gehrungsschnittenden der Vorderfläche der Rahmenprofile während des Schweißprozesses angelegt werden, um zu verhindern, dass diese Stirnfläche durch irgendein Schweißgrat beeinträchtigt erscheint.
Das Verbindungsstück kann Vorrichtungen wie bspw. Störstellen, Nuten oder Schweißraupen zum Anordnen oder Empfangen eines Kunststoffgrats umfassen, der während des Vibrationsschweißprozesses erzeugt wird.
Es gibt drei bevorzugte Anwendungen für den Vibrationseckschweißprozess, nämlich: (i) bei dem Rahmenelemente um eine isolierende Glaseinheit zusammengebaut werden und bei dem ein Silikondichtmittel in Spalte zwischen dem zusammengebauten Rahmen und der isolierenden Glaseinheit eingebracht wird, (ii) bei dem glasierende Scheiben bzw. Blätter direkt an die Seiten eines Rahmenaufbaus unter Verwendung eines Silikonabdichtmittels angeheftet werden und (iii) bei dem ein zusammengebauter Rahmen zwischen beabstandeten Glasierungsblättern angeordnet wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnung.
Das Folgende ist eine beispielhafte Beschreibung von bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, wobei Bezug auf die beigefügte Zeichnung genommen wird.
1A und 1B sind Aufrissdarstellungen einer Rahmeneckanordnung, die aus rechteckigen Profilen hergestellt ist, glasfasergefüllten PVC-Extrusionen und geschweißt an der Ecke unter Verwendung einer herkömmlichen Wärmeplattenschweißtechnologie.
2 zeigt einen vertikalen Querschnitt entlang der Linie 1-1 in 1 durch einen Eckaufbau.
3 zeigt einen Aufriss der Testbefestigung für den thermoplastischen Ecktest, wie er in dem nordamerikanischen Fensterstandard (NAFS-1) spezifiziert ist.
4 zeigt ein perspektivisches Detail in Einzelteildarstellung eines Rahmeneckaufbaus, der einen entfernbaren Streifen an der äußeren Seitenkante aufweist, wobei die thermoplastischen Extrusionen vibrationsgeschweißt an den Ecken zu einem diagonalen Ecksteg sind.
5 zeigt einen horizontalen Querschnitt eines Rahmeneckaufbaus, bei dem die thermoplastischen Extrusionen an ein diagonales Verbindungsstück mit ebenem Flansch geschweißt sind, das einen entfernbaren Streifen an der äußeren Seitenkante umfasst.
6A zeigt eine perspektivische Ansicht einer Vibrationsschweißvorrichtung für eine einzelne Ecke.
6B zeigt eine schematische Darstellung des Steuersystems für eine Reibungsschweißvorrichtung für eine einzelne Ecke.
7A zeigt in einer Draufsicht eine Vibrationsschweißvorrichtung für eine einzelne Ecke mit den Extrusionen, die in den Befestigungen vor dem Schweißprozess installiert sind.
7B zeigt eine ähnliche Ansicht wie 7A, die eine Vibrationsschweißvorrichtung für eine einzelne Ecke während des Schweißprozesses wiedergibt.
8A zeigt eine perspektivische Einzelteildarstellung und 8B zeigt eine perspektivische Ansicht eines vibrationsgeschweißten Eckrahmenaufbaus, der ein Verbindungsstück mit einem ebenen Flansch und einem entfernbaren Streifen auf der Bodenkante umfasst.
9A zeigt in einem Querschnitt ein Detail eines ebenen Flanschstegs, der Gratfehlstellen bzw. Gratfallen umfasst.
9B zeigt in einem Querschnitt ein Detail eines ebenen Flanschstegs, der Schweißraupen umfasst.
10 zeigt ein Detail im Querschnitt der bewegbaren Befestigungen, die die Rahmenprofile in Position während des Vibrationsschweißprozesses halten.
11 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Verbindungsstücks mit einem ebenen Flansch und einem entfernbaren T-förmigen Streifen an der äußeren Seitenkante.
12A zeigt ein perspektivisches Detail eines Verbindungsstücks mit einem ebenen Flansch, das einen entfernbaren Streifen mit einem doppelten Satz an L-förmigen Schlitzen an der rückwärtigen Kante umfasst.
12B zeigt eine Aufrissansicht des oberen Bereichs einer Verbindungsstückhaltebefestigung und ein Verbindungsstücksteg mit ebenem Flansch in Einzelteildarstellung, wie in 12A gezeigt ist.
12C zeigt einen vertikalen Querschnitt der Verbindungsstückhaltebefestigung mit einem Verbindungsstück mit ebenem Flansch, wie in 12B gezeigt ist.
13 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Eckstegs mit einem entfernbaren Streifen an der Bodenkante.
14A zeigt in einer Draufsicht eine Verbindungsstückbefestigung, die eine ge trennte Druckleisten- bzw. Druckabstreifvorrichtung umfasst.
14B zeigt in einem vertikalen Querschnitt ein Detail einer Eckstegbefestigung, die eine getrennte Druckleistenvorrichtung umfasst.
15A zeigt in einem Querschnitt in Draufsicht ein Detail eines Rahmeneckaufbaus, bei dem die thermoplastischen Kunststoffextrusionen vibrationsgeschweißt an der Ecke unter Verwendung eines Eckkeils mit einem diagonalen Steg unter integralen Schenkeln sind.
15B zeigt ein Detail im Querschnitt des Rahmeneckaufbaus, wie in 15A gezeigt ist, bei dem das Kunststoffrahmenprofil an die integralen Schenkel des Eckkeils ultraschallpunktgeschweißt ist.
15C zeigt einen Querschnitt und ein Aufrissdetail des Kunststoffrahmenprofils und Eckkeils, wie in 15A gezeigt.
16 zeigt eine bruchstückhafte Draufsicht einer Vibrationsschweißvorrichtung, die zeigt, dass die Rahmenprofile bei variierenden Winkeln zu dem Verbindungsstück mit ebenem Flansch aufgebaut sein können.
17A zeigt eine Aufrissansicht eines Runddeckenfensterrahmens.
17B zeigt ein Querschnittsdetail eines Stumpfstoßaufbaus zwischen einem geraden und gebogenen Rahmenprofil.
18 zeigt in Einzelteildarstellung eine perspektivische Ansicht eines Vibrationsschweißeckrahmenaufbaus, der ein Verbindungsstück mit einem ebenen Flansch und einem entfernbaren an der Decke gehaltenen Streifen umfasst.
19A und 19B zeigen Aufrissansichten einer vertikalen Kopfvibrationsschweißvorrichtung, die einen zweistufigen Rahmenaufbau aufweist.
20 zeigt eine Aufrissansicht einer vertikalen Vierkopfvibrationsschweißvorrichtung, bei der alle vier Ecken gleichzeitig geschweißt werden.
21A zeigt eine Aufrissansicht einer zusammengesetzten Kanalschiebefensterplatte mit den thermoplastischen Rahmenprofilen, die unter Verwendung eines Vibrationseckschweißens zusammengesetzt sind.
21B zeigt ein vertikales Querschnittsdetail entlang einer Linie 21A-21A in 21A der zusammengesetzten Kanalfenster platte, die eine doppelt verglaste Isoliereinheit umfasst.
22 zeigt in Einzelteildarstellung eine perspektivische Ansicht eines zusammengesetzten Kanalrahmens, der um eine isolierende Glaseinheit aufgebaut ist, unter Verwendung eines Vibrationseckschweißens.
23B zeigt eine perspektivische Ansicht eines Eckaufbaus eines zusammengesetzten Kanalfensters, das Rahmenprofile verschiedener Größe umfasst und unter Verwendung eines Vibrationeckschweißens zusammengesetzt ist.
24A zeigt eine perspektivische Ansicht eines vibrationsgeschweißten zusammengesetzten Kanalrahmenaufbaus, bei dem die Rahmenprofile einen einzelnen I-förmigen Hohlraum und dünne feste Rahmenprofilwände zum Halten der isolierenden Glaseinheit umfassen.
24B zeigt in Einzelteildarstellung eine Draufsicht des in 24A gezeigten Eckrahmenaufbaus.
25A zeigt eine Aufrissansicht einer isolierenden Glasplatte mit einem starren thermoplastischen Entfernungsrahmen, der unter Verwendung eines Vibrationseckschweißens zusammengesetzt ist.
25B zeigt ein vertikales Querschnittsdetail entlang einer Linie 25A-25A in 25A der isolierenden Glasplatte, die einen starren thermoplastischen Entfernungsrahmen umfasst.
26A zeigt eine Aufrissansicht einer abgedichteten Rahmenfensterplatte, bei der die äußeren Verglasungsscheiben direkt an den Rahmenaufbau angeheftet sind.
26B zeigt ein vertikales Querschnittsdetail entlang einer Linie 26A-26A in 26A einer abgedichteten Rahmenfensterplatte, wie in 26A gezeigt ist.
27A und 27B zeigen Vorder- und Seitenaufrissansichten eines Eckendes eines Rahmenprofils, das insbesondere für ein Reibungseckschweißen von abgedichteten Rahmenplatten hergestellt ist.
28 zeigt in Einzelteildarstellung ein perspektivisches Detail eines Eckrahmenaufbaus für eine abgedichtete Rahmenfensterplatte, wie in 26A gezeigt ist.
29A bis 29E zeigen Details der Herstellungsschritte, die bei dem abgedichteten Rahmeneckaufbau umfasst sind, unter Verwendung einer Kombination einer Reibungsschweißtechnik und einer Ultraschallpunktschweißtechnik.
30 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Verbindungsstücks mit einem entfernbaren Streifen, der Einsetzlöcher zum Eingriff durch Einsetzstifte umfasst, die einen Teil der Verbindungsstückhaltebefestigung bilden.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Unter Bezugnahme auf die Zeichnung zeigen 1A und 1B Seiten- und Vorderaufrisse bzw. -ansichten eines Rahmeneckaufbaus 31, der aus rechteckigen Hohlprofilen, glasfasergefüllten PVC-Extrusionen 32 und 33 hergestellt ist. Die Gehrungsschnitteckenden 34 der Rahmenelemente 32 und 33 sind unter Verwendung einer herkömmlichen Wärmeplatteneinrichtung zusammengeschweißt. Ein hauptsächlicher Nachteil des Wärmeplattenschweißens besteht darin, dass eine große Menge an Kunststoffgrat an der Schweißnaht 36 erzeugt wird. Dieser Kunststoffgrat 35 muss mechanisch entfernt werden und dieser Prozess umfasst oft ein Entfernen einer flachen bzw. oberflächlichen Nut an der Schweißnaht 36. Als ein Ergebnis dieses mechanischen Entfernungsprozesses kann die strukturelle Leistungsfähigkeit der Ecknaht ziemlich signifikant verringert sein.
2 zeigt einen vertikalen Querschnitt entlang einer Linie 1B-1B durch den Rahmeneckaufbau 31, bei dem die Gehrungsschnittenden 34 der Rahmenelemente 32 und 33 an der umfänglichen Wandkante miteinander verschweißt sind. Wie vorstehend beschrieben ist, erzeugt dieser Prozess einen Kunststoffgrat 35, der von der Profilaußenseite entfernt werden muss.
In Nordamerika wird die strukturelle Leistungsfähigkeit von thermoplastischen Ecknähten gemäß der Testprozedur des nordamerikanischen Fensterstandards (NAFS-1) bewertet. Wie in 3 gezeigt ist, umfasst die Testprozedur ein Anfügen eines geschweißten Rahmeneckaufbaus 31 an einen Träger 39 mit Klemmen 40 und 41. Die Bodenklemme 41 ist 100 mm oberhalb der Topkante 42 des unteren Rahmenprofils 33 angeordnet. Eine Punktlast L 44 wird schrittweise an dem unteren Rahmenprofil 33 angelegt, wobei die Last 44 in einem Abstand von 360 mm von der Vorderseitenkante 45 des oberen Profils 32 angeordnet ist. Das Testkriterium zum Bestehen bzw. Durchfallen besteht darin, dass, wenn es bis zu einem Defekt belastet wird, der Bruch sich nicht entlang der gesamten Schweißnaht erstrecken soll.
Unter Verwendung einer herkömmlichen Wärmeplattenschweißtechnologie wurden Ecknahttestproben, wie in 2 gezeigt ist, von 30% glasfasergefüllten PVC-Extrusionen hergestellt. Die Proben wurden gemäß der NAFS-1 Prozedur getestet und die Proben fielen mit dem Bruch durch, der sich vollständig entlang der Schweißnaht 36 erstreckt. Der Hauptgrund dafür, dass das fasergefüllte Material durch die NAFS-Testprozedur durchfiel, besteht darin, dass die Schweißstärke typischerweise nicht höher als das Basismatrixpolymer ist und da 30% glasfasergefüllte Profile stärker und steifer sind, die Verbindung folglich das schwache Bindeglied in dem Rahmenaufbau ist.
Wie ausführlich unter Bezugnahme auf 4 bis 30 beschrieben ist, besteht ein Hauptzweck dieser Erfindung darin, ein Eckrahmenaufbauverfahren bereitzustellen, bei dem die Testproben aus 30% glasfasergefüllten PVC-Extrusionen hergestellt sind, die beständig die NAFS-1 thermoplastische Ecknahttestprozedur bestehen.
4 zeigt eine perspektivische Ansicht in Einzelteildarstellung eines Eckrahmenaufbaus, bei dem die Gehrungs schnittenden 34 von thermoplastischen Rahmenelementen 32 und 33 an entgegengesetzte Seiten eines Verbindungsstücks 47 angeschweißt sind, das einen ebenen Flansch 48 und einen entfernbaren Streifen 49 umfasst. Das Verbindungsstück 47 ist aus demselben Basispolymer wie die thermoplastischen Rahmenelemente 32 und 33 gefertigt. Der ebene Flansch 48 weist eine raue oder strukturierte Oberfläche auf und da diese Oberflächenbehandlung die Erzeugung von Reibungswärme beschleunigt, wird die Schweißzykluszeit wesentlich verringert. Die Wanddicke des ebenen Flansches 48 kann zwischen 2 mm und 12 mm mit dem bevorzugten Bereich von 3 bis 5 mm variieren. Der entfernbare Streifen 49 ist dicker als der ebene Flansch 48 und dies stellt eine erhöhte Festigkeit und Steifigkeit bereit. Nachdem der Schweißprozess abgeschlossen ist, wird der entfernbare Streifen 49 unter Verwendung einer Scherpresse oder einer ähnlichen Vorrichtung abgeschnitten. Da das Vibrationsschweißen das Kunststoffschweißmaterial nicht verunreinigt, kann dieser entfernbare Streifen wiederverwertet und der Kunststoffharz wiederverwendet werden.
5 zeigt einen horizontalen Querschnitt durch den hergestellten Eckrahmenaufbau aus hohlen Kunststoffprofilen 32 und 33. Da die Rahmenelemente 32 und 33 zu beiden Seiten des Verbindungsstücks 47 vibrationsgeschweißt sind, wird die strukturelle Belastung an jeder der beiden Schweißungen entsprechend verringert. Zusätzlich stellt der ebene Flansch 48 eine diagonale Eckversteifung bereit, was weiter die strukturelle Leistungsfähigkeit des Rahmenaufbaus erhöht.
Ein entfernbarer Streifen 49, der eine Erweiterung des ebenen Flansches 48 bildet, ist an der äußeren Seitenrückwand des Verbindungsstücks 47 angeordnet. Während des Vibrationsschweißprozesses wird dieser Streifen 49 fest in einer Haltebefestigung bzw. Haltebefestigungseinrichtung 50 gehalten, die mit dem Vibrationskopf 52 der besonderen Vibrationsschweißvorrichtung 51 verbunden ist, wie in 6A, 6B und 7A, 7B beschrieben ist.
Eine Ecktestprobe wurde unter Verwendung derselben rechteckförmigen Hohlprofil-PVC-Extrusionen mit 30% Glasgehalt wie die Proben gefertigt, die zuvor unter Verwendung einer herkömmlichen Wärmeplattenschweißeinrichtung hergestellt wurden. Die Profilproben wurden an den ebenen Flansch geschweißt, indem die bestimmten Vibrationsschweißtechniken verwendet wurden aber nicht wie bei den wärmeplattengeschweißten Testproben, deren vibrationsgeschweißten Testproben die NAFS-1-Thermoplastische-Ecknahttestprozedur bestanden.
Wie in 5 gezeigt ist, führt der Vibrationsschweißprozess im allgemeinen zu Kunststoffrahmenprofilen 32 und 33, die in dem ebenen Flansch 48 eingebettet sind. Obwohl es erwünscht ist, dass der ebene Flansch aus demselben harzbasierten Material wie die Rahmenprofile gefertigt ist, besteht eine Option für das Verbindungsstück darin, aus einem steiferen Kunststoffmaterial (bspw. glasfasergefülltes Material) gefertigt zu sein, so dass die Profile nicht übermäßig innerhalb des ebenen Flansches eingebettet sind.
6A zeigt eine perspektivische Draufsicht eines Prototypen einer Vibrationsschweißvorrichtung 51 für eine einzelne Ecke. Die Vorrichtung besteht aus fünf Hauptkomponenten:
1. Vibrationskopf
Ein linearer Vibrationskopf 52, der eine Deckplatte 53 umfasst, die sehr schnell in einer vorgegebenen Ebene rückwärts und vorwärts vibriert.
2. Verbindungsstückhaltebefestigung
Eine Verbindungsstückhaltebefestigung 50 ist direkt an der Deckenplatte 53 angebracht und hält das Verbindungsstück 48 mit ebenem Flansch fest in Position.
3. Bewegbare Rahmenbefestigungen
Zwei bewegbare Rahmenbefestigungen bzw. Befestigungseinrichtungen 55 und 56 umfassen Klemmvorrichtungen 60, die die Rahmenprofile fest in Position halten. Die Bewegung der Rahmenbefestigungen 55 und 56 wird durch eine Vielzahl von Mittel betätigt, einschließlich: elektrischer Servomotoren, pneumatischer und hydraulischer Vorrichtungen.
4. Steuersysteme
Ein Steuersystem 46, das die verschiedenen Betriebsparameter der Vibrationsschweißvorrichtung reguliert, einschließlich: Schweißzeit, Haltezeit, Verbindungsdruck, Amplitude, Frequenz und Spannung. Das Steuersystem ist in einem Schutzgehäuse angeordnet und mit einer Benutzerschnittstelle 64 verbunden.
5. Maschinenrahmen
Ein Maschinenrahmen 65 stellt den Aufbau bereit, der die anderen Komponenten hält.
Der Vibrationskopf 53 kann sich auf entweder eine lineare oder kreisbahnförmige Weise bewegen. Beim linearen Vibrationsschweißen bewegt sich der Vibrationskopf sehr schnell in einer vorgegebenen Ebene rückwärts und vorwärts. Bei der kreisbahnförmigen Vibration dreht der Vibrationskopf kontinuierlich in einem kreisrunden Ablauf. Als ein kontinuierlicher Prozess bietet die Kreisbahnvibration einige größere Vorteile, einschließlich: verringerter Zeit, weniger Energie, weniger Schweißamplitude, verringerten Abstands und besserer Gratkontrolle. Derzeit ist die Kreisbahnvibration etwas weniger zuverlässig, da die kontinuierliche Kreisbewegung durch einen Elektromotor angetrieben wird und so lediglich ein lineares Vibrationsschweißen in den folgenden Figuren dargestellt ist. Es kann jedoch von Fachleuten angenommen werden, das ein Kreisbahnvibrationsschweißen für viele dieser Eckschweißanwendungen ersatzweise eingesetzt werden kann und insbesondere der Prozess bietet Vorteile, wo ein Verbindungsstück mit ebenem Flansch verwendet wird.
7A zeigt in einer Draufsicht eine Vibrationsschweißvorrichtung 51 für eine einzelne Ecke in einer geöffneten Position. Die lineare Vibrationsschweißvorrichtung 51 weist einen Vibrationskopf 52 auf, der sich linear zurück und vorwärts in einer vorgegebenen Ebene bewegt. Der Vibrationskopf 52 ist den Vibrationsköpfen ähnlich, die bei kommerziell erhältlichen linearen Vibrationsschweißern verwendet werden, wie bspw. der Branson-Mini-Schweißer, aber unähnlich denjenigen herkömmlich erhältlichen Produkten, wobei der Vibrationskopf umgedreht wird, da dies eine flexiblere und einfachere Positionierung der Rahmenelemente 32 und 33 während des Rahmenaufbauprozesses ermöglicht. Eine flache Platte 53 ist an der Oberseite des Vibrationskopfs 52 angeschraubt. Wie bei Standardvibrationsschweißern ist der Vibrationskopf an einen getrennten schweren Eisenguss halter (nicht dargestellt) angeschraubt und von dem Eisengussträgeraufbau (nicht dargestellt) unter Verwendung von Gummihalterungen isoliert. Dieser Eisengussträgeraufbau ist wiederum an einem Maschinenrahmen 65 angeschraubt, der den Vibrationskopf 52 bei einer geeigneten Arbeitshöhe positioniert.
Flachplattenbleche 54 sind an der Oberseite des Maschinenrahmens 65 angeschraubt, aber diese Arbeitsoberseite ist von dem Vibrationskopf 52 abgetrennt bzw. abgesondert, so dass ein Minimum einer Vibrationsbewegung zu dem Maschinenrahmen 65 übertragen wird. Bewegbare Profilbefestigungen 55 und 56 sind auf Führungsschienen 57 direkt an der Decktischplatte 54 angebracht gestützt, und diese Befestigungen halten die Rahmenprofilextrusionen 32 und 33 in Position. Die bewegbaren Profilbefestigungen 55 und 56 bewegen sich über den Vibrationskopf 52, aber es gibt keinen direkten Kontakt außer da, wo die Rahmenprofile 32 und 33 das Verbindungsstück 47 kontaktieren. Die bewegbaren Befestigungen ermöglichen ebenfalls den Gehrungsschnittenden 34 der Rahmenprofile 32 und 33, parallel zu dem ebenen Flansch 48 des Verbindungsstücks 47 positioniert zu werden.
Jede bewegbare Profilbefestigung 55 und 56 besteht aus einer horizontalen flachen Platte 58, einem Stützelement 59, das an der horizontalen Platte 58 angebracht ist, und einer Klemmbefestigung 60, die die Profile 32 und 33 gegen das Stützelement 59 sicher hält. Eine Vorderklemme 60 ist angrenzend an die Seitenkante 61 der flachen Platte 58 positioniert und sichert, dass die Profile fest in Position gehalten sind und die Gehrungsschnittprofile 32 und 33 sich lediglich 2 oder 3 mm über die Seitenkante 61 erstrecken. Es ist ebenfalls wichtig, dass beide Profile sich den gleichen Abstand von den beiden Klemmbefestigungen ausdehnen.
Um eine rechtwinklige Verbindung bzw. Knotenverbindung (d.h. 90°) bereitzustellen, werden die vertikalen Stützelemente 59 in einem 45°-Winkel zu Seitenkanten 61 positioniert. Für bestimmte Rahmenformen kann jedoch die Winkelposition a des Stützelements 59 wie erforderlich mittels eines Drehpunkts 63 und einer Befestigungseinrichtung 63 eingestellt werden. Eine feste Haltebefestigung 50 für das Verbindungsstück 47 ist so angeordnet, dass der ebene Flansch des Verbindungsstücks in einer balancierten zentralen Position ist. Die Haltebefestigung 50, die direkt an der Deckplatte 53 des Vibrationskopfs 52 angebracht ist, hält den entfernbaren Streifen 49 des Verbindungsstücks 47 sicher in Position.
7B zeigt in Draufsicht die Vibrationsschweißeinrichtung in Betrieb. Die Gehrungsschnittenden 34 der Profilextrusionen 32 und 33 werden gegen den ebenen Flansch 48 des Verbindungsstücks 47 gedrückt. Wie erforderlich ist, kann die winkelige Versetzung der Profilbefestigungen 55 und 56 so eingestellt werden, dass alle vier Verbindungsoberflächen zueinander parallel sind.
In Betrieb wird Reibungswärme an den beiden Verbindungsschnittstellen bzw. -flächen zwischen den parallelen Oberflächen der Gehrungsschnittenden 34 der Rahmenprofile 32 und 33 und dem ebenen Flansch 48 des Verbindungsstücks 47 erzeugt. Durch Vibrieren des Verbindungsstücks 47 rückwärts und vorwärts und durch gleichzeitiges Drücken der Rahmenprofile 31 und 32 gegen den ebenen Flansch 48 des Verbindungsstücks 47 wird Reibungswärme an den beiden Verbindungsflächen erzeugt. Wenn ein geschmolzener Zustand an den beiden Verbindungsflächen 66 und 67 erreicht wird, wird die Vibration gestoppt und der senkrechte Druck P wird dann kurz aufrechterhalten, während der geschmolzene Kunststoff sich verfestigt, um zwei geschweißte Verbindungen 66 und 67 auf beiden Seiten des ebenen Flansches 48 zu bilden. Um eine gleichmäßige Schweißstärke zu erreichen, muss im wesentlichen dieselbe senkrechte Eingriffskraft gleichzeitig an jeder Seite des Verbindungsstücks 47 angelegt werden.
Bei dem Vibrationsschweißprozess kann, wenn übermäßiger Druck angelegt wird, nachdem der Oberflächenkunststoff geschmolzen wurde, der geschmolzene Kunststoff weg von der Verbindungslinie gedrückt werden, was zu einer minderen strukturellen Verbindung führt. Durch vorsichtiges Steuern der Eingriffskraft oder des Drucks der Rahmenprofile auf das Verbindungsstück kann dieses Anschlussverbindungsproblem vermieden werden. Nachdem der erwünschte Grad eines Schmelzens der Materialien an der Verbindungslinie erreicht wurde, wird die Eingriffskraft auf einen Pegel reduziert, bei dem das geschmolzene Material geschmolzen in Position zwischen den Enden der Rahmenprofile bleibt.
Beim Reibungsschweißen von glasfasergefüllten Profilen besteht einer der Gründe für eine verringerte Schweißstärke darin, dass die Glasfasern sich entlang der Schweißlinie bzw. Schweißnaht ausrichten, senkrecht zu der angelegten Eingriffskraft oder dem angelegten Druck. Diese Schweißzone ist typischerweise sehr eng und variiert von 40 bis 100 μm. Durch vorsichtiges Steuern und Optimieren der Schweißparameter und insbesondere des angelegten Drucks kann eine weite Schweißzone erzeugt werden, so dass einige der Glasfasern weg von der Schweißlinie und quer zu der Schweißfläche bzw. dem Schweißnahtübergang orientiert sind. Folglich können höhere Schweißstärken für die glasfasergefüllten Profile erreicht werden.
Unter Verwendung der Prototypeckschweißvorrichtung wurden eine Reihe von Experimenten durchgeführt und diese Experimente haben gezeigt, dass ausreichende strukturelle Schwei ßungen durch Optimieren der verschiedenen Schweißparameter über einen weiten Bereich von verschiedenen Parameterwerten erreicht werden können. Beispielsweise kann ein maximal angelegter Druck verringert werden, wenn die Amplitude erhöht wird, oder sowohl der maximale angelegte Druck als auch die Amplitude können reduziert werden, wenn die Schweißzeit erhöht wird. Um insbesondere die Menge an Kunststoffgrat zu verhindern, der erzeugt wird, haben unsere Experimente ebenfalls gezeigt, dass es bevorzugt ist, eine höhere Frequenz und eine niedrigere Amplitude zu verwenden. Im allgemeinen können die verschiedenen Schweißparameter durch die folgenden Werte variiert werden, obwohl für jede Anwendung ein Bedarf besteht, einen bestimmten Satz an Schweißparametern einzurichten.

Maximal angelegter Druck 6 kN

Schweißzeit 2–12 Sekunden

Schweißamplitude 0,4 mm bis 3 mm

Schweißfrequenz 50 bis 500 Hz
Im allgemeinen wird für eine konkrete Anwendung der Vibrationseckschweißprozess durch die Schweißzeit gesteuert, die für eine spezifizierte Schweißamplitude, Frequenz und einen maximal angelegten Druck oder eine Eingriffskraft bestimmt ist. Es sollte berücksichtigt werden, dass eine Schweißzeit als die Dauer des Betriebs des Vibrationskopfs definiert ist.
6B zeigt ein schematisches Diagramm des Steuersystems 46 für die Vibrationsschweißvorrichtung 51 für eine einzelne Ecke. Das Steuersystem 46 besteht aus einer zentralen Steuerung 84, die innerhalb eines Metallgehäuses geschützt ist und mit einer Bedienungsschnittstelle 45 verbunden ist. Die Steuerung 84 steuert den Betrieb von fünf Hauptkomponenten: (i) Vibrationkopf 55, (ii) Klemmechanismus 239 und (iii) Druckmechanismus 240 der ersten bewegbaren Profilbefestigung 55 und (iv) der Klemmechanismus 241 und (v) Druckmechanismus 242 der zweiten bewegbaren Profilbefestigung 56. Durch eine Eingabe/Ausgabe-Informationszuführung können die Abläufe dieser fünf Komponenten koordiniert und gesteuert werden.
Durch Verwenden der Prototypvibrationseckeinrichtung für eine einzelne Ecke, wie in den 6A, 6B und 7B beschrieben ist, wurden Eckrahmenprofilaufbauten erfolgreich aus einer weiten Vielfalt von verschiedenen Kunststoffmaterialien hergestellt, einschließlich: Polyvinylchlorid (PVC), zusammengesetztes glasfasergefülltes PVC, Zellschaum-PVC, zusammengesetztes holzfasergefülltes PVC und thermoplastische Pultrusionen. Für alle Aufbauten ist es erwünscht, dass das Verbindungsstück mit ebenem Flansch aus im wesentlichen demselben Basisharz wie die Rahmenprofile gefertigt ist. Eine Reihe von alternativen Gestaltungen für den Ecksteg wurden ebenfalls getestet und unsere Experimente haben gezeigt, dass zufriedenstellende Schweißungen hergestellt werden können, selbst mit einer Dicke eines ebenen Flansches von weniger als 1,5 mm.
8A und 8B zeigen eine perspektivische Ansicht in Einzelteildarstellung eines vibrationsgeschweißten Eckrahmenaufbaus 31, der ein Verbindungsstück 47 mit einem ebenen Flansch 48 umfasst, der einen entfernbaren Streifen 49 auf der Bodenkante umfasst. Im Gegensatz zu dem seitengehaltenen Verbindungsstück ist ein Vorteil des Streifens auf der Bodenkante, dass die Verbindungsstücke einfacher in die Befestigungseinrichtung geladen werden können.
Für einfache Ecksteggestaltungen können die Verbindungsstücke form- bzw. würfelgeschnitten aus Kunststoffblattmaterial sein. Alternativ können die Verbindungsstücke spritzgegossen sein und dies hat den Vorteil, dass verschiedene Gestaltungsmerkmale in das Verbindungsstück aufgenommen sein können, die im wesentlichen den Bedarf an einem Kunststoffgratentfernen vermeiden. 9A und 9B zeigen zwei alternative Verbindungsgestaltungen, die im wesentlichen den Bedarf an einem mechanischen Gratentfernen vermeiden. In 9A sind zwei hohlthermoplastische Profile 32 und 33 longitudinal unter Verwendung eines Verbindungsstücks 47 miteinander verbunden, das einen ebenen Flansch 48 umfasst. Das Verbindungsstück 47 umfasst Gratfehlstellen bzw. Gratfallen oder Schmelzaussparungen 69 auf beiden Seiten eines zentralen Wulstes 70. Während des Vibrationsschweißprozesses fließt Kunststoff in die Gratfallen 69, was doppelte Trennlinien 71 erzeugt.
Wie in 9B gezeigt ist, wo die ästhetischen Erfordernisse anspruchsvoller sind, können die Kunststoffprofilenden 72 einen Dato-Schnitt 73 umfassen. Die flachen Schnittenden 75 der Profile 32 und 33 überlappen den ebenen Flansch 48, der Schweißraupen 74 umfasst. Während des Vibrationsschweißprozesses fließt Kunststoff nach innen um die Enden des Verbindungsstücks 47 und die beiden flachen Schnittenden 75 berühren fast, was eine einzelne dünne Trennlinie erzeugt. Wie vorstehend bemerkt ist, sind die Hauptvorteile der Verwendung von Gratfallen und Schweißraupen, dass der Kunststoffgrat während des Schweißprozesses aufgenommen ist und nicht mechanisch von der Oberfläche der Kunststoffextrusionen entfernt werden muss. Folglich ist es für einen dekorativen Oberflächenabschluss 76 möglich, auf den Kunststoffextrusionen 32 und 33 umfasst zu sein, da es kein mechanisches Gratentfernen gibt, diese Oberflächenabschlüsse 76 werden nicht während des Schweißprozesses beschädigt. Ein weiterer Vorteil von Schweißraupen und Gratfallen ist derjenige, dass dadurch, dass kein geschmolzenes Kunststoffgratmaterial entfernt werden musste, eine Verbin dungsschweißstärke ebenfalls erhöht werden kann. Obwohl, wie in 9B gezeigt ist, ein Dato-Schnitt in dem Rahmenprofil enthalten ist, kann es für Fachleute willkommen sein, dass Schweißraupen in das Verbindungsdesign ohne den Bedarf an Dato-Schnitten aufgenommen sein können.
Für die Vibrationsschweißeinrichtung, die in den 6A, 6B und 7A, 7B gezeigt ist, werden die Rahmenprofile fest in Position mittels einer Vorderklemme 60 gehalten. Für komplexere Profilformen müssen spezielle Kundenbefestigungen genutzt werden und es gibt einen Bedarf an verschiedenen Rahmenprofilen, die auf derselben Produktionslinie zu schweißen sind, daher ist es notwendig, diese Kundenklemmen auszuwechseln. Folglich kann es Nachlassen und Verzögerungen in der Produktion geben, was bedeutet, dass die Produktivitätsvorteile eines Vibrationseckschweißens nicht realisiert werden können.
Um den Bedarf an bestimmten Kundenbefestigungen zu vermeiden, zeigt 10 ein Detail im Querschnitt einer einstellbaren Klemme 60, um das Kunststoffrahmenprofil 77 fest in Position zu halten. Ein vertikales Stützelement 59 ist an der horizontalen Platte 58 angebracht. Das Rahmenprofil 77 ist fest in Position mittels eines doppelten Satzes an flachen Metallbändern 78 und 79 gehalten, wobei jedes Band 81 eine besondere Greifspitze 82 umfasst. Der erste Satz an Bändern 78 gleitet in Position und nimmt die allgemeine Profilform der Vorderfläche 80 der Rahmenprofile 77 an, so dass das Profil 77 gegen das vertikale Stützelement 59 gehalten ist. Der zweite Satz an flachen Bändern 79 gleitet dann in Position und nimmt die allgemeine Profilform der Seitenfläche 83 des Rahmenprofils 77 an, so dass das Rahmenprofil 77 ebenfalls gegen die horizontale Platte 58 gehalten ist. Jeder Satz an Bändern umfasst ein Schließsy stem (nicht dargestellt), das die Streifen in Position verriegelt.
11 zeigt ein perspektivisches Detail der Verbindungsstückhaltebefestigung 50 für die Vibrationsschweißeinrichtung 51 für eine einzelne Ecke. Die Verbindungsstückhaltebefestigung 50 ist mechanisch an der Deckplatte 53 des Vibrationskopfs 52 (nicht dargestellt) angebracht. Da die Verbindungsstückhaltebefestigung 50 sehr schnell rückwärts und vorwärts bewegt wird, sind die Belastungen oder der Schockpegel auf die Befestigung sehr hoch und es wurde abgeschätzt, dass diese Belastungen über 100 G-Kräften liegen. Folglich sind mechanische Druckvorrichtungen, um den Eckkeil in Position zu halten, nicht geeignet, da diese Druckvorrichtungen der beständigen Vibration nicht widerstehen können.
Wie in 11 gezeigt ist, besteht ein Weg zum Vermeiden von mechanischen Druckvorrichtungen für den entfernbaren Streifen 49 des Verbindungsstücks 47 darin, ein T-förmiges Profil 85 aufzunehmen, und für die Haltebefestigung 50, ebenfalls ein komplementäres T-förmiges Einsetzloch 86 aufzunehmen. Das Verbindungsstück 47 wird in Position bewegt bzw. geschoben und das T-förmige Profil 85 wird fest in Position mittels Metallfederhalterungen (nicht dargestellt) gehalten.
12 erläutert ein alternatives Eckkeilhaltesystem, das ebenfalls keine beweglichen Teile aufweist.
12A zeigt ein perspektivisches Detail eines Verbindungsstücks 47, das einen ebenen Flansch 48 und einen entfernbaren Streifen 49 aufweist. Die rückwärtige Kante 87 des entfernbaren Streifens 49 umfasst einen doppelten Satz an L-förmigen Schlitzen 88.
12B zeigt in Draufsicht eine Verbindungsstückhaltebefestigung 50 und ein Verbindungsstück 47 mit ebenem Flansch vor Installation des Verbindungsstücks in der Haltebefestigung. Die Verbindungsstückhaltebefestigung 50 umfasst einen engen Schlitz 81 und die Breite dieses Schlitzes 89 ist geringfügig weiter als die Breite des entfernbaren Streifens 49. Zwei kreisförmige Metallstifte 90 erstrecken sich über den engen Schlitz 89.
12C zeigt eine Querschnittsansicht der Verbindungsstückhaltebefestigung 50 vor Installation des Verbindungsstücks. In dem Eckrahmenaufbauprozess wird das Verbindungsstück 47 zunächst horizontal quer bewegt, so dass die beiden kreisförmigen Stifte 90 in den doppelten Satz an L-förmigen Schlitzen 88 eingreifen. Das Verbindungsstück wird dann in seine endgültige Position nach unten fallen, wo die kreisförmigen Stifte innerhalb des kreisrund geformten Nockens 91 der L-förmigen Schlitze 88 enthalten sind. Verglichen mit dem T-förmigen Verbindungsstück, das in 11 gezeigt ist, ist der Hauptvorteil der doppelten L-förmigen Schlitze, dass die Verbindungsstücke weniger Material verwenden und so zu geringeren Kosten hergestellt werden können.
13 zeigt eine perspektivische Einzelteilansicht eines Verbindungsstücks 47 mit einem ebenen Flansch 48 und einem entfernbaren Streifen 49 auf der Bodenkante. Der entfernbare Streifen 49 umfasst doppelte vertikale Schlitze 92, die den doppelten kreisförmigen Stiften entsprechen, die in der Verbindungsstückbefestigung (nicht dargestellt) aufgenommen sind. Verglichen mit dem seitengehaltenen Haltesystem, das in 12 gezeigt ist, besteht der Hauptvorteil darin, dass die Verbindungsstücke einfacher in das bodengehaltene Haltesystem geladen werden können.
30 zeigt ein zweites alternatives Verbindungsstückhaltesystem, das ebenfalls keine beweglichen Teile umfasst. Das Verbindungsstück 47 umfasst einen ebenen Flansch 48 und einen entfernbaren Streifen 49. Zwei Einsetzlöcher 96 und 97 sind in den entfernbaren Streifen 49 des Verbindungsstücks 47 aufgenommen. Komplementäre Einsetzstifte 98 und 99 sind in die Verbindungsstückhaltebefestigung 50 aufgenommen, die an der Deckplatte 53 des Vibrationskopfs angebracht ist. Wenn die beiden Stifte 98 und 99 in die beiden Löcher 96 und 97 eingesetzt sind, wird das Verbindungsstück fest in Position während des Vibrationsschweißprozesses gehalten.
Eher als ein Aufnehmen von Gratfehlstellen und Schweißraupen besteht ein alternatives Verfahren zum Steuern eines Kunststoffgrats, wie in 14 gezeigt ist, darin, eine Druckleistenvorrichtung an der Schweißverbindung während des Vibrationsschweißprozesses anzuwenden.
14A zeigt ein Detail in Draufsicht der Eckstegbefestigung, die eine separate Druckleistenvorrichtung 95 umfasst, die einen beschichteten Überzug, wie bspw. Teflon, auf der Kontaktoberfläche der Druckleiste 95 aufweist. Die Profilextrusionen 32 und 33 sind durch die bewegbaren Rahmenbefestigungen 55 und 56 in Position gehalten. Eine Druckleistenvorrichtung 95 ist an einem separaten Stützaufbau 96 angebracht und dieser Stützaufbau ist von dem Vibrationsaufbau 52 isoliert.
14B zeigt im vertikalen Querschnitt ein Detail der Vibrationsschweißeinrichtung 51 für eine einzelne Ecke, die eine separate Druckleistenvorrichtung 95 und ein bodengehaltenes Verbindungsstück 48 mit ebenem Flansch umfasst. Während des Vibrationsschweißprozesses wird ein Druck nach unten auf die Schweißnaht zwischen den Rahmenprofilen 32 und 33 gerichtet und als ein Ergebnis wird der Kunststofffluss, der während des Schweißprozesses erzeugt wird, nach innen und weg von der Schweißnaht zwischen den Profilen gerichtet.
Wie in den vorhergehenden Figuren gezeigt ist, besteht das Verbindungsstück 47 aus einem ebenen Flansch 48 mit einem entfernbaren Streifen 49. Für bestimmte Rahmenanwendungen stellt diese ebene Flanschkonfiguration keine ausreichende strukturelle Unterstützung dar und es gibt einen Bedarf an einer zusätzlichen Eckverstärkung. Wie in 15 gezeigt ist, kann dies durch das Verbindungsstück oder den Eckkeil 100 erreicht werden, der integrale Schenkel 101 aufweist.
15A und 15B zeigen eine ausgeschnittene Querschnittsdraufsicht einer Eckrahmenanordnung 31, die aus glasfasergefüllten Rechteckprofil-PVC-Profilextrusionen 32 und 33 besteht und bei der die Profile 32 und 33 unter Verwendung eines Verbindungsstücks oder eines L-förmigen Eckkeils 100 geschweißt sind, der integrale Schenkel 101 umfasst.
Wie in 15A gezeigt ist, umfassen die integralen Schenkel 101 des Eckkeils 100 eine integrale Federzentriervorrichtung 102, die den Rahmenaufbau vereinfacht. Der ebene Flansch 48 des Eckkeils 100 ist zunächst an die Gehrungsschnittenden der Profile 32 und 33 vibrationsgeschweißt. Aufgrund des Bedarfs, die Vibrationsbewegung rückwärts und vorwärts aufzunehmen, passen die Schenkel 101 lediglich lose innerhalb der Profile.
Wie in 15B gezeigt ist, sind, um eine zusätzliche Unterstützung bereitzustellen, die Kunststoffrahmenextrusionen ultraschallpunktgeschweißt an die Schenkel des Eckkeils 100. Ein Schweißkopf mit doppelter Spitze wird typischerweise verwendet, um Punktschweißungen 106 und 107 zu erzeugen. Da die Schenkel lediglich lose innerhalb der Profile passen, ermöglicht der Ultraschallschweißprozess, dass der Kunststoff in den Spalt zwischen den Eckkeilschenkeln und den Profilextrusionen fließt, was eine besonders starke Schweißpunktverbindung erzeugt und einen verringerten Materialfluss auf der Außenseite der Oberfläche. Aufgrund der komplexen Profilform sind die Eckkeile 100 typischerweise spritzgeformt und müssen aus im wesentlichen demselben Basisharzmaterial wie die extrudierten Profile 32 und 33 gefertigt sein.
Einer der Hauptvorteile des Verwendens eines Ultraschallpunktschweißens besteht darin, dass dies eine Aufbautechnik ist, die zwei ähnliche thermoplastische Komponenten an lokalisierten Punkten ohne vorgeformte Löcher oder Energieleitung verbindet. In Betrieb reichen die Punktschweißspitzen durch die Rahmenprofilwand und der versetzte geschmolzene Kunststoff wird durch einen erhöhten Hohlraum in der Spitze (nicht dargestellt) geformt, was einen unvermischten, erhöhten Ring auf, der Oberfläche bildet. Gleichzeitig wird Energie an der Schnittstelle abgegeben, was Reibungswärme erzeugt. Die Spitze durchdringt dann den Eckkeil, was geschmolzenes Kunststoffmaterial zwischen den beiden Oberflächen zersetzt, und nachdem der Kunststoff verfestigt ist, formt dies eine permanente strukturelle Verbindung zwischen den Rahmenprofilen und den Eckkeilschenkeln.
15C zeigt einen vertikalen Querschnitt durch das Hohlprofil 33. Die integralen Schenkel 101 des Eckkeils 100 bestehen aus einem festen flachen Stab 103 mit einer zentralen Positionierungsrippe 104. Die Profilextrusion 33 umfasst eine halbkreisförmige Vertiefung und dies ermöglicht, dass die Positionierungsrippe 104 zentral angeordnet werden kann.
16 zeigt eine bruchstückhafte Ansicht eines Vibrationskopfs 52 der Reibungseckschweißvorrichtung 51 für eine einzelne Ecke, die Rahmenwinkeloptionen zeigt. Ein Verbindungsstück 47 ist zentral angeordnet und extrudierte Profile 32 und 33 sind gegen die vertikalen Stützelemente (nicht dargestellt) positioniert und die winkelige Versetzung D dieser Stützelemente kann von 90° bis 15° variiert werden und dies ermöglicht, dass spezielle Formrahmen hergestellt werden.
17A zeigt eine Aufrissansicht eines Runddeckenfensterrahmens 108. Die geraden Rahmenprofile 109, 110, 111 sind gehrungsgeschnitten und vibrationsgeschweißt an den Bodenecken 113 und 114 unter Verwendung von Verbindungsstücken 48 mit ebenem Flansch. An den Stumpfstößen 115 und 116 zwischen geraden Rahmenprofilen 109 und 111 und dem Runddeckenprofil 112 sind die Profile gerade geschnitten und aneinander vibrationsgeschweißt unter Verwendung von speziellen Verbindungsstücken 117.
17B zeigt ein Detail im Querschnitt des Stumpfstoßes 115 zwischen dem geraden Rahmenprofil 111 und Runddecken- oder gebogenen Rahmenprofilen 112. Das Verbindungsstück 117 umfasst Schenkel, die eine integrale Federzentriervorrichtung aufweisen, die den Aufbau des Fensterrahmens vereinfacht.
18 zeigt eine perspektivische Einzelteilansicht eines Eckrahmenaufbaus, bei dem zwei Rahmenprofile 32 und 33 an ein Verbindungsstück 47 vibrationsgeschweißt sind, das einen ebenen Flansch umfasst und mit einem entfernbaren Streifen, der auf der Deckenkante 119 des ebenen Flansches 48 angeordnet ist. Um eine vereinfachte Handhabung an den Rahmenprofilen bereitzustellen, ist die Eckkeilbefestigung des Verbindungsstücks typischerweise an einer flachen Platte auf der Oberseite des Vibrationskopfs angebracht. Die Position des Vibrationskopfs kann jedoch umgekehrt werden, so dass das Verbindungsstück 47 von oberhalb gehalten ist, und insbesondere für Rahmen- und Plattenaufbauten bietet diese umgekehrte Kopfposition den Vorteil, dass sowohl die Platte als auch die endgültige zusammengebaute Einheit einfacher in und aus der Vibrationsschweißvorrichtung bewegt werden können.
Obwohl Rahmenaufbauten hergestellt werden können, indem ein Schweißer für eine einzelne Ecke verwendet wird, ist es produktiver, wenn zwei oder mehr Ecken gleichzeitig geschweißt werden. 19A zeigt eine Vorderaufrissansicht einer vertikalen Vierkopfvibrationsschweißereinrichtung 120. Wie bei einer herkömmlichen Wärmeplattenschweißeinrichtung besteht die Vierkopfschweißeinrichtung 120 aus einem rechteckförmigen Strukturrahmen 121 mit Schenkelstützen 122 und 123. Die vier Schweißköpfe 130, 131, 132 und 134 sind an zwei vertikalen Brückenstützen 124 und 125 angebracht, die zwischen dem Deckbalken 126 und einem Bodenbalken 127 des Strukturrahmens 121 verlaufen. Die erste vertikale Brückenstütze 124 ist in Position befestigt, während die zweite Brückenstütze 125 bewegbar ist und durch einen Servomotor auf einer Zahnschiene, die auf dem Bodenbalken 127 des Strukturrahmens 121 angeordnet ist, angetrieben wird. Das obere Ende 129 der bewegbaren Brücke 125 ist durch eine Führungsschiene 128 gestützt, die auf dem oberen Balken 126 des Strukturrahmens 121 angeordnet ist.
Ein erster Satz an Vibrationsschweißköpfen 130 und 133 ist an der ersten Brückenstütze 124 angebracht, die in Position gehalten ist, und ein zweiter Satz an Vibrationsschweißköp fen 131 und 132 ist an der zweiten bewegbaren Brückenstütze 125 angebracht. Jeder Satz an Vibrationsschweißern wird durch einen Elektroservomotor betätigt, der durch eine Kugelgewindespindel angetrieben wird, die in Kombination mit speziellen Steuervorrichtungen ermöglichen, dass die vertikale Position jedes Kopfs individuell gesteuert wird, so dass in Betrieb alle vier Köpfe entweder simultan oder unabhängig zu einer zentralen horizontalen Bezugslinie 154 sich nach oben und unten bewegen können. Nachdem die vier Köpfe 130, 131, 132 und 133 zu ihrer anfänglichen Startposition bewegt wurden, werden die vier Rahmenprofile 134, 135, 136 und 137 in Position geladen, wie die vier Verbindungsstücke 138, 139, 140 und 141.
Im Gegensatz zu einem herkömmlichen Vierpunktschweißer, bei dem alle vier Ecken gleichzeitig geschweißt werden, ist die bevorzugte Betriebsstrategie beim Reibungsschweißen ein zweistufiger Prozess. Wie in 19A gezeigt ist, werden zwei diagonal entgegengesetzte Ecken 150 und 152 zunächst zusammengeschweißt. Für jede Ecknaht ist der Prozess im wesentlichen derselbe wie bei einem Vibrationsschweißer für eine einzelne Ecke. Beide Sätze an Rahmenprofilen 134, 137 und 135, 136 werden unabhängig gegen die zwei diagonal entgegengesetzten Ecknahten 138 und 140 gedrückt. Zusätzlich sind lediglich die bewegbaren Rahmenklemmvorrichtungen unmittelbar benachbart zu den Eckkeilen 138 und 140 in Betrieb. Nachdem der Schweißprozess abgeschlossen ist, müssen die Eckkeile 138 und 140 gelöst werden und durch Aufnehmen als einen Teil des Vibrationsschweißkopfs einer Streifenentfernscherpresse oder einer ähnlichen Vorrichtung (nicht dargestellt), ermöglicht dies einen Löseprozess, der sehr effizient durchgeführt wird.
Wie in 19B gezeigt ist, ist der nächste Schritt, dass der andere Satz an diagonal gegenüberliegenden Ecken zusam mengeschweißt wird. Der Bodenkopf 133 auf dem ersten vertikalen Balken wird in Position befestigt, während die beiden Deckenköpfe 130 und 131 sich nach unten bewegen, während gleichzeitig die zweite Brückenstütze 125 sich seitwärts bewegt. Während dieses zweiten Stufenprozesses sind lediglich die bewegbaren Rahmenklemmvorrichtungen unmittelbar benachbart zu den Eckkeilen 139 und 141 in Betrieb. Nachdem der zweite Satz an diagonal gegenüberliegenden Ecken 151 und 153 geschweißt wurde, wird dann der zusammengebaute Rahmen abgeladen.
Da der Reibungsschweißprozess so schnell ist (3 bis 6 Sekunden) erhöht dieser zweistufige Prozess nicht merklich eine Zykluszeit und verglichen mit einem gleichzeitigen Schweißen aller vier Ecken ist der Hauptvorteil, dass die erforderliche Bewegung und Steuerungen der Köpfe stark vereinfacht ist. Für den Vierkopfschweißer bilden die Steuerung für die einzelnen Köpfe einen Teil eines koordinierten Steuersystems (nicht dargestellt), dass alle vier Köpfe sowie den Betrieb der anderen mechanisierten Komponenten des automatischen Vierpunktschweißers steuert.
Für einen automatischen Wärmeplattenschweißer beträgt die gesamte Zykluszeit etwa zwei Minuten und diese gesamte Zykluszeit umfasst: Profilladen, Eckschweißen, Abkühlen und Rahmenentladen. Im Vergleich ist die geschätzte gesamte Zykluszeit für den zweistufigen Vibrationsschweißprozess weniger als 30 Sekunden und somit stellt dies eine signifikante Erhöhung in der Produktivität dar. Um die Produktivität weiter zu erhöhen, besteht eine Option darin, eine automatische mechanische Zuführung (nicht dargestellt) aufzunehmen, um die Verbindungsstücke in den Eckhaltebefestigungen zu installieren.
Wie in 20 gezeigt ist, ist es technisch möglich, gleichzeitig alle vier Ecken 150, 151, 152 und 153 in einem Vorgang zu schweißen. Alle vier Vibrationsschweißköpfe 130, 132, 133 und 134 umfassen einen zusätzlichen Servomotor 156, der es jedem Kopf ermöglicht, sich geringfügig zu bewegen, wenn das Kunststoffmaterial während des Vibrationsschweißprozesses geschmolzen wird. Folglich kann die Position der Köpfe in variierenden Richtungen geringfügig eingestellt werden, so dass an allen vier Ecken ein senkrechter Druck gleichzeitig durch die vier Rahmenprofile 134, 135, 136 und 137 auf die vier Eckkeile 150, 151, 152 und 153 ausgeübt wird. Da die umfassten Kopfbewegungen jedoch so klein und so komplex sind, ist das Steuersystem für diesen gleichzeitigen Schweißvorgang für vier Köpfe komplex und erfordert sehr anspruchsvolle Software. Obwohl 18, 19 und 20 einen vertikalen Vierkopfvibrationseckschweißer zeigen, kann von dem Fachmann angenommen werden, dass die Brückenstützen horizontal auf einer Tischstütze verlaufen können.
Obwohl ein Vibrationsecke im allgemeinen verwendet werden kann, um extrudierte Kunststoffprofilextrusionen miteinander zu verbinden, bietet das verbesserte Aufbauverfahren besondere Vorteile für Fensteranwendungen. Zusätzlich zu der Produktion von herkömmlichen Fenstern und Türen stellt das verbesserte Aufbauverfahren die Entwicklung neuer Typen von Fensterprodukten bereit. Um die Leistungsfähigkeitvorteile eines Vibrationseckschweißens zu verdeutlichen, zeigen 21 bis 31 drei Beispiele dieser neuen Typen von Fensterprodukten, nämlich: 1. zusammengesetzte Kanalfensterplatten, 2. Glasplatteneinheiten und 3. abgedichtete Rahmenfensterplatten.
Verglichen mit den einfachen rechteckförmigen Rahmenaufbauten, die in den vorhergehenden Figuren erläutert sind, um fassen diese neuen Typen von Fensterprodukten komplexe Profilformen, aber es sollte bemerkt werden, dass die Verbindungsgestaltung der Grundkomponenten sich nicht ändert und das Verbindungsstück mit ebenem Flansch konfiguriert sein kann, der Gehrungsverbindungskontur dieser komplexeren Profilformen zu entsprechen.
21A zeigt eine Aufrissansicht einer zusammengesetzten Kanalfensterplatte 158, die aus einer herkömmlich abgedichteten doppelt verglasten Einheit 159 und einer rechteckförmigen Zarge 160 besteht, die um die abgedichtete Verglasungseinheit 159 unter Verwendung eines Vibrationseckschweißens zusammengebaut ist.
21B zeigt ein Detail im Querschnitt auf einer Linie 21A-21A der zusammengesetzten Kanalfensterplatte 158. Die abgedichtete doppelt verglaste Einheit 159 besteht aus zwei verglasten Blättern 161 und 162 und umfasst eine herkömmliche umfängliche Abdichtung 163 mit dem bestimmten Beispiel, das gezeigt ist, dass es eine innere Sperrabdichtung 164 eines mit Trockenmittel gefüllten Polyisobutylen (TPS) ist und eine äußere Strukturabdichtung 165 eines Polysulfiddichtmittels. Die abgedichtete Verglasungseinheit 149 ist auf herkömmlichen Hartgummiverglasungsblöcken 166 gestützt und der Verglasungskanal 167 ist herkömmlich drainiert. Nachdem der hohle Kunststoffrahmen mit mehreren Hohlräumen zusammengebaut wurde und an den Ecken geschweißt wurde, werden zwei Silikondichtmittelraupen 169 und 170 in die Spalte zwischen der Verglasungseinheit 159 und dem Kanalrahmenprofil 168 eingebracht. Vorzugsweise ist das Fensterrahmenprofil aus glasfasergefülltem PVC gefertigt und dies hat den Vorteil, dass aufgrund der kombinierten Steifigkeit des Glas-und-Rahmenaufbaus die gesamte Rahmenprofilgröße im Vergleich zu herkömmlichen PVC-Fensterprofilen reduziert werden kann.
22 zeigt ein perspektivisches Eckdetail einer zusammengesetzten Kanalfensterplatte 158 in Einzelteildarstellung. Die kanalgeformten Rahmenprofile 171 und 172 sind um die isolierende Verglasungseinheit 159 aufgebaut und die Rahmenprofil 171 und 172 werden dann verbunden und an den Ecken unter Verwendung eines Vibrationseckschweißens abgedichtet. Ein Hauptmerkmal besteht darin, dass das Verbindungsstück 47 einen entfernbaren Kunststoffsteg 49 umfasst, der an der äußeren Seite des Rahmens angeordnet ist und in der Ecksteghaltebefestigung gehalten ist, die an dem Vibrationskopf der Reibschweißeinrichtung angebracht ist. Dies hat den Vorteil, dass der Rahmen um die isolierende Glaseinheit und die dann geschweißten und abgedichteten Ecken aufgebaut werden kann. Folglich gibt es durch Vermeiden des Bedarfs, die isolierende Glaseinheit 169 getrennt zu installieren, eine erhebliche Material- und Arbeitskosteneinsparung.
Beim herkömmlichen Wärmeplattenschweißen müssen, damit die Dünnwandprofilwände zusammen an den Ecken geschweißt werden, die Rahmenprofile im wesentlichen dieselbe Größe und Form haben. Beim Vibrationseckschweißen können jedoch durch Verwenden eines gemeinsamen Eckstegs verschiedene Profilgrößen und Formen miteinander verbunden werden. Wie bspw. in 23 gezeigt ist, ist das Bodenrahmenprofil 173 größer und umfasst einen tiefen Hardwarekanal 175, während das Seitenrahmenprofil 174 kleiner ist und es dort keinen Hardwarekanal gibt. Zusätzlich können beim herkömmlichen Wärmeplattenschweißen nur 45° Gehrungsschnittecken verwendet werden, während bei einem Reibungsschweißen und einem Eckkeilsteg es möglich ist, Rahmenprofile mit verschiedenen gehrungsschnittgewinkelten Ecken (d.h. 60° und 30°) miteinander zu verbinden.
Es sollte bemerkt werden, dass, wenn Profile unterschiedlicher Größe unter Verwendung eines Reibungseckschweißens verbunden werden, es notwendig für die beiden bewegbaren Rahmenbefestigungen ist, verschiedene Eingriffskräfte anzulegen, so dass, wenn die unterschiedlichen Profilgrößen in Betracht gezogen werden, im wesentlichen derselbe Druck auf beiden Seiten des Stegs angelegt wird.
Obwohl die in den 21 bis 24 gegebenen Beispiele Beispiele eines Fensterrahmenprofils geben, das um eine isolierende Glaseinheit aufgebaut ist, kann für den Fachmann willkommen sein, dass derselbe Produktionsprozess ebenfalls verwendet werden kann, um einen weiten Bereich von Rahmen- und Plattenprodukten herzustellen, einschließlich: Bilderrahmen, Spiegel, Raumteiler, Duschtüren und Schranktüren.
24A und 24B zeigen eine perspektivische Draufsicht eines geschweißten zusammengesetzten Kanalrahmenaufbaus, bei dem die Rahmenprofile 176 und 177 einen einzelnen I-förmigen Hohlraum 178 umfassen und bei dem die dünnen Stützprofilwände 179 für die isolierende Glaseinheit fest sind. Der Hauptvorteil dieses engen zusammengesetzten Kanalprofils besteht darin, dass die Gesamtbreite des Rahmenprofils verringert ist und folglich Material- und Kosteneinsparungen gegeben sind. Ein Nachteil dieses engen Kanalprofils besteht darin, dass mit einem vollen Abschnittsecksteg es schwierig ist, eine beständige Ecknaht zu erreichen, da die Schenkel des kanalgeformten Eckstegs so dünn sind.
Eine Option für den Ecksteg ist, sich nur zu der Deckprofilwand 181 des I-förmigen Hohlraums 178 zu erstrecken und eine Kerbe 182 in den Gehrungsschnittenden der Rahmenprofile 176 und 177 miteinzubeziehen. Folglich stoßen, obwohl der Bodenteil der Profile 183 abgedichtet und an den Ecken geschweißt ist, die festen Gehrungsschnittprofilwände 184 lediglich zusammen. Da jedoch der Vibrationsschweißprozess genau gesteuert werden kann, kann der offene Spalt 185 zwischen den beiden Gehrungsschnittprofilen 176 und 177 auf ein Minimum gehalten werden.
25A zeigt eine Aufrissansicht einer abgedichteten doppelt verglasten Platte 159, die einen starren thermoplastischen Entfernungsrahmen 186 umfasst, der an den Ecken unter Verwendung eines Vibrationseckschweißens geschweißt und abgedichtet ist.
25B zeigt im Querschnitt ein Detail auf einer Linie 25A-25A der Umfangskante der doppelt verglasten Platte. Der Entfernungsrahmen 186 ist aus starren thermoplastischen Rahmenprofilen 187 mit offenem Kanal gefertigt, die an den Ecken an Verbindungsstücke 47 mit ebenem Flansch vibrationsgeschweißt sind, die aus im wesentlichen demselben thermoplastischen Harz wie die Entfernungs- bzw. Abstandsprofile gefertigt sind. Um eine unterschiedliche Ausdehnung zwischen den verglasten Blättern 161 und 162 und dem Entfernungsrahmen 186 zu minimieren, sind die thermoplastischen Abstandsprofile aus glasfaserverstärkten thermoplastischen Extrusionen oder kontinuierlichen glasfaserverstärkten Pultrusionen gefertigt. Nachdem der Entfernungsrahmen 186 zusammengebaut wurde, wird ein mit Trockenmittel gefülltes Polyisobutylen-Abdichtmittel an der inneren Oberfläche 188 des Entfernungsrahmens 186 angebracht, was eine kontinuierliche Sperrabdichtung erzeugt. Nachdem die Platte zusammengebaut wurde, werden doppelte Raupen bzw. Wülste 190 und 191 eines bei Temperatur aushärtbaren Strukturabdichtmittels zwischen dem Entfernungsrahmen 186 und den beiden verglasten Blättern 161 und 162 eingebracht.
Zum Isolieren von Glasplatten besteht der Hauptvorteil des Verwendens eines Vibrationseckschweißens darin, dass eine kontinuierliche Sperrabdichtung mit einer einzelnen Wand, die aus starrem thermoplastischem Material gefertigt ist, besteht. Folglich kann die Rückfläche 192 des Entfernungsrahmens eine Vielzahl von Profilmerkmalen umfassen, die Befestigungsvorrichtungen enthalten. Zusätzlich können ohne Beschädigung der Unversehrtheit der Sperrabdichtung andere thermoplastische Teile (bspw. Gasfüllflicken) ebenfalls an die Rückfläche 192 des Entfernungsrahmens 186 geschweißt sein.
26A zeigt eine Aufrissansicht einer dreifach verglasten Schiebefensterplatte mit abgedichtetem Rahmen, die eine umfängliche Zarge 194 mit vibrationsgeschweißten Ecken aufweist.
26B zeigt ein Detail im Querschnitt auf einer Linie 26A und 26A einer dreifach verglasten abgedichteten Rahmenfensterplatte 193. Die Platte besteht aus zwei verglasten äußeren Blättern 161 und 162, die die umfängliche Zarge 194 überlappen und an den Rahmen mit bei Wärme aushärtenden Strukturdichtmitteln 195 angebracht sind. Das innere zentrale verglaste Blatt 196 ist durch den umfänglichen Rahmen 194 gestützt.
Der umfängliche Rahmen 194 ist aus glasfasergefüllten hohlen thermoplastischen Profilen 197 zusammengebaut, die an den Ecken unter Verwendung eines Vibrationseckschweißens verbunden und abgedichtet sind. Die thermoplastischen Profile umfassen eine Glasfaserfüllung und wie vorstehend bemerkt, stellt dies eine erhöhte Stärke und Festigkeit sowie eine verringerte Wärmeausdehnung bereit. Verglichen mit einem herkömmlichen Fensteraufbau besteht der Hauptvorteil der abgedichteten Rahmenverglasungseinheit darin, dass durch einen zusammengesetzten Strukturvorgang die erforderliche Größe der Zargen- bzw. Rahmenwerkprofile 197 erheblich verringert werden kann, was zu einer verbesserten Energieeffizienz und einer Materialkostenreduzierung führt.
Mit einem zusammengesetzten Strukturablauf verhält sich die abgedichtete Rahmenplatte auf eine ähnliche Weise zu einer belasteten Schalensandwichplatte, bei der die Umfangskanten der beiden verglasten Blätter 161 und 162 jeweils unter Druck und Spannung sind und so anstatt der Platte, die als zwei unabhängige Verglasungsblätter auftritt, wirken die beiden Blätter 161, 162 zusammen als Struktureinheit.
Die Verglasungsblätter 161 und 162 sind strukturell an den Kunststoffrahmenprofilen 197 mit strukturellen, bei Wärme aushärtbaren Dichtmittel 195 und für eine lange Zeitstabilität angeheftet, wobei ein Silikondichtmittel als bevorzugtes Material verwendet wird. Für eine verbesserte zusammengesetzte Strukturleistungsfähigkeit ist ein Silikondichtmittel mit einem hohen Elastizitätsmodul erforderlich, wobei die Dicke des Dichtmittels vorzugsweise weniger als 3 mm beträgt. Um eine erhöhte Plattensteifigkeit zu erreichen, werden sowohl die Bodenkanten 198 als auch die umfänglichen Seitenkanten 199 der Verglasungsblätter 161 und 162 an L-förmige Sitze 200 auf beiden Seiten der umfänglichen Rahmenprofile 197 angebracht. Um den Verglasungsplatten 161 und 162 zu ermöglichen, sich hinein und heraus bei Änderungen in Temperatur und Druck zu biegen, wird die Seitenkantenkontaktlänge auf ein Minimum gehalten, wobei 10 mm die typische erforderliche Länge ist.
Ein drittes Mittenverglasungsblatt 196 ist zwischen den zwei äußeren Verglasungsblättern 161 und 162 angeordnet und dieses Verglasungsblatt ist ähnlich in Form aber kleiner in Größe als die äußeren beiden Verglasungsblätter. Für eine verbesserte thermische Leistungsfähigkeit ist die Weite bzw. Breite der Hohlraumräume 201 und 202 zwischen den Verglasungsblättern 161, 196 und 162 typischerweise zwischen 9 und 18 mm. Für eine verbesserte Energieeffizienz kann ein geringer e-Überzug 203 ebenfalls auf eine oder mehrere der Glashohlraumoberflächen der Fensterplatte 193 aufgebracht werden. Zusätzlich können die Hohlraumräume 161 und 162 ein Gas geringer Leitfähigkeit, wie bspw. Argon oder Krypton, aufweisen.
Um eine langfristige Gasrückbehaltung bereitzustellen sowie die Unversehrtheit der umfänglichen Kantenabdichtungen zu erhalten, gibt es einen Bedarf an einer kontinuierlichen umfänglichen Kantenabdichtung zwischen den äußeren Verglasungsblättern. Verschiedene Kantenabdichtkonfigurationssandabdichtmaterialien können verwendet werden, um diese kontinuierliche Sperrabdichtung bereitzustellen. Eine Option besteht darin, wie in 26B gezeigt ist, ein Abdichtmaterial 204 geringer Permeabilität auf die Vorderfläche 205 und die Vorderseitenkanten 206 des umfänglichen Rahmens 104 anzubringen. Um ein Glasbiegen und eine Glasbewegung aufzunehmen, muss das Abdichtmaterial flexibel sein und aufgrund dessen geringer Temperaturleistungsfähigkeit ist Polyisobutylen das bevorzugte Material. Um Wasserdampf von den verglasten Hohlraumräumen 201 und 202 zu entfernen, umfasst das Abdichtmittel geringer Permeabilität ein Trocknungsmittelfüllmaterial mit der bevorzugten Materialkombination 85% 3A Sieb- und 15% Silikatgel.
Die starren Rahmenprofile 197 können aus vielen alternativen Kunststoffmaterialien gefertigt sein, die unter Verwendung verschiedener Prozesse hergestellt werden. Ein bevorzugtes Material ist glasfasergefülltes Polyvinylchlorid (PVC), das zu der erforderlichen Profilform extrudiert wird. Ein geeignetes Produkt ist Fiberloc 80530, das eine 30% Glasfaserfüllung aufweist und durch PolyOne Inc. aus Cleveland, Ohio hergestellt wird. Der Koeffizient der thermischen Ausdehnung des 30% glasfasergefüllten Materials beträgt 18 × 10^–6 cm/cm/°C und dies im Vergleich zu dem thermischen Koeffizienten von Glas, der 9 × 10^–6 cm/cm/°C beträgt. Für sehr große Plattengrößen kann die thermische Ausdehnung der Kunststoffprofile weiter durch Verstärken der Rahmenprofilwandungen 207 und 208 nahe den äußeren Glasblättern 161 und 162 mit kontinuierlichen unidirektionalen Glasfaserstreifen (nicht dargestellt) verringert werden.
Anstelle von glasfaserverstärktem PVC können die Rahmenprofile 197 aus verschiedenen alternativen Kunststoffmaterialien gefertigt sein, einschließlich: thermoplastische Glasfaserpultrusionen, glasfaserverstärkte Bautechnikkunststoffschaum-Extrusionen und hochziehorientierte thermoplastische Extrusionen. Da die Kunststoffprofile fest an die Verglasungsblätter gebunden sind und sich nach außen von den Mittelpunkten des Umfangsrahmens ausdehnen, tritt die maximale Belastung aufgrund der unterschiedlichen Ausdehnung zwischen den Kunststoffprofilen und den Glasblättern an den Ecken auf. Insbesondere mit glasfasergefüllten Profilen, da die Ecknähte typischerweise nur so stark wie der nicht-verstärkte Kunststoff sind, können die Ecknähte ein potentieller Schwachpunkt in dem Rahmenaufbau sein. Um eine erhöhte Festigkeit und Steifigkeit zu erreichen und ebenfalls um eine Belastung an den Ecknähten zu verringern, ist das bevorzugte Zusammenbauverfahren, die Kunststoffprofile an den Ecken unter Verwendung einer Kombination eines Reibungseckschweißens und eines Ultraschallpunktverbindens miteinander zu verbinden und dieses Herstellungsverfahren wurde vorstehend in 15A und 15B beschrieben.
27A und 27B zeigen einen Vorderaufriss (27A) und einen Seitenaufriss (27B) der diagonalen Schnittenden 209 der Rahmenprofile für eine dreifach verglaste abgedichtete Schiebefensterplatte. Durch Entfernen des Rahmenprofilmaterials wird ein 3 bis 4 mm tiefer Kanal in dem diagonalen Schnittende des Profils 209 gebildet, was Kunststoffseitenrippen 211 und 212 erzeugt. Die gepunktete Linie 212 auf dem Seitenaufriss des diagonalen Schnittendes zeigt die Tiefe des Kanals 210 an.
28 zeigt perspektivisch ein Detail des Eckrahmenaufbaus in Einzelteildarstellung für eine dreifach verglaste abgedichtete Rahmenfensterplatte 193. Die beiden Rahmenprofile 213 und 214 sind mittels spezieller Eckkeile miteinander verbunden, die einen ebenen Flanschsteg 215 und integrale Schenkel 216 umfassen. Um einen vereinfachten Rahmenaufbau bereitzustellen, umfassen die integralen Schenkel eine selbstzentrierende Federvorrichtung.
Wie vorstehend in 27A und 27B gezeigt ist, kann durch Entfernen des Rahmenprofilmaterials ein Kanal in den Gehrungsschnittenden 217 und 218 der Rahmenprofile 213 und 214 gebildet werden, so dass die Deckenseitenrippenoberflächen 220 und 221 den diagonalen Mittenflansch 215 des Eckkeils 217 überlappen. Während des Reibungsschweißprozesses sind die Profilenden außer für die Deckenseitenrippen 220 und 221 gegen den Mittenflansch 215 gedrückt. Da ein Kunststoffgrat nur an der Schnittstelle zwischen den Profilenden 222 und 223 und dem Eckkeilflansch 215 gebildet wird, wird eine saubere Trennlinie zwischen den beiden Deckenseitenrippen 220 und 221 der Rahmenprofile 213 und 214 erzeugt.
29A bis 29E zeigen die Herstellungsschritte, die beim Herstellen einer einzelnen, vibrationsgeschweißten Eckanordnung mit abgedichtetem Rahmen umfasst sind.
Wie in 29A gezeigt ist, besteht der abgedichtete Rahmeneckaufbau aus zwei Rahmenprofilen 213 und 214 und einem speziellen L-förmigen Eckkeil 219 mit einem diagonalen Mittenflansch 215 und einem entfernbaren Streifen 224. Ein Kanal ist in den Gehrungsschnittenden der Rahmenprofile 213 und 214 gebildet, so dass die Deckenseitenrippen 220 und 221 der Rahmenprofile den diagonalen Mittenflansch 215 des Eckkeils 219 überlappen.
Wie in den 29B und 29C gezeigt ist, sind die beiden Schenkel 225 und 226 des L-förmigen Eckkeils 219 lose in die beiden Rahmenprofile eingepasst und der Eckaufbau ist in der Vibrationseckschweißvorrichtung plaziert. Der entfernbare Streifen 224 umfasst ein spezielles Pfeilkopf- bzw. Maßpfeilprofil 227, das in ein komplementär geformtes Einsetzloch 228 in der Eckkeilbefestigung 229 passt. Die Rahmenprofile 213 und 214 sind fest in Position mittels Vorder- bzw. Frontklemmvorrichtungen 230 und 231 gehalten, die an den bewegbaren Rahmenbefestigungen 232 und 233 der Vibrationsschweißvorrichtung (nicht dargestellt) angebracht sind.
Wie in den 29C und 29D gezeigt ist, werden die beiden Profile unter Verwendung einer senkrechten Kraft gegen die Kontaktoberflächen 234 und 235 des Eckkeils 219 gedrückt und eine Reibung wird durch schnelles Bewegen des Eckkeils 219 rückwärts und vorwärts erzeugt. Während des Reibungsschweißprozesses fließt, wenn die beiden Profile 213 und 214 gegen den Eckkeilflansch 215 gedrückt werden, Kunststoffgrat zu einer Seite der Kontaktoberfläche. Da ein verhältnismäßig begrenzter Grat erzeugt wird, streckt sich der Grat nicht in eine Verbindungslinie zwischen den beiden diagonalen Schnittenden 236 der Rahmenprofile und folglich wird eine saubere Trennlinie 237 zwischen den Rahmenprofilen erzeugt.
Nachdem der Reibungsschweißprozess abgeschlossen ist und wie in 29E gezeigt ist, wird der Streifen 224 mechanisch von dem L-förmigen Eckkeil 219 entfernt. Der abschließende Schritt in dem Herstellungsprozess besteht darin, die inneren Profilwände mit den L-förmigen Eckkeilen unter Verwendung eines Ultraschallpunktschweißens 238 zu verbinden.

Claims

Verfahren zum Bilden einer Vibrationsschweißverbindung zwischen einem ersten und einem zweiten Element (32, 33) und einem Verbindungsstück (47, 100), wobei die Elemente (32, 33) und das Verbindungsstück (47, 100) zumindest teilweise aus thermoplastischem Material bestehen, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Bereitstellen eines Vibrationskopfs (52), Bereitstellen des Verbindungsstücks (47) mit einem ersten Abschnitt (48) zum Schweißen an das erste und zweite Element (32, 33) und einem zweiten Abschnitt (49), der sich von dem ersten Abschnitt (48) erstreckt, zum Anbringen an eine Befestigung (50), die mit dem Vibrationskopf (52) verbunden ist, und zum Stützen des ersten Abschnitts (48) von der Befestigung (50), Anbringen des zweiten Abschnitts (49) des Verbindungsstücks (47) an die Befestigung (50), die mit dem Vibrationskopf (52) verbunden ist, Anbringen des ersten und zweiten Elements (32, 33) in Befestigungen (55, 56), die unabhängig von dem Vibrationskopf sind, Erzeugen einer Eingriffskraft zwischen dem ersten Element (32) und einer Seite des ersten Abschnitts (48) des Verbin dungsstücks (47) und einer Eingriffskraft zwischen dem zweiten Element (33) und einer entgegengesetzten Seite des ersten Abschnitts (48) des Verbindungsstücks (47), Erhalten der Eingriffskräfte, während das Verbindungsstück (47) mittels des Vibrationskopfs (52) bei einer Frequenz von 50 bis 500 Hz in Schwingungen bzw. Vibrationen versetzt wird, um eine durch Reibung hervorgerufene Erwärmung zu erzeugen, um Material an den Enden (34) der Elemente und an jeder jeweiligen entgegengesetzten Seite des ersten Abschnitts (48) des Verbindungsstücks zu schmelzen, wobei derart geschmolzenes Material beim Kühlen eine Schweißung bzw. Schweißnaht (66, 67) zwischen dem Verbindungsstück (47) und den Elementen (32, 33) bildet, und wobei die Eingriffskräfte zwischen dem ersten und zweiten Element (32, 33) und dem Verbindungsstück (47) von dem Betrieb des Vibrationskopfs (52) getrennt angewandt bzw. ausgeübt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Eingriffskräfte gesteuert werden, um einen gleichmäßigen Druck auf jeder Seite des Verbindungsstücks (47) bereitzustellen.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem jede Angriffskraft senkrecht zu der Ebene der Bewegung (68) des Vibrationskopfs (52) ausgeübt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem jede Eingriffskraft derart variiert wird, dass, nachdem das Schmelzen erreicht wurde, jede Angriffskraft auf ein Niveau reduziert wird, bei dem das geschmolzene Material weitgehend in Position zwischen den Enden der Elemente (32, 33) und dem Verbindungsstück (47) bleibt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der erste Abschnitt (48) des Verbindungsstücks (47) einen ebenen Flansch aufweist und der zweite Abschnitt (49) des Verbindungsstücks (47) einen abnehmbaren bzw. entfernbaren Streifen (49) aufweist, der eine geometrische Form (85, 88) umfasst, die durch eine Befestigung (50) in Position gehalten ist, die ein Einsatzloch oder Schlitz (86, 89) umfasst, mit einer komplementären geometrischen Form zu derjenigen des entfernbaren Streifens.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der erste Abschnitt (48) des Verbindungsstücks (47) einen ebenen Flansch aufweist, der sich in einem Winkel bezüglich jedes Elements (32, 33) erstreckt, und wobei der zweite Abschnitt (49) des Verbindungsstücks (47) einen entfernbaren Streifen umfasst, der eine Erweiterung des ebenen Flansches ist, wobei der entfernbare Streifen (49) in der Befestigung (50) gehalten ist, die mit dem Vibrationskopf (52) verbunden ist, und wobei das Verfahren ebenfalls den Schritt des Entfernens des Streifens (49) umfasst, nachdem die Vibrationsschweißverbindung vollendet ist.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der entfernbare Streifen (49) an einer äußeren Kante des ebenen Flansches (48) angeordnet ist, und wobei der Streifen (49) eine geometrische Form (85, 88) umfasst, die durch eine Befestigung (50) in Position gehalten ist, die ein Einsatzloch oder Schlitz (86, 89) umfasst, mit einer komplementären geometrischen Form zu derjenigen des entfernbaren Streifens, wobei die Befestigung (50) konfiguriert ist, um den entfernbaren Streifen (49) zu greifen und um sicherzustellen, dass das Verbindungsstück (47) sicher in Position gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die geometrische Form T-förmig ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem der Vibrationsschweißprozess durch Einstellen der Dauer des Betriebs des Vibrationskopfs (52) für eine spezifizierte Amplitude, Frequenz und Eingriffskraft gesteuert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem ein Ende (34) des ersten und zweiten Elements (32, 33) ein hohles Profil aufweist, das durch eine umfängliche Wand definiert ist, die eine Oberfläche zum Schweißen an das Verbindungsstück (47) bereitstellt.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem das Verbindungsstück (47, 100) einen jeweiligen integralen Schenkel (101) aufweist, der sich von entgegengesetzten Seiten des Verbindungsstücks erstreckt, wobei die Schenkel zum Einsetzen in die hohlen Enden des ersten und zweiten Elements (32, 33) und zum Eingreifen des ersten und zweiten Elements in das hohle Innere davon dimensioniert sind.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Schritte des Anbringens des Verbindungsstück an die Befestigung (50) und des Anbringens des ersten und zweiten Elements (32, 33) in den Befestigungen (55, 56) mit den Schenkeln (101) durchgeführt werden, die in die hohlen Enden des ersten und zweiten Elements (32, 33) eingesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 11, das weiterhin den Schritt des Einsetzens der Schenkel (101) in die hohlen Enden des ersten und zweiten Elements (32, 33) vor dem Anbringen des Verbindungsstücks (47, 100) an die Befestigung (50), die mit dem Vibrationskopf (52) verbunden ist, und vor dem Anbringen des ersten und zweiten Elements (32, 33) in die Befestigungen (55, 56), umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, das weiterhin den Schritt des Punktschweißens der Schenkel (101) an ein jeweiliges Element (32, 33) an einem Ort beabstandet von dem ersten Abschnitt (48) des Verbindungsstücks (47) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, bei dem die Schenkel (101) eine integrale Vorrichtung (104) zum Zentrieren einer Feder bzw. eine integrale Federzentriervorrichtung (104) umfassen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei dem das Verbindungsstück zumindest eine Vorrichtung (69) zum Aufnehmen eines Kunststoffgrats aufweist, der während des Schweißvorgangs erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, bei dem das Verbindungsstück (47) aus einem steiferen thermoplastischen Material als dasjenige, aus dem das erste und zweite Element (32, 33) gefertigt sind, besteht.
Verfahren nach Anspruch 17, bei dem das Verbindungsstück (47) ein mit Glasfaser gefülltes thermoplastisches Material aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, bei dem das Verbindungsstück (47) eine Schweißraupe umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, das weiterhin folgende Schritte umfasst: (a) Bereitstellen einer Platte (159), die zu rahmen ist, (b) Bereitstellen einer Mehrzahl von Rahmenelementen (32, 33, 109, 110, 111, 112) zum Rahmen bzw. Bilden der Platte einschließlich des ersten und zweiten Elements, wobei jedes Rahmenelement einen darin geformten Kanal zum Aufnehmen eines Kantenabschnitts der Platte (159) aufweist, wobei jedes Rahmenelement zumindest teilweise ein thermoplastisches Material umfasst, (c) Einsetzen der Platte (159) in den Kanal jedes Rahmenelements, Bereitstellen eines Verbindungsstücks zum Verbinden bzw. Zusammenfügen benachbarter Enden jedes Rahmenelements, und Durchführen folgender Schritte für jede beiden benachbarten Rahmenelemente: Anbringen des zweiten Abschnitts (49) des Verbindungsstücks (47, 117) an die Befestigung (50), die mit dem Vibrationskopf (52) verbunden ist, Anbringen benachbarter Rahmenelemente in Befestigungen (55, 56), die unabhängig von dem Vibrationskopf (52) sind, Erzeugen einer Eingriffskraft zwischen einem Element (32) und einer Seite des ersten Abschnitts (48) des Verbindungsstücks (47) und einer Eingriffskraft zwischen einem benachbarten Element (33) und einer entgegengesetzten Seite des ersten Abschnitts (48) des Verbindungsstücks (47), Erhalten der Eingriffskräfte, während das Verbindungsstück (47) mittels des Vibrationskopfs (52) in Vibration versetzt wird, um eine durch Reibung hervorgerufene Erwärmung zu erzeugen, um Material an den Enden (34) der benachbarten Rahmenelemente und auf jeder jeweiligen entgegengesetzten Seite des ersten Abschnitts des Verbindungsstücks (47) zu schmelzen, wobei derart geschmolzenes Material beim Kühlen eine Schweißnaht zwischen dem Verbindungsstück (47) und den Rahmenelementen (32, 33) bildet, und wobei die Eingriffskräfte zwischen den benachbarten Rahmenelementen (32, 33) und dem Verbindungsstück getrennt von dem Betrieb des Vibrationskopfs (52) ausgeübt werden.
Verfahren nach Anspruch 20 mit dem Schritt des Bereitstellens eines Vibrationskopfs (52) und einer Befestigung (50), die daran bei jeder Verbindung zwischen benachbarten Rahmenelementen (32, 33) verbunden ist, und mit dem Schritt des Anbringens des zweiten Abschnitts (49) jedes Verbindungsstücks (47) in einer jeweiligen Befestigung (50), und dem Schritt des in Vibration Versetzens von zwei oder mehreren Verbindungsstücken (47), um durch Reibung hervorgerufene Erwärmung im wesentlichen gleichzeitig zu erzeugen.
Vorrichtung zum Bilden einer Vibrationsschweißverbindung zwischen Stirnflächen (34) eines ersten und zweiten Elements (32, 33) und einem Verbindungsstück (47), und wobei die Elemente (32, 33) und das Verbindungsstück (47) zumindest teilweise aus einem thermoplastischen Material bestehen, wobei die Vorrichtung aufweist: a) einen Vibrationskopf (52), der einen Antrieb zum in Vibration Versetzen des Kopfs (52) in einer vorgegebenen Ebene (68) bei einer Frequenz von 50 bis 500 Hz umfasst, b) entgegengesetzte erste und zweite Befestigungen (55, 56), die jeweils einen Klemmaufbau (60) zum Sichern eines entsprechenden einen des ersten und zweiten Elements (32, 33) daran aufweisen, und wobei die erste und zweite Befestigung (55, 56) das erste und zweite Element (32, 33) für eine Bewegung unabhängig von dem Vibrationskopf (52) stützen, c) eine dritte Befestigung (50), die mit dem Vibrationskopf (52) zum Halten des Verbindungsstücks (47) verbunden ist, wobei das Verbindungsstück einen ersten Abschnitt (48) zum Schweißen an die Enden (34) des ersten und zweiten Elements (32, 33) umfasst, und einen zweiten Abschnitt (49), der sich von dem ersten Abschnitt (48) und zum Stützen dieses erstreckt, und wobei die dritte Befestigung (50) ausgelegt ist, um den zweiten Abschnitt (49) des Verbindungsstücks (47) zu halten, und positioniert ist, um zu ermöglichen, dass der erste Abschnitt (48) an die Stirnflächen (34) angreift, wenn der zweite Abschnitt (49) durch die dritte Befestigung (50) gehalten ist, d) einen Führungsaufbau (57) zum Führen einer relativen Bewegung zwischen den Elementen (32, 33) und dem Verbindungsstück (47) in einer Richtung senkrecht zu den Stirnflächen (34), um einen Eingriff zwischen entgegengesetzten Seiten des Verbindungsstücks 47 und dem ersten bzw. dem zweiten Element (32, 33) zu erleichtern, e) Druckaktuatoren (240, 242), die mit ersten und zweiten Befestigungen (55, 56) gekoppelt sind, um eine Eingriffskraft zwischen entgegengesetzten Seiten des Verbindungsstücks (47) und dem ersten und zweiten Element bereitzustellen, und f) ein Steuersystem (84), um den Betrieb der Vibrationsschweißvorrichtung zu regulieren.
Vorrichtung nach Anspruch 22, bei der der Antrieb zum Antreiben des Vibrationskopf (52) bei einer Amplitude von zumindest 0,4 mm angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 22 oder 23, bei der die Druckaktuatoren (240, 242) unabhängig von dem Betrieb des Vibrationskopfs (52) gesteuert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 22, 23 oder 24, bei der die Druckaktuatoren (240, 242) unabhängig einstellbar sind, um eine variable Eingriffskraft zwischen entgegengesetzten Seiten des Verbindungsstücks (47) und dem ersten und zweiten Element (32, 33) bereitzustellen, und bei der die Profilgröße und Form des ersten und zweiten Elements (32, 33) unterschiedlich sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 25, bei der die dritte Befestigung (50) das Verbindungsstück (47) auf eine ausgeglichene Weise hält und an dem Vibrationskopf (52) in einer im wesentlichen zentralen Position auf dem Vibrationskopf befestigt ist, und wobei die erste und zweite Befestigung (55, 56) unabhängig von der dritten Befestigung (50) bewegbar sind und einen gleichmäßigen Druck auf beide Seite des Verbindungsstücks (47) ausüben.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 26, bei der die dritte Befestigung (50) oberhalb des Vibrationskopfs (52) angeordnet ist.
Rahmen (108, 158) mit einer Mehrzahl von verlängerten Rahmenelementen (109, 110, 111, 112), wobei benachbarte Enden von Paaren der Elemente durch ein dazwischenliegendes Verbindungsstück (47, 48, 117) verbunden sind, wobei die Rahmenelemente und das Verbindungsstück jeweils zumindest teilweise aus einem thermoplastischen Material bestehen, und das Verbindungsstück einen ebenen Flansch (48) aufweist, der sich in einem Winkel bezüglich jedes Rahmenelements erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Verbindungsstück (48, 117) an einem Paar von benachbarten Rahmen elementen (109, 110, 111, 112) durch Vibrationsschweißverbindungen (66, 67) an entgegengesetzten Seite des Verbindungsstücks (47, 48, 117) gesichert ist.
Rahmen nach Anspruch 28, bei dem jedes Rahmenende (34) ein hohles Profil aufweist, das durch eine umfängliche Wand definiert ist, die eine Oberfläche bereitstellt, die an den ebenen Flansch (48) geschweißt ist.
Rahmen nach Anspruch 29, bei dem das hohle Profil in zwei oder mehr Hohlräume unterteilt ist.
Rahmen nach Anspruch 29 oder 30, bei dem das Verbindungsstück (47) integrale Schenkel (101) trägt, die sich von entgegengesetzten Seiten des ebenen Flanschs (47) erstrecken, wobei die Schenkel dimensioniert sind, um longitudinal in zumindest einen Teil des hohlen Inneren der benachbarten Rahmenelementenden (32, 33) einzugreifen.
Rahmen nach Anspruch 31, bei dem die hohlen Profile ultraschallpunktgeschweißt an die Schenkel (101) an Stellen beabstandet von den ebenen Flanschen (47) sind.
Rahmen nach Anspruch 31 oder 32, bei dem die Rahmenelemente (109, 110, 111, 112) und die integralen Schenkel (101) komplementäre Profilformen aufweisen, so dass durch den Zusammenbauprozess der Schenkel (101) in dem Rahmenprofil zentriert ist.
Rahmen nach Anspruch 33, bei dem die integralen Schenkel (101) des Verbindungsstücks (47, 117) eine Zentriervorrichtung umfassen.
Rahmen nach Anspruch 34, bei dem die Zentriervorrichtung eine Federvorrichtung (104), die integral mit jedem Schenkel gebildet ist, umfasst.
Rahmen nach einem der Ansprüche 28 bis 35, bei dem das Verbindungsstück zumindest eine Vorrichtung (69) zum Aufnehmen eines Kunststoffgrats aufweist, der während Bildung der Schweißverbindungen erzeugt ist.
Rahmen nach Anspruch 36, bei dem die Vorrichtung eine Ausnehmung (69) zum Aufnehmen eines Kunststoffgrats aufweist, der während des Schweißvorgangs erzeugt ist.
Rahmen nach Anspruch 37, bei dem die Ausnehmung eine Gratfalle ist.
Rahmen nach einem der Ansprüche 28 bis 38, bei dem das Verbindungsstück (47) eine Schweißraupe (74) umfasst.
Rahmen nach einem der Ansprüche 28 bis 39, bei dem das Verbindungsstück (47) aus einem thermoplastischen Material gefertigt ist, das steifer als dasjenige ist, aus dem die Rahmenelemente gefertigt sind.
Rahmen nach einem der Ansprüche 28 bis 40, bei dem der ebene Flansch (47) eine Dicke in dem Bereich von 2 bis 12 mm hat.
Rahmen nach einem der Ansprüche 28 bis 41, bei dem der ebene Flansch (47, 117) entgegengesetzte ebene Oberflächen aufweist, die einen strukturierten Oberflächenabschluss haben.
Rahmen nach einem der Ansprüche 28 bis 42, bei dem die Rahmenelemente aus mit Glasfaser verstärktem thermoplastischen Material besteht.
Rahmen nach einem der Ansprüche 28 bis 43, bei dem das thermoplastische Material Polyvinylchlorid ist.
Rahmen nach einem der Ansprüche 28 bis 42, bei dem die Rahmenelemente (109, 110, 111, 112) ein Schaumstoffgefüge aus Polyvinylchlorid umfassen.
Rahmen nach einem der Ansprüche 28 bis 42, bei dem die Rahmenelemente (109, 110, 111, 112) ein zusammengesetztes mit Holzfaser gefülltes Polyvinylchlorid umfassen.
Rahmen nach einem der Ansprüche 28 bis 46, bei dem dekorative Überzüge oder Abschlüsse an äußeren Oberflächen der Rahmenelemente umfasst sind.
Rahmen nach einem der Ansprüche 28 bis 47, bei dem die Enden (34) der Rahmenelemente gehrungs- bzw. mitergeschnitten sind.
Rahmen nach Anspruch 48, bei dem ein Nuten- bzw. Dado-Schnitt in die Gehrungsschnittenden der Rahmenelemente hergestellt ist, außer für eine oder beide von oberen und unteren Flächen der Rahmenelemente.
Rahmen nach Anspruch 48, bei dem ein Druckstreifen auf die Gehrungsschnittenden auf oberen oder unteren Flächen der Rahmenelemente während des Schweißvorgangs angebracht ist.
Rahmen nach Anspruch 48, bei der ein Dado-Schnitt in den Gehrungsschnittenden der Rahmenelemente hergestellt ist, außer für Vorder- und Rückseiten der Rahmenelemente.
Rahmen nach einem der Ansprüche 28 bis 51, bei dem die Rahmenelemente um eine isolierende Glaseinheit (159) zusammengesetzt sind, und bei dem eine Silikonabdichtung in Abständen zwischen dem zusammengesetzten Rahmen und der isolierenden Glaseinheit (159) angebracht ist.
Rahmen nach einem der Ansprüche 28 bis 51, bei dem verglaste bzw. glasierende Blätter (161, 162) direkt an die Seiten der Rahmenelemente unter Verwendung eines strukturellen heißhärtenden Dichtmittels angefügt sind.
Rahmen nach einem der Ansprüche 28 bis 51, bei dem der Rahmen zwischen beabstandeten glasierenden Blättern (161, 162) angeordnet ist.
Rahmen nach einem der Ansprüche 28 bis 54, bei dem das Verbindungsstück (47, 117) spritzgeformt ist.