DE7214137U

DE7214137U - Schweiß vorrichtung zum Schweissen thermoplastischer Teile

Info

Publication number: DE7214137U
Application number: DE7214137U
Authority: DE
Original assignee: DuPont de Nemours Deutschland GmbH
Current assignee: DuPont de Nemours Deutschland GmbH
Publication date: 1972-07-13

Description

Patentanwälte _u^ _A _{±1 χ 2}

Dr. Ing. Walter Abitz _p

Dr. Dieter F. Mort

Dr. Hans-A. Brauns
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DU PONT DE NEiMOURS INTERNATIONAL S.A. 50-52, Route des Acacias, CH-1211 Genf 24, Schweiz

Schweissvorrichtung zum Schweissen thermoplastischer

Teile

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schweissvorrichtung zum Schweissen thermoplastischer Teile, wie Nylon oder Azetal "mit zwei Klemm einrichtungen, in welchen die zu verschweissenden Teile gehalten werden, mit einer Vorrichtung, um die beiden Teile axial gegeneinander zu drücken, und mit einer Vorrichtung, um eine relative Bewegung der beiden in Reibungskontakt miteinander befindlichen Teile vorzunehmen.

Zwei bekannte Vorrichtungen zum Verschweissen thermoplastischer Teile verwenden eine Ultraschallerhitzung bzw. eine Verschweissung durch Verdrehen der beiden Teile, die in Reibungskontakt miteinander stehen, wobei die zweite Vorrichtung nach dem Rotationsschweissverfahren arbeitet. Ein weiteres bekanntes Verfahren besteht im sogenannten "Heissplattenschweissen".

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Gemäss der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, die beiden Teile aus thermoplastischem Material durch Erzeugung einer Schwingung zwischen diesen Teilen zu verschweissen, d. h. jeder Teil schwingt, wobei die Schwingung des einen Teils ausser Phase gegenüber der Schwingung des anderen Teiles ist. Biese Schwingung kann eine einfache lineare Schwingung sein, ist jedoch vorzugsweise eine Drehschwingung mit geringer Amplitude.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine relative Hin- und Herbewegung der in Heibungskontakt stehenden Teile um einen bestimmten Betrag erfolgt. Die Hin- und Herbewegung eines jeden Teils kann mit einer frequenz von 100 Hz oder mehr erfolgen. Schwingungsfrequenzen von etwa 90 Hz ergeben eine gute Kombination von Maschinen-Lebensdauer und Schweisswirkungsgrad.

Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform werden die beiden Teile in axial fluchtend angeordneten KLemmrichtungen gehalten, die gegeneinander gedruckt werden und die Klemmvorrichtungen werden einer Drehschwingung mit geringer Amplitude, beispielsweise in der Grössenordnung von 1 bis 2° unterworfen, obwohl eine höhere Amplitude, beispielsweise 10° und mehr; verwendet werden können. Geringere Winkelbereiche der Drehschwingung fordern höhere Schwingungsfrequenzen. Im allgemeinen wird die Schwingungsamplitude so gewählt, dass die Schweissoberflache eines jeden Teiles während jedes HaIbzykl uses der Schwingung um etwa 2 bis 4 mm bewegt wird. Die Drehschwingung kann mit Hilfe zweier Nocken erzeugt werden, welche auf Arme einwirken, die sich radial von den Klemmvorrichtungen nach aussen erstrecken, wobei die beiden Nocken gegeneinander, vorzugsweise um 180° versetzt sind. Dabei kann eine Haltevorrichtung vorgesehen sein, welche zwei weitere Nocken aufweist, durch welche die Arme von ihren zugeordneten Nocken getrennt werden, so dass sie mit diesen

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nicht mehr in Antriebsverbindung stehen.

Anschliessend wird ein Ausführungsbeispiel in den anliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. i eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsforai der erfindungsgemässen Vorrichtung,

Fig. 2 eine Stirnansicht der in Fig. Λ dargestellten Vorrichtung, und

Fig. 3 und. 4 schematische Stirnansichten von weiteren Ausführungsformen der erfindungsgemässen Vorrichtung.

Gemäss Fig. 1 ist ersichtlich," dass die beiden zu verschweissenden Teile a und b in zwei Klemmeinrichtungen c und c' gehalten werden, welche um eine gemeinsame Achse gedreht werden können und die axial gegeneinander bewegbar sind, um eine Entfernung der Teile aus den Einrichtungen zu ermöglichen und ferner ein Zusammendrücken der Teile gegeneinander in Sichtung des Pfeils k zu gestatten.

Von den beiden Elemmeinrichtungen c und c¹ strecken sich jeweils die Arme d und e in radialer Richtung nach aussen. Diese Arme werden jeweils durch eine Feder h (wovon eine gezeigt ist) in Berührung mit den Antriebsnocken JT und g gebracht, wobei die beiden Nocken aus einfachen Exzentern bestehen, die um 180° gegeneinander auf einer Welle i angeordnet sind.

Eine weitere Welle j ist unterhalb und seitlich der Welle i angeordnet und weist ein Paar Nocken 1 und m auf, wobei der Hub dieser beiden Nocken grosser als der Hub der Antriebsnocken f und g ist.

Beim Betrieb der beschriebenen Vorrichtung werden die Nocken

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1 und m In die bei η In Flg. 2 gestrichelt dargestellte Stellung gedreht. Die Teile a und b werden fluchtend angeordnet und In Ihren zugeordneten KlemmeInrlchtungen c und c¹ gehalten. Die Klemmeinrichtungen werden dann geschlossen und es wird eine Kraft k ausgeübt. Die Klemmkraft liegt dabei Üblicherweise in

der Grössenordnung von etwa 20-35 kg/cm Schweissflache. Die auf der Welle J angeordneten Nocken 1 und m werden In die in Fig. 2 mit vollausgezogenen Linien dargestellte Lage gedreht, wobei die Nocken f und g jeweils in Kontakt mit den Armen d und e gelangen. Bei rotierender Welle ' entsteht an den Klemmeinrichtungen c und c¹ eine Drehschwingung, wobei die Klemmeinrichtungen sich im Gegensinn zueinander bewegen, was durch die relative Lage der Nocken f und g auf der Welle 1 erreicht wird. Die Kraft k presst die aneinanderliegenden Flächen ο der Teile a und b gegeneinander und diese Teile werden nach kurzer Zeit infolge der zwischen den Teilen entstehenden Reibungswärme miteinander verschweisst.

Nach einer gewisses. Zeitspanne, während welcher die Teile a und b die Schweiss temp eratur erreicht haben, wird die Welle j verdreht, so dass die Nocken 1 und m die vollausgezogene, in Fig. 2 dargestellte Lage verlassen und die gestrichelt bei η dargestellte Stellung einnehmen. In dieser Stellung werden die Arme d und e von den Nocken f und g weggedrückt, so dass sie keine Verbindung mcthr mit diesen besitzen, und die Klemmeinrichtungen c und c', und somit die Teile a und b eine Winkellage einnehmen, welche sie vor Beginn des SchweissVorganges besassen. Damit werden die Teile mit grosser Genauigkeit und immer in gleicher Lage miteinander verschweisst. Daruberhinaus kann die Welle i kontinuierlich umlaufen und es ist lediglich erforderlich, die Welle j in eine Stellung au verdrehen, in welcher die Nocken 1 und m die bei η dargestellte Lage einnehmen, wenn die zu verschweissenden Teile eingebracht oder entnommen werden sollen.

Die Fig. 3 und 4 zeigen alternative Ausführungsformen, welche nach dem gleichen Prinzip arbeiten, wie die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Vorrichtung. Gemäss Fig. 3 ist der Nocken f drehbar am unteren Ende des Arms d angeordnet, wodurch eine ständige Antriebsverbindung geschaffen wird,d. h. die Not- J

wendigkeit für die in Fig. 2 dargestellte Feder h entfällt.

In diesem Falle wird der Arm d um den Stift ρ ver schwenkt und überträgt eine Schwingungsbewegung über den Stift q, welcher sich im Joch r bewegt, auf die Klemmeinrichtung c. Der Stift q ist auf einer Strebe χ befestigt, welche an der Klemmeinrichtung c befestigt ist; die Klemmvorrichtung c¹, der Arm e und der Nocken q (welcher nicht gezeigt ist) arbeiten in der vorausgehend beschriebenen Weise, wobei lediglich insofern ein Unterschied vorhanden ist, als der Nocken q gegenüber dem Nocken f und l80° versetzt ist. Die Nocken 1 und m sind in der Vorrichtung nach Fig. J> beispielsweise durch eine nicht dargestellte hydraulische oder pneumatische Kupplung ersetzt, durch welche die Antriebswelle i angehalten wird, wenn die Teile a und b die Schweisstemperatur erreicht haben und die richtige Lage für den Schweissvorgang einnehmen.

Gemäss Fig. 4 wird der Arm d und damit die Klemmeinrichtung c wiederum durch den Nocken f angetrieben, aber in diesem Falle ist der Nocken f drehbar im Arm s befestigt. Die Bewegung des Nockens f wird über einen Stift t auf den Arm d übertragen. Der Stift ist am. Arm s befestigt und bewegt sich im Joch u des Arms d. Die Teile i, p, q, r und χ entsprechen jenen der Fig. 3. Nachdem die Teile a und b die Schweisstemperatur erreicht haben, wird der Arm s um 90° verschwenkt, so dass sich die Welle i und der Nocken f in der in Fig. 4 gestrichelt gezeigten Lage befinden, In dieser letztgenannten Lage steht die Klemmvorrichtung c still, da der Stift t sich lediglich innerhalb des Jochs q hin- und herbewegt. Die Klemmvorrichtung c' , der Arm e und der Nocken q arbeiten in der gleichen Weise, wobei der Nocken q gegenüber dem Nocken f um 180° versetzt ist.

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Wie bei dor Vorrichtung gemäss den Fig. 1 und 2 werden bei den Vorrichtungen der Fig. 3 und 4 die Klemmeinrichtungen c und c' in die Lage zurückgeführt, in welcher sie sich vor Beginn des Schweissvorganges befanden. Deshalb sind die Teile a und b in Elemmeinrichtungen c und c' befestigt, so dass ihre anfängliche relative Winkellage die gleiche ist, wie sie nach dem Schveissvopgang vorliegen muss.

Ee ist offensichtlich, dass ausser kreisförmig ausgebildeten Teilen, bei welchen die aufeinanderliegenden Oberflächen ο die gleiche Form für ein normales Rotationsschweissen aufweisen, beliebige andere Formteile verschweisst werden können.

Einer der Teile kann unterbrochene Schweissnähte aufweisen, beispielsweise bei scheibenförmigen Deckeln oder Pumpenrotoren.

Die vorliegende Erfindung besitzt gegenüber dem Ultraschallschweissen oder dem "Heissplattenschweissen¹¹ den Vorteil, dass die benötigte Vorrichtung aussergewöhnlich einfach ist und einen weit geringeren Kapitalbedarf erfodert. Darüberhinaus ist eine mechanische Vorrichtung zur Erzeugung von Reibungswärme für den SchmelzVorgang leicht zu steuern und gibt jederzeit reproduzierbare Ergebnisse..

Die zu verschweissenden Teile werden in den nebeneinander angeordneten Klemmvorrichtungen derart befestigt, dass sie der Bewegung der Klemmvorrichtungen folgen, d. h. ohne Relativbewegung gegenüber denselben. Beide Klemmvorrichtungen werden vorzugsweise anschliessend einer Drehschwingung mit geringer Amplitude unterworfen, während eine Druckkraft ausgeübt wird. Die Schwingungen können durch Wechselstrom mit einer Frequenz von beispielsweise 100 Hz oder höher erzeugt werden oder mittels der vorausgehend beschriebenen Vorrichtung.

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In Verbindung mit den Pig. 3 und 4 wird noch bemerkt,- dass die Figuren nur die Kinematik der Anordnung schematisch wiedergeben und der Durchmesser der Klemmeinrichtung c im Vergleich zum Durchmesser des Exzenters f üblicherweise viel grosser ist.

Claims

P-1042 Schutzaasprüche

1. Schwelssvorrlchtung zum Schwelssen thermoplastischer Teile mit zwei Klemmeinrichtungen, in welchem die zu verschweissenden Teile gehalten werden« mit einer Vorrichtung, um die beiden Teile axial gegeneinander zu drücken, und mit einer Vorrichtung, um eine relative Bewegung der beiden in Reibungskontakt miteinander befindlichen Teile vorzunehmen, dadurch gekennzeichnet, dass die letztgenannte Vorrichtung (f, g) eine relative Hin- und Herbewegung der in Reibungskontakt miteinander stehenden Teile um einen bestimmten Betrag erzeugt.

2. Schweissvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Betrag ein Winkelbetrag zwischen etwa 2 bis 10° ist ο

3. Schweissvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz der Hin- und Herbewegung etwa 100 Hz beträgt.

4. Schweissvorrichtung nach Anspruch 1 bis 3# dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Erzeugung der relativen Hin- und Herbewegung aus zwei Exzenterscheiben (f, g) besteht, die um eine parallel zur Längsachse der Teile liegende Achse umlaufen und die jeweils an einem von der Klemmeinrichtung (c, c¹) radial abstehenden Arm (d,e) anliegen, wobei eine Feder (h) jeden Arm (d) gegen die Exzeriterscheibe (f, g) drückt, und die Exzenterscheiben derart gegeneinander versetzt sind, dass die Klemmeinrichtungen (c,c') im Gegensinn zueinander verdreht werden.

Schwelssvorrichfcuns nach Anspruch 1 bis 3, dadurch-gekennzeichnet« dass die Vorrichtung zur Erzeugung der relativen Hin- und Herbewegung aus einer Exzenterscheibe (f) besteht» die um eine parallel zur Längsachse der zu verschweissenden Teile liegende Achse umläuft, und welche unmittelbar oder Über ein Zwischenglied (g) in Anlage mit dem einen Jochförmigen Ende eines Schwenkhebels (d) steht, welcher als Folge der Bewegung der Exzenterscheibe um eine zur Drehachse der Exzenterscheibe (f) parallele Achse oszilliert, während das andere jochförmige Ende des Schwenkhebels ?inen Stift (q) umschliesst, welcher an einer radialen Strebe (x) der Klemmvorrichtung (c) befestigt ist.