DE9213424U1 - Schweißvorrichtung - Google Patents

Schweißvorrichtung

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DE9213424U1 DE9213424U DE9213424U DE9213424U1 DE 9213424 U1 DE9213424 U1 DE 9213424U1 DE 9213424 U DE9213424 U DE 9213424U DE 9213424 U DE9213424 U DE 9213424U DE 9213424 U1 DE9213424 U1 DE 9213424U1
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Description

RICHTER, WERtDERMANN & GERBAULET
EURODEyöM PATENT ATTORNEYS PATENTANWÄLTE
DlPL-ING JOACHIM RICHTER DiPL ING. HANNES GERBAULET DlPL-ING. FRANZ WERDERMANN
-1986
NEUER WALL 10
2OOO HAMBURG 36 » (0 40)34 00 45/34 00 56 TELEX 2163551 INTU D TELEFAX (040) 35 2415
KURFÜRSTENDAMM 1OOO BERLIN -Q (0 30) 8 82 74 TELEFAX (0 3O) 8 82 32
IN BÜROGEMEINSCHAFT MIT
MAINITZ & PARTNER RECHTSANWÄLTE ■ NOTARE
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H.92410-III-2488 IV/Li
HAMBURG 17.12.1992
Anmelder:
Firma Herfurth GmbH,
Beerenweg 6-8, D-2000 Hamburg
Titel
Schweißvorrichtung Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Schweißvorrichtung mit zwei aufeinanderzubewegbaren Schweißstückaufnehmern und einer Plastifizier- und Schmelzeinrichtung, die relativ zueinander in eine eine Erwärmung der Fügestellen der Schweißstücke ermöglichende Arbeitsposition verfahrbar sind.
Thermoplastische Kunststoffe können durch Schweißen gefügt werden, wobei die Fügeteile örtlich auf Schweißtemperatur erwärmt werden müssen und mit oder ohne Zusatzwerkstoff verschweißt werden. Die örtliche Erwärmung kann durch unmittelbare Wärmezufuhr ebenso bewirkt werden wie eine indirekte Erwärmung durch ein Hochfrequenzfeld. Eine direkte Erwärmung wird mittels Heizelementen, Heizkeilen oder auch Heißluftgeräten durchgeführt, die heiße Luft an die Fügungsfläche liefern. Beim Hochfrequenz-Schweißverfahren, wie beispielsweise dem kapazitiven HF-Schweißen, wird zwischen Elektroden ein hochfrequentes elektrisches Wechselfeld erzeugt, in das die Schweißstücke bzw. die Fügestellen geführt werden. Das elektrische Wechselfeld verursacht eine beschleunigte Molekülbewegung im Kunststoff, womit eine Temperaturerhöhung verbunden ist, die zur PIastifizierung und zum Schmelzfluß führt.
Schließlich kann das Schweißen thermoplastischer Kunststoffe auch mittels des Rotations- und Vibrationsschweißens durchgeführt werden, wobei die Fügestellen reibend aneinanderbewegt und hierdurch erwärmt werden. Prinzipiell behört auch das Ultraschallschweißverfahren zu dieser Gruppe, bei dem Ultraschallschwingungen durch den Werkstoff hindurch bis an die Schweißstelle transportiert werden, wo sie durch Grenzflächen und Absorptionsverluste zur Erwärmung des Kunststoffes beitragen.
Allen genannten Schweißverfahren ist gemeinsam, daß die Fügestellen in einen teigigen Zustand überführt werden, in dem ein Zusammenfließen der zu fügenden Teile an den Nahtstellen möglich ist. Bei Abkühlung unter Aufwendung eines vorbestimmten Anpressdruckes entsteht so eine feste Fügeverbindung.
Zur Durchführung eines Verfahrens zur Ausrichtung, Halterung und Führung von Kunststoffschweißstücken beim Schweißen, wobei die Schweißstücke in Schweißstückaufnahmen eingespannt und an den Fügestellen erwärmt werden, wonach die Fügestellen unter Druck aneinandergepreßt und abgekühlt werden, besitzen die Schweißvorrichtungen zwei aufeinanderzubewegbare Schweißstückaufnahmen sowie eine Plastifizier- und Schmelzeinrichtung, die ein Heizelement, eine HF-Quelle oder auch eine Einrichtung zur Erzeugung einer mechanischen Bewegung unter Reibung sein kann. Plastifizier- und Schmelzeinrichtungen werden auch als sog. Schmelzspiegel bezeichnet. Die Schmelzstückaufnahmen dienen zum Verspannen der Schweißstücke, die anschließend berührend oder mittelbar an die Plasifizier- und Schmelzeinrichtung geführt werden, womit die Erwärmung der Fügestellen erfolgt. Nach Erreichen der erforderlichen Temperatur müssen die Schweißstückaufnahmen mit den Schweißstücken so aufeinanderzubewegt werden, daß die Schweißstücke an den erwärmten Fügestellen unter Druck aufeinandergepreßt werden. Nach Abkühlung der Schweißstelle, d.h. nach Materialerstarrung, können die Schweißstücke gelöst und das fertige gefügte Teil kann entnommen werden.
Die Exaktheit der Fügestelle wird im wesentlichen durch die Führung der SchweiBstücke und die Genauigkeit der Positionierung gegen die Plastifizier- und Schmelzeinrichtung sowie der Fügestellen gegeneinander und den Anpressdruck bestimmt. Insbesondere bei unterschiedlichen Schweißstücklängen tritt in automatisch versorgten Schweißeinrichtungen das Problem auf, das unterschiedliche Fahrstrecken gegen die Plastifizier- und Schmelzeinrichtung entstehen, deren Berücksichtigung einen hohen verfahrenstechnischen bzw. apparativen Aufwand erfordert oder, falls dieser nicht erbracht wird, eine Inkaufnahme von fehlerhaften Schweißstellen zur Folge hat.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das eingangs genannte Verfahren dahingehend zu verbessern, daß auch Teile mit unterschiedlichen Grundlängen so ausgerichtet werden, daß stets gleichbleibend zufriedenstellende Schweißungen erzielbar sind. Weiterhin besteht die Aufgabe darin, die eingangs genannte Schweißvorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens anzugeben, wobei deren konstruktiver Aufbau möglichst einfach sein soll.
Die auf das Verfahren bezogene Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Schweißstücke mit ihren Fügestellen gegen einen festen Anschlag unter vorgebbarem Anpressdruck geführt und danach fest in den Schweißstückaufnahmen verspannt werden, das anschließend an die Stelle des festen Anschlags eine Plastifizier- und Schmelzeinrichtung
geführt und die Schweißstücke hierzu so positioniert werden, daß die FügestelLen hinreichend erwärmt werden und daß schließlich nach Wegführung der Plastifizier- und Schmelzeinrichtung die Schweißstücke unter Berücksichtigung der Breite des festen Anschlages an den erwärmten FügestelLen zusammengeführt werden. Während es früher notwendig war, den minimalen Fügeweg plus einer Toleranz aufgrund unterschiedlicher Schweißlängen und unterschiedlicher Anfahrwege vorzusehen, ermöglicht es die vorliegende Erfindung, einen optimalen Fügeweg vorzusehen, da der Schweißvorgang immer aus der einmal angefahrenen Referenzposition gestartet werden kann. Eine besonders vorteilhafte Möglichkeit besteht darin, daß auch mehrere Schweißteile übereinander in einem gemeinsamen Schweißvorgang miteinander ausgerichtet, gehaltert und verschweißt werden können, wobei Schweißfehler von vornherein dadurch vermieden werden, daß die Schweißstücke bzw. Schweißstückgruppen jeweils mit ihren Fügestellen gegen den festen Anschlag gefahren und damit in einer Ebene ausgerichtet werden. Da nach Ausrichtung der Schweißteile, deren Zurückfahren und deren Zusammenführung mit der Plastifizier- und Schmelzeinrichtung, deren Wegführung und das Zusammenschieben der Fügestellen stets über ein und denselben Anfahrweg abläuft, kann auch ein dosierter Anpressdruck aufgegeben werden, der während des Erstarrens der Schweißverbindungsstelle erhalten bleibt.
So werden vorzugsweise die zum abschließenden Zusammenführen der Fügestellen jeweils von den Schweißstücken zurückzulegenden Wege gleichgroß gewählt, d.h. bei zwei Schweißstücken bzw. zwei Schweißstückgruppen, daß jeweils der Anschlag, die Plastifizier- und Schmelzeinrichtung sowie die Schweißverbindung in einer gemeinsamen Ebene liegen, zu der die Schweißstücke zu jedem Zeitpunkt achsensymmetrisch liegen bzw. bewegt werden.
Bevorzugt werden der Anschlag und/oder die Plast i f i zier- und Schmelzeinrichtung senkrecht zu den Wegstrecken liegen, über die die Schweißstücke bewegt werden. Insbesondere bietet sich eine vertikale Führung des Anschlags und/oder der PIastifi&zgr;ier- und Schmelzeinrichtung an. Hierdurch werden für den Anschlag bzw. die Plastifizier- und Schmelzeinrichtung nur betreffende Hubvorrichtungen erforderlich, während die Schweißstückaufnahmen auf horizontal arbeitenden T ransversaIführunge &eegr; bewegt werden. Im einfachsten Falle werden die Plastifizier- und Schmelzeinrichtung und der Anschlag von diametral gegenüberliegenden Seiten her in die gemeinsame Arbeitslage alternierend geführt, die auch gleichzeitig die Position ist, in der die vorbereiteten erwärmten Fügestellen unter Druck zusammengeführt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird bevorzugt mit der im Anspruch 1 beschriebenen Schweißvorrichtung durchgeführt, deren neuen Merkmale darin bestehen, daß ein fester Anschlag vorgesehen ist, der alter-
nierend zu der Plast ifizier- und SchmeLzeinrichtung in die Arbeitsposition bewegbar ist und daß die Schweißstückaufnehmer reibungsarm auf je einer Fahreinheit beweglich angeordnet sind und mit dieser nach Ausrichtung spielfrei verbindbar sind. Diese Schweißvorrichtung hat den Vorteil, daß eingespannte Schweißstücke zunächst gegen einen Anschlag gefahren werden, bevor eine Verbindung mit der Fahreinheit geschaffen wird, die die Führung der Kunststoffschweißstücke bewirkt bzw. den Führungsweg bestimmt.
Vorzugsweise werden Ausgestaltungen der Schweißvorrichtung in den Ansprüchen 2 bis 5 beschrieben.
So sind die Schweißstückaufnehmer mit Kraft- oder Druckaufnehmern bestückt, die die exakte Bestimmung des Anpressdruckes überwachen bzw. ermöglichen.
Die Lagerung der Schweißstückaufnehmer jeweils über Rollen auf der Fahreinheit minimiert die Reibung und schließt ein Verklemmen der Schweißstücke beim Referen &zgr;gang , d.h. bei der Führung zum Anschlag, aus.
Eine exakte Weg- und Geschwindigkeitssteuerung der Fahreinheit wird mittels eines Servo-Motor-Antriebs gewährleistet. Bevorzugt werden die Schweißstückaufnehmer und die Trägerfahreinheiten jeweils horizontal beweglich und die Plastifizier- und Schmelzeinrichtung sowie der Anschlag jeweils vertikal beweglich führbar angeordnet, letztere bevorzugt aus diametral gegenüberliegenden Seiten in die Arbeitsposition.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt, welche eine Schweißvorrichtung 100 in rein schematischer Darstellung zeigt.
Die zu verschweißenden Schweißstücke 10 und 11 sind in Schweißstückaufnahmen 12 und 13 verspannt, was durch Bewegung der im Prinzip bekannten Spannbacken 121 bzw. 131 in Richtung der Pfeile 14 bis vollzogen wird. Die Schweißstückaufnahmen 12 und sind über Rollen 16 bzw. 17 auf einer Fahreinheit 18 bzw. 19 gelagert, die über eine Festste I Ieinheit 181 bzw. 191 verfügt, mit der die Schweißstückaufnahme 12 bzw. 13 fest mit der Fahreinheit 18 bzw. 19 verbunden werden kann. Die Fahreinheit wird über einen nicht dargestellten Servo-Motor-Antrieb bewegt .
Weitere wesentliche Teile der Schweißvorrichtung sind der Anschlag 20 sowie die Schmelz- und Plastifiziereinrichtung 22, beispielsweise ein Heizelement (sog. Schweißspiegel), die in Richtung der Doppelpfeile 23 bzw. 24 vertikal derart führbar sind, daß sie alternierend in die Arbeitsposition gebracht werden können, in der sich der Anschlag 20 gemäß Darstellung befindet oder beide aus dieser Arbeitsposition herausgefahren sind, nämlich dann, wenn die Schweißstücke 10 und 11 zusammengefügt werden.
Die erfindungsgemäße Schweißvorrichtung arbeitet folgendermaßen:
Nachdem die zu verschweißenden Teile 10 und 11 über die Backen 121 und 131 in die Schweißstückaufnahmen 12 und 13 eingelegt und pneumatisch verspannt worden sind, werden die Schweißstückaufnahmen in Richtung des Anschlages 2o (siehe Doppelpfeil 25 bzw. 26) bewegt und gegen diesen Anschlag unter Aufrechterhaltung eines Fügedruckes andrückt. Hierbei klemmen die Feststelleinheiten 181 bzw. 191 die Fahreinheiten 18 bzw. 19 an die Schweißstückaufnahmen 12 und spielfrei an, wonach die Schweißstückaufnahmen 12 und 13 gegenüber den betreffenden Fahreinheiten 18 bzw. 19 nicht mehr relativ zueinander bewegbar sind. Anschließend wird die Fahreinheit 18 bzw. wieder auf die dargestellte Ebene zurückgefahren, die unabhängig von der Länge der Schweißstücke stetes ein und dieselbe Ausgangslage für die nachfolgend beschriebenen Arbeiten definiert. Die Fügezonen 101 und 102 liegen somit stets mit einer Genauigkeit von +/- 0,1 mm genau fest.
Anschließend werden die Fahreinheiten 18 und 19 wieder auf den durch den Anschlag 20 bestimmten Ort zubewegt (siehe Doppelpfeil 27 bzw. 28), allerdings wird währenddessen der Anschlag 20 nach oben verfahren und gleichzeitig an seine Stelle das Heizelement 22 geführt. Die Schweißstücke werden nun in berührendem Kontakt mit dem Heizelement solange gehalten, bis sich die Fügestellen 101 und 102 hinreichend erwärmt haben. Nach dem Ablauf der Anschme I z-Ang I eichzeit fahren die Fahreinheiten 18 und 19 von dem Heizelement 22 zurück, das aus der betreffenden Lage nach unten herausgefahren ist.
Nunmehr fahren die Fahreinheiten 18 und 19 in die Fügeposition und (/erpressen die angeschmolzenen angeglichenen Schweißteile (Fügestellen 101,102) durch Zusammenfahren, wobei die Schweißstücke über eine definierte Fügekraft und eine bestimmte Zeit sowie einen bestimmten Weg - ausgehend vom Referenz-Ausgangspunkt - verpreßt werden. Diese Werte sind in einem sog. Fensterbereich des Kraftaufnehmers (siehe Verbindung 181 bzw. 191) abgespeichert. Nach Erreichen der eingestellten Abkühlzeit löst sich eine der Spannvorrichtungen 121 oder 131 von den nunmehr verschweißten Teilen 10 und 11, und die Fahreinheiten 18 und 19 fahren in die Grundstellung zurück. Der Fügevorgang ist über die Druck- bzw. Kraftaufnehmer überwachbar.
Der Vorteil des geschilderten Verfahrens sowie der Schweißvorrichtung besteht darin, daß Teile mit unterschiedlichen Grundlängen in auch automatisch versorgte Schweißeinrichtungen eingeführt werden können, da ein definierter wiederholbarer Fügeweg geschaffen ist. Der Fügeweg kann auch im Hinblick auf den Anpressdruck optimiert werden, da der eigentliche Schweißvorgang immer aus einer einmal angefahrenen Referenzposition gestartet wird.

Claims (5)

Ansprüche:
1. Schweißvorrichtung mit zwei aufeinander zubewegbaren Schweißstückaufnahmen (12,13) und einer PLastifizier- und Schmelzeinrichtung (22), die relativ zueinander in eine eine Erwärmung der Fügestellen (101,102) der Schweißstücke (10,11) ermöglichende Arbeitsposition verfahrbar sind, dadurch gekennzeichnet,
daß ein fester Anschlag (20) vorgesehen ist, der alternierend zu der Plastifizier- und Schmelzeinrichtung (22) in die Arbeitsposition bewegbar ist und daß die Schweißstückaufnahmen (12,13) reibungsarm auf je einer Fahreinheit (18,19) beweglich angeordnet sind und mit dieser nach Ausrichtung spielfrei verbindbar sind.
2. Schweißvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schweißstückaufnahmen und/oder die Fahreinheiten mit Kraft- oder Druckauf&eegr;ehmer&eegr; bestückt sind.
3. Schweißvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
_aß die Schweißstuekauf nahmen (12,13) jeweils über Rollen (16,17) auf der Fahreinheit (18,19) gelagert sind.
4. Schweißvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Fahreinheit (18,19) einen Servo-Motor-Antrieb besitzt.
5. Schweißvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schweißstückauf nahmen (12,13) und die Trägerfahreinheiten (18,19) jeweils horizontal beweglich und die Plastifizier- und Schmelzeinrichtung (22) und der Anschlag (20) vertikal beweglich führbar sind.
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