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EINLEITUNG
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Das Vibrationsschweißen ist eine industrielle Technik, durch die eine Vibrationsschweißvorrichtung oder ein -schweißgerät hochfrequente akustische Schwingungen auf Werkstücke ausübt, die unter Druck zusammengehalten werden, um eine Schweißverbindung zu schaffen. Besonders geeignet zum Schweißen sind thermoplastische Werkstücke. Ein Vibrationsschweißvorgang beinhaltet das Anordnen von aneinandergrenzenden oder von einander überlappenden Werkstücken auf einem Nest oder einem Gegenlager und den Einsatz eines Vibrationsschweißgeräts, um hochfrequente Schwingungen zu einer Schnittstelle zwischen den Werkstücken zu lenken. Ein Vibrationsschweißgerät beinhaltet vorzugsweise einen Konverter oder piezoelektrischen Schwinger, einen Booster und eine Sonotrode, auch als Horn bezeichnet. Diese Elemente sind vorzugsweise darauf abgestimmt, mit derselben Ultraschallfrequenz zu schwingen, die beispielsweise 20, 30, 35 oder 40 kHz betragen kann. Der Konverter wandelt ein elektrisches Signal in eine mechanische Schwingung um, der Booster ändert die Amplitude der Schwingung, und die Sonotrode spannt die die Werkstücke zusammen und übt mechanische Schwingungen aus, um die Werkstücke zu verbinden. Ein elektronischer Schwingungsgenerator liefert ein Starkwechselstromsignal mit einer Frequenz, die mit der Resonanzfrequenz übereinstimmt, und wird vorzugsweise durch eine Steuerung gesteuert, welche die Bewegung des Schweißgerät und die Zuführung der Schwingungsenergie steuert. Die Vibration erzeugt Wärme, die örtlich Materialien der Werkstücke aufschmilzt, um eine Schweißverbindung zu bilden.
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DE 10 2014 112 675 A1 beschreibt ein Ultraschall-Schweißsystem zum Zusammenschweißen von zwei Werkstücken, wobei zumindest eines der Werkstücke einen polymeren Verbundwerkstoff aufweist, umfassend einen Energieapplikator, der entlang einer Aktionsachse positionieret ist, sodass im Betrieb Ultraschallschwingungen, die von dem Energieapplikator während einer Schweißroutine übertragen werden.
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WO 2008/ 062 020 A1 beschreibt ein Verfahren zur Montage von Bauteilen, vorzugsweise für Kraftfahrzeuge, und ein Verfahren zur Vorbehandlung für eine Montage eines ersten Bauteils.
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DE 10 2015 109 457 A1 beschreibt eine Ultraschallschweißgerät-Klemme. Eine Vorrichtung zum Fügen von thermoplastischen Werkstücken umfasst ein Ultraschallschweißgerät mit einem Ultraschallschwinger, einem Verstärker und einem Horn, das eine Schweißspitze aufweist. Ein Klemm-Mechanismus ist an dem Ultraschallschweißgerät befestigt und umfasst einen oberen Rahmen, der mit einem Schuh gekoppelt ist. Die Schweißspitze des Horns des Ultraschallschweißgeräts steht in eine Durchbrechung in dem Schuh des Klemm-Mechanismus vor. Der Klemm-Mechanismus übt eine Klemmkraft auf die Werkstücke aus, welche von einer Schweißkraft verschieden ist, die durch das Ultraschallschweißgerät ausgeübt wird, wenn das Ultraschallschweißgerät in Betrieb ist, um thermoplastische Werkstücke zu fügen.
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DE 37 00 981 A1 beschreibt ein Verfahren zum Verbinden von Teilen aus Polyamid durch Friktionsschweißen. Beim Verbinden von Teilen aus Polyamid mittels Friktionsschweißen entstehen Partikel, die aus der Schweißstelle geschleudert werden. Beim Herstellen von Behältern fallen auch Partikel in das Innere solcher Behälter. Wenn im Inneren des Behälters Wände, Rippen oder Kammern angeordnet sind, können diese Partikel nicht oder nur schwer abgesaugt werden. Um zu verhindern, dass weggeschleuderte Partikel in das Innere eines Behälters fallen, ist vorgesehen, dass mindestens eine Schweißfläche an einem solchen Behälter mit einer zähen, bei Wärmeeinwirkung schmelzenden plastischen Masse bedeckt ist, die beim Schweißvorgang in den Spalt zwischen den zu verschweißenden Teilen verdrängt wird und die weggeschleuderten Partikel festhält und/oder aufnimmt.
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KURZDARSTELLUNG
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Ein Verfahren zum Verbinden eines ersten Werkstücks mit einem zweiten Werkstück unter Einsatz eines Vibrationsschweißgeräts wird beschrieben und beinhaltet das Platzieren der ersten und zweiten Werkstücke in einer überlappenden Anordnung und das Einbringen eines Klebstoffs zwischen den angrenzenden Oberflächen der ersten und zweiten Werkstücke. Eine erste Drucklast wird auf eine Stelle für eine Punktschweißstelle im Zusammenhang mit der überlappenden Anordnung der ersten und zweiten Werkstücke ausgeübt, worin die Größe der ersten Drucklast ausreichend ist, um Klebstoff aus der Stelle für eine Punktschweißstelle im Zusammenhang mit der überlappenden Anordnung der ersten und zweiten Werkstücke fortzudrücken, und dann entspannt. Eine zweite Drucklast wird auf die überlappende Anordnung der ersten und zweiten Werkstücke gleichzeitig mit dem Ausüben einer Vibrationserregung durch ein Vibrationsschweißgerät auf die Stelle für die Punktschweißstelle im Zusammenhang mit der überlappenden Anordnung der ersten und zweiten Werkstücke ausgeübt. Die ausgeübte Vibrationserregung wird unterbrochen, und die zweite Drucklast auf die Punktschweißstelle im Zusammenhang mit der überlappenden Anordnung der ersten und zweiten Werkstücke wird für eine daran anschließende Zeitdauer aufrechterhalten.
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Figurenliste
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Im Folgenden werden exemplarisch eine oder mehrere Ausführungen mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben, in welchen Folgendes gilt:
- 1 stellt schematisch eine teilweise seitliche Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Schweißwerkzeugs dar, das so angeordnet ist, dass es einen neuartigen Schweißvorgang ausführt, um eine Überlappverbindung zwischen einem ersten Werkstück und einem zweiten Werkstück gemäß der Offenbarung zu bilden;
- 2 stellt grafisch einen zeitbasierten Betrieb des mit Bezug auf 1 beschriebenen Schweißwerkzeugs während der Ausführung des Vibrationsschweißvorgangs gemäß der Offenbarung dar;
- 3-1, 3-2 und 3-3 stellen schematisch sequenzielle Anordnungen einer Ausführungsform des mit Bezug auf 1 beschriebenen Schweißwerkzeugs beim Ausführen des Vibrationsschweißvorgangs gemäß der Offenbarung dar;
- 4-1, 4-2, 4-3 und 4-4 stellen schematisch sequenzielle Anordnungen einer anderen Ausführungsform des mit Bezug auf 1 beschriebenen Schweißwerkzeugs beim Ausführen des Vibrationsschweißvorgangs gemäß der Offenbarung dar; und
- 5-1, 5-2 und 5-3 stellen schematisch sequenzielle Anordnungen einer anderen Ausführungsform des mit Bezug auf 1 beschriebenen Schweißwerkzeugs beim Ausführen des Vibrationsschweißvorgangs gemäß der Offenbarung dar.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Unter nunmehriger Bezugnahme auf die Zeichnungen, worin die Darstellungen der Veranschaulichung bestimmter beispielhafter Ausführungsformen dienen und nicht dem Zweck selbige einzuschränken, stellt 1 schematisch eine teilweise seitliche Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Schweißwerkzeugs 10 und Schweißsteuerung 60 dar, die angeordnet sind, einen neuartigen Schweißvorgang 62 auszuführen, um eine Überlappverbindung 46 zwischen einem ersten Werkstück 40 und einem zweiten Werkstück 44 zu bilden. Eine Punktschweißstelle 45 wird angezeigt und steht für eine bestimmte Stelle auf dem Teil überlappenden Abschnitt der ersten und zweiten Werkstücke 40, 44, an denen das Werkzeug 10 eine Vibrationsschweißung ausführt, um eine Punktschweißung zu bilden. Die ersten und zweiten Werkstücke 40, 44 können aus Polymerverbundmaterialien hergestellt sein, z. B. thermoplastischen Materialien einschließlich und ohne Einschränkung, Nylon, Polypropylen, Polyethylen, Polystyrol und Polyester, welche mit Glas- oder Kohlenstofffasern verstärkt sein können. Zusätzlich können die ersten und zweiten Werkstücke 40, 44 aus metallischen Stoffen hergestellt sein.
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Die ersten und zweiten Werkstücke 40, 44 werden durch eine Kombination aus einer Vibrationspunktschweißung in Verbindung mit einem Klebstoff 42 verbunden. Die Überlappverbindung 46 kann durch mindestens eine Vibrationspunktschweißung befestigt werden, die durch das Schweißwerkzeug 10 an der Punktschweißstelle 45 durchgeführt wird, und durch den Klebstoff 42, der zwischen den angrenzenden ersten und zweiten Verbindungsflächen 41 bzw. 43 der jeweiligen ersten und zweiten Werkstücke 40, 44 eingebracht wird. Die ersten und zweiten Werkstücke 40, 44 werden miteinander verbunden, indem die ersten und zweiten Werkstücke 40, 44 in einer überlappenden Anordnung platziert werden, wobei der Klebstoff 42 zwischen den angrenzenden Oberflächen davon eingebracht wird, und durch Einsatz des Schweißwerkzeugs 10 zur Ausführung des neuartigen Schweißvorgangs 62 an der Punktschweißstelle 45, um eine Vibrationspunktschweißung zu erzeugen.
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Das Schweißwerkzeug 10 beinhaltet ein Vibrationsschweißgerät 12, eine Spannvorrichtung 14, ein Drucklaststellglied 30 und ein Gegenlager 50, das gemäß der Offenbarung konstruiert sein kann. Das Vibrationsschweißgerät 12 beinhaltet in einer Ausführungsform einen Ultraschallwandler, einen Booster und eine Sonotrode mit einer Schweißspitze 16, und es ist mit einem elektronischen Ultraschallgenerator 20 verbunden, der den Betrieb von jenen steuert. Eine Sonotrode ist eine Vorrichtung, die fähig ist, elektrischen Strom in Ultraschallschwingungen umzuwandeln.
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Schweißenergie wird während des Vibrationsschweißens vom elektronischen Ultraschallgenerator 20 an die Schweißspitze 16 übertragen. Der Vibrationsschweißvorgang beinhaltet, dass das Vibrationsschweißgerät 12 eine Schwingbewegung mit einer Amplitude erzeugt, die sich in einer Größenordnung von einigen Mikrometern bis über hundert Mikrometern bewegt. Die Schwingbewegung wird über die Schweißspitze 16 auf die ersten und zweiten Werkstücke 40, 44 an der Punktschweißstelle 45 in einer Richtung übertragen, die senkrecht zu ihren Oberflächen steht. In einer Ausführungsform ist das Schwingschweißgerät 12 an einem Roboterarm befestigt, welcher die Platzierung Anordnung des Vibrationsschweißgeräts 12 leitet und den elektronischen Ultraschallgenerator 20 aktiviert, damit er die Vibrationsschweißung der ersten und zweiten Werkstücke 40, 44 bewirkt, wenn sie auf dem Gegenlager 50 angeordnet werden. Alternativ kann das Schwingschweißgerät 12 als Teil einer festen Werkzeugeinrichtung eingesetzt werden, wie einer festen automatischen Werkzeugkonfiguration, auf einer Werkbankkonfiguration oder in einer Schweißgerätkonfiguration mit Sockel. Weiterhin kann jede Gerätekonfiguration aus einem einzelnen Vibrationsschweißgerät 12 oder alternativ aus mehreren Vibrationsschweißgeräten 12 bestehen.
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Die Spannvorrichtung 14 kann jede geeignete Vorrichtung oder eine Kombination von Vorrichtungen sein, die dazu konfiguriert sind, eine Klemmkraft 13 auszuüben, um die ersten und zweiten Werkstücke 40, 44 bei der Ausführung des Vibrationsschweißvorgangs 62 sicher an ihrem Platz auf dem Gegenlager 50 zu halten. Die Spannvorrichtung 14 ist vorzugsweise dazu konfiguriert, die Klemmkraft 13 zu liefern, um die ersten und zweiten Werkstücke 40, 44 gegen das Gegenlager 50 zu zwingen, worin die Klemmkraft 13 von anderen Kräften abgekoppelt ist, die auf die ersten und zweiten Werkstücke 40, 44 während der Ausführung des Vibrationsschweißvorgangs 62 ausgeübt werden können.
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Die Schweißsteuerung 60 kann jede Vorrichtung sein, die in der Lage ist, maschinenlesbare Anweisungen auszuführen. Der Begriff Steuerung, Steuereinheit, Prozessor und Ähnliches beziehen sich auf eine oder mehrere Kombinationen anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis(e) (ASIC), elektronische(r) Schaltkreis(e), Zentraleinheiten) wie z. B. Mikroprozessor(en) und diesen zugeordnete nicht-flüchtige Speicherkomponenten in Form von Speicher- und Speichergeräten (Lesespeicher, programmierbarer Lesespeicher, Direktzugriff, Festplatte usw.). Die nicht-transitorische Speicherkomponente ist in der Lage, maschinenlesbare Befehle in der Form einer oder mehrerer Software- oder Firmware-Programme oder -Routinen, kombinatorischen Logikschaltung(en), Eingabe-/Ausgabeschaltung(en) und -vorrichtungen, Signalaufbereitungs- und Pufferschaltungen und anderen Komponenten zu speichern, auf die durch einen oder mehrere Prozessoren zugegriffen werden kann, um eine beschriebene Funktionalität bereitzustellen. Zu den Ein- und Ausgabevorrichtungen und Schaltungen gehören Analog-/Digitalwandler und ähnliche Vorrichtungen, die Sensoreingaben mit einer vorgegebenen Abruffrequenz oder in Reaktion auf ein Auslöseereignis überwachen. Software, Firmware, Programme, Befehle, Steuerroutinen, Code, Algorithmen und ähnliche Begriffe beziehen sich auf sämtliche von einer Steuereinheit ausführbaren Befehlssätze, wie z. B. Kalibrierungen und Wertetabellen. Die Kommunikation zwischen den Steuereinheiten, sowie zwischen die Kommunikation zwischen den Steuereinheiten, Stellgliedern und/oder Sensoren kann über eine Punkt-zu-Punkt-Direktverkabelung, eine Netzwerkkommunikations-Busverbindung, eine drahtlose Verbindung oder eine andere geeignete Kommunikationsverbindung bewerkstelligt werden. Die Kommunikation beinhaltet den Austausch von Datensignalen auf eine beliebige geeignete Art, darunter auch z. B. elektrische Signale über ein leitfähiges Medium, elektromagnetische Signale durch die Luft, optische Signale über Lichtwellenleiter und dergleichen. Datensignale können diskrete, analoge oder digitalisierte analoge Signale beinhalten, die Eingaben von Sensoren und Stellgliedbefehle, sowie Kommunikationssignale zwischen Steuereinheiten darstellen. Der Begriff „Signal“ bezieht sich auf jede physisch wahrnehmbare Anzeige, die Informationen übermittelt und kann jede geeignete Wellenform (z. B. elektrische, optische, magnetische, mechanische oder elektromagnetische) umfassen, wie beispielsweise Gleichstrom, Wechselspannung, Sinuswellen, Dreieckswelle, Rechteckwelle, Vibration und dergleichen, die durch ein Medium laufen können.
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2 stellt grafisch einen zeitbasierten Betrieb einer Ausführungsform des mit Bezug auf 1 beschriebenen Schweißwerkzeugs 10 während der Ausführung einer Ausführungsform des Vibrationsschweißvorgangs 62 dar. Die Zeit 210 ist auf der horizontalen Achse dargestellt, und die Druckkraft 204 sowie die Ultraschallleistung 206 sind auf der vertikalen Achse dargestellt. Vor Einleitung des Vibrationsschweißvorgangs 62 werden die ersten und zweiten Werkstücke 40, 44 in einer überlappenden Anordnung platziert, wobei der Klebstoff 42 zwischen den angrenzenden Oberflächen jener eingebracht ist, und durch Spannvorrichtung 14 am Platz eingespannt.
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Zunächst wird, beginnend am Zeitpunkt 212, eine erste Drucklast 15 durch das Drucklaststellglied 30 ausgeübt, um einen Abschnitt der überlappenden Anordnung der ersten und zweiten Werkstücke 40, 44 gegen das Gegenlager 50 zu pressen, vorzugsweise an der Punktschweißstelle 45. Die Größe und verstrichene Zeit werden für die erste Drucklast 15 so ausgewählt, dass der Klebstoff 42 vor Ausführen des Vibrationsschweißens zur Bildung einer Punktschweißung an der Punktschweißstelle 45 von der Punktschweißstelle 45 fortgedrückt wird. Nach einer angemessenen Zeitdauer wird die erste Drucklast 15 entspannt, wie am Zeitpunkt 214 angezeigt. Nach Entspannung der ersten Drucklast 15 beginnt das Schweißwerkzeug 10 eine zweite Drucklast 19 auf die Punktschweißstelle 45 auszuüben, wie am Zeitpunkt 214 angezeigt. Gleichzeitig wird das Vibrationsschweißgerät 12 so gesteuert, dass es Schweißenergie 17 überträgt, die durch einen elektronischen Ultraschallgenerator 20 zur Schweißspitze 16 erzeugt wird, welche auf das erste Werkstück 40 an der Punktschweißstelle 45 aufgesetzt wird. Dies wird als an Zeitpunkt 216 beginnend angezeigt. Das Vibrationsschweißgerät, 12 überträgt die Schweißenergie 17 für eine vorgegebene Zeitdauer und hört dann auf, was an Zeitpunkt 218 angezeigt ist. Die zweite Drucklast 19 kann in einer rampenförmigen Weise auf die Punktschweißstelle 45 ausgeübt werden, sodass die Größe der zweiten Drucklast 19 über eine vorgegebene Zeitperiode zunimmt. Die zweite Drucklast 19 erreicht ihre maximale Größe vorzugsweise, wenn das Vibrationsschweißgerät 12 aufhört, die Schweißenergie 17 zu übertragen, wie an Zeitpunkt 218 angezeigt. Die zweite Drucklast 19 wird für eine nachfolgende Zeitspanne auf einem bestimmten Pegel der Druckbelastung aufrechterhalten, jedoch unter stetiger Entspannung, wie dargestellt. Die Größen der ersten und zweiten Drucklasten 15, 19 und die Zeitintervalle sind anwendungsspezifisch.
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3-1, 3-2 und 3-3 stellen schematisch sequenzielle Anordnungen des Vibrationsschweißvorgangs 62, wie er von einer Ausführungsform des mit Bezug auf 1 beschriebenen und durch Element 310 angezeigten Schweißwerkzeugs 10 durchgeführt wird. Das Schweißwerkzeug 310 beinhaltet das Vibrationsschweißgerät 320 und das Gegenlager 350, die angeordnet sind, den Vibrationsschweißvorgang 62 an den ersten und zweiten Werkstücken 40, 44 durchzuführen, welche in einer überlappenden Anordnung platziert sind, wobei der Klebstoff 42 zwischen deren angrenzenden Oberflächen eingebracht ist. 3-1 stellt schematisch die überlappende Anordnung der ersten und zweiten Werkstücke 40, 44 dar, wobei der Klebstoff 42 dazwischen eingebracht ist und sie zwischen dem Vibrationsschweißgerät 320 und dem Gegenlager 350 befestigt sind. Die Punktschweißstelle 45 ist ebenfalls dargestellt. 3-2 stellt schematisch das Ausüben der ersten Drucklast 315 auf die überlappende Anordnung der ersten und zweiten Werkstücke 40, 44 an der Punktschweißstelle 45 dar. In dieser Ausführungsform wird die erste Drucklast 315 an der Punktschweißstelle 45 durch das Vibrationsschweißgerät 320, vorzugsweise über dessen Schweißspitze, ausgeübt und dann entspannt. 3-3 stellt schematisch das Ausüben der Schweißenergie 317 und der zweiten Drucklast 319 auf die überlappende Anordnung der ersten und zweiten Werkstücke 40, 44 an der Punktschweißstelle 45 dar. In dieser Ausführungsform werden die Schweißenergie 317 und die zweite Drucklast 319 durch das Vibrationsschweißgerät 320 an der Punktschweißstelle 45 ausgeübt.
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4-1, 4-2, 4-3 und 4-4 stellen schematisch sequenzielle Anordnungen des Vibrationsschweißvorgangs 62 dar, wie er von einer anderen Ausführungsform des mit Bezug auf 1 beschriebenen und durch Element 410 angezeigten Schweißwerkzeugs 10 durchgeführt wird. Das Schweißwerkzeug 410 beinhaltet ein Vibrationsschweißgerät 420, ein Drucklaststellglied 430 und Gegenlager 450. In dieser Ausführungsform ist das Drucklaststellglied 430 eine Vorrichtung, die mechanisch und steuerbar vom Vibrationsschweißgerät 420 getrennt ist. Das Schweißwerkzeug 410 ist angeordnet, den Vibrationsschweißvorgang 62 an den ersten und zweiten Werkstücken 40, 44 durchzuführen, welche in einer überlappenden Anordnung platziert sind, wobei der Klebstoff 42 zwischen deren angrenzenden Oberflächen eingebracht ist. 4-1 stellt schematisch die überlappende Anordnung der ersten und zweiten Werkstücke 40, 44 dar, wobei der Klebstoff 42 dazwischen eingebracht ist und sie zwischen den Drucklaststellglied 430 und dem Gegenlager 450 befestigt sind. Die Punktschweißstelle 45 ist ebenfalls angegeben. 4-2 stellt schematisch das Ausüben der ersten Drucklast 415 auf die überlappende Anordnung der ersten und zweiten Werkstücke 40, 44 an der Punktschweißstelle 45 dar. In dieser Ausführungsform wird die erste Drucklast 415 durch das Drucklaststellglied 430 ausgeübt und dann entspannt. 4-3 stellt schematisch die überlappende Anordnung der ersten und zweiten Werkstücke 40, 44 an der Punktschweißstelle 45 dar, nachdem die erste Drucklast 415 durch das Drucklaststellglied 430 ausgeübt und entfernt wurde. 4-4 stellt schematisch das Ausüben der Schweißenergie 417 und der zweiten Drucklast 419 auf die überlappende Anordnung der ersten und zweiten Werkstücke 40, 44 an der Punktschweißstelle 45 dar. In dieser Ausführungsform werden die Schweißenergie 417 und die zweite Drucklast 419 durch das Vibrationsschweißgerät 420 an der Punktschweißstelle 45 ausgeübt.
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5-1, 5-2 und 5-3 stellen schematisch sequenzielle Anordnungen des Vibrationsschweißvorgangs 62, wie er von einer Ausführungsform des mit Bezug auf 1 beschriebenen und durch Element 510 angezeigten Schweißwerkzeugs 10 durchgeführt wird. Das Schweißwerkzeug 510 beinhaltet das Drucklaststellglied 530, das mit dem Vibrationsschweißgerät 520 und das Gegenlager 550 integriert ist, welche angeordnet sind, den Vibrationsschweißvorgang 62 an den ersten und zweiten Werkstücken 40, 44 durchzuführen, welche in einer überlappenden Anordnung platziert sind, wobei der Klebstoff 42 zwischen deren angrenzenden Oberflächen eingebracht ist. 5-1 stellt schematisch die überlappende Anordnung der ersten und zweiten Werkstücke 40, 44 dar, wobei der Klebstoff 42 dazwischen eingebracht ist und sie zwischen den Drucklaststellglied 530 und dem Gegenlager 550 befestigt sind. Die Punktschweißstelle 45 ist ebenfalls angegeben. 5-2 stellt schematisch das Ausüben der ersten Drucklast 515 auf die überlappende Anordnung der ersten und zweiten Werkstücke 40, 44 an der Punktschweißstelle 45 dar. In dieser Ausführungsform wird die erste Drucklast 515 durch das Drucklaststellglied 530 ausgeübt und dann entspannt. 5-3 stellt schematisch das Ausüben der Schweißenergie 517 und der zweiten Drucklast 519 auf die überlappende Anordnung der ersten und zweiten Werkstücke 40, 44 an der Punktschweißstelle 45 dar. In dieser Ausführungsform wird die Schweißenergie 517 durch das Vibrationsschweißgerät 520 an der Punktschweißstelle 45 ausgeübt, und die zweite Drucklast 519 wird durch das Drucklaststellglied 530 ausgeübt.
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Der hierin beschriebene Vibrationsschweißvorgang 62 erleichtert die Entwicklung einer überlappenden Verbindung zwischen polymeren Werkstücken, welche die Verwendung eines Klebers in Kombination mit einem oder mehreren Schweißpunkten beinhaltet. Der Klebstoff kann entweder auf eine von beiden oder beide der ersten und zweiten Verbindungsflächen 41 bzw. 43 der jeweiligen ersten und zweiten Werkstücke 40, 44 vor dem Vibrationsschweißen aufgetragen werden. Der Vibrationsschweißvorgang 62 verwendet Druckkräfte, um den Kleber vor dem Ausführen des Vibrationsschweißens zu Bildung einer Punktschweißung an der Punktschweißstelle 45 von der Punktschweißstelle 45 fortzudrücken. Die kontinuierliche Klebeverbindung dient dazu, die Leistung der Verbindung zu verbessern, die Struktursteifigkeit zu erhöhen, die Verbindungslinie abzudichten und Geräusche und Schwingungen zu reduzieren. Die Klebeverbindung verstärkt die Punktschweißung und reduziert somit die darauf lastende Beanspruchung. Weiterhin setzt(-en) die Punktschweißung(en) die Ausrichtungsgeometrie des ersten Werkstücks 40 in Beziehung zum zweiten Werkstück 44, wodurch die Notwendigkeit einer zusätzlichen Befestigung während des Aushärtens des Klebers entfällt. Das resultierende Arbeitsprodukt, das die ersten und zweiten Werkstücke 40, 44 beinhaltet, kann durch das übrige Karosseriemontageverfahren weiterbefördert werden, während der Klebstoff aushärtet.
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Insgesamt beinhaltet das hierin beschriebene Vibrationsschweißgerät 12 einen integrierten Spannmechanismus, der Einspannkräfte bereitstellt, die von den Kräften, welche vom Schweißhorn auf das Werkstück ausgeübt werden, separiert werden können. Dies ermöglicht dem Ultraschallschweißhom, die Ultraschallenergie innerhalb einer Schweißzone zu konzentrieren und erhöht den Wirkungsgrad des Vibrationsschweißens. Ein derartiger Vorgang vermindert den Strombedarf und die erforderliche Größe des Schweißgeräts und seines zugehörigen Generators. Dies überwindet auch die Trägheit und vermeidet das Umlenken von Einspannenergie, um das Vibrieren eines Werkstücks durch Resonanz mit dem Horn zu minimieren. Die Integration des Spannmechanismus in das Schweißgerät, vereinfacht Fertigungsmittel und Befestigung und ermöglicht eine integrierte Kühlung des Horns und der Werkstücke. In der Verfestigungs- oder Haltestufe, nachdem die Ultraschallschwingungen beendet sind, zieht sich das Horn von der Kontaktfläche der Werkstücke zurück, während der Spanner fortfährt, eine Klemmkraft auf die Werkstücke auszuüben, und damit den Werkstücken ermöglicht, sich zu konsolidieren. Ein derartiges frühzeitiges Zurückziehen des Horns reduziert oder eliminiert das Auftreten einer Wärmeübertragung zwischen dem Horn und den Werkstücken und erleichtert das Wärmemanagement des Horns. Insofern wird die Qualität der Vibrationsschweißung verbessert, und die Komplexität der Fertigungsmittel sowie die Schweißgerätleistung können reduziert werden.
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Der Vibrationsschweißvorgang 62 kann als Steuerroutine ausgeführt werden, die als ein System implementiert werden kann, welches Computerprogramme in Form eines Moduls, Segments oder Abschnitt eines Codes beinhaltet, die eine oder mehrere ausführbare Anweisungen zur Umsetzung der festgelegten logischen Funktion(en) beinhalten, oder er kann durch hardwarebasierte Spezialzwecksysteme implementiert werden, welche die festgelegten Funktionen bzw. Vorgänge oder Kombinationen von Spezialzweckhardware- und Computeranweisungen durchführen. Diese Computerprogrammanweisungen können auch in einem computerlesbaren Medium gespeichert sein, das eine Steuerung oder eine andere programmierbare Datenverarbeitungsvorrichtung steuern kann, um in einer bestimmten Art und Weise zu funktionieren, sodass die im computerlesbaren Medium gespeicherten Befehle einen Herstellungsartikel erzeugen, einschließlich Anweisungen, die die Funktion/den Vorgang, die/der in dem Flussdiagramm und/oder Blockdiagrammblock oder Blöcken angegeben ist, implementieren.
