DE3922066A1 - Vorrichtung und vefahren zur haftbefestigung mindestens eines fuegeteiles - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Haftbefestigung mindestens eines Fügeteiles, das an einem elastisch nachgiebigen, insbesondere aus Kunststoff bestehenden Werkstück befestigt werden soll.

Bei elastisch nachgiebigen, an der von der Fügeseite abge­ kehrten Seite gegen den Fügedruck nicht unmittelbar ab­ stützbaren Werkstücken, wie sie z. B. durch im Extrusions- Blasverfahren hergestellte Kraftstoffbehälter aus Kunst­ stoff, wie höher molekulares Polyäthylen, gebildet sind, ist es schwierig, eine ausreichende Qualität der Verbindung mit dem Fügeteil zu erzielen. Diese Qualität ist jedoch häufig von entscheidender Bedeutung, weil z. B. Kraftstoff­ behälter im Fügebereich undicht werden können. Die Füge­ qualität hängt nicht nur von eventuellen Verformungen des Werkstückes beim Anfügen, sondern auch von Fertigungstole­ ranzen ab, die bei Behältern der genannten Art mit z. B. etwa plus/minus 0,5% sehr groß sind. Es wurde bereits versucht, diese Fertigungstoleranzen mit Hilfe eines Ver­ fahrens und einer Vorrichtung nach der DE-PS 35 37 670 auszugleichen. Dabei wird vor Beginn eines Anwärmvorganges zur Plastifizierung des Werkstückes an der Fügestelle die Position dieser Fügestelle kraftarm abgefragt, und in Abhängigkeit vom Abfrageergebnis wird die Zustellung einer Schweißeinheit sowie des Fügeteiles über Schweißanschläge eingestellt.

Hierbei findet der Umstand keinerlei Berücksichtigung, daß das Werkstück im Bereich der Fügestelle unter dem Druck der Schweißeinheit sowie unter dem Druck des Fügeteiles federnd nachgiebt, also ausweicht, und daß dieses Ausweichen je nach Lage der Fügestelle nicht als Parallelverschiebung, sondern als Kippneigung erfolgt. Das Ausweichen kann auch nicht in Form eines bei gleichartigen Werkstücken konstan­ ten Wertes berücksichtigt werden, weil es z. B. sowohl von der, ebenfalls Fertigungstoleranzen unterworfenen, Wan­ dungsdicke des Werkstückes als auch von dessen Alterungszu­ stand abhängig ist; weniger gealterte Werkstücke sind weicher und geben stärker nach als stärker gealterte Werk­ stücke. Insofern kann mit der bekannten Vorrichtung bzw. nach dem bekannten Verfahren die Fügequalität nicht ver­ bessert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren der genannten Art zu schaffen, mit welchen Nachteile bekannter Lösungen vermieden sind und insbesondere Fügeteile mit konstanter Qualität auch an solchen Werkstücken angebracht werden können, die im Be­ reich der Fügestelle elastisch federnd nachgiebig sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Vorrichtung der genannten Art erfindungsgemäß eine Ausgleichs-Einrichtung zur zumindest teilweisen oder weitestgehenden Eliminierung von Lageänderungen vorgesehen, welche die Fügezone unter den Druckbelastungen hat, die bei mindestens einem den Fügevorgang vorbereitenden Arbeitsgang bzw. beim Fügen selbst auftreten. Mit dieser Einrichtung können ggf. auch gleichzeitig die genannten Fertigungstoleranzen erfaßt und eliminiert werden. Ferner können gesonderte Ausgleichs-Ein­ richtungen einerseits für das Maß der Nachgiebigkeit und andererseits für die Art der Nachgiebigkeit, nämlich z. B. ein eventuelles Kippen der Fügezone, vorgesehen sein.

Zweckmäßig ist die Anordnung so getroffen, daß die Nachgie­ bigkeit der Fügezone nicht, z. B. durch pneumatische Lagesi­ cherung, verhindert, sondern von der jeweiligen Aus­ gleichs-Einrichtung unmittelbar im Bereich der bzw. an der Fügezone erfaßt wird, wobei eine Erfassung durch mechani­ sche Berührung einer berührungslosen Erfassung vorgezogen wird. In jedem Fall kann durch die erfindungsgemäße Ausbil­ dung eine druckbelastende Vorbereitung der Fügestelle für den Fügevorgang sowie die Anpressung des Fügeteiles beim Fügevorgang selbst unbeeinflußt davon vorgenommen werden, ob, wie stark und mit welcher Art von Lageänderung die Fügestelle unter der Druckbelastung nachgiebt.

Es ist zwar denkbar, die erfindungsgemäße Vorrichtung sowie das Verfahren z. B. für Haftbefestigungen durch Kleben, Kaltschweißen oder dgl. vorzusehen, jedoch liegt die bevor­ zugte Anwendung in der Schweißbefestigung, bei welcher die aneinanderzufügenden Flächen sowohl des Werkstückes als auch des Fügeteiles durch Erwärmung auf einer vorbestimmten Tiefe plastifiziert und dann im plastifizierten Zustand auf eine vorbestimmte Tiefe ineinandergepreßt werden, wonach sie zur Verfestigung der Fügezone abgekühlt werden. Die erfindungsgemäße Ausbildung ist auch für Vollquerschnitt- Werkstücke geeignet, die in sich gummielastisch nachgiebig sind.

Gemäß der Erfindung wird zweckmäßig so vorgegangen, daß ein die Lage der Fügestelle des Werkstückes erfassender Lage­ fühler möglichst nahe bei der Fügestelle an der zugehörigen Oberfläche des Werkstückes mit so geringer Kraft angelegt wird, daß diese Kraft nicht zu einer nachgebenden Lageände­ rung der Fügestelle führen könnte. Diese Lageänderung wird stattdessen mit einer gesonderten Vorspann-Einrichtung unter einer Druckbelastung hervorgerufen, die derjenigen eines vorbereitenden Arbeitsganges bzw. des Fügevorganges im wesentlichen gleicht, weshalb die Vorspann-Einrichtung in einfacher Weise unmittelbar durch die Heizeinrichtung gebildet sein kann. Mit dieser Heizeinrichtung wird die Fügestelle des Werkstückes möglichst schlagartig mit einem vorbestimmten Arbeitsdruck so belastet, daß sie eine diesem Arbeitsdruck entsprechende, vorgespannte Ausweichlage einnimmt, die dann von dem Lagefühler als Basiswert erfaßt wird. Ausgehend von diesem Basiswert kann dann der Abtrag der Oberfläche der Fügestelle z. B. durch Abschmelzen bzw. das Eindringen der Fügefläche des Fügeteiles in die Füge­ stelle des Werkstückes erfaßt und automatisch gesteuert werden.

Ist zur Nivellierung bzw. Glättung der meist relativ rauhen bzw. unebenen Oberfläche der Fügestelle des Werkstückes ein vorbereitender Angleichvorgang vorgesehen, bei dem die Füge­ stelle mit einem relativ hohen Anpreßdruck belastet wird, so wird zweckmäßig die nachgegebene Lage zu Beginn dieser Druckbe­ lastung, nämlich bevor der Angleichvorgang selbst begonnen hat, anhand einer der Fügestelle zugehörigen Referenzstelle erfaßt und nach Durchführung des Angleichvorganges die Druckbelastung schlagartig reduziert, so daß nun - ohne daß die den Angleichvorgang ausführende Heizeinheit weiter in die Oberfläche der Fügestelle eindringt - nunmehr die Fügestelle durch Erwärmung auf eine bestimmte Tiefe plasti­ fiziert wird, wobei die Fügestelle unter rückstellender Verformung des Werkstückes die Heizeinheit mitnehmen kann. Während die Höhe des Angleichvorganges von dem Lagefühler gemessen und gesteuert wird, kann der Plastifizierungs- bzw. Anwärmvorgang zeitabhängig gesteuert sein. Die Weg­ messung zu Beginn des Angleichvorganges wird, insbesondere bei hydraulischem Antrieb für die Zustellung der Heizein­ heit, zweckmäßig über einen einstellbaren Druckschalter ausgelöst, der bei Erreichen einer bestimmten Druckbe­ lastung, bei welcher die Fügestelle nicht weiter nachgiebt, auf Wegmessung umschaltet.

Statt der beschriebenen Ausgleichs-Einrichtung oder zusätz­ lich hierzu ist es auch vorteilhaft, eine Ausgleichs-Ein­ richtung vorzusehen, durch welche eventuelle Kipplagen-Än­ derungen der Fügestelle unter Druckbelastung, z. B. beim Angleichvorgang und/oder beim Fügevorgang erfaßt und im wesentlichen eliminiert werden. Dies kann in besonders einfacher Weise dadurch erzielt werden, daß der jeweils druckbelastende Bauteil selbsteinstellend mit Kipplagen-Än­ derungen der Fügestelle mitlaufend ausgebildet, z. B. um eine zur Fügestelle etwa parallele Achse schwenkbar gela­ gert ist. Diese Achse liegt zweckmäßig rechtwinklig zu derjenigen Richtung, in welcher die Fügestelle aufgrund der mechanischen Festigkeitsverhältnisse des Werkstückes die größten Kipplagen-Änderungen ausführen bzw. die stärksten Neigungen einnehmen kann. Der mindestens eine bzw. bevor­ zugt der einzige Lagefühler ist vorteilhaft so angeordnet, daß er im Bereich einer möglichst geringen bzw. der gering­ sten Kippauslenkung der Fügestelle mißt, nämlich z. B. etwa in der zur Oberfläche der Fügestelle etwa rechtwinkligen bzw. zur Zustellrichtung etwa parallelen Axialebene der der Selbsteinstellung dienenden Schwenkachse.

Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zur Haftbefestigung mindestens eines Fügeteiles vorgeschlagen, bei welchem mindestens ein Arbeitsgang, z. B. ein Angleichvorgang oder ein Fügevorgang unter Druckbelastung durchgeführt wird, wobei die Fügestelle zuerst mit einer dieser Druckbelastung etwa entsprechenden Druckbelastung ausgelenkt, die dabei auftretende maximale Auslenklage erfaßt und danach wegab­ hängig der Arbeitsvorgang durchgeführt wird. Dadurch kann der jeweilige Arbeitvorgang unabhängig von der Nachgiebig­ keit der Fügestelle sehr genau durchgeführt werden.

Vorteilhaft wird mit demselben Werkzeug die Fügestelle unter Druck angeglichen als auch im wesentlichen druckfrei plastifiziert, wobei dasselbe Werkzeug auch zur Plastifi­ zierung der Fügefläche des Fügeteiles auf einer vom Werk­ stück abgekehrten Seite dienen kann.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung, insbesondere eines Verfahrens der beschriebenen Art, ergibt sich auch, wenn während des Fügevorganges der hierbei auftretende Fügedruck erfaßt und zum Erhalt eines Prüfwertes zum Füge­ weg in Beziehung gesetzt wird. Dadurch kann das Wegmeß­ system dazu benutzt werden, um die Position des Fügeteiles gegenüber der Fügestelle bzw. dem Referenzpunkt am Ende des Fügevorganges auf ihre Fertigungskonstanz hin zu überprüfen und die entsprechenden Werte für Qualitäts-Sicherungsmaß­ nahmen zu verarbeiten. Die wegabhängige Steuerung des Fügevorganges ist insbesondere bei Ausbildung der Vorrich­ tung als numerisch gesteuerte Vorrichtung möglich, wobei die Maße des Fügeweges, gemessen am Wegnehmer, vorgegeben werden können. Die beim Fügevorgang zur Schmelzverdrängung des plastifizierten Werkstoffes aufzubringende Kraft kann gemessen und zu Qualitäts-Sicherungsmaßnahmen weiterverar­ beitet werden. In diesem Fall würde als Meßeinrichtung ein entsprechender Kraftaufnehmer von der das Fügewerkzeug bewegenden Preßeinheit beeinflußt.

Diese und weitere Merkmale von bevorzugten Weiterbildungen der Erfindung gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzel­ nen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnun­ gen dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in ver­ einfachter Darstellung in Ansicht,

Fig. 2 die Vorrichtung gemäß Fig. 1 in Seitenan­ sicht und

Fig. 3 bis 5 aufeinanderfolgende Arbeitsphasen der Vor­ richtung in Seitenansicht gemäß Fig. 2.

Die Vorrichtung 1 gemäß den Fig. 1 bis 5 weist ein Gestell 2 zur z. B. vertikalen Lagerung eines darunter liegenden Schlittens 3 mit Führungen 4 auf, die Stangenfüh­ rungen sein können. Ein am Gestell 2 angeordneter, z. B. durch einen hydraulischen oder pneumatischen Arbeitszy­ linder gebildeter Antrieb 5 dient zur verschiebbaren Lage­ rung des Schlittens 3. Zwischen dem Antrieb 5 bzw. dessen Kolbenstange und dem Schlitten 3 kann ein Kraftmeßglied bzw. ein Kraftaufnehmer 6 angeordnet sein, über welchen die auf den Schlitten 3 wirkende Druckkraft bzw. Reaktionskraft erfaßt und über eine Signalleitung an eine Steuereinrich­ tung oder dgl. weitergeleitet wird.

An der Unterseite des nach Art eines Preßstempels vorgese­ henen Schlittens 3 ist mit einer Halterung 8 ein Fügewerk­ zeug 7 leicht auswechselbar befestigt. Unterhalb des Füge­ werkzeuges 7 ist gewichtskompensiert eine Heizeinheit 9 einer Heizeinrichtung vorgesehen, die in nicht näher dar­ gestellter Weise seitlich so gegenüber dem Schlitten 3 und dem Fügewerkzeug 7 verschoben werden kann, daß sie in einer Stellung in dessen Arbeitsbereich bzw. unmittelbar darunter und in einer anderen Stellung seitlich außerhalb des Ar­ beitsbereiches liegt.

Die Vorrichtung 1 dient zum Anfügen eines in den Fig. 1 bis 5 strichpunktiert angedeuteten Fügeteiles 11 an einem ebenfalls strichpunktiert angedeuteten Werkstück 10 durch Heizelementschweißen. Das Werkstück 10 ist z. B. ein aus höhermolekularem Polyäthylen zunächst vollständig ge­ schlossen im Extrusions-Blasverfahren hergestellter Tank- Behälter, von dem nach der Formgebung die Abfälle beseitigt wurden, der dann gewogen wurde, wonach mindestens eine Bohrung, Einfüllöffnung oder dgl. ausgeschnitten wurde. Zweckmäßig wird in derselben, nicht näher dargestellten Werkstück-Einspannung, in der auch diese Arbeiten vorgenom­ men wurden, dann das mindestens eine Fügeteil 11 angefügt, der einen gegenüber dem Werkstück 10 wesentlich kleineren Einfüllstutzen, Entlüftungsnippel, eine Halterung zur Befestigung des Tanks oder dgl. bilden kann. Das Fügeteil 11 wird dabei an einer Außenseite einer Wandung 12 des Werkstückes 10 im Bereich einer flächigen Fügestelle 13 haftend befestigt, die z. B. eine Wandungs-Bohrung 14 ring­ förmig und eng umgeben kann. Der Fügestelle 13 ist eine im wesentlichen gleich große Fügefläche 15 an der anzufügenden Seite des Fügeteiles 11 zugeordnet, die mit der Fügestelle 10 im zusammengefügten Zustand die in einer Werkstückober­ fläche 17 liegende Fügeebene 16 bestimmt. Das Fügeteil 11 ist zweckmäßig durch ein Spritzgießteil aus einem ähnli­ chen, schweißbaren Werkstoff wie das Werkstück 10 gebildet. An der Werkstückoberfläche 17 wird möglichst nahe benach­ bart zur äußeren Umfangsbegrenzung der Fügestelle 13 ein möglichst kleinflächiger Referenzpunkt 18 zur relativen Wegmessung zwischen der Fügestelle 13 und der jeweils in Fügerichtung Pfeil 19 in Eingriff mit dieser zu bringenden Werkzeug-Einheit bestimmt.

Die Fügestelle 13 bzw. die Wandung 12 wird z. B. beim Heiz­ element-Schweißen mit etwa rechtwinklig zur Fügeebene 16 gerichteten Schweißdrücken bzw. Schweißkräften belastet, die in der Größenordnung zwischen 3 und 5 kp/cm² liegen. Unter diesen Kräften gibt die Wandung, wie in den Fig. 2, 4 und 5 angedeutet, elastisch in Fügerichtung Pfeil 19 nach, d. h. daß sie in Richtung zu ihrer Innenseite aus­ weicht. Dadurch ändert sie nicht nur ihre Lage gegenüber einer zur Fügerichtung Pfeil 19 etwa rechtwinkligen Bezugs­ ebene des Vorrichtungs-Gestelles 2 in Fügerichtung Pfeil 19, sondern die Fügestelle 13 kann z. B. infolge ihrer unterschiedlichen Abstände zu benachbarten Querwandungen gleichzeitig auch gegenüber dieser Bezugsebene um wenige Winkelgrade in eine Kipplage schwenken, so daß sie nicht mehr in einer zur Zustell- bzw. Fügerichtung Pfeil 19 rechtwinkligen Ebene liegt, sondern sich eine gekippte Schweiß- bzw. Fügeebene 16 ergibt. Zur Kompensation der Nachgebe-Strecke der Fügestelle 13 ist eine Ausgleichs-Ein­ richtung 20 vorgesehen. Diese könnte erfindungsgemäß durch starre Anschläge gebildet sein bzw. solche Anschläge auf­ weisen, die einerseits am Heizelement 9 und andererseits am Fügewerkzeug 7 angeordnet sind und sich im Falle des Heiz­ element-Schweißens am Ende des Angleichvorganges bzw. zu Beginn des Anwärm- oder Plastifizierungsvorganges im Be­ reich der dann größerflächigen Referenzstelle der Werk­ stückoberfläche 17 abstützen, während die Anschläge des Fügewerkzeuges 7 sich darauffolgend in entsprechender Weise an der Referenzstelle abstützen. Dadurch könnte bei beiden Arbeitsvorgängen die Lage der jeweiligen Werkzeug-Einheit gegenüber der Fügestelle 13 unabhängig davon genau festge­ legt werden, wie stark die die Fügestelle 13 aufweisende Wandung 12 nachgibt.

Zweckmäßig weist die Ausgleichs-Einrichtung 20 eine Steuer­ einrichtung 22 auf, die außer vom Kraftaufnehmer 6 vor allem von einer Meßeinrichtung 26 beeinflußt wird, welche mit einem Abfrageglied 27 die Lage des Referenzpunktes 18 unter der genannten Druckbelastung der Wandung 12 und damit auch gleichzeitig eventuelle Toleranzunterschiede in der zur Fügerichtung Pfeil 19 parallelen Werkstückhöhe erfaßt. Das Abfrageglied 27 weist einen gegenüber einer Fühlerhal­ terung 29 in Fügerichtung Pfeil 19 verschiebbaren, z. B. stiftförmigen Lagefühler 28 auf, der mit seinem Ende die Lage der Fügestelle 13 durch mechanische Abtastung des Referenzpunktes 18 erfaßt. Die Fühlerhalterung 29 kann mit dem Schlitten 3 gegen die Fügestelle 13 zustellbar sein, wobei sie dann für die Wegmessung während des Fügevorganges entgegen Fügerichtung Pfeil 19 gegenüber dem Schlitten 3 verstellbar ist. Sie kann aber auch am Gestell 2 verschieb­ bar gelagert sein, so daß sie bis zu Beginn des Angleich­ vorganges mit dem Schlitten 3 gegen die Fügestelle 13 zugestellt wird und dann bis zum Ende des Fügevorganges gegenüber dem Gestell 2 feststeht und der Lagefühler 28 während dieser gesamten Zeit in Eingriff mit dem Referenz­ punkt 18 bleibt.

Die Heizeinheit 9 weist ein flächiges, z. B. mit einer elektrischen Widerstandsheizung betriebenes Heizelement 25 auf, an dessen Unterseite ein wärmeleitendes, plattenför­ miges Heizglied 23 zur Wärmebeaufschlagung der Fügestelle 13 beim Angleichvorgang sowie beim Plastifiziervorgang vorgesehen ist und an dessen Oberseite ein wärmeleitendes, plattenförmiges Heizglied 24 zur Plastifizierung und ggf. zur vorangehenden Oberflächenangleichung der Fügefläche 15 des Fügeteiles 11 angeordnet ist. Die Endlage des für die lagegesicherte Aufnahme des Fügeteiles 11 vorgesehenen Fügewerkzeuges 7 gegenüber dem Heizglied 24 in Fügerichtung Pfeil 19 ist durch Anschläge 30 und Gegenanschläge 31 starr festgelegt, die an den einander zugekehrten Seiten des Fügewerkzeuges 7 und des Heizgliedes 24 nahe benachbart zum Außenumfang der Fügefläche 15 vorgesehen sind. Ggf. könnten die Anschläge 30 des Fügewerkzeuges 7 auch beim Fügevorgang in der beschriebenen Weise die Nachgiebigkeit kompensieren, jedoch sind sie zweckmäßig so angeordnet, daß sie beim Fügevorgang gegenüber dem Werkstück 10 bzw. der Werkstück­ oberfläche 17 berührungsfrei bleiben.

Der Lagefühler 28 wirkt auf einen Wegwandler 35, z. B. einen induktiv arbeitenden Wegaufnehmer, der über eine Signallei­ tung auf dieselbe Steuereinrichtung 22 wie der Kraftaufneh­ mer 6 wirkt. Diese Steuereinrichtung 22 wirkt über eine Steuerleitung auf eine Ventilsteuerung 36 für die Druckbe­ aufschlagung und Druckentlastung des Antriebes 5, wobei diese Ventilsteuerung 36 zweckmäßig Druckproportional- Ventile aufweist, mit denen es möglich ist, die für eine optimale Schweißoperation vorteilhaften unterschiedlichen Drücke und Kräfte für den Angleichvorgang, den Anwärm- bzw. Plastifizierungsvorgang und den Fügevorgang automatisch einzustellen, wobei über eine elektrische Spannung der von einer Druckquelle 37 kommende Druck entsprechend gesteuert wird.

Zum Anfügen eines Fügeteiles 11 an der Fügestelle 13 eines Werkstückes 10 wird das Fügeteil 11 in das Fügewerkzeug 7 eingelegt, wonach die Heizeinheit 9 aus der Stellung gemäß Fig. 3 von einer außerhalb des Lagefühlers 28 liegenden Seite her in seine Arbeitsposition zwischen dem Fügewerk­ zeug 7 und der Fügestelle 13 gebracht wird. Die den Schlit­ ten 3 aufweisende Preßeinheit wird mit dem Fügewerkzeug 7 gegen die Heizeinheit 9 gefahren, die ebenfalls in Füge­ richtung Pfeil 19 bewegbar und zweckmäßig hydraulisch oder pneumatisch betätigt ist.

Die Preßeinheit drückt die Heizeinheit 9 mit einer definierten Angleich-Kraft, die über ein Druckpropor­ tionalventil einstellbar ist, gegen die Fügestelle 13, welche abhängig von dieser Kraft nachgibt, bis ein Gleich­ gewichtszustand erreicht ist. Der Lagefühler 28 setzt beim Zustellen der Preßeinheit auf den Referenzpunkt 18 auf. Bei Erreichen des Gleichgewichtszustandes baut sich im Druck­ system ein Druck auf, der über einen einstellbaren Druck­ schalter zur Auslösung der Wegmessung verarbeitet wird.

Gemessen wird nun der Weg bzw. die Relativbewegung der Heizeinheit 9 gegenüber dem Referenzpunkt 18 der Werk­ stückoberfläche 17 in Zustellrichtung Pfeil 19. Diese Messung erfolgt unabhängig von der Verformung der Wandung 12 während der Kraftaufbringung beim Angleichvorgang. Aus technischen und wirtschaftlichen Gründen wird diese Kraft relativ hoch bemessen, um den Angleichvorgang in möglichst kurzer Zeit durchzuführen.

Das Maß, um welches die Fügestelle 13 beim Angleichvorgang abgeschmolzen wird, wird aufgrund der durch statistische Messungen bestimmten Unebenheiten der Werkstückoberfläche 17 im Bereich der Fügestelle 13 bestimmt und um einen Sicherheitszuschlag von wenigen zehntel Millimetern erhöht, so daß sich z. B. ein Abschmelzmaß von weniger als einem Millimeter, beispielsweise 0,8 mm, ergeben kann. Dieses Abschmelzmaß ist am Wegmeßsystem, nämlich z. B. an der Steuereinrichtung 22, einstellbar.

Hat die Heizeinheit 9 den diesem Abschmelzmaß entsprechen­ den Weg zurückgelegt, so wird der Hydraulikdruck am Propor­ tionalventil umgesteuert, nämlich so reduziert, daß nunmehr die Wärme des Heizgliedes 23 in die tieferen Schichten der Wandung, beispielsweise über etwa einen Millimeter unter Plastifizierung des Werkstoffes eindringen kann, ohne daß die sich dabei bildende Werkstoff-Schmelze verdrängt wird.

Infolge des reduzierten Preßdruckes ist der oben geschil­ derte Gleichgewichtszustand nicht mehr gegeben, und die Fügestelle 13 bzw. die Wandung 12 kehrt unter ihrer Rück­ stellkraft um ein entsprechendes Maß in Richtung zu ihrer entspannten Ausgangslage zurück, bis wiederum ein dem reduzierten Druck entsprechender Gleichgewichtszustand erreicht ist. Hierbei nimmt die Fügestelle 13 die Preßein­ heit mit, während jedoch die Fühlerhalterung 29 gegenüber dem Gestell 2 bzw. der Werkstückaufnahme aufgrund ihrer Anordnung lagefest bleibt, so daß der Lagefühler 28 den Rückstellweg der gegenüber dem Heizglied 23 in diesem Fall nahezu drucklosen Wandung 12 erfassen kann. Trotz des neuen Gleichgewichtszustandes ergibt sich noch ein geringer Nach­ lauf bzw. eine geringe weitere Rückstellung des Werk­ stückes, was ebenfalls vom Wegmeßsystem erfaßt wird.

Da die Fügeteile 11 in der Regel sehr kleine Fertigungsto­ leranzen haben, kann deren Abschmelzmaß beim Angleichvor­ gang der Fügefläche 15 als festes Maß der Wegmessung zuge­ rechnet werden. Der Weg des Fügeteiles 11 gegenüber dem Heizglied 24 während dieses Angleichvorganges ist durch die einstellbaren Anschläge 30, 31 bestimmt, die z. B. durch zur Fügerichtung Pfeil 19 parallele Anschlagschrauben gebildet sein können.

Die Plastifizierung bzw. Anwärmung der Fügestelle 13 bzw. der Fügefläche 15 wird zeitabhängig, z. B. über eine ein­ stellbare Zeituhr gesteuert, wobei über die Dauer der Anwärmzeit sowie über die Temperatur des jeweiligen Heiz­ gliedes 23 bzw. 24 die plastifizierte Tiefe in der Wandung 12 bzw. im Fügeteil 11 bestimmt werden kann. Nach Ablauf dieser Zeit fährt die Preßeinheit aus der Zustell-Lage gemäß Fig. 4 wieder zurück in eine Ausgangslage, und die Heizeinheit 9 fährt quer dazu in einer Schwenkbewegung aus dem Fügebereich in ihre Ausgangsposition gemäß den Fig. 3 und 5.

Nunmehr wird der Hydraulikdruck des Antriebes 5 für die Preßeinheit auf Schweiß- bzw. Fügedruck umgesteuert, d. h. erhöht, so daß das Fügewerkzeug 7 mit dem Fügeteil 11 gegen die Fügestelle 13 aufläuft und unter dieser Kraft gegen die Wandung 12 drückt, wobei die Werkstoff-Schmelzen der Füge­ stelle 13 und der Fügefläche 15 ineinander eindringen. Diese Druckbelastung kann wiederum eine andere Verformung der Wandung 12 bzw. Nachgiebigkeit der Fügestelle 13 als beim Angleichvorgang zur Folge haben, wobei das Maß, um welches die Schmelzen ineinander eindringen, über den Lagefühler 28 erfaßt und durch die Steuerung festgelegt sein kann. Das Wegmeßsystem kann aber auch dazu benutzt werden, um die Position zwischen Fügeteil 11 und Referenz­ punkt 18 auf ihre Fertigungskonstanz hin zu prüfen, insbe­ sondere wenn von einem vorbestimmten Fügedruck ausgegangen wird. Das Fügewerkzeug ist Bestandteil einer Fügeeinrich­ tung 21.

Wie die Fig. 1 bis 5 ferner zeigen, ist zweckmäßig das Fügewerkzeug 7 an der Halterung 8 um eine zur Fügerichtung Pfeil 19 rechtwinklige bzw. zur Fügeebene 16 etwa parallele Schwenkachse 32 an der Halterung 8 selbsteinstellend um wenige Winkelgrade schwenkbar gelagert, wobei die Schwenk­ achse 32 etwa in der Mitte der rechtwinklig zu ihr liegen­ den Erstreckung des Fügewerkzeuges 7 vorgesehen ist. Um eine entsprechende, zur Schwenkachse 32 parallele sowie ebenfalls in der zugehörigen Mittelebene der Heizglieder 23, 24 liegende Schwenkachse 33 ist auch die Heizeinheit 9 bzw. zumindest das Heizglied 23 gegenüber einer nicht näher dargestellten Halterung selbsteinstellend schwenkbar, wobei die beiden Schwenkachsen 32, 33 zweckmäßig möglichst nahe beieinander bzw. im Bereich der einander zugekehrten Seiten des Fügewerkzeuges 7 und der Heizeinheit 9 sowie möglichst nahe bei der Ebene der Fügefläche 15 bzw. bei der Heiz­ fläche des Heizgliedes 23 liegen. Der Lagefühler 28 bzw. der Referenzpunkt 18 sind in Bezug auf die Lage des Füge­ werkzeuges 7 bzw. der Heizeinheit 9 so gewählt, daß sie auf einer von den Schwenkachsen 32, 33 durchsetzten Seite die­ ser Bauteile, vorzugsweise etwa in der zur Fügerichtung Pfeil 19 parallelen gemeinsamen Axialebene der Schwenk­ achsen 32, 33 liegen. Die Lage der Schwenkachsen 32, 33 in Bezug auf das Werkstück 10 bzw. die Wandung 12 wird zweck­ mäßig so gewählt, daß die Schwenkachsen 32, 33 quer bzw. rechtwinklig zu derjenigen Richtung liegen, in welcher die Fügestelle 13 beim Nachgeben die stärkste Kippneigung einnehmen kann.

Wie Fig. 4 zeigt, kann sich das Heizglied 23 beim Angleich­ vorgang selbsteinstellend von der Fügestelle 13 beeinflußt ebenso wie diese schrägstellen, so daß sich ein konstanter spezifischer Anpreßdruck über die gesamte Erstreckung der Fügestelle 13 ergibt. Mit der Heizeinheit 9 wird auch das Fügewerkzeug 7 gleichlaufend schräggestellt, so daß die Relativlage zwischen diesen beiden Bauteilen durch diese Kipplage praktisch nicht beeinflußt wird. In gleicher Weise kann sich beim Fügevorgang gemäß Fig. 5 auch das Fügewerk­ zeug 7 allein selbstnachstellend schrägstellen, so daß auch der Fügedruck zwischen der Fügestelle 13 und der Fügefläche 15 über deren Erstreckung konstant verteilt ist.

Claims (15)

1. Vorrichtung zur Haftbefestigung mindestens eines Füge­ teiles (11) an einem elastisch nachgiebigen Werkstück (10), insbesondere aus Kunststoff, gekennzeichnet durch wenigstens eine Ausgleichs-Einrichtung (20) zur wenig­ stens teilweisen Eliminierung von Lageänderungen der Fügestelle (13) durch elastische Nachgiebigkeit der zugehörigen Werkstückoberfläche (17).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zur Schweißbefestigung des Fügeteiles (11) an einer in einer Fügerichtung (Pfeil 19) und quer zu einer Fügeebene (16) elastisch in unterschiedlichen Relativlagen nachgiebigen, plastifizierbaren Werkstückfläche, insbesondere an einer Hohlkörper-Wandung (12), vorgesehen ist und eine in einer Anstellrichtung gegenüber der Werkstückoberfläche (17) bewegbare Heizeinheit (9) einer Schweiß-Heizeinrichtung zur thermischen Plastifi­ zierung der Fügestelle (13) der Werkstückoberfläche (17) in einer Oberflächen-Angleich- und einer Plastifi­ zierungs-Phase sowie eine Fügeeinrichtung (21) zum Anfügen des Fügeteiles (11) an der plastifizierten Fügestelle (13) in einer Fügephase aufweist, wobei vorzugsweise zur Lagesteuerung der Heizeinheit (9) und/oder der Fügeeinrichtung (21) in Abhängigkeit von einer nachgebenden Lage der Fügestelle (13) eine Steuereinrichtung (22) vorgesehen ist, die zur Lagebe­ stimmung der Fügestelle (13) in einer druckbelasteten Nachgebestellung ein Abfrageglied (27) mit einem die Lage der Fügestelle (13) quer zur Fügeebene (16) wenig­ stens unter Druckbelastung erfassenden Lagefühler (28) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zur Kompensation der Nachgiebigkeit ausgebildete Ausgleichs-Einrichtung (20) von einem Lagefühler (28) beeinflußt ist, der vorzugsweise in der Angleich- bzw. Plastifizierungsphase (Fig. 4) und/oder in der Fügephase (Fig. 5) in Fühllage steht und insbe­ sondere die Werkstückoberfläche (17) unmittelbar be­ nachbart zur Fügestelle (13) in einem Referenzpunkt (18) erfaßt.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lagefühler (28) für die Fügestelle (13) mit einer Heizeinrichtung (9) in Anstellrichtung in seine Fühllage anstellbar, vorzugs­ weise als mechanischer Tast-Fühler, benachbart zur Fügestelle (13) gegen die Werkstückoberfläche (17) anlegbar gelagert ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Vorspann-Einrichtung zur Vorspannung der Werkstückoberfläche (17) in eine Vor­ spannstellung der Fügestelle (13) mit einem im wesent­ lichen in der Größenordnung eines Anlagedruckes der Heizeinrichtung (9) in der Oberflächen-Angleichphase (Fig. 4) liegenden Vorspanndruck, wobei ein Druckglied der Vorspann-Einrichtung insbesondere unmittelbar durch eine Heizeinheit (9) gebildet und vorzugsweise für die Steuereinrichtung (22), die dem mit der Vorspannung nachlaufenden Lagefühler (28) zugeordnet ist, in der Vorspannstellung eine Meß-Ausgangsstellung vorgesehen ist, die insbesondere druckabhängig vom Vorspanndruck ausgelöst ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Meßeinrichtung zur im wesentlichen unmittelbaren Messung einer Abschmelzhöhe im Bereich der Fügestelle (13) des Werkstückes (10) vorgesehen ist, wobei die Meßeinrichtung (26) vorzugs­ weise zur Wegmessung zwischen einem unmittelbar benach­ bart zur Fügestelle (13) liegenden Referenzpunkt (18) der Werkstückoberfläche (17) und einem dieser zugeord­ neten Heizglied (23) der Heizeinrichtung vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine vom relativen Zustellweg zwischen der Heizeinheit (9) und der Werkstückoberflä­ che (17) im Bereich der Fügestelle (13) abhängige Umsteuerung von einem höheren Anlagedruck der Heizein­ heit (9) an der Fügestelle (13) auf einen geringeren Anlagedruck für eine im wesentlichen verdrängungsfreie Plastifizierung der Fügestelle (13) über eine vorbe­ stimmte Querschnittsdicke des Werkstückes (10) in einer Anwärmphase.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine wegabhängige Steuerung des Fügeweges einer Fügeeinrichtung (21) in Abhängigkeit von einem die Werkstückoberfläche (17) im Bereich der Fügestelle (13) erfassenden Wegfühler, insbesondere in Abhängigkeit von dem Lagefühler (28), wobei vorzugswei­ se eine Druckerfassung für den Fügedruck vorgesehen ist.

9. Vorrichtung, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine einer Fügestelle (13) des Werkstückes (10) zugeordnete Heiz­ einheit (9) und/oder ein für die Anfügung des Fügetei­ les (11) vorgesehenes Fügewerkzeug (7) im wesentlichen selbsteinstellend an unterschiedliche Neigungslagen der Fügestelle (13) anpaßbar gelagert, vorzugsweise jeweils um mindestens eine im wesentlichen in einer einzigen, zur Anstellrichtung (Pfeil 19) etwa parallelen Axial­ ebene liegende Schwenkachse (33 bzw. 32) schwenkbar gelagert ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lagefühler (28) bzw. ein der Fügestelle (13) zugeordneter Referenzpunkt (18) im Bereich einer zur Fügestelle (13) benachbarten Zone geringerer Nachgiebigkeit vorgesehen ist, vorzugsweise wenigstens annähernd in der Axialebene (34) der zur Fügeebene (16) etwa parallelen Schwenkachse (32, 33) liegt.

11. Verfahren zur Haftbefestigung mindestens eines Fügetei­ les (11) an einer in Fügerichtung (Pfeil 19) und quer zu einer Fügeebene (16) im Bereich einer Fügestelle (13) druckabhängig elastisch in unterschiedliche Rela­ tivlagen nachgiebigen Werkstückoberfläche (17), die zunächst zur Abgleichung eventueller Unebenheiten der Fügestelle (13) unter Druckbelastung in einem Arbeits­ gang angeglichen sowie dann über eine vorbestimmte Materialtiefe plastifiziert wird und/oder an der das Fügeteil (11), insbesondere mit einer simultan plasti­ fizierten Fügefläche (15), unter Druckbelastung in einem Arbeitsgang angefügt wird, dadurch gekennzeich­ net, daß die Fügestelle (13) zuerst im wesentlichen quer zur Fügeebene (16) unter elastisch nachgiebiger Verformung des Werkstückes (10) ausgelenkt und dann in Abhängigkeit von der Werkstückoberfläche (17) wegabhän­ gig der Arbeitsgang durchgeführt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Arbeitsgang die Oberfläche der Fügestelle (13) unter Rückstellung der zugehörigen Werkstückoberfläche (17) angeglichen und vorzugsweise währenddessen der Weg der Werkstückoberfläche (17) gegenüber einer Heizfläche gemessen bzw. zu einem Steuersignal verarbeitet wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Fügestelle (13) in derselben Richtung wie durch den Druck beim Angleichen der Fügestelle (13) ausgelenkt und vorzugsweise zur Beendigung des An­ gleichvorganges nach einem vorbestimmten Weg zwischen der Werkstückoberfläche (17) und einem Angleichwerkzeug der Druck schlagartig reduziert und mit demselben Werkzeug die Fügestelle annähernd druckfrei plastifi­ ziert wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß während des Anfügens des Fügeteiles (11) dessen Weg gegenüber der Fügestelle zumindest nach der ersten Berührung erfaßt und vorzugsweise ab gegen­ seitiger Berührung von Fügestelle (13) und Fügefläche (15) das Fügeteil um einen vorbestimmten Fügeweg zuge­ stellt wird, wobei insbesondere der Fügedruck erfaßt und zum Erhalt eines Prüfwertes zum Fügeweg in Bezie­ hung gesetzt wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß während des Anfügens das Fügeteil (11) mit einem vorbestimmten Fügedruck an die Fügestel­ le (13) angefügt und dabei der Fügeweg ab gegenseitiger Berührung von Fügestelle (13) und Fügefläche (15) erfaßt und als Prüfwert verwendet wird.