DE4211279A1 - Vibrationsschweißmaschine - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vibrationsschweißmaschine zum
Verschweißen von Bauteilen aus thermoplastischem Kunststoff
mittels Reibungswärme gemäß dem Oberbegriff des Patent
anspruchs 1.
Die Erfindung geht von einer bekannten Vibrationsschweiß
maschine aus (DE 25 39 167 C3), bei der die angetriebene
Fassung, nämlich eine Aufspannplatte und das Oberwerkzeug,
sowie die Schwinger mit den Vibrationsplatten an einem Ende
von Federn befestigt sind und die gegenüberliegenden Enden
der Federn mit einer Brücke verbunden sind, die die Elektro
magnetspulen der Antriebe trägt und die über Schwingungs
dämpfer an einem ortsfesten Träger, nämlich einem Maschinen
gestell abgestützt ist. Die Brücke zusammen mit den Elektro
magnetspulen bildet eine sogenannte äußere Masse und die
angetriebene Fassung zusammen mit den Schwingankern eine
sogenannte innere Masse. Die beiden Massen und die Feder
konstante der Federn bilden hierbei ein mechanisches Reso
nanzsystem. Die Massen werden in eine lineare Schwingung
versetzt, wobei die innere Masse die erforderliche Ampli
tude für die Verschweißung erzeugt. Die Rückstellkraft der
Federn garantiert die Ausgangsposition von plus/minus Null,
so daß nach Abschalten des Antriebes die Federn in die Aus
gangsposition zurückkehren und damit ein paßgerechtes Ver
schweißen erfolgt. Die ortsfeste Fassung ist an einem Hub
tisch befestigt, so daß die zu verschweißenden Teile durch
eine Aufwärtsbewegung des Hubtisches in Kontakt gelangen und
dadurch auch der erforderliche Schweißdruck aufgebracht
wird. Eine derartige Vibrationsschweißmaschine ist im
Branson Handbuch "Vibrationsschweißtechnik" erläutert.
Physikalisch gesehen bedingt die Schwingung der angetriebe
nen Fassung eine Gegenschwingung der Brücke. Indem man die
Masse der Brücke möglichst groß wählt, sucht man die Gegen
schwingung möglichst klein zu halten, da diese Gegenschwin
gung letztlich vom ortsfesten Träger aufgenommen werden muß,
so daß entsprechende Dämpfungselemente zwischen der Brücke
und dem Maschinenrahmen vorgesehen sind. Da außerdem die
angetriebene Fassung zur genauen Positionierung der zu ver
schweißenden Kunststoffteile zueinander eine sehr genaue
Lage einhalten soll, sind verhältnismäßig harte Dämpfungs
elemente nötig. Dies bedingt dann aber ein gewisses Mit
schwingen des Maschinenrahmens und außerdem den Verlust
eines Teils der Anregungsenergie. Außerdem bedingt ein hohes
Gewicht der Brücke eine entsprechend starke Auslegung des
Maschinenrahmens.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Vibra
tionsschweißmaschine der eingangs geschilderten Art so wei
terzubilden, daß ein Mitschwingen des Maschinenrahmens weit
gehend vermieden wird. Die genannte Aufgabe ist erfindungs
gemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Erfolgt erfingungsgemäß die Befestigung der angetriebenen
Fassung am ortsfesten Träger bzw. dem Maschinenrahmen im
Bereich der Schwingungsknoten, so werden die Schwingungen
der angetriebenen Fassung nicht mehr auf den Maschinenrahmen
übertragen. Das die Federn haltende Bauteil kann deshalb
fest mit dem Maschinenrahmen verbunden werden, so daß sich
eine gute Lagefixierung und eine sehr genaue Positionierung
der zu verschweißenden Teile ergibt. Die zur Erzeugung und
Aufrechterhaltung der Schwingung benötigte Energie ist
geringer, da keine Energie über den ortsfesten Träger
verloren geht.
Für die konstruktive Ausgestaltung der Vibrationsschweiß
maschine ergeben sich mehrere Möglichkeiten. So können die
Federn so ausgestaltet sein, daß ihre Befestigung an einem
ortsfesten Bauteil zwischen ihren einander gegenüberliegen
den Enden ermöglicht ist, die Befestigung an einem orts
festen Bauteil erfolgt also erfindungsgemäß in einer Ebene
des Federnpaketes, in dem die Schwingungsknoten der Linear
schwingung liegen. Dabei ist die angetriebene Fassung zu
sammen mit den Ankern bzw. Vibrationsklappen der elektro
magnetischen Schwingspulenantriebe an den einen Enden der
Federn und die zugehörigen Antriebsspulen an den gegenüber
liegenden Enden der Federn befestigt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Maschine sind zwei
Federsätze vorgesehen, die zueinander symmetrisch ausgebil
det sind, wobei die einander zugekehrten Enden der beiden
Federsätze an einem ortsfesten Bauteil befestigt sind. Bei
symmetrischer Auslegung der Federsätze ist es zweckmäßig,
die beiden schwingenden Massen, nämlich die angetriebene
Fassung mit den Ankern einerseits und die Antriebsspulen
nebst Brücke andererseits gleich groß zu wählen. Gegenüber
der eingangs geschilderten Vibrationsschweißmaschine kann
dann bei gleicher Masse der angetriebenen Fassung die Gegen
masse um den Faktor 5 bis 9 verkleinert werden. Damit ergibt
sich eine leichtere Konstruktion des Maschinenrahmens sowie
der Halterung für den Hubtisch bzw. der ortsfesten Fassung.
Außerdem ist die Herstellung der Federn vereinfacht, da es
sich um jeweils gleiche Bauteile handelt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist anhand der
einzigen Figur der Zeichnung näher erläutert, in der eine
Vibrationsschweißmaschine schematisch dargestellt ist.
Ein U-förmiges Maschinengestell 1 weist eine Strebe 2 auf,
an der zwei Federsätze 3 und 4 in symmetrischer Auslegung
befestigt sind. Der obere Federsatz 3 trägt eine Brücke 5,
an deren Enden elektromagnetische Schwingspulen 6 befestigt
sind. Die Arme der Brücke 5 erstrecken sich mit Spiel durch
Öffnungen 7 in der Strebe 2. Der untere Federsatz 4 trägt
die zu den Antriebsspulen 6 gehörenden Schwinganker 8 sowie
eine angetriebene Fassung 9 für ein Werkstück 10 aus thermo
plastischem Kunststoff, das in eine hin- und hergehende
Schwingung in Pfeilrichtung 11 versetzt werden soll.
Das mit dem Werkstück 10 zu verschweißende Werkstück 12 ist
auf einem Hubtisch 14 aufgespannt, der im Maschinenrahmen 1
auf nicht dargestellte Weise geführt ist und in Pfeilrich
tung 14 höhenverstellbar ist. Nach dem Einsetzen der zu
verschweißenden Werkstücke 10 und 12 in die angetriebene
Fassung bzw. auf den Hubtisch wird dieser zugestellt, bis
die Werkstücke in Berührung gebracht werden und dabei ein
bestimmter Schweißdruck aufgebracht wird.
Wird dann der elektromagnetische Antrieb 6, 8 eingeschaltet,
so wird die angetriebene Fassung 9 in Pfeilrichtung 11 in
Schwingungen versetzt, bis die erforderliche Schmelztempe
ratur durch Reibung in der Fügezone erzeugt wird.
Durch die symmetrische Auslegung der beiden Federsätze 3 und
4 wird eine Linearschwingung erzwungen, bei der die Schwin
gungsknoten in einer Ebene liegen, in der die Befestigung
der Federsätze an der Strebe 2 erfolgt. Es schwingt also
nicht nur die angetriebene Fassung 9 in Pfeilrichtung 11,
sondern in gleichem Maße auch die Brücke 5 mit den Antriebs
spulen 6 in Pfeilrichtung 16. Dabei sind die Schwingungen
der angetriebenen Fassung 9 und der Brücke 5 gegenphasig.
Die Schwingungsamplitude ist bei symmetrischer Auslegung und
jeweils gleicher Masse ebenfalls annähernd gleich groß.
Die beiden in dem Ausführungsbeispiel dargestellten über
einander angeordneten Federsätze sind Teil einer Gesamt
federanordnung, bei der die Enden der Federn linear
schwingen und in einer Ebene zwischen den Federenden die
Schwingungsknoten liegen, in deren Bereich die Befestigung
am Maschinenrahmen 1 erfolgt. Somit sind verschiedene
Ausführungsformen der Federn möglich, die für eine Befe
stigung bzw. Halterung im Bereich der Schwingungsknoten
geeignet sind, während die Enden schwingungsfähig sind.
In der dargestellten Ausführungsform ist die Strebe 2 mit
dem Maschinenrahmen 1 fest verbunden. Zum Dämpfen von in die
Strebe 2 eingeleiteten Restschwingungen können Dämpfungs
elemente vorgesehen sein, mit denen die Strebe 2 am Rahmen 1
abgestützt ist. Zusätzlich oder anstelle solcher Federele
mente (Schwingmetallpuffer) kann der Maschinenrahmen am
Fundament ebenfalls über Schwingungsdämpfer abgestützt sein.
Dadurch ändert sich die Wirkungsweise der Vibrationsschweiß
maschine nicht.
Claims (7)
1. Vibrationsschweißmaschine zum Verschweißen von
Bauteilen aus thermoplastischem Kunststoff mittels Reibungs
wärme, bei der die Bauteile in gegeneinander bewegbaren
Fassungen einspannbar sind, zum Befestigen einer angetriebe
nen Fassung Federn vorgesehen sind, die in der Ebene der
Schwingungsbewegung nachgiebig und in einer zur Schwingungs
ebene senkrechten Richtung starr ausgebildet sind, und bei
der zum Erzeugen der Schwingungsbewegung mindestens ein
elektromagnetischer Schwingungsgeber vorgesehen ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die gestellseitige Befestigung
der Federn an einem ortsfesten Träger in oder nahe einer
Ebene erfolgt, in der die Schwingungsknoten der Schwingungs
bewegung liegen.
2. Vibrationsschweißmaschine nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die einen Enden der Federn mit einem die
Antriebsspulen (6) tragenden Bauteil (5) und die gegenüber
liegenden Enden der Federn mit den Ankern (8) und der ange
triebenen Fassung verbunden sind und die Befestigung der
Federn am ortsfesten Träger zwischen den Enden im Bereich
der Schwingungsknoten vorgesehen ist.
3. Vibrationsschweißmaschine nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß bei symmetrischer Auslegung der
Federn die Massen der an den jeweiligen Federenden
befestigten Bauteile gleich gewählt sind.
4. Vibrationsschweißmaschine nach einem der Ansprüche
1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn (3, 4) in
zwei Federsätzen unterteilt sind und die einander zuge
kehrten Enden jedes Federsatzes an dem ortsfesten Träger
befestigt sind.
5. Vibrationsschweißmaschine nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Federn (3, 4) jeweils gleich und
zueinander symmetrisch ausgebildet sind.
6. Vibrationsschweißmaschine nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet, daß der ortsfeste Träger eine Quer
strebe (2) des Maschinenrahmens (1) ist.
7. Vibrationsschweißmaschine nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, daß Dämpfungselemente zwischen der Quer
strebe (2) und dem Maschinenrahmen (1) und/oder am
Maschinenrahmen vorgesehen sind.
Priority Applications (2)
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Publications (1)
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Country Status (1)
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