DE4211279A1 - Vibrationsschweißmaschine - Google Patents

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.