DE69729025T2

DE69729025T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Feststellen des Kollaps von Kunststoffgegenständen

Info

Publication number: DE69729025T2
Application number: DE69729025T
Authority: DE
Inventors: David A. Waterbury Grewell
Original assignee: Emerson Electric Co
Current assignee: Emerson Electric Co
Priority date: 1996-07-03
Filing date: 1997-06-20
Publication date: 2004-09-09
Anticipated expiration: 2017-06-21
Also published as: EP0816054B1; CA2206906C; EP0816054A3; CA2206906A1; US5788791A; DE69729025D1; JPH1071651A; JP4004592B2; EP0816054A2

Description

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Gerät zum Verarbeiten von Kunststoffteilen und insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren und ein Gerät zum akkuraten Überwachen des Zusammensinkens eines thermoplastischen Werkstücks während des Verarbeitens, wie Schweißen oder Stauchen, unter Verwendung von Schwingungsenergie in dem Schall- oder Ultraschallfrequenzbereich oder einer anderen Energie, die zu diesem Zweck geeignet ist.
Wenn ein Werkstück, dass zwei thermoplastische Teile umfasst, in einem Schwingungsschweißgerät oder in einem Ultraschallschweißgerät geschweißt wird, werden die zwei Teile entlang einer herkömmlichen Schnittstellenoberfläche zusammengebracht. Während die zwei Teile sich in kraftschlüssigem Kontakt entlang dieser Schnittstellenoberfläche befinden, werden Schall- oder Ultraschallschwingungen auf zumindest eines der Teile aufgebracht und die daraus resultierende Dissipation der Schwingungsenergie verursacht ein Aufweichen und Fließen des thermoplastischen Materials entlang der Schnittstellenoberfläche. Nach dem Stoppen der Schwingungsenergie verfestigt sich das aufgeweichte Material und stellt so eine Schweißung bereit, welche die Teile verbindet. Der Anbinden- oder Befestigen-Prozess ist sehr ähnlich darin, dass ein aufrecht stehender, thermoplastischer Bolzen neugeformt wird an dessen oberen Ende als Folge des Aufbringens von Schwingungsenergie, um einen Kopf zu formen oder das aufgeweichte Material wird dazu gebracht zu fließen und eine Ausnehmung aufzufüllen und dadurch zwei Teile miteinander zu befestigen.
Das Aufweichen und Fließen von thermoplastischem Material während einer solchen Verarbeitung verursacht eine Reduzierung der Höhe des Werkstücks, im Allgemeinen als Zusammensinken bezeichnet, um eine verringert Höhe des verarbeiteten Werkstücks zu verursachen. In vergangener Zeit hat die dimensionale Einheit von Werkstücken, die so verarbeitet wurden, eine wachsende Bedeutung erfahren, wie aus dem US-Patent Nr. 4,631,685, erteilt an David A. Peter mit dem Titel „Verfahren und Gerät für Ultraschall-Kunststoffformung und -Verbindung" deutlich wird. Dieses Patent offenbart ein Verfahren und ein Gerät, wobei das Zusammensinken des Werkstücks, welches in einem Ultraschallgerät geschweißt wird, geprüft wird und falls das Zusammensinken innerhalb bestimmter Grenzen liegt, wird das Werkstück akzeptiert und falls das Zusammensinken außerhalb der bestimmten Grenzen liegt, wird das Werkstück nicht akzeptiert. Es wird deutlich, dass in dieser Anordnung gemäß dem Stand der Technik die Bestimmung eines akzeptablen oder zurückzuweisenden Werkstücks durchgeführt wird, nachdem das Werkstück fertig bearbeitet ist.
Die vorliegende Erfindung offenbart Mittel zur Steuerung/Prüfung (controlling) des Zusammensinkens des Werkstücks während des Verarbeitens und verbessert dadurch die dimensionale Einheit von geschweißten oder gestauchten Werkstücken. Das Verarbeitungs-Prüf-Verfahren, welches hiernach offenbart ist, hat an größerer Bedeutung gewonnen, dadurch, dass neuste Entdeckungen ergeben haben, dass die Schweißstärke eines thermoplastischen Werkstücks, das in einem Ultraschallschweißgerät verbunden wurde, durch Variieren der Bewegungs-Amplitude des Elektrodenarms während des Schweiß-Zeitintervalls verbessert wird; siehe US-Patent Nr. 5,435,863, datiert auf den 25. Juli 1995, ausgestellt auf Jeffrey L. Frantz, oder durch Variieren der aufgebrachten Kraft während eines solchen Intervalls. Die Änderung der Amplitude oder der Kraft wurde als Amplitudenprofilierung beziehungsweise Kraftprofilierung bezeichnet.
Untersuchungen haben enthüllt, dass das Zusammensinken eines thermoplastischen Werkstücks während eines solchen Verarbeitens zwei Komponenten umfasst, nämlich das gegenwärtige oder wahre Zusammensinken des Werkstücks als Ergebnis des Schmelzens und Fließens des thermoplastischen Materials und die Kraft, abhängig von dem Nachgeben oder dem relativen Versatz der Druckteile, das heißt den stationären Teil und den bewegbaren Teil, innerhalb derer das Werkstück während des Verarbeitens begrenzt ist.
Zum Beispiel umfasst ein Ultraschallschweißgerät, auch bekannt als Presse, einen stationären Träger oder eine stationäre Basis und eine aufrechtstehende Säule, entlang derer ein bewegbarer Wagen fest gesichert ist. Der Wagen umfasst einen auf ein Druckmittel ansprechenden, mittel eines Kolben bewegbaren Schlitten, welcher einen elektroakustischen Wandler unterstütz, an welchem ein Zwischenelektrodenarm (Start-Elektrodenarm – booster Korn) und ein Ausgangselektrodenarm gekoppelt sind, auch bekannt als Werkzeug, Resonator etc. Ein Werkstück, das geschweißt oder anderweitig verarbeitet werden soll, wird in einer Fixierung der stationären Basis angeordnet und die obere freie Fläche des Werkstücks steht im kraftschlüssigem Eingriff mit dem Elektrodenarm, um auf das Werkstück eine Ultraschallenergie in der Form von Hochfrequenzschwingungen aufzubringen.
Ein Gerät dieses Typs ist gewöhnlich C-förmig ausgebildet und als Resultat des kraftschlüssigen Eingriffs zwischen Elektrodenarm und Werkstück wird die aufrecht stehende Säule einem Biegemoment ausgesetzt. Andere Teile des Geräts können ebenfalls nachgeben, und unterziehen sich so einer Bewegung, welche als ein linearer mechanischer Versatz des Schlittens relativ zu dem fest gesicherten Wagen oder der fest gesicherten Basis festgestellt werden können. Messungen, die mit herkömmlich verfügbarer Ausrüstung vorgenommen wurden, haben gezeigt, dass ein solcher Versatz in dem Bereich von 0,5 mm oder mehr liegen kann, wobei diese Versätze in bestimmten Fällen die Zusammensinkdistanz des Werkstücks überschreiten.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen mittels einer Kalibrierung des Drucks, der auf den Versatz der Pressteile anspricht, bevor ein Werkstück verarbeitet wird, um so geschweißt oder gestaucht zu werden, durch Speichern des auf den Druck ansprechenden Signals, dass während der Kalibrierung erhalten wird und Abrufen des gespeicherten Signals als ein Korrektursignal, wenn das gegenwärtige Zusammensinken eines Werkstücks während des Verarbeitens bestimmt wird. Es ist deshalb möglich, die Bewegungsamplitude des Elektrodenarms zu verändern, die Eingriffskraft zu verändern, oder die Verarbeitung eines Werkstücks als Antwort auf eine gewünschte Abmessung, welche erreicht ist, abzubrechen.
In einem Ultraschallschweißgerät ist die wahre Zusammensinkdistanz eines Werkstücks gleich der Versatzdistanz von TRS minus dem Versatz des Geräts, der aus dem Druck resultiert. TRS ist definiert als der Punkt, an dem das Werkstück im Eingriff mit dem Elektrodenarm steht und Schallenergie aktiviert ist, die das Zusammensinken startet.
Die Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein Verfahren zur Verbesserung der dimensionalen Genauigkeit und der Konsistenz geschweißter oder gestauchter Werkstücke bereitzustellen durch Bereitstellen einer Kalibrierung zum Bestimmen des auf einen relativen Versatz zwischen den bewegbaren und den stationären Teilen einer Ultraschallpresse oder eines Schwingungsschweißgeräts ansprechenden Drucks, Bereitstellen eines Signals oder von Signalen, die auf einen auf Versatz ansprechenden Druck oder mehrere auf Versatz ansprechende Drücke ansprechen, Speichern solch eines Signals oder solcher Signale als Korrektursignal und Abrufen eines solchen Signals oder solcher Signale, wenn ein thermoplastisches Werkstück verarbeitet wird und dessen Zusammensinken überwacht wird.
Noch weitere und andere Aufgaben dieser Erfindung werden noch deutlicher anhand der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen, in denen gleiche Referenznummern sich auf gleiche Teile beziehen.
1 ist eine schematische vertikale Ansicht auf ein Ultraschallgerät zum Verbinden oder Stauchen thermoplastischer Werkstücke,
2 ist ein Funktionsgraf, der den in einem Gerät nach 1 inhärenten Versatz als eine Funktion der Eingriffskraft zwischen einem Elektrodenarm und einem stationären Teil des Geräts zeigt,
3 ist ein schematisches Blockdiagramm der Kontrollmittel zum Betreiben eines Ultraschallschweißgeräts,
4 ist ein Funktionsgraf, der die während der Kalibrierungsphase gewonnenen Signale, die zu dem Gerät gehören, zeigt,
5 ist ein Funktionsgraf, der den während der Kalibrierungsphase auftretenden Versatz zeigt,
6 ist ein Flussdiagramm, das die Schritte, die während der Kalibrierungsphase auftreten, darstellt,
7 ist ein schematisches Blockdiagramm eines elektrischen Schaltplans,
8 ist ein Flussdiagramm, das die während der Verarbeitungsphase eines Werkstücks auftretenden Schritte darstellt und
9 ist ein schematisches Blockdiagramm eines elektrischen Schaltplans.
Nun in Bezug auf die Fig. und 1 im Besonderen, ist dort in schematischer Weise ein Ultraschallschweißgerät oder eine Ultraschallpresse 10 dargestellt, umfassend einen stationären Träger oder eine stationäre Basis 12, von der sich eine vertikale Säule 14 erstreckt und entlang derer ein Wagen 16 angeordnet ist, mit einem Satz Klemmen 18, die im Eingriff mit der Säule 14 stehen. Mittels Schrauben wird der Wagen 16 in einer einstellbaren Höhe gegen die Säule 14 verklemmt. Eine Spannfeder 22, deren Spannung einstellbar ist, dient als Gegengewicht für den Wagen, um das Positionieren des Wagens entlang der Säule zu vereinfachen.
Der Wagen umfasst auch eine kolbenbewegbaren Schlitten 24, welcher eine elektroakustische Konvertereinheit oder einen Wandler 26 trägt, an dem mechanisch ein Zwischen- oder Startelektrodenarm 28 gekoppelt ist und welcher mit einem anderen Elektrodenarm 30 gekoppelt ist, dessen Ausgangsfläche 32 während des Schweißens oder Stauchens in kraftschlüssigen Eingriff mit dem thermoplastischen Werkstück 34 gebracht wird, das in einer Fixierung 36 angeordnet ist, die auf der oberen Fläche der Basis 12 liegt. Die Kolbenbewegung des Schlittens 24 zum Erzeugen eines kraftschlüssigen Eingriffs zwischen der Ausgangsfläche 32 des Elektrodenarms 30 und dem Werkstück 34 zum Bereitstellen von Ultraschallschwingungen an dem Werkstück 34, um ein Schweißen oder Stauchen des Werkstücks herbeizuführen, wird mittels einer druckmittelbetriebenen Zylinder-und-Kolbenanordnung 38 hervorgerufen. Der Kolben ist mit dem Schlitten gekoppelt und die Bewegung des Kolbens hängt von dem Druckmitteldruck, der über Leitung 40 an einen Druckregler 42 und über ein Flusssteuerventil 44 an der Zylinder-und-Kolbenanordnung 38 anliegt, ab. Auch ist dort ein Druckanzeiger 46 in der Leitung von dem Ventil 44 zu dem Zylinder vorhanden. Die Druckmittelschaltung ist schematisch dargestellt, da der Betrieb einer druckmittelgesteuerten Zylinder-und-Kolbenanordnung zum Bewirken einer Kolbenbewegung eines Schlittens, der ein Werkzeug unterstützt, wie dargestellt als Wandler und Elektrodenarmanordnung, allgemein bekannt ist. Zum Zweck der vorliegenden Erfindung können der Druckregler 42 und das Flussregelventil 44 als manuelle oder elektrisch gesteuerte Vorrichtungen ausgebildet sein.
Der Betrieb des Geräts wird durch einen Satz von manuell betätigbaren Druckknöpfen 39 in Gang gesetzt, von denen nur einer in 1 sichtbar ist, der an einer herkömmlichen Steuerschaltung arbeitet, die den Betrieb der Druckmittelschaltung und der elektrischen, nicht gezeigten Stromversorgung steuert, um zu bewirken, dass der Elektrodenarm in Presskraftkontakt mit dem Werkstück steht und der Elektrodenarm ausgebildet ist, eine Resonanz zu übertragen, um Ultraschallschwingungen an das Werkstück zu koppeln. Die Schwingungen werden für ein Zeitintervall aufgebracht, das zwischen einem Bruchteil einer Sekunde bis zu einer Sekunde oder mehr rangiert, gefolgt von einem Halte- oder Verweilintervall, während dessen das aufgeweichte und fließende Material sich verfestigt.
In Verbindung mit der vorliegenden Erfindung sind zwei Erfassungsmittel bereitgestellt, nämlich ein elektronischer Kraftsensor 50, das heißt ein Dehnungsmessgerät, dessen Ausgang anspricht auf die mechanische Kraft, die auf den Schlitten 24 einwirkt und dadurch ein Maß für die Eingriffskraft zwischen dem Elektrodenarm 32 und dem Werkstück 34 bildet, und einen linearen Bewegungsversatzsensor 54, typischerweise eine elektrische oder optischelektrische Vorrichtung, die ein Signal bereitstellt, welches kennzeichnend für den druckinduzierten Versatz des Schlittens 24 ist, im Hinblick auf den relativ stationären Trägeraufbau, der eine Basis 12, eine Säule 14 und einen fest gesicherten Wagen 16 umfasst. Der Versatz wird als lineare Bewegung entlang einer Achse gemessen, die im Wesentlichen parallel zu der Veränderung der linearen Dimensionen des Werkstücks ist, wenn das Werkstück zusammensinkt.
Wie zuvor erläutert wurde, ist nicht nur das offensichtliche Zusammensinken des Werkstücks, dass während des Schweißens oder Stauchens gemessen wird, verantwortlich für den Versatz und das Fließen des thermoplastischen Materials, sondern dieses wird auch durch das Nachgeben oder die Elastizität des Geräteaufbaus beeinflusst. Wie anhand 1 gesehen werden kann, tritt, falls der Elektrodenarm in einen kraftschlüssigen Eingriff mit dem Werkstück gezwungen wird, was der Presse den C-förmigen Aufbau gibt, ein Biegemoment in Uhrzeigersinnrichtung auf, welches auf die Säule 14 wirkt, wobei das Moment unter anderem eine Funktion des Eingriffsdruck zwischen Elektrodenarm und Werkstück, der vertikalen Position des Wagens 16 entlang der Säule 14 und der Stabilität der Säule ist. Zusätzlich kann ein mechanisches Spiel zwischen den Komponenten vorhanden sein. Wenn während des Schweißzyklus und dem nachfolgenden Halteintervall der Druck zwischen Elektrodenarm und Werkstück konstant gehalten wird, bleibt der Versatz des Geräteaufbaus konstant. Falls jedoch der Druck während des Schweiß- und Halteintervalls (oder Verweilintervalls) variiert wird, wird auch der Versatz des Geräts variieren.
Um das wahre Zusammensinken eines Werkstücks während der Zeit, in der das Werkstück geschweißt oder gestaucht wird, zu überwachen und zu bestimmen, und um optional den Schweiß- oder Stauchprozess abzubrechen, falls ein bestimmtes Maß an Zusammensinken erreicht ist, ist es erforderlich, von dieser Bestimmung den kraftbedingten Versatz, welcher der Presse innewohnt, zu eliminieren. Die Wichtigkeit dieses Schritts wird anhand 2 offensichtlich. Ein typisches Ultraschallschweißgerät wurde verwendet, um den Systemversatz einer Kraft zwischen null und 2,7 kN für eine gegebene Hublänge und Wagenposition zu messen. Die Säule weist auf einen Außendurchmesser von 102 mm und einen Innendurchmesser von 76 mm, die Hublänge beträgt 19 mm, ein Startelektrodenarm mit einem Zunahmeverhältnis 1 : 2,0 wurde verwendet, montiert in einer Standart O-Ring-Halterung US Patent Nr. 5,443,240 1), ein mit dem Startelektrodenarm gekoppelter Ausgangselektrodenarm und ein Werkstück, dass keinen Metall-auf-Metall-Kontakt der Außenfläche des Elektrodenarms mit der Fixierung der Basis bewirkt wurden verwendet. Es wird beobachtet, dass der Versatz im Wesentlichen linear zu der Kraft ist, jedoch über 0,5 mm bei einer Kraft über 2,5 kN liegt. Dieser Versatzwert ist kennzeichnend bei akkuratem Steuern des Zusammensinkens eines Werkstücks.
Diese Erfindung umfasst daher einen ersten Schritt, welcher die Kalibrationsphase ist, während dieser Daten bezüglich dem Versatz des Schweißers oder der Presse als Funktion der Kraft bestimmt und gespeichert werden und ein zweite Werkstückbearbeitungsphase, während welcher die Werkstückhöhe zusammensingt und gespeicherte, entsprechende Daten von dem Speicher aufgerufen werden zum Korrigieren der offensichtlichen Zusammensinkdistanz, um die wahre oder genaue Zusammensinkdistanz zu erhalten.
Diese Kalibrierungsprozedur wird in Verbindung mit dem Ultraschallschweißgerät, dargestellt in 1, erklärt. Um eine genaue Kalibrierung zu bewirken, wird ein tatsächliches Werkstück oder ein Werkstück, welches im Wesentlichen ein Repräsentant des tatsächlichen Werkstücks ist, auf der Fixierung 36 angeordnet und der Startelektrodenarm 28 und der Ausgangselektrodenarm 30 sind im Wesentlichen als gleiche Elektrodenarm zur Verwendung für das Verarbeiten ausgebildet. Auch wird der Wagen 16 in dessen Betriebsposition gesetzt.
In Bezug nun auf 3 ist dort in einer Blockform ein Steuermittel 56 gezeigt, dass zur Steuerung des Betriebs des Schweißers 10 verwendet wird. Das Steuermittel weist einen Wählschalter 58 zum Auswählen von „C", der Kalibrierung, oder zum Auswählen von „P", der Verarbeitungsphase. In der C-Position bleibt das Signal an die Leistungsversorgung, Leiter 60, nicht-energieversorgend, da keine Energie auf das Werkstück aufgebracht wird. Nach Betätigung des Start-Druckknopfes 39 stellt das Steuermittel 56 über den Leiter 62 an dem Druckregler 42, eine elektrisch gesteuerte Vorrichtung, Signale bereit, die eine(n) programmierte(n) zeitgestufte(n) Anstieg und Abnahme des auf den Kolben wirkenden Drucks verursachen, wobei der Kolben wiederum ein kraftschlüssiges Zusammenwirken zwischen dem Elektrodenarm und dem Werkstück mit variierenden Drücken verursacht, wie in 4a dargestellt. Signale, die auf den Druck ansprechen, werden an dem Kraftabtastmittel 50 und dem linearen Versatz Abtastmittel 54, 4(b) und (c), erzeugt, deren Signale über Leiter 64 und 66 an das Steuermittel 56 zum Verarbeiten übermittelt werden. Das Ergebnis der zwei Eingaben kann als eine Linie 68 ausgegeben werden, Versatz über Kraft, wie in 5 dargestellt, wobei die Fig. ähnlich der 2 ist. Anstelle einer automatischen Prozedur kann der Versatz über die Kraft auch manuell entwickelt werden. Die Ablesungen der Kraft und des Versatzes werden aufgenommen, wenn ein Gleichgewichtszustand während jeder Druckeinstellung erreicht ist und zu diesem Zweck kann ein Zeitsignal, nicht dargestellt, zum Eingeben der entsprechenden Werte nahe dem Ende entsprechender Verweilperioden verwendet werden. Alternativ können die Ablesungen eingegeben werden, wenn keine weitere Wertveränderung wahrgenommen werden kann. 6 ist ein schematisches Flussdiagramm, welches die Hauptschritte darstellt, umfassend die Kalibrierungsphase. Wenn Ablesungen von individuellen Druckstufen erhalten wurden, kann eine zentrale Verarbeitungseinheit (central processing unit – CPU) in dem Steuermittel 56 verwendet werden, um die Zwischenkraft/-versatz-Daten zu berechnen, die anwendbar auf Zwischendruckbedingungen sind.
Wie an 7 gesehen wird, werden die auf Druck und Versatz ansprechenden Signale 64 und 66 in einer zentralen Verarbeitungseinheit 70 empfangen, die ein zweidimensionales Feld oder ein Ablenkungsfeld bildet, das heißt jeder Kraftwert wird mit einem entsprechenden Versatzwert korreliert und diese Werte werden in einen Arbeitsspeicher 72 (random access memory- RAM) zum Speichern eingegeben. Mit anderen Worten, jeder gespeicherte Versatzwert wird mit einem entsprechenden Kraftwert korreliert und wird aufgerufen durch Adressierung des entsprechenden Kraftwertes.
Es ist offensichtlich, dass zur Einhaltung der Genauigkeit die Kalibrierung wiederholt werden sollte, falls ein Wechsel des Werkstücks, der Fixierung oder des Schweißgeräts vorliegt.
Um ein Werkstück zu verarbeiten, wird der Wählschalter 58 des Steuermittels 56 auf „P" gestellt. Die Schritte, die in dem Flussdiagramm in 8 gezeigt sind, laufen nun ab. Während dieser Verarbeitungsphase, siehe 9, wird das auf Kraft ansprechenden Signal, Leiter 64, des Kraftabtastmittels 50 zu einem Eingangs- (/Adress-) Signal für die RAM-Schaltung 72, um das kraftbezogenen und gespeicherte Versatzsignal, dass während der Kalibrierungsphase erhalten wurde, zu empfangen. Dieses empfangene Signal wird als ein Korrektursignal in einen Addierschaltkreis 74 eingegeben. Der Addierschaltkreis empfängt auch das aktuelle, auf Versatz ansprechende Signal, Leiter 66, wobei das Signal während der Verarbeitungsphase die Summe des Werkstückversatzes (Zusammensinken) und des Schweißgeräteversatzes umfasst. Der Addierschaltkreis subtrahiert den gerätbezogenen Versatz von dem nun eingehenden gesamten Versatzwert und ruft damit einen Wert hervor, der kennzeichnend für das gegenwärtige Zusammensinken des Werkstücks ist. Das Signal entlang des Leiters 76 ist damit ein „Echtzeit"-Wert des Zusammensinkens, wenn dieses auftritt. Wenn die Signale, die in dem Addierschaltkreis verarbeitet werden, in digitaler Form vorliegen, wird der Addierschaltkreis mittels Zeitsignalen gesteuert, um zyklisch die wahre Zusammensinkdistanz des Werkstücks neu zu berechnen, wenn diese in Echtzeit auftritt, zum Beispiel mit einer Frequenz von 1 kHz.
Für den Fall, dass die Verarbeitung des Werkstücks abgebrochen werden muss, wenn eine bestimmte Dimension oder ein bestimmtes Zusammensinken erreicht wurde, ist ein Komparator 78, 9, bereitgestellt, der das Signal des wahren Zusammensinkens des Werkstücks, Leiter 76, und einen gewünschten Zusammensinkwert, Leiter 80, empfängt. Falls eine Übereinstimmung auftritt, wird ein Ausgangssignal an Leiter 82 verwendet, um die Schwingungen an das Werkstück zu stoppen, wodurch es dem thermoplastischen Material ermöglicht wird, sich zu verfestigen und bewirkt wird, dass die Verarbeitungsphase beendet wird. Auf diese Weise wirt eine wahre Verarbeitungssteuerung der Zusammensinkdistanz erzielt.
Es ist offensichtlich, dass diese Erfindung auch auf Schwingungsschweißgeräte anwendbar ist, in denen zwei Teile eines Werkstücks entlang einer herkömmlichen Schnittstellenfläche zusammengepasst werden und zumindest ein Teil den Schwingungen ausgesetzt wird, während beide Teile in einem kraftschlüssigem Eingriff zueinander stehen. Entsprechend zu der Dissipation der Reibungsenergie weicht das thermoplastische Material auf und fließt und eine Verbindung wird nach, nachdem die Schwingungen aufgehört haben, erreicht.
Schweißgeräte dieses Typs arbeiten üblicherweise mit Schwingungen in dem Bereich von 100 bis 1.000 Schwingungen pro Sekunde. Ein typischer Schwingungsschweißer, der Translationsbewegung bereitstellt, ist in dem US-Patent Nr. 3,920,504, datiert auf den 18.
November 1975, ausgestellt auf A. Shoh et. Al. offenbart. Ein ähnliches Schwingungsschweißgerät, das eine orbitale Bewegung bereitstellt, ist in dem US-Patent Nr. 5,160,393 datiert auf den 3. November 1992, ausgestellt auf E. A. Snyder, dargestellt. In beiden Geräten unterzieht sich das Werkstück einem Zusammensinken aufgrund eines Aufweichens und eines Fließens des thermoplastischen Materials während die anderen Teile in zusammenpressendem, kraftschlüssigem Eingriff miteinander stehen.
Der Anstieg und die Abnahme des Drucks über die Zeit sind in 4. dargestellt als in gestufter Schrittweise ausgeführt. Es ist offensichtlich, dass dieselben Maßnahmen auch durch kontinuierliches Variieren des Drucks erreicht werden können.

Claims

Verfahren zum Verarbeiten eines thermoplastischen Werkstücks durch Anordnen des Werkstücks zwischen einem im Wesentlichen stationären Träger und einem gegenüber angeordnetem, bewegbarem Schlitten, ausgestattet mit einem elektroakustischen Konverter und einem Elektrodenarm (horn), welcher, ansprechend auf die Bewegung des Schlittens, ausgebildet ist, in kraftschlüssigem Eingriff (forced engagement) mit dem Werkstück zu stehen, um, ansprechend auf die Verlustleistung der Schwingungsenergie, die von dem Elektrodenarm auf das Werkstück übertragen wird, ein Aufweichen und Fließen des thermoplastischen Materials des Werkstücks und somit ein Zusammensinken des Werkstücks zu verursachen, wobei die Schritte: Initiieren einer Kalibrierungsprozedur umfassen: Anordnen eines Werkstücks oder eines im Wesentlichen repräsentativen Stück des Werkstücks, um zwischen dem Träger und dem Elektrodenarm verarbeitet zu werden, ohne Anwenden der Schwingungsenergie, Bewegen des Elektrodenarms in kraftschlüssigen Eingriff mit dem Werkstück bei unterschiedlichen Drücken innerhalb des Bereichs, in dem Energie während des Verarbeiten des Werkstücks bereitgestellt wird, Bereitstellen eines Satzes von Signalen für jeden der Drücke, umfassend ein auf Versatz ansprechendes Signal, kennzeichnend für einen relativen Versatz zwischen dem Schlitten und dem Träger und einem auf eine Kraft ansprechendes Signal, kennzeichnend für die Kraft, die auf das Werkstück bei einem solchem, entsprechendem Versatz wirkt, Speichern der bei entsprechendem Druck auf Versatz ansprechenden Signale korreliert mit den Kraftsignalen, die zu den auf Versatz ansprechenden Signalen gehören, Initiieren einer Verarbeitungsprozedur umfassend: Anordnen eines Werkstücks, um zwischen Träger und Elektrodenarm verarbeitet zu werden, in kraftschlüssigen Eingriff bringen des Elektrodenarms mit dem Werkstück, Erzeugen der Elektrodenarmresonanz (horn resonant), um zu verursachen, dass Schwingungsenergie von dem Elektrodenarm mit dem Werkstück gekoppelt wird, um ein Aufweichen und Fließen des thermoplastischen Materials des Werkstücks zu bewirken, Bereitstellen eines weiteren Satzes an Signalen umfassend ein auf Versatz ansprechendes Signal, kennzeichnend für einen relativen Versatz zwischen dem Schlitten und dem Träger während der Verarbeitungsprozedur und ein auf eine Kraft ansprechendes Signal, kennzeichnend für die Kraft, die auf das Werkstück bei dem letzteren Versatz wirkt, Verwenden der auf die Kraft ansprechenden Signale des weiteren Satzes an Signalen, um ein gespeichertes, auf Versatz ansprechendes Signal; welches mit dem im Wesentlichen identischen, auf Kraft ansprechenden Signal, das während der Kalibrierungsprozedur erhalten wird, korreliert, abzurufen und Subtraktion des abgerufenen, auf Versatz ansprechenden Signals von dem auf Versatz ansprechenden Signals des weiteren Satzes, um das Zusammensinken des Werkstücks während der Verarbeitung zu bestimmen.
Verfahren zum Verarbeiten eines thermoplastischen Werkstücks wie in Anspruch 1 dargelegt und zyklisches Subtrahieren des gespeicherten, auf Versatz ansprechenden Signals von dem auf Versatz ansprechenden Signal des weiteren Satzes.
Verfahren zum Verarbeiten eines thermoplastischen Werkstücks wie in Anspruch 1 dargelegt und Beenden der Kopplung der Schwingungsenergie mit dem Werkstück, falls das Ergebnis der Subtraktion der Signale einem vorbestimmten Wert entspricht.
Verfahren zum Verarbeiten eines thermoplastischen Werkstücks wie in Anspruch 1 dargelegt, wobei das Speichern der Signale das Einbringen der Signale in einen zweidimensionalen Direktzugriffsspeicher umfasst.
Verfahren zum Verarbeiten eines thermoplastischen Werkstücks wie in Anspruch 1 dargelegt, wobei die Schwingungsenergie in dem Schall- oder Ultraschallbereich liegt.
Verfahren zum Verarbeiten eines thermoplastischen Werkstücks wie in Anspruch 1 dargelegt, wobei der im Wesentlichen stationäre Träger und der bewegbare Schlitten einen Teil einer Ultraschall-Schweißvorrichtung bilden.