KR20230038092A - 진동 용접 장치 및 진동 용접 방법 - Google Patents

진동 용접 장치 및 진동 용접 방법 Download PDF

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실비오 푸치스
브루노 콜라츠
루도비트 시포스
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브랜슨울트라쉬홀나이더라숭데에머슨테크놀로지스게엠베하앤드코.오하게
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Abstract

제 1 구성요소(3; 103)를 제 2 구성요소 또는 용접된 구성요소의 적층체(5; 105)에 용접하기 위한 진동 용접 장치(1; 100)는, 제 1 지지부(107)에 배치되는 진동 용접 헤드를 갖는 상부 도구(10; 110)인 제 1 도구(진동 용접 헤드는 사용시에 제 1 평면에서, 바람직하게는 제 1 축(X)을 따라서만 진동하고, 제 1 도구는 제 1 구성요소(3; 103)를 수용하는 역할을 함), 및 제 2 지지부(109)에 배치되는 하부 도구(12; 112)이고, 제 2 구성요소 또는 용접된 구성요소의 적층체(5; 105)를 수용하는 역할을 하는 제 2 도구를 포함하고, 제 1 지지부(107) 및 제 2 지지부(109)는 적어도 제 1 평면에 수직인 제 2 축선(Z)을 따라 초기 위치로부터 진동 용접 위치로 서로에 대해 이동 가능하고, 진동 용접 장치는 적어도 2개의 대향 배치되는 클램핑 기구(14; 114)를 포함하는 클램핑 장치를 포함하고, 각 클램핑 기구는 제 1 축선(X)을 따라 클램핑 위치와 개방 위치 사이에서 이동 가능한 클램핑 표면(16; 116)을 가지며, 클램핑 위치에서 적어도 제 1 축선(X)을 따르는 제 2 구성요소 또는 용접된 구성요소의 적층체(5; 105)의 이동이 진동 용접 동안에 방해를 받게 된다

Description

진동 용접 장치 및 진동 용접 방법{VIBRATION WELDING DEVICE AND VIBRATION WELDING METHOD}
본 발명은 제 1 구성요소를 제 2 구성요소 또는 용접된 구성요소의 적층체에 용접하기 위한 진동 용접 장치, 이 진동 용접 장치를 사용하는 진동 용접 방법, 진동 용접 장치를 위한 개장(retrofitting) 키트 및 각각의 개장 방법에 관한 것이다.
2개의 구성요소, 일반적으로 플라스틱 구성요소를 서로 용접하기 위한 진동 용접 장치가 일반적으로 알려져 있다. 일반적으로, 이러한 장치는 내부에 배치되는 하부 도구 및 내부에 배치되는 상부 도구를 갖는 프레임 또는 하우징을 포함한다. 하부 도구는 리프팅 테이블에 체결되는 반면, 상부 도구는 상부 도구 플레이트에 단단히 장착된다. 리프팅 테이블에 의해, 하부 도구는 상부 도구의 방향으로 이동되어, 마찰 또는 진동 용접에 의해 하부 도구에 있는 제 1 플라스틱 구성요소를 상부 도구에 있는 제 2 플라스틱 구성요소에 용접할 수 있다.
이러한 진동 용접 장치는 예를 들어 자동차 산업 또는 의료 기술에서 사용된다. 자동차 산업에서, 진동 용접 장치는 라이트를 제조하기 위해 사용되지만, 플라스틱으로 이루어지거나 플라스틱을 포함하는 다른 구성요소 또는 구성요소 그룹의 생산에도 사용될 수 있다. 유사한 방식으로, 진동 용접 장치는 의료 기술의 장치 및/또는 구성요소 그룹의 생산 또는 소비재의 생산에 사용될 수 있다.
진동 용접 장치의 기본적인 작동은 다음과 같다. 처음에 사용자는 하부 도구에 제 1 플라스틱 구성요소를 놓는다. 이어서, 그 사용자는 하부 도구에 있는 제 1 구성요소 상에 제 2 플라스틱 구성요소를 배치한다. 그런 다음에, 하부 도구 및 그 위에 배치된 구성요소를 갖는 리프팅 테이블은, 제 2 구성요소가 상부 도구에 수용될 때까지, 초기 위치로부터 상부 도구의 방향으로 수직 축선을 따라 이동한다.
이제, 마찰 또는 진동 용접에 의한 제 2 구성요소에 대한 제 1 구성요소의 용접이 일어난다. 용접을 마친 후, 리프팅 테이블은 하부 도구 및 그 위에 배치된 제 1 및 제 2 구성요소의 복합체와 함께 수직 축선을 따라 용접 위치로부터 다시 초기 위치로 이동하게 된다. 리프팅 테이블이 초기 위치에 도달하자 마자 사용자는 제 1 및 제 2 구성요소의 복합체를 제거한다.
예열 장치도 포함하는 각각의 진동 용접 장치가 예를 들어 EP 3 020 532 A1, EP 2 837 492 A1 및 EP 3 009 254 A2에 알려져 있다.
하나의 플라스틱 구성요소가 이미 용접된 플라스틱 구성요소의 적층체에 용접되어야 하면, 즉 하부 도구에 배치된 플라스틱 구성요소가 복수의 이미 용접된 플라스틱 구성요소 또는 층으로 이루어진 경우, 전술한 플라스틱 용접 장치의 단점이 명백해진다. 이 경우, 상부 도구의 진동 용접 헤드로부터 그에 배치된 한 플라스틱 구성요소에 전달되는 진동은 또한 이미 용접된 플라스틱 구성요소의 적층체에도 전달된다. 용접된 플라스틱 구성요소의 적층체의 높이에 따라, 제 1 플라스틱 구성요소와 접촉하는 용접된 구성요소의 적층체의 단부는, 결과적인 용접 이음부의 질이 저하되거나 용접 연결이 전혀 이루어질 수 없는 정도까지, 상부 도구에 있는 한 구성요소와 함께 움직이게 된다.
따라서, 본 발명의 과제는, 추가의 구성요소가 용접된 구성요소의 적층체에 신뢰할 수 있는 방식으로 용접될 수 있도록 위의 단점을 극복할 수 있는 용접 장치를 제공하는 것이다. 추가적으로, 본 발명의 추가 과제는 각각의 진동 용접 방법을 제공하는 것이다.
위의 과제는 청구항 1에 따른 진동 용접 장치, 청구항 7에 따른 진동 용접 방법, 청구항 12에 따른 개장 키트, 및 청구항 14에 따른 개장 방법으로 해결된다. 더 바람직한 실시 형태 및 개량예는 이하의 설명, 도면 및 첨부된 청구 범위로부터 알 수 있다.
제 1 구성요소를 제 2 구성요소 또는 용접된 구성요소의 적층체에 용접하기 위한 본 발명의 진동 용접 장치는, 제 1 지지부에 배치되는 진동 용접 헤드를 갖는 상부 도구인 제 1 도구(진동 용접 헤드는 사용시에 제 1 평면에서, 바람직하게는 제 1 축을 따라서만 진동하고, 제 1 도구는 제 1 구성요소를 수용하는 역할을 함); 제 2 지지부에 배치되는 하부 도구이고, 제 2 구성요소 또는 용접된 구성요소의 적층체를 수용하는 역할을 하는 제 2 도구를 포함하고, 제 1 지지부 및 제 2 지지부는 적어도 제 1 평면에 수직인 제 2 축선을 따라 초기 위치로부터 진동 용접 위치로 서로에 대해 이동 가능하고, 진동 용접 장치는 적어도 2개의 대향 배치되는 클램핑 기구를 포함하는 클램핑 장치를 포함하고, 각 클램핑 기구는 제 1 축선을 따라 클램핑 위치와 개방 위치 사이에서 이동 가능한 클램핑 표면을 가지며, 클램핑 위치에서 제 1 축선을 따르는 제 2 구성요소 또는 용접된 구성요소의 적층체의 이동이 진동 용접 동안에 방해를 받는다.
이하, 본 발명의 진동 용접 장치를 그 용도에 기반하여 설명한다. 출발점으로서, 제 1 구성요소, 바람직하게는 플라스틱 구성요소가 이미 제 1 도구, 즉 상부 도구에 배치되어 있다고 가정한다. 예를 들어, 그 제 1 구성요소는 과소압으로 거기에 유지될 수 있다. 제 2 도구, 즉 하부 도구에는, 제 2 구성요소 또는 용접된 구성요소의 적층체가 배치된다. 제 2 구성요소 또는 용접된 구성요소의 적층체는 바람직하게는 플라스틱 재료로 제조된다. 예시적인 작동을 위해, 진동 용접 장치의 제 1 지지부는 상부 장착 플레이트이고, 제 2 지지부는 리프팅 테이블, 바람직하게는 전기 모터 또는 유압으로 구동되는 리프팅 테이블이다. 또한, 진동 용접 헤드는 제 1 평면에서 제 1 축선을 따라서만 진동한다고 가정한다.
사용 중에, 하부 도구와 함께 제 2 지지부는 제 1 지지부에 대해 움직인다. 예컨대, 제 2 지지부는 고정 배치된 제 1 지지부의 방향으로 이동된다. 이 이동은 제 1 구성요소가 제 2 구성요소 또는 용접된 구성요소의 적층체에 접촉할 때까지 수행된다. 이 위치를 진동 용접 위치라고도 한다.
종래 기술과 달리, 본 발명의 용접 장치는 클램핑 장치를 추가로 포함한다. 이 클램핑 장치는 적어도 2개의 대향 배치되는 클램핑 기구를 가지며, 각 클램핑 기구는, 제 1 축선을 따라 클램핑 위치와 개방 위치 사이에서 이동할 수 있는 클램핑 표면을 갖는다. 진동 용접 위치에서, 즉 상부 도구에 있는 제 1 구성요소 및 하부 도구에 있는 제 2 구성요소 또는 용접된 구성요소의 적층체가 서로 접촉할 때, 클램핑 기구의 클램핑 표면은 제 1 축선을 따라 서로에 대해 이동되어 클램핑 위치에 접근하게 된다. 이 클램핑 위치에서, 진동 용접 동안에 제 2 구성요소 또는 용접된 구성요소의 적층체의 이동이 방해되거나 방지된다. 특히, 제 1 구성요소와 함께하는 제 2 구성요소 또는 용접된 구성요소의 적층체의 이동은, 제거되지는 않더라도, 적어도, 용접 이음부, 바람직하게는 원하는 질의 용접 이음부가 얻어지는 정도로 감소된다. 바람직하게는, 클램핑 기구의 클램핑 표면은, 진동 용접 동안에 클램핑 위치에 고정되게 배치되도록 클램핑 위치에 잠금된다.
한 대안에 따르면, 클램핑 위치는 고정된 위치이다. 다른 대안으로, 2개의 대향 배치되는 클램핑 장치는 트리거력으로 작동하여, 용접된 구성요소의 적층체의 위치를 찾고 원하는 클램핑 위치에 접근한다.
더욱이, 한 대안에서 클램핑 위치는, 클램핑 기구의 클램핑 표면이 제 2 구성요소 또는 용접된 구성요소의 적층체와 직접 접촉하는 위치이다. 다른 대안에 따르면, 클램핑 위치는, 클램핑 기구의 클램핑 표면이 제 2 구성요소 또는 용접된 구성요소의 적층체로부터 짧은 거리, 예를 들어 0.2mm 만큼 오프셋되는 위치이다. 후자의 절차에 대한 이유는, 진동 용접 중에 용접된 구성요소의 적층체에 추가 응력이 도입되지 않기 때문이다. 또한, 용접된 구성요소의 적층체는 또한 클램핑 장치, 특히 클램핑 기구의 클램핑 표면에 의해 이동되지 않는다. 마지막으로, 클램핑 기구의 클램핑 표면은 용접된 구성요소의 적층체의 각 층에 대해 또는 바람직하게는 주로 자기(self) 공명 주파수가 발생하는 영역 또는 부분에 사용될 수 있음을 유의해야 한다. 이는 뒤에서 바람직한 실시 형태와 관련하여 설명할 것이다.
또한, 예를 들어 서보 모터에 의해 하나의 클램핑 기구의 클램핑 표면을 제 2 구성요소 또는 용접된 구성요소의 적층체에 대한 규정된 위치에 배치하는 것이 바람직하다. 그 규정된 위치는, 클램핑 표면과 제 2 구성요소 또는 용접된 구성요소의 적층체 사이에 짧은 거리, 예를 들어 위에서 언급된 0.2mm가 존재하는 위치일 수 있다. 제 2 구성요소 또는 용접된 구성요소의 적층체의 반대쪽에서, 다른 클램핑 기구의 클램핑 표면이 규정된 힘을 가한다. 또한, 예를 들어 서보 모터 대신에, 각각의 클램핑 기구의 클램핑 표면을 이동시키기 위한 공압 실린더를 사용하는 것이 바람직하다.
진동 용접이 끝난 후, 클램핑 장치는 클램핑 결합에서 해제되고, 제 1 구성요소와 제 2 구성요소의 복합체 또는 용접된 구성요소의 증가된 적층체를 갖는 제 2 도구, 즉 하부 도구를 갖는 제 2 지지부가 초기 위치로 이동된다.
이 단계로부터, 특히, 단지 2개의 구성요소의 복합체 또는 적층체가 존재하는 경우에, 제 1 도구, 즉 상부 도구에 다른 제 1 구성요소를 배치하여 위의 단계들이 반복된다. 원하는 적층체가 존재하도록 원하는 횟수 만큼 단계를 반복한 후, 사용자는 진동 용접 장치로부터 구성요소의 결과적인 적층체를 제거할 수 있다.
이와 관련하여, 특히, 위의 단계를 반복할 때, 용접된 구성요소의 적층체는 추가 구성요소 또는 층에 의해 각 사이클에서 증가 된다는 점을 고려해야 한다. 따라서, 용접 위치, 즉 제 1 지지부와 제 2 지지부 사이의 거리가 각각의 새로운 사이클에 대해 조정되어야 함에 따라, 서로에 대한 제 1 및 제 2 지지부의 움직임이 정밀하게 제어되어야 한다. 예를 들어, 제 2 지지부, 즉 리프팅 테이블이 처음에 접근하는 진동 용접 위치는, 제 1 구성요소와 제 2 구성요소가 서로 접촉하도록 정해진다. 진동 용접 후에, 두 구성요소의 적층체가 하부 도구에 존재하는데, 즉 용접된 구성요소의 증가된 적층체가 얻어진다. 이제, 다른 제 1 구성요소가 용접된 구성요소의 증가된 적층체에 용접되어, 이제 제 2 구성요소 또는 용접된 구성요소의 적층체를 형성한다. 따라서, 제 1 지지부와 제 2 지지부 사이의 거리가 너무 작아 처음의 진동 용접 위치는 사용될 수 없다. 따라서, 진동 용접 위치는 추가되는 구성요소의 두께로 각 사이클에서 조정되어야 한다. 특히, 제 2 축선을 따른 제 1 지지부와 제 2 지지부 사이의 거리가 그에 따라 증가되어야 한다. 이러한 이유로, 결과적인 움직임이 매우 정확하게 제어될 수 있기 때문에 전기 모터 또는 유압에 의해 구동되는 리프팅 테이블을 제 2 지지부로서 사용하는 것이 특히 바람직하다.
본 발명의 진동 용접 장치의 한 가지 이점은, 용접된 구성요소의 적층체에 이미 존재하는 용접 이음부에 대한 응력이 진동 용접 동안 감소된다는 것이다. 다른 이점은, 진동 용접 헤드, 따라서 제 1 구성요소의 진동이 일정하게 유지될 수 있고 또한 자기 공명 주파수에서 벗어날 수 있다는 것이다. 마지막으로, 처리 시간이 증가하지 않도록 진동 주기 시간을 일정하게 유지할 수 있는 것이 유리하다.
처음에, 진동 용접 헤드가 제 1 평면에서 제 1 축선을 따라서만 진동한다고 가정했기 때문에, 이하에서, 제 1 평면에서 진동하는 진동 용접 헤드, 즉 궤도 용접 헤드를 갖는 진동 용접 장치에 대해 논의한다. 이 경우, 예들 들어, 각기 클램핑 표면을 갖는 2개의 추가 클램핑 기구를 제공하는 것이 특히 바람직하다. 이러한 추가 클램핑 기구는, 클램핑 위치에서 그의 클램핑 표면이 예컨대 제 1 축선에 수직인 제 1 평면에서 축선을 따르는 제 2 구성요소 또는 용접된 구성요소의 적층체의 이동을 방해하거나 방지하도록 배향된다. 각각의 축선을 제 3 축선이라고도 한다. 다시 말해서, 클램핑 장치는 4개의 클램핑 기구를 포함하며, 2개의 인접하는 클램핑 기구 사이에 90°의 각도가 있다.
바람직한 실시 형태에 따르면, 진동 용접 장치의 클램핑 장치는 제 2 지지부 또는 진동 용접 장치의 프레임에 고정된다. 제 2 지지부에 클램핑 장치를 체결하는 것의 이점은, 클램핑 장치가 제 2 지지부, 특히 리프팅 테이블과 함께 제 2 축선을 따라 이동된다는 점이다. 이로써, 진동 용접 장치의 유연성이 증가된다. 클램핑 장치가 프레임에 고정되는 경우에, 제 2 지지부의 움직임과 무관하게 위치를 유지하므로 제어 수고가 줄어든다.
또한, 다른 바람직한 실시 형태에 따르면, 적어도 2개의 클램핑 기구 중의 하나 또는 둘 모두의 클램핑 표면은 제 2 축선을 따라 이동할 수 있다. 이러한 이동성에 의해, 제 2 축선을 따른 클램핑 표면의 위치는, 제 1 구성요소의 두께 및/또는 제 2 구성요소 또는 용접된 구성요소의 적층체의 위치에 따라 조정될 수 있다. 따라서, 클램핑 표면이 제 1 구성요소의 요동 또는 진동을 방해하지 않고 제 2 구성요소 또는 용접된 구성요소의 적층체만을 클램핑하는 것이 확실하게 보장될 수 있다. 이러한 이동성은 특히 바람직한 구현에서 진동 용접 동안 및/또는 이후에 Z-축선을 따르는 클램핑 표면의 이동을 또한 허용한다. 이로 인해, 진동 용접 헤드의 움직임이 멈춘 후의 단계 동안에 용접된 구성요소의 적층체가 안정화되며, 그 단계에서 신뢰적인 용접 연결부를 생성하기 위한 힘이 구성요소에 가해진다.
더욱이, 진동 용접 장치는, 궤도 용접 헤드에 대해 위에서 논의된 바와 같이, 복수의 클램핑 기구를 포함하고, 각각의 클램핑 기구는 각각의 클램핑 표면을 제공하는 것이 유리하다. 또한, 적어도 하나, 2개의 또는 바람직하게는 각각의 클램핑 기구의 클램핑 표면은 제 2 축선을 따라 이동 가능하다. 이 실시 형태에 의해, 복수의 클램핑 기구가 클램핑 장치에 사용되는 경우에도, 전술한 이점이 얻어질 수 있다.
마지막으로, 진동 용접 장치는 예열 장치를 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 예열 장치에 의해, 서로 대향하는 제 1 구성요소와 제 2 구성요소 또는 용접된 구성요소의 적층체의 측면들이 예열될 수 있어, 결과적인 용접 이음부의 특성이 더욱 개선될 수 있다. 특히, 각각의 용접 구조물을 예열함으로써 나중의 진동 용접의 시작 동안에 느슨한 입자의 발생이 감소될 수 있다.
예열의 경우 각각의 절차 과정과 관련하여, 제 1 구성요소가 제 1 도구, 즉 상부 도구에 배치된 후, 리프팅 테이블은 제 2 축선을 따라 다시 중간 위치로 이동하고, 중간 위치에서 예열 장치는 파킹 위치로부터 구성요소들 사이의 예열 위치로 이동할 수 있다. 예열 장치가 두 구성요소 사이에 배치된 후에, 두 구성요소가 용접될 위치에서 예열된다. 예열 후, 예열 장치는 예열 위치로부터 다시 파킹 위치로 이동된다. 그 후, 리프팅 테이블은 전술한 바와 같이 제 2 축선을 따라 진동 용접 위치로 이동된다.
본 발명에 따른 진동 용접 장치를 사용하는 본 발명의 진동 용접 방법은, 제 1 구성요소를 제 1 도구에 배치하는 단계, 제 2 구성요소 또는 용접된 구성요소의 적층체를 갖는 제 2 지지부를 제 2 축선을 따라 진동 용접 위치로 제 1 지지부에 대해 이동시키는 단계, 적어도 제 1 축선을 따르는 제 2 구성요소 또는 용접된 구성요소의 적층체의 이동이 방해를 받도록, 적어도 2개의 대향 배치되는 클램핑 기구의 클램핑 표면을 제 1 축선을 따라 클램핑 위치로 이동시키는 단계, 용접된 구성요소의 증가된 적층체가 얻어지도록 제 1 구성요소를 제 2 구성요소 또는 용접된 구성요소의 적층체에 진동 용접시키는 단계, 그 후에 제 1 축선을 따라 클램핑 표면을 개방 위치로 이동시키는 단계, 및 이어서 제 2 지지부를 다시 초기 위치로 이동시키는 단계를 포함한다. 본 발명의 진동 용접 장치를 사용하는 본 발명의 진동 용접 방법에 의해, 특정 높이 또는 층 수를 갖는 구성요소의 적층체의 경우에도, 원하는 품질의 용접 이음부를 갖는 구성요소의 적층체가 공정 신뢰적인 방식으로 제조될 수 있다. 본 발명의 진동 용접 방법은 본 발명의 진동 용접 장치를 사용하므로, 기술적 효과 및 이점에 대해서는 전술한 설명을 참조한다.
진동 용접 방법의 바람직한 실시 형태에서, 제 1 구성요소를 제 1 도구에 배치하는 단계는, 제 1 구성요소를 제 2 도구에, 바람직하게는 제 2 구성요소 또는 용접된 구성요소의 적층체 상에 배치하는 단계, 및
제 1 구성요소와 함께 제 2 지지부를 제 2 축선을 따라 초기 위치로부터 전달 위치로 제 1 지지부에 대해 이동시키는 단계를 포함한다. 이들 방법 단계에 의해, 사용자는 제 1 구성요소를 제 2 도구에 배치하고, 그런 다음에 그 도구는 제 1 구성요소를 제 1 도구에 전달하기 위해 이동된다. 이리하여, 제 1 구성요소를 제 1 도구에 배치하는 수동 단계가 필요 없게 된다.
더욱이, 클램핑 표면을 클램핑 위치로 이동시키는 단계는, 제 1 축선을 따라 제 1 방향으로 제 1 클램핑 표면을 이동시키는 단계, 및 대향 배치되는 제 2 클램핑 표면을 제 1 축선을 따라 제 1 방향에 반대인 제 2 방향으로 이동시키는 단계를 포함하고, 클램핑 표면을 개방 위치로 이동시키는 단계는, 제 1 클램핑 표면을 제 1 축선을 따라 제 2 방향으로 이동시키는 단계, 및 대향 배치되는 제 2 클램핑 표면을 제 1 축선을 따라 제 2 방향에 반대인 제 1 방향으로 이동시키는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
이와 관련하여, 그리고 위에서 설명한 바와 같이, 2개의 대향 배치되는 클램핑 기구는 또한 트리거력으로 작동하여, 용접된 구성요소의 적층체의 위치를 찾을 수 있다는 점을 유의해야 한다. 더욱이, 클램핑 위치는, 클램핑 기구의 클램핑 표면이 제 2 구성요소 또는 용접된 구성요소의 적층체와 직접 접촉하는 위치이거나, 또는 클램핑 기구의 클램핑 표면이 제 2 구성요소 또는 용접된 구성요소의 적층체로부터 짧은 거리(예컨대, 0.2mm)만큼 오프셋되는 위치될 수 있다. 각 경우에, 클램핑 표면을 이 위치에 잠그는 것이 바람직하다. 클램핑 표면이 짧은 거리만큼 오프셋되는 클램핑 위치의 이유는, 진동 용접 동안에 용접된 구성요소의 적층체에 특별히 추가 응력이 도입되지 않기 때문이다. 또한, 용접된 구성요소의 적층체는 또한 클램핑 장치, 특히 클램핑 기구의 클램핑 표면에 의해 이동되지 않는다.
또한, 진동 용접 방법에서, 적어도 하나의, 바람직하게는 각각의 클램핑 기구의 클램핑 표면이 제 2 축선을 따라 이동 가능한 경우에, 본 진동 용접 방법은, 제 1 도구에 인접하는 각각의 클램핑 표면의 단부가 클램핑 위치에서 제 1 구성요소와 접촉하는 제 2 구성요소 또는 용접된 구성요소의 적층체의 단부에 또는 그에 인접하여 배치되도록 하나, 2개의 또는 바람직하게는 각각의 클램핑 기구의 클램핑 표면을 제 2 축선을 따라 이동시키는 단계를 포함하는 것이 유리하다. 이로 인해, 클램핑 기구는 용접된 구성요소의 적층체의 각 층에 대해, 또는 바람직하게는, 주로 자기 공명 주파수가 생기는 영역 또는 부위에 사용될 수 있다.
더욱이, 진동 용접 장치가 예열 장치를 포함할 때, 본 진동 용접 방법은, 제 1 구성요소를 제 1 도구에 배치하는 단계 후에 그리고 제 2 지지부를 진동 용접 위치로 이동시키는 단계 전에, 제 1 지지부에 대해 제 2 지지부를 중간 위치로 이동시키는 단계, 예열 장치를 파킹 위치로부터 제 1 도구와 제 2 도구 사이의 예열 위치로 이동시키는 단계, 제 1 구성요소 및 제 2 구성요소 또는 용접된 구성요소의 적층체를 예열하는 단계, 및 예열 장치를 예열 위치로부터 파킹 위치로 이동시키는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다. 이로써, 본 발명의 진동 용접 장치의 바람직한 실시 형태와 관련하여 전술한 효과적인 예열이 이루어질 수 있다.
사용 중에 제 1 평면에서, 바람직하게는 제 1 축선을 따라서만 진동하는 진동 용접 헤드를 갖는 진동 용접 장치를 위한 개장 키트(retrofitting kit)는 적어도 2개의 클램핑 기구를 갖는 클램핑 장치를 포함하며, 각 클램핑 기구는, 제 1 축선을 따라 클램핑 위치와 개방 위치 사이에서 이동 가능한 클램핑 표면을 가지며, 그래서 클램핑 위치에서 적어도 제 1 축선을 따르는 제 2 구성요소 또는 용접된 구성요소의 적층체의 이동이 진동 용접 동안에 방해를 받을 수 있다. 이러한 개장 키트에 의해, 일반적인 진동 용접 장치에 본 클램핑 장치가 구비될 수 있으며, 그래서, 제어 방법을 적합하게 한 후에, 진동 용접 장치는 전술한 본 발명의 진동 용접 장치의 기술적 효과와 이점을 실현한다. 따라서, 그리고 불필요한 반복을 피하기 위해, 위의 설명을 참조한다.
개장 키트의 바람직한 실시 형태에서, 적어도 하나의 클램핑 표면은 제 1 평면에 수직인 제 2 축선을 따라 이동 가능하다. 이러한 조합으로, 역시 위에서 논의한 바와 같이, 결과적인 진동 용접 장치의 유연성이 더 증가된다.
진동 용접 장치를 위한 본 발명의 개장 방법은 본 발명의 개장 키트를 제공하는 단계, 적어도 2개의 클램핑 표면이 서로 대향하여 배치되도록 클램핑 기구를 리프팅 테이블 또는 진동 용접 장치의 프레임에 체결하는 단계, 및 진동 용접 장치의 제어 방법에서 클램핑 기구를 구현하는 단계를 포함한다. 따라서, 본 개장 방법에 의해, 일반적인 진동 용접 장치가 개선될 수 있어, 전술한 본 발명의 진동 용접 장치의 기술적 효과와 이점을 실현한다.
이하, 도면에 기초하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 도면에서, 동일한 참조 부호는 동일한 요소 및/또는 구성요소를 나타낸다.
도 1은 초기 위치에 있는 본 발명의 진동 용접 장치의 일 실시 형태의 개략적인 전방 측면도이다.
도 2는 전달 위치에 있는 도 1의 실시 형태의 개략적인 전방 측면도이다.
도 3 은 예열 위치에 있는 도 1의 실시 형태의 개략적인 전방 측면도이다.
도 4는 진동 용접 전에 진동 용접 위치에 있는 도 1의 실시 형태의 개략적인 전방 측면도이다,
도 5는 진동 용접 후에 진동 용접 위치에 있는 도 1의 실시 형태의 개략적인 전방 측면도이다.
도 6은 진동 용접 후에 초기 위치에 있는 도 1의 실시 형태의 개략적인 전방 측면도이다.
도 7은 진동 용접 전에 진동 용접 위치에 있는 본 발명의 진동 용접 장치의 추가 실시 형태의 개략적인 전방 측면도이다.
도 8은 진동 용접 전에 진동 용접 위치에 있는 도 7의 추가 실시 형태의 추가의 개략적인 전방 측면도이다.
도 9는 도 8의 좌측 확대도이다.
도 10은 본 발명의 진동 용접 방법의 일 실시 형태의 개략적인 절차 과정을 나타낸다.
도 11은 본 발명의 개장 방법의 일 실시 형태의 개략적인 절차 과정을 나타낸다.
본 발명의 진동 용접 장치(1; 100)의 실시 형태가 그의 기능에 대해 이하 구체적으로 설명된다. 일반적으로 진동 용접 장치는 자동차 산업, 에너지 산업 또는 의료 기술 분야에서 사용될 수 있다. 특히, 구성요소, 바람직하게는 플라스틱 구성요소가 진동 용접에 의해, 이미 용접된 구성요소의 적층체, 바람직하게는 이미 용접된 플라스틱 구성요소의 적층체에 신뢰적인 방식으로 용접되어야 하는 임의의 용례에서 사용될 수 있다.
이제 도 1 내지 도 6을 참조하여, 진동 용접 장치(1)의 제 1 실시 형태 및 그 기능이 설명된다. 진동 용접 장치(1)는, 제 1 지지부에 배치되는 진동 용접 헤드를 갖는 상부 도구(10)인 제 1 도구를 포함한다. 상부 도구(10)의 진동 용접 헤드는 진동 용접 또는 제 1 평면을 규정하고 사용시에 적어도 제 1 축선(X)을 따라 요동하거나 진동한다. 하나의 축선, 즉 제 1 축선(X)을 따라서만 제 1 평면에서 진동하는 진동 용접 헤드를 갖는 상부 도구(10) 대신에, 궤도 진동 용접 헤드를 갖는 상부 도구를 사용하는 것도 가능하다. 이 경우, 진동 용접 헤드는 제 1 평면에서 원형 운동을 수행할 것이며, 이 원형 운동은 제 1 축선(X) 및 제 1 축선(X)에 수직인 추가 축선(Y)에 의해 기술될 수 있다.
이제 도 1을 다시 참조하면, 진동 용접 장치(1)는 또한 제 2 지지부에 배치되는 하부 도구(12)인 제 2 도구를 포함한다. 제 1 및 제 2 지지부, 및 따라서 상부 도구(10)와 하부 도구(12)는 적어도 제 2 축선(Z)을 따라 서로에 대해 움직일 수 있다. 제 2 축선(Z)은 제 1 평면에 수직이다.
이 실시 형태와 관련하여, 진동 용접 장치(1)의 제 1 지지부는 상부 장착 플레이트이고, 제 2 지지부는 리프팅 테이블, 바람직하게는 전기 모터 또는 유압에 의해 구동되는 리프팅 테이블이다. 특히 전동 모터나 유압으로 인해, 진동 용접 방법을 용이하게 하는 정밀 제어가 실현될 수 있다.
더욱이, 진동 용접 장치(1)는 적어도 2개의 대향 배치되는 클램핑 기구(14)를 포함하는 클램핑 장치를 갖는다. 각 클램핑 기구(14)는 클램핑 표면(16)을 제공한다. 나타나 있는 실시 형태에서, 클램핑 장치는 프레임(나타나 있지 않음)에 체결된다. 따라서 이는 제 1 또는 제 2 지지부와 함께 자동으로 움직이지 않는다. 더 용이한 이해를 위해, 그렇게 구성된 진동 용접 장치(1)를 사용 동안에 설명한다.
우선, 도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 상부 도구(10) 및 하부 도구(12), 따라서 제 1 및 제 2 지지부는, 사용자가 제 1 구성요소(3)를 제 2 구성요소 또는 용접된 구성요소의 적층체(5)에 배치할 수 있도록 충분히 서로 이격되어 있는 초기 위치에 있다. 나타나 있는 바와 같이, 두 용접된 구성요소의 적층체(5)는 하부 도구(12)에 있다. 제 1 구성요소(3)는 하부 도구에 있는 용접된 구성요소의 적층체(5) 상에 배치되어 있다. 또한, 클램핑 장치의 클램핑 기구(14)의 클램핑 표면(16)은 개방 위치에 있다.
다음 단계에서, 제 2 지지부 및 따라서 하부 도구(12)는, 전달 위치에 도달할 때까지 상부 도구(10)의 방향으로 제 2 축선(Z)을 따라 이동된다. 이 전달 위치에서, 제 1 구성요소(3)는 상부 도구(10)에 수용된다. 예를 들어, 제 1 구성요소(3)는 과소압 등에 의해 상부 도구(10)에 유지된다. 따라서, 상부 도구(10)는 제 1 구성요소(3)를 수용하는 역할을 하고 하부 도구(12)는 제 2 구성요소 또는 용접된 구성요소의 적층체(5)를 수용하는 역할을 한다. 클램핑 표면(16)은 여전히 개방 위치에 있다. 이 상태는 도 2에서 볼 수 있다.
그 후, 하부 도구(12) 및 제 2 지지부는 제 2 축선(Z)을 따라 중간 위치로 상부 도구(10)로부터 멀어지게 움직인다. 제 1 구성요소(3)가 예를 들어 수동으로 또는 추가 장치에 의해 상부 도구(10)에 직접 배치되는 경우, 중간 위치로의 하부 도구(12)의 이동이 필요하지 않다.
진동 용접 장치(1)가 또한 일반적으로 선택적인 예열 장치(18)를 포함하기 때문에, 하부 도구(12) 및 이에 따른 제 2 지지부는 그럼에도 불구하고 중간 위치로 이동된다. 그 후, 예열 장치(18)는 파킹 위치로부터, 중간 위치에 있는 상부 도구(10)와 하부 도구(12) 사이의 예열 위치로 이동된다. 도 3은 공정의 이 단계를 도시한다. 알 수 있는 바와 같이, 클램핑 표면(16)의 위치는 개방 위치에 있도록 변경되지 않는다.
제 1 구성요소(3) 및 용접된 구성요소의 적층체(5)의 예열이 일어난 후, 예열 장치(18)는 예열 위치로부터 다시 파킹 위치로 이동된다. 예를 들어 IR 라디에이터를 갖는 각각의 예열 장치 및 그의 구성은 일반적으로 알려져 있으므로, 여기에서 자세히 설명하지 않는다.
예열 장치(18)가 그의 파킹 위치에 도달하자 마자, 하부 도구(12)가 상부 도구(10)에 대해 움직여 진동 용접 위치로 갈 수 있다. 이 위치에서, 제 1 구성요소(3) 및 용접된 구성요소의 적층체(5)는, 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 서로 접촉한다.
더욱이, 그리고 도 4와 관련하여, 2개의 대향 배치되는 클램핑 표면(16)은 제 1 축선(X)을 따라 서로에 대해 이동되어, 하부 도구(12)에 배치된 용접된 구성요소의 적층체(5)와 직접 접촉하고 그 적층체를 클램핑한다. 따라서, 클램핑 장치는 개방 위치로부터 클램핑 위치로 이동되었고, 클램핑 위치에서, 용접된 구성요소의 적층체(5)의 이동은 적어도 제 1 축선(X)을 따라 진동 용접 동안에 억제되거나 방지된다. 특히, 제 1 구성요소(3)와 함께 용접된 구성요소(5)의 이동은 적어도, 원하는 품질의 용접 이음부가 얻어지는 정도로 감소된다(제거되지는 않더라도).
이와 관련하여, 위에서 논의된 바와 같이, 진동 용접 장치의 클램핑 장치가 진동 용접 장치의 프레임에 고정된다는 것을 무엇보다도 먼저 유의해야 한다. 따라서, 제 2 축선(Z)을 따른 클램핑 장치의 클램핑 표면의 위치가 미리 결정되고 특정한 제 1 구성요소(3)에 적합하게 된다. 이에 의해, 제어 노력이 감소된다.
대안으로서, 클램핑 기구(14)는 제 2 지지부에 고정될 수 있다. 이 경우에, 클램핑 기구 및 그에 따른 클램핑 장치는 제 2 지지부와 함께 이동된다. 이 대안을 사용할 때, 클램핑 표면(16)이 사용시에 제 2 구성요소 또는 용접된 구성요소의 적층체(5)에만 접촉하도록 보장되어야 한다. 그렇지 않으면, 제 1 구성요소(3)의 움직임도 방해되어 진동 용접을 방지할 것이다. 이를 피하기 위해, 클램핑 장치는 용접된 구성요소의 적층체(5)가 이미 특정 높이를 갖는 경우에만 사용되도록 적합하게 될 수 있다. 대안적으로, 제 2 축선(Z)을 따른 클램핑 표면(16)의 이동성이 추가로 제공될 수 있다. 특히, 제 2 축선(Z)을 따른 클램핑 표면(16), 바람직하게는 각각의 클램핑 표면(16)의 이동성이 바람직하고 유리하다. 후자는 진동 용접 장치(100)의 제 2 실시 형태와 관련하여 논의될 것이다.
제 2 지지부에서 클램핑 장치의 체결의 이점은, 클램핑 장치가 제 2 지지부, 특히 리프팅 테이블과 함께 제 2 축선(Z)을 따라 이동된다는 점이다. 이것은 진동 용접 장치(1)의 유연성을 증가시킨다.
완전성을 위해, 클램핑 장치가 프레임에 체결되는 경우에도 제 2 축선(Z)을 따른 클램핑 표면(16)의 이동성이 추가로 제공될 수 있음이 지적된다. 이에 의해, 진동 용접 장치(1)는 프레임에서의 새로운 위치에서 클램핑 장치의 제거 및 재고정을 필요로 하지 않고 다른 구성요소의 처리에 적합하게 될 수 있다.
또한, 2개의 대향 배치되는 클램핑 기구(14)는 고정된 위치로서 클램핑 위치에 접근하는 대신 용접된 구성요소의 적층체(5)의 위치를 찾기 위해 트리거력으로 작동할 수 있음을 유의해야 한다. 더욱이, 클램핑 위치는, 클램핑 표면(16)이 제 2 구성요소 또는 용접된 구성요소의 적층체(5)와 직접 접촉하는 위치이거나, 또는 클램핑 표면(16)이 제 2 구성요소 또는 용접된 구성요소의 적층체(5)로부터 예컨대 0.2 mm의 짧은 거리로 오프셋되는 위치일 수 있다. 각 경우에, 클램핑 표면(16)은 바람직하게는 잠금된다.
클램핑 표면(16)이 짧은 거리만큼 오프셋되는 경우, 진동 용접 동안 용접된 구성요소의 적층체(5)에 특히 추가 응력이 도입되지 않는다. 또한, 용접된 구성요소의 적층체(5)는 또한 클램핑 장치에 의해, 특히 클램핑 기구(14)의 클램핑 표면(16)에 의해 이동되지 않는다. 마지막으로, 클램핑 기구(14)의 클램핑 표면(16)은 용접된 구성요소의 적층체(5)의 각 층에 대해 또는 바람직하게는 주로 자기(self) 공명 주파수가 발생하는 영역 또는 부분에서 사용될 수 있음을 유의해야 한다.
진동 용접 동안, 상부 도구(10)는 바람직하게는 제 1 축선(X)을 따라서만 이동된다. 클램핑 기구(14)의 클램핑 표면(16)으로 인해, 설명된 바와 같이, 이 축선(X)을 따른 용접된 구성요소의 적층체(5)의 이동이 방해되거나 방지된다.
상부 도구(10)가 제 1 축선(X)을 따라 뿐만 아니라 진동 용접 평면 또는 제 1 평면에서 이동이 수행되도록 궤도 용접 도구인 경우, 바람직하게는 2개의 추가 클램핑 기구(14)를 클램핑 장치에 제공하는 것이 바람직하고, 각각의 클램핑 기구는 각각의 클램핑 표면(16)을 갖는다. 추가 클램핑 기구(14)는 서로 대향하여, 또한 적어도 제 1 축선(X)에 수직인 축선(Y)을 따라 하지만 제 1 평면에서 제 2 구성요소 또는 용접된 구성요소의 적층체(5)의 이동을 방해하거나 방지하도록 배치된다. 각각의 축선(Y)을 제 3 축선(Y)이라고도 한다.
진동 용접이 종료된 후, 클램핑 표면(16)은 클램핑 위치로부터 개방 위치로 이동되고, 용접된 구성요소(20)의 증가된 적층체를 갖는 제 2 도구, 즉 하부 도구(12)가 있는 제 2 지지부가 초기 위치로 이동된다. 이것은 도 6에서 볼 수 있다.
이제, 제 1 도구, 즉 상부 도구(10)에 다른 제 1 구성요소(3)를 배치함으로써 위의 단계가 반복된다. 하부 도구(12)에 존재하는 용접된 구성요소(20)의 증가된 적층체는, 따라서, 용접된 구성요소의 새로운 적층체(5)를 형성한다. 원하는 적층체가 존재하도록 원하는 횟수 만큼 단계를 반복한 후, 사용자는 진동 용접 장치(1)로부터 용접된 구성요소의 결과적인 또는 최종 적층체(5)를 제거할 수 있다.
이러한 방식으로 진행할 때, 특히 위의 단계를 반복할 때, 용접된 구성요소의 적층체(5)는 바람직하게는 플라스틱으로 만들어진 추가 구성요소(3) 또는 층에 의해 각 사이클에서 증가된다는 점을 고려해야 한다. 따라서, 서로에 대한 제 1 및 제 2 지지부의 움직임은 진동 용접 위치, 즉 제 1 지지부와 제 2 지지부 사이의 거리가 각각의 새로운 사이클에 대해 조정되어야 하므로 매우 정밀하게 제어되어야 한다.
처음에, 제 2 지지부, 즉 리프팅 테이블에 의해 접근되는 진동 용접 위치는, 제 1 구성요소(3)와 제 2 구성요소(5)가 서로 접촉하는 위치이다. 진동 용접 후, 2개의 구성요소의 적층체가 하부 도구, 즉 용접된 구성요소(20)의 증가된 적층체에 존재한다. 이제, 다른 제 1 구성요소(3)가 용접된 구성요소(20)의 증가된 적층체에 용접되어야 하며, 이 적층체는 이 새로운 사이클에서 제 2 구성요소 또는 용접된 구성요소의 적층체(5)를 형성한다. 따라서, 제 1 지지부와 제 2 지지부 사이의 거리가 너무 작을 것이기 때문에, 처음부터 진동 용접 위치는 사용될 수 없다. 따라서, 진동 용접 위치는 추가된 구성요소(3)의 두께에 의해 각 사이클에서 조정되어야 한다. 특히, 제 2 축선(Z)을 따른 제 1 지지부와 제 2 지지부 사이의 거리가 그에 따라 증가되어야 한다. 이러한 이유로, 결과적인 움직임이 매우 정확하게 제어될 수 있기 때문에 전기 모터 또는 유압에 의해 구동되는 리프팅 테이블을 제 2 지지부로 사용하는 것이 특히 바람직하다.
본 발명의 진동 용접 장치(1)의 한 가지 이점은, 용접된 구성요소의 적층체(5)에 이미 존재하는 용접 이음부에 대한 응력이 진동 용접 동안 감소된다는 것이다. 다른 이점은, 진동 용접 헤드 및 따라서 제 1 구성요소(3)의 진동이 일정하게 유지될 수 있고 자기 공명 주파수에서 벗어날 수 있다는 것이다. 마지막으로, 처리 시간이 증가하지 않도록 진동 주기 시간을 일정하게 유지할 수 있는 것이 유리하다.
도 7 내지 도 9에는, 본 발명의 진동 용접 장치(100)의 대안적인 실시 형태가 나타나 있다. 일반적으로, 진동 용접 장치(100)의 구성은 전술한 진동 용접 장치(1)와 유사하다. 그럼에도 불구하고, 전술한 실시 형태와 대조적으로, 여기서 클램핑 기구(114)의 클램핑 표면(116)은 여기서 추가적으로 제 2 축선(Z)을 따라 이동 가능하다. 이는 클램핑 기구(114)가 프레임에 고정되어 있는지 또는 제 2 지지부에 고정되어 있는지에 관계없이 적용된다.
이러한 이동성에 의해, 제 2 축선(Z)을 따른 클램핑 표면(116)의 위치는 제 1 구성요소(103)의 두께 및/또는 제 2 구성요소 또는 용접된 구성요소(105)의 적층체의 위치에 따라 조정될 수 있다. 따라서, 클램핑 표면(116)이 제 1 구성요소(103)의 요동 또는 진동을 방해하지 않고 제 2 구성요소 또는 용접된 구성요소(105)의 적층체만을 클램핑하는 것이 확실하게 보장될 수 있다. 따라서, 이러한 이동성은 특히 바람직한 구현에서 진동 용접 동안에 그리고/또는 후에 Z-축선을 따른 클램핑 표면(116)의 이동을 허용한다. 이로 인해, 특히 용접된 구성요소(105)의 적층체는, 신뢰할 수 있는 용접 연결을 생성하기 위해 힘이 구성요소(103, 105)에 가해지는 진동 용접 후의 단계 동안에 안정화된다.
이제 도 10을 참조하여, 각각의 진동 용접 방법의 실시 형태가 설명된다. 제1 단계 A에서, 제 1 구성요소(3; 103)가 제 1 도구에 배치된다. 이것은 사용자에 의해 직접 수행될 수 있다. 대안으로, 제 1 구성요소(3; 103)를 제 1 도구에 배치하는 이 단계(A)는 단계(A1, A2)를 포함한다. 단계(A1)에서, 제 1 구성요소(3; 103)는 제 2 도구에, 바람직하게는 제 2 구성요소 또는 용접된 구성요소의 적층체(5; 105)에 배치된다. 다음 단계(A2)에서, 제 1 구성요소(3; 103)를 갖는 제 2 지지부(109)가 제 2 축선(Z)을 따라 초기 위치로부터 전달 위치로 제 1 지지부(107)에 대해 이동된다. 이러한 방법 단계를 통해, 사용자는 제 1 구성요소(3; 103)를 제 2 도구에 배치하고, 그런 다음에 제 2 도구는 제 1 구성요소(3; 103)를 제 1 도구에 전달하기 위해 이동된다. 이리하여, 제 1 구성요소(3; 103)를 제 1 도구에 배치하는 수동 단계가 없게 된다.
이어서, 특히 진동 용접 장치(1; 100)가 예열 장치(18)를 포함하는 경우, 본 방법은 추가 단계(H ∼ K)를 포함한다. 단계(H)에서, 제 2 지지부(109)는 제 1 지지부(107)에 대해 중간 위치로 이동된다. 이 단계는 또한 제 1 구성요소(3; 103)가 제 1 도구, 즉 상부 도구(10; 110)에 단단히 유지되고 있는지를 확인하기 위해 예열 장치(18)의 존재와는 독립적으로 수행될 수 있다.
다음으로, 예열 장치(18)는 단계(I)에서 파킹 위치로부터 제 1 도구와 제 2 도구 사이의 예열 위치로 이동된다. 단계(J)에서, 제 1 구성요소(3; 103)와 제 2 구성요소 또는 용접된 구성요소의 적층체(5; 105)의 예열이 일어난다. 예열 후에, 예열 장치는 단계(K)에서 예열 위치로부터 파킹 위치로 이동된다. 이 과정에 의해, 효과적인 예열을 달성할 수 있다.
예열 후, 제 2 구성요소 또는 용접된 구성요소의 적층체(5; 105)를 갖는 제2 지지부(109)는 단계(B)에서 제 2 축선(Z)을 따라 진동 용접 위치로 제 1 지지부(107)에 대해 이동된다.
진동 용접 위치(이 위치에서 제1 구성요소(3; 103) 및 제 2 구성요소 또는 용접된 구성요소의 적층체(5; 105)가 서로 접촉함)에서, 선택적인 단계(G)가 수행될 수 있다. 이 단계를 위한 요건은, 클램핑 기구(14; 114) 중의 적어도 하나, 바람직하게는 각각의 클램핑 표면(16; 116)이 제 2 축선(Z)을 따라 이동 가능하다라는 것이다. 이 이동은 프레임 또는 제 2 지지부(109)에서의 클램핑 기구(14; 114)의 고정에 대해 독립적인데, 즉 예컨대 제 2 지지부(109)를 갖는 클램핑 장치의 이동과는 독립적이다. 반대로, 이는 클램핑 기구(14; 114)에 의해 제공되는 클램핑 표면(16; 116)에 대한 추가적인 자유도를 제공하는데, 클램핑 표면(16; 116)은 특히 제 2 축선(Z)을 따라 이동 가능한 클램핑 기구(14; 114)에 대한 것이기 때문이다.
이로 인해, 단계(G)에서, 클램핑 기구(14; 114) 중의 하나, 둘 또는 바람직하게는 각각의 클램핑 표면(16; 116)을 제 2 축선(Z)을 따라 이동시키는 것은, 상부 도구(10; 110)에 인접하는 각각의 클램핑 표면(116)의 단부가 클램핑 위치에서 제 1 구성요소(3; 103)와 접촉하는 제 2 구성요소 또는 용접된 구성요소의 적층체(5; 105)의 단부에 또는 그에 인접하여 배치되도록 수행된다. 이것은 예를 들어 도 4, 8 및 9에 나타나 있다.
그 결과, 클램핑 표면(16; 116)은 제 1 구성요소(3; 103)에 직접 인접하는 용접된 구성요소의 적층체(5; 105)에 접촉하게 된다. 이리하여, 진동 용접 동안에 제 1 구성요소(3; 103)의 이동을 방해함이 없이 구성요소의 적층체(5; 105)가 효과적으로 안정화된다. 일반적으로, 제 2 축선(Z)을 따른 클램핑 표면(16; 116)의 이동성에 의해, 클램핑 표면(16; 116)은 용접된 구성요소의 적층체(5; 105)의 각 층에 대해, 또는 바람직하게는, 주로 자기 공명 주파수가 생기는 영역 또는 부분에서 사용될 수 있다. 더욱이, 클램핑 표면(16; 116)의 위치는 제 1 구성요소(3; 103)의 두께에 쉽게 적합하게 될 수 있다.
제 2 축선(Z)을 따른 클램핑 표면(16; 116)의 위치가 조절된 후에, 단계(C)에서, 적어도 2개의 대향 배치되는 클램핑 기구(14: 114)의 클램핑 표면(16; 116)이 제 1 축선(X)을 따라 클램핑 위치로 이동된다. 결과적으로, 적어도 제 1 축선(X)을 따르는 제 2 구성요소 또는 용접된 구성요소의 적층체(5; 105)의 이동이 방해를 받게 된다.
바람직하게는, 위의 단계(C)는 특히 단계(C1 및 C2)로 구성된다. 단계(C1)에서, 제 1 축선(X)을 따라 제 1 방향으로 일어나는 제 1 클램핑 표면(16; 116)의 이동이 일어나고, 단계(C1) 전, 후 또는 그와 동시에, 제 1 축선(X)을 따라 제 1 방향의 반대인 제 2 방향으로 일어나는 대향 배치되는 제 2 클램핑 표면(16; 116)의 이동이 단계(C2)에서 수행된다. 예를 들어, 서로 대향하여 배치되고 클램핑 표면(16; 116)이 제 3 축선(Y)을 따라 이동 가능한 2개의 추가 클램핑 기구가 존재하는 경우에(위 참조), 그의 이동은 용접된 구성요소의 적층체(5; 105)를 추가로 안정화시키기 위해 유사하게 수행된다. 이는 진동 용접 장치가 궤도 진동 용접 헤드를 포함하는 경우에 특히 바람직하다.
이와 관련하여, 대향 배치되는 클램핑 기구(14; 114)는 또한 트리거력으로 작동하여 용접된 구성요소의 적층체(5; 105)의 위치를 찾을 수 있다는 것을 유의해야 한다. 더욱이, 클램핑 위치는, 클램핑 표면(16; 116)이 제 2 구성요소 또는 용접된 구성요소의 적층체(5; 105)와 직접 접촉하는 위치이다. 대안적으로, 클램핑 위치는, 클램핑 표면(16; 116)이 제 2 구성요소 또는 용접된 구성요소의 적층체(5; 105)로부터 예컨대 0.2 mm의 짧은 거리로 오프셋되는 위치이다. 각 경우에, 클램핑 표면(16; 116)은 바람직하게는 클램피 위치에 잠금된다.
클램핑 기구(14; 114)가 클램핑 위치에 배치된 후에, 제 1 구성요소(3; 103)가 제 2 구성요소 또는 용접된 구성요소의 적층체(5; 105)에 진동 용접되는 것이 단계(D)에서 수행된다. 진동 용접이 끝난 후에, 그래서, 용접된 구성요소(20)의 증가된 적층체가 존재한다. 바람직하게는, 진동 용접 헤드의 이동이 멈춘 후, 신뢰할 수 있는 용접 연결이 생성되도록, 용접된 구성요소(20)의 증가된 적층체에 힘이 가해지게 된다. 특히, 힘이 가해진 상태에서 미리 결정된 유지 시간을 기다리면, 구성요소(3, 5; 103, 105)의 재료 재결정화가 일어날 수 있다.
또한, 진동 용접이 완료된 후, 단계(E)에서, 클램핑 표면(16; 116)은 제 1 축선(X)을 따라 개방 위치로 이동하게 된다. 단계(C)의 경우와 마찬가지로, 단계(E)도 2개의 단계(E1 및 E2)를 포함할 수 있다. 특히, 단계(E1)에서, 제 1 클램핑 표면(16; 116)이 제 1 축선(X)을 따라 제 2 방향으로 이동하고, 전에, 후에 또는 동시에 단계(E2)에서, 대향 배치되는 제 2 클램핑 표면(16; 116)이 제 1 축선(X)을 따라 제 2 방향의 반대인 제 1 방향으로 이동하게 된다.
이어서, 제 2 지지부(109)는 단계(F)에서 다시 초기 위치로 이동된다. 이제, 구성요소(20)의 결과적인 적층체가 원하는 높이 또는 층 수에 도달할 때까지, 전술한 방법 단계들이 반복될 수 있다. 위에서 설명된 바와 같이, 특히 진동 용접 위치와 관련하여, 또한 전달 위치 및 중간 위치와 관련해서도, 각각의 위치에 접근할 때, 용접된 구성요소의 적층체(5; 105)의 새로운 높이가 고려되어야 한다.
제 1 평면에서 사용하는 동안, 바람직하게는 제 1 축선을 따라서만 진동하는 진동 용접 헤드를 갖는 진동 용접 장치를 위한 본 발명의 개장(retrofitting) 키트의 일 실시 형태가 적어도 2개의 클램핑 기구(14; 114)를 갖는 클램핑 장치를 포함하며, 각 클램핑 기구는 클램핑 표면(16; 116)을 가지며, 클램핑 표면은, 제 1 축선(X)을 따라 클램핑 위치와 개방 위치 사이에서 이동 가능하며, 그래서 클램핑 위치에서 적어도 제 1 축선(X)을 따르는 제 2 구성요소 또는 용접된 구성요소의 적층체(5; 105)의 이동이 진동 용접 동안에 방해를 받을 수 있다. 또한, 적어도 하나의 클램핑 표면(16; 116)은 바람직하게는 제 1 평면에 수직인 제 2 축선(Z)을 따라 이동 가능하다. 개장 키트에 의해, 일반적인 진동 용접 장치에 클램핑 장치가 구비될 수 있으며, 그래서, 제어 방법을 적합하게 한 후에, 진동 용접 장치가 전술한 본 발명의 진동 용접 장치(1; 100)의 기술적 효과 및 이점을 실현한다.
마지막으로, 그리고 도 11과 관련하여, 진동 용접 장치를 위한 본 발명의 개장 방법의 일 실시 형태를 논의한다. 우선, 본 발명의 개장 키트가 단계(i)에서 제공된다. 다음으로, 클램핑 표면(16; 116)이 서로 대향하여 배치되도록 클램핑 기구(14; 114)가 단계(ⅱ)에서 리프팅 테이블 또는 진동 용접 장치의 프레임에 체결된다. 마지막으로, 단계(iii)에서, 진동 용접 장치의 제어 방법에서 클램핑 기구(14; 114)의 구현이 수행된다. 결과적으로, 본 개장 방법에 의해, 일반적인 진동 용접 장치가 개선되어, 전술한 본 발명의 진동 용접 장치(1; 100)의 기술적 효과 및 이점을 실현할 수 있다.
1 진동 용접 장치
3 제 1 구성요소
5 제 2 구성요소 또는 용접된 구성요소의 적층체
10 상부 도구
12 하부 도구
14 클램핑 기구
16 클램핑 표면
18 예열 장치
20 용접된 구성요소의 증가된 적층체
100 진동 용접 장치
103 제 1 구성요소
105 제 2 구성요소 또는 용접된 구성요소의 적층체
107 제 1 지지부
109 제 2 지지부
110 상부 도구
112 하부 도구
114 클램핑 기구
116 클램핑 표면
X 제 1 축선
Z 제 2 축선

Claims (14)

  1. 제 1 구성요소(3; 103)를 제 2 구성요소 또는 용접된 구성요소의 적층체(5; 105)에 용접하기 위한 진동 용접 장치(1; 100)로서,
    제 1 지지부(107)에 배치되는 진동 용접 헤드를 갖는 상부 도구(10; 110)인 제 1 도구 - 상기 진동 용접 헤드는 사용시에 제 1 평면에서, 바람직하게는 제 1 축(X)을 따라서만 진동하고, 상기 제 1 도구는 상기 제 1 구성요소(3; 103)를 수용하는 역할을 함 -;
    제 2 지지부(109)에 배치되는 하부 도구(12; 112)이고, 상기 제 2 구성요소 또는 용접된 구성요소의 적층체(5; 105)를 수용하는 역할을 하는 제 2 도구를 포함하고,
    상기 제 1 지지부(107) 및 제 2 지지부(109)는 적어도 제 1 평면에 수직인 제 2 축선(Z)을 따라 초기 위치로부터 진동 용접 위치로 서로에 대해 이동 가능하고,
    상기 진동 용접 장치는 적어도 2개의 대향 배치되는 클램핑 기구(14; 114)를 포함하는 클램핑 장치를 포함하고, 각 클램핑 기구는 상기 제 1 축선(X)을 따라 클램핑 위치와 개방 위치 사이에서 이동 가능한 클램핑 표면(16; 116)을 가지며, 클램핑 위치에서 적어도 상기 제 1 축선(X)을 따르는 상기 제 2 구성요소 또는 용접된 구성요소의 적층체(5; 105)의 이동이 진동 용접 동안에 방해를 받는, 진동 용접 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 지지부(107)는 상부 장착 플레이트이고, 상기 제 2 지지부(109)는 리프팅 테이블, 바람직하게는 전기 모터 또는 유압으로 구동되는 리프팅 테이블인, 진동 용접 장치(1; 100).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 클램핑 장치는 제 2 지지부(109) 또는 진동 용접 장치(1; 100)의 프레임에 고정되는, 진동 용접 장치(1; 100).
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 클램핑 기구(14; 114) 중 하나 또는 둘 모두의 클램핑 표면(16; 116)은 제 2 축선(Z)을 따라 이동 가능한, 진동 용접 장치(1; 100).
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    각기 클램핑 표면(16; 116)을 갖는 복수의 클램핑 기구(14; 114)를 포함하고, 적어도 하나, 2개의 또는 바람직하게는 각각의 클램핑 기구(14; 114)의 클램핑 표면(16; 116)은 상기 제 2 축선(Z)을 따라 이동 가능한, 진동 용접 장치(1; 100).
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    예열 장치(18)를 더 포함하는 진동 용접 장치(1; 100).
  7. 제 1 항에 따른 진동 용접 장치(1; 100)를 사용하는 진동 용접 방법으로서,
    제 1 구성요소(3; 103)를 제 1 도구에 배치하는 단계(단계 A),
    제 2 구성요소 또는 용접된 구성요소의 적층체(5; 105)와 함께 제 2 지지부(109)를 제 2 축선(Z)을 따라 진동 용접 위치로 제 1 지지부(107)에 대해 이동시키는 단계(단계 B),
    적어도 제 1 축선(X)을 따르는 제 2 구성요소 또는 용접된 구성요소의 적층체(5; 105)의 이동이 방해를 받도록, 적어도 2개의 대향 배치되는 클램핑 기구(14; 114)의 클램핑 표면(16; 116)을 제 1 축선을 따라 클램핑 위치로 이동시키는 단계(단계 C),
    그리고 나서, 용접된 구성요소의 증가된 적층체(20)가 얻어지도록 제 1 구성요소(3; 103)를 제 2 구성요소 또는 용접된 구성요소의 적층체(5; 105)에 진동 용접시키는 단계(단계 D),
    그 후 상기 제 1 축선을 따라 상기 클램핑 표면(16; 116)을 개방 위치로 이동시키는 단계(단계 E), 및
    이후 상기 제 2 지지부(109)를 다시 초기 위치로 이동시키는 단계(단계 F)를 포함하는 진동 용접 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 구성요소(3; 103)를 제 1 도구에 배치하는 단계 A는,
    제 1 구성요소(3; 103)를 제 2 도구에, 바람직하게는 제 2 구성요소 또는 용접된 구성요소의 적층체(5; 105) 상에 배치하는 단계(단계 A1), 및
    제 1 구성요소(3; 103)와 함께 제 2 지지부(109)를 제 2 축선(Z)을 따라 초기 위치로부터 전달 위치로 제 1 지지부(107)에 대해 이동시키는 단계(단계 A2)를 포함하는, 진동 용접 방법.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 클램핑 표면(16; 116)을 상기 클램핑 위치로 이동시키는 단계(C)는,
    제 1 축선(X)을 따라 제 1 방향으로 제 1 클램핑 표면(16; 116)을 이동시키는 단계(단계 C1), 및 대향 배치되는 제 2 클램핑 표면(16; 116)을 제 1 축선(X)을 따라 상기 제 1 방향에 반대인 제 2 방향으로 이동시키는 단계(단계 C2)를 포함하고,
    클램핑 표면(16; 116)을 개방 위치로 이동시키는 단계 E는,
    제 1 클램핑 표면(16; 116)을 제 1 축선(X)을 따라 제 2 방향으로 이동시키는 단계(단계 E1), 및 대향 배치되는 제 2 클램핑 표면(16; 116)을 제 1 축선(X)을 따라 상기 제 2 방향에 반대인 제 1 방향으로 이동시키는 단계(단계 E2)를 포함하는, 진동 용접 방법.
  10. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    적어도 하나의, 바람직하게는 각각의 클램핑 기구(14; 114)의 클램핑 표면(16; 116)은 제 2 축선(Z)을 따라 이동 가능하고, 진동 용접 방법은,
    제 1 도구에 인접하는 각각의 클램핑 표면(16; 116)의 단부가 클램핑 위치에서 상기 제 1 구성요소(3; 103)와 접촉하는 제 2 구성요소 또는 용접된 구성요소의 적층체(5; 105)의 단부에 또는 그에 인접하여 배치되도록 하나, 2개의 또는 바람직하게는 각각의 클램핑 기구(14; 114)의 클램핑 표면(16; 116)을 제 2 축선(Z)을 따라 이동시키는 단계(단계 G)를 더 포함하는, 진동 용접 방법.
  11. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 진동 용접 장치(1; 100)는 예열 장치(18)를 포함하고, 상기 방법은 제 1 구성요소(3; 103)를 제 1 도구에 배치하는 단계 A 후에 그리고 제 2 지지부(109)를 진동 용접 위치로 이동시키는 단계 B 전에,
    제 1 지지부(107)에 대해 제 2 지지부(109)를 중간 위치로 이동시키는 단계(단계 H),
    상기 예열 장치(18)를 파킹 위치로부터 제 1 도구와 제 2 도구 사이의 예열 위치로 이동시키는 단계(단계 I),
    제 1 구성요소(3; 103) 및 제 2 구성요소 또는 용접된 구성요소의 적층체(5; 105)를 예열하는 단계(단계 J), 및
    상기 예열 장치(18)를 예열 위치로부터 파킹 위치로 이동시키는 단계(단계 K)를 더 포함하는, 진동 용접 방법.
  12. 사용 중에 제 1 평면에서, 바람직하게는 제 1 축선(X)을 따라서만 진동하는 진동 용접 헤드를 갖는 진동 용접 장치를 위한 개장 키트(retrofitting kit)로서, 적어도 2개의 클램핑 기구(14; 114)를 갖는 클램핑 장치를 포함하며, 각 클램핑 기구는, 제 1 축선(X)을 따라 클램핑 위치와 개방 위치 사이에서 이동 가능한 클램핑 표면(16; 116)을 가지며, 그래서 클램핑 위치에서 적어도 제 1 축선(X)을 따르는 제 2 구성요소 또는 용접된 구성요소의 적층체(5; 105)의 이동이 진동 용접 동안에 방해를 받을 수 있는, 개장 키트.
  13. 제 12 항에 있어서,
    적어도 하나의 클램핑 표면(16; 116)은 제 1 평면에 수직인 제 2 축선(Z)을 따라 이동 가능한, 개장 키트.
  14. 진동 용접 장치를 위한 개장 방법으로서,
    제 12 항 또는 제 13 항에 따른 개장 키트를 제공하는 단계(단계 i),
    적어도 2개의 클램핑 표면이 서로 대향하여 배치되도록 클램핑 기구(14; 114)를 리프팅 테이블 또는 진동 용접 장치의 프레임에 체결하는 단계(단계 ii), 및
    진동 용접 장치의 제어 방법에서 상기 클램핑 기구(14; 114)를 구현하는 단계(단계 iii)를 포함하는 개장 방법.
KR1020220107406A 2021-09-10 2022-08-26 진동 용접 장치 및 진동 용접 방법 KR20230038092A (ko)

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