DE20022186U1

DE20022186U1 - Vorrichtung zum punktuellen Verschweißen von wenigstens zwei Bauteilen mittels Ultraschall

Info

Publication number: DE20022186U1
Application number: DE20022186U
Authority: DE
Original assignee: STAR FIX GmbH
Current assignee: STAR FIX GmbH
Priority date: 2000-11-25
Filing date: 2000-11-25
Publication date: 2001-04-05
Anticipated expiration: 2010-11-26

Description

PATENTANWALT Fasanenstr. 7 DR.-ING. WERNER LORENZ D-89522 Heidenheim

26.01.2001 WS/ul

Akte: STF 4988GM/DE
Anmelder:

Star Fix GmbH
Hauptstr. 31
73540 Heubach

Vorrichtung zum punktuellen Verschweißen von weniastens zwei
Bauteilen mittels Ultraschall

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum punktuellen Verschweißen von wenigstens zwei Bauteilen mittels Ultraschall, wobei wenigstens eines der Bauteile aus Kunststoff besteht, mit einer Schweißzange, welche einen Ultraschallkopf und eine an dem Ultraschallkopf angebrachte Sonotrode aufweist, wobei die Sonotrode zum Verschweißen der wenigstens zwei Bauteile in Richtung des herzustellenden Schweißpunktes verfahrbar ist.

Derartige Vorrichtungen sind aus dem allgemeinen Stand der Technik in verschiedenen Ausführungen bekannt.

Zum einen existieren sogenannte Handschweißzangen, mit denen eine Bedienperson Ultraschallschweißungen an beliebigen Stellen der miteinander zu verschweißenden Bauteile anbringen kann. Der Nachteil dabei ist jedoch, daß die genaue Lage und die Gestalt des jeweils hergestellten Schweißpunktes sehr stark von dem Bediener abhängt und eine gleichbleibende Qualität nicht gewährleistet werden kann.

Zum anderen sind vollkommen andersartige Vorrichtungen bekannt, welche mit mehreren solchen Schweißzangen ausgestattet sind und in welchen die miteinander zu verschweißenden Bauteile komplett aufgenommen werden können. Hierbei handelt es sich allerdings um äußerst große Vorrichtungen, die einen großen Platzbedarf erfordern und die darüber hinaus insbesondere bei Bauteilen mit komplizierten Formen äußerst aufwendig und somit teuer sind.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum punktuellen Verschweißen von wenig-

stens zwei Bauteilen mittels Ultraschall zu schaffen, welche einerseits eine gleichbleibend hohe Qualität der einzelnen Schweißpunkte gewährleistet und welche andererseits kostengünstig realisiert werden kann und somit auch für Kleinserien geeignet ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß an der dem Ultraschallkopf gegenüberliegenden Seite des herzustellenden Schweißpunktes ein Aufnahmeelement angeordnet ist, an welchem wenigstens eines der wenigstens zwei Bauteile abstützbar ist, und daß die Schweißzange an einer Handlingeinrichtung angeordnet und mittels derselben bewegbar ist.

Durch das erfindungsgemäße Aufnahmeelement an der dem Ultraschallkopf gegenüberliegenden Seite des herzustellenden Schweißpunktes wird beim Verschweißen der Bauteile eine Gegenlagerung geschaffen, welche die von dem Ultraschallkopf bzw. die von der an dem Ultraschallkopf angebrachten Sonotrode ausgehenden Kräfte aufnimmt und so Verformungen der Bauteile verhindert. Hierdurch wird außerdem sichergestellt, daß für die miteinander zu verschweißenden Bauteile eine definierte Lage gegeben ist. Dies führt im Ergebnis zu

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Schweißpunkten, deren Position und Aufbau konstant ist, so daß sich eine gleichbleibend hohe Schweißqualität ergibt.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Schweißzange an einer Handlingeinrichtung kann dieselbe frei programmierbar bewegt werden und ist somit in der Lage, die verschiedenen Stellen an den Bauteilen, an denen die Schweißpunkte entstehen sollen, sehr präzise anzufahren. Durch diese hohe Präzision kann die von der Sonotrode zurückzulegende Wegstrecke und der aufzubringende Druck äußerst genau festgelegt werden, was ebenfalls zur Erhöhung der Qualität des entstehenden Schweißpunktes beiträgt.

Gegenüber bekannten Vorrichtungen, die von Hand bedient werden, ergeben sich somit erhebliche Vorteile bezüglich der Präzision und der dadurch entstehenden Schweißqualität. Jedoch weist die erfindungsgemäße Vorrichtung auch gegenüber vollautomatisch arbeitenden Vorrichtungen mit mehreren Schweißzangen erhebliche Vorteile auf, da sie sehr flexibel, d.h. bei den verschiedensten Bauteilen, eingesetzt werden kann und verhältnismäßig geringe Kosten erforderlich macht.

Eine besonders große Flexibilität im Bezug. auf die unterschiedlichen Formen der miteinander verschweißbaren Bauteile verbunden mit einer sehr hohen Wiederholgenauigkeit kann sich ergeben, wenn in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung die Handlingeinrichtung als Handlingroboter, insbesondere als Sechs-Achsen-Roboter, ausgebildet ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die Schweißzange einen Grundkörper aufweisen, an dem der Ultraschallkopf angebracht ist, wobei das Aufnahmeelement zur Realisierung einer Ausgleichsbewegung in Längsrichtung der Schweißzange relativ zu dem Grundkörper verfahrbar ist. Auf diese Weise kann das Aufnahmeelement sehr sanft und äußerst genau an die zu verschweißenden Bauteile herangefahren werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen sowie aus dem nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellten Ausführungsbeispiel.

Die einzige Figur zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum punktuellen Verschweißen zweier Bauteile mittels Ultraschall.

Eine Vorrichtung 1 zum Verschweißen zweier Bauteile 2 und 3 weist eine Schweißzange 4 auf, die an einer Handlingeinrichtung 5 angebracht ist, welche beispielsweise als ein Handlingroboter mit sechs Achsen ausgeführt sein kann. Die Handlingeinrichtung 5, die selbstverständlich auch eine geringere oder höhere Anzahl an Achsen aufweisen kann, ist nur teilweise und sehr schematisch dargestellt, ihr Aufbau und ihre Wirkungsweise sind jedoch allgemein bekannt.

Die Schweißzange 4 weist einen an der Handlingeinrichtung 5 angebrachten Grundkörper 6, einen mit dem Grundkörper 6 verbundenen Ultraschallkopf 7 und eine an dem Ultraschallkopf 7 angebrachte Sonotrode 8 auf. Die in an sich bekannter Weise aufgebaute Sonotrode 8 ist zum Verschweißen der Bauteile 2 und 3 mittels Ultraschall vorgesehen, wozu sie in Richtung eines herzustellenden Schweißpunktes 9 verfahrbar ist. Die Bewegung des Ultraschallkopfes 7 mit der Sonotrode 8

erfolgt gemäß dem Pfeil A in Längsrichtung der Schweißzange 4. Da die prinzipiellen Vorgänge beim Ultraschallschweißen an sich bekannt sind, wird an dieser Stelle nicht näher auf dieselben eingegangen.

An der dem Ultraschallkopf 7 bzw. der Sonotrode 8 gegenüberliegenden Seite des herzustellenden Schweißpunktes 9 ist ein Aufnahmeelement 10 angeordnet, an welchem das Bauteil 2 abgestützt ist. Das Aufnahmeelement 10 ist Teil der Schweißzange 4, ist mit dem Grundkörper 6 über einen Bügel 11 verbunden und kann gegenüber demselben zur Realisierung einer Ausgleichsbewegung in Längsrichtung der Schweißzange 4 verfahren werden. Das Aufnahmeelement 10 bewegt sich gemäß dem Pfeil B. Diese Verfahrbewegung kann beispielsweise pneumatisch realisiert werden.

Die beiden aus Kunststoff bestehenden Bauteile 2 und 3 sind bereits vor der Verschweißung über einen Schweißdom 12 lose miteinander verbunden, der im vorliegenden Fall von dem Bauteil 2 ausgeht und in eine Ausnehmung 13 in dem Bauteil 3 eingreift und ebenfalls aus Kunststoff besteht. Prinzipiell sind für die Bauteile 2 und 3 sowie für den Schweißdom 12 die verschiedensten

Kunststoffe verwendbar. Theoretisch wäre es auch möglich, daß eines der beiden Bauteile 2 oder 3 aus einem anderen Material als Kunststoff besteht.

Um nun die beiden Bauteile 2 und 3 miteinander zu verschweißen, wird die Handlingeinrichtung 5, beispielsweise durch vorherige Programmierung, zu dem Schweißdom 12 bewegt, worauf das Aufnahmeelement 10 an das Bauteil 2 angelegt wird. Daraufhin wird die Sonotrode 8 auf dem Schweißdom 12 aufgelegt und in Schwingungen versetzt. Auf diese Art und Weise verschweißt die Sonotrode 8 den Schweißdom 12 derart, daß der Schweißpunkt 9 entsteht. Hierbei dient das Aufnahmeelement 10 zur Abstützung des Bauteils 2 gegenüber den von der Sonotrode 8 einwirkenden Kräften und zur exakten Lagefixierung desselben. Nach Fertigstellung des Schweißpunktes 9 kann die Handlingeinrichtung 5 die Schweißzange 4 an einen anderen, nicht dargestellten Schweißpunkt zwischen den Bauteilen 2 und 3 bewegen.

Auf diese Weise ergibt sich eine gleichermaßen flexible und präzise arbeitende Vorrichtung 1 zum Verschweißen der beiden Bauteile 2 und 3 mit Ultraschall. Als Bauteile 2 und 3 sind unter anderem Innenverklei-

düngen von PKW, Gehäuse von elektrischen Geräten, Mobiltelefone und ähnliches denkbar. Selbstverständlich können auch mehr als zwei Bauteile mit Hilfe der Vorrichtung 1 miteinander verschweißt werden.

Claims

1. Vorrichtung zum punktuellen Verschweißen von wenigstens zwei Bauteilen mittels Ultraschall, wobei wenigstens eines der Bauteile aus Kunststoff besteht, mit einer Schweißzange, welche einen Ultraschallkopf und eine an dem Ultraschallkopf angebrachte Sonotrode aufweist, wobei die Sonotrode zum Verschweißen der wenigstens zwei Bauteile in Richtung des herzustellenden Schweißpunktes verfahrbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß an der dem Ultraschallkopf (7) gegenüberliegenden Seite des herzustellenden Schweißpunktes (9) ein Aufnahmeelement (10) angeordnet ist, an welchem wenigstens eines der wenigstens zwei Bauteile (2, 3) abstützbar ist, und daß die Schweißzange (4) an einer Handlingeinrichtung (5) angeordnet und mittels derselben bewegbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Handlingeinrichtung (5) als Handlingroboter ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Handlingroboter (5) ein Sechs-Achsen-Roboter ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einem der wenigstens zwei Bauteile (2, 3) ein Schweißdom (12) zugeordnet ist, der zur Bildung des Schweißpunktes (9) durch die Sonotrode (8) verschweißt wird.

5. Vorrichtung nach einem Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißdom (12) aus Kunststoff besteht.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißzange (4) einen Grundkörper (6) aufweist, an dem der Ultraschallkopf (7) angebracht ist, wobei das Aufnahmeelement (10) zur Realisierung einer Ausgleichsbewegung in Längsrichtung der Schweißzange (4) relativ zu dem Grundkörper (6) verfahrbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (6) mit der Handlingeinrichtung (5) verbunden ist.