PL194441B1

PL194441B1 - Sposób i urządzenie do wielogłowicowego zgrzewania tarciowego

Info

Publication number: PL194441B1
Application number: PL00362866A
Authority: PL
Inventors: Leonhard Crasser
Original assignee: Multi Orbital Systems Gmbh
Priority date: 1999-08-12
Filing date: 2000-06-20
Publication date: 2007-05-31
Also published as: KR100701492B1; TR200200342T2; RU2233743C2; DE19938100A1; CN1153662C; PL362866A1; KR20020035850A; JP2003507210A; EP1207994A1; ES2203486T3; HUP0202402A2; DK1207994T3; BR0013263A; CA2381529C; HK1046877B; PT1207994E; HU224375B1; ATE246992T1; US6604668B2; EP1207994B1

Abstract

1. Sposób wieloglowicowego zgrzewania tarciowego, w którym poszczególne belki ksztaltowe ram ksztaltowych zaciska sie sztywno w polozeniu w glowicy zgrzewania tarciowego po przeciwnych stronach w poblizu powierzchni zlacza i dociska sie je do siebie i zgrzewa sie wspólbieznie powierzchnie zlacza otwartych lub zamknietych belek ksztaltowych ram okiennych, znamienny tym, ze po zaci- snieciu poszczególnych belek ksztaltowych (1, 2, 3, 4) wprowadza sie w drgania odpowiednie swobodne konce belek ksztaltowych (1, 2, 3, 4) po przeciwnych stronach powierzchni zlacza za pomoca glowic zgrzewania tarciowego (44), przy czym dwie glowice zgrzewania tarciowego (44) wprowadza sie w drgania w kierunku X, Z i Y, Z zasadniczo w przeciwnej fazie wzgledem siebie, zas glowice zgrzewania tarciowe- go (44) zwiazane z dwoma swobodnymi koncami kazdej belki ksztaltowej (1, 2, 3, 4) wprowadza sie w drgania zasadniczo w przeciwnej fazie wzgledem siebie. 8. Urzadzenie do wieloglowicowego zgrzewania tarcio- wego, zawierajace kilka, zwlaszcza cztery, zespoly zgrze- wania tarciowego usytuowane z mozliwoscia regulacji na lozu maszynowym do zgrzewania powierzchni zlacza otwar- tych i zamknietych ram ksztaltowych, znamienne tym, ze zespól zgrzewania tarciowego (30) zawiera dwie glowice zgrzewania tarciowego (44) z plytami drgajacymi (62), z których kazda jest polaczona sztywno z zespolem zaci- skajacym (64), przy czym kazdy zespól zaciskajacy…....... PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Wynalazek dotyczy sposobu i urządzenia do wielogłowicowego zgrzewania tarciowego, zwłaszcza do współbieżnego zgrzewania obszarów łączonych powierzchni ram z otwartych lub zamkniętych profili.

Są znane sposoby zgrzewania tarciowego, w których poprzez względny ruch dwóch części składowych pod ciśnieniem jest wytwarzane tarcie tak, że generuje się energię potrzebną do stopienia materiału na powierzchniach, które mają być zgrzewane ze sobą. Części do zgrzewania ze sobą są ogólnie symetryczne osiowo lub symetryczne środkowo. Sposób nie jest jednak odpowiedni do zgrzewania asymetrycznych części składowych, takich jak kształtowe belki do kształtowych ram okiennych lub drzwi.

Z opisu patentowego DE-A-4118258 znany jest sposób wytwarzania ram okiennych lub drzwiowych z kształtowych belek z tworzyw sztucznych, w którym obszary powierzchni do łączenia są ogólnie cięte z odpowiednim skośnym skosem i następnie są zgrzewane ze sobą poprzez proces tak zwanego lustrzanego zgrzewania.

Z opisu patentowego DE-A-1950236 jest znane współbieżne zgrzewanie powierzchni skosu takich ram kształtowych przy użyciu zgrzewania doczołowego, jako wielogłowicowe zgrzewanie doczołowe dociskowe, w którym obszary powierzchni do łączenia są ogrzewane do ich punktu topienia, a następnie, po usunięciu luster, są łączone pod dociskiem. Ta procedura wielogłowicowego dociskowego zgrzewania doczołowego ma wady szczególnie ze względu na długi czas obróbki, to znaczy czas potrzebny do ogrzewania i topienia, łączenia i utwardzania obszarów złącza. Ponieważ ciepło jest rozpraszane z obszaru złącza bardzo powoli, tworzące się podczas procesu nieuniknione duże rąbki zgrzeiny mogą być obcinane dopiero po odczekaniu kilku minut.

Usuwanie rąbków jest dodatkowo skomplikowane zwłaszcza w obszarach wewnętrznych i narożnych. Także, takie urządzenie do wielogłowicowego dociskowego zgrzewania doczołowego zużywa stosunkowo dużą ilość energii, ponieważ głowice zgrzewające muszą być utrzymywane ciągle w temperaturze roboczej także podczas okresów, w których nie odbywa się zgrzewanie.

Ponadto, na powierzchni elektrod tworzą się warstwy utleniające, które musza być usuwane, i z tego powodu stosuje się osłony luster z teflonu, co jest dość kosztowne.

Z opisu patentowego US 5,902,657 znany jest sposób wielogłowicowego zgrzewania tarciowego belek kształtowych ram okiennych, w którym stosuje się płyty drgające usytuowane w styku z powierzchnią czołową każdego członu i powodujące topienie materiału. Gdy materiał staje się ciekły, płyty drgające są usuwane i człony są doprowadzane do styku. Ten sposób ma tę wadę, że płyty muszą znajdować się w styku z odpowiednimi powierzchniami członów i dlatego zetknięcie odpowiednich powierzchni może zachodzić po doprowadzeniu do tarcia pomiędzy płytami drgającymi i materiałem członów i po usunięciu płyt drgających.

Dlatego, celem wynalazku jest zapewnienie sposobu wielogłowicowego dociskowego zgrzewania doczołowego i urządzenia odpowiedniego do realizacji sposobu, w którym wady sposobu wielogłowicowego dociskowego zgrzewania doczołowego mogły być wyeliminowane i w którym, można było by zgrzewać kilka lub wszystkie obszary powierzchni łączonych ram kształtowych zawierających kształtowe belki jednocześnie i w krótszym czasie w porównaniu ze znanym procesem zgrzewania i bez tworzenia dużych rąbków zgrzeiny.

Sposób wielogłowicowego zgrzewania tarciowego, według wynalazku, w którym poszczególne belki kształtowe ram kształtowych zaciska się sztywno w położeniu w głowicy zgrzewania tarciowego po przeciwnych stronach w pobliżu powierzchni złącza i dociska się je do siebie i zgrzewa się współbieżnie powierzchnie złącza otwartych lub zamkniętych belek kształtowych ram okiennych, charakteryzuje się tym, że po zaciśnięciu poszczególnych belek kształtowych wprowadza się w drgania odpowiednie swobodne końce belek kształtowych po przeciwnych stronach powierzchni złącza za pomocą głowic zgrzewania tarciowego, przy czym dwie głowice zgrzewania tarciowego wprowadza się w drgania w kierunku X, Z i Y, Z zasadniczo w przeciwnej fazie względem siebie, zaś głowice zgrzewania tarciowego związane z dwoma swobodnymi końcami każdej belki kształtowej wprowadza się w drgania zasadniczo w przeciwnej fazie względem siebie.

Dwie głowice zgrzewania tarciowego wprowadza się w drgania z przesunięciem fazowym 180°.

Korzystnie, synchronizuje się uruchomienie głowic zgrzewania tarciowego z uruchomieniem w położeniu przeciwnej fazy, a kąt fazowy pomiędzy drganiami głowic zgrzewania tarciowego reguluje się podczas zgrzewania utrzymując dokładne zestrojenie. Stosuje się wzorzec eliptycznych drgań do swobodnych końców belek kształtowych.

PL 194 441 B1

Swobodne końce belek kształtowych poddaje się kołowym drganiom o częstotliwości od 20 Hz do 500 Hz i amplitudzie < 3 mm przez mniej niż 30 s.

Przed zgrzewaniem ustawia się belki kształtowe w ramę okienną na płycie montażowej tak, że powierzchnie do łączenia umieszcza się w styku ze sobą po czym umieszcza się głowice zgrzewania tarciowego z ich zaciskami kształtowymi na końcach belek kształtowych w pobliżu powierzchni do łączenia i przesuwa się je do siebie podczas zgrzewania, przy czym uruchamia się na krótko głowice zgrzewania tarciowego zależnie od parametru częstotliwości drgań, amplitudy drgań i nacisku styku doprowadzając współbieżnie energię do wszystkich powierzchni złącza.

Przed zgrzewaniem belek kształtowych ramy okiennej umieszcza się płytę szklaną lub odpowiednią wkładkę w kanale szkła.

Według wynalazku urządzenie do wielogłowicowego zgrzewania tarciowego, zawierające kilka, zwłaszcza cztery, zespoły zgrzewania tarciowego usytuowane z możliwością regulacji na łożu maszynowym do zgrzewania powierzchni złącza otwartych i zamkniętych ram kształtowych, charakteryzuje się tym, że zespół zgrzewania tarciowego zawiera dwie głowice zgrzewania tarciowego z płytami drgającymi, z których każda jest połączona sztywno z zespołem zaciskającym, przy czym każdy zespół zaciskający zawiera pierwszą płytę zaciskającą która jest ruchoma względem drugiej płyty zaciskającej, którą stanowi dolne ramię, do blokowania swobodnego końca belki kształtowej profilowej ramy okiennej, a ponadto, dwie głowice zgrzewania tarciowego danej płaszczyzny złącza są ruchome względem siebie z ich zespołami zaciskającymi umieszczonymi na płycie montażowej w kierunku płaszczyzny złącza, zaś płyta montażowa jest zamontowana suwliwie do ustawiania zespołów zgrzewania tarciowego względem kątowego ukierunkowania płaszczyzny złącza na łożu maszynowym w równoległych elementach prowadzących i/lub jest ruchoma obrotowo w zespole kątowych prowadnic do właściwego ustawienia płaszczyzn złącza.

Głowice zgrzewania tarciowego zamontowane na płycie montażowej i połączone z nimi zespoły zaciskające są ruchome w przeciwnych kierunkach w stronę płaszczyzny złącza.

Dla ograniczenia siły zaciskającej wywieranej na belki kształtowe z tworzywa sztucznego, zawiera wkładki metalowe, które mają wymiar od 1/10 mm do 10/10 mm mniejszy niż wymiar zaciśniętej belki kształtowej.

Zespół zaciskający połączony z płytą drgającą ma u-kształtny obszar gniazdowy na belki kształtowe i pierwszą ruchomą płytę zaciskającą a pierwsza płyta zaciskająca jest sprzężona za pomocą cylindra zaciskającego, korzystnie cylindra pneumatycznego, pionowo z umieszczoną w nim belką kształtową.

Zespół zaciskający ma, w widoku z góry, kształt prostokątnego trójkąta, w którym normalnie do płaszczyzny złącza jest usytuowana u-kształtna podstawa obszaru gniazdowego.

Za głowicą zgrzewania tarciowego jest umieszczony równolegle do niej silnik do napędzania odpowiedniej głowicy zgrzewania tarciowego za pomocą zębatego pasa.

Urządzenie zawiera blokujące pręty do przejmowania wewnętrznych sił działających pomiędzy sąsiednimi dwoma zespołami zgrzewania tarciowego.

W sposobie według wynalazku wytwarzanie ram kształtowych jest zasadniczo bardziej ekonomiczne, a czasy przetwarzania są skrócone. Jest osiągane poprzez krótki czas nadtapiania i krótkie czasy dopasowywania i przetrzymywania, które są ogólnie rzędu jednej minuty lub krótsze. Ponieważ proces wymaga stosunkowo mało ciepła, rąbki zgrzein są stosunkowo małe. Zewnętrzne powierzchnie mogą być dlatego obrabiane końcowo natychmiast po procesie zgrzewania i następować jeszcze w czasie przetrzymywania lub chłodzenia, co jest bardzo korzystne.

W celu wyeliminowania niedokładnego lub niepowtarzalnego zgrzewania podczas współbieżnego zgrzewania obszarów powierzchni łączonych elementów ramy kształtowej synchronizuje się uruchomienie głowic zgrzewania tarciowego z uruchomieniem w położeniu fazy przesuniętej o 180°, a kąt fazowy pomiędzy drganiami głowic zgrzewania tarciowego reguluje się podczas zgrzewania utrzymując dokładne zestrojenie.

W szczególnie korzystnym wariancie wynalazku, stosuje się wzorzec eliptycznych drgań do swobodnych końców belek kształtowych. Jeżeli, w szczególnym przypadku drgań eliptycznych, stosuje się drgania kołowe, warunki takie są szczególnie korzystne, ponieważ, przy synchronizacji głowic zgrzewania tarciowego, wypadkowe wektory sił osiowych wzdłuż połączonych elementów ramy kształtowej mogą swobodnie drgać i żadne wzdłużne siły nie działają na zespół złącza elementów kształtowych.

PL 194 441 B1

Jako siła obciążająca element kształtowy, pozostaje jedynie promieniowa siła o małym wypadkowym wektorze w kierunku wzdłużnym belki kształtowej tak, że wskutek przesunięcia fazowego 180° w osi osiąga się drgający ruch boczny pomiędzy konstrukcjami przytrzymującymi belki kształtowe. Nie występuje żaden ruch w kierunku na zewnątrz.

Korzyści wynalazku także dotyczą ograniczonego przypadku drgań eliptycznych, w którym jedna oś a lub b elipsy zbliża się do zera.

Szczególnie korzystne jest zastosowanie sposobu wielogłowicowego zgrzewania tarciowego do zgrzewania kształtowych ram drzwiowych i okiennych z tworzywa sztucznego.

Zgodnie z wynalazkiem, w tym celu przed zgrzewaniem ustawia się ramę okienną na płycie montażowej tak, że powierzchnie do łączenia umieszcza się w styku ze sobą umieszcza się głowice zgrzewania tarciowego z ich zaciskami kształtowymi na końcach belek kształtowych w pobliżu powierzchni do łączenia i przesuwa się je do siebie podczas zgrzewania i uruchamia się na krótko głowice zgrzewania tarciowego zależnie od parametru częstotliwości drgań, amplitudy drgań i nacisku styku doprowadzając współbieżnie energię do wszystkich obszarów łączonych powierzchni.

W takim przypadku, przy kwadratowej ramie wyposażonej w dwie głowice drgające na każdym ukośnym złączu lub, odpowiednio, płaszczyźnie złącza i przy drganiach z przesunięciem fazowym 180° oraz współbieżnej synchronizacji głowic drgających, wektory siły mogą swobodnie drgać we wzdłużnym kierunku belek kształtowych utrzymywanych w położeniu i żadne siły nie działają na kształtowe zaciski we wzdłużnym kierunku belek kształtowych. Przy przesunięciu fazowym 180°, wszystkie belki drgają w kierunku wzdłużnym w tym samym czasie zgodnie z ruchem wskazówek zegara, a następnie przeciwnie do ruchu wskazówek zegara.

Ponadto, ruch kołowy występuje na przeciwległych końcach każdej belki kształtowej, który jest przeciwny do występującego na końcu sąsiedniej belki kształtowej, podlegającej przeciwnemu ruchowi kołowemu tak, że żaden skierowany na zewnątrz swobodny ruch względem płaszczyzny złącza nie występuje. Fakt, że w tym przypadku swobodne ruchy kompensują siebie nawzajem jest szczególnie korzystne dla sposobu zgrzewania tarciowego według wynalazku.

Do zgrzewania łączonych obszarów powierzchniowych otwartych lub zamkniętych ram, stosuje się urządzenie wielogłowicowe do zgrzewania tarciowego, zawierające kilka, zwłaszcza cztery, zespoły zgrzewania tarciowego usytuowane z możliwością regulacji na łożu maszynowym. Każdy zespół zgrzewania tarciowego zawiera dwie głowice zgrzewania tarciowego z drgającymi płytami, które są połączone sztywno z zespołem zaciskającym.

Każdy zespół zaciskający zawiera pierwszą płytę zaciskającą, która jest ruchoma względem drugiej płyty zaciskającej do blokowania swobodnego końca belki kształtowej ramy profilowej. Dwie głowice zgrzewania tarciowego przypisane do płaszczyzny złącza są ruchome względem siebie z ich zespołami zaciskającymi umieszczonymi na płycie montażowej w taki sposób, że są one ruchome w kierunku płaszczyzny złącza odpowiednio do dokładnych wymiarów ramy kształtowej. Do ustawiania zespołów zgrzewania tarciowego względem kątowego ukierunkowania płaszczyzny złącza, na łożu maszynowym jest zamontowana suwliwie płyta montażowa w równoległych elementach prowadzących i/lub w obrotowych elementach prowadzących tak, że jest ruchoma suwliwa i/lub obrotowa do właściwego ustawienia płaszczyzn złącza.

Ponieważ, według wynalazku, głowice zgrzewania tarciowego zamontowane na płycie montażowej i zespoły zaciskające głowic zgrzewania tarciowego są zamocowane suwliwie tak, że są ruchome w kierunku i od płaszczyzny złącza, a ponadto regulacja położenia zgrzewanej ramy może być synchronizowane, a zgrzewanie ramy kształtowej jest ułatwione, ponieważ uzyskuje się ramę kształtową z dokładnymi wymiarami.

Ponieważ belki kształtowe z tworzywa sztucznego nie mogą być narażone na nadmierne siły zaciskające ze względu na stosunkowo cienkie żebra usytuowane we wnętrzu belek kształtowych, stosuje się według wynalazku wkładki metalowe, które mają wymiar od 1/10 mm do 10/10 mm mniejszy niż wymiar zaciśniętej belki kształtowej dla ograniczenia siły zaciskającej wywieranej na belki kształtowe.

Zespół zaciskający połączony z płytą drgającą ma u-kształtny obszar gniazdowy na belki kształtowe, a pierwsza płyta zaciskająca jest umieszczona w u-kształtnym obszarze gniazdowym, wskutek czego płyta zaciskająca może być dociśnięta za pomocą cylindra zaciskającego, korzystnie cylindra pneumatycznego, pionowo do belki kształtowej usytuowanej w odpowiednim zespole zaciskającym i jest podparty przez ramię u-kształtnego obszaru gniazdowego, którego ramie stanowi powierzchnię oporową dla nacisku.

PL 194 441 B1

Ponadto, zespół zaciskający ma, w widoku z góry, kształt prostokątnego trójkąta, w którym normalnie do płaszczyzny złącza jest usytuowana u-kształtna podstawa obszaru gniazdowego. Przy tej konstrukcji zespołu zaciskającego, jest możliwe sprzęgnięcie w zespole zaciskającym ułożonych współosiowo belek kształtowych, jak również belek kształtowych łączonych pod prawie dowolnym kątem skosu zapewniając regulację względnego położenia, która jest zawsze normalna do płaszczyzny złącza.

W celu umożliwienia wykorzystania urządzenia do zgrzewania tarciowego ram okiennych, które mają stosunkowo krótsze belki kształtowe -standardowe okna mają długości belek kształtowych co najmniej 26 cm - według wynalazku za głowicą zgrzewania tarciowego jest umieszczony równolegle do niej silnik do napędzania odpowiedniej głowicy zgrzewania tarciowego za pomocą zębatego pasa.

W ten sposób, dwie głowice zgrzewania tarciowego dwóch płaszczyzn sąsiednich złączy mogą być ustawiane obok siebie tak, że także najkrótsze z używanych belek kształtowych mogą być zgrzewane ze sobą.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia ramę kształtową z wyjaśnieniem działania wynalazku; fig. 2 - widok z góry zespołu do zgrzewania tarciowego z dwoma odcinkami belki kształtowej, które mają być zgrzewane ze sobą w ułożeniu liniowym; fig. 3 - widok z boku zespołu do zgrzewania tarciowego; fig. 4 - nieco powiększony widok z boku zespołu zaciskającego; fig. 5 - widok z góry zespołu do zgrzewania tarciowego z dwoma odcinkami belki kształtowej, które mają być zgrzane ze sobą pod katem prostym; fig. 6 - widok z góry zespołu do zgrzewania tarciowego podczas zgrzewania prostych belek kształtowych z zakrzywioną belką kształtową fig. 7 - widok z góry urządzenia do wielogłowicowego zgrzewania tarciowego stosowanego do prostokątnych ram kształtowych; fig. 8 - widok z góry urządzenia do wielogłowicowego zgrzewania tarciowego zastosowane do ram kształtowych o innych połączeniach niż prostokątne.

W niniejszym opisie, te same części ujawnionego przykładu wykonania oznaczone są tymi samymi oznaczeniami liczbowymi.

Działanie wynalazku jest w zasadzie wytłumaczone na podstawie wieloaktowej ramy pokazanej na fig. 1, która zawiera cztery belki kształtowe 1,2,3,4 połączone wzdłuż płaszczyzn złącza rozciągających się pod kątem 45° do kierunku wzdłużnego belek.

Energia drgań potrzebnych do połączenia poprzez zgrzewanie tarciowe jest doprowadzana do każdego ze zgrzewanych obszarów narożnych za pomocą zespołu zgrzewania tarciowego 30 z dwiema głowicami zgrzewania tarciowego, które będą opisane dalej poprzez przykłady.

W tym celu, każda głowica zgrzewania tarciowego 44 zawiera zespół zaciskający 64 za pomocą którego jest przytrzymywana w położeniu belka kształtowa, a do tego końca jest dostarczana energia wibracyjna. Dwie głowice zgrzewania tarciowego 44 są tak zamocowane w zespole zgrzewania tarciowego 30, że powierzchnie łączące mogą być dociśnięte do siebie w płaszczyźnie złącza.

Końcom belek kształtowych 1, 2, 3 i 4, utrzymywanych w zespole zaciskającym 64 po przeciwnych stronach płaszczyzny złącza, nadaje się ruch drgający za pomocą głowic zgrzewania tarciowego 44 w taki sposób, że stykające się powierzchnie złącza drgają zasadniczo w fazie przeciwnej o 180° powodując, że nie obracające się symetryczne końce kształtowych belek ramy są stapiane ze sobą poprzez energie lokalnego tarcia. Przeciwne drgania obejmują zasadniczo krążące lub odpowiednio kołowe drgania. Ten typ wprowadzenia energii drgań pozwala na zastosowanie stosunkowo niskiej częstotliwości roboczej i dlatego eliminuje powstawanie dokuczliwego hałasu.

Według wynalazku taki zespół zgrzewania tarciowego 30 z dwiema głowicami zgrzewania tarciowego 44 jest umieszczony w każdym narożu prostokątnej ramy, przy czym głowice zgrzewania tarciowego są tak regulowane, że drgają zasadniczo w przeciwnej fazie w przeciwległych swobodnych końcach każdej kształtowej belki 1,2, 3 i 4. Zapewnia się współbieżną synchronizację wszystkich wibracyjnych głowic 44 w ten sposób, że nie występują żadne siły rozciągające lub ściskające w kierunku wzdłużnym belki kształtowej, a wektory oporu 20 mogą drgać swobodnie wraz z belkami kształtowymi.

Przy prostokątnej kształtowej ramie, jak pokazano na fig. 1, drgania ośmiu głowic zgrzewania tarciowego 44, działających na ramę są synchronizowane w ten sposób, że swobodne końce przyległych kształtowych belek 4:1; 1:2; 2:3; 3:4; 3:4 w czterech narożnych obszarach drgają po przeciwnych stronach powierzchni złącza w kierunkach X, Z i Y, Z zasadniczo przeciwnie.

W związku z tym należy zwrócić uwagę, aby swobodne końce poszczególnych kształtowych belek także drgały zasadniczo w przeciwnej fazie. Dla kołowych drgań, jak wskazano na fig. 1, drgania 11,12,13,14 są w fazie przeciwnej do drgań 15,16,17 i 18.

PL 194 441 B1

Przy tym układzie faz indukowanej energii drgań, drgania mogą być podzielone na osiowe i promieniowe w taki sposób, że osiowe składowe, które odpowiadają wektorom oporu 20, a skierowane dla wszystkich kształtowych belek ramy kształtowej w tym samym kierunku, dzięki czemu nie występują w ramie kształtowej żadne siły rozciągające lub ściskające.

Promieniowe składowe 21, 22, 23 i 24 są w przeciwnej fazie do promieniowych składowych 25, 26, 27 i 28. Wskutek tego, końce belek w płaszczyznach złącza naroży 4:1, 1:2, 2:3 i 3:4 przemieszczają się w przeciwnych kierunkach zapewniając tarcie, za pomocą którego materiał kształtowych belek w płaszczyznach złączy jest topiony do takiego stopnia, że pod wpływem nacisku przyłożonego normalnie do płaszczyzny złącza, materiał spaja się i dwie kształtowe belki są łączone. Tylko ograniczona ilość ciepła wytwarzanego lokalnie podczas procesu tarcia przenika do kształtowych belek tak, że belki chłodzą się szybko po procesie zgrzewania tarciowego.

Parametrami procesu zgrzewania tarciowego są cztery wartości, a mianowicie częstotliwość i amplituda drgań, jak również nacisk i czas, w którym dwie powierzchnie złącza są dociskane do styku ze sobą.

Dla kołowych drgań, częstotliwość drgań wprowadzanych do wszystkich kształtowych belek powinna być pomiędzy 20 Hz i 500 Hz zależnie od materiału, z którego jest belka, podczas gdy drgania mają maksymalna amplitudę mniejszą niż 3 mm. Czas chłodzenia obszaru zgrzewania jest ogólnie mniejszy niż 30 s.

W specjalnych przypadkach, w których kształtowa belka lub koniec kształtowej belki jest sztywno utrzymywany w położeniu, a sąsiadująca kształtowa belka lub koniec kształtowej belki jest doprowadzany do drgań, przy czym częstotliwość drgań kształtowej belki lub końca kształtowej belki utrzymywanej w położeniu jest równa zero Hertzów.

W zakresie tych wartości mogą występować różnice zależnie od materiału, z którego są kształtowe belki. Jeżeli stosuje się materiał termoplastyczny (PVC) z modułem E około 2800 Nm w temperaturze pokojowej, proces zgrzewania przy częstotliwości drgań 75 Hz i przy amplitudzie około 0,4 mm może być zakończony już po kilku sekundach. Te warunki są korzystne także ze względu unikania wytwarzania hałasu.

Do prowadzenia procesu zgrzewania tarciowego, który opisano powyżej, szczególnie korzystne jest stosowanie głowic zgrzewania tarciowego znanych z opisu patentowego DE-OS 4436857.

Zastosowanie głowicy zgrzewającej jest korzystne, ponieważ kilka głowic zgrzewania tarciowego może być łatwo zsynchronizowanych. W szczególności, jest możliwa dobra synchronizacja początkowa tak, że proces zgrzewania tarciowego zaczyna się z wymagana fazą i można bezpiecznie utrzymać zależność fazową pomiędzy poszczególnymi głowicami zgrzewania tarciowego.

W tej znanej konstrukcji, głowica zgrzewająca zawiera układ do regulacji położenia środków okręgów i przesunięcia równoległego, za pomocą którego wejściowa energia obrotowa może być przekształcana na energię ruchu kołowego prowadzonego równolegle.

W celu wyjściowego zsynchronizowania, wszystkie środki okręgów poszczególnych głowic zgrzewających są doprowadzane do położenia całkowicie wysuniętego, a co druga głowica jest następnie przemieszczana z położenia wyjściowego o 180°. Jedynie w przeciwległym położeniu fazowym, kształtowniki są zaciskane i następnie są uruchamiane głowice zgrzewania tarciowego powodujące łączenie za pomocą zgrzewania tarciowego.

Zespół do zgrzewania tarciowego z takimi dwiema głowicami wibracyjnymi jest pokazany na fig. 2 w widoku z góry. Zespół zgrzewania tarciowego 30 jest zamontowany na stole 32, który jest obrotowy względem płyty podporowej 31 i który może być blokowany w jego obróconym położeniu za pomocą śruby blokującej 33. Na obrotowym stole 32 jest oparta płyta montażowa 35 tak, że może ona być przemieszczana w kierunku północ-południe, względem fig. 2.

W tym celu, zastosowany jest osiowy cylinder 37, który zawiera wał oporowy 36 stykający się z płytą montażową 35 i może przemieszczać się posuwiście-zwrotnie wzdłuż konstrukcji prowadzącej 38 zawierającej zespół łożyska kulowego 39. Na płycie montażowej 35 są osadzone człony ślizgowe 40 tak, że są one ruchome w kształtowych torach prowadzących w kierunku wschód-zachód względem fig. 2.

Na odpowiednich członach ślizgowych 40 są zmontowane dwie głowice zgrzewania tarciowego zespołu zgrzewania tarciowego 30, które poniżej są określane jako głowice zgrzewania tarciowego 44. Każda z nich jest napędzana silnikiem 46, korzystnie za pomocą zębatego pasa napędowego 47. Ten silnik 46 jest korzystnie usytuowany, w kierunku północ-południe, za głowicą zgrzewania tarciowego 44 tak, że zespół zgrzewania tarciowego 30 może być możliwie mały, dzięki czemu jest możliwe zgrzewanie tarciowe ram kształtowych o stosunkowo krótkich belkach kształtowych.

PL 194 441 B1

Przemieszczenie członów ślizgowych 40 i, razem z nimi głowic zgrzewania tarciowego 44 normalnie do kierunku północ-południe na fig. 2, odbywa się za pomocą osiowych cylindrów 50, które są zamontowane na ścianach montażowych 51 na obu bokach płyty montażowej 35. Wał 52, wystający od odpowiedniego osiowego cylindra 50, jest połączony z odpowiednim członem ślizgowym 40 i umożliwia przesuwanie go w kierunku płaszczyzny złącza rozciągającej się w kierunku północpołudnie pomiędzy głowicami wzbudzającymi drgania środków.

Wały prowadzące 53, które są zamontowane na ścianach montażowych 50, zapewniają ślizganie bez przechylania członów ślizgowych 40. Jednak, inna konstrukcja ślizgowa może być odpowiednia. Te wały prowadzące mogą także współpracować w typowy sposób z liniową konstrukcją łożyska kulowego.

Energia drgań wymagana do łączenia poprzez zgrzewanie tarciowe jest przenoszona z głowic wzbudzających drgania środków 44 poprzez wał 60 i płytę drgającą 62 do zespołu zaciskającego 64. Ten zespół zaciskający ma, w widoku z góry, kształt prostokątnego trójkąta i jest wyposażony, w widoku z boku na fig. 4, w obszar gniazdowy 71 w kształcie litery U, którego podstawa jest usytuowana normalnie do płaszczyzny złącza. Górne ramię 66 i dolne ramię 67, które są trójkątami w widoku z góry, rozciągają się na całej szerokości belek kształtowych, które mają być obrobione i które są utrzymywane wewnątrz U-kształtnego obszaru gniazdowego 71 za pomocą płyty zaciskającej 68.

Płyta zaciskająca 68 może stykać się sztywno pionowo z umieszczoną belką kształtową za pomocą cylindrów zaciskających 69. W celu ograniczenia sił zaciskających, które mogą być przyłożone do na przykład kształtowników z materiału termoplastycznego, można zastosować metalowe wkładki 72 w U-kształtnym obszarze gniazdowym 71 zespołu zaciskającego 64. Metalowe wkładki 72 mogą być mniejsze o około 2/10 mm niż wymiary odpowiednich belek kształtowych z tworzywa sztucznego i przenoszą one nadmierne siły wywierane przez cylinder zaciskający 69. W ten sposób, siła styku przyłożona do belek kształtowych jest ograniczona, co należy brać pod uwagę, gdy określa się parametry łączenia poprzez zgrzewanie tarciowe.

W zespole zaciskającym 64 zespołu zgrzewania tarciowego 30 pokazanym na fig. 2 przedstawione są odcinki dwóch belek kształtowych 70, które są zgrzewane ze sobą w płaszczyźnie złącza w położeniu liniowym.

Figura 5 ukazuje układ belek kształtowych dla zgrzewania pod kątem 45°, zaś fig. 6 pokazuje zgrzewanie prostych belek kształtowych w zakrzywioną belkę kształtową 75.

Z ilustracji widać, że prostokątny układ ramion górnego 66 i dolnego 67 zespołu zaciskającego 64 umożliwia zgrzewanie dwóch belek kształtowych pod prawie każdym kątem.

Figura 7 ukazuje wielogłowicowe urządzenie do zgrzewania tarciowego prostokątnej ramy kształtowej.

W celu umożliwienia zgrzewania ramy w tym samym czasie we wszystkich czterech narożach zespoły zgrzewania tarciowego 30 są usytuowane na łożu maszynowym 80 tak, że są ruchome na nim, co jest wskazane po bokach zespołów zgrzewania tarciowego za pomocą podwójnych strzałek. Nie jest konieczne wyjaśnianie konstrukcji umożliwiającej przemieszczanie poszczególnych zespołów zgrzewania tarciowego, ponieważ może ono być realizowane za pomocą dowolnych znanych środków.

Po dokładnym zamocowaniu belek kształtowych 1,2,3 i 4 w zespołach zaciskających 64 poszczególnych zespołów zgrzewania tarciowego 30 i przed zaciśnięciem, sprawdza się, zgodnie z wcześniej omówioną synchronizacją startową, czy wszystkie głowice startują z właściwą zależnością fazową w celu uniknięcia ich przemieszczenia w układzie zaciskającym.

Koordynacja ruchów wywołujących tarcie umożliwia współbieżne zgrzewanie kilku obszarów narożnych, przy czym siły wzdłużne w belkach kształtowych, jak już wyjaśniono, są praktycznie nieistotne. To także jest w zgodzie z wymaganiem, aby siły zaciskające utrzymujące belki kształtowe w położeniu podczas zgrzewania były stosunkowo małe. Podczas wprowadzania energii drgań, przykład się nacisk do powierzchni złącza w celu zgrzania ramy na dokładny wymiar po zmięknieniu materiału.

Figura 8 pokazuje, podobnie jak fig. 7, wielogłowicowe urządzenie do zgrzewania tarciowego czworokątnej ramy kształtowej o połączeniach narożnych innych niż 90°. Naroże pokazane na fig. 8 na prawo w górze zawiera powierzchnie złącza ścięte pod kątem skosu większym niż 45°, zaś powierzchnie złącza naroża prawego na dole mają kąt skosu mniejszy niż 45°.

W celu doprowadzenia powierzchni złącza do właściwego położenia i wyregulowania urządzenia do zgrzewania tarciowego do płaszczyzny złącza, obraca się obrotowy stół 32 względem płyty podstawowej 31 i mocuje się go za pomocą śruby blokującej 33 umieszczonej w odpowiedniej szczelinie prowadzącej. Po takiej regulacji zespołu zgrzewania tarciowego 30 na łożu maszynowym 80,

PL 194 441 B1 rama kształtowa, po umieszczeniu i zaciśnięciu belek kształtowych w zespołach zgrzewania tarciowego, może być zgrzana zgodnie z etapami opisanymi wcześniej. Jednak w celu zapewnienia tego, że także w tym przypadku nie występują żadne wektory oporu w osiowym kierunku, amplitudy wprowadzanych drgań muszą być dostosowane do kąta skosu. Dla kątów ostrych, mniejszych niż 45°, amplituda musi być mniejsza niż dla kątów rozwartych powyżej 45°.

Ponieważ dla sposobu łączenia poprzez zgrzewanie tarciowe według wynalazku głębokości stapiania są bardzo małe, tylko co najwyżej mała ilość materiału, jest wyciskana ze złącza tak, że wymagana jest tylko nieznaczna obróbka wykończająca. Jeżeli jest konieczne usuniecie pewnej ilości materiału przemieszczonego wskutek zgrzewania, zwłaszcza w obszarach wewnętrznych ramy kształtowej, może być to zrobione bezpośrednio po operacji zgrzewania tarciowego.

Sposób według wynalazku zapewnia istotne korzyści, ponieważ czas obróbki jest znacznie zmniejszony w porównaniu z typowym zgrzewaniem, a obróbka wykończająca usuwania materiału zgrzewania może być prowadzona bezpośrednio po połączeniu, ponieważ zgrzeina chłodzi się szybko.

Chociaż nie ujawniono szczegółowo sposobu według wynalazku, ramy z dwoma lub trzema narożami, to znaczy nieparzystą liczbą naroży, i zamknięte ramy z czterema i więcej narożami przy parzystej liczbie naroży mogą być wytwarzane bez problemu.

Powyższe wyjaśnienia są oparte na wprowadzaniu kołowych drgań przy użyciu głowic zgrzewania tarciowego przez co osiąga się około 100% energii wejściowej. Jest oczywiste możliwe użycie także innych trybów drgań, takich jak na przykład tryby drgań eliptycznych i liniowych, jeżeli mogą być spełnione wymagania układu fazowego i synchronizacji głowic wywołujących drgania środków.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wielogłowicowego zgrzewania tarciowego, w którym poszczególne belki kształtowe ram kształtowych zaciska się sztywno w położeniu w głowicy zgrzewania tarciowego po przeciwnych stronach w pobliżu powierzchni złącza i dociska się je do siebie i zgrzewa się współbieżnie powierzchnie złącza otwartych lub zamkniętych belek kształtowych ram okiennych, znamienny tym, że po zaciśnięciu poszczególnych belek kształtowych (1,2, 3, 4) wprowadza się w drgania odpowiednie swobodne końce belek kształtowych (1, 2, 3, 4) po przeciwnych stronach powierzchni złącza za pomocą głowic zgrzewania tarciowego (44), przy czym dwie głowice zgrzewania tarciowego (44) wprowadza się w drgania w kierunku X, Z i Y, Z zasadniczo w przeciwnej fazie względem siebie, zaś głowice zgrzewania tarciowego (44) związane z dwoma swobodnymi końcami każdej belki kształtowej (1, 2, 3, 4) wprowadza się w drgania zasadniczo w przeciwnej fazie względem siebie.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że dwie głowice zgrzewania tarciowego (44) wprowadza się w drgania z przesunięciem fazowym 180°.
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że synchronizuje się uruchomienie głowic zgrzewania tarciowego (44) z uruchomieniem w położeniu przeciwnej fazy, a kąt fazowy pomiędzy drganiami głowic zgrzewania tarciowego (44) reguluje się podczas zgrzewania utrzymując dokładne zestrojenie.
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się wzorzec eliptycznych drgań do swobodnych końców belek kształtowych (1,2,3,4).
5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że swobodne końce belek kształtowych (1, 2, 3, 4) poddaje się kołowym drganiom o częstotliwości od 20 Hz do 500 Hz i amplitudzie < 3 mm przez mniej niż 30 s.
6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przed zgrzewaniem ustawia się belki kształtowe w ramę okienną na płycie montażowej tak, że powierzchnie do łączenia umieszcza się w styku ze sobą po czym umieszcza się głowice zgrzewania tarciowego z ich zaciskami kształtowymi (64) na końcach belek kształtowych (1, 2, 3, 4) w pobliżu powierzchni do łączenia i przesuwa się je do siebie podczas zgrzewania, przy czym uruchamia się na krótko głowice zgrzewania tarciowego (44) zależnie od parametru częstotliwości drgań, amplitudy drgań i nacisku styku doprowadzając współbieżnie energię do wszystkich powierzchni złącza.
7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że przed zgrzewaniem belek kształtowych (1,2, 3, 4) ramy okiennej umieszcza się płytę szklaną lub odpowiednią wkładkę w kanale szkła.

PL 194 441 B1
8. Urządzenie do wielogłowicowego zgrzewania tarciowego, zawierające kilka, zwłaszcza cztery, zespoły zgrzewania tarciowego usytuowane z możliwością regulacji na łożu maszynowym do zgrzewania powierzchni złącza otwartych i zamkniętych ram kształtowych, znamienne tym, że zespół zgrzewania tarciowego (30) zawiera dwie głowice zgrzewania tarciowego (44) z płytami drgającymi (62), z których każda jest połączona sztywno z zespołem zaciskającym (64), przy czym każdy zespół zaciskający (64) zawiera pierwszą płytę zaciskającą (68), która jest ruchoma względem drugiej płyty zaciskającej, którą stanowi dolne ramię (67), do blokowania swobodnego końca belki kształtowej (70) profilowej ramy okiennej, a ponadto, dwie głowice zgrzewania tarciowego (44) danej płaszczyzny złącza są ruchome względem siebie z ich zespołami zaciskającymi (64) umieszczonymi na płycie montażowej (35) w kierunku płaszczyzny złącza, zaś płyta montażowa (35) jest zamontowana suwliwie do ustawiania zespołów zgrzewania tarciowego (44) względem kątowego ukierunkowania płaszczyzny złącza na łożu maszynowym (80) w równoległych elementach prowadzących i/lub jest ruchoma obrotowo w zespole kątowych prowadnic do właściwego ustawienia płaszczyzn złącza.
9. Urządzenie według zastrz. 8, znamienne tym, że głowice zgrzewania tarciowego (44) zamontowane na płycie montażowej (35) i połączone z nimi zespoły zaciskające (64) są ruchome w przeciwnych kierunkach w stronę płaszczyzny złącza.
10. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że dla ograniczenia siły zaciskającej wywieranej na belki kształtowe z tworzywa sztucznego, zawiera wkładki metalowe, które mają wymiar od 1/10 mm do 10/10 mm mniejszy niż wymiar zaciśniętej belki kształtowej.
11. Urządzenie według zastrz. 8, znamienne tym, że zespół zaciskający (64) połączony z płytą drgającą (62) ma u-kształtny obszar gniazdowy (71) na belki kształtowe (70) i pierwszą ruchomą płytę zaciskającą (68), a pierwsza płyta zaciskająca (68) jest Sprzężona za pomocą cylindra zaciskającego (69), korzystnie cylindra pneumatycznego, pionowo z umieszczoną w nim belką kształtową (70).
12. Urządzenie według zastrz. 8, znamienne tym, że zespół zaciskający (64) ma, w widoku z góry, kształt prostokątnego trójkąta, w którym normalnie do płaszczyzny złącza jest usytuowana u-kształtna podstawa (65) obszaru gniazdowego (11).
13. Urządzenie według zastrz. 8, znamienne tym, że za głowicą zgrzewania tarciowego (44) jest umieszczony równolegle do niej silnik (46) do napędzania odpowiedniej głowicy zgrzewania tarciowego za pomocą zębatego pasa (47).
14. Urządzenie według zastrz. 8, znamienne tym, że zawiera blokujące pręty do przejmowania wewnętrznych sił działających pomiędzy sąsiednimi dwoma zespołami zgrzewania tarciowego (30).