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    EinArbeitsgerätzum randseitigen Verbinden von Zuschnitten (1, 2) aus Flachmaterialumfasst zwei sich beiderseits einer Grenzlinie erstreckende Träger (3,4) zum Unterstützenjeweils eines Zuschnitts (1, 2) und wenigstens einen Arbeitskopf(20) zum Verbinden der von den Trägern (3, 4) unterstützten Zuschnitte(1, 2) an wenigstens einem Ort (21) der Grenzlinie. Die Träger (3. 4)sind jeweils aus einer Mehrzahl von schwenkbaren Segmenten (8d,8e, 8f) aufgebaut, von denen alle bis auf höchstens jeweils eines (8d)wenigstens zwei Schwenkfreiheitsgrade aufweisen.
    公开号:DE102004025331A1
    申请号:DE102004025331
    申请日:2004-05-19
    公开日:2005-12-22
    发明作者:Georg Andreas Huber
    申请人:Georg Andreas Huber；
    IPC主号:B29C65-10
    专利说明:
    [0001] Dievorliegende Erfindung betrifft ein Arbeitsgerät zum randseitigen Verbindenvon Zuschnitten aus Flachmaterial, um aus diesen einen vorgegebenendreidimensionalen Hohlkörperherzustellen, sowie ein Arbeitsverfahren, das mit einem solchenGerät ausführbar ist.Wenn zwei nicht deckungsgleiche Ränder von solchen zweidimensionalenflachen Zuschnitten miteinander durchgehend verbunden werden sollen,so ist dies nur möglich,wenn die resultierende Verbindungslinie bzw. die an der Verbindungslinieverbundenen Zuschnitte eine Krümmungin einer dritten Dimension aufweisen. Als Hohlkörper soll hier im allgemeinstenSinne jeder dreidimensionale Körperverstanden werden, der eine im Vergleich zu seinem sonstigen Abmessungengeringe Wandstärkeaufweist und wenigstens lokal konkav ist.
    [0002] Einbekanntes Arbeitsgerät,mit dem herkömmlicherweisenicht deckungsgleiche Rändervon Zuschnitten verbunden werden, ist eine Nähmaschine. Diese hat üblicherweiseeinen Kopf, der eine auf und ab bewegliche Nadel und einen vertikalverstellbaren Klemmfuß trägt, derdazu dient, die zu bearbeitenden Zuschnitte gegen einen flachenTrägerzu drü cken,in welchem beiderseits der Nadel zwei Reibplatten beweglich sind,die beim Nähendie zu bearbeitenden Zuschnitte fördern. Um mit einer solchenMaschine gekrümmteRändermiteinander zu vernähen,bedarf es des ständigenkorrigierenden Eingriffs einer Bedienungsperson, die die Zuschnitte querzur Förderrichtungder Reibplatten nachführt. Diebeim Vernähenvon nicht deckungsgleichen Rändernresultierende Wölbungder vernähtenBereiche führenzu Spannungen in den Zuschnitten, die ein exaktes Vernähen sehrschwierig machen. Die von Nähmaschinenbekannte Technik zum Fördernder Zuschnitte ist daher nicht geeignet, wenn großformatigeZuschnitte aus einem wenig dehnbaren Material miteinander verbundenwerden sollen.
    [0003] Aufgabeder vorliegenden Erfindung ist, ein Arbeitsgerät und ein Verfahren anzugeben,die es erlauben, Zuschnitte mit nicht deckungsgleichen Rändern anihren Rändernmit einem Höchstmaß an Präzision zuverbinden, um einen Hohlkörpervon vorgegebener dreidimensionaler Form aus den Zuschnitten exaktzusammenzufügen.
    [0004] DieAufgabe wird zum einen gelöstdurch ein Arbeitsgerätmit zwei sich beiderseits einer Grenzlinie erstreckenden Trägern zumUnterstützenjeweils eines Zuschnittes und wenigstens einem Arbeitskopf zum Verbindender von den Trägernunterstützten Zuschnittean wenigstens einem Ort der Grenzlinie, das dadurch gekennzeichnetist, dass die Trägerjeweils aus einer Mehrzahl schwenkbarer Segmente aufgebaut sind,die bis auf höchstenseines jeweils wenigstens zwei Schwenkfreiheitsgrade aufweisen.
    [0005] MitHilfe dieser Segmente ist es möglich,mit jedem Trägernäherungsweiseeinen Ausschnitt einer Kegelflächeso nachzubilden, dass die Schnittlinie der zwei Kegelflächen derzwei Trägeram zu verbindenden Punkt die fürdiesen Punkt vorgegebene Krümmungder zwei miteinander verbundenen Ränder der Zuschnitte im dreidimensionalenRaum des fertigen dreidimensionalen Hohlkörpers aufweist und der Schnittwinkelder Kegelflächenam Verbindungspunkt dem entsprechenden Schnittwinkel des dreidimensionalenHohlkörpersentspricht. Die so geformten Trägerunterstützendie Zuschnitte jeweils in an die herzustellende Form angepassterweise, so dass die Ränderder Zuschnitte einander bereits vor dem Verbinden berühren undim Wesentlichen keine manuelle Korrektur erforderlich ist. Das Gewichtmiteinander verbundener Bereiche der zwei Zuschnitte wird aufgrunddieser Stellung der Trägervon Letzteren vollständigaufgefangen, so dass währenddes Verbindens keine quer zu den Rändern orientierten Kräfte in denZuschnitten auftreten, die diese gegeneinander verschieben und eineexakte Fertigung so erschweren könnten.
    [0006] Einerersten Ausgestaltung der Erfindung zufolge ist der Arbeitskopf entlangder Grenzlinie zwischen den Trägernbewegbar, so dass nach einmaligem Einstellen der Segmente und Platzierender Zuschnitte darauf diese auf einer im Wesentlichen der Länge derGrenzlinie entsprechenden Längemiteinander verbunden werden können.
    [0007] Einerbevorzugten Ausgestaltung zufolge sind die Träger mit Antriebsmitteln zumFördernder Zu schnitte entlang der Grenzlinie ausgestattet. Diese Antriebsmittelerlauben es, auf eine Beweglichkeit des Arbeitskopfes entlang derGrenzlinie zu verzichten und den Vorgang des Verbindens kontinuierlich zumachen, auch wenn die Längeder zu verbindenden Rändergrößer alsdie der Trägerist.
    [0008] Umjeden Zuschnitt exakt in einer vorgesehenen Richtung zu führen, sodass sich der Rand des Zuschnittes exakt auf der Grenzlinie bewegt,sind an den TrägernFörderrollenin wenigstens zwei verschiedenen Abständen von der Grenzlinie angebracht,und diese sind mit in Abhängigkeitvon ihrem Abstand von der Grenzlinie unterschiedlicher Geschwindigkeitantreibbar, um einen Zuschnitt währenddes Fördernsgleichzeitig zu drehen. Die Stärke derDrehung bzw. das Verhältnisder Geschwindigkeiten der Förderrolleneines Trägerswird zweckmäßigerweisein Abhängigkeitvom Krümmungsradius desRandes des betreffenden Zuschnittes am Ort des Arbeitskopfes sofestgelegt, dass dieser Rand sich stets in gleichbleibender Richtungam Arbeitskopf entlang bewegt.
    [0009] Vorzugsweisesind die Segmente wenigstens eines der Träger durch untereinander gelenkig verbundenePlatten gebildet.
    [0010] Vorzugsweisesind die Platten trapezförmig unduntereinander jeweils entlang der langen Grundlinien der trapezförmigen Plattenverbunden. Diese Form erlaubt es, den Träger aus einer in Draufsicht langgestrecktenKonfiguration in zwei entgegengesetzte Richtungen auszulenken.
    [0011] Vorzugsweiseist die lange Grundlinie der trapezförmigen Platten der Grenzliniezugewandt, um eine möglichstlückenloseUnterstützungder Zuschnitte jeweils entlang der Grenzlinie zu gewährleisten.
    [0012] Alternativkann auch wenigstens einer der Träger eine kammförmig geschlitztePlatte aus einem flexiblen Material umfassen, wobei die Segmentejeweils durch die Zähnedieser Kammform gebildet sind.
    [0013] Umeine exakte Anpassung der dreidimensionalen Krümmung eines Zuschnittes andie seines Trägerszu gewährleisten,ist vorzugsweise diesem Trägerein Niederhalter zugeordnet, der wie der Träger aus einer Mehrzahl vonschwenkbaren Segmenten aufgebaut ist und zusammen mit dem Träger einenFührungsspaltfür einenZuschnitt definiert.
    [0014] Eineexakte Förderungdes Zuschnittes zwischen Trägerund Niederhalter wird dadurch erreicht, dass jede Förderrolledes Trägersmit einer gegenüberliegendenFörderrolledes Niederhalters einen Spalt bildet, in dem der Zuschnitt einklemmbarist.
    [0015] AlsArbeitskopf fürdas Arbeitsgerätkommt grundsätzlichein beliebiges zum Verbinden der Ränder von Flachmaterialzuschnittengeeignetes Werkzeug in Betracht, von einem Klebebandabroller über einenNähmaschinenkopfbis hin zu einem Schweißkopf.Um Zuschnitte aus Kunststoffmaterial zu schweißen, ist insbesondere ein Heißluftstrahl-Schweißkopf bevorzugt.
    [0016] DasSchweißenkann bei Polymerflachmaterial, insbesondere bei kalandrierten Folien,zu einer Schrumpfung des Materials führen. Um diese Schrumpfungzu verhindern bzw. vorab zu kompensieren, ist vorzugsweise ein erstervon zwei Rollen gebildeter Spalt in Förderrichtung des Zuschnittes vordem Ort des Schweißkopfesund ein zweiter von zwei Rollen gebildeter Spalt hinter dem Ortdes Schweißkopfesangeordnet, und die Rollen des zweiten Spaltes sind schneller alsdie des ersten Spaltes angetrieben, um den Zuschnitt am Ort desSchweißkopfesin Längsrichtungdes Randes zu dehnen, damit durch die Schrumpfung des Materialsnach dem Schweißendie ursprünglichenAbmessungen der Zuschnitte so genau wie möglich wieder erreicht werden.
    [0017] Umnach dem Schweißenin dem Material der Zuschnitte zurückbleibende Spannungen abzubauen,ist vorzugsweise an dem Arbeitsgerät eine Wärmebehandlungszone vorgesehen,die in Förderrichtunghinter dem Schweißkopfangeordnet ist, so dass sie von den Rändern der Zuschnitte nach dem Schweißen durchlaufenwird.
    [0018] Umdie Dichtigkeit der Schweißungzu prüfen,ist darüberhinaus vorzugsweise in Förderrichtunghinter dem Ort des Schweißkopfeseine Funkenentladungsstrecke oder eine Ultraschall-Prüfvorrichtungvorgesehen.
    [0019] DesWeiteren ist zweckmäßigerweiseeine Materialspannungsprüfvorrichtungvorgesehen, die in fürsich allein bekannter Weise, vorzugsweise durch Un tersuchung vonspannungsinduzierter Doppelbrechung, die Beurteilung der in derSchweißnaht undihrer Umgebung auftretenden Spannungen erlaubt.
    [0020] ZumVerschwenken der Segmente der Trägerjeweils in Anpassung an den bekannten, vorgegebenen Verlauf dermiteinander verbundenen Ränderin dem dreidimensionalen Hohlkörperist vorzugsweise eine Mehrzahl von durch eine elektronische Steuereinheitgesteuerten Stellgliedern vorgesehen.
    [0021] Wenndas ArbeitsgerätFörderrollenzum Fördernder Zuschnitte aufweist, so ist die Steuereinheit zweckmäßigerweiseeingerichtet, die Stellung der Segmente während des Förderns fortlaufend anzupassen,so dass der Verlauf der Ränderder Zuschnitte beiderseits des Arbeitskopfes, das heißt vor undnach dem Verbinden, möglichstgenau der für denherzustellenden Hohlkörpervorgegebenen Form entspricht.
    [0022] Gegenstandder Erfindung ist ferner ein Verfahren zum randseitigen Verbindenvon Zuschnitten aus Flachmaterial zu einem vorgegebenen dreidimensionalenHohlkörpermit folgenden Schritten: a) Festlegen einesPaares von miteinander zu verbindenden Punkten der Ränder vonzwei flachen Zuschnitten; b) Ermitteln der lokalen Krümmungder als miteinander verbunden angenommenen Ränder der zwei als zu dem dreidimensionalenHohlkörper zusammengefügt angenommenenZuschnitte am Ort des in Schritt a) festgelegten Paares von Punktenund des Schnittwinkels der Zuschnitte am Ort des Paares von Punkten; c) fürjeden der zwei Zuschnitte Formen eines Trägers, der einen Ausschnittaus einem Kegelmantel approximiert, wobei die Kegelmäntel derzwei Trägereinander an einem Ort mit dem ermittelten Schnittwinkel schneidenund die Schnittlinie die ermittelte lokale Krümmung ausweist; und d) Platzieren jedes Zuschnittes auf seinem Träger, sodass die festgelegten Punkte ihrer Ränder einander an dem Ort berühren, undVerbinden der Punkte miteinander.
    [0023] Vorzugsweisewerden die Schritte a) bis d) viele Male wiederholt und zwischenzwei Wiederholungen die Zuschnitte weiterbefördert, bis die zu verbindendenRändervollständigverbunden sind. Die Strecken, überdie die zwei Zuschnitte auf ihren Trägern bei jeder Wiederholungder Schritte a) bis d) weiterbefördertwerden, werden zweckmäßigerweise anhandder als gegeben vorausgesetzten Beschreibungen der Zuschnitte unddes dreidimensionalen Hohlkörpersso festgelegt, dass zwei jeweils vor dem Weiterbefördern inSchritt a) als miteinander zu verbindend festgelegte Punkte denOrt gleichzeitig erreichen.
    [0024] WeitereMerkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgendenBeschreibung von Ausführungsbeispielenunter Bezugnahme auf die beigefügtenFiguren. Es zeigen:
    [0025] 1 eineschematische Draufsicht auf eine erste Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Arbeitsgerätes;
    [0026] 2 einSchnitt durch dasselbe Arbeitsgerät in der Konfiguration der 1,entlang der Linie II-II aus 1;
    [0027] 3 eineDraufsicht auf das Arbeitsgerät gemäß einerzweiten Ausgestaltung;
    [0028] 4 eineperspektivische Ansicht eines Details eines Arbeitsgerätes gemäß einerdritten Ausgestaltung;
    [0029] 5 einDetail gemäß einervierten Ausgestaltung; und
    [0030] 6 eineDraufsicht auf zwei Zuschnitte währenddes Verbindens mit Hilfe des Arbeitsgerätes nach einer der oben beschriebenenAusgestaltungen.
    [0031] Eineerste Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Arbeitsgerätes wirdanhand einer in 1 gezeigten Draufsicht und einesin 2 gezeigten Schnittes entlang der Linie II-IIder 1 erläutert. DasArbeitsgerätgliedert sich in eine Träger-und Füh rungsvorrichtungfür zweimiteinander zu verschweißendeZuschnitte 1, 2 aus einer Polymerfolie sowie diversean dieser Träger-und Führungsvorrichtung angeordneteWerkzeuge zum Verbinden der sich berührenden Ränder der Zuschnitte 1 und 2 undzum Überprüfen derQualitätder Verbindung.
    [0032] Zunächst wirddie Träger-und Führungsvorrichtungerläutert.Sie ist aufgebaut aus zwei Trägern 3, 4 undzwei Niederhaltern 5, 6 für jeweils einen der Zuschnitte 1, 2,die sich beiderseits der Linie II-II aus 1 gegenüberliegen.In der Draufsicht der 1 sind jeweils nur die Niederhalter 5, 6 zusehen, der Schnitt der 2 zeigt einen Niederhalter 5 undden von ihm durch einen schmalen Spalt 7 zum Hindurchführen desZuschnittes 1 getrennten Träger 3. Träger 3, 4 undNiederhalter 4, 5 sind jeweils identisch aufgebaut,aus einer Mehrzahl von trapezförmigenSegmenten 8a, 8b,..., 8f, im Folgendenauch generell mit 8 bezeichnet, deren lange Grundlinien jeweilsder Linie II-II zugewandt und untereinander durch Kugelgelenke 9 verbundensind. Die 1, 2 zeigenjeweils drei Segmente 8 der Träger und Niederhalter; die Zahlder Segmente könnteaber auch größer sein oderim einfachsten Fall lediglich zwei betragen. Bei einem der Segmente 8 jedesTrägersbzw. Niederhalters, in der hier gezeigten Ausgestaltung jeweilsdem von den Zuschnitten 1, 2 als erstes durchlaufenen Segment 8a bzw. 8d,sind die Kugelgelenke 9 und mit ihnen die lange Grundliniedes Trapezes in Bezug auf ein nicht dargestelltes Gestell des Arbeitsgerätes ortsfestgehalten. An einem mittig in der Nähe der kurzen Grundlinie desTrapezes angeordneten Gelenk 10 greift ein mit dem Gestellverbundenes Stellglied 11 an, das es erlaubt, den Winkel,unter dem sich die Ebenen des Segmentes 8d der Träger 3, 4 bzw.des Segmentes 8a der Niederhalter 5, 6 ander Linie II-II schneiden, zu variieren. Die Segmente 8a, 8d habensomit jeweils einen einzigen Schwenkfreiheitsgrad.
    [0033] Einenicht dargestellte elektronische Steuereinrichtung steuert die Stellglieder 11 derSegmente 8a, 8d des Trägers 3 und des Niederhalters 5 bzw. desTrägers 4 unddes Niederhalters 6 jeweils in gleicher Weise an, so dassdie auf der gleichen Seite der Linie II-II liegenden Segmente 8a, 8d stetsparallel zueinander sind.
    [0034] Beiden in Förderrichtungder Zuschnitte 1, 2 folgenden Segmenten 8b bzw. 8d greifenam Gelenk 10 und dem das Segment mit einem jeweils nachfolgendenSegment 8c bzw. 8f verbindenden Gelenk 9 jeweilsdrei Stellglieder 11 an, die entsprechend den Kanten einesTetraeders angeordnet sind und es erlauben, das betreffende Gelenkin drei Dimensionen frei im Raum zu positionieren bzw. das betreffende Segmentin drei Freiheitsgraden zu schwenken. Die elektronische Steuereinheitberechnet Ansteuerwerte fürdiese Stellglieder 11 jeweils anhand eines vorgegebenenVerlaufes, den der Spalt 7 zwischen Trägern und Niederhaltern habensoll, und der sich aus einer vorgegebenen dreidimensionalen Gestaltergibt, die eine aus den Zuschnitten 1, 2 zusammengefügte Membranhaben soll.
    [0035] JedesSegment 8 der Träger 3, 4 undder Niederhalter 5,6 ist mit mehreren Rollen 12, 13, 14 zumFördernder Zuschnitte 1, 2 in Richtung der Linie II-II ausgestattet.Dabei sind die Rollen 12, 13 jeweils in einemersten, kleinen Abstand von der langen Grundlinie ihres Segmentes 8 bzw.der Linie II- IIund die Rollen 14 in einem zweiten, größeren Abstand davon angeordnet.Die Rollen 12, 13, 14 der Trägersegmente 8d,e, f und der Niederhaltersegmente 8a, b, c sind jeweilseinander exakt gegenüberliegend angeordnet,so dass sie einander entlang einer zu den betreffenden Segmentenparallelen Tangentenflächeberührenund einen der Zuschnitte 1, 2 dabei zwischen sicheingeklemmt halten.
    [0036] JedeRolle 12, 13, 14 ist durch einen eigenen Elektromotor 15 miteiner durch die Steuerschaltung individuell festlegbaren Geschwindigkeitantreibbar.
    [0037] Zuden Werkzeugen und Überprüfungseinrichtungendes erfindungsgemäßen Arbeitsgerätes gehört ein Heißluftgebläse 20,das überdem Überlappungsbereichder Zuschnitte 1, 2 entlang der Linie II-II inHöhe dervon den Zuschnitten als erstes durchlaufenen Segmente 8a,links in 1, angeordnet ist und einendurch eine dichte Schraffierung hervorgehobenen Bereich 21 der Überlappungszoneanbläst, umdort die Zuschnitte 1, 2 anzuschmelzen und zu verschweißen. ETFEhat eine Plastifizierungstemperatur von 220°C, so dass Zuschnitte 1, 2 ausdiesem Material in dem Bereich 21 wenigstens diese Temperaturerreichen sollten. Der Abstand zwischen der Oberfläche derZuschnitte und einer die HeißluftausstoßendenDüse desGebläses 20 istvorzugsweise nicht größer alsdas Zwei- oder Dreifache des Durchmessers der Düse, um einen scharf umrissenen Schweißbereich 21 anden Zuschnitten 1, 2 zu erzeugen, dessen Lagedurch eventuellen Luftzug in der Umgebung des Gebläses 20 nichtwesentlich beeinflusst wird.
    [0038] Einentsprechendes, nicht gezeigtes Heißluftgebläse kann unterhalb der Transport-und Führungsvorrichtungangeordnet sein, um den gleichen Bereich 21 durch einenSpalt zwischen den sich gegenüberliegendenTrägersegmenten 8d anzublasen.
    [0039] DasSchmelzen durch das oder die Heißluftgebläse 20 hat bei vielenals Zuschnitte 1, 2 verwendbaren Polymerfoliendie Folge, dass das Folienmaterial lokal schrumpft. Während einesolche Schrumpfung quer zur Schweißnaht im Allgemeinen zu vernachlässigbarenUngenauigkeiten führtund in Kauf genommen werden kann, kann eine Schrumpfung entlangder Schweißnahtzu erheblichen inneren Spannungen des Folienmaterials und zur Ausbildung vonWellen in der Umgebung der Schweißnaht führen. Um diesen Effekt zu kompensieren,treibt die elektronische Steuereinheit die Motoren 15 derhinter dem Schweißbereich 21 engbenachbart zur Schweißnahtangeordneten Rollen 13 der Segmente 8a, 8d miteiner Geschwindigkeit an, die um das erwartete Maß der Schrumpfunghöher istals die der Rollen 12, die vor dem Schweißbereich 21 engbenachbart zu der noch zu erzeugenden Schweißnaht angeordnet sind. DieseGeschwindigkeitsdifferenz führtzu einer Dehnung des Materials der Zuschnitte 1, 2 entlangder Schweißnahtum das erwartete Ausmaß derSchrumpfung, so dass nach Schweißen und Auskühlen derSchweißnahtdie Schrumpfung und die Dehnung durch die Rollen 12, 13 einanderausgleichen. So wird eine Schweißnaht erhalten, die arm aninternen Span nungen ist und in deren Nachbarschaft das Materialder Zuschnitte 1, 2 makellos flach liegt.
    [0040] InHöhe derals zweites durchlaufenen Segmente 8b, 8d istein zweites Heißluftgebläse 22 angeordnet,das durch eine Spalt zwischen den Niederhaltersegmenten 8b dieSchweißnahtanbläst.Ein nicht gezeigtes zweites Gebläsezum Anblasen der Schweißnahtvon unten kann unterhalb der Trägersegmente 8e angeordnetsein. Aufgabe dieses Gebläsesbzw. dieser Gebläse 22 ist,die Schweißnaht einweiteres Mal zu erwärmenbzw. zu tempern, um dadurch im Material der Zuschnitte 1, 2 nachdem Schweißenverbliebene Restspannungen abzubauen. Die Leistung des Gebläses 22 istso gewählt, dasses die Schweißnahtauf eine maximale Temperatur zwischen 180 und 220°C erwärmt, diedeutlich unter der Plastifizierungstemperatur des Materials derZuschnitte 1, 2 liegt.
    [0041] Dieder Schweißnahtbenachbarten Rollen 12, 13 der Segmente 8b, 8e sindjeweils mit gleicher Geschwindigkeit angetrieben; falls durch dienochmalige Erwärmungeine weitere Schrumpfung zu erwarten ist, so kann diese bereitsbei der Festlegung der Geschwindigkeitsdifferenz zwischen den Rollen 12, 13 derSegmente 8a, 8d berücksichtigt werden.
    [0042] Anden nachfolgenden Segmenten 8c, 8f sind jeweilseine Funkeninduktions-Prüfvorrichtung 23 undeine spannungsoptische Prüfvorrichtung 24 angeordnet.Die Funkeninduktions-Prüfvorrichtung 23 umfasstzwei Elektroden, von denen eine oberhalb und die andere unterhalbder Zuschnitte 1, 2 angeordnet sind und die miteiner alternierenden Hochspannung beaufschlagt sind. Wenn die Schweißnaht zwischenden Zuschnitten 1, 2 undichte Stellen oder andereFehler aufweist, so steigt der Stromfluss über die Funkenstrecke bei Durchlaufdes Fehlers messbar an. Die mit der Funkeninduktions-Prüfvorrichtung 23 verbundeneSteuereinheit registriert einen solchen Stromanstieg und gibt einenentsprechenden Warnhinweis aus, um eine Bedienungsperson darauf hinzuweisen,dass die Schweißnahteinen Fehler aufweist, und das dieser nachträglich repariert werden sollte.
    [0043] Anstelleder Funkeninduktions-Prüfvorrichtung 23 kannvorteilhaft auch eine Ultraschall-Prüfvorrichtungmit einer Ultraschallquelle und einem Mikrofon, die jeweils aufdie Schweißnahtausgerichtet sind, eingesetzt werden. Fehler der Schweißnaht, an denenkeine Materialkontinuitätzwischen den zwei Zuschnitten 1, 2 entstandenist, sind mit einer solchen Vorrichtung anhand ihres im Vergleichzu einer ordnungsgemäßen Schweißnaht verstärkten Ultraschall-Echonachweisbar.
    [0044] Diespannungsoptische Prüfvorrichtung 24 umfassteine polarisierte Lichtquelle, die einen Abschnitt der Schweißnaht voneiner Seite her beleuchtet, und eine Kamera, die den entsprechendenAbschnitt von der anderen Seite her durch einen Polarisator hindurchbeobachtet. Wenn der Polarisator gekreuzt zur Polarisationsebeneder Lichtquelle orientiert ist und die Schweißnaht spannungsfrei ist, ist dasGesichtsfeld der Kamera dunkel. Interne Spannungen der Schweißnaht, dieeine Doppelbrechung in dem transparenten Material der Zuschnitte 1, 2 induzieren,führenlokal zu einer Drehung der Polarisationsebene des Lichtes beim Durchgangdurch die Schweißnahtund damit zu einer Aufhellung des Gesichtsfeldes der Kamera bzw.im Extremfall zu Ausbildung von Ringmustern rings um Orte mit hoherSpannung. Indem mit Hilfe der spannungsoptischen Prüfvorrichtung 24 dasVorhandensein solcher Orte hoher Spannung unmittelbar im Anschlussan das Schweißenin Echtzeit erfasst wird, kann verhindert werden, dass die durchZusammenschweißender Zuschnitte 1, 2 erhaltene Membran weiterverwendet wird,wenn darin unzulässighohe Spannungen auftreten, die überkurz oder lang zu einem Ausfall der Membran, zu Faltenbildung oderUndichtwerden der Schweißnahtführenkönnten.Statt dessen kann eine solche Membran repariert oder, wenn eineReparatur nicht möglichoder nicht lohnend ist, verworfen werden. Kostenträchtige Nachbesserungen,die erforderlich würden,wenn die Membran erst nach Einbau an einen Bestimmungsort oder anderweitigeWeiterverwendung ausfällt,werden so vermieden.
    [0045] 3 zeigteine zweite Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Arbeitsgerätes. Teiledieses Arbeitsgerätes,die Teilen der Ausgestaltung der 1 und 2 entsprechen,sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden nichterneut erläutert.
    [0046] DerUnterschied zwischen der Ausgestaltung der 3 und derjenigender 1 und 2 liegt in der beweglichen Aufhängung derSegmente 8a bis 8f. Während bei der Ausgestaltungder 1 und 2 jeweils Gelenke 10 inder Näheder kurzen Grundlinie der trapezförmigen Segmente vorgesehensind, an welchen Stellglieder 11 angreifen, um den Schnittwinkelzwischen den sich beiderseits der Linie II-II bzw. der Schweißnaht gegenüberliegenden Segmenten einzustellen,ist bei der Ausgestaltung der 3 zu demgleichen Zweck ein Getriebemechanismus vorgesehen, der nachfolgendbezogen auf den in der Figur gezeigten Niederhalter 5 bzw. 6 beschriebenwird, der aber symmetrisch auch an den Trägern 3, 4 realisiertist.
    [0047] EinElektromotor 30 ist am mittleren Segment 8b desNiederhalters 5, 6 angeordnet und treibt ein Kegelrad 31,das mit zwei einander gegenüberliegendenKegelrädern 32 kämmt. DieseKegelrädersitzen jeweils am Ende einer zylindrischen Stange 33, diein einer Halterung 34 drehbar, aber axial unverschiebbargehalten ist. Die Stange 33 ist jeweils über einKardangelenk 35 mit einer Gewindestange 36 verbunden,die jeweils in einem Innengewinde 37 gehalten ist, dasmit dem benachbarten Segment 8a bzw. 8c durchein Kugelgelenk verbunden ist. Der Drehsinn der Gewinde der zweiGewindestangen 36 ist jeweils entgegengesetzt, so dassdurch eine Drehung des Elektromotors 30 entweder die vonder Linie II-IIabgewandten Ecken der trapezförmigenSegmente zueinander hin gezogen oder voneinander fortgeschoben werden.
    [0048] Einealternative Ausgestaltung eines Trägers oder Niederhalters istin einer perspektivischen Detailansicht in 4 dargestellt.Die mehreren in sich starren Segmente der bisher beschriebenen Ausgestaltungensind hier durch einen einteiligen Kamm 40 aus einem steifenKunststoffmaterial mit einem durchgehenden, der Schweißnaht zugewandtenRücken 41 undeiner Vielzahl von von dem Rücken 42 abstehendenZähnen 42 ersetzt.Diese Bauform erlaubt es, mit einer minimalen Zahl von Stellgliedern dieForm eines Kegelmantelausschnittes durch Drehen des Rückens 41 umseine LängsachseA und Biegen um zwei zur Längsachseorthogonale Achsen mit einer im Wesentlichen nur durch die Dichteder Zähne 42 begrenztenGenauigkeit nachzubilden.
    [0049] Eine ähnlichegenaue Nachbildung der Kegelmantelform ist mit Hilfe eines Segmentes 50,wie in 5 gezeigt, realisierbar. Das Segment 50 hatim Wesentlichen die Form eines flachen, starren Stabes aus einembiegesteifen Material, von dem am Ende einer Schmalseite zwei eineGelenkgabel bildende Laschen 51 abstehen. Von dem entsprechenden Endeder gegenüberliegendenSchmalseite steht, überein StückFederstahl 52 um eine zur Längsrichtung des Segmentes 50 paralleleAchse biegbar verbunden, ein Gelenkkopf 53 ab, der bemessenist, um in der Gelenkgabel eines nicht dargestellten, identischenSegmentes 50 aufgenommen zu werden. Die von den Gelenkenabgewandten Enden benachbarter Segmente 50 sind jeweilsdurch Zug-Druckfedern 54 verbunden. Durch Verbinden einerVielzahl von Segmenten 50 miteinander wird ein Träger oderNiederhalter in Form eines Kammes ähnlich dem der 4 erhalten,wobei die Zug-Druckfedern 54 und die Federstahlplättchen 52 jeweilseine Biegsamkeit der erhaltenen Kammform um die zwei zueinander senkrechtenAchsen und die ineinandergreifenden Gabelgelenke die Übertragungeines zur LängsrichtungA des Rü ckensparallelen Drehmomentvektors von einem Segment 50 zum nächsten ermöglichen.
    [0050] 6 veranschaulichtdie Verwendung des erfindungsgemäßen Arbeitsgerätes zumVerbinden von Zuschnitten 1, 2 mit nicht geradlinigenRändern. Solchenicht geradlinigen Ränderwerden benötigt, wennaus mehreren Zuschnitten aus Flachmaterial ein dreidimensionalerHohlkörperzusammengefügt werdensoll. In der Praxis ist in der Regel die Gestalt des zu realisierendendreidimensionalen Hohlkörpersvorgegeben, und es werden die Randverläufe von Zuschnitten berechnet,mit denen die vorgegebene Gestalt zusammengefügt werden kann.
    [0051] Jederstetige Randverlauf kann lokal als Kreisbogen approximiert werden,dessen Krümmungsradiusentlang des Randes variieren kann. Der Einfachheit halber sind in 6 zweiZuschnitte 1 und 2 dargestellt, bei denen derKrümmungsradius ihrerRänder 61, 62 imin der Fig. dargestellten Bereich konstant ist. Die Durchlaufrichtungder Zuschnitte 1, 2 durch den Schweißbereich 21 in 6 istvon oben nach unten; die oberhalb des Schweißbereiches 21 liegenden,noch unverbundenen Abschnitte der Ränder 61, 62 sindals durchgezogene Linien dargestellt; sie überlappen nicht. Der ursprünglicheVerlauf der Ränderin der Ebene unterhalb des Schweißbereiches 21 istjeweils durch eine strichpunktierte Linie dargestellt; die miteinanderder Linie 63 verbundenen Ränder verlaufen außerhalb derZeichnungsebene der Figur. Die die Zuschnitte 1, 2 antreibendenRollen 13, 14 sind der Einfachheit halber aufeiner Linie eingezeichnet, die die Krümmungsmittelpunkte M1, M2 derzwei Zuschnitte 1, 2 verbindet. Die elektronischeSteuereinheit kennt den Krümmungsradiusr1, r2 der Segmente 1, 2 sowie die Abstände d13,d14 der Rollen 13, 14 vom Mittelpunkt des Schweißbereiches 21.Sie steuert die Geschwindigkeit der Motoren der Rollen 13, 14 so,dass fürdie Rolle 13 auf Seiten des Zuschnittes 1 eineFördergeschwindigkeitv13 = v(1-d13/rl) und fürdie Rolle d14 eine Geschwindigkeit v14 = v(1-d14/r1) und entsprechendauf Seiten des Zuschnittes 2 für die Rolle 13 eineGeschwindigkeit v13 = v(1-d13/r2) und für die Rolle 14 eineGeschwindigkeit v14 = v(1-d14/r2) resultiert, wobei v für alle Rollen 13, 14 gleichund die Geschwindigkeit ist, mit der die Ränder 61, 62 den Schweißbereichdurchlaufen. Durch diese Wahl der Fördergeschwindigkeiten wirderreicht, dass bei beiden Zuschnitten 1, 2 derKrümmungsmittelpunktM1, M2 jederzeit in Ruhe ist, so dass die zu verbindenden Ränder 61, 62 während desFördernsund Schweißensder Zuschnitte 1, 2 jederzeit im Schweißbereich 21 aufeinandertreffen.
    [0052] Indemgleichzeitig die Steuereinheit die Form der Träger 3, 4 undNiederhalter 5, 6 mit Hilfe der Stellglieder 11 andie vorgegebene, durch das Verschweißen der Ränder zu realisierende Gestalt anpasst,wird erreicht, dass die miteinander verschweißten Teile der Zuschnitte 1, 2 großflächig unterstützt undgeführtsind, so dass nicht aus dem Eigengewicht der Zuschnitte 1, 2 unkontrollierbare Zugkräfte resultieren,die die Genauigkeit der Förderungund der Schweißungbeeinträchtigenkönnten.
    [0053] DieErfindung ist oben ausschließlichanhand eines Schweißgerätes alsAusführungsbeispiel beschrieben,doch versteht sich, dass an Stelle des Schweißens eine beliebige andereVerbindungstechnik wie etwa Nähen,Kleben, je nach Art und Eignung des für die Zuschnitte 1, 2 verwendetenMaterials, zum Einsatz kommen könnte.Außerdemist ohne Weiteres eine vereinfachte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Arbeitsgerätes denkbar,bei der keine Rollen 12, 13, 14 zum automatischenFördernder Zuschnitte 1, 2 vorhanden sind, sondern dieZuschnitte 1, 2 von Hand auf Träger aufgelegtoder zwischen Trägerund Niederhalter eingefügtwerden, die jeweils passend zur herzustellenden dreidimensionalenGestalt so geformt sind, dass die Zuschnitte 1, 2 großflächig vonden Trägernunterstütztwerden und gleichzeitig ihre zu verbindenden Ränder sich im unterstützten Bereichberührenoder überlappen,und anschließendein Schweißkopfoder ein anderes Werkzeug zum Verbinden der Ränder der Zuschnitte an deneinander berührendenoder überlappenden Rändern derZuschnitte entlanggeführtwird.
    权利要求:
    Claims (24)
    [1] Arbeitsgerätzum randseitigen Verbinden von Zuschnitten aus Flachmaterial, mitzwei sich beiderseits einer Grenzlinie erstreckenden Trägern (3, 4) zumUnterstützenjeweils eines Zuschnitts (1, 2) und wenigstenseinem Arbeitskopf (20) zum Verbinden der von den Trägern (3, 4)unterstütztenZuschnitte (1, 2) an wenigstens einem Ort derGrenzlinie, dadurch gekennzeichnet, dass die Träger (3, 4)jeweils aus einer Mehrzahl von schwenkbaren Segmenten (8d, 8e, 8f)aufgebaut sind, von denen alle bis auf höchstens jeweils eines (8d)wenigstens zwei Schwenkfreiheitsgrade aufweisen.
    [2] Arbeitsgerätnach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitskopf entlangder Grenzlinie bewegbar ist.
    [3] Arbeitsgerätnach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Träger (3, 4)mit Antriebsmitteln (12, 13, 14, 15)zum Fördernder Zuschnitte (1, 2) entlang der Grenzlinie ausgestattetsind.
    [4] Arbeitsgerätnach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass an den Trägern (3, 4)Förderrollen(12, 13, 14) in wenigstens zwei verschiedenen Abständen (d13,d14) von der Grenzlinie angebracht sind, und dass die Förderrol lenjedes Trägersmit in Abhängigkeitvon ihrem Abstand von der Grenzlinie unterschiedlicher Geschwindigkeitantreibbar sind.
    [5] Arbeitsgerätnach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,dass die Segmente (8d, 8e, 8f) wenigstenseines der Träger(3, 4) durch untereinander gelenkig verbundenePlatten gebildet sind.
    [6] Arbeitsgerätnach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten trapezförmig sind.
    [7] Arbeitsgerätnach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die lange Grundlinieder trapezförmigenPlatten der Grenzlinie zugewandt ist.
    [8] Arbeitsgerätnach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die trapezförmigen Plattenan den Enden ihrer langen Grundlinien gelenkig verbunden sind.
    [9] Arbeitsgerätnach einem der Ansprüche1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Träger einekammförmiggeschlitzte Platte (40) aus einem flexiblen Material umfasst,wobei die Segmente jeweils durch die Zähne (42) der Kammform gebildetsind.
    [10] Arbeitsgerätnach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,dass wenigstens einem der Träger(3, 4) ein Niederhalter (5, 6) zugeordnetist, der aus einer Mehrzahl von schwenkbaren Segmenten (8a, 8b, 8c)aufgebaut ist und zusammen mit dem Träger (3, 4)einen Führungsspalt (7)für einenZuschnitt (1, 2) definiert.
    [11] Arbeitsgerätnach Anspruch 10, soweit auf Anspruch 4 rückbezogen, dadurch gekennzeichnet, dassjede Förderrolle(12, 13, 14) des Trägers (3, 4) miteiner gegenüberliegendenFörderrolle(12, 13, 14) des Niederhalters (5, 6)einen Spalt bildet, in dem der Zuschnitt (1, 2)einklemmbar ist.
    [12] Arbeitsgerätnach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitskopf (20)ein Schweißkopf,insbesondere ein Heißluftstrahl-Schweißkopf ist.
    [13] Arbeitsgerätnach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster von zweiRollen (12) gebildeter Spalt in Förderrichtung des Zuschnitts(1, 2) vor dem Einwirkort (21) des Schweißkopfes(20) und ein zweiter von zwei Rollen (13) gebildeterSpalt hinter dem Einwirkort (21) liegt, und dass die Rollen (13)des zweiten Spalts schneller als die (12) des ersten Spaltsangetrieben sind, um den Zuschnitt (1, 2) am Einwirkort(21) zu dehnen.
    [14] Arbeitsgerätnach Anspruch 12 oder 13, soweit auf Anspruch 4 rückbezogen,dadurch gekennzeichnet, dass in Förderrichtung hinter dem Einwirkort(21) eine Temperzone vorgesehen ist.
    [15] Arbeitsgerätnach Anspruch 12 oder 13, soweit auf Anspruch 4 rückbezogen,oder Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass in Förderrichtunghinter dem Einwirkort (21) eine Funkenentladungsstrecke(23) vorgesehen ist.
    [16] Arbeitsgerätnach Anspruch 12 oder 13, soweit auf Anspruch 4 rückbezogen,oder Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass in Förderrichtunghinter dem Einwirkort (21) eine Ultraschall-Prüfvorrichtungvorgesehen ist.
    [17] Arbeitsgerätnach Anspruch 12 oder 13, soweit auf Anspruch 4 rückbezogen,oder einem der Ansprüche14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass in Förderrichtung hinter dem Einwirkort(21) eine Materialspannungsprüfvorrichtung (24)vorgesehen ist.
    [18] Arbeitsgerätnach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eineMehrzahl von durch eine elektronische Steuereinheit gesteuerten Stellgliedern(11) zum Verschwenken der Segmente (8a, 8b, 8c,..., 8f).
    [19] Arbeitsgerätnach Anspruch 18, soweit auf Anspruch 4 rückbezogen, dadurch gekennzeichnet, dassdie Steuereinheit eingerichtet ist, die Stellung der Segmente während desFördernsfortlaufend so anzupassen, dass die Ränder (61, 62)wenigstens in der Umgebung des Einwirkorts (21) des Schweißkopfes(20) einander berühren.
    [20] Arbeitsgerätnach Anspruch 18, soweit auf Anspruch 4 rückbezogen, oder nach Anspruch16, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit eingerichtetist, die Geschwindigkeit der Förderrollen (12, 13, 14)jedes Trägers(3, 4) so zu steuern, dass, wenn r der Krümmungsradiusdes Randes (61, 62) von diesem Träger (5, 6)unterstütztenZuschnitts (1, 2) am Einwirkort (21)des Arbeitskopfes (20) ist und d der Abstand einer Förderrolle(13, 14) von der Grenzlinie ist, die Geschwindigkeitder Förderrollen(13, 14) dieses Trägers (3, 4)proportional zu r-d ist.
    [21] Verfahren zum randseitigen Verbinden von Zuschnitten(1, 2) aus Flachmaterial zu einer vorgegebenendreidimensionalen Hohlkörper,mit den Schritten: a) Festlegen eines Paars von miteinanderzu verbindenden Punkten der Rändervon zwei flachen Zuschnitten anhand einer Beschreibung der Zuschnitte unddes dreidimensionalen Hohlkörpers; b)Ermitteln der lokalen Krümmungder als miteinander verbunden angenommenen Ränder der zwei als zu dem dreidimensionalenHohlkörperzusammengefügtangenommenen Zuschnitte (1, 2) am Ort des Paarsvon Punkten und des Schnittwinkels der Zuschnitte (1, 2)am Ort des Paars von Punkten; c) für jeden der zwei Zuschnitte(1, 2) Formen eines Trägers (3, 4),der einen Ausschnitt aus einem Kegelmantel approximiert, wobei die Kegelmäntel derzwei Träger(3, 4) einander an einem Ort (21) mitdem ermittelten Schnittwinkel schneiden und die Schnittlinie dieermittelte lokale Krümmungaufweist; d) Platzieren jedes Zuschnitts (1, 2)auf seinem Träger(3, 4), so dass die festgelegten Punkte ihrerRändereinander an dem Ort (21) berühren, und Verbinden der Punktemiteinander.
    [22] Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet,dass die Zuschnitte (1, 2) auf ihrem Träger (3, 4)weiterbefördertund die Schritte a) bis d) wiederholt werden, bis die zu verbindendenRänder (61, 62)vollständigverbunden sind.
    [23] Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet,dass die Strecken, überdie die Zuschnitte auf ihren Trägernweiterbefördertwerden, so festgelegt werden, dass zwei zuvor in Schritt a) als miteinanderzu verbindend festgelegte Punkte zur gleichen Zeit den Ort (21)erreichen.
    [24] Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet,dass die Ränder(61, 62) unterbrechungslos verbunden werden.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    DE102004025331B4|2006-08-24|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2005-12-22| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2007-03-01| 8364| No opposition during term of opposition|
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    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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