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Patent Searching and Data


Title:
METHOD AND ARRANGEMENT FOR FRICTION WELDING FOAMED THERMOPLASTICS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2013/075821
Kind Code:
A2
Abstract:
A method and an arrangement for friction welding foamed thermoplastic parts, wherein a first foamed plastic part (4a) on a first carrier body (2a) and a second foamed plastic part (4b) on a second carrier body (2b) are accommodated with respect to one another in such a way that a first contact face (22a) of the first foamed plastic part (4a) and a second contact face (22b) of the second foamed plastic part (4b), to be welded to the first contact face (22a), are pressed in a planar fashion one against the other by the first and second carrier bodies (2a, 2b), and the first and second carrier bodies (2a, 2b) are moved with a predefined frequency and amplitude relative to one another in parallel oscillation planes (14a, 16a; 14b, 16b) are distinguished by the fact that the first carrier body (2a) is moved at a frequency of more than 450 Hz, and the acceleration which the first carrier body (2a) experiences during its movement is greater than 4000 m/s2 at least during a partial section of the movement path, that the first and second contact faces (22a, 22b) are spatially shaped and run parallel to one another and the surface normals (24a, 24b) at each point of the first and second contact faces (22a, 22b) have at least one component which runs parallel to the surface normal (18a, 18b) of the first and second oscillation planes in which the first and second carrier bodies (2a, 2b) are moved relative to one another.

Inventors:
BARKHOFF ROLAND (DE)
Application Number:
PCT/EP2012/004814
Publication Date:
May 30, 2013
Filing Date:
November 21, 2012
Export Citation:
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Assignee:
BARKHOFF ROLAND (DE)
International Classes:
B29C65/06
Foreign References:
DE10245722A12004-04-01
Attorney, Agent or Firm:
REBLE & KLOSE (DE)
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Claims:
Ansprüche

Verfahren zum Reib schweißen von thermoplastischen Schaumkunststoffteilen, wobei ein erstes Schaumkunststoffteil (4a) an einem ersten Trägerkörper (2a) und ein zweites Schaumkunststoffteil (4b) an einem zweiten Trägerkörper (2b) in der Weise zueinander aufgenommen sind, dass eine erste Kontaktfläche (22a) des ersten

Schaumkunststoffteils (4a) und eine zweite, mit der ersten Kontakfläche (22a) zu verschweißende Kontaktfläche (22b) des zweiten Schaumkunststoffteils (4b) durch den ersten und zweiten Trägerkörper (2a, 2b) flächig gegeneinander gepresst und der erste und zweite Trägerkörper (2a, 2b) relativ zueinander in parallelen Schwingungsebenen (14a, 16a; 14b, 16b) mit einer vorgegebenen Frequenz und Amplitude bewegt werden, dadurch gekennzeichnet,

dass der erste Trägerkörper (2a) mit einer Frequenz von mehr als 450 Hz bewegt wird und die Beschleunigung, welche der erste Trägerkörper (2a) während seiner Bewegung erfährt, zumindest während eines Teilabschnitts der Bewegungsbahn größer als 4000 m/s2 ist, dass die erste und zweite Kontktfläche (22a, 22b) räumlich geformt sind und parallel zueinander verlaufen und die Oberflächennormalen (24a, 24b) der ersten und zweiten Kontaktflächen (22a, 22b) in jedem Punkt der ersten und zweiten

Kontaktfläche (22a, 22b) wenigstens eine Komponente aufweist, die parallel zur Oberflächennormalen (18a, 18b) der ersten und zweiten Schwingungsebene verläuft, in der der erste und zweite Trägerkörper (2a, 2b) relativ zueinander bewegt werden.

Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Beschleunigung des erste und/oder zweiten Trägerkörpers (2a, 2b) innerhalb des wenigstens einen Teilabschnitts der Bewegungsbahn im Bereich von vorzugsweise 5000 m/s2 oder mehr liegt.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz, mit der der erste Trägerkörper (2a) und/oder der zweite

Trägerkörper (2b) bewegt wird, im Bereich zwischen 470 Hz bis 900 Hz,

vorzugsweise im Bereich zwischen 500 Hz und 600 Hz, besonders bevorzugt bei 550 Hz liegt.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass der erste Trägerkörper (2a) in einer ersten Schwingungsrichtung (12a) und der zweite Trägerkörper (2b) in einer zweiten Schwingungsrichtung (12b) zueinander schwingen, wobei die Frequenz der ersten Schwingung und/oder die Frequenz der zweiten Schwingung in einer festen Phasenbeziehung zueinander stehen, derart, dass der erste und zweite Trägerkörper (2a, 2b) relativ zueinander auf einer im Wesentlichen geschlossenen Bahn, insbesondere auf einer Kreisbahn, einer elliptischen Bahn oder auf einer Bahn in Form einer liegenden "8" , bewegt werden.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Amplitude der Auslenkung des ersten und/oder zweiten Trägerkörpers (2a, 2b) kleiner ist, als der mittlere Durchmesser der Poren des Schaumkunststoffmaterials.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Amplitude der Auslenkung des ersten Trägerkörpers (2a) und/oder des zweiten Trägerkörpers (2b) im Bereich von 0.01 mm bis 0.2 mm, bevorzugt im Bereich zwischen 0.013 mm und 0.015 mm liegt.

Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden

Ansprüche, mit einem ersten Trägerkörper (2a) zur Aufnahme eines ersten

thermoplastischen Schaumkunststoffteils (4a), der durch einen ersten

Schwingungserzeuger (10a) in einer ersten Richtung (12a) in Schwingungen versetzt wird, und mit einem zweiten Trägerkörper (2b) zur Aufnahme eines zweiten thermoplastischen Schaumkunststoffteils (4b), der durch einen zweiten

Schwingungserzeuger (10b) in einer parallel zur Schwingungsebene (14a, 16a) des ersten Trägerkörpers (a) verlaufenden zweiten Schwingungsebene (14a, 16a) in zweite Schwingungen mit einer vorgegebenen Frequenz und Amplitude versetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass

der erste Schwingungserzeuger den ersten Trägerkörper mit einer Frequenz von mehr als 450 Flz und zumindest während eines Teilabschnitts der Bewegungsbahn mit einer Beschleunigung größer 4000 m/s in der Weise antreibt, dass die Oberflächennormalen (24a) in jedem Punkt der ersten Kontaktfläche (22a) und die Oberflächennormalen (24b) in jedem Punkt der zweiten Kontaktfläche (22b) wenigstens eine Komponente aufweisen, die parallel zur Oberflächennormalen (18a, 18b) der ersten und zweiten Schwingungsebene (14a, 16a; 14b, 16b) verläuft, in der der erste und zweite

Trägerkörper (2a, 2b) durch den zugehörigen ersten und zweiten Schwingungserzeuger (10a, 10b) relativ zueinander bewegt werden.

Anordnung nach Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet,

dass der erste Schwingungserzeuger (10a) und/oder der zweite Schwingungserzeuger (10b) jeweils mindestens einen piezoelektrischen Aktuator (6a, 6b), insbesondere einen piezoelektrischen Biegewandler (26a, 26b), umfasst.

Anordnung nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet,

dass der erste und/oder zweite Schwingungserzeuger (10a, 10b) eine Vielzahl von jeweils einen beidseitig eingespannten plattenförmigen federelastischen Schwingkörper (28a, 28b) enthaltenden piezoelektrischen Biegewandlem (26a, 26b) umfasst, die im Bereich ihres Schwingungszentrums über mechanische Abstandshalter (30a, 30b) miteinander gekoppelt sind, welche mit ihrem über den plattenförmigen Schwingkörper (28a, 28b) hinausragenden Ende auf den ersten und/oder zweiten Trägerkörper (2a; 2b) wirken.

Description:
VERFAHREN UND ANORDNUNG ZUM REIBSCHWEIßEN VON

THERMOPLASTISCHEN SCHAUMKUNSTSTOFFEN

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Reibschweißen von

thermoplastischen Schaumkunststoffen, insbesondere von Styropor, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und 7.

In der Automobilindustrie werden zur Herstellung von komplex geformten hohlen Gussteilen, wie z.B. Ansaugkrümmem und Motorblöcken, Positivformen des zu gießenden Bauteils aus Styroporplatten unterschiedlicher Dicke und Größe erstellt. Im Bereich der innen liegenden Kanäle und Hohlräume der zu gießenden Bauteile sind die Styroporpl arten mit

entsprechenden Ausfräsungen und Vertiefungen versehen. Diese Styroporplatten werden mit Hilfe von Klebstoff nacheinander an ihren räumlich komplex ausgeformten Kontaktflächen zu einem Styroporblock verklebt, der die Positivform des zu fertigenden Bauteils verkörpert. Die Styroporform wird sodann mit Formsand gefüllt und in eine Form aus Formsand eingebracht, der durch Rütteln verfestigt wird, sodass eine Gussform aus Formsand vorliegt, deren

Wandbereiche aus Gussmaterial durch das Styropor definiert werden. In diese Gussform wird anschließend erhitztes flüssiges Metall, z.B. Aluminium oder Grauguss, eingefüllt, wodurch das Styropor durch die Hitze schmilzt und entfernt wird. Nach dem Abkühlen und Erstarren des Gussmaterials wird der Formsand durch Rütteln oder Klopfen aus den Kanälen entfernt und es verbleibt das räumlich komplex geformte Bauteil mit den innen liegenden Kanälen, welches anschließend einer entsprechenden Weiterverarbeitung zugeführt werden kann. Hierbei stellt es sich als Problem heraus, dass der Aufbau der positiven Gussform aus

Styroporplatten vergleichsweise aufwändig ist, da diese in zeitaufwändiger Weise zunächst positioniert und anschließend miteinander verklebt werden müssen. Hinzu kommt, dass aufgrund der im Klebstoff enthaltenen Lösungsmittel für einen entsprechenden

Explosionsschutz und gesundheitliche Sicherheitsvorkehrungen gesorgt werden muss, und der Klebstoff infolge einer Gasbildung beim Einfüllen des heißen Gussmaterials häufig unerwünschte Gasblasen in der Schmelze erzeugt, die nach dem Erstarren des Materials zu

BESTÄTIGUNGSKOPIE Hohlräumen im Wandmaterial führen, welche die Festigkeit der Bauteile mitunter erheblich herabsetzen.

Weiterhin ist es aus dem Stand der Technik bekannt, Bauteile aus harten thermoplastischen Kunststoffen durch Reibschweißen miteinander zu verbinden. Hierzu werden die beiden miteinander zu verbindenden Kunststoffteile gegeneinander gepresst und über einen

Schwingungserzeuger, z.B. einen Ultraschallerzeuger, in Anpressrichtung in

Relativschwingungen zueinander versetzt, wodurch das Kunststoffmaterial im Bereich der Kontaktflächen schmilzt und nach dem Abschalten des Schwingungserzeugers die Bauteile nach dem Abkühlen unlösbar miteinander verbunden sind. Aufgrund der guten mechanischen Dämpfungseigenschaften des Schaumkunststoffmaterials eignet sich das Verfahren jedoch nicht für Bauteile mit einer Stärke von mehr als 1 cm. Die Eignung und mögliche Stärke der zu schweißenden Stoffe hängt hierbei jedoch von verschiedenen Faktoren ab. Obgleich das Verschweißen von harten thermoplastischen Kunststoffen mit Hilfe von

Ultraschall Schwingungen oder auch von niederfrequenten Querschwingungen bis ca. 250 Hz bereits ein häufig eingesetztes Verfahren darstellt, ist es bisher noch nicht gelungen,

Styroporplatten oder auch andere Schaumkunststoffplatten aus einem thermoplastischen Kunststoffmaterial auf diese Art und Weise miteinander zu verschweißen, da bei einer

Relativbewegung der Styroporplatten zueinander stets auch Styroporkügelchen mit aus der aneinander gepressten Kontaktflächen herausgerissen werden, was zu Lunkern in der

Oberfläche des zu erzeugenden Gussformteils fuhrt.

Alternativ besteht die Möglichkeit, homogene ebene Styroporplatten durch Ultraschall mit Frequenzen größer 1 kHz miteinander zu verschweißen. Allerdings eignet sich das Verfahren nicht dazu, zwei räumlich geformte Styroporbauteile mit Vorsprüngen und Ausnehmungen an Kontaktflächen zu verbinden, die einen räumlichen, dreidimensionalen Verlauf besitzen, da die Vorsprünge und Ausnehmungen zu einer Konzentration der Ultraschallwellen führen, durch die das Material lokal unterschiedlich stark erhitzt wird und nicht homogen verschmilzt. Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine

Anordnung zu schaffen, mit denen sich räumlich komplex geformte Teile aus einem thermoplastischen Schaumkunststoff ohne den Einsatz von Klebstoff dauerhaft unlösbar miteinander verbinden lassen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren und eine Anordnung mit den Merkmalen von Anspruch 1 und 7 gelöst.

Weitere Merkmale der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Gemäß der Erfindung werden bei einem Verfahren zum Reibschweißen von

thermoplastischen Schaumkunststoffteilen ein erstes Kunststoffteil an einem ersten

Trägerkörper und ein zweites Kunststoffteil an einem zweiten Trägerkörper befestigt, was beispielsweise durch ein mechanisches Verklemmen oder mit Hilfe von Unterdruck erfolgen kann. Die beiden Bauteile sind dabei auf ihren Trägerkörpern in der Weise zueinander angeordnet, dass eine erste räumlich geformte Kontaktfläche des ersten Kunststoffteils und eine zweite, mit der ersten Fläche zu verschweißende, vom Verlauf her entsprechend räumlich geformte zweite Kontaktfläche des zweiten Kunststoffteils durch den ersten und zweiten Trägerkörper flächig gegeneinander gepresst werden. Der erste und der zweite Trägerkörper werden hierbei jeweils durch einen Schwingungserzeuger relativ zueinander in parallelen Ebenen mit einer vorgegebenen Frequenz und Amplitude bewegt.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die erste und zweite Kontaktfläche räumlich geformt sind und parallel zueinander verlaufen und die

Oberflächennormalen in jedem Punkt der ersten und zweiten Kontaktfläche wenigstens eine Komponente aufweist, die parallel zur Oberflächennormalen der ersten und zweiten Ebene verläuft, in der der erste und zweite Trägerkörper relativ zueinander bewegt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sie sich weiterhin dadurch aus, dass der erste

Trägerkörper mit einer Frequenz von mehr als 450 Hz bewegt wird, und dass die

Beschleunigung, welche der erste Trägerkörper während seiner Bewegung erfährt, zumindest während eines Teilabschnitts der Bewegungsbahn größer als 4000 m/s 2 ist. Wie der Anmelder gefunden hat, ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, neben Styropor auch andere bekannte thermoplastischen Schaumkunststoffe miteinander zu verschweißen, wie beispielsweise expandiertes oder geschäumtes Polypropylen (EPP), bzw. geschäumtes Polyurethan. Prinzipiell lassen sich alle bekannten thermoplastischen

Schaumkunststoffe mithülfe des erfindungsgemäßen Verfahrens innerhalb von wenigen Sekunden unlösbar und positionsgenau miteinander verbinden. Hierdurch ergibt sich gegenüber bekannten Klebeverfahren eine erhebliche Zeitersparnis, und es ist ebenfalls nicht mehr notwendig, die Kontaktflächen der Bauteile in aufwändiger Weise dosiert mit Klebstoff zu beschichten, was insbesondere bei größeren komplex geformten Bauteilen, die aus einer Vielzahl, z.B. 10 oder mehr Styroporlagen aufgebaut werden, einen hohen maschinellen Aufwand darstellt, da die einzelnen Kontaktflächen der Styroporlagen stets eine andere räumliche Form haben. Bei der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens beträgt die

Beschleunigung des ersten und bevorzugt auch des zweiten Schaumkunststoffteils zumindest innerhalb eines Teilabschnitts seiner Bewegungsbahn mehr als 5000 m/s 2 , bevorzugt sogar mehr als 5500 m/s 2 . Hierdurch wird sichergestellt, dass im Falle von Styropor aus dem

Schaumkunststoffmaterial der zu verschweißen Formteile keine Styroporkugeln herausgelöst werden, und die Zeitdauer zum Erhitzen der miteinander zu verschweißen Bauteile so kurz ist, dass sich die entstehende Reibungswärme aufgrund der Kürze der Zeit bis zum Anschmelzen des Materials nicht über die aneinander anliegenden Kontaktflächen hinaus in angrenzende Materialbereiche ausbreiten kann. Hierdurch wird eine gute Formhaltigkeit der miteinander zu verschweißen Bauteile sichergestellt.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt die Frequenz, mit der der erste Trägerkörper und bevorzugt auch der zweite Trägerkörper bewegt wird, im Bereich zwischen 470 Hz bis 900 Hz, vorzugsweise im Bereich zwischen 500 Hz und 600 Hz, besonders bevorzugt bei 550 Hz, wobei die Schwingung, die die Trägerkörper durchführen bevorzugt harmonische Schwingungen sind, die einen im Wesentlichen sinusförmigen Verlauf aufweisen. Wie der Anmelder in Tests des erfindungsgemäßen Verfahren gefunden hat, stellt sich in Verbindung mit der zuvor genannten Beschleunigung der Trägerplatten ab einer Mindestfrequenz von ca. 450 Hz zunehmend ein verbessertes Anschmelzverhalten der Kontaktflächen ein. Ab einer Frequenz von ca. 550 Hz konnte bei Styroporbauteilen zu hohen Frequenzen hin hingegen eine Verschlechterung des Anschmelzverhaltens beobachtet werden.

Nach einem weiteren der Erfindung zugrunde liegenden Gedanken werden der erste

Trägerkörper durch den ersten Schwingungserzeuger in einer ersten Schwingungsrichtung und der zweite Trägerkörper durch den zweiten Schwingungserzeuger in einer zweiten

Schwingungsrichtung zueinander bewegt, die in einem Winkel verschieden von 0°, bevorzugt in einem Winkel von 90° zueinander verlaufen. Die Frequenz der ersten Schwingung und die Frequenz der zweiten Schwingung stehen dabei in einer festen Phasenbeziehung zueinander so dass der erste und zweite Trägerkörper relativ zueinander auf einer im Wesentlichen geschlossenen Bahn, insbesondere auf einer Kreisbahn, einer elliptischen Bahn oder auf einer Bahn in Form einer liegenden "8" bewegt werden. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die miteinander zu verschweißenden Bereiche der Kontaktflächen eine fortlaufende

Relativbewegung zueinander ausfuhren, die zu einem erhöhten Wärmeeintrag sowie auch zu einer lokalen Vergleichmäßigung der Verteilung des angeschmolzenen Materials über die gesamte Bewegungsbahn hinweg fuhren. Anders ausgedrückt wird das angeschmolzene Material aus den Bereichen, in denen die Bewegungsgeschwindigkeit der Kontaktflächen aufgrund der beiden überlagerten harmonischen Schwingungen des ersten und zweiten

Trägerkörpers besonders hoch - und damit der Eintrag von Reibungswärme besonders groß ist - in die Bereiche der Umkehrpunkte verteilt, in denen die Geschwindigkeitskomponente eines der beiden Trägerkörper gleich null ist und die Bauteile lediglich mit der Geschwindigkeit des anderen Trägerkörpers relativ zueinander bewegt werden.

Bevorzugt ist bei den zuvor beschriebenen Ausfuhrungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens die Amplitude der Auslenkung des ersten und/oder zweiten Trägerkörpers kleiner als der mittlere Durchmesser der Poren des Schaumkunststoffmaterials, der im Falle von Styropor, welches in der zuvor beschriebenen Weise im Formenbau eingesetzt wird, z.B. bei 0,2 mm bis 0,5 mm liegt. Hierdurch wird die Gefahr, dass Teile des Schaumkunststoffmaterials während des Schweißvorgangs aus den Bauteilen herausgelöst werden, wirkungsvoll verringert.

Die Amplitude der Auslenkung des ersten Trägerkörpers und/oder des zweiten Trägerkörpers, mit denen die zu verbindenden Schaumkunststoffteile spielfrei verbunden sind, liegt vorzugsweise im Bereich von 0.01 mm bis 0.2 mm, bevorzugt im Bereich zwischen 0.013 mm und 0.015 mm, was insbesondere bei expandiertem oder extrudiertem Polystyrol -Hartschaum mit einem Porendurchmesser im Bereich von 0,1 mm ein Optimum an Energieeintrag und Qualität der erzeugten Schweißnähte ergibt. Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand der Anordnung zur Durchfuhrung des Verfahrens unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

In den Zeichnungen zeigen: Fig. 1 eine schematische räumliche Schnittansicht durch eine erfindungsgemäße Anordnung zum Reibschweissen von thermoplastischen Schaum Kunststoffteilen, insbesondere feinporigen Styroporteilen,

Fig. 2 eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform der

erfindungsgemäßen Anordnung, die durch einen Schwingungserzeuger in Form eines piezoelektrischen Biegewandler angetrieben wird, und

Fig. 3 eine Aufsicht auf einen piezoelektrischen Biegewandler der in Fig. 2 gezeigten

Ausführungsform der Anordnung.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, umfasst eine erfindungsgemäße Anordnung 1 zur Durchfuhrung des zuvor beschriebenen Verfahrens einen ersten Trägerkörper 2a, welcher beispielsweise aus einer Metallplatte besteht, an der ein erstes thermoplastisches Schaumkunststoffteil 4a spielfrei befestigt ist. Die Aufnahme des ersten Schaumkunststoffteils 4a erfolgt hierbei formschlüssig oder auch reibschlüssig durch nicht näher gezeigte mechanische

Klemmelemente oder durch eine ebenfalls nicht näher gezeigte Saugeinrichtung. Der erste Trägerkörper 2a stützt sich über eine Vielzahl von ersten Aktuatoren 6a an einer ersten gestelltfesten Grundplatte 8a ab, welche einen Schwingungserzeuger 10a bilden, der den ersten Trägerkörper 2a in Richtung des in Fig.1 gezeigten Pfeils 12a in harmonische

Schwingungen versetzt. Die durch die Pfeile 14a, 16a aufgespannte erste Schwingungsebene des ersten Trägerkörpers 2a besitzt einen ersten Normalenvektor 18a, der senkrecht zur ersten Schwingungsebene verläuft.

In gleicher Weise umfasst die erfindungsgemäße Anordnung 1 einen zweiten Trägerkörper 2b, an dem ein zweites thermoplastisches Schaumkunststoffteil 4b in der zuvor beschriebenen Weise bevorzugt formschlüssig aufgenommen ist. Der zweite Trägerkörper 2b stützt sich über eine Vielzahl von zweiten Aktuatoren 6b, die einen zweiten Schwingungserzeuger 10b bilden, an einer zweiten gestellfesten Grundplatte 8b, der den zweiten Trägerkörper 2b in Richtung der in Fig.l gezeigten Pfeile 12b in harmonische Schwingungen versetzt. Die

Schwingungsrichtung des zweiten Trägerkörpers 2b verläuft hierbei bevorzugt senkrecht zur Schwingungsrichtung des ersten Trägerkörpers 2a, wobei die durch die Pfeile 14b, 16b aufgespannte zweite Schwingungsebene des zweiten Trägerkörpers 2b im Wesentlichen parallel zur ersten Schwingungsebene verläuft und einen zweiten Normalenvektor 18b besitzt, der senkrecht zur ersten Schwingungsebene und auch zu zweiten Schwingungsebene verläuft. Wie der Darstellung von Fig. 1 weiterhin entnommen werden kann, werden die ersten und zweiten Trägerkörper 2a, 2b durch nicht näher gezeigte federelastische Mittel mit einer durch die Pfeile 20a, 20b symbolisierten Kraft beaufschlagt, die das erste und zweite

Schaumkunststoffteil 4a, 4b gegeneinander pressen. Hierdurch liegen die am ersten

Schaumkunststoffteil 4a geformte erste Kontaktfläche 22a und die am zweiten

Schaumkunststoffteil 4b geformte zweite Kontaktfläche 22b ganzflächig aneinander an und werden durch die Kräfte 20a, 20b mit einem vorgegebenen Druck, beispielsweise mit 100 N/cm gegeneinander gepresst.

Die in jedem Punkt der ersten und zweiten räumlich gewölbt verlaufenden Kontaktfläche 22a, 22b senkrecht zu dieser verlaufenden Oberflächennormalen 24a, 24b besitzen dabei erfindungsgemäß wenigstens eine Komponente, die ungleich null ist und parallel zur Oberflächennormalen 18a, 18b der ersten und zweiten Ebene verläuft, in der der erste und zweite Trägerkörper 2a, 2b relativ zueinander durch den zugehörigen Schwingungserzeuger 10a, 10b bewegt werden. Hierdurch weisen die Bewegungsrichtung des ersten und zweiten Trägerkörpers 2a, 2b stets eine Komponente auf, die parallel zur ersten und zweiten

Kontaktfläche 22a, 22b verläuft, so dass die erste und zweite Kontaktfläche in jedem

Flächenabschnitt trotz der unterschiedlichen räumlichen Verläufe im Wesentlichen tangential zueinander bewegt werden, während die federelastischen Mittel unter Erzeugung einer vorgegebenen Druckkraft in Richtung der Pfeile 20a, 20b auf die Flächen wirken. Dies gewährleistet, dass das thermoplastische Material infolge der durch die tangentiale

Gleitbewegung entstehenden Reibungshitze über die gesamte Kontaktfläche 22a, 22b hinweg anschmilzt und sich wenige Sekunden nach dem Abschalten des ersten und zweiten

Schwingungserzeugers 10a, 10b miteinander zu einer durchgehenden Schweißnaht verbindet.

Um die beiden Trägerkörper 2a, 2b, die beispielsweise ein Gewicht von 20 kg besitzen können, mit der für den Schweißvorgang erforderlichen Frequenz von mehr als 450 Hz in Schwingungen zu versetzen, und hierbei ebenfalls die für den Schweißprozess benötigte Beschleunigung des ersten Trägerkörpers 2a und bevorzugt auch des zweiten Trägerkörpers 2b bereitzustellen, umfasst der Schwingungserzeuger 10a und vorzugsweise auch der zweite Schwingungserzeuger 10b jeweils wenigstens einen piezoelektrischen Aktuator 6a, 6b, der beispielsweise als ein in der DE 102 45 722 AI beschriebener piezoelektrischer Biegewandler 26a, 26b ausgestaltet ist, jedoch auch ein anderer bekannter Schwingungserzeuger sein kann, beispielsweise ein rein mechanischer Schwingungserzeuger, bei dem die Drehbewegung eines Motors über einen Exzenterantrieb oder einen Kurbelantrieb auf den Trägerkörper übertragen wird.

Wie der Darstellung von Fig. 2 und 3 in diesem Zusammenhang weiterhin entnommen werden kann, werden zur Erzeugung der für den Schweißvorgang benötigten Beschleunigungen, Frequenzen sowie auch Amplituden, mit denen der erste und zweite Trägerkörper in

Schwingungen versetzt werden, bevorzugt mehrere Aktuatoren in Form von piezoelektrischen Biegewandlern 26a gleichzeitig eingesetzt, die jeweils einen beidseitig im Bereich der Enden gestellsfest an der zugehörigen Grundplatte 8a, 8b eingespannten plattenförmigen federelastischen Schwingkörper 28a umfassen. Jeder der Schwingkörper 28a ist hierbei bevorzugt in seinem Zentrum über einen sich von der Grundplatte 8a in Richtung zum

Trägerkörper 2a hin erstreckenden ersten Abstandshalter 30a mit einem benachbarten

Schwingkörper 28a gekoppelt, so dass beim Anlegen einer entsprechenden elektrischen Spannung an die im Bereich der Enden beiderseits an jedem der Schwingkörper 28a angeordneten piezoelektrischen Elemente 32a eine Biegeschwingung der federelastischen ersten federelastischen Schwingkörper 28a bewirkt wird.

Die Biegeschwingung, wird durch die Schwingkörper 28a und zugehörige erste

Abstandshalter 30a, vorzugsweise von der Oberseite her in den ersten oberen Trägerkörper 2a eingekoppelt.

In entsprechender Weise werden die Biegeschwingungen der Vielzahl von federelastischen, über jeweilige zweite Abstandshalter 30b mechanisch miteinander gekoppelten zweiten federelastischen Schwingkörper 28b des bevorzugt identisch zum ersten Biegewandler 26a ausgestalteten zweiten Biegewandlers 26b an der Unterseite in den zweiten Trägerkörper 2b eingekoppelt. Hierbei ist die durch die Doppelpfeile 12a, 12b der Darstellung von Fig. 4 angedeutete Schwingungsrichtung 12a der ersten oberen Aktuatoren 6a bevorzugt um 90° gedreht zur Schwingungsrichtung 12b der zweiten unteren Aktuatoren 6b angeordnet. Durch Beaufschlagen der ersten Aktuatoren 6a mit einer sinusförmigen Wechsel Spannung vorgegebener Frequenz, beispielsweise 500 Hz, und Beaufschlagen der zweiten Aktuatoren 6b mit einer hierzu phasenverschobenen sinusförmigen elektrischen Wechsel Spannung gleicher Frequenz werden der erste und der zweite Trägerkörper 2a, 2b zu einer kreis- oder

ellipsenförmigen Relativbewegung angeregt, die zu einer durchgängigen Bewegung eines gedachten Punkts der Kontaktflächen 22a, 22b auf einer geschlossenen Bewegungsbahn führt.

Um die Beschleunigung des ersten und/oder zweiten Trägerkörpers 2a, 2b während ihrer Schwingbewegung insbesondere bei großen Bauteilen und damit verbundenen großen Massen der Trägerkörper auf kostengünstige Weise weiter zu erhöhen, kann es vorgesehen sein, an den - in Schwingungsrichtung betrachtet - einander gegenüberliegenden Enden der Trägerkörper 2a, 2b jeweils einen Elektromagneten 34 anzuordnen. Diese, aus

darstellungstechnischen Gründen nur am oberen ersten Trägerkörper 2a angeordneten Elektromagnete 34 werden erfindungsgemäß mit einem Phasenversatz von vorzugsweise 90° zur Schwingung des jeweiligen Trägerkörpers lediglich mit der halben Frequenz ein- und ausgeschaltet. Die Elektronik zum Betreiben der Aktuatoren 6a, 6b sowie auch der Magnete 34 ist in den Zeichnungen der Übersichtlichkeit halber nicht mit dargstellt.

Liste der Bezugszeichen Anordnung

a erster Trägerkörper

b zweiter Trägerkörper

a erstes Schaumkunststoffteil

b zweites Schaumkunststoffteil

a erster Aktuator

b zweiter Aktuator

a erste Grundplatte

b zweite Grundplatte

0a erster Schwingungserzeuger

0b zweiter Schwingungserzeuger

2a Pfeil, der erste Schwingungsrichtung angibt

2b Pfeil, der zweite Schwingungsrichtung angibt

4a Pfeil, der erste Schwingungsebene aufspannt

4b Pfeil, der zweite Schwingungsebene aufspannt

6a Pfeil, der erste Schwingungsebene aufspannt

6b Pfeil, der zweite Schwingungsebene aufspannt

8a Normalenvektor der ersten Schwingungsebene

8b Normalenvektor der zweiten Schwingungsebene

0a Pfeil, der Druckkraft auf ersten Trägerkörper symbolisiert0b Pfeil, der Druckkraft auf ersten Trägerkörper symbolisiert2a erste Kontaktfläche

2b zweite Kontaktfläche

4a Oberflächennormale auf der ersten Kontaktfläche4b Oberflächennormale auf der zweiten Kontaktfläche6a erste piezoelektrische Biegewandler

6b zweite piezoelektrische Biegewandler

8a federelastische Schwingkörper der ersten Biegewandler8b federelastische Schwingkörper der zweiten Biegewandler a erster Abstandshalter

b zweiter Abstandshalter

a piezoelektrische Elemente an ersten Schwingkörpernb piezoelektrische Elemente an zweiten Schwingkörper Elektromagnet