Ein entsprechendes Verfahren ist z. B. der EP 0 567 426 Bl zu entnehmen. Bei den be- kannten Ultraschallschweißverfahren, bei dem eine Sonotrode als Halbwellenlängenreso- nator in Resonanz schwingt und in Zwangskontakt mit einem Werkstoff gebracht wird und Ultraschallenergie während eines vorbestimmten Zeitintervalls auf das Werkstück über- trägt, wird die Schwingungsamplitude der Sonotrode auf ein Steuersignal hin reduziert, um sodann während des verbleibenden Rests des vorbestimmten Zeitintervalls bei verringerter Schwingungsamplitude betrieben zu werden.

Das Steuersignal kann dabei in Abhängigkeit von der auf das Werkstück übertragenen Leistung ausgelöst werden. Entsprechende Verfahren sind auch der WO 98/49009, der US 5,855,706 oder der US 5,658,408 oder der US 5,435,863 zu entnehmen.

Als Regelgröße kann neben der übertragenen Ultraschallenergie Frequenz des Ultraschalls, Verformungsgrad des Werkstückes oder Erweichungszustand des Werkstückes gewählt werden. Durch die Regelung bedingt ist der regelungstechnische Aufwand der Vor- richtungen zur Realisierung entsprechender Verfahren recht aufwendig und damit störan- fällig.

Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zu Grunde, ein Verfahren der eingangs ge- nannten Art so weiterzubilden, dass durch einfaches Steuern eine Optimierung der Bear- beitung von Werkstücken, insbesondere des Verschweißens von Kunststoffteilen möglich wird, wobei gegebenenfalls auch eine selbstlernende Optimierung des Verfahrens möglich sein soll.

Erfindungsgemäß wird das Problem im Wesentlichen dadurch gelöst, dass während einer vorgegebenen Zeit tx die Schwingungsamplitude einem vorgegebenen Verlauf folgend reduziert wird, nach der Zeit tx mittelbar oder unmittelbar ein charakteristischer Parameter des Werkstücks gemessen wird und anschließend in Abhängigkeit vom Wert des gemesse- nen Parameters die Sonotrode bei einer vorgegebenen konstanten Schwingungsamplitude über eine Zeit ty Ultraschallenergie auf das Werkstück überträgt. Dabei folgt die Schwin- gungsamplitude in der Zeit tx insbesondere einem rampenförmigen Verlauf, der seinerseits in Abhängigkeit von dem zu bearbeitenden Werkstück vorgegeben wird.

Abweichend vom vorbekannten Stand der Technik wirkt auf das zu bearbeitende Werk- stück die Sonotrode mit fest vorgegebenen Schwingungsamplituden, wobei zu Beginn des Bearbeitens die Amplitude vorgegebene Wert durchfährt, um sodann auf einen konstanten Wert eingestellt zu werden. Dieser Wert kann materialunabhängig oder materialabhängig gewählt werden.

Auch erfolgt keine Erhöhung und anschließende Reduzierung der Schwingungsamplitude, um sodann auf einen konstanten Wert eingestellt zu werden. Vielmehr ist grundsätzlich vom Beginn des Verschweißens bzw. Verformens an eine kontinuierliche, jedoch nicht zwingend stetige, vielmehr auch rampenförmige Reduzierung der Schwingungsamplitude während der Zeit tx gegeben.

Unabhängig hiervon wird die Zeit ty, innerhalb der die Sonotrode mit konstanter Amplitu- de auf das Werkstück einwirkt, durch Erreichen eines charakteristischen Wertes des zu be- arbeitenden Werkstücks bestimmt, wobei allerdings eine maximale Zeit nicht überschritten wird. Dies bedeutet, dass nach einer vorgegebenen Zeit tz der Bearbeitungsprozess been- det wird, auch dann, wenn das bearbeitete Werkstück noch nicht die zu erreichenden Ei- genschaften aufweist.

In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass in Abhängigkeit von dem nach der Zeit tx gemessenen Wert des Parameters der Verlauf der Amplitude für nachfolgende Be- arbeitungsprozesse überprüft und gegebenenfalls verändert wird. Hierdurch wird ein selbstlernender Prozess realisiert, der zu optimalen Bearbeitungs-wie Schweißergebnissen führt.

Die Summe der Zeiten tx und ty ist materialabhängig unterschiedlich, überschreitet jedoch die maximale Zeit tz, nicht, um z. B. bei Auftreten von Fehlern zu vermeiden, dass die Ultraschallschweißvorrichtung beschädigt wird.

Insbesondere ist vorgesehen, dass während der Zeit ty, in der die Schwingungsamplitude konstant ist, der oder ein weiterer charakteristischer Parameter des zu bearbeitenden Werk- stücks mittelbar oder unmittelbar gemessen wird und nach Erreichen eines vorgegebenen Wertes des Parameters die Bearbeitung beendet wird.

Als Parameter kann die Temperatur des Werkstücks und/oder Verformungsgrad des Werk- stücks und/oder Stellweg der Sonotrode während des Bearbeitens und/oder Lichttrans- mission des Werkstücks und/oder Lichtreflexion des Werkstücks gewählt werden. Dabei kann der Verformungsgrad des Werkstückes durch einen der Sonotrode zugeordneten Wegaufnehmer bestimmt werden, so dass infolgedessen eine mittelbare Parame- terbestimmung erfolgt.

Die Zeit tx, innerhalb der Amplitude der Sonotrode einem vorgegebenen Verlauf folgt, kann nach in der Ultraschallschweißvonichtung abgelegten materialspezifischen Werten des zu bearbeitenden Werkstücks vorgegeben werden. Dabei können die abgelegten Werte automatisch beim Zuführen des Werkstücks abgerufen werden. Insbesondere ist vorgese- hen, dass durch Lesen von dem Werkstück zugeordneter Codierung die abgelegten Werte abgerufen werden.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen-für sich und/oder in Kombination-, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung von der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispielen.

Es zeigen : Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer Anordnung zum Ultraschallschweißen von Kunst- stoffmaterialien und Fig. 2 ein Amplituden-Zeit-Diagramm In Fig. 1 ist rein prinzipiell eine Anordnung zum Bearbeiten eines Werkstücks dargestellt.

Unter Werkstück werden insbesondere ein Teil oder mehrere Teile verstanden, die aus Kunststoff bestehen oder Kunststoff enthalten und miteinander verschweißt werden sollen.

Andere Applikationen z. B. das Trennen von Kunststoffteilen sind gleichfalls möglich. Als bevorzugter Anwendungsbereich des Kunststoffschweißens ist dabei der medizinische Bereich zu nennen.

Im Ausführungsbeispiel sollen zwei Kunststoffteile 10,12, die auf einer Gegenelektrode oder einen Amboss 14 positioniert sind, mittels einer Ultraschallschweißvorrichtung ver- schweiß werden, und zwar über eine in Schwingung versetzte Sonotrode 16, die mit ihrem Sonotrodenkopf 18 in Kontakt mit den zu verschweißenden Teilen 10,12, und zwar mit dem oberen Teil 14 kommt. Die Sonotrode 16 wird in gewohnter Weise über einen Kon- verter und gegebenenfalls einen Booster in Schwingung versetzt, ohne dass dies näher erläutert wird. Die Energiezufuhr zu dem Konverter erfolgt von einer Steuerung 20 über eine Leitung 22, über die auch die Schwingungsamplitude und Schwingungsdauer einge- stellt werden.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass während einer ersten Zeit tx die Sonotrode 16 in ihrer Schwingungsamplitude und damit in der Energiezufuhr zu den zu verschweißenden Teilen 10,12 verändert wird, und zwar reduziert, wobei eine kontinuierliche oder stufen- förmige Amplitudenverringerung erfolgen kann. Nach der fest vorgegebenen Zeit tx wird eine charakteristische Größe der zu verschweißenden Teile 10,12 wie z. B. Temperatur oder Verformungsgrad benutzt, um sodann über die Steuerung 20 die Sonotrode 16 auf eine konstante Schwingungsamplitude einzustellen. Mit dieser fest vorgegebenen Ampli- tude schwingt sodann die Sonotrode 16 über einen Zeitraum ty, der entweder fest vorgege- ben wird oder in Abhängigkeit vom Fortschritt des Verschweißens bestimmt wird. Hierzu kann erneut ein Parameter der zu verschweißenden Teile 10,12 als Schaltgröße zur Been- digung des Ultraschallschweißens herangezogen werden.

Im Ausführungsbeispiel sind rein beispielhaft zwei Möglichkeiten zum Messen eines Pa- rameters dargestellt. So kann über einen der Sonotrode 16 zugeordneten Wegaufnehmer ein Steuersignal über eine Leitung 24 der Steuerung 20 zugeleitet werden. Der Wegauf- nehmer gibt mittelbar Aufschluss über den Verformungs-bzw. Erweichungsgrad der zu verschweißenden Teile 10,12.

Über eine nicht dargestellte Meßsonde und eine Leitung 25 kann gleichzeitig bzw. alterna- tiv die Temperatur der zu verschweißenden Teile 10, 12 gemessen und der Steuerung 20 zugeleitet werden, um die konstante Amplitude während der Zeit ty bzw. die Zeitdauer ty vorzugeben.

In Fig. 2 ist die Amplitude gegenüber der Zeit t einer Sonotrode dargestellt, über die Ul- traschallenergie auf ein zu bearbeitendes wie zu verschweißendes Werkstück übertragen wird. So repräsentiert die Kurve 26 einen rampenförmigen, also einen grundsätzlich sich stetig oder stufenförmig verändernden, d. h. abnehmenden Verlauf einer Amplitudenver- änderung für ein erstes Werkstück über eine fest vorgegebene Zeitdauer tXl. Nach der Zeit tel wired ein charakteristischer Parameter des bearbeiteten Werkstücks wie Temperatur, Erweichung oder Transluzenz bei zu bearbeitenden amorphen Thermoplasten gemessen.

In Abhängigkeit von dem gemessenen Wert wird sodann die Sonotrode auf eine Amplitu- de konstanter Größe (Gerade 28) eingestellt. Während des Einwirkens der Sonotrode mit der der Geraden 28 entsprechenden Amplitude kann in bestimmten Zeitabständen oder kontinuierlich der gleiche oder ein anderer Parameter des zu bearbeitenden Werkstücks gemessen werden, um sodann, wenn aufgrund des ermittelten Wertes des Parameters das bearbeitete Werkstück eine vorgegebene Güte erreicht hat bzw. erkennbar ist, dass ein Schweißprozeß beendet ist, den Bearbeitungsprozeß nach einer Zeit ty beendet und die Sonotrode von dem Werkstück zu entfernen.

Die Kurven 30, 32 entsprechen dem Bearbeiten eines Werkstücks anderer Materialeigen- schaften. Man erkennt, dass der rampenförmige Amplitudenverlauf entsprechend der Kur- ve 30 steiler als die Kurve 26 verläuft. Gleichzeitig ist die Zeit t,, nach der die Am- plitudenänderung beendet ist, größer als die Zeit t, Wert eingestellt, die geringer als beim vorhergehenden Beispiel ist. Der Bearbeitungspro- zeß selbst ist nach einer Zeit ty2 beendet, die größer als die Zeit tyl ist.

Ein weiterer durch die Kurven 34, 36 symbolisierter Verfahrensablauf verdeutlicht, dass die rampenförmige Verlaufsänderung der Amplitude flacher ausfällt, wohingegen der sich anschließende konstante Amplitudenwert (Kurve 34) größer als in den vorausgegangenen Beispielen bei gleichzeitiger kleinerer Zeit ty3 ist.

Die Amplitudenverlaufsänderungen 26,30,34 sind materialabhängig und werden grund- sätzlich in der Ultraschallschweißvorrichtung abgelegt. Dabei kann jedoch eine selbsttätige Optimierung der vorgegebenen Kurven dadurch erfolgen, dass nach Beendigung der Bear- beitung, also nach der Zeit t, tX2, tx3 erzielte Meßergebnisse mit vorgegebenen verglichen werden, um so gegebenenfalls ein Nachregeln zu ermöglichen.

Losgelöst hiervon ist die Gesamtzeit tx + ty kleiner als eine Maximalzeit tz, auch dann, wenn zum Zeitpunkt tz das zu bearbeitende Material aufgrund des oder der gemessenen Parameter noch nicht die gewünschten Eigenschaften aufweist. Hierdurch wird sicherge- stellt, dass gegebenenfalls auftretende Fehler nicht zu einer Zerstörung der Ultraschall- schweißvorrichtung bzw. Teile dieser fahren können.

Anzumerken ist des Weiteren, dass die erfindungsgemäße Lehre zum Verschweißen von Kunststoffen sowohl im Nahfeld als auch im Fernfeld anwendbar ist. Bezüglich zu verschweißender Thermoplaste wie amorphe oder teilkristalline Thermopla- ste ist anzumerken, dass nur solche mit ähnlichen Erweichungsbereichen verschweißt bzw verklebt werden sollten. Das Ultraschallschweißen eignet sich wegen seiner Polarität ins- besondere für PVC, das auch als Zusatz beim Ultraschallschweißen von PMMA und ABS dient.