(12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego:

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego: (13) T3 (51) Int. Cl. B29C65/78 B29C65/20 ( ) ( ) (97) O udzieleniu patentu europejskiego ogłoszono: Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej Europejski Biuletyn Patentowy 2008/24 EP B1 (54) Tytuł wynalazku: Sposób i urządzenie do kompensowanego położeniowo i kątowo zgrzewania (30) Pierwszeństwo: (43) Zgłoszenie ogłoszono: Europejski Biuletyn Patentowy 2007/38 (45) O złożeniu tłumaczenia patentu ogłoszono: Wiadomości Urzędu Patentowego 01/2009 (73) Uprawniony z patentu: Oxenfarth Hans, Ennepetal, DE PL/EP T3 (72) Twórca (y) wynalazku: Oxenfarth Hans, Ennepetal, DE (74) Pełnomocnik: Jan Wierzchoń &Partnerzy Biuro Patentów i Znaków Towarowych rzecz. pat. Wierzchoń Jan Warszawa skr. poczt. 709 Uwaga: W ciągu dziewięciu miesięcy od publikacji informacji o udzieleniu patentu europejskiego, każda osoba może wnieść do Europejskiego Urzędu Patentowego sprzeciw dotyczący udzielonego patentu europejskiego. Sprzeciw wnosi się w formie uzasadnionego na piśmie oświadczenia. Uważa się go za wniesiony dopiero z chwilą wniesienia opłaty za sprzeciw (Art. 99 (1) Konwencji o udzielaniu patentów europejskich).

2 V2165PL00/UK EP B1 Opis [0001] Wynalazek dotyczy sposobu oraz urządzenia do kompensowanego położeniowo i kątowo zgrzewania elementu konstrukcyjnego na korpusie podstawowym, zwłaszcza na rozdmuchiwanej bryle wydrążonej. [0002] Na bryłach wydrążonych wytłaczanych z rozdmuchiwaniem, takich jak przykładowo zbiorniki paliwa, mocuje się przez różne sposoby zgrzewania części aplikacyjne, takie jak przykładowo króciec zasilający w paliwo, zawory napowietrzające i odpowietrzające lub elementy mocujące. W najczęstszych przypadkach stosuje się tu zgrzewanie elementem grzejnym. [0003] W przypadku sposobu zgrzewania elementem grzejnym, łączone powierzchnie zgrzewanych komponentów plastyfikuje się elementem grzejnym bezpośrednio (nagrzewanie kontaktowe) albo bezpośrednio (nagrzewanie promiennikowe) i zgrzewa ze sobą pod ciśnieniem. Proces zgrzewania dzieli się przy tym na zasadnicze etapy sposobu - podgrzewanie (plastyfikowanie łączonej powierzchni), przestawienie (usunięcie elementu grzejnego z obszaru roboczego) i łączenie (zgrzewanie splastyfikowanych łączonych powierzchni pod naciskiem). [0004] W większości przypadków zastosowania dochodzi do użycia bezpośredniego sposobu zgrzewania (nagrzewanie kontaktowe) (porównaj przykładowo EP A2). W tym sposobie, łączone powierzchnie mają bezpośredni kontakt z elementem grzejnym. Zgrzewane ze sobą komponenty powinny w miarę możliwości składać się z tego samego typu tworzywa sztucznego; zgrzewanie różnych tworzyw sztucznych jest również możliwe pod pewnymi warunkami. Zależnie od rodzaju tworzywa sztucznego może zdarzyć się, że stopiony materiał przykleja się do elementu grzejnego. W tych przypadkach elementy grzejne odpowiednio zaopatruje się w powłoki antyadhezyjne. [0005] Zwłaszcza podczas zgrzewania tworzyw sztucznych, w których stopiony materiał mimo powłoki antyadhezyjnej przykleja się do elementu grzejnego lub wymaga wyższej temperatury podgrzewania (<270 C), niż dopuszcza powłoka antyadhezyjna, stosuje się sposoby bezdotykowe. Przy tym, plastyfikuje się łączone powierzchnie zgrzewanych komponentów, pozostawiając między łączoną powierzchnią a elementem grzejnym odstęp od około 0,5 do 1,0 mm. Temperatura elementu grzejnego wynosi w tym przypadku około 400 C do 600 C, zależne od zastosowanego tworzywa sztucznego. W celu uzyskania równomiernej plastyfikacji łączonych powierzchni, jest konieczne, aby odstęp między łączoną powierzchnią a elementem grzejnym był jednakowy na całej zgrzewanej powierzchni. Zgodnie z tym, sposób ten nadaje się tylko do części z tworzywa sztucznego, które można wykonywać tylko w wąskim zakresie tolerancji. [0006] W celu wyrównania nierówności i tolerancji łączonych powierzchni można je dociskać z określoną siłą tak długo do elementu grzejnego, aż cała powierzchnia będzie przylegać płasko-równolegle. Droga dopasowywania musi być zatem większa niż suma tolerancji łączonej powierzchni i elementu grzejnego. Wraz z osiągnięciem drogi podgrzewania przez osiągnięcie mechanicznego stykania się lub po upływie nastawionego czasu dopasowywania, proces dopasowywania jest zakończony. Równocześnie redukuje się siłę podgrzewania, aby żaden splastyfikowany materiał nie był już wypierany ze strefy łączenia. Możliwość procesu dopasowywania jest jednak ograniczona przez grubość materiału zgrzewanego korpusu. Zwłaszcza w przypadku brył wydrążonych wytłaczanych z rozdmuchiwaniem, takich jak zbiorniki paliwa występuje bardzo niewielka grubość materiału, co utrudnia zastosowanie procesów dopasowywania.

3 2 [0007] Kolejny problem powstaje przez większe odchylenia kątowe między łączonymi powierzchniami zgrzewanych ze sobą elementów konstrukcyjnych. Układy zgrzewania ze statycznymi uchwytami części zgrzewanych i elementami grzejnymi nie mogą dopasować się przy każdym procesie zgrzewania do położenia kątowego łączonych powierzchni, a zatem mogą być stosowane jedynie tam, gdzie nie należy spodziewać się większych odchyleń kątowych łączonych powierzchni. Zostały rozwinięte układy zgrzewania z samoregulującymi się uchwytami części zgrzewanych i elementami grzejnymi, które dopasowują się przez specjalne sferyczne podparcie bez istotnego wzajemnego przesunięcia współrzędnych xy łączonej powierzchni łączonego partnera (porównaj przykładowo JP ). [0008] Niezależnie od użytego elementu grzejnego, ze względu na duże odchyłki tolerancji, zwłaszcza w przypadku brył wydrążonych, w przypadku każdego artykułu trzeba liczyć się z różną pozycją powierzchni zgrzewanej. Układy zgrzewania ze statycznym ograniczeniem drogi okazują się tu nieodpowiednie. Wynika to z tego, że w jednym przypadku plastyfikuje się za dużo, a w następnym przypadku za mało materiału. Podobne problemy występują także przy sterowanych wyłącznie ciśnieniowo układach zgrzewania, ponieważ ze względu na różne działanie sprężynowe ściany pojemnika w obszarze zgrzewania, wynikające siły, a zatem rozmieszczenie plastyfikacji mogą być różne w przypadku każdego procesu zgrzewania. [0009] Wynalazek ma temu zapobiegać. U podstaw wynalazku leży zadanie, opracowania sposobu kompensowanego położeniowo i kątowo zgrzewania, który umożliwia także przy dużych tolerancjach położenia i kątów zgrzewanych łączonych powierzchni równomierną plastyfikację łączonych powierzchni. Według wynalazku, zadanie to rozwiązuje się przez cechy zastrzeżenia patentowego 1. [0010] Wraz z wynalazkiem opracowano sposób kompensowanego położeniowo i kątowo zgrzewania, który umożliwia także przy dużych tolerancjach położenia i kątów zgrzewanych łączonych powierzchni równomierną plastyfikację łączonych powierzchni [0011] Pojęcie element grzejny stosuje się tu zastępczo dla wszystkich odpowiednich środków do plastyfikacji łączonych powierzchni, przykładowo także takich środków, które znajdują zastosowanie przy zgrzewaniu zwrotnym albo przy zgrzewaniu ultradźwiękowym. Takie środki mają być zatem uwzględnione pod pojęciem element grzejny w sensie wynalazku. [0012] W dalszym wykonaniu wynalazku, określenie danych geometrii i położenia odbywa się przez bezdotykowe odczytywanie (skanowanie). Przez to umożliwia się bliskie czasowo i bez tarcia określanie danych geometrii i położenia. [0013] W ukształtowaniu wynalazku, mierzy się dane geometryczne i położeniowe całego korpusu podstawowego i jego łączonych powierzchni. Wskutek tego, również przy kilku koniecznych etapach zgrzewania na jednym i tym samym korpusie podstawowym, jest konieczne tyko jedno określenie danych geometrii i położenia. Ponadto, dane pomiarowe można stosować w ramach zapewnienia akości przedmiotowych korpusów podstawowych. [0014] Korzystnie, dodatkowo odbywa się trójwymiarowe określenie danych geometrii i położenia łączonej powierzchni elementu konstrukcyjnego, w taki sposób, że między elementem grzejnym i łączoną powierzchnią elementu konstrukcyjnego osiąga się jednakowy odstęp na łączonej powierzchni. Przez to jest umożliwione optymalne doprowadzenie łączonej powierzchni elementu konstrukcyjnego do łączonej powierzchni korpusu podstawowego. [0015] Korzystnie, ustawienie elementu konstrukcyjnego względem przynajmniej jednego elementu grzejnego odbywa się na podstawie określonych danych geometrii i położenia. Przez to uzyskuje się równomierną warstwę stopionego materiału na łączonej powierzchni elementu konstrukcyjnego.

4 3 [0016] W kolejnym ukształtowaniu wynalazku, na podstawie określonych danych geometrii i położenia, dokonuje się dodatkowe etapy obróbki na korpusie podstawowym. Przez to jest umożliwione doprowadzenie narzędzi do obróbki, prawidłowe pod względem położenia i kąta. Dotyczy to zwłaszcza takich operacji obróbki, które wymagają równoległego ustawienia do powierzchni obrabianej, jak przykładowo umieszczania (wycinanie, frezowanie etc.) otworów w korpusie podstawowym albo jego napisów za pomocą lasera. [0017] U podstaw niniejszego wynalazku leży ponadto zadanie, opracowania urządzenia do kompensowanego położeniowo i kątowo zgrzewania, które także przy dużych odchyłkach tolerancji zgrzewanych łączonych powierzchni umożliwia równomierną plastyfikację łączonych powierzchni. Według wynalazku, zadanie to rozwiązuje się przez cechy zastrzeżenia patentowego 7. [0018] Wraz z wynalazkiem opracowano urządzenie do kompensowanego położeniowo i kątowo zgrzewania, które także przy dużych odchyłkach tolerancji zgrzewanych łączonych powierzchni umożliwia równomierną plastyfikację łączonych powierzchni. [0019] W dalszym wykonaniu wynalazku, środki do ustawiania korpusu podstawowego i środki do ustawiania elementu konstrukcyjnego, sterowane przez jednostkę sterującą tak współpracują ze sobą, że przy łączeniu w jedną całość korpusu podstawowego i elementu konstrukcyjnego, na podstawie danych geometrii i położenia, osiągalny jest jednakowy nacisk na łączone powierzchnie. Poprzez to jest zapewnione wysokowartościowe połączenie zgrzewane, także w przypadku cienkościennych brył wydrążonych ze sprężynującymi ściankami. [0020] W ukształtowaniu wynalazku, przynajmniej jeden środek do ustawienia elementu grzejnego stanowi robot wieloosiowy. Przez to jest umożliwiona wysoka zdolność przerobowa procesów zgrzewania połączone z wysoką dokładnością procesową. [0021] Korzystnie, środek do określenia danych geometrii i położenia stanowi skaner 3D podparty laserem. Przez to jest umożliwione szybkie i bez tarcia określanie danych geometrii i położenia. Alternatywnie stosowalne są także inne systemy pomiarowe 3D. [0022] Korzystnie, są przewidziane dodatkowo środki do obróbki korpusu podstawowego, które są sterowalne przez jednostkę sterującą na podstawie określonych danych geometrii i położenia. Przez to jest umożliwiona bliska czasowo obróbka korpusu podstawowego łącznie z obróbką łączonych powierzchni. [0023] W dalszym ukształtowaniu, elementy grzejne i środek do określenia danych geometrii i położenia są kombinowane w jednostce manipulacyjnej. Przez to umożliwia się sprawny przebieg procesu. [0024] Inne dalsze wykonania i ukształtowania wynalazku są podane w pozostałych zastrzeżeniach zależnych. Przykład wykonania wynalazku jest przedstawiony na rysunkach i zostanie następnie szczegółowo opisany. Na rysunkach przedstawiają: fig.1 schematyczny widok urządzenia do kompensowanego położeniowo i kątowo zgrzewania a fig.2 schematyczny widok kombinowanej jednostki manipulacyjnej. [0025] Urządzenie do zgrzewania elementem grzejnym, wybrane jako przykład wykonania, obejmuje zasadniczo dwa roboty 1, 2, uchwyt 3 przedmiotu obrabianego oraz jednostkę sterującą 4. Zamiast robotów 1,2 są stosowalne także inne sterowalne systemy pozycjonujące. Robot 1 jest wyposażony w układ 11 do zmiany narzędzi w celu osadzania jednostki 12 efektora. Jednostka 12 efektora jest zaopatrzona w laserowy dalmierz 121.

5 4 [0026] Robot 2 jest również wyposażony w układ 21 do zmiany narzędzi, w którym osadza się jednostkę efektora 22. Jednostka efektora 22 jest zaopatrzona w element grzejny 221 i w uchwyt dla ustalanego elementu konstrukcyjnego 6. [0027] Roboty 1, 2 są połączone ze wspólną jednostką sterującą 4. [0028] W celu zgrzewania elementu konstrukcyjnego 6 na korpusie podstawowym 5, ustala się najpierw korpus podstawowy 5 na uchwycie 3 przedmiotu obrabianego. Następnie odbywa się trójwymiarowe określenie danych geometrii i położenia łączonej powierzchni 51 korpusu podstawowego 5 przez laserowy dalmierz 121. Przy tym, prowadzi się efektor 12 za pomocą robota 1, sterowanego przez jednostkę sterującą 4, nad korpus podstawowy 5. Określone dane geometrii i położenia przenosi się na jednostkę sterującą 4. (Przepływ danych jest przedstawiony na fig.1 przez kreskowane strzałki). Bazując na danych geometrii i położenia łączonej powierzchni 51 korpusu podstawowego 5, tak steruje się robotem 2 przez jednostkę sterującą 4, że ustawia się jednostkę efektora 22 z umieszczonym na niej elementem grzejnym 221, w określonym odstępie przed łączoną powierzchnią 51 korpusu podstawowego 5. Ustawienie elementu grzejnego 221 odbywa się na podstawie określonych danych geometrii i położenia w taki sposób, że odstęp między elementem grzejnym 221 i łączoną powierzchnią 51 korpusu podstawowego 5 jest jednakowy na całej łączonej powierzchni 51. W tym samym czasie następuje ogrzewanie łączonej powierzchni 61 elementu konstrukcyjnego 6 nie przedstawionym kolejnym elementem grzejnym. Po ogrzaniu łączonych powierzchni 51, 61 korpusu podstawowego 5 i elementu konstrukcyjnego 6 wysuwa się jednostkę efektora 22 robotem 2 z obszaru roboczego. Następnie, tak ustawia się element konstrukcyjny 6 po zmianie narzędzia za pomocą jednostki efektora 22* na korpusie podstawowym 5, że łączone powierzchnie 51, 61 elementu podstawowego 5 i elementu konstrukcyjnego 6 leżą dokładnie na sobie i są zasilane równomiernym naciskiem na całej łączonej powierzchni 51,61. [0029] W korzystnej postaci wykonania według figury 2, używa się kombinowaną jednostkę efektora 22*. Kombinowana jednostka efektora 22* jest połączona obrotową częścią pośrednią 220 z układem 21 zmiany narzędzi robota 2. Jednostka efektora 22* jest wyposażona zarówno w system pomiarowy 3D 222, jak i w element grzejny 221, tak że między etapami sposobu określenia danych geometrii i położenia zgrzewanej łączonej powierzchni korpusu podstawowego i ogrzewania łączonej powierzchni elementu podstawowego nie musi następować zmiana narzędzi. W przykładzie wykonania stosuje się w obrębie układu pomiarowego 3D laserowy dalmierz. Alternatywne jest także użycie innego bezdotykowego układu (przykładowo pomiaru ultradźwiękowego) lub też dotykowego układu pomiarowego. Przez jednostkę efektora 22*, uprzednio wymienione etapy procesu można przeprowadzać tylko jednym robotem 2. [0030] Ponadto, może być przewidziany efektor z narzędziem do obróbki, przykładowo kroikiem krążkowym, aby dokonywać obróbki korpusu podstawowego 5 przygotowane na podstawie określonych danych geometrii i położenia. Taka obróbka może przykładowo polegać na wprowadzeniu (kolistego) wybrania w zbiorniku paliwa, wykonanym jako rozdmuchiwana wydrążona bryła, przed zgrzaniem króćca wlewowego. Jest również możliwe, aby przewidywać przyrząd do obróbki również w kombinowanej jednostce efektora według figury 2.

6 5 Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób kompensowanego położeniowo i kątowo zgrzewania elementu konstrukcyjnego (6) z łączoną powierzchnią (61) na korpusie podstawowym (5) z przynajmniej jedną łączoną powierzchnią (51), zwłaszcza na wydrążonym korpusie rozdmuchiwanym, obejmujący następujące etapy robocze: - trójwymiarowe określenie danych geometrii i położenia zgrzewanej łączonej powierzchni (51) korpusu podstawowego (5), - ustawienie przynajmniej jednego elementu grzejnego (221) na podstawie określonych danych geometrii i położenia, tak że między elementem grzejnym (221) i łączoną powierzchnię (51) korpusu podstawowego (5) osiąga się jednakowy odstęp na całej łączonej powierzchni (51), - plastyfikacja łączonych powierzchni (51, 61) korpusu podstawowego (5) i elementu konstrukcyjnego (6), - współprowadzenie plastyfikowanych łączonych powierzchni (51, 61) elementu konstrukcyjnego (6) i korpusu podstawowego (5). 2. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że określenie danych geometrii i położenia odbywa się przez bezdotykowe odczytywanie (skanowanie). 3. Sposób według jednego z poprzednich zastrzeżeń, znamienny tym, że mierzy się dane geometrii i położenia całego korpusu podstawowego (5) i jego łączonych powierzchni (51). 4. Sposób według jednego z poprzednich zastrzeżeń, znamienny tym, że dodatkowo odbywa się trójwymiarowe określenie danych geometrii i położenia łączonej powierzchni (61) elementu konstrukcyjnego (6). 5. Sposób według zastrzeżenia 4, znamienny tym, że ustawienie elementu konstrukcyjnego (6) względem przynajmniej jednego elementu grzejnego odbywa się na podstawie określonych danych geometrii i położenia, w taki sposób, że między elementem grzejnym i łączoną powierzchnią (61) elementu konstrukcyjnego (6) osiąga się jednakowy odstęp na łączonej powierzchni (61). 6. Sposób według jednego z poprzednich zastrzeżeń, znamienny tym, że na podstawie określonych danych geometrii i położenia dokonuje się dodatkowe etapy obróbki na korpusie podstawowym (5). 7. Urządzenie do przeprowadzania sposobu według jednego z zastrzeżeń 1 do 6, obejmujące przynajmniej jeden element grzejny (221) oraz środki do ustawiania (2) przynajmniej jednego elementu grzejnego (221), środki (3) do ustawiania korpusu podstawowego (5), środki (2) do ustawiania elementu konstrukcyjnego (6), oraz jednostkę sterującą (4), znamienne tym, że są umieszczone środki (23) do określenia danych geometrii i położenia korpusu (5), przy czym środki (2) do ustawiania przynajmniej jednego elementu grzejnego (221), środki (3) do ustawiania korpusu podstawowego (5) i środki (2) do ustawiania elementu konstrukcyjnego (6) sterowane przez jednostkę sterującą (4) tak współpracują ze sobą, że na podstawie danych geometrii i położenia między przynajmniej jednym elementem grzejnym (221) i łączoną powierzchnią (51) korpusu podstawowego (5) jest osiągalny równomierny odstęp na całej łączonej powierzchni (51). 8. Urządzenie według zastrzeżenia 7, znamienne tym, że środki (3) do ustawiania korpusu podstawowego (5) i środki (2) do ustawiania elementu konstrukcyjnego (6) sterowane przez jednostkę sterującą (4) tak współpracują ze sobą, że przy łączeniu w jedną całość korpusu

7 6 podstawowego (5) i elementu konstrukcyjnego (6), na podstawie danych geometrii i położenia, jest osiągalny równomierny nacisk na łączone powierzchnie (51,61). 9. Urządzenie według jednego z zastrzeżeń 7 i 8, znamienne tym, że przynajmniej jeden środek (1) do ustawienia elementu grzejnego (221) stanowi robot wieloosiowy. 10. Urządzenie według jednego z zastrzeżeń 7 do 9, znamienne tym, że środek (121) do określenia danych geometrii i położenia stanowi skaner 3D podparty laserem. 11. Urządzenie według jednego z zastrzeżeń 7 do 10, znamienne tym, że są przewidziane dodatkowo środki do obróbki korpusu podstawowego (5), które są sterowalne przez jednostkę sterującą (4) na podstawie określonych danych geometrii i położenia. 12. Urządzenie według jednego z zastrzeżeń 7 do 11, znamienne tym, że element grzejny (221) i środki (223) do określenia danych geometrii i położenia są kombinowane w jednostce efektora (22*).

8

9