用于焊接装置的预热设备、相应的焊接装置以及预热方法和焊接方法

技术领域

本发明涉及一种用于焊接装置的预热设备、相应的焊接装置、使用该预热设备的预热方法、使用该焊接装置的焊接方法及改装方法。

背景技术

预热设备通常是已知的，特别是与用于将两个部件(特别是塑料部件)彼此焊接的焊接装置相结合。

通常，焊接装置包括框架或外壳、其中布置有下工具和上工具。下工具被固定在升降台上，而上工具被刚性地安装在上工具盘上。借助升降台，下工具可沿上工具的方向移动，以通过摩擦或振动焊接的方式将下工具中的第一部件焊接到上工具中的第二部件上。

这种焊接装置被用于例如汽车工业或医疗技术中。在汽车工业中，焊接装置用于生产灯，但也可用来生产其他由塑料组成或含有塑料的部件或部件组。以类似的方式，焊接装置可用于生产医疗技术中的装置和/或部件组或生产消费品。

包括预热设备的焊接装置的基本操作如下。首先，用户将第一部件放置在下工具上。随后，其将第二部件放置在下工具的第一部件上。然后，带有下工具和布置于其上的部件的升降台沿着竖直轴从初始位置向上工具的方向移动，直到第二部件被接收到上工具中。

现在升降台移回到一位置，预热设备在该位置可从闲置或停放位置被布置到两个部件之间的对准或预热位置。在预热设备被布置在两个部件之间后，这两个部件在待焊接的点被预热。为此，预热设备具有相应的预热结构。在预热之后，预热设备被移回闲置或停放位置。

然后，升降台被移动到焊接位置，并发生第一部件与第二部件的焊接，特别是通过摩擦或振动焊接。焊接结束后，升降台随着下工具和布置于其上的第一部件和第二部件的复合物一起沿竖直轴从焊接位置移回到初始位置。一旦升降台到达初始位置，用户就移除第一部件和第二部件的复合物。

EP 3 009 254 A2中描述了包括预热设备的焊接装置的例子。

如果几个应被彼此焊接的部件具有复杂的叠合(congruent)焊接结构，该叠合焊接结构在部件的两侧取向不同，那么上述焊接装置的缺点就变得很明显，以及因此预热设备的缺点会变得很明显。

例如，假设待焊接的部件具有矩形形状，并通过在矩形的纵向两侧之间延伸并与之平行的第一中心线和在矩形的横向两侧之间延伸并与之平行的第二中心线限定一平面。每个部件在第一侧包括第一焊接结构，在相对的第二侧包括第二焊接结构。两个焊接结构相对于第一中心线都是叠合和不对称的。此外，假设第二侧的焊接结构围绕垂直于该平面的轴旋转180°。因此，当沿此轴观察时，即从上方并通过该部件观察时，第一焊接结构和第二焊接结构具有不同的取向，使得它们不完全重叠在一起。

在第一循环中，工人将一部件放在下工具中，另一部件放在上工具中。在这里，他必须关注焊接结构的取向，使得上工具中面向下工具的部件的焊接结构与下工具中面向上工具的部件的焊接结构相对应。

将部件正确地布置在焊接装置中后，实施焊接方法，包括通过具有相应取向的预热结构的预热设备进行预热。在这里，必须考虑到为了可靠的预热，预热设备的预热结构要与待预热的焊接结构适配。

在第一循环之后，在该循环开始时位于上工具中的部件现在限定为新的(即取向不同的)焊接结构，其侧面朝向上工具。因此，这一侧的焊接结构(其在第一循环中被接收到上部件中)取向不同，即如上所述围绕第三轴旋转180°。结果，预热设备的预热结构与焊接结构不匹配，因此不能确保对该部件进行可靠的预热。这同样适用于布置在上工具中的相应部件的焊接结构，使得两个部件具有匹配的焊接结构。

因此，本发明的一个问题是提供一种预热设备，通过该设备可以克服上述缺点，从而以较低的工作量和简单可靠的方式对多个应彼此焊接以形成已焊接的部件堆的部件进行预热。此外，提供相应的焊接装置、预热方法和焊接方法是一个问题。

发明内容

上述问题通过根据独立权利要求1的预热设备、根据独立权利要求6的焊接装置、根据独立权利要求8的预热方法以及根据独立权利要求10的焊接方法和根据独立权利要求14的改装方法得到了解决。进一步的优选实施例和改进源于以下描述、附图以及所附权利要求。

本发明的预热设备用于焊接装置，所述焊接装置具有安装在上支撑件上的上工具和安装在下支撑件上的下工具。其中上支撑件和下支撑件可在初始位置和焊接位置之间相对彼此移动。预热设备包括预热装置，该预热装置通过沿第一轴延伸的第一中心线和沿垂直于第一轴的第二轴延伸的第二中心线来限定第一平面。预热装置具有带有第一预热结构的第一侧和带有第二预热结构的相对的第二侧，其中第一预热结构相对于第一中心线和/或第二中心线是不对称的，从而相应的轴为不对称轴。第二预热结构与第一预热结构相对应，并且与第一预热结构的取向相同，这样，当沿垂直于第一平面的第三轴观察时，第一预热结构和第二预热结构为一个在另一个之上布置。其中，预热设备进一步包括用于在第一位置和第二位置之间旋转预热装置的第一旋转工具，使得在第一位置的预热结构具有第一取向，而在第二位置的预热结构具有第二取向，其中在第二取向它们围绕不对称轴相对第一取向旋转180°，或者在第二取向它们相对第一取向围绕第三轴旋转在0°＜α<360°的范围之内的角度α，优选地90°≤α≤270°，特别优选地α＝180°。

在下文中，本发明的预热设备将根据其在焊接装置中的使用进行说明。在这方面，特别考虑了预热的过程。除了本发明的预热设备外，示例性的焊接装置还包括安装在下支撑件上的下工具和安装在上支撑件上的上工具。下支撑件和上支撑件可在初始位置和焊接位置之间相对于彼此移动。预热设备可在停放位置和预热位置之间移动，使得预热设备被布置在上支撑件和下支撑件之间的预热位置。此外，当预热设备处于预热位置时，上支撑件和下支撑件各自被布置在与预热装置所限定的第一平面平行的平面内。因此，术语“第三轴”是指垂直于相应平面的轴。

根据现在描述的实施例的焊接装置，多个部件被彼此焊接。这些部件中的每一个都包括在第一侧的第一焊接结构和在相对的第二侧的第二焊接结构。第一焊接结构和第二焊接结构被形成为与预热装置的第一预热结构和第二预热结构叠合。叠合意味着在这方面其具有相同的形状和尺寸。因此，第一预热结构和第二预热结构以及第一焊接结构和第二焊接结构在形状和尺寸是相同的。

此外，第一焊接结构和第二焊接结构定向为使得第一焊接结构和第二焊接结构相对于彼此围绕不对称轴旋转180°或围绕第三轴旋转角度α。换句话说，并根据一特别优选的实施例，焊接结构相对于彼此是旋转对称的。具体而言，其中一个焊接结构围绕第一中心线和第二中心线中的至少一个旋转180°产生另一个或相反的焊接结构。

为了更易于理解这一特征，假设部件具有矩形形状。部件的第一中心线平行于部件的横向两侧并在其间延伸。第二中心线平行于部件的纵向两侧并在其间延伸。因此，第一中心线和第二中心线限定了一平面，并将部件分成四个几何相等的部分。中心线的交汇点表示部件的几何中心。在本实施例的进一步过程中，假定部件是以水平或横向形式观察的，这意味着纵向两侧从左到右延伸。

在该部件的第一侧布置有第一焊接结构。该焊接结构例如形成为具有圆角的矩形，其中第一焊接结构在两个相邻的角上各有一个突起。参照中心线将部件分成的四个几何相等的部分，假定当从上面(即沿垂直于平面延伸的第三轴)观察第一侧时，焊接结构的两个突起出现在部件的第一侧的左上和右上部分。因此，在纵向两侧之间延伸并与之平行的第二中心线为不对称轴，而在横向两侧之间延伸并与之平行的第一中心线为对称轴。虽然这是一示例性的实施例，但优选地第一中心线或第二中心线的其余部分为对称轴，特别是在部件具有矩形形状的情况下。

在部件的第二侧布置有第二焊接结构。该焊接结构与第一焊接结构是叠合的。因此，如上所述，其具有相同的尺寸和形状。然而，与第一侧的第一焊接结构相比，第二焊接结构被布置在第二侧的不同取向上。

这种不同的取向是通过与第一焊接结构相比第二焊接结构以旋转方式布置在第二侧而实现的。因此，第一焊接结构和第二焊接结构布置成当从第一侧或第二侧上方并穿过部件观察时它们不完全为一个在另一个之上布置。

术语“一个在另一个之上”表示从一侧照射的假想光穿过部件产生的一个结构的阴影将另一个结构完全覆盖。因此，由于焊接结构不为一个在另一个之上布置，即一个完全在另一个上面，与第一焊接结构相比，第二焊接结构必须具有不同的取向。

这种不同的取向可通过将第二焊接结构相对第一焊接结构绕不对称轴旋转180°，或将第二焊接结构相对第一焊接结构绕第三轴(其垂直于该平面)旋转一定的角度α而实现。

就上述实施例而言，第二侧的第二焊接结构相对第一焊接结构围绕不对称轴旋转180°，会导致两个突起被布置在左下和右下部分。这适用于从第一侧并穿过部件观察部件时。

由于这一原因，如果部件从可看到第一侧的位置围绕不对称轴(即围绕纵向中心线)转到可看到第二侧的位置，第二焊接结构将向观察者展示与第一焊接结构相同的取向。另一方面，如果部件围绕对称轴(即围绕横向中心线)从第一侧转到第二侧，第二焊接结构相对于第一焊接结构将显露出不同的取向。特别地，两个突起将出现在部件下部的第二侧，而它们出现在上部的第一侧。

或者，第二焊接结构可相对第一焊接结构围绕第三轴(其垂直于平面)旋转一定的角度α。相对于上述第一实施例的旋转，如果第二焊接结构围绕第三轴旋转180°，其结果与围绕不对称轴的旋转是相同的。因此，不管其他可能的旋转角度，180°的旋转是特别优选的。然而，特别是在焊接结构相对于两个中心线都不对称的情况下，不等于0°和360°的其他角度值的旋转可能是有用和优选的。

关于待彼此焊接的部件的总体设计、焊接方法以及因此的预热方法，将就几个示例性的焊接循环进行说明。

首先，将第一部件布置在上工具中，将第二部件布置在下工具中，第二部件与第一部件相同或具有匹配或相同的焊接结构。作为可选的方案，下工具中已存在已焊接的部件堆。在这种情况下，已焊接的部件堆面向第一部件的一侧具有第三焊接结构。在每种情况下，第一部件与第二部件或第一部件与已焊接的部件堆都被布置成使它们的焊接结构相互匹配。

为便于理解，并相对于上述示例性部件及其焊接结构，假定第一部件被布置成使得具有第一焊接结构的第一侧面向下工具且具有第二焊接结构的第二侧被布置在上工具中。因此，例如与第一部件相同的第二部件被布置在下工具中，使得具有第一焊接结构的第一侧面向上工具，即第一部件的第一侧位于上工具中。为清楚起见，由第二部件或已焊接的部件堆显露的焊接结构被称为第三焊接结构。这将在随后的第二循环中变得清晰。

正如最初讨论的那样，第一部件通过负压的方式被固定在上工具中。此外，对于示例性的操作，焊接装置的上支撑件为上安装板，而下支撑件为升降台，优选地为由电机驱动的升降台。在使用中，带有下工具的下支撑件沿着第三轴相对于上支撑件移动。

因此，在已将第一部件布置在上工具中之后，升降台沿第三轴移动到中间位置，在该中间位置，预热设备可从停放位置移动到部件之间的预热位置。

为此，预热设备被布置在第一位置，其中布置在第一侧和第二侧的预热结构与焊接结构相匹配。换而言之，在沿第三轴(即垂直于第一平面的轴)观察焊接装置的情况下，焊接结构与预热结构为一个在另一个之上(具体来说完全地)布置。因此，当穿过单个零件和部件从这一角度观察时，只能看到一个结构。在振动焊接装置的情况下，第一平面也可称为振动焊接平面。

由于预热设备的预热结构必须与焊接结构相匹配，因此预热结构也必须与焊接结构以及彼此叠合，如上所述。此外，与一个部件的焊接结构相反，预热装置的预热结构必须以相同的方式定向，即当分别从上方和沿第三轴并穿过预热装置观察时，它们必须一个在另一个之上布置，特别是完全地布置。因此，如上所述，术语“一个在另一个之上”表示从一侧照射的假想光穿过部件产生的一个结构的阴影完全覆盖了另一个结构。由于预热结构为一个完全在另一个之上布置，因此与第一预热结构相比，第二预热结构必须具有相同的取向。

在这方面，特别优选的是预热装置具有矩形形状，并且第一轴平行于矩形的横向两侧延伸，而第二轴平行于矩形的纵向两侧延伸，如上文对示例性的第一部件所讨论的。

在预热设备被布置在两个部件之间后，通过匹配的预热结构对两个部件的焊接结构进行预热。因此，预热结构在预热位置上覆盖了焊接结构。在这方面，第一预热结构和第二预热结构优选为红外(IR)预热结构。

在预热之后，预热设备从预热位置移回到停放位置。此后，升降台沿第二轴移动到焊接位置，在该焊接位置，第一部件与第二部件或已焊接的部件堆邻接并彼此焊接，例如通过振动焊接或红外焊接的方式。焊接之后，下支撑件相对于上支撑件移回到其初始位置。

结果，由第一部件和第二部件组成的已焊接的部件堆现在出现在下工具中。与已知的方法相反，这堆部件被保持在下工具中。因此，已焊接的部件堆面向上工具的一侧对应于在第一循环期间布置在上工具中的前一个第一部件的一侧。具有第二焊接结构的这一侧现在代表了已焊接的部件堆的第三焊接结构。

在接下来的第二循环中，将新的第一部件布置在上工具中。由于已焊接的部件堆决定了焊接结构，因此新的第一部件必须布置在上工具中，使得具有第二焊接结构的第二侧面向下工具或布置在其中的已焊接的部件堆。

现在，重复上述的过程。由于焊接结构的取向已从第一焊接结构转变到第二焊接结构，因此预热装置的前一种设备是不合适的，且不能保证在该循环内对焊接结构进行可靠的预热。

为克服这点，预热设备特别是在停放位置从第一位置旋转到第二位置。在该第二位置预热设备具有第二取向，其中预热结构相对于第一取向围绕不对称轴旋转180°，或者相对于第一取向围绕第三轴旋转在0°<α<360°范围内的角度α，优选地90°≤α≤270°，特别优选α＝180°。在本实施例中，其中焊接结构为具有圆角的矩形，因此预热结构为具有圆角的矩形，并且在两个相邻的角上各有一个突起，围绕不对称轴旋转180°或围绕第三轴旋转180°就能达到预期的效果。然而，后者仅适用于焊接结构的特定设计，因此仅适用于预热结构的特定设计，这将在后面就具体实施例进行说明。

在这样旋转之后，预热结构在预热设备的预热位置与显露的焊接结构(即此处的第二焊接结构和相应的第三焊接结构)相匹配。因此，可通过预热设备对相应的焊接结构进行可靠的预热来实施第二循环。

在已经实施完预热与焊接后，如上所述，可重复该循环。该第三循环通常与第一循环相对应。因此，预热设备必须旋转回第一位置。

一般来说，该循环会重复进行，因此将新的第一部件焊接到已焊接的部件堆中的过程会重复进行，直到出现具有所需层数或厚度的已焊接的部件堆。

预热的一般积极效果为，在部件摩擦或振动焊接的情况下，固体对固体的摩擦在焊接过程开始时被跳过。因此，至少部分地防止了微粒的形成，且能获得干净的接头。此外，同样对于振动焊接而言，摩擦力减少，可使用较低的振幅在待焊接的部件之间形成焊缝。如果待焊接的部件在结构上不太稳定且容易弯曲(这通常会导致振幅损失和不良的焊接连接)，那么这些减少的力是有利的。因此，即使在部件容易弯曲的情况下，也能通过本发明的预热设备建立可靠的焊接连接。

此外，特别是由于设计预热设备使其可以旋转，从而使预热结构与每个循环中待预热的焊接结构相匹配，该方法简单，且装置的结构节省空间。既不需要另外的预热设备来提供与待预热的焊接结构的相适应的预热结构，也不需要将已焊接的部件堆移除并在下工具中以不同的取向重新布置。这降低了装置和控制方法的复杂性以及所需的安装空间，同时也保持了高焊接质量。

为完整起见，需指出的是，预热装置也可限定垂直于第一平面的第二平面。例如，就上述矩形而言，焊接装置可具有长方体的形状，其中在相对的面布置有叠合的预热结构。因此，能进一步扩大相应的预热装置的应用领域。假设预热结构相对于旋转轴出现在与其平行的表面上，则必须实施180°的旋转以在第一位置和第二位置之间转换，即使用第一预热结构和第二预热结构，而使用其他的预热结构，即第三预热结构和第四预热结构，必须实施90°的旋转。在预热结构转换后，类似地实施上述步骤。

在预热设备的一优选实施例中，第一旋转工具用于使预热装置绕第一平面内与不对称轴平行的轴、绕不对称轴或绕第三轴旋转。如上所述，围绕第三轴的旋转仅对待焊接的预热结构和部件的特定设计有效。因此，特别有利的是这样的实施例，其中第一旋转工具用于围绕不对称轴或围绕布置在第一平面内且与不对称轴平行的轴旋转预热装置。这是因为围绕该轴旋转180°后，无论其为不对称轴本身还是与其平行且在第一平面内的轴，都会导致相同的结果。

本发明的用于将第一部件焊接到第二部件或已焊接的部件堆的焊接装置，包括安装在上支撑件上用于接收第一部件的上工具和安装在下支撑件上用于接收第二部件或已焊接的部件堆的下工具以及本发明的预热设备，其中，预热设备可在停放位置和预热位置之间移动，使得预热设备被布置在上支撑件和下支撑件之间的预热位置，其中在预热位置上支撑件和下支撑件各自被布置在与第一平面平行的平面内，且上支撑件和下支撑件可在初始位置和焊接位置之间相对彼此移动。在解释本发明的预热设备的功能时已对本发明的焊接装置进行了上述讨论。因此，为避免不必要的重复，请参考上面的讨论。这同样适用于由此产生的技术效果和优势。

在焊接装置的一优选实施例中，焊接装置为振动焊接装置或红外焊接装置。通过这一实施例，本发明的预热装置既可与振动焊接装置一起使用，也可与红外焊接装置结合使用。因此，本发明的预热设备的应用领域得到了扩展，并适用于待焊接的部件。

通过本发明的预热设备来预热第一部件和第二部件或已焊接的部件堆的本发明的预热方法，其中第一部件在第一侧包括第一焊接结构，在相对的第二侧包括第二焊接结构，第一焊接结构和第二焊接结构被形成为与预热装置的第一预热结构和第二预热结构叠合，且定向为使第一焊接结构和第二焊接结构相对于彼此围绕不对称轴旋转180°或围绕第三轴旋转角度α，而第二部件或已焊接的部件堆在面向第一部件的一侧包括第三焊接结构，其定向为当沿第三轴观察时，第三焊接结构被布置在面向第二部件或面向已焊接的部件堆的第一部件的焊接结构之上，其中预热方法包括以下步骤：将预热设备从停放位置移动到焊接装置的上工具和下工具之间的预热位置，其中预热设备的预热装置被布置在具有第一取向的第一位置，当沿第三轴观察时其中预热结构在预热位置覆盖焊接结构；并将焊接装置的上支撑件及下支撑件分别布置在与第一平面平行的平面内的预热位置；预热第一部件和第二部件或已焊接的部件堆；以及将预热设备从预热位置移到停放位置。该预热方法已结合本发明的预热设备进行了描述。因此，为避免重复，请参考关于程序过程、技术效果以及优点的相关说明。

在预热方法的一优选实施例中，其包括在预热步骤之后的进一步步骤：通过至少一个旋转工具将预热设备优选地在停放位置从第一位置旋转到第二位置。这使得在中间步骤中也可以将与第一部件类似但具有不相对于彼此旋转的焊接结构的部件集成到部件堆中。在应提供的部件堆中不是每个部件都为第一部件，而只是例如每个其他部件为第一部件的情况下，这进一步扩展了预热设备以及预热方法的应用领域。当然，也可使用任何其他模式。关于预热设备的旋转，也可发生在从停放位置到预热位置的移动过程中、在从预热位置到停放位置的移动过程中或在停放位置的任何时候，例如在待焊接到焊接装置的新的第一部件的装载期间。

通过本发明的焊接装置将第一部件焊接到第二部件或已焊接的部件堆的本发明的焊接方法，其中第一部件在第一侧包括第一焊接结构，在相对的第二侧包括第二焊接结构，第一焊接结构和第二焊接结构被形成为与预热装置的第一预热结构和第二预热结构叠合，且定向为使第一焊接结构和第二焊接结构相对彼此围绕不对称轴旋转180°或围绕第三轴旋转角度α，而第二部件或已焊接的部件堆在面向第一部件的一侧包括第三焊接结构，其定向为当沿第三轴观察时第三焊接结构被布置在面向第二部件或面向已焊接的部件堆的第一部件的焊接结构之上，其中，焊接方法包括以下步骤：将具有第一侧的第一部件布置在上工具中；将具有布置于其上的第二部件或已焊接的部件堆的下工具的下支撑件相对上支撑件移动到中间位置；实施本发明的预热方法，其中预热装置被布置在第一位置；将带有第二部件或带有已焊接的部件堆的下支撑件沿第三轴相对于上支撑件移动到焊接位置；将第一部件焊接到第二部件或已焊接的部件堆上，从而产生增加的已焊接的部件堆；此后将下支撑件移回初始位置。与预热方法一样，焊接方法已在上文结合本发明的预热设备进行了描述。因此，关于程序过程、技术效果以及优点请参考这些描述。

在焊接方法的一优选实施例中，将第一部件布置在上工具中的步骤包括以下步骤：将第一部件布置在下工具中，优选在第二部件或已焊接的部件堆上；以及将带有第一部件的下支撑件沿第三轴相对于上支撑件从初始位置移动到转移位置。通过这些方法步骤，用户将第一部件放置于下工具上，然后移动该下工具以将第一部件转移到上工具上。这省去了将第一部件布置在上工具中的手动步骤。

在焊接方法的另一优选实施例中，其包括在将下支撑件移回初始位置的步骤之后进一步的步骤：将另外的第一部件布置在上工具中，使得面向下工具一侧的焊接结构与下工具中的已焊接的部件堆所显露的第三焊接结构相匹配；并重复将下支撑件移至中间位置的步骤；实施本发明的预热方法；将下支撑件移至焊接位置；将部件彼此焊接以及将下支撑件移至初始位置，其中预热装置已被旋转并被布置在第二位置。通过该方法步骤，可确保在新的第一部件应被焊接到已焊接的部件堆的情况下，预热设备被布置成使预热结构与待彼此焊接的部件的焊接结构的取向相匹配。

优选地，焊接方法包括在将下支撑件移回至初始位置的步骤之后的进一步的步骤：将第三部件布置在上工具中，其中第三部件在第一侧包括第四焊接结构，在相对的第二侧包括第五焊接结构，其中第四焊接结构和第五焊接结构与第三焊接结构相对应，且定向为当沿垂直于第一平面的第三轴观察时，第四预热结构和第五预热结构为一个在另一个之上布置，其中第三部件被布置在上工具中，使得面向下工具一侧的焊接结构与下工具中的已焊接的部件堆所显露的第三焊接结构相匹配；并重复以下步骤：将下支撑件移动到中间位置、执行本发明的预热方法、将下支撑件移动到焊接位置、将部件彼此焊接以及将下支撑件移动到初始位置，其中预热装置被保持在第一位置或第二位置。这一单独的步骤使得第三部件可被焊接到已焊接的部件堆中。第三部件对应于第一部件，因为它具有相同的焊接结构。然而，它与第一部件的不同之处在于相应的焊接结构并不相对于彼此旋转。换而言之，它们就像预热装置的预热结构的设计一样为一个在另一个之上地布置。因此，结合之前的优选方法步骤，预热装置不是每次都在停放位置上旋转，而是只在需要时才旋转。这使得焊接方法更加灵活，并允许生产包括至少两种不同类型的部件的堆。第一种类型为上述的第一部件，第二种类型为第三部件。

在这方面，相对于上述每个优选的进一步的方法步骤，另外的第一部件或第三部件的布置可包括以下步骤：将第一部件或第三部件布置在下工具中，优选在第二部件或已焊接的部件堆上；以及将带有第一部件或第三部件的下支撑件沿第三轴相对于上支撑件从初始位置移动到转移位置。

本发明的用于焊接装置的改装方法，包括以下步骤：提供本发明的预热设备，将预热设备接合至焊接装置，以及在焊接装置的控制方法中实施预热设备。通过该方法，可为现有的焊接装置(例如振动焊接装置或红外焊接装置)配备本发明的预热设备，从而实现以上讨论的技术效果和优势。

附图说明

在下文中，将根据附图对本发明进行详细描述。在附图中，相同的参考符号表示相同的元件和/或部件。示出为：

图1示出了本发明的焊接装置的一实施例，其具有布置在第一位置的本发明的预热设备的实施例；

图2示出了本发明的焊接装置的一实施例，其具有布置在第二位置的本发明的预热设备的实施例；

图3示出了第一部件的第一侧，用于说明焊接结构；

图4示出了图3的第一部件的第一侧，其中第一中心线和第二中心线被标识出；

图5示出了图4的第一部件的右侧的放大图；

图6示出了图3的第一部件，其中在相反的第二侧另外示出了第二焊接结构；

图7示出了图6的第一部件，其中第一中心线和第二中心线被标识出；

图8示出了图7的第一部件的右侧的放大图；

图9示出了本发明的预热方法的一实施例的流程图；

图10示出了本发明的焊接方法的一实施例的流程图；以及

图11示出了本发明的改装方法的一实施例的流程图。

具体实施方式

下文中具体描述了本发明的预热设备的实施例用于焊接装置中的功能。一般而言，该焊接装置以及预热设备可用于汽车工业或医疗技术。特别地，它可用于任何应用中，其中多个部件应通过例如振动或红外焊接以可靠的方式彼此焊接。

首先，参考图1和图2说明了本发明的振动焊接装置，其包括本发明的预热设备的一实施例。该焊接装置以已知的方式包括安装在上支撑件1上的用于接收第一部件20的上工具。此外，该焊接装置还包括安装在下支撑件3上的用于接收第二部件或已焊接的部件堆的下工具。上支撑件1和下支撑件3可在初始位置和焊接位置之间相对彼此移动。在初始位置，待焊接的部件可被装载到焊接装置。在焊接位置，焊接装置中的部件处于邻接状态，使得它们可彼此焊接。根据第一替代方案，焊接装置为振动焊接装置，使得通过振动焊接的方式将部件在焊接位置上彼此焊接。在第二替代方案中，焊接装置为红外焊接装置，使得通过红外焊接的方式将部件在焊接位置上彼此焊接。

在操作过程中，第一部件20通过负压的方式被固定在上工具中。此外，对于示例性的操作，焊接装置的上支撑件1为上安装板，下支撑件3为升降台，优选为由电动机驱动的升降台。

此外，焊接装置包括预热设备。预热设备可在停放位置和预热位置之间移动。在预热位置，预热设备被布置在上支撑件1和下支撑件3之间。因此，参考图1和图2，预热设备被布置在预热位置。

现在将进一步说明预热设备的具体设计。在所示的实施例中，预热设备包括具有矩形形状的预热装置10。该矩形形状通过沿第一轴X延伸的第一中心线和沿垂直于第一轴X的第二轴Y延伸的第二中心线限定了第一平面。

在所示的实施例中，第一轴X和第一中心线平行于矩形的横向两侧并在其间延伸，而第二轴Y和第二中心线则平行于矩形的纵向两侧并在其间延伸。因此，第一中心线和第二中心线限定了第一平面，并将预热装置10分成四个几何相等的部分。中心线的交汇点表示预热装置的几何中心，其中所示的坐标系具有原点。

可直接看到的是，在预热位置上支撑件1和下支撑件3分别布置在与第一平面平行的平面内。

预热装置10具有带有第一预热结构14的第一侧12。这在图1中示出。第一预热结构14相对于第一中心线(即第一轴X)以及相对于第二中心线(即第二轴Y)是不对称的，因此，第一轴X和第二轴Y各自为不对称轴。换而言之，其中一条中心线或轴的一侧的图像相对于相应的中心线或轴的另一侧不是镜像对称的。虽然这是一示例性的实施例，但特别优选的是，第一中心线或第二中心线的其余部分为对称轴，特别是在部件具有矩形形状的情况下。

在图2中示出了预热装置10的相对的第二侧16。第二侧16具有第二预热结构18。该第二预热结构18与第一预热结构14相对应。特别地，它被形成为与第一预热结构14叠合地。叠合在这方面意味着它具有相同的形状和尺寸。因此，第一预热结构14和第二预热结构18在形状和尺寸方面是相同的。

此外，第二预热结构18与第一预热结构14的取向相同，这样，当沿垂直于第一平面的第三轴Z观察时，第一预热结构14和第二预热结构18为一个在另一个之上布置。术语“一个在另一个之上”表示从一侧照射的假想光穿过预热装置10产生的一个结构的阴影完全覆盖了另一个结构。因此，且由于预热结构14、18为一个在另一个之上布置，即一个完全在另一个之上，第二预热结构18必须具有与第一预热结构14相同的取向。这也是基于这样的事实，即后续在使用焊接装置时两个应彼此焊接的部件具有匹配的焊接结构，这将在下文中说明。

此外，同样关于预热设备，在比较图1和图2时必须注意到预热装置10的位置已从图1的第一位置转变为图2的第二位置。例如，这可通过预热装置5的纵向侧的两个凹槽看出。为实施这种位置的转变，预热设备包括用于在第一位置和第二位置之间旋转预热装置10的第一旋转工具。

基于所需的后续操作，第一位置与第二位置彼此不同在于：预热结构14、18在第一位置有第一取向，在第二位置有第二取向，其中与第一取向相比，它们在第一替代方案中围绕不对称轴旋转了180°。该替代方案在图1和图2中示出，因为焊接装置10已围绕第二中心线(即作为不对称轴的Y轴)旋转了。

根据替代方案，特别是在预热结构相对于第一中心线和第二中心线之一为镜像对称的情况下，还优选将预热结构14、18绕第三轴Z相对于第一取向旋转0°<α<360°范围的角度α，优选90°≤α≤270°，特别优选地α＝180°。在这种情况下，如果预热装置10绕第三轴Z旋转180°，其结果将与绕不对称轴的旋转相同。

基于以上描述，第一旋转工具用于围绕第一平面内与不对称轴平行的轴(即这里的第二轴Y)或围绕不对称轴旋转预热装置10以实现所示的实施例。为实现其他替代方案，第一旋转工具可用于围绕第三轴Z旋转预热装置10。然而，围绕第三轴Z的旋转仅对待焊接的预热结构14、18和部件20的特定设计有用。

除了第一旋转工具外，预热设备还可配备另外的旋转工具，例如用于围绕第三轴Z旋转的第二旋转工具。或者，预热设备可在每个轴上配备一个旋转工具，这将产生三个旋转工具。因此，该预热设备适用于各种预热装置和预热结构。

为完整起见，需要指出的是，当预热设备处于预热位置时，上支撑件1和下支撑件3分别布置在与预热装置5所限定的第一平面平行的平面内。因此，术语“第三轴”Z指的是垂直于相应平面的轴。

多个部件通过焊接装置被彼此焊接。参考图3至图8描述了示例性的第一部件20。

第一部件20像预热装置5一样具有长方形的形状。因此，部件的第一中心线，即XC轴(见图3)，平行于部件的横向两侧并在其间延伸，第二中心线，即YC轴(见图3)，平行于第一部件20的纵向两侧并在其间延伸。因此，第一中心线和第二中心线限定了一平面，并将部件分成四个几何上相等的部分。中心线的交汇点表示部件的几何中心，其中示出了坐标系的原点。第三条轴ZC垂直于该平面延伸。

在第一部件20的第一侧22布置有第一焊接结构24。第一焊接结构24被形成为与预热装置10的第一预热结构14和第二预热结构18叠合。如上所述，叠合在这方面意味着它具有相同的形状和尺寸。因此，第一预热结构14和第二预热结构18以及第一焊接结构24在形状和尺寸方面是相同的。因此，第一中心线(即第一轴XC)与第二中心线(即第二轴YC)为不对称轴。换而言之，其中一条中心线或轴的一侧的图像相对于相应的中心线或轴的另一侧不是镜像对称的。

在第一部件20的第二侧布置有第二焊接结构28。该第二焊接结构28可在图6至图8中看到。这些图示出了穿过该部件的视图，使得能同时看到第一焊接结构24以及第二焊接结构28，尽管它们被布置在相对的侧面上。

第二焊接结构28与第一焊接结构24是叠合的，因此也与第一预热结构14和第二预热结构18叠合。因此，这些结构14、18、24、28具有相同的尺寸和形状。

然而，从图6至图8可看出，与第一侧22的第一焊接结构24相比，第二焊接结构28在第二侧的布置取向不同。这种不同取向的实现在于，第一焊接结构24相对第二焊接结构28以旋转的方式布置在第二侧。在所示的实施例中，第二侧的第二焊接结构28围绕第二轴YC旋转180°产生第一焊接结构24。因此，第一焊接结构24和第二焊接结构28相对于彼此是旋转对称的。

转回至图6至图8及其中所示的视图，当从第一侧22上方并穿过第一部件20观察时，第一焊接结构24和第二焊接结构28不是完全相互重叠的，即它们不是一个完全在另一个之上布置。这同样适用于从第二侧观察第一部件20的情况。

用于实现这种不同取向的旋转通过将第二焊接结构28相对于第一焊接结构24围绕作为不对称轴的第二轴YC旋转180°来实施。

由此，在第一部件10从可观察到第一侧22的位置围绕作为不对称轴的第二轴YC转到可观察到第二侧的位置的情况下，第二焊接结构28将向观察者显露出与第一焊接结构24相同的取向。另一方面，如果第一部件20围绕作为不对称轴的第一轴XC从第一侧22转到第二侧，与第一焊接结构24相比，第二焊接结构28将显露出不同的取向。

根据另一替代方案，特别是在焊接结构相对于第一轴XC和第二轴YC的其中之一为镜相对称的情况下，与第一焊接结构24相比第二焊接结构28可围绕第三轴ZC(垂直于平面)旋转一定角度α。例如，围绕第三轴ZC的旋转可为180°。因此，不管其他可能的旋转角度如何，180°的旋转是特别优选的。然而，特别是在焊接结构24、28相对于两条中心线不对称的情况下，以不等于0°和360°的其他角度值旋转可能是有用的。

关于第一部件20的总体设计，以及因此待彼此焊接的部件的总体设计，将就几个示例性的焊接循环对焊接方法和预热方法进行说明。

首先，第一部件20被布置在上工具中，第二部件被布置在下工具中，第二部件要么与第一部件20相同，要么至少在一侧具有与第一部件20的第一焊接结构24或第二焊接结构28之一相叠合和匹配的第三焊接结构。作为一替代方案，在下工具中已经存在已焊接的部件堆。在每种情况下，第一部件20和第二部件或第一部件20和已焊接的部件堆被布置成使得它们的焊接结构相互匹配。

为便于理解，假定第一部件20被布置在上工具中，使得具有第一焊接结构24的第一侧22面向下工具，而具有第二焊接结构28的第二侧被布置在上工具中。因此，在本实施例中与第一部件20相同的第二部件被布置在下工具中，使得具有第一焊接结构24的第一侧22面向上工具，即第一部件20的第一侧22位于上工具中。随后，由存在于下工具中的第二部件或已焊接的部件堆所显露的焊接结构被称为第三焊接结构。

在已将第一部件20布置在上工具中后，升降台沿第三轴Z移动到中间位置，在该位置，预热设备可从停放位置移动到部件20之间的预热位置。

为此，预热设备被布置在如图1所示的第一位置，其中布置在第一侧12和第二侧16的预热结构与上工具和下工具中的第一部件20的焊接结构24相匹配。换而言之，在焊接装置沿第三轴Z观察的情况下，焊接结构24与预热结构14、18为一个在另一个之上(具体来说是完全地)地布置。因此，当穿过单个零件和部件观察时，从这一角度只能看到一个结构。在振动焊接装置的情况下，第一平面也可被称为振动焊接平面。

由于预热设备的预热结构14、18必须与焊接结构24相匹配，因此预热装置10的预热结构14、18必须如上述的以相同的方式取向。因此，当分别从上方和沿第三轴Z并穿过预热装置10观察时，它们必须为一个在另一个之上地布置，特别是完全地布置。

在已将预热设备布置在两个部件20之间后，通过匹配的预热结构14、18预热两个部件20的焊接结构24。因此，预热结构14、18在预热位置覆盖了焊接结构24。在这方面，第一预热结构14和第二预热结构18优选为红外预热结构。

在预热之后，预热设备从预热位置移回到停放位置。此后，升降台(即下支撑件5)沿第三轴Z移动到焊接位置，在该位置第一部件与第二部件20或已焊接的部件堆邻接并彼此焊接，例如通过振动焊接或红外焊接。焊接之后，下支撑件3相对于上支撑件1移动到其初始位置。

因此，由第一部件和第二部件20组成的已焊接的部件堆或增加的已焊接的部件堆20现在出现在下工具中。

与已知的方法相反，部件堆保持在下工具中。因此，已焊接的部件堆面向上工具或上支撑件1的一侧对应于第一循环中布置在上工具中的前一个第一部件20的一侧。具有第二焊接结构28的这一侧现在代表已焊接的部件堆的第三焊接结构。

在接下来的第二循环中，另一个第一部件20被布置在上工具中。由于已焊接的部件堆决定了焊接结构，且特别是决定了其取向，新的第一部件20必须布置在上工具中，使得具有第二焊接结构28的第二侧面向下工具，即布置在其中的已焊接的部件堆。

现在，重复上述的过程。然而，由于焊接结构的取向已从第一焊接结构24转变为第二焊接结构28，因此预热装置10的先前位置不合适，且不能保证在这一循环内对焊接结构28进行可靠的预热。

为克服这一点，如图2所示和上述说明的，预热设备特别是在停放位置从第一位置旋转到第二位置。在这样的旋转之后，预热结构14、18在预热设备的预热位置再次与显露的焊接结构(即这里的第二焊接结构28和相应的第三焊接结构)相匹配。因此，可通过预热设备可靠地预热相应的焊接结构28来实施第二循环。

如上所述，在已实施完预热和焊接后可重复该循环。该第三循环通常与第一循环相对应。因此，预热设备必须转回第一位置。

一般而言，该循环以及将另外的第一部件20焊接到已焊接的部件堆会重复进行，直到出现具有所需层数或厚度的已焊接的部件堆。

预热的总体积极效果为，在部件摩擦或振动焊接的情况下，固体对固体的摩擦在焊接过程开始时被跳过。因此，至少部分地防止了微粒的形成，并且可得到干净的接头。此外，同样就振动焊接而言，摩擦力减少，可使用较低的振幅在待焊接的部件之间形成焊缝。如果待焊接的部件在结构上不太稳定且容易弯曲(这通常会导致振幅损失和不良的焊接连接)，那么这些减少的力是有利的。因此，即使在部件容易弯曲的情况下，也能通过本发明的预热设备建立可靠的焊接连接。

此外，特别是由于设计了预热设备(特别是预热装置10)使其可旋转，从而使预热结构14、18与每个循环中待预热的焊接结构24、28相匹配，该方法简单，且装置的结构节省空间。既不需要另外的预热设备来提供与待预热的焊接结构相适应的预热结构，也不需要将已焊接的部件堆移除并在下工具中以不同的取向重新布置。这降低了装置和控制方法的复杂性和所需的安装空间，同时保持了高焊接质量。

为进一步阐述，参考图9对通过本发明的预热设备来预热第一部件20和第二部件或已焊接的部件堆的本发明的预热方法的一实施例进行了说明。

如上所述，第一部件20包括在第一侧22的第一焊接结构24和在相对的第二侧的第二焊接结构28。第一焊接结构24和第二焊接结构28被形成为与预热装置10的第一预热结构14和第二预热结构18叠合，且定向为使第一焊接结构24和第二焊接结构28相对于彼此围绕不对称轴旋转180°或围绕第三轴旋转角度α。第二部件或已焊接的部件堆包括在面向第一部件20的一侧的第三焊接结构，其定向为使得当沿第三轴Z观察时，第三焊接结构被布置在面向第二部件或面向已焊接的部件堆的第一部件20的焊接结构24、28之上。

在第一步骤A中，预热设备从停放位置移动到焊接装置的上工具和下工具之间的预热位置。预热设备的预热装置被布置在具有第一取向的第一位置上，在该取向上，当沿第三轴Z观察时，预热结构14、18在预热位置覆盖焊接结构24或28。焊接装置的上支撑件1以及下支撑件3在预热位置各自被布置在与第一平面平行的平面内。

接下来，在步骤B中预热第一部件20和第二部件或已焊接的部件堆。

在步骤C中，预热设备从预热位置移到停放位置。

特别在停放位置，实施通过至少一个第一旋转工具将预热设备从第一位置旋转到第二位置的进一步的步骤D。根据一替代方案，这一旋转发生在已将预热设备从预热位置移动到停放位置期间或之后。在这方面，旋转可在停放位置的任何时候实施，例如在将新的待焊接的第一部件装载到焊接装置时。根据另一替代方案，该步骤在预热设备从停放位置移动到预热位置期间或之前实施。

一般来说，这一额外的步骤使得在中间步骤也有可能将第三部件(其与第一部件类似，但具有不相对于彼此旋转的焊接结构)集成到部件堆中。在这方面，请参考下面包括焊接第三部件的本发明焊接方法的实施例的描述。在应提供的部件堆中不是每个部件都是第一部件20，而只是例如每个其他部件是第一部件的情况下，这进一步扩展了预热设备以及预热方法的应用领域。当然，也可以使用任何其他的模式。

现参考图10说明通过本发明的焊接装置将第一部件20焊接到第二部件或已焊接的部件堆上的本发明的焊接方法的一实施例。

同样，第一部件20包括在第一侧22的第一焊接结构24和在相对的第二侧的第二焊接结构28。第一焊接结构24和第二焊接结构28被形成为与预热装置10的第一预热结构14和第二预热结构18叠合。此外，第一焊接结构24和第二焊接结构28定向为使得第一焊接结构24和第二焊接结构28相对彼此围绕不对称轴旋转180°或围绕第三轴Z旋转角度α。第二部件或已焊接的部件堆在面向第一部件20的一侧包括第三焊接结构，其定向为使得当沿Z轴观察时，第三焊接结构布置在面向第二部件或面向已焊接的部件堆的焊接结构24、28之上。

在第一步骤i中，将第一部件20布置在上工具中，使其第一侧位于上工具中。在所述的实施例中，该步骤i包括将第一部件20布置在下工具中的进一步的步骤i1，优选地在第二部件或已焊接的部件堆上，以及将带有第一部件20的下支撑件3沿第三轴Z相对于上支撑件1从初始位置移动到转移位置的步骤i2。通过这些方法步骤，用户将第一部件20放置在下工具上，然后移动该下工具以将第一部件20转移到上工具上。这省去了将第一部件布置在上工具中的手动步骤。

在第一步骤i之后，在步骤ii中将具有带有布置于其上的第二部件或已焊接的部件堆的下工具的下支撑件3相对于上支撑件1移动到中间位置。

在该中间位置，在步骤iii中实施上述本发明的预热方法的实施例。为此，预热装置10被布置在第一位置。

此后，在步骤iv中，带有第二部件或带有已焊接的部件堆的下支撑件3沿第三轴Z相对于上支撑件1移动到焊接位置。在步骤v中将第一部件20焊接到第二部件或已焊接的部件堆上，从而产生增加的已焊接的部件堆。在随后的每个循环中，当接近焊接位置时，都要考虑到堆的这种增加。此后，下支撑件3在步骤vi中被移回初始位置。

在第一替代方案中，焊接方法现包括将另外的第一部件20布置在上工具中的步骤vii。这样实施为使得面向下工具一侧的焊接结构与下工具中已焊接的部件堆所显露的第三焊接结构相匹配。随后，重复上述步骤ii至vi：将下支撑件3移到中间位置、实施本发明的预热方法、将下支撑件3移到焊接位置、将部件彼此焊接以及将下支撑件3移到初始位置。然而，必须考虑到预热装置10在该循环的预热之前已被旋转，因此其被布置在第二位置上。通过这一替代方案，可确保在另外的或新的第一部件20被焊接到已焊接的部件堆的情况下，预热设备被布置成使得预热结构14、18与待彼此焊接的部件的焊接结构24、28的取向一致。

在第二替代方案中，焊接方法包括在将下支撑件3移回初始位置的步骤vi之后，将第三部件(未示出)布置在上工具中的步骤viii。该第三部件包括在第一侧的第四焊接结构和在相对的第二侧的第五焊接结构。第四焊接结构和第五焊接结构与第三焊接结构相对应，且定向为使得当沿垂直于第一平面的第三轴观察时，第四预热结构和第五预热结构为一个在另一个之上布置。

同样，与另外的第一部件类似，第三部件被布置在上工具中，使得面向下工具一侧的焊接结构与下工具中的已焊接的部件堆显露的第三焊接结构相匹配。此后，重复步骤ii至vi：将下支撑件3移到中间位置、实施本发明的预热方法、将下支撑件3移到焊接位置、将部件彼此焊接以及将下支撑件3移到初始位置。这里，必须考虑到预热装置保持在第一位置或第二位置。

因此，这一单独的步骤使得第三部件可被焊接到已焊接的部件堆中。第三部件对应于第一部件，因为它具有相同的焊接结构。然而，它与第一部件的不同之处在于相应的焊接结构不相对于彼此旋转。换而言之，它们为一个在另一个之上地布置，类似于预热装置10的预热结构14、18的取向。

因此，结合第一替代方案，预热装置10并非每次都在停放位置上旋转，而是只在需要时才旋转。这使得焊接方法更加灵活，且允许生产包括至少两种不同类型的部件的堆。第一类型为上述的第一部件，第二类型为第三部件。

最后，就图11讨论了用于焊接装置的本发明的改装方法的一实施例。该方法首先包括提供本发明的预热设备的步骤I。随后，在步骤II中将预热设备结合至焊接装置。最后，在步骤III中将预热设备实施到焊接装置的控制方法中。因此，已经存在的焊接装置(例如振动焊接装置或红外焊接装置)通过该方法配备有本发明的预热设备，从而实现上述讨论的技术效果和优点。

附图标记

1 上支撑件

3 下支撑件

10 预热装置

12 预热装置10的第一侧

14 第一侧12的第一预热结构

16 预热装置10的第二侧

18 第二侧16的第二预热结构

20 第一部件

22 第一部件20的第一侧

24 第一侧22的第一焊接结构

28 第二侧的第二焊接结构

X 第一轴

Y 第二轴

Z 第三轴