DE102008002959A1

DE102008002959A1 - Method for the sealing welding of elements by means of ultrasound

Info

Publication number: DE102008002959A1
Application number: DE200810002959
Authority: DE
Inventors: Jochen Schappel; Stefan Dr. Trube; Dieter Stroh
Original assignee: Schunk Sonosystems GmbH
Current assignee: Schunk Sonosystems GmbH
Priority date: 2008-07-22
Filing date: 2008-07-22
Publication date: 2010-01-28
Also published as: WO2010010103A3; WO2010010103A2

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum abdichtenden Verschweißen eines ersten Elementes aus einem ersten Material mit einem zweiten Element aus dem ersten oder einem zweiten Material mittels Ultraschall, wobei zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element im zu verbindenden und gegeneinander abzudichtenden Bereich ein Zwischenelement angeordnet wird und anschließend Ultraschallschwingungen über eine Sonotrode übertragen werden. Um sicherzustellen, dass auch in Bereichen, in denen das Zwischenelement und/oder das erste und/oder das zweite Element sich abschnittsweise überlappen, die gewünschte dichtende Schweißverbindung zur Verfügung gestellt werden kann, wird vorgeschlagen, dass als Zwischenelement ein solches verwendet wird, das sowohl zu dem ersten Element als auch zu dem zweiten Element hin offene Durchbrechungen aufweist, die während des Verschweißens zumindest bereichsweise mit Material des Zwischenelementes ausgefüllt werden.The invention relates to a method for sealingly welding a first element made of a first material with a second element made of the first or a second material by means of ultrasound, wherein arranged between the first element and the second element in the region to be connected and sealed against each other an intermediate element and then ultrasonic vibrations are transmitted via a sonotrode. To ensure that even in areas in which the intermediate element and / or the first and / or the second element overlap in sections, the desired sealing weld joint can be provided, it is proposed that as an intermediate element is used, both has openings open to the first element as well as to the second element, which are at least partially filled with material of the intermediate element during welding.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum abdichtenden Verschweißen eines ersten Elementes aus einem ersten Material mit einem zweiten Element aus dem ersten oder einem zweiten Material mittels Ultraschall, wobei zwischen dem ersten und dem zweiten Element in zu verbindendem und gegeneinander abzudichtendem Bereich ein Zwischenelement angeordnet und zum Verschweißen anschließend Ultraschallschwingungen über eine Sonotrode übertragen werden.The The invention relates to a method for sealingly welding a first element of a first material with a second element from the first or a second material by means of ultrasound, being connected between the first and second elements in and against each other sealed area an intermediate element arranged and for welding subsequently Ultrasonic vibrations over transmit a sonotrode become.

Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines Vakuum-Isolierglases. Auch nimmt die Erfindung Bezug auf eine Sonotrode einer Ultraschallschweißvorrichtung mit einem scheibenförmigen umfangsseitig eine Struktur aufweisenden Sonotrodenkopf.Further The invention relates to a method for producing a Vacuum insulating glass. Also the invention refers to a sonotrode of an ultrasonic welding device with a disc-shaped the circumference of a structure having sonotrode head.

Um schwer schweißbare Materialien wie Werkstoffe aus nickelhaltigen Legierungen mit Glas mittels Ultraschall zu verschweißen, ist es bekannt, zwischen den entsprechenden Materialien eine Schweißmittlerschicht anzuordnen, die gute Schweißeigenschaft aufweist. Dabei haben sich Aluminiumfolien dann als geeignet herausgestellt, wenn keine Materialsprünge vorliegen, also überlappende Bereiche nicht vorhanden sind. Soll demgegenüber ein umlaufender Rand z. B. einer Scheibe mit einer eine Abdichtung ermöglichenden Folie verschweißt werden, so ist festzustellen, dass dann, wenn die Zwischenschicht aus Aluminium in den Ecken überlappend angeordnet ist, in den Materialübergangsbereichen Undichtigkeiten auftreten, also dort, wo ein Materialsprung vorliegt.Around hard to weld Materials such as materials from nickel-containing alloys with glass by means Welding ultrasound, It is known between the corresponding materials, a Schweißemittlerschicht to arrange, the good welding property having. Aluminum foils have then proved to be suitable, if no material jumps exist, so overlapping areas are not available. If, in contrast, a peripheral edge z. B. a disc with a seal enabling film to be welded, so it should be noted that if the intermediate layer of aluminum overlapping in the corners is arranged in the material transition areas Leaks occur, ie where a material leap exists.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum abdichtenden Verschweißen zuvor genannter Art so weiterzubilden, dass sichergestellt ist, dass auch in Bereichen, in denen das Zwischenelement und/oder das erste und/oder das zweite Element sich abschnittsweise überlappen, die gewünschte dichtende Schweißverbindung zur Verfügung gestellt werden kann.Of the The present invention is based on the object, a method for sealing welding educate the aforementioned species so that it is ensured that also in areas where the intermediate element and / or the first and / or the second element overlap in sections, the desired sealing weld joint to disposal can be made.

Zur Lösung der Aufgabe sieht die Erfindung im Wesentlichen vor, dass als Zwischenelement ein solches verwendet wird, das sowohl zu dem ersten als auch zu dem zweiten Element hin offene Durchbrechungen aufweist, die während des Verschweißens zumindest bereichsweise mit dem Material des Zwischenelementes ausgefüllt werden.to solution The object of the invention essentially provides that as an intermediate element one that is used, both to the first and to the second element has open openings, which during the welding at least partially filled with the material of the intermediate element.

Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass dann, wenn zwischen dem zu verschweißenden ersten und zweiten Element ein Zwischenelement mit Öffnungen, die z. B. offene Poren oder Durchgangsöffnungen einschließen, angeordnet wird, die sowohl zu dem ersten als auch zu dem zweiten Element hin offen sind, auch in Überlappungsbereichen eine hinreichende Dichtheit gegeben ist, da durch die durch die Öffnungen gebildeten offenen Hohlräume die Möglichkeit geschaffen wird, dass die Zwischenschicht während des Verschweißens in einem Umfang umgeformt wird, dass in Nahtstellen Undichtigkeiten vermieden werden. Gleichzeitig ist eine gute Verbindung mit den angrenzenden Materialien sichergestellt.Surprisingly has been shown to be that when between the first to be welded and second element an intermediate element with openings, the z. Open Pores or through holes lock in, is arranged, both to the first and to the second Element are open, even in overlapping areas a sufficient tightness is given, as by the through the openings formed open cavities the possibility is created, that the intermediate layer during welding in A scope is reshaped that in seams leaks be avoided. At the same time is a good connection with the secured adjacent materials.

Die Öffnungen können dabei derart zu dem ersten und zweiten Element ausgerichtet sein, dass eine Durchgangsöffnung senkrecht zu den von diesen aufgespannten Ebenen zur Verfügung gestellt wird. Es ist ein Durchgang von einer Seite der Zwischenschicht zu der anderen Seite gegeben, so dass das Umformen beim Verschweißen und die abdichtende Verbindung zu dem ersten und zweiten Material über die Zwischenschicht gewährleistet sind. Durchgangsöffnungen schließen jedoch auch Materialien mit einer offenen Porenstruktur ein, wie z. B. Metallschaum. Auch bei einem entsprechenden Material sind Öffnungen vorhanden, die ein Umformen erleichtern.The openings can being aligned with the first and second element in this way, that a passage opening is provided perpendicular to the plane defined by these planes. It is a passage from one side of the interlayer to the other given the other side, so that the forming during welding and the sealing connection to the first and second material over the Intermediate layer ensured are. Through openings shut down however, also materials with an open pore structure such as z. B. metal foam. Even with a corresponding material openings present, which facilitate a forming.

Als erstes und/oder zweites Material wird insbesondere ein solches aus der Gruppe Glasmaterial, Keramikmaterial, Eisen, Stahl, Nickel, Wolfram, Chrom oder Kombinationen oder Legierungen dieser verwendet. Dies schließt jedoch nicht aus, dass z. B. bei Legierungen Elemente wie Kupfer enthalten sind.When first and / or second material is in particular such the group glass material, ceramic material, iron, steel, nickel, Tungsten, chromium or combinations or alloys of these used. This concludes but not from that z. For example, in alloys such as copper are included.

Als Material der Zwischenschicht gelangt ein gut schweißbares Material zum Einsatz, wobei sich insbesondere Aluminium oder Aluminiumverbindungen als geeignet herausgestellt haben. Geeignete Materialien sind insbesondere Buntmetalle. Entsprechende gut schweißbare Materialien sind durch eine Zugfestigkeit < 300 N/mm² gekennzeichnet.The material of the intermediate layer is a good weldable material is used, in particular aluminum or aluminum compounds have been found to be suitable. Suitable materials are in particular non-ferrous metals. Corresponding good weldable materials are characterized by a tensile strength <300 N / mm ² .

Unabhängig hiervon können auch andere gut schweißbare Materialien wie Kupfer oder Silber oder Legierungen enthaltend Aluminium und/oder Kupfer und/oder Silber verwendet werden. Magnesium ist gleichfalls zu nennen.Independent of this can also other good weldable Materials such as copper or silver or alloys containing aluminum and / or copper and / or silver are used. Magnesium is to call likewise.

Als besonderes geeignete Zwischenmaterialien mit den für die gute abdichtende Schweißverbindung erforderlichen Öffnungen bzw. Hohlräume haben sich solche in Form von Streckmetallzwischenlagen, Gittern, Lochblechen oder sonstige Durchbrechungen aufweisenden Blechen oder Folien erwiesen, die bevorzugterweise eine Dicke D zwischen 0,1 mm und 0,3 mm aufweisen. Auch Geflechte und Schaum aus einem gut schweißbaren Material kommen in Frage.When special suitable intermediate materials with those for the good sealing weld joint required openings or cavities have such in the form of expanded metal liners, grids, Perforated metal sheets or other perforations or sheets Foils proved, preferably a thickness D between 0.1 mm and 0.3 mm. Also braids and foam from a good weldable material come into question.

Erfolgt das Verbinden zwischen dem ersten und zweiten Element über das Zwischenelement vorzugsweise mittels Rollnahtschweißens, so ist auch eine Punktschweißverbindung möglich, ohne die erfindungsgemäße Lehre zu verlassen.If the joining between the first and second element via the intermediate element is preferably carried out by means of roll seam welding, so too a spot welding connection possible without departing from the teaching of the invention.

Bevorzugterweise erfolgt ein Verschweißen mittels Rollnahtschweißens, wobei ein scheibenförmiger Sonotrodenkopf einer Sonotrode eingesetzt wird, über die Ultraschallschwingungen übertragen werden, und der Sonotrodenkopf umfangsflächenseitig strukturiert ist, indem in der Umfangsfläche zumindest drei umlaufende erste Erhebungen und quer zu diesen verlaufenden und in die ersten Erhebungen übergehende zweite Erhebungen ausgebildet sind, wobei zweite Erhebungen zwischen einer ersten und einer zweiten ersten Erhebung versetzt zu zweiten Erhebungen zwischen der zweiten ersten Erhebung und einer benachbarten dritten ersten Erhebung verlaufen. Somit ergibt sich ein Ziegelmuster, das sich aus radialen und senkrecht hierzu verlaufenden axialen Stegen zusammensetzt, wobei die in axialer Richtung verlaufenden Stege versetzt zueinander angeordnet sind. Folglich liegt ein Versatz von durch die Stege begrenzten vieleckigen wie rechteckigen, quadratischen, trapezförmigen, rhombenförmigen oder wabenförmigen Aussparungen vor, so dass sich in der Schweißnaht zwischen den ersten und zweiten Materialien und der zwischen diesen verlaufenden Zwischenschicht geschlossene Schweißlinien ergeben, die auch dann, wenn einige zerstört werden sollten, die erforderliche Dichtheit zwischen dem ersten und zweiten Element sicherstellt.preferably, welding takes place by means of Roller seam welding, being a disc-shaped Sonotrode head of a sonotrode is used to transmit ultrasonic vibrations, and the sonotrode head on the circumferential surface side is structured by at least three circumferential in the peripheral surface first surveys and across these and in the first Surveys passing second surveys are formed, with second surveys between a first and a second first survey offset second surveys between the second first survey and an adjacent third first survey. This results in a tile pattern that themselves from radial and perpendicular thereto axial webs composed, wherein the extending in the axial direction webs offset from one another. Consequently, there is an offset of polygonal as well as rectangular, square, trapezoidal, rhomboid or honeycomb Recesses in front, so that in the weld between the first and second materials and the intermediate layer extending therebetween closed welding lines even if some should be destroyed, the required Ensures tightness between the first and second element.

Dabei sollten die ersten und zweiten Erhebungen mit ihren freien Außenrändern in einer gemeinsamen Ebene verlaufen.there should be the first and second surveys with their free margins in a common plane.

Ein Verfahren zur Herstellung eines Vakuum-Isolierglas mit einer ersten Scheibe und einer zu dieser beabstandeten zweiten Scheibe als jeweils erstes Element mit den Verfahrensschritten

– umlaufendes Anordnen von zumindest einem streifenförmigen Zwischenelement auf den umlaufenden Randbereich der Außenseite einer jeweiligen Glasscheibe,
– Auflegen eines über den jeweiligen Randbereich vorstehenden Materialstreifen als das zweite Element auf das zumindest eine Zwischenelement,
– Verschweißen der Metallstreifen mit der Glasscheibe über das zumindest eine Zwischenelement und
– abdichtendes Verbinden der über die Glasscheiben vorstehenden Abschnitte der Metallstreifen untereinander, sowie
– Evakuieren des über die Materialstreifen abgedichteten Zwischenraums zwischen den Glasscheiben,

zeichnet sich dadurch aus, dass als Zwischenelement sich überlappende Abschnitte eines aus einem Metall bestehenden Material verwendet wird, das sowohl zu der Glasscheibe als auch zu den Metallstreifen hin, insbesondere durchgehende Öffnungen aufweist, und dass durch Rollnahtschweißen der Metallstreifen und mit dem ersten Element abdichtend verbunden wird.A method for producing a vacuum insulating glass with a first disc and a second disc spaced therefrom as each first element with the method steps

Circulating arrangement of at least one strip-shaped intermediate element on the peripheral edge region of the outside of a respective glass pane,
Placing a strip of material projecting over the respective edge region as the second element onto the at least one intermediate element,
- Welding the metal strip with the glass over the at least one intermediate element and
- Sealing connecting the glass panes projecting portions of the metal strip with each other, as well
Evacuation of the space between the panes of glass sealed by the strips of material,

characterized in that as an intermediate element overlapping portions of a metal consisting of material is used, which has both to the glass sheet and to the metal strip, in particular through openings, and that by roll seam welding the metal strip and sealingly connected to the first element becomes.

Eine Sonotrode einer Ultraschallschweißvorrichtung mit einem scheibenförmigen, eine umfangsseitige Struktur aufweisenden Sonotrodenkopf zeichnet sich dadurch aus, dass die Struktur durch zumindest drei umlaufende erste Erhebungen und quer zu diesen verlaufende und in die ersten Erhebungen übergehende zweite Erhebungen ausgebildet ist, wobei zweite Erhebung zwischen einer ersten und einer zweiten ersten Erhebung versetzt zu zweiten Erhebungen zwischen der zweiten ersten Erhebung und einer benachbarten dritten ersten Erhebung verlaufen. Dabei liegen die ersten und zweiten Erhebungen mit ihren freien Außenrändern insbesondere in einer gemeinsamen Ebene.A Sonotrode of an ultrasonic welding device with a disk-shaped, draws a circumferential structure having sonotrode head characterized by the fact that the structure by at least three circumferential first surveys and running across these and the first Surveys passing second surveys is formed, wherein second survey between a first and a second first survey offset to second Surveys between the second first survey and an adjacent one third first survey. Here are the first and second Elevations with their free margins in particular in a common plane.

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.Further Details, advantages and features of the invention do not arise only from the claims, the characteristics to be taken from these - alone and / or in combination - but also to be taken from the following description of the drawing preferred embodiments.

Es zeigen:It demonstrate:

1 eine Prinzipdarstellung einer Ultraschall-Rollnahtschweißvorrichtung, 1 a schematic diagram of an ultrasonic seam seaming device,

2 eine Draufsicht auf den Kopf der Sonotrode der Ultraschall-Rollnahtschweißvorrichtung der 1, 2 a top view of the head of the sonotrode of the ultrasonic seam seaming device of 1 .

3 eine Draufsicht auf ein Isolierglas und 3 a plan view of an insulating glass and

4 einen Schnitt des Isolierglases entlang der Linie IV-IV in 3. 4 a section of the insulating glass along the line IV-IV in 3 ,

Um schwer verbindbare Materialien mittels Ultraschall zu verschweißen ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass zwischen den zu verbindenden Materialien eine Schweißmittlerschicht angeordnet wird, die gute Schweißeigenschaften aufweist und offene Hohlräume derart besitzt, dass eine durchgehende Verbindung zwischen den zu verbindenden Materialien besteht. Hierdurch wird die Möglichkeit eröffnet, die Zwischenschicht im gewünschten Umfang umzuformen, wobei gleichzeitig eine gute abdichtende Verbindung mit den angrenzenden Materialien erfolgt. Dabei wird die Dichtheit durch die Hohlräume nicht zerstört, da diese ihrerseits umlaufend von dem Material der Zwischenschicht begrenzt sind, das wiederum mit den an sich schwer verbindbaren Materialien verschweißt wird.Around difficult to connect materials to be welded by means of ultrasound provided according to the invention, that between the materials to be joined a Schweißemittlerschicht is arranged, which has good welding properties and open cavities such that has a continuous connection between the connecting materials. This opens up the possibility that Intermediate layer in the desired To reshape circumference, while maintaining a good sealing connection done with the adjacent materials. This is the tightness through the cavities not destroyed, since these in turn encircling the material of the intermediate layer are limited, in turn, with the difficult to connect materials welded becomes.

Ein bevorzugtes, jedoch nicht schutzeinschränkendes Beispiel ist das Verschweißen von Metallstreifen mit den Außenflächen von Glasscheiben, um ein Vakuum-Isolierglas zur Verfügung zu stellen, also bei dem die Gläser zueinander beabstandet sind und der Zwischenraum evakuiert wird.A preferred but not protective A limiting example is the welding of metal strips to the outer surfaces of glass panes in order to provide a vacuum insulating glass, ie in which the glasses are spaced apart from each other and the gap is evacuated.

Ein entsprechender Anwendungsfall ist rein beispielhaft der 3 zu entnehmen. Man erkennt einen Ausschnitt einer der Glasscheiben 10, über deren Rand ein Metallstreifen 14 vorsteht, der mit einem nicht dargestellten Metallstreifen einer gleichfalls nicht erkennbaren und zu der Scheibe 10 beabstandeten Scheibe dichtend verbunden wird. Bei den Metallstreifen 14 kann es sich um solche mit einer Dicke zwischen 0,1 mm und 0,3 mm handeln. Als Material ist beispielhaft eine Nickel-Basislegierung zu nennen.A corresponding application is purely exemplary of 3 refer to. One recognizes a section of one of the glass panes 10 , over the edge of which is a metal strip 14 protruding, with a metal strip, not shown also a not visible and to the disc 10 spaced disc is sealingly connected. At the metal strips 14 these may be those with a thickness between 0.1 mm and 0.3 mm. The material is exemplified by a nickel-based alloy.

Um den Metallstreifen 14 mit der Glasscheibe 10 zu verschweißen, wird in dem Bereich, in dem das abdichtende Verschweißen erfolgen soll, eine Zwischenschicht 12 angeordnet, die auch als Schweißmittlerschicht zu bezeichnen ist.To the metal strip 14 with the glass pane 10 To weld, in the area in which the sealing welding is to take place, an intermediate layer 12 arranged, which is also referred to as a weld layer.

Die Zwischenschicht 12 besteht im Ausführungsbeispiel aus zwei sich überlappenden Abschnitten 16, 18. Der sich überlappende Bereich ist mit dem Bezugszeichen 20 gekennzeichnet.The intermediate layer 12 consists in the embodiment of two overlapping sections 16 . 18 , The overlapping area is denoted by the reference numeral 20 characterized.

Auch der Metallstreifen 14 besteht aus sich überlappenden Abschnitten 22, 24 mit einem Überlappungsbereich 26. Der Metallstreifen 14 kann aber auch als ein Rahmen ausgebildet sein, der über den Rand der Glasscheibe 10 hinausragt.Also the metal strip 14 consists of overlapping sections 22 . 24 with an overlap area 26 , The metal strip 14 but can also be designed as a frame, which is over the edge of the glass 10 protrudes.

Wie sich aus der Prinzipdarstellung gemäß 3 ergibt, besteht die Zwischenschicht 12, d. h. die streifenförmigen Abschnitte 16, 18 aus einem Streckmetall mit Durchgangsöffnungen 28, 30, die sowohl zur Glasscheibe 10 als auch zu den Abschnitten 22, 24 des Metallstreifens 14 hin offen sind. Zum Verschweißen der Abschnitte 22, 24 mit der Glasscheibe 10 wird sodann eine Ultraschall-Rollnahtschweißvorrichtung benutzt, um die Abschnitte 22, 24 des Metallstreifens 14 mit der Glasscheibe 10 abdichtend zu verschweißen, wobei zwischen diesen die Schweißmittlerschicht 12, also die Abschnitte 16, 18 verlaufen. Der Schweißstreifen ist in der 3 mit dem Bezugszeichen 32, 34 gekennzeichnet.As can be seen from the schematic representation according to 3 results, there is the intermediate layer 12 ie the strip-shaped sections 16 . 18 made of an expanded metal with through holes 28 . 30 that both to the glass pane 10 as well as to the sections 22 . 24 of the metal strip 14 are open. For welding the sections 22 . 24 with the glass pane 10 Then an ultrasonic seam welder is used to cut the sections 22 . 24 of the metal strip 14 with the glass pane 10 sealingly welded, between which the Schweißemittlerschicht 12 So the sections 16 . 18 run. The welding strip is in the 3 with the reference number 32 . 34 characterized.

Ungeachtet der Überlappung sowohl der Abschnitte 16, 18 in dem Bereich 20 als auch der Metallstreifenabschnitte 22, 24 im Bereich 26 ist eine hinreichende Abdichtung zwischen den Metallstreifen 14 und der Glasscheibe 10 gewährleistet. Ursächlich hierfür sind die sowohl zu der Glasscheibe 10 als auch zu den Abschnitten 22, 24 des Metallstreifens 14 offenen Hohlräume 28, 30 der Zwischenschicht 12, die bei Einwirkung des Ultraschalls ein gutes Umformen der Zwischenschicht 12 auch im Überlappungsbereich 20, 26 sicherstellt, wodurch eine einwandfreie abdichtende Verbindung zwischen dem Metallstreifen 14 und der Glasscheibe 10 sichergestellt ist.Despite the overlap of both sections 16 . 18 in that area 20 as well as the metal strip sections 22 . 24 in the area 26 is a sufficient seal between the metal strips 14 and the glass pane 10 guaranteed. The reason for this are both to the glass 10 as well as to the sections 22 . 24 of the metal strip 14 open cavities 28 . 30 the intermediate layer 12 , which under the action of ultrasound, a good reshaping of the intermediate layer 12 also in the overlap area 20 . 26 Ensures, thereby ensuring a perfect sealing connection between the metal strip 14 and the glass pane 10 is ensured.

Wie sich aus der Schnittdarstellung gemäß 4 ergibt, werden die die Hohlräume 28 begrenzenden Bereiche oder Stege 36, 38 sowohl punktuell (Bezugszeichen 40, 42) mit der Glasscheibe 10 als auch punktuell (Bezugszeichen 44, 46) mit dem Metallstreifen 14 bzw. dem Abschnitt 22 verschweißt, so dass zum einen die erforderliche stoffschlüssige Verbindung und mechanische Festigkeit und zum anderen die gewünschte Dichtheit gegeben ist. Dabei fließt das Material der Zwischenschicht 12 in den Bereich der Hohlräume 28, 30, so dass aufgrund des hierdurch bedingten Umformens die erforderliche Schweißverbindung einerseits zu dem Glas 10 und andererseits zu dem Metallstreifen 14 gegeben ist.As can be seen from the sectional view according to 4 The results are the cavities 28 bounding areas or walkways 36 . 38 both selectively (reference numeral 40 . 42 ) with the glass pane 10 as well as selectively (reference numeral 44 . 46 ) with the metal strip 14 or the section 22 welded, so that on the one hand, the required cohesive connection and mechanical strength and on the other hand, the desired tightness is given. The material of the intermediate layer flows 12 in the area of the cavities 28 . 30 , So that due to the resulting deforming the required weld on the one hand to the glass 10 and on the other hand to the metal strip 14 given is.

Eine Vorrichtung, mit der das Rollnahtschweißen durchgeführt wird, ist rein prinzipiell der 1 zu entnehmen.A device with which the seam welding is carried out is purely in principle the 1 refer to.

Die dargestellte Ultraschall-Rollnahtschweißvorrichtung 100 umfasst eine Schwingereinheit 112, ein diese aufnehmendes Gehäuse 114 sowie eine als Grundplatte bezeichnete Halterung 116, die z. B. von einem Aufnahmewinkel 118 ausgeht, der auf einem nicht dargestellten Schlitten befestigt ist, um die gesamte Ultraschall-Rollnahtschweißvorrichtung 100 in die Zeichenebene hinein bzw. aus dieser heraus verschieben zu können.The illustrated ultrasonic roller seam welding device 100 comprises a vibrator unit 112 a female housing 114 and a holder called a base plate 116 that z. B. from a recording angle 118 which is mounted on a carriage, not shown, to the entire ultrasonic seam welder 100 into or out of the drawing plane.

Die Schwingereinheit 112 besteht in bekannter Weise aus Konverter, Booster, Sonotrode 120 und Sonotrodenkopf 122, mittels dessen die Metallstreifen 14 mit der Glasscheibe 10 über die Schweißmittlerschicht 12 verschweißt werden. Hierzu wird die Sonotrode 120 in ihrer Längsrichtung, also entlang ihrer Längsachse 124 in Schwingung versetzt. Gleichzeitig wird die Schwingereinheit 112, die in dem Gehäuse 114 über Radiallager 126, 128 um ihre Längsachse 124 drehbar gelagert ist, in Drehbewegung versetzt. Hierzu geht von dem Gehäuse 114 bzw. mit diesem verbundene Streben ein Servomotor 132 aus, der z. B. über einen Zahnriemen 134 die Schwingereinheit 112 dreht. Der Servomotor 132 weist eine Steckverbindung 136 zur Stromversorgung auf.The vibrator unit 112 consists in a known manner of converter, booster, sonotrode 120 and sonotrode head 122 by means of which metal strips 14 with the glass pane 10 over the weld layer 12 be welded. This is the sonotrode 120 in their longitudinal direction, ie along their longitudinal axis 124 vibrated. At the same time the vibrator unit 112 in the case 114 via radial bearings 126 . 128 around its longitudinal axis 124 is rotatably mounted, offset in rotational movement. This goes from the case 114 or with this associated struts a servomotor 132 from, the z. B. via a toothed belt 134 the vibrator unit 112 rotates. The servomotor 132 has a plug connection 136 to power on.

Das Gehäuse 114 und damit die Schwingereinheit 112 kann gegenüber der Halterung 116 um eine senkrecht zur Schwingerlängsachse 124 und vorzugsweise horizontal verlaufende erste Achse 138 schwenk- bzw. kippbar sein, um den Sonotrodenkopf 120 an den Verlauf der zu verschweißenden Elemente feinfühlig anpassen zu können, um also unabhängig von z. B. Höhen- bzw. Dickenunterschieden der Bauteile über den Sonotrodenkopf 122 stets gleiche Zustellkräfte einleiten zu können. Hierzu ist das Gehäuse 114 und damit die Schwingereinheit 112 gegenüber der Halterung 116 über einen differenzdruck-betätigten Zylinder 139 schwenkbar gelagert, der um eine zweite Achse 140 gelenkig mit der Grundplatte 116 verbunden ist. Die zweite Achse 140 verläuft parallel zu der zuvor genannten ersten Achse 138.The housing 114 and thus the vibrator unit 112 can over the bracket 116 around a perpendicular to the longitudinal axis of the oscillator 124 and preferably horizontally extending first axis 138 be tilted or tilted to the sonotrode head 120 to be able to sensitively adapt to the course of the elements to be welded, so as to be independent of z. B. height or thickness differences of the components on the sonotrode head 122 always to initiate the same delivery staff. This is the case 114 and thus the vibrator unit 112 opposite the bracket 116 via a differential-pressure actuated cylinder 139 pivotally mounted, which is about a second axis 140 articulated with the base plate 116 connected is. The second axis 140 runs parallel to the aforementioned first axis 138 ,

Der über zwei nicht dargestellte Proportionalventile beaufschlagte differenzdruck-betätigte Zylinder 139 ist seinerseits über einen Kolben 142 gelenkig um eine dritte Achse 144 schwenkbar, die parallel zu der ersten und zweiten Achse 138, 140 verläuft, und mit dem Gehäuse 114 bzw. den Streben verbunden ist, so dass der Sonotrodenkopf 122 in Abhängigkeit von der Stellung des Kolbens 142 verstellbar ist. Diese Verstellung wird durch den Doppelpfeil 146 am Sonotrodenkopf 122 angedeutet.The over two proportional valves not shown acted upon differential-pressure actuated cylinder 139 is in turn about a piston 142 articulated about a third axis 144 pivotable, parallel to the first and second axis 138 . 140 runs, and with the housing 114 or the struts connected, so that the sonotrode head 122 depending on the position of the piston 142 is adjustable. This adjustment is made by the double arrow 146 at the sonotrodes head 122 indicated.

Um die Schwingereinheit 112 verschwenken zu können, gehen von dem Gehäuse 114 Zapfen aus, die in Abschnitten der Halterung 116 gelagert sind. Dabei verläuft die erste Achse 138 im oder etwa im Schwerpunkt von der Schwingereinheit 112 bzw. der Schwingereinheit 112 und dem Gehäuse 114 einschließlich der von diesem ausgehenden Streben.To the vibrator unit 112 to be able to pivot, go from the case 114 Spigot made in sections of the bracket 116 are stored. The first axis is running 138 in or about the center of gravity of the vibrator unit 112 or the vibrator unit 112 and the housing 114 including the pursuit of this.

Um eine feinfühlige Anpassung an den Verlauf der zu verschweißenden Bauteile zu ermöglichen, sind des Weiteren der Differenzdruckzylinder 139 sowie der Kolben 142 gegenüber von den Achsen 140, 144 durchsetzten Anlenkpunkten mittels Federn 152, 154 spielfrei gelagert, so dass ein nahezu unverzögertes Nachführen des Sonotrodenkopfs 122 an den Verlauf der zu verschweißenden Teile möglich ist.To allow a sensitive adjustment to the course of the components to be welded, are also the differential pressure cylinder 139 as well as the piston 142 across from the axles 140 . 144 interspersed articulation points by means of springs 152 . 154 stored without play, so that an almost instantaneous tracking of the sonotrode head 122 to the course of the parts to be welded is possible.

Um ein Verschweißen der Bauteile, also im Ausführungsbeispiel der 3 und 4 der Metallstreifenabschnitte 22, 24 mit der Glasscheibe 10 sicherzustellen, weist nach einem eigenerfinderischen hervorzuhebenden Vorschlag der Sonotrodenkopf 122 eine spezielle Struktur auf, wie dies beispielhaft aus der Draufsicht gemäß 2 ersichtlich ist.To a welding of the components, ie in the embodiment of 3 and 4 the metal strip sections 22 . 24 with the glass pane 10 The sonotrodes head, according to a suggestion to be emphasized, points out 122 a special structure, as exemplified in the plan view according to 2 is apparent.

So weist der Sonotrodenkopf 122 radial umlaufende vier erste stegartige Erhebungen 156, 158, 160, 162 auf, zwischen denen und quer bzw. senkrecht zu diesen axial verlaufende zweite Erhebungen wie Stege 164, 166, 168, 170, 172, 174, 176 verlaufen. Dabei sind die zweiten Stege 166, 168 zwischen zwei ersten Erhebungen 156, 158 versetzt zu den zweiten Stegen 170, 172, 174, 176 zwischen den ersten Stegen 158, 160 angeordnet, wodurch sich umfangsseitig geschlossene Zwischenräume bilden. Es ergibt sich folglich ein Muster von in Reihen angeordneten und von Reihe zu Reihe versetzt angeordneten Rechtecken, die ein Muster eines Mauerwerks bilden.This is how the sonotrode head points 122 radially circumferential four first web-like elevations 156 . 158 . 160 . 162 on, between which and transverse or perpendicular to these axially extending second elevations such as webs 164 . 166 . 168 . 170 . 172 . 174 . 176 run. Here are the second webs 166 . 168 between two first surveys 156 . 158 offset to the second bridges 170 . 172 . 174 . 176 between the first bridges 158 . 160 arranged, whereby circumferentially closed spaces form. As a result, a pattern of rectangles arranged in rows and offset from row to row, forming a pattern of masonry, results.

Somit begrenzen die ersten und zweiten Stege 156, 158, 160, 162, 164, 166, 168, 170, 172, 174, 176 im Ausführungsbeispiel rechteckförmige Hohlräume, da die Stege 156, 158, 160, 162, 164, 166, 168, 170, 172, 174, 176 mit ihren äußeren Rändern in einer Ebene verlaufen. Dies wiederum bewirkt beim Verschweißen der Bauelemente untereinander, dass sich durch die Stege 156, 158, 160, 162, 164, 166, 168, 170, 172, 174, 176 bedingte Schweißnähte mit von diesen begrenzten Zwischenräumen ergeben. Durch die sowohl neben- als auch hintereinander angeordnete Zwischenräume ist sichergestellt, dass auch dann, wenn eine der Schweißnähte die erforderliche Dichtheit nicht gewährleistet, insgesamt eine erforderliche Abdichtung erfolgt. Diese ist dann nicht gewährleistet, wenn die nach dem Stand der Technik bekannte Struktur wie Rifflung oder ausschließlich radial umlaufende Stege im Sonotrodenkopf vorgesehen sind. Folglich ist bei Anwendung des erfindungsgemäßen strukturierten Sonotrodenkopfs sichergestellt, dass die Metallstreifen 14 gegenüber den Glasscheiben 10 im erforderlichen Umfang abgedichtet sind.Thus, the first and second bars limit 156 . 158 . 160 . 162 . 164 . 166 . 168 . 170 . 172 . 174 . 176 in the exemplary embodiment rectangular cavities, since the webs 156 . 158 . 160 . 162 . 164 . 166 . 168 . 170 . 172 . 174 . 176 with their outer edges in one plane. This in turn causes when welding the components to each other, that through the webs 156 . 158 . 160 . 162 . 164 . 166 . 168 . 170 . 172 . 174 . 176 conditional welds resulting from these limited spaces. By both side by side and successively arranged spaces is ensured that even if one of the welds does not guarantee the required tightness, a total of a required seal. This is not guaranteed if the known prior art structure such as Rifflung or exclusively radially encircling webs are provided in the sonotrode head. Consequently, when using the structured sonotrode head according to the invention, it is ensured that the metal strips 14 opposite the glass panes 10 are sealed to the extent necessary.

Die Metallstreifen 14 werden nach ihrem Verschweißen mit den Glasscheiben 10 z. B. mittels Laser- oder Elektronenstrahlschweißens dichtend verbunden.The metal strips 14 be after their welding with the glass panes 10 z. B. sealed by laser or electron beam welding.

Ganz allgemein bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum abdichtenden Verschweißen von schwer schweißbaren Materialien, die sich insbesondere durch eine Zugfestigkeit auszeichnen, die größer als 300 N/mm² ist. Beispielhaft seien als schwer schweißbare Materialien Eisen, Stahl, Nickel, Wolfram, Chrom bzw. Metalle mit sehr niedrigem Schmelzpunkt wie Zinn oder Blei zu nennen.More generally, the invention relates to a method for sealing welding of difficult to weld materials, which are characterized in particular by a tensile strength which is greater than 300 N / mm ² . By way of example, iron, steel, nickel, tungsten, chromium or metals with a very low melting point, such as tin or lead, may be mentioned as materials which are difficult to weld.

Die Zwischenschicht, die das Verschweißen der Materialien bei gleichzeitigem Abdichten untereinander sicherstellt, besteht aus einem gut schweißbaren Material, das eine Zugfestigkeit von < 300 N/mm² aufweisen sollte. Insbesondere Buntmetalle sind geeignet. Aluminium zeichnet sich als hervorzuhebendes Material aus, wobei eine Zwischenschicht in Form eines Streckmetalls, eines Netzes, eines Lochbleches, einer Öffnung aufweisenden Folie oder eines offenporigen Schaums eingesetzt werden kann. Typische Dicken der Zwischenschicht liegen zwischen 0,1 mm und 0,3 mm.The intermediate layer, which ensures the welding of the materials with simultaneous sealing to each other, consists of an easily weldable material should have a tensile strength <300 N / mm ^2. In particular, non-ferrous metals are suitable. Aluminum is characterized as a material to be highlighted, wherein an intermediate layer in the form of an expanded metal, a mesh, a perforated plate, an opening film or an open-cell foam can be used. Typical thicknesses of the intermediate layer are between 0.1 mm and 0.3 mm.

Claims

Verfahren zum abdichtenden Verschweißen eines ersten Elementes aus einem ersten Material mit einem zweiten Element aus dem ersten oder einem zweiten Material mittels Ultraschall, wobei zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element in zu verbindendem und gegeneinander abzudichtendem Bereich ein Zwischenelement angeordnet wird und anschließend Ultraschallschwingungen über eine Sonotrode übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, dass als Zwischenelement ein solches verwendet wird, das sowohl zu dem ersten Element als auch zu dem zweiten Element hin offene Durchbrechungen aufweist, die während des Verschweißens zumindest bereichsweise mit Material des Zwischenelementes ausgefüllt werden.A method for sealingly welding a first element of a first material to a second element of the first or a second material by means of ultrasound, wherein arranged between the first element and the second element in an area to be connected and sealed against each other an intermediate element is and then ultrasonic vibrations are transmitted via a sonotrode, characterized in that one is used as an intermediate element having both the first element and to the second member open towards the openings, which are at least filled during welding regions with material of the intermediate element ,

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als erstes und/oder zweites Material zumindest eines aus der Gruppe Glasmaterial, Keramikmaterial, Eisen, Stahl, Nickel, Wolfram, Chrom, Legierung einer oder mehrerer dieser Elemente verwendet wird, wobei die Legierung Elemente wie Kupfer enthalten kann.Method according to claim 1, characterized, that at least one of the group as first and / or second material Glass material, ceramic material, iron, steel, nickel, tungsten, chromium, Alloy one or more of these elements is used, wherein The alloy may contain elements such as copper.

Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als erstes und/oder zweites Material ein schwer schweißbares Material in Form von einem Metall niedrigen Schmelzpunktes wie Zinn oder Blei verwendet wird.Method according to claim 1 or 2, characterized, that as the first and / or second material a hard to weld material in the form of a low melting point metal such as tin or Lead is used.

Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Material des Zwischenelementes ein gut schweißbares Material verwendet wird, das eine Zugfestigkeit von < 300 N/mm² aufweist.Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that as the material of the intermediate element, a good weldable material is used which has a tensile strength of <300 N / mm ² .

Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als das gut schweißbare Material zumindest ein solches aus der Gruppe Aluminium, Kupfer, Silber, Magnesium, Legierung enthaltend Aluminium und/oder Kupfer und/oder Silber verwendet wird.Method according to at least one of the preceding Claims, thereby in that as the good weldable material at least one such from the group aluminum, copper, silver, magnesium, containing alloy Aluminum and / or copper and / or silver is used.

Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Zwischenelement ein Streckmetall, ein Netz, ein Lochblech, eine Öffnungen wie Durchgangsöffnungen aufweisende Folie oder ein offenporiger Schaum verwendet wird.Method according to at least one of the preceding Claims, thereby in that as an intermediate element an expanded metal, a net, a perforated plate, an opening like passages exhibiting film or an open-cell foam is used.

Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Zwischenschicht ein solches einer Dicke D mit 0,1 mm ≤ D ≤ 0,3 mm verwendet wird.Method according to at least one of the preceding Claims, thereby in that as an intermediate layer such a one Thickness D used with 0.1 mm ≤ D ≤ 0.3 mm becomes.

Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Element mit dem zweiten Element über das Zwischenelement mittels Rollnahtschweißens oder Punktschweißens verbunden wird.Method according to at least one of the preceding Claims, thereby in that the first element with the second element over the Intermediate element connected by roll seam welding or spot welding becomes.

Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schweißen mittels eines in seiner Umfangsfläche strukturierten scheibenförmigen Sonotrodenkopfs einer Sonotrode einer Ultraschallschweißvorrichtung durchgeführt wird, wobei in der Umfangsfläche eine Struktur ausgebildet wird, die aus zumindest drei umlaufenden ersten Erhebungen und quer zu diesen verlaufenden und in die ersten Erhebungen übergehenden zweiten Erhebungen besteht, und dass zweite Erhebung zwischen einer ersten und einer zweiten ersten Erhebung versetzt zu zweiten Erhebungen zwischen der zweiten ersten Erhebung und einer benachbarten dritten ersten Erhebung verlaufen.Method according to at least one of the preceding Claims, thereby in that welding by means of one in his peripheral surface structured disk-shaped Sonotrode head of a sonotrode of an ultrasonic welding device carried out being, being in the peripheral area a structure is formed, which consists of at least three circumferential first surveys and across these and in the first Surveys pending second surveys, and that second survey between one first and a second first survey offset second surveys between the second first survey and an adjacent third first survey.

Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Erhebungen mit ihren freien Außenrändern in einer gemeinsamen Ebene verlaufen.Method according to at least one of the preceding Claims, thereby in that the first and second surveys with their free outer edges in a common plane.

Verfahren zum Herstellen eines Vakuum-Isolierglases mit einer ersten Scheibe und einer zu dieser beabstandeten zweiten Scheibe als jeweils erstes Element mit den Verfahrensschritten – umlaufendes Anordnen von zumindest einem streifenförmigen Zwischenelement auf umlaufenden Randbereich der Außenseite einer jeweiligen Glasscheibe, – Auflegen eines über den jeweiligen Randbereich vorstehenden Materialstreifens als zweites Element auf das zumindest eine Zwischenelement, – Verschweißen des Metallstreifens mit der Glasscheibe über das zumindest eine Zwischenelement und – abdichtendes Verbinden der Metallstreifen untereinander, wobei bei gegeneinander abgedichteten Metallstreifen der Zwischenraum zwischen den Glasscheiben evakuiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass als das zumindest eine Zwischenelement sich überlappende Abschnitte aus einem aus Metall bestehenden Material verwendet wird, das sowohl zu der Glas scheibe als auch zu dem Metallstreifen hin offene Durchbrechungen aufweist, und dass das abdichtende Verbinden zwischen dem Metallstreifen und der Glasscheibe mittels Rollnahtschweißens durchgeführt wird.Method for producing a vacuum insulating glass with a first disc and a second spaced therefrom Disk as each first element with the process steps - circulating Arranging at least one strip-shaped intermediate element circumferential edge region of the outside a respective glass pane, - placing one over the respective edge region protruding strip of material as a second Element on the at least one intermediate element, - welding the Metal strip with the glass over the at least one intermediate element and - sealing Connecting the metal strips with each other, being at against each other sealed metal strip evacuated the gap between the glass panes becomes, characterized, that as that at least one Intermediate element overlapping Sections of a metal material is used, the open to both the glass pane and to the metal strip Having openings, and that the sealing connection between the metal strip and the glass sheet is carried out by means of seam welding.

Sonotrode (124) einer Ultraschallschweißvorrichtung (100) mit einem scheibenförmigen umfangsseitig eine Struktur aufweisenden Sonotrodenkopf (122), dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur des Sonotrodenkopfs (122) durch zumindest drei umlaufende erste Erhebungen (156, 158, 160, 162) und quer zu diesen verlaufenden und in diese übergehende zweite Erhebungen (164, 166, 168, 170, 172, 174, 176, 178) gebildet ist, wobei zweite Erhebungen (164, 166, 168) zwischen einer ersten und einer zweiten ersten Erhebung (156, 158) versetzt zu zweiten Erhebungen (170, 172, 174, 176) zwischen der zweiten ersten Erhebung und einer benachbarten dritten ersten Erhebung (160) verlaufen.Sonotrode ( 124 ) an ultrasonic welding device ( 100 ) with a disc-shaped circumference having a structure sonotrode head ( 122 ), characterized, that the structure of the sonotrode head ( 122 ) by at least three circulating first surveys ( 156 . 158 . 160 . 162 ) and across these second surveys ( 164 . 166 . 168 . 170 . 172 . 174 . 176 . 178 ), with second surveys ( 164 . 166 . 168 ) between a first and a second first survey ( 156 . 158 ) offset to second surveys ( 170 . 172 . 174 . 176 ) between the second first survey and an adjacent third, first survey ( 160 ).

Sonotrode nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Erhebungen (156, 158, 160, 162, 164, 166, 168, 170, 172, 174, 176) mit ihren freien Außenrändern in einer gemeinsamen Ebene verlaufen.Sonotrode according to claim 12, characterized in that the first and second surveys ( 156 . 158 . 160 . 162 . 164 . 166 . 168 . 170 . 172 . 174 . 176 ) run with their free outer edges in a common plane.

Sonotrode nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Erhebungen (156, 158, 160, 162, 164, 166, 168, 170, 172, 174, 176) ein Muster von versetzt zueinander verlaufenden Vielecken wie Rechtecken, Quadraten, Trapezen, Waben oder Rhomben bilden.Sonotrode according to claim 12 or 13, characterized in that the first and second surveys ( 156 . 158 . 160 . 162 . 164 . 166 . 168 . 170 . 172 . 174 . 176 ) form a pattern of mutually offset polygons such as rectangles, squares, trapezoids, honeycombs or rhombuses.