DE102016210590A1

DE102016210590A1 - Ultraschallschweissvorrichtung mit Spanneinrichtung und Verfahren zum Ultraschallschweissen

Info

Publication number: DE102016210590A1
Application number: DE102016210590.6A
Authority: DE
Inventors: Peter Solenthaler
Original assignee: Telsonic Holding AG
Current assignee: Telsonic Holding AG
Priority date: 2016-06-15
Filing date: 2016-06-15
Publication date: 2017-12-21
Also published as: US20190224777A1; CN109311118B; CN109311118A; US11370056B2; WO2017216199A1; EP3471911A1

Abstract

Offenbart ist eine Ultraschallschweissvorrichtung (50), enthaltend eine Sonotrode (8) mit einer Arbeitsfläche (10), einen Amboss (4) mit einer Arbeitsfläche (11), die der Arbeitsfläche (10) der Sonotrode (8) gegenüberliegt, zwei Seitenbegrenzer (5, 6) mit jeweiligen Seitenbegrenzungsflächen (12, 13), wobei die Arbeitsflächen (10, 11) der Sonotrode (8) und des Ambosses (4) und die Seitenbegrenzungsflächen (12, 13) einen Verdichtungsraum (9) begrenzen, der zum Einlegen von insbesondere länglichem Schweissgut (60) in einer Schweissgutrichtung (B) ausgebildet ist, wobei die Ultraschallschweissvorrichtung (50) eine Spanneinrichtung (14) aufweist, mittels deren der Amboss (4) zumindest in einer Schweissposition (S) durch eine Spannkraft, die an zumindest einem Teil einer der Arbeitsfläche (11) des Ambosses (4) gegenüberliegenden Seite (15) Angriffsfläche (26) des Ambosses (4) einwirkt, in Richtung der Sonotrode (8) verspannbar ist. Weiterhin offenbart ist ein Verfahren zum Ultraschallschweissen.

Description

Die vorliegende Erfindung befasst sich mit Ultraschallschweissvorrichtungen mit einer Spanneinrichtung und Verfahren zum Ultraschallschweissen von insbesondere länglichem Schweissgut, insbesondere von elektrischen Leitern wie beispielsweise Litzen, oder von Terminals.
In EP 1 772 223 A1 ist eine Vorrichtung zum Ultraschallverbinden von elektrischen Leitern offenbart, die ein Ambossteil enthält, welches mittels einer Führung quer zu einer Arbeitsfläche einer Sonotrode verschiebbar ist. Die Führung erstreckt sich quer zur Arbeitsfläche über die Arbeitsfläche. Bei dieser bekannten Vorrichtung werden zwar Hebelkräfte und -momente reduziert, sodass der Verdichtungsraum besonders steif ausgebildet ist und nur geringen Verformungen unterliegt. Im Falle grosser Litzenquerschnitte, die einen Verdichtungsraum gewisser Breite benötigen, kann es aber dennoch zum Aufbiegen des Ambossteils kommen, was unter Umständen zu qualitativ minderwertigen Schweissungen führen kann.
Die DE 10 2006 021 651 B4 betrifft eine Ultraschall-Schweissstation und ein Verfahren zum Betreiben derselben. Die Schweissstation enthält eine Sonotrode, eine Gegenelektrode (also mit anderen Worten einen Amboss) und zwei Seitenbegrenzer, die in an sich bekannter Weise einen Verdichtungsraum einschliessen und relativ zueinander beweglich sind. Die Schweissstation enthält Spannmittel zum Verspannen der Gegenelektrode gegenüber dem ihr benachbarten Seitenbegrenzer. Im konkreten Ausführungsbeispiel sind die Spannmittel als Haltejoch ausgebildet. Hierdurch wird während des Schweissens ein Luftspalt zwischen der Gegenelektrode und dem Seitenbegrenzer vermieden. Angeblich können hierdurch vergleichsweise grosse Kräfte oder Drücke in den Verdichtungsraum eingeleitet werden und vergleichsweise grössere und qualitativ hochwertigere Querschnitte im Schweissgut geschweisst werden, da die Leiterelemente besonders fest in Position gehalten werden können. Aber auch bei dieser Schweissstation kann ein Aufbiegen des Verdichtungsraums nicht effektiv verhindert werden, insbesondere wenn grosse Litzenquerschnitte geschweisst werden.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ultraschallschweissvorrichtung und ein Verfahren zum Ultraschallschweissen bereitzustellen, welche die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile nicht aufweisen. Insbesondere soll also das Aufbiegen des Verdichtungsraumes möglichst verhindert werden, selbst wenn Litzen mit vergleichsweise grossen Querschnitten geschweisst werden sollen.
In einem ersten Aspekt der Erfindung werden diese und weitere Aufgaben gelöst durch eine Ultraschallschweissvorrichtung, welche eine Sonotrode mit einer Arbeitsfläche, einen Amboss mit einer Arbeitsfläche und zwei Seitenbegrenzer mit jeweiligen Seitenbegrenzungsflächen enthält. Die Arbeitsfläche des Ambosses liegt der Arbeitsfläche der Sonotrode gegenüber. Die Arbeitsflächen der Sonotrode und des Ambosses und die Seitenbegrenzungsflächen begrenzen einen Verdichtungsraum, der zum Einlegen von insbesondere länglichem Schweissgut in eine Schweissgutrichtung ausgebildet ist. Bei dem Schweissgut kann es sich insbesondere um elektrische Leiter wie beispielsweise Litzen handeln. Es kann sich auch um Terminals handeln. Als Schweissgutrichtung wird hier und im Folgenden die Richtung des Schweissguts angesehen, insbesondere eine Längsrichtung des länglichen Schweissgutes.
Erfindungsgemäss weist die Ultraschallschweissvorrichtung eine Spanneinrichtung auf, mittels deren der Amboss zumindest in einer Schweissposition durch eine Spannkraft in Richtung der Sonotrode verspannbar ist. Dabei wirkt die Spannkraft an zumindest einem Teil einer der Arbeitsfläche des Ambosses gegenüberliegenden Angriffsfläche des Ambosses ein.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung liegt eine Angriffsfläche des Ambosses der Arbeitsfläche des Ambosses gegenüber, wenn die Flächennormalen der Arbeitsfläche und der Angriffsfläche einen stumpfen Winkel einschliessen und zumindest ein Teil der auf die Ebene der Arbeitsfläche senkrecht projizierten Angriffsfläche zumindest teilweise innerhalb der Arbeitsfläche liegt. Als stumpfer Winkel wird dabei hier auch ein Winkel von 180° angesehen.
Aufgrund der Einwirkung der Spannkraft an einer der Arbeitsfläche gegenüberliegende Angriffsfläche ist eine besonders vorteilhafte Krafteinleitung in den Amboss und damit auf das Schweissgut möglich. Hierdurch kann das Aufbiegen des Verdichtungsraumes effektiv verhindert werden. Bei geeigneter Anordnung der Angriffsfläche ist insbesondere eine symmetrische Krafteinleitung möglich. Ein Winkel zwischen den genannten Flächennormalen von 180° ist erfindungsgemäss bevorzugt, da dann eine besonders wirkungsvolle Krafteinleitung stattfinden kann.
In vorteilhaften Ausführungsformen ist die Angriffsfläche durch eine der Arbeitsfläche des Ambosses gegenüberliegende Aussenseite des Ambosses oder durch einen Teil dieser Aussenseite gebildet. Diese Ausführungsformen sind baulich besonders einfach zu realisieren. Eine der Arbeitsfläche des Ambosses gegenüberliegende Aussenseite kann auch mindestens eine Stufe aufweisen, wobei die Angriffsfläche nur durch eine der Arbeitsfläche gegenüberliegende Aussenseite der Stufe gebildet ist.
Alternativ ist es aber auch denkbar und liegt im Rahmen der Erfindung, dass die Angriffsfläche im Inneren des Ambosses angeordnet ist, also zwischen der Arbeitsfläche und der gegenüberliegenden Aussenseite des Ambosses. Beispielsweise kann der Amboss mit Hilfe eines seitlich in ihn eindringenden Bolzens in Richtung der Sonotrode verspannt werden.
Vorteilhafterweise ist die Spanneinrichtung derart ausgebildet und angeordnet, dass der Amboss zumindest in der Schweissposition durch eine im Wesentlichen an der gesamten Angriffsfläche, insbesondere an der gesamten gegenüberliegenden Aussenseite, einwirkende Spannkraft in Richtung der Sonotrode verspannbar ist. Hierdurch kann eine besonders effektive Krafteinleitung bewirkt werden. Möglich ist es im Rahmen der Erfindung jedoch auch, dass die Spannkraft nur an einem Teil der Angriffsfläche einwirkt.
Bevorzugt weist die Spanneinrichtung eine Schliesseinrichtung auf, welche zumindest in der Schweissposition in Kontakt mit zumindest einem Teil der Angriffsfläche, insbesondere mit der gesamten Angriffsfläche, bringbar ist, um den Amboss in Richtung der Sonotrode zu verspannen. Die Spannkraft kann dann von der Schliesseinrichtung auf den Amboss übertragen werden. Die Schliesseinrichtung kann beispielsweise an der der Arbeitsfläche des Ambosses gegenüberliegenden Aussenseite angeordnet sein oder durch einen wie oben beschriebenen Bolzen gebildet sein. Die Schliesseinrichtung kann balkenförmig ausgebildet sein, was eine besonders gute Krafteinleitung erlaubt.
Bevorzugt ist die Schliesseinrichtung relativ zur Sonotrode in einer Schliessrichtung zwischen einer Öffnungsposition und der Schweissposition verschiebbar angeordnet, wobei die Schliessrichtung parallel zur Arbeitsfläche der Sonotrode und senkrecht zur Schweissgutrichtung verläuft. Dies erleichtert das Einlegen des Schweissgutes in der Schweissgutrichtung. In der Öffnungsposition muss die Schliesseinrichtung nicht zwingend in Kontakt mit der Angriffsfläche sein.
Mit Vorteil ist die Schliesseinrichtung in der Schliessrichtung verschiebbar am Amboss angeordnet. Hierdurch kann die Schliesseinrichtung präzisier relativ zum Amboss positioniert werden, was die Einleitung der Spannkraft vereinfacht. Alternativ kann die Schliesseinrichtung aber auch an einem anderen Teil der Ultraschallschweissvorrichtung in der Schliessrichtung verschiebbar angeordnet sein.
Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn zumindest in der Schweissposition die Schliesseinrichtung an zwei gegenüberliegenden Enden gehalten ist. Auf diese Weise kann eine symmetrische Krafteinleitung in die Schliesseinrichtung und damit in den Amboss erreicht werden. Die Krafteinleitung geschieht hier also nach einem „Portalprinzip”.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Spanneinrichtung mindestens eine Zugeinrichtung aufweist, welche relativ zur Sonotrode in einer Richtung senkrecht zu deren Arbeitsfläche verschiebbar angeordnet ist, wobei zumindest in der Schweissposition mittels eines ersten Zugteils der Zugeinrichtung ein erstes Ende der Schliesseinrichtung haltbar ist und mittels eines zweiten Zugteils der Zugeinrichtung ein zweites Ende der Schliesseinrichtung haltbar ist. Durch Verschiebung der Zugeinrichtung senkrecht zur Arbeitsfläche der Sonotrode kann auf diese Weise die Höhe des Verdichtungsraumes eingestellt werden. Zum Einlegen des Schweissgutes kann die Zugeinrichtung auf die Arbeitsfläche der Sonotrode zubewegt werden, wodurch die Sicht in den Verdichtungsraum erleichtert wird. Anschliessend kann die Zugeinrichtung von der Arbeitsfläche der Sonotrode wegbewegt werden, damit die Schliesseinrichtung den Verdichtungsraum oberhalb des eingelegten Schweissgutes schliessen kann. Der von der Zugeinrichtung zurückgelegte Verstellweg kann in Abhängigkeit vom Gesamtquerschnitt des eingelegten Schweissguts gewählt werden. Ist dieser Gesamtquerschnitt vergleichsweise klein, so kann es genügen, die Zugeinrichtung nur einen Teil des maximal möglichen Verstellweges zu bewegen, wodurch die Prozesszeiten reduziert werden können. Daraufhin kann die Zugeinrichtung zum Verkleinern des Verdichtungsraumes und zum Schweissen wieder auf die Arbeitsfläche der Sonotrode zubewegt werden. Durch das Halten beider Enden der Schliesseinrichtung kann diese Bewegung symmetrisch erfolgen.
Mit weiterem Vorteil ist der Amboss in der bereits oben erwähnten Schliessrichtung, die parallel zur Arbeitsfläche der Sonotrode und senkrecht zur Schweissgutrichtung verläuft, verschiebbar am ersten Zugteil angeordnet. Auf diese Weise kann der Verdichtungsraum geöffnet und geschlossen werden.
Es ist zweckmässig, wenn der erste Zugteil einen parallel zur Schweissgutrichtung verlaufenden Querbalken und mindestens zwei senkrecht zur Arbeitsfläche der Sonotrode verlaufende Längsbalken enthält. Dabei ist der Querbalken zumindest in der Schweissposition zum Halten des ersten Endes der Schliesseinrichtung ausgebildet, und die Längsbalken halten den Querbalken, insbesondere an dessen beiden Enden. Zwischen den Längsbalken ist eine Öffnung gebildet, durch welche der Amboss, ein erster Seitenbegrenzer und die Schliesseinrichtung in den zwischen den Zugteilen gebildeten Zwischenraum führbar sind. Die Durchführung des Ambosses, der Seitenbegrenzer und der Schliesseinrichtung durch die zwischen den Längsbalken gebildete Öffnung sorgt für eine kompakte und symmetrische Bauweise.
Ebenfalls zweckmässig ist es, wenn der zweite Zugteil einen parallel zur Schweissgutrichtung verlaufenden Querbalken und mindestens zwei senkrecht zur Arbeitsfläche der Sonotrode verlaufende Längsbalken enthält. Dabei ist der Querbalken zumindest in der Schweissposition zum Halten des zweiten Endes der Schliesseinrichtung ausgebildet und angeordnet, und die Längsbalken halten den Querbalken, insbesondere an dessen beiden Enden. Zwischen den Längsbalken ist eine Öffnung gebildet, durch welche ein zweiter Seitenbegrenzer in den zwischen den Zugteilen gebildeten Zwischenraum führbar ist. Auch diese Durchführung sorgt für eine kompakte und symmetrische Bauweise.
Insgesamt kann somit über die Längsbalken, die Querbalken und die Schliesseinrichtung die Spannkraft in den Amboss eingeleitet werden.
Die Schliesseinrichtung kann auch über eine Temperiereinrichtung verfügen, mit der die Schliesseinrichtung und damit der Amboss temperiert werden können, insbesondere gekühlt oder geheizt. Die Temperiereinrichtung kann einen Temperierkanal für ein Temperierfluid, insbesondere ein Kühlfluid oder ein Heizfluid, enthalten, das beispielsweise ein Gas oder eine Flüssigkeit sein kann, wie etwa Wasser. Alternativ kann die Temperiereinrichtung ein Peltier-Element oder einen Heizdraht enthalten.
Zudem kann die Schliesseinrichtung mindestens einen Sensor enthalten, mit dem ein Schweissparameter bestimmt werden kann, beispielsweise eine Kraft, eine Temperatur oder eine Position. Insbesondere ein Kraftsensor ist bevorzugt in der Schliesseinrichtung angeordnet, da er sich dann im Kraftfluss befindet. Die genannten Sensoren können zur Qualitätskontrolle dienen.
Hierdurch können insbesondere fehlende Einzeldrähte („missing strands”) detektiert werden.
Insgesamt weist die erfindungsgemässe Ultraschallschweissvorrichtung den Vorteil auf, dass sie robust und kompakt ist.
In einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Ultraschallschweissen, welches insbesondere mit einer wie oben beschriebenen Ultraschallschweissvorrichtung durchgeführt werden kann. Das Verfahren enthält die folgenden Schritte:

a) Einlegen von insbesondere länglichem Schweissgut in einer Schweissgutrichtung in einen Verdichtungsraum einer Ultraschallschweissvorrichtung:
b) Schliessen des Verdichtungsraumes zur Erreichung einer Schweissposition;
c) Verspannen eines Ambosses der Ultraschallschweissvorrichtung durch eine Spannkraft, die an zumindest einem Teil einer einer Arbeitsfläche des Ambosses gegenüberliegenden Angriffsfläche des Ambosses einwirkt, in Richtung einer Sonotrode der Ultraschallschweissvorrichtung;
d) Verschweissen des Schweissguts (60) durch Beaufschlagung mit Ultraschall.

Wie oben bereits erläutert wurde, kann auf diese Weise ein Aufbiegen des Verdichtungsraumes weitgehend verhindert werden.
Vorteilhafterweise wird der Amboss im Schritt c) durch eine im Wesentlichen an der gesamten Angriffsfläche einwirkende Spannkraft in Richtung der Sonotrode verspannt.
Weiterhin von Vorteil ist es, wenn im Schritt c) eine Schliesseinrichtung in Kontakt mit zumindest einem Teil der Angriffsfläche ist, insbesondere mit der gesamten Angriffsfläche, um den Amboss in Richtung der Sonotrode zu verspannen.
Zudem ist es zweckmässig, wenn die Schliesseinrichtung im Schritt b) relativ zur Sonotrode in einer Schliessrichtung, die parallel zu einer Arbeitsfläche der Sonotrode und senkrecht zur Schweissgutrichtung verläuft, von einer Öffnungsposition in eine Schweissposition verschoben wird.
Vorteilhaft ist es überdies, wenn im Schritt b) der Amboss in der genannten Schliessrichtung verschoben wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren eignet sich auch besonders für ein Kaskadenschweissen oder ein Sequenzschweissen, bei dem Schweissgut, insbesondere Litzen, aus verschiedenen Materialien wie beispielsweise Kupfer oder Aluminium verschweisst wird. Vorteilhaft ist es beispielsweise, wenn zunächst eine oder mehrere Kupferlitzen mit einem ersten Satz von Schweissparametern geschweisst werden, anschliessend der Verdichtungsraum wieder geöffnet wird, dann eine oder mehrere Aluminiumlitzen zusätzlich eingelegt werden und dann alle Litzen zusammen mit einem zweiten Satz von Schweissparametern miteinander verschweisst werden.
Beim Ultraschallschweissen kann es sich um ein lineares oder ein torsionales Ultraschallschweissen handeln. Hierfür kann die Sonotrode in an sich bekannter Weise ausgebildet sein.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von mehreren Ausführungsbeispielen und Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen
1: eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemässen Ultraschallschweissvorrichtung in einer Öffnungsposition;
2: eine seitliche Ansicht der Ultraschallschweissvorrichtung in einer Schweissposition;
3: eine seitliche Ansicht der Ultraschallschweissvorrichtung in der Öffnungsposition mit eingelegtem Schweissgut;
4: eine seitliche Ansicht der Ultraschallschweissvorrichtung in der Schweissposition mit eingelegtem Schweissgut.
Die in den 1 bis 4 dargestellte erfindungsgemässe Ultraschallschweissvorrichtung 50 enthält eine Sonotrode 8 mit einer Arbeitsfläche 10, einen Amboss 4 mit einer Arbeitsfläche 11, die der Arbeitsfläche 10 der Sonotrode 8 gegenüberliegt, sowie einem ersten Seitenbegrenzer 6 und einem zweiten Seitenbegrenzer 5 mit jeweiligen Seitenbegrenzungsflächen 12, 13. Die Arbeitsflächen 10, 11 der Sonotrode 8 und des Ambosses 4 und die Seitenbegrenzungsflächen 12, 13 begrenzen einen Verdichtungsraum 9, der zum Einlegen von Schweissgut 60 in einer Schweissgutrichtung E ausgebildet ist.
Die Ultraschallschweissvorrichtung 50 weist ferner eine Spanneinrichtung 14 auf. Mittels dieser Spanneinrichtung 14 kann der Amboss 4 in der in den 2 und 4 dargestellten Schweissposition S durch eine Spannkraft in Richtung der Sonotrode 8 verspannt werden. Die Spannkraft wirkt an einer Angriffsfläche 26 des Ambosses 4 ein, die seiner Arbeitsfläche 11 gegenüberliegt. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Angriffsfläche 26 durch eine der Arbeitsfläche 11 gegenüberliegende Aussenseite 15 des Ambosses 4 gebildet. Die Flächennormale N der Arbeitsfläche 11 und die Flächennormale M der Angriffsfläche 26 schliessen also einen Winkel von 180° ein, und die auf die Ebene der Arbeitsfläche 11 senkrecht projizierte Angriffsfläche 26 liegt teilweise innerhalb der Arbeitsfläche 11.
Die Spanneinrichtung 14 weist eine Zugeinrichtung 2, 3 auf, welche relativ zur Sonotrode 8 in einer Richtung senkrecht zu deren Arbeitsfläche 10 verschiebbar angeordnet ist. Weiterhin weist die Spanneinrichtung 14 eine balkenförmige Schliesseinrichtung 1 auf, welche in der in den 2 und 4 dargestellten Schweissposition S in Kontakt mit der Angriffsfläche 26 ist, um den Amboss 4 in Richtung der Sonotrode 8 zu verspannen. In der Schweissposition S ist ein erstens Ende 16 der Schliesseinrichtung 1 mittels eines ersten Zugteils 2 der Zugeinrichtung haltbar, und mittels eines zweiten Zugteils 3 der Zugeinrichtung 2, 3 ist ein zweites Ende 17 der Schliesseinrichtung 1 haltbar.
Genauer enthält das erste Zugteil 2 einen parallel zur Schweissgutrichtung E verlaufenden Querbalken 18, welcher in der Schweissposition S das erste Ende 16 der Schliesseinrichtung 1 hält. Zudem enthält der erste Zugteil 2 zwei senkrecht zur Arbeitsfläche 10 der Sonotrode 8 verlaufende Längsbalken 20, welche den Querbalken 18 halten, und zwar an dessen beiden Enden 19. Zwischen den Längsbalken 20 ist eine Öffnung 21 gebildet, durch welche der Amboss 4, der erste Seitenbegrenzer 6 und die Schliesseinrichtung 1 in den zwischen den Zugteilen 2, 3 gebildeten Zwischenraum führbar sind.
Ähnlich enthält der zweite Zugteil 3 einen parallel zur Schweissgutrichtung E verlaufenden Querbalken 22, welcher in der Schweissposition S das zweite Ende 17 der Schliesseinrichtung 1 hält. Zwei senkrecht zur Arbeitsfläche 10 der Sonotrode 8 verlaufende Längsbalken 24 halten den Querbalken 22 an dessen beiden Enden 23. Zwischen den Längsbalken 20 ist eine Öffnung 25 gebildet, durch welche der zweite Seitenbegrenzer 5 in den zwischen den Zugteilen 2, 3 gebildeten Zwischenraum führbar ist, um den Verdichtungsraum 9 zu begrenzen.
Die Schliesseinrichtung 1 ist relativ zur Sonotrode 8 in einer Schliessrichtung R, die parallel zur Arbeitsfläche 10 der Sonotrode 8 und senkrecht zur Schweissgutrichtung E verläuft, zwischen einer in den 1 und 3 dargestellten Öffnungsposition O und der in den 2 und 4 wiedergegebenen Schweissposition S verschiebbar am Amboss 4 angeordnet. Der Amboss 4 ist seinerseits in der genannten Schliessrichtung R verschiebbar am ersten Zugteil 2 angeordnet. In der in den 2 und 4 gezeigten Schweissposition S ist der Amboss 4 durch eine im Wesentlichen an der gesamten Angriffsfläche 26 einwirkende Spannkraft in Richtung der Sonotrode 8 verspannt.
Zum Ultraschallschweissen mit Hilfe dieser Ultraschallschweissvorrichtung 50 kann in einem Schritt a) zunächst Schweissgut 60, also beispielsweise zwei Litzen, in eine Schweissgutrichtung E in den Verdichtungsraum 9 eingelegt werden. Anstelle der in den 3 und 4 gezeigten zwei Litzen 60 können natürlich auch drei oder mehr Litzen verschweisst werden. Um dieses Einlegen zu ermöglichen und zu erleichtern, werden zuvor der Amboss 4 wird zusammen mit der Schliesseinrichtung 1 durch die Öffnung 21 hindurch aus dem Zwischenraum zwischen den beiden Zugteilen 2, 3 herausgezogen, und die Zugeinrichtung 2, 3 in Richtung auf die Sonotrode 8 zubewegt. So ergibt sich die in 3 dargestellte Öffnungsposition O. Die Anordnung der einzelnen Bauteile der Ultraschallschweissvorrichtung 50 in der Öffnungsposition O erlaubt dabei eine gute Sicht auf den Verdichtungsraum 9 und das Schweissgut 60 von oben.
Anschliessend wird in einem Schritt b) der Verdichtungsraum 9 geschlossen, indem die Zugeinrichtung 2, 3 von der Sonotrode 8 wegbewegt wird. Der Verstellweg der Zugeinrichtung 2, 3 kann in Abhängigkeit des Gesamtquerschnitts der eingelegten Litzen 60 gewählt werden. Anschliessend werden der Amboss 4 und die Schliesseinrichtung 1 relativ zur Sonotrode 8 in der Schliessrichtung R durch die Öffnung 21 hindurch in den Zwischenraum zwischen den Zugteilen 2, 3 verschoben. Vorher, gleichzeitig oder nachher wird der zweite Seitenbegrenzer 5 durch die Öffnung 25 hindurch in den Zwischenraum eingeführt. Daraufhin wird die Zugeinrichtung 2, 3 wieder abgesenkt, und der Amboss 4 und der Seitenbegrenzer 5 können gegebenenfalls weiter verschoben werden. Insgesamt ergibt sich damit die in 4 gezeigte Schweissposition S. In dieser Schweissposition S wird der Amboss 4 durch eine Spannkraft in Richtung der Sonotrode 8 verspannt. Die Kraftübertragung erfolgt dabei über die Zugeinrichtung 2, 3, die Schliesseinrichtung 1 und den Amboss 4.
Aufgrund ihrer Bauweise ist die erfindungsgemässe Ultraschallschweissvorrichtung 50 besonders robust und kompakt, und es wir eine symmetrische Krafteinleitung erreicht. Hierdurch ist die Ultraschallschweissvorrichtung 50 besonders für das Schweissen von Schweissgut, insbesondere von Litzen, mit grossem Querschnitt senkrecht zur Einlegerichtung E geeignet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1772223 A1 [0002]
DE 102006021651 B4 [0003]

Claims

Ultraschallschweissvorrichtung (50), enthaltend – eine Sonotrode (8) mit einer Arbeitsfläche (10), – einen Amboss (4) mit einer Arbeitsfläche (11), die der Arbeitsfläche (10) der Sonotrode (8) gegenüberliegt, – zwei Seitenbegrenzer (5, 6) mit jeweiligen Seitenbegrenzungsflächen (12, 13), wobei die Arbeitsflächen (10, 11) der Sonotrode (8) und des Ambosses (4) und die Seitenbegrenzungsflächen (12, 13) einen Verdichtungsraum (9) begrenzen, der zum Einlegen von insbesondere länglichem Schweissgut (60) in einer Schweissgutrichtung (B) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallschweissvorrichtung (50) eine Spanneinrichtung (14) aufweist, mittels deren der Amboss (4) zumindest in einer Schweissposition (S) durch eine Spannkraft, die an zumindest einem Teil einer der Arbeitsfläche (11) des Ambosses (4) gegenüberliegenden Angriffsfläche (26) des Ambosses (4) einwirkt, in Richtung der Sonotrode (8) verspannbar ist.
Ultraschallschweissvorrichtung (50) gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Angriffsfläche (26) durch eine der Arbeitsfläche (11) des Ambosses (4) gegenüberliegende Aussenseite (15) des Ambosses (4) oder durch einen Teil dieser Aussenseite (15) gebildet ist.
Ultraschallschweissvorrichtung (50) gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spanneinrichtung (14) derart ausgebildet und angeordnet ist, dass der Amboss (4) zumindest in der Schweissposition (S) durch eine im Wesentlichen an der gesamten Angriffsfläche (26), insbesondere an der gesamten gegenüberliegenden Aussenseite (15), einwirkende Spannkraft in Richtung der Sonotrode (8) verspannbar ist.
Ultraschallschweissvorrichtung (50) gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spanneinrichtung (14) eine Schliesseinrichtung (1) aufweist, welche zumindest in der Schweissposition (S) in Kontakt mit zumindest einem Teil der Angriffsfläche (26), insbesondere mit der gesamten Angriffsfläche (26), bringbar ist, um den Amboss (4) in Richtung der Sonotrode (8) zu verspannen.
Ultraschallschweissvorrichtung (50) gemäss Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schliesseinrichtung (1) relativ zur Sonotrode (8) in einer Schliessrichtung (R), die parallel zur Arbeitsfläche (10) der Sonotrode (8) und senkrecht zur Schweissgutrichtung (B) verläuft, zwischen einer Öffnungsposition (O) und der Schweissposition (S) verschiebbar angeordnet ist.
Ultraschallschweissvorrichtung (50) gemäss Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schliesseinrichtung (1) in der Schliessrichtung (R) verschiebbar am Amboss (4) angeordnet ist.
Ultraschallschweissvorrichtung (50) gemäss einem der vorangehenden Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schliesseinrichtung (1) zumindest in der Schweissposition (S) an zwei gegenüberliegenden Enden (16, 17) gehalten ist.
Ultraschallschweissvorrichtung (50) gemäss einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spanneinrichtung (14) mindestens eine Zugeinrichtung (2, 3) aufweist, welche relativ zur Sonotrode (8) in einer Richtung senkrecht zu deren Arbeitsfläche (10) verschiebbar angeordnet ist, wobei zumindest in der Schweissposition (S) mittels eines ersten Zugteils (2) der Zugeinrichtung (2, 3) ein erstes Ende (16) der Schliesseinrichtung (1) haltbar ist und mittels eines zweiten Zugteils (3) der Zugeinrichtung (2, 3) ein zweites Ende (17) der Schliesseinrichtung (1) haltbar ist.
Ultraschallschweissvorrichtung (50) gemäss Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Amboss (4) in einer Schliessrichtung (R), die parallel zur Arbeitsfläche (10) der Sonotrode (8) und senkrecht zur Schweissgutrichtung (B) verläuft, verschiebbar am ersten Zugteil (2) angeordnet ist.
Ultraschallschweissvorrichtung (50) gemäss einem der Ansprüche 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Zugteil (2) enthält: – einen parallel zur Schweissgutrichtung (B) verlaufenden Querbalken (18), welcher zumindest in der Schweissposition (S) zum Halten des ersten Endes (16) der Schliesseinrichtung (1) ausgebildet und angeordnet ist, – mindestens zwei senkrecht zur Arbeitsfläche (10) der Sonotrode (8) verlaufende Längsbalken (20), welche den Querbalken (18) halten, insbesondere an dessen beiden Enden (19), und zwischen denen eine Öffnung (21) gebildet ist, durch welche der Amboss (4), ein erster Seitenbegrenzer (6) und die Schliesseinrichtung (1) in den zwischen den Zugteilen (2, 3) gebildeten Zwischenraum führbar sind.
Ultraschallschweissvorrichtung (50) gemäss einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Zugteil (3) enthält: – einen parallel zur Schweissgutrichtung (B) verlaufenden Querbalken (22), welcher zumindest in der Schweissposition (S) zum Halten des zweiten Endes (17) der Schliesseinrichtung (1) ausgebildet und angeordnet ist, – mindestens zwei senkrecht zur Arbeitsfläche (10) der Sonotrode (8) verlaufende Längsbalken (20), welche den Querbalken (22) halten, insbesondere an dessen beiden Enden (23), und zwischen denen eine Öffnung (25) gebildet ist, durch welche ein zweiter Seitenbegrenzer (5) in den zwischen den Zugteilen (2, 3) gebildeten Zwischenraum führbar ist.
Ultraschallschweissvorrichtung (50) gemäss einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schliesseinrichtung (1) über eine Temperiereinrichtung zur Temperierung, insbesondere zur Kühlung oder Heizung, der Schliesseinrichtung (1) und damit des Ambosses (4) verfügt.
Verfahren zum Ultraschallschweissen, insbesondere mit einer Ultraschallschweissvorrichtung (50) gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, enthaltend die Schritte a) Einlegen von insbesondere länglichem Schweissgut (60) in einer Schweissgutrichtung (B) in einen Verdichtungsraum (9) einer Ultraschallschweissvorrichtung (50); b) Schliessen des Verdichtungsraumes (9) zur Erreichung einer Schweissposition (S); c) Verspannen eines Ambosses (4) der Ultraschallschweissvorrichtung (50) durch eine Spannkraft, die an zumindest einem Teil einer einer Arbeitsfläche (11) des Ambosses (4) gegenüberliegenden Angriffsfläche (26) des Ambosses (4) einwirkt, in Richtung einer Sonotrode (8) der Ultraschallschweissvorrichtung (50); d) Verschweissen des Schweissguts (60) durch Beaufschlagung mit Ultraschall.
Verfahren gemäss Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Amboss (4) im Schritt c) durch eine im Wesentlichen an der gesamten Angriffsfläche (26) einwirkende Spannkraft in Richtung der Sonotrode (8) verspannt wird.
Verfahren gemäss einem der Ansprüche 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt c) eine Schliesseinrichtung (1) in Kontakt mit zumindest einem Teil der Angriffsfläche (26), insbesondere mit der gesamten Angriffsfläche (26), gebracht wird, um den Amboss (4) in Richtung der Sonotrode (8) zu verspannen.
Verfahren gemäss Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Schliesseinrichtung (1) im Schritt b) relativ zur Sonotrode (8) in einer Schliessrichtung (R), die parallel zu einer Arbeitsfläche (10) der Sonotrode (8) und senkrecht zur Schweissgutrichtung (B) verläuft, von einer Öffnungsposition (O) in eine Schweissposition (S) verschoben wird.
Verfahren gemäss einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt b) der Amboss (4) in einer Schliessrichtung (R) verschoben wird, die parallel zu einer Arbeitsfläche (10) einer Sonotrode (8) der Ultraschallschweissvorrichtung (50) und senkrecht zur Schweissgutrichtung (B) verläuft.