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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Ultraschallschweißen, und
spezieller ein Verfahren mehrere Schichten von Materialien gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1 zu verbinden (siehe z.B. JP-A-2000/301 356).
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Das
Ultraschallschweißen
unterschiedlicher Materialien ist bekannt. In den heutigen Herstellerzirkeln
sind Leichtbau-Verbundmaterialien wünschenswert und werden ersatzweise
oft im Versuch eingesetzt leichtere und stabilere Produkte zu bauen.
Eine derartige Herstellung erfordert es oft verschiedene Schichten
von Leichtbau-Materialien, gebildet aus verschiedenen Kombinationen
und Legierungen – wie
etwa Aluminium und Magnesium – miteinander zu
verbinden.
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In
einer typischen Automobilanwendung binden die beiden Aluminiumschichten
eine Magnesiumschicht sandwichartig zwischen sich ein. Diese Schichten
müssen
miteinander verbunden oder – kurz
und bündig
gesagt – aneinander
angeschweißt werden,
um eine einzige einheitliche Komponente zu bilden.
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Es
ist bekannt daß beim
Ultraschallschweißen
die Festigkeit und das Ausmaß der
Schweißdurchdringung
abnimmt, je größer die
Entfernung von der Sonotrodenspitze ist.
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Dementsprechend
verringert sich die Festigkeit der Schweißung an den aufeinander folgenden oder
tieferen Grenzflächen,
wenn man mehrere Schichten an Material schweißt. Das heißt die Schweißung an
den Grenzflächen
zwischen den unteren Schichten ist nicht so fest wie die Schweißung an
der Grenzfläche
zwischen der obersten und der unmittelbar angrenzenden Schicht.
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Im
japanischen Patent JP-A-63/140784 wird ein Ultraschall-Schweißgerät beschrieben,
das zum Gebrauch beim Schweißen
mehrerer Schichten von Material geeignet ist, worin das Gerät einen
Rahmen, einen Amboß und
eine an dem Rahmen angebrachte Ultraschall-Schweißvorrichtung
umfaßt,
wobei diese Ultraschall-Schweißvorrichtung
eine Sonotrode einschließt,
eine Spannvorrichtung, die diese Sonotrode angreift und betriebsfähig ist,
um diese Sonotrode in Eingriff mit einem Werkstück zu bewegen und das Werkstück zwischen
der Sonotrode und dem Amboß zu
halten; und Vorrichtungen um die Sonotrode relativ zu dem Werkstück zu drehen.
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Es
ist ein Gegenstand der Erfindung ein verbessertes Verfahren der
Ultraschallschweißung
mehrerer Schichten von Material und ein verbessertes Ultraschall-Schweißgerät bereitzustellen.
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Gemäß der Erfindung
stellen wir ein Verfahren bereit mehrere Schichten an Material gemäß Anspruch
1 zu verbinden.
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Das
Verfahren der Erfindung umfaßt
die Schritte erste, zweite und dritte Schichten in geschichteter
Beziehung zueinander zu plazieren.
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Das
Verfahren schließt
den Schritt ein abwechselnd Schweißungen auf gegenüberliegenden Seiten
des mehrschichtigen Bauglieds zu bilden.
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Das
Verfahren kann den Schritt einschließen die von beiden Seiten des
mehrschichtigen Bauglieds angebrachten Schweißungen zu versetzen.
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Der
Schritt des Zusammenschweißens
mindestens der ersten und zweiten Schichten schließt es ein
die Schweißung
hauptsächlich
zwischen den ersten und zweiten Schichten zu bilden, und zumindest eine
teilweise Schweißung
zwischen den zweiten und dritten Schichten zu bilden.
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Das
Verfahren kann den Schritt einschließen die an der dritten Schicht
des mehrschichtigen Bauglieds gebildete Schweißung gegenüber jener Schweißung zu
bilden, die an der ersten Schicht des mehrschichtigen Bauglieds
gebildet wurde.
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Das
Verfahren kann weiterhin den Schritt einschließen die sich von den äußeren Schichten
auf eine Tiefe nach innen hin erstreckenden Schweißungen derart
zu bilden, das die Schweißungen
die Schweißung
von der gegenüberliegenden
Außenschicht überlappen.
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Das
Verfahren kann weiterhin den Schritt einschließen die Schweißungen bis
zu einer Tiefe hin zu bilden, worin die sich von gegenüberliegenden
Außenschichten
nach innen erstreckenden Schweißungen
die Schweißung
von der gegenüberliegenden Außenschicht
nicht überlappen.
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Das
Verfahren kann weiterhin den Schritt einschließen die sich von jeder der
Außenschichten nach
innen erstreckenden Schweißungen
abwechselnd zu bilden.
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Die
Erfindung wird nun, anhand eines Beispiels, unter Bezug auf die
beigefügten
Zeichnungen beschrieben werden, welche nicht in den Rahmen der angefügten Ansprüche fallen.
Sie sind lediglich Illustrationen, um die Prinzipien der vorliegenden
Erfindung zu verstehen:
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1 ist
eine schematische Ansicht eines Ultraschall-Schweißgeräts, das
in einem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann;
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2 ist
eine schematische Ansicht, die ein aus mehreren Schichten von Material
zusammengeschweißtes,
mehrschichtiges Werkstück
veranschaulicht;
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3 ist
eine schematische Ansicht eines Roboters, der an einer Ultraschall-Schweißpistole – die in
einem Verfahren der vorliegenden Erfindung benutzt werden kann – angebracht
und betriebsfähig ist,
um sie zu bewegen und zu positionieren;
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4 ist
eine vergrößerte Seitenansicht
der Ultraschall-Schweißpistole
von 3;
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5 ist
eine vergrößerte Seitenansicht
einer Ausführungsform
einer Ultraschall-Schweißpistole;
und
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6 ist
eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Ultraschall-Schweißgeräts.
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1 zeigt
ein Ultraschall-Schweißgerät 10,
das in einem Verfahren der vorliegenden Erfindung benutzt werden
kann. Das Ultraschall-Schweißgerät 10 schließt ein Rohr 12 und
eine zur Bewegung in einer Schwingungsrichtung von Seite zu Seite
oder in der Horizontalen darauf montierte Sonotrode 14 ein,
gezeigt durch den Pfeil 16.
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Das
Rohr 12 mit der montierten Sonotrode 14 bewegt
sich außerdem
in einer vertikalen Art und Weise, gezeigt durch den Pfeil 18,
und spannt in Zusammenarbeit mit einem Amboß 20 mehrere Schichten
von Material vor dem zusammenschweißen der Schichten, um ein mehrschichtiges
Bauglied 24 zu bilden.
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Wie
hierin verwendet bezieht sich der Begriff Sonotrode allgemein auf
das an dem Rohr 12 angebrachte Werkzeug. In vielen Fällen schließt die Sonotrode 14 auch
eine austauschbare Spitze ein. Dementsprechend ist die Sonotrode 14 das
am Ende des Rohrs 12 angebrachte Greifwerkzeug. Ein Wandler 22 wirkt
durch einen Keil 23, der die Schwingungen von dem Wandler 22 zu
dem Rohr überträgt.
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Wie
in 2 gezeigt, schließt das mehrschichtige Bauglied 24 eine
obere oder Deckschicht 26 ein; eine Innenschicht 28;
und eine untere oder Bodenschicht 30. Wurde das mehrschichtige
Bauglied 24 einmal gespannt, so schwingt ein Wandler 22 das
Rohr 12 mit einer hohen Frequenz, um an einem Ort zwischen
der Sonotrode 14 und Amboß 20 Energie an das
mehrschichtige Bauglied zu übermitteln.
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Die
Sonotrode 14 an die obere oder Deckschicht 26 angrenzend
zu positionieren bewirkt, daß die
Energie von der schwingenden Sonotrode mindestens zwischen der oberen
oder Deckschicht 26 und der Innenschicht 28 eine
Verbindung oder Schweißung 32 im
Einklang mit bekannten Ultraschall-Schweißprozessen bildet.
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Die
Erfindung schließt
ein Verfahren ein mehrere Schichten von Material unter Verwendung einer
Heftschweiß-Technik
zu verbinden, die aufeinander folgende Schweißungen 32 zwischen
der oberen oder Deckschicht 26 oder der unteren oder Bodenschicht 32 und
der Innenschicht 28 bildet, indem sie Ultraschallschwingungen
auf jede Seite des mehrschichtigen Bauglieds 24 anwendet.
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In
einer typischerweise für
eine Automobilanwendung verwendeten Ausführungsform bildet eine dreischichtige
Kombination aus Aluminium- und Magnesiumschichten das mehrschichtige Bauglied 24. Das
Magnesium bildet die Innenschicht 28, die zwischen die
aus Aluminium gebildeten Ober- 26 und Bodenlagen 30 gelegt
ist.
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Wie
in 2 veranschaulicht werden zwischen der inneren
Magnesiumschicht 28 und den Deck- und Bodenschichten 26, 30 aus
Aluminium aufeinander folgende Schweißungen 32 gebildet.
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In
einer Ausführungsform
erzielt es den Heftschweiß-Prozeß, entweder
das mehrschichtige Bauglied 24 oder das Ultraschall-Schweißgerät 10 physisch
zu rotieren oder umzudrehen.
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Speziell
schließt
das Verfahren die Schritte ein die jeweiligen inneren 28 und äußeren Schichten 26, 30 des
mehrschichtigen Bauglieds 24 zwischen der Sonotrode 14 und
dem Amboß 20 zu
spannen. Wie in 1 dargestellt ist die obere
oder Deckschicht 26 an die Sonotrode 14 angrenzend
plaziert und berührt
sie, wenn das mehrschichtige Bauglied 24 innerhalb des
Ultraschall-Schweißgeräts 10 geklammert
wird. Die Sonotrode schwingt dann, um Ultraschallenergie auf das
mehrschichtige Bauglied 24 zu übertragen, um eine Schweißung 32 hauptsächlich zwischen
der oberen oder Deckschicht 26 – in Berührung mit der Sonotrode 14 – und der
Innenschicht 28 zu bilden.
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Auf
einen Abschluß des
Schweißprozesses hin
wird das Ultraschall-Schweißgerät entspannt, und
entweder das mehrschichtige Bauglied 24 oder das Ultraschall-Schweißgerät 10 wird
derart rotiert oder umgedreht, daß die untere oder Bodenschicht 30 an
die Sonotrode 14 angrenzt. Das Ultraschall-Schweißgerät schließt sich
einmal mehr, um das mehrschichtige Bauglied 24 zwischen
der Sonotrode 14 und dem Amboß 20 zu spannen. Einmal
gespannt schwingt die Sonotrode 14 – in Berührung mit der unteren oder
Bodenschicht 30 – um
Ultraschallenergie zu übertragen,
um eine Schweißung 32 hauptsächlich zwischen
der unteren oder Bodenschicht 30 und der Innenschicht 28 zu
bilden.
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Dementsprechend
verbinden von abwechselnden Seiten des mehrschichtigen Bauglieds 24 angebrachte
Schweißungen 32 alle
drei Schichten des mehrschichtigen Bauglieds 24. Wie in 2 gezeigt
sind die Schweißungen 32 lateral
voneinander versetzt. 2 zeigt die hauptsächlich zwischen entweder
der oberen oder Deckschicht 26 oder der unteren oder Bodenschicht 30 und
der Innenschicht 28 gebildete Schweißzone 42. Einem Fachmann
ist es jedoch bekannt daß die
Schweißzone 42,
abhängig
von dem Betrag der von der Sonotrode 14 zu den einzelnen
Schichten übertragenen
Schwingungsenergie, sich von der oberen oder Deckschicht 26 durch die
Innenschicht 28 erstrecken oder sie durchdringen, und eine
zusätzliche
Schweißung
an der Grenzfläche 29 zwischen
der Innenschicht 28 und der unteren oder Bodenschicht 30 bilden
kann. Die Durchdringungstiefe der Schweißung 32 zu erhöhen resultiert
typischerweise in einer Steigerung der Festigkeit des mehrschichtigen
Bauglieds 24, da sich die Schweißung 32 durch beide
Grenzflächen 27, 29 der oberen
und unteren Schichten 26, 30 und die Innenschicht 28 hindurch
erstreckt.
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Die
vorliegende Erfindung betrachtet es außerdem mehr als drei Schichten
mit dem oben identifizierten Verfahren zu verschweißen. Dies
wird in einer von mehreren Arten und Weisen erreicht, von denen
eine es einschließt
ausreichend Ultraschallenergie derart zu erzeugen, daß eine Schweißung zwischen
mehreren Schichten des mehrschichtigen Bauglieds 24 gebildet
wird und sie durchdringt. Zum Beispiel erstreckt sich die Schweißung 32 in
einem vierschichtigen Aufbau durch die ersten und zweiten Schichten
hindurch – oder
durchdringt sie – und
in die dritte Schicht hinein; um die ersten, zweiten und dritten
Schichten an den Grenzflächen
zwischen der ersten und zweiten Schicht und der zweiten und dritten Schicht
zu verbinden.
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Wie
oben beschrieben rotiert dementsprechend entweder das mehrschichtige
Bauglied 24 oder das Ultraschall-Schweißgerät, wenn der Schweißprozeß einmal
abgeschlossen ist. Hiernach wird eine Schweißung 32 gebildet,
welche sich von der vierten Schicht durch die dritten und zweiten Schichten
hindurch erstreckt und erneut eine Schweißung an den Grenzflächen zwischen
der vierten und dritten Schicht und der dritten und zweiten Schicht
bildet.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung können
zusätzliche
Schichten hinzugefügt werden,
indem man sie auf die bereits geschweißten Schichten hinzufügt. Zum
Beispiel kann, beginnend mit einem dreischichtigen Mehrschichtbauglied,
eine vierte und fünfte
Schicht daran angeschweißt
werden. Dementsprechend kann eine Mehrzahl von Schichten ähnlicher
oder unähnlicher
Materialien miteinander verschweißt werden, um ein mehrschichtiges
Verbundmaterial zu bilden.
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Eine
weitere Ausführungsform
schließt
den Gebrauch von zwei in entgegengesetzte Richtung weisenden Sonotroden
ein, die jede betriebsfähig sind
um eine Schweißung
zu bilden. Wie unten genauer beansprucht dient – abhängig davon, welche Sonotrode
schwingt, um zur Bildung einer Schweißung Schwingungsenergie an
das mehrschichtige Bauglied zu vermitteln – jede Sonotrode als ein Amboß für die gegenüberliegende
Sonotrode. Die beiden Sonotroden spannen die mehreren Schichten zwischen
sich ein. Anfänglich
schwingt eine der Sonotroden, während die
andere Sonotrode stationär verbleibt
und als ein Amboß wirkt,
um eine Schweißung
zwischen der – an
die Sonotrode angrenzenden – oberen
oder Deckschicht und der Innenschicht zu bilden. Auf Abschluß des anfänglichen
Schweißprozesses
hin bleibt die erste Sonotrode stationär, während die gegenüberliegende
Sonotrode schwingt, um eine Schweißung zwischen der Bodenschicht – an die
gegenüberliegende
oder zweite Sonotrode angrenzend – und der Innenschicht zu bilden.
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Dementsprechend
verbinden von abwechselnden Seiten her aufgebrachte Schweißungen die drei
Schichten des mehrschichtigen Bauglieds. Vor Bildung der zweiten
Schweißung
können
die Sonotroden – wie
oben beansprucht – von
dem mehrschichtigen Bauglied entspannt und erneut positioniert werden;
derart, daß die
zweite Schweißung
von der ersten Schweißung
lateral versetzt ist.
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In 3 ist
eine Ausführungsform
eines Ultraschall-Schweißaufbaus 44 gezeigt,
die in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung benutzt werden kann.
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Der
Ultraschall-Schweißaufbau 44 schließt einen
Roboter ein, allgemein bei 46 zu sehen, der eine Ultraschall-Schweißpistole 48 trägt. Ein
Sockel 50, der ein drehbar auf dem Sockel 50 getragenes bewegliches
Bauglied 52 einschließt,
trägt den
Roboter 46 zur Bewegung in der durch den Pfeil 54 angedeuteten
Richtung. Ein erster Arm 56 ist zur Bewegung in der durch
den Pfeil 60 angedeuteten Richtung an einem ersten Zapfengelenk 58 schwenkbar mit
dem beweglichen Bauglied 52 verbunden. Ein zweites Zapfengelenk 62 verbindet
den ersten Arm 56 mit einem zweiten Arm 64 und
ermöglicht
eine Bewegung in der durch den Pfeil 66 angedeuteten Richtung.
Ein drittes Zapfengelenk 68 verbindet einen dritten Arm 70 mit
dem zweiten Arm 64 und ermöglicht eine Bewegung in der
durch den Pfeil 72 angedeuteten Richtung. Ein auf dem dritten
Arm 70 angeordnetes Drehgelenk 74 ermöglicht die
Drehung des dritten Arms 70 um die Längsachse des dritten Arms 70 in
der durch den Pfeil 76 gezeigten Richtung.
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Eine
Regeleinheit 78, einschließlich einer Verarbeitungseinheit
um Regelinformationen zu empfangen und zu senden, arbeitet um die
Ultraschall-Schweißpistole 48 zu
positionieren, um den Schweißvorgang
zu verrichten. Die Regeleinheit 78 steuert auch den Betrieb
der Ultraschall-Schweißpistole 48.
Dementsprechend ist der Ultraschall-Schweißaufbau 44 programmierbar,
um eine Vielzahl von Schweißaufgaben
in verschiedenen Stellungen an verschiedenen Materialtypen zu verrichten.
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Wendet
man sich nun 4 zu, so ist dort die Ultraschall-Schweißpistole 48 genauer
gezeigt. Wie gezeigt besitzt die Ultraschall-Schweißpistole 48 einen
C-förmigen
Rahmen 80, einschließlich
eines durch einen Säulenabschnitt 86 verbundenen
Sockelabschnitts 82 und eines Kopfabschnitts 84.
Der C-förmige
Rahmen definiert eine Ausladung 88, in welche hinein die
mehreren Schichten eingesetzt werden. Die Tiefe der Ausladung 88 limitiert
die Lage der Schweißungen
auf dem mehrschichtigen Bauglied. Zum Beispiel ermöglicht es
eine tiefere Ausladung 88 das mehrschichtige Bauglied in
einer größeren Entfernung
von der Umfangskante davon zu schweißen.
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Der
Amboß 90 ist über mit
Gewinde versehene Befestigungen 92 an dem C-förmigen Rahmen 80 gesichert.
Der Amboß 90 kann
auch einen integralen Teil des Sockelabschnitts 82 bilden,
in dem nur der Spitzenabschnitt 94 des Amboß 90 entfernbar
an dem Sockelabschnitt 82 gesichert ist.
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Für eine Hin-
und Herbewegung auf dem Kopfabschnitt 84 des C-förmigen Rahmens 80 ist eine
Ultraschall-Schweißvorrichtung 95 montiert,
einschließlich
einer an einem Rohr 96 montierten Sonotrode 112.
Im vorliegenden Fall ist das Rohr 96 gleitend innerhalb
einer Führungs-
oder Stützklammer 98 gesichert,
die an dem Kopfabschnitt 84 gesichert ist.
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Ein
Rohrträger 100 stützt und
führt weiterhin das
obere Ende 97 des Rohrs 96. Eine Zylinder-Tragklammer 103 stützt einen
Spannzylinder 102, entweder vom hydraulischen oder pneumatischen
Typ, auf dem Kopfabschnitt 84. Zusätzlich können auch andere Typen von
Antriebsmechanismen verwendet werden, wie etwa Führungsschrauben oder Servos.
Eine Kupplung 106 verbindet ein Stabbauglied 104 des Spannzylinders 102 mit
dem oberen Ende 97 des Rohrs 96. Im Betrieb zwingt
der Spannzylinder 102 die Sonotrode 96 nach innen
in Richtung des Amboß 90,
um die mehreren Schichten zwischen dem Amboß 90 und Sonotrode 112 zu
spannen. Einmal gespannt schwingt ein Wandler 108 einen
an dem Rohr 96 angeschlossenen Keil 96, um eine
Schwingungsbewegung zu der Sonotrodenspitze 112 zu vermitteln,
um den Schweißvorgang
zu verrichten. Diese Anordnung ist ähnlich zu der in 1 gezeigten.
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Der
folgende Teil der Beschreibung fällt
nicht in den Rahmen der vorliegenden Erfindung, wie sie in den angefügten Ansprüchen definiert
ist.
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Wendet
man sich nun 5 zu, so ist dort eine Ausführungsform
eines Ultraschall-Schweißaufbaus 114 gezeigt.
Der Ultraschall-Schweißaufbau 114 schließt einen
C-förmigen
Rahmen 116 ein, der Ultraschall-Schweißvorrichtungen 117 trägt; einschließlich Sonotroden 118,
die sowohl am Kopfabschnitt 120 wie auch dem Sockelabschnitt 122 des C-förmigen Rahmens 116 montiert
sind. In allen anderen Aspekten ist die Montageanordnung und der Betrieb
der Ultraschall-Schweißvorrichtungen 117, einschließlich der
Sonotroden 118, identisch mit der Ultraschall-Schweißvorrichtung 95 der
vorigen Ausführungsform.
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In
dieser Ausführungsform
dienen die zwei Sonotroden 118 während des Schweißprozesses
abwechselnd als der Amboß für die gegenüberliegende Sonotrode 118.
Zum Beispiel kommen die beiden Sonotroden während des Schweißprozesses
zusammen, um die mehreren Schichten zum Schweißen in Position zu spannen.
Eine der beiden Sonotroden 118 verbleibt stationär und fungiert
als ein Amboß, während die
gegenüberliegende
Sonotrode schwingt um eine Schweißung zu bilden. Nachdem die
erste Sonotrode den Schweißprozeß abgeschlossen
hat bleibt sie stationär,
und die gegenüberliegende
Sonotrode wird aktiviert um auf der gegenüberliegenden Seite des mehrschichtigen
Bauglieds – gegenüber der
ersten Schweißung – eine Schweißung zu
bilden. Der Prozeß kann
für beide
Pistolen die gleiche Stromversorgung verwenden.
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Zusätzlich können die
Sonotroden vor Aktivierung der gegenüberliegenden Sonotrode von
dem mehrschichtigen Bauglied entspannt und in eine neue Position
verschoben werden. Die Sonotroden werden dann erneut an dem mehrschichtigen
Bauglied verspannt; wobei die Sonotrode, welche die vorige Schweißung verrichtet
hat, nun als der Amboß fungiert;
und jene die Funktion des Amboß verrichtende
Sonotrode nun schwingt, um eine Schweißung zu bilden. Dementsprechend
verbindet eine derartige Vorrichtung mehrere Schichten von Material
mit von abwechselnden Seiten in verschiedenen Positionen angebrachten
Schweißungen;
einschließlich
eines Versatzes von jenen auf der gegenüberliegenden Oberfläche, ohne
die Notwendigkeit entweder die Ultraschall-Schweißpistole
oder das mehrschichtige Bauglied zu drehen.
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Eine
weitere Ausführungsform
eines Ultraschall-Schweißgeräts ist in 6 veranschaulicht. Darin
ist ein modulares Schweißgerät gezeigt,
allgemein bei 128 gezeigt, um zwischen entsprechenden Flanschabschnitten 130, 131 erster 132 und
zweiter 134 Werkstücke
zu schweißen
oder eine Schweißung zu bilden.
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Das
Gerät weicht
darin von den oben offenbarten Ausführungsformen ab, daß der jeweilige Amboß 136 und
die Sonotrode 138 an einzelne Rahmen- oder Trägerbauglieder 140, 142 montiert
sind.
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Die
Sonotrode 138 ist für
eine Hin- und Herbewegung auf einem aufrechten Trägerbauglied 144 des
Rahmens 142 montiert. Ein Kraftzylinder 148 treibt
eine Mehrzahl von schwenkbar mit dem Rahmen 142 verbundenen
Verbindungsriegeln 146 an. Dementsprechend arbeitet der
Kraftzylinder 148 um die Sonotrode 138 in einer
hin- und herbewegenden Art und Weise auf dem Rahmen 142 zu
bewegen. Folglich bewegt sich die Sonotrode 138 zwischen
einer gelösten
Stellung; wo die Sonotrode 138 von dem Flanschabschnitt 130 getrennt
ist, und einer eingerückten
Stellung, wo die Sonotrode 138 den Flanschabschnitt 130 berührt.
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Während hierin
als Verbindungsriegel 146 und einen Kraftzylinder 148 einsetzend
gezeigt, um die Sonotrode 138 hin- und herzubewegen, liegt
jegliche geeignete Anordnung innerhalb des Rahmens dieser Erfindung,
welche die Sonotrode in hin- und herbewegender Art und Weise derart
bewegt, daß sie mit
dem Amboß 136 zusammenwirkt
um die Flanschabschnitte 130, 131 vor dem Schweißvorgang
zu spannen.
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Ein
Verbindungsriegel 150 montiert den Amboß 136 schwenkbar an
dem Rahmenbauglied 140. Ein schwenkbar mit dem Rahmen 140 verbundener Kraftzylinder 152 verbindet
mit dem Verbindungsriegel 150. Der Kraftzylinder 152 arbeitet
um den Amboß 136 zwischen
einer gelösten
Stellung, in welcher der Amboß 136 von
dem Flanschabschnitt 131 getrennt ist, und einer eingerückten Stellung
zu bewegen, in welcher der Amboß 136 den
Flanschabschnitt 131 auf dem zweiten Werkstück 134 berührt und während des
Ultraschall-Schweißvorgangs
beide der Flanschabschnitte 130, 131 stützt.
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Eine
Regeleinheit 154 verbindet die jeweiligen Kraftzylinder 148, 152 und
den Wandler 133 durch Steuerleitungen 156, und
arbeitet um den Betrieb des modularen Ultraschall-Schweißgeräts 128 zu
regeln. Die Regeleinheit 154 kann Sensoren und Rückführungsschleifen-Technologie einschließen.
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Gemäß dieser
in 6 veranschaulichten weiteren Ausführungsform
werden die ersten und zweiten Werkstücke 132, 134 vor
dem Schweißvorgang
in einer vorherbestimmten Stellung positioniert, typischerweise
innerhalb einer Befestigung oder Aufspannvorrichtung. Der Amboß 136 und
Sonotrode 138 bewegen sich in ihre jeweiligen eingerückten Positionen,
die auf gegenüberliegenden
Seiten der einzelnen Flanschabschnitte 130, 131 angeordnet
sind. Die Sonotrode 138 wird gegen den Flanschabschnitt 130 des
zweiten Werkstücks 134 gedrückt und spannt
entsprechend den Flanschabschnitt 130 gegen den gegenüberliegenden
Flanschabschnitt 131 des von dem Amboß 136 gestützten ersten
Werkstücks 132.
Die Sonotrode 138 schwingt um eine Schweißung zu
erzeugen. Ist die Schweißung
abgeschlossen, so werden der Amboß 136 und Sonotrode 138 in
ihre jeweiligen gelösten
Stellungen zurückgezogen.
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Die
hierin gezeigten Ultraschall-Schweißaufbauten verwenden einen
Amboß,
der die verschiedenen Werkstücke
während
des Schweißvorgangs stützt. Unter
manchen Bedingungen wirkt die Masse des Werkstücks selbst als der Amboß, und beseitigt so
die Notwendigkeit eines Amboß.
Wenn man zum Beispiel ein kleines oder dünnes Werkstück an irgendeinen Abschnitt
eines großen
Bauglieds oder Rahmens anschweißt,
so kann die Masse des Bauglieds oder Rahmens derart ausreichend
sein, daß nur
die Sonotrode benutzt wird. Das heißt es wird kein Amboß benötigt, wenn
die Masse des größeren Werkstücks ausreichend
ist um Schwingungen der Sonotrode zu widerstehen. Dementsprechend schwingt
die Sonotrode das kleinere Werkstück auf dem größeren Werkstück um es
daran anzuschweißen.
Die Stützbefestigung
oder Aufspannvorrichtung kann als ein Amboß wirken und den Unterteil
oder das erste Werkstück 132 fixiert
halten.
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Speziell
hält die
Sonotrode das kleinere Werkstück
gegen das größere Werkstück. Die
Sonotrode zu aktivieren schweißt
das kleinere Werkstück an
dem größeren Werkstück an. Dementsprechend beseitigt
dies die Notwendigkeit des Amboß und
ermöglicht
das Anschweißen
kleiner und unähnlicher Teile
an ein größeres Werkstück, wie
einen Automobilrahmen. Zum Beispiel wird eine Erdungsklammer oder
ein Kabel trotz jeglicher Unähnlichkeit
der Materialien zwischen den zwei Teilen leicht an ein Automobilrahmen-Bauglied angeschweißt.
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Zusätzlich ermöglicht ein
solches Gerät
die Ultraschallschweißung
vorlackierter oder anodisierter Werkstücke. Die den verschiedenen
Werkstücken übermittelte
Schwingungsenergie wirkt um die Unreinheiten von der Oberfläche aneinander
angrenzender Werkstücke
abzutragen oder wegzureiben, bis ein Kontakt Metall-auf-Metall erreicht
wird. Dementsprechend ermöglicht
eine derartige Ultraschallschweißung die Verbindung unähnlicher
oder anders beschichteter Materialien.
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Folglich
stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren bereit um unähnliche
Werkstücke
wie Aluminium und Magnesium durch Ultraschallschweißung unter
Verwendung eines Heftschweiß-Verfahrens
zu verbinden, das aufeinander folgende Schweißungen zwischen den inneren
und äußeren Schichten
bildet. Weiterhin stellt die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren
bereit um mehrere Schichten ähnlicher
Materialien zu verbinden.
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Dementsprechend
stellt die vorliegende Erfindung ein Ultraschall-Schweißverfahren
bereit um Schichten von Materialien zu verbinden.
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Es
sollte jedoch erkannt werden, daß die vorangegangenen spezifischen
Ausführungsformen zum
Zweck der Veranschaulichung der funktionellen und strukturellen
Prinzipien der Erfindung gezeigt und beschrieben wurden, und Gegenstand
einer Veränderung
sind ohne sich von derartigen Prinzipien zu entfernen. Daher schließt diese
Erfindung alle innerhalb des Rahmens der folgenden Ansprüche umfaßten Modifikationen
mit ein.