DE9212560U1 - Ultrasonic welding device, especially for small parts - Google Patents

Ultrasonic welding device, especially for small parts

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Description

ULTRASCHALL-SCHWEISSEINRICHTUNG, INSBESONDERE FÜR KLEINTEILEULTRASONIC WELDING EQUIPMENT, ESPECIALLY FOR SMALL PARTS

Die Erfindung betrifft eine Ultraschall-Schweißeinrichtung, insbesondere für Kleinteile, gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des -Anspruchs 1.The invention relates to an ultrasonic welding device, in particular for small parts, according to the features in the preamble of claim 1.

,Q Beim Aufsetzen der Sonotrode des Ultraschallwandlers auf die zu verschweißenden Werkstücke beginnt der Schweißvorgang. Dabei wird ein bestimmter Schweißdruck aufgebracht, so daß beim Erweichen der Werkstücke die Sonotrode einsinkt, bis eine bestimmte Tiefe erreicht ist, in der die Sonotrode,Q When the sonotrode of the ultrasonic transducer is placed on the workpieces to be welded, the welding process begins. A certain welding pressure is applied so that when the workpieces soften, the sonotrode sinks in until a certain depth is reached at which the sonotrode

gehalten wird, bis die Schweißung beendet ist, worauf das 15is held until the welding is finished, whereupon the 15

Gerät abgeschaltet und die Sonotrode bis zum Erstarren der Schweißung in dieser Lage gehalten wird.The device is switched off and the sonotrode is held in this position until the weld solidifies.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der dieser Ablauf für den Schweißvorgang mit möglichst einfachen Mitteln genau und zuverlässig ausgeführt werden kann.The invention is based on the object of creating a device with which this welding process can be carried out precisely and reliably using the simplest possible means.

Die genannte Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale „_ des BLnspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.The above object is achieved according to the invention by the features "_ of claim 1. Advantageous further developments are revealed by the subclaims.

Die an den senkrechten Führungssäulen verschiebbare Platte trägt mittig den Ultraschallwandler, der innerhalb eines Rohres angeordnet ist und dessen Sonotrode nach unten aus der Platte vorsteht. Das Rohr dient zum Schutz des Ultraschallwandlers sowie zum Aufsetzen von Zusatzgewichten in Form von Ringen. Die Anordnung ist so getroffen, daß auf die Führungssäulen keine Kippkräfte übertragen werden. Die Sonoo_ trode mit dem Ultraschallwandler ist gleichachsig mit dem Rohr angeordnet und liegt mittig zwischen dem FührungslagernThe plate, which can be moved along the vertical guide columns, carries the ultrasonic transducer in the middle, which is arranged inside a tube and whose sonotrode protrudes downwards from the plate. The tube serves to protect the ultrasonic transducer and to attach additional weights in the form of rings. The arrangement is such that no tilting forces are transmitted to the guide columns. The sonotrode with the ultrasonic transducer is arranged coaxially with the tube and is located centrally between the guide bearings.

. der Säulen.. of the pillars.

Die Längsverschiebung der Platte erfolgt über eine von einem geeigneten Motor angetriebene Kurvenscheibe. ErfindungsgemäßThe longitudinal displacement of the plate is carried out by a cam disk driven by a suitable motor. According to the invention

c ruht dabei die Platte auf der Kurvenscheibe, d.h. wird von &ogr; c the plate rests on the cam disk, ie is moved by &ogr;

der Kurvenscheibe getragen. Dreht sich die Kurvenscheibe, so wird damit die Platte abgesenkt bzw. angehoben.the cam disc. When the cam disc rotates, the plate is lowered or raised.

Unterhalb der Sonotrode befindet sich eine Aufnahme, in welche die zu verschweißenden Werkstücke eingelegt werden. Die Kurvenscheibe wird nun gedreht, so daß sich die Platte mit der Sonotrode absinkt, bis die Sonotrodenstirnseite auf die zu verschweißenden Werkstücke aufsetzt. Die Kurvenscheibe wird weitergedreht und löst sich damit von der Platte, die nun allein durch ihr Gewicht sowie das GewichtThere is a holder underneath the sonotrode into which the workpieces to be welded are placed. The cam disc is now rotated so that the plate with the sonotrode sinks until the front of the sonotrode rests on the workpieces to be welded. The cam disc is rotated further and thus detaches itself from the plate, which is now held in place solely by its weight and the weight

der von ihr getragenen Bauteile den Schweißdruck liefert. Damit ist der Schweißdruck allein vom Gewicht der Platte, der mit ihr verbundenen Bauteile und der aufgesetzten Gewichtsringe bestimmt. Der Schweißvorgang erfolgt somit allein abhängig vom Gewicht, das den Schweißdruck bestimmt.of the components it supports provides the welding pressure. The welding pressure is therefore determined solely by the weight of the plate, the components connected to it and the weight rings attached. The welding process is therefore carried out solely depending on the weight, which determines the welding pressure.

Die Einsinktiefe der Sonotrode kann durch einen mechanischen Anschlag in Mikrometerausführung begrenzt werden. Außerdem kann zusätzlich ein elektrischer Endschalter vorgesehenThe depth of the sonotrode can be limited by a mechanical stop in micrometer design. In addition, an electrical limit switch can be provided

„_ sein, der bei Erreichen des Anschlags anspricht und den 25„_ which responds when the stop is reached and the 25

Ultraschallwandler abschaltet. Auch der mechanische Anschlag und der elektrische Endschalter sind symmetrisch an der Platte in bezug auf die Führungssäulen angeordnet, um Kippkräfte zu vermeiden.Ultrasonic transducer switches off. The mechanical stop and the electrical limit switch are also arranged symmetrically on the plate in relation to the guide columns in order to avoid tipping forces.

Unterhalb der Platte kann eine weitere Platte als Niederhalter verschiebbar an Führungsstangen vorgesehen sein. Mittig zwischen den Führungsstangen ist eine Öffnung, durch welche die Sonotrode greift. Wird die Platte mit der NockenscheibeBelow the plate, another plate can be provided as a hold-down device that can be moved on guide rods. In the middle between the guide rods there is an opening through which the sonotrode reaches. If the plate is connected to the cam disk

abgesenkt, so setzt zunächst der Niederhalter auf die zu 35lowered, the hold-down device first sets on the 35

verschweißenden Teile bzw. auf das Aufnahmewerkzeug auf,parts to be welded or on the holding tool,

^ während die Platte sich weiter nach unten senkt, bis die Sonotrode auf die Werkstücke aufsetzt. Jetzt erfolgt der Schweißvorgang, bis der Anschlag erreicht ist bzw. der elektrische Endschalter anspricht. Mit dem Niederhalter wird die^ while the plate continues to lower until the sonotrode touches the workpieces. The welding process now takes place until the stop is reached or the electrical limit switch is activated. The downholder is used to hold the

c Position der zu verschweißenden Teile gesichert. Der Niederhalter befindet sich in einer definierten Position in Anlage an den Werkstücken bzw. dem Aufnahmewerkzeug. So trägt die Niederhalterplatte jeweils die Gegenstücke des mechanischen Anschlags bzw. des Schalters.c Position of the parts to be welded is secured. The hold-down device is in a defined position in contact with the workpieces or the holding tool. The hold-down plate thus carries the counterparts of the mechanical stop or the switch.

Die Platte selbst ist seitlich mit einer drehbaren RolleThe plate itself is equipped with a rotating roller on the side

versehen, die oben auf der Kurvenscheibe aufsitzt. Die Rolle, insbesondere ein Kugellager, sitzt dabei längsseitig und mittig an der Platte, um ein möglichst kleines Drehte, moment auf die Platte auszuüben.
bwhich sits on top of the cam disk. The roller, in particular a ball bearing, sits lengthways and centrally on the plate in order to exert as little rotational moment as possible on the plate.
b

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigtAn embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the drawing. It shows

Fig. 1 einen Schnitt durch die Schweißeinrichtung von vorne gesehen undFig. 1 a section through the welding device seen from the front and

Fig. 2 eine Seitenansicht der Schweißeinrichtung.Fig. 2 a side view of the welding device.

Auf einer Basisplatte 1 sind zwei senkrechte Führungssäulen 2 und 3 befestigt. Ein Schlitten 4 ist an den Führungssäulen 2 und 3 der Höhe nach verschiebbar. Der Schlitten 4 ist in Form einer rechteckigen Platte 5 vorgesehen, die mit Führungsbuchsen 6, 7 versehen ist, in denen nicht dargestellt Kugellager montiert sind, um eine präzise und leichtgängige Verschiebung zu ermöglichen.Two vertical guide columns 2 and 3 are attached to a base plate 1. A slide 4 can be moved vertically on the guide columns 2 and 3. The slide 4 is provided in the form of a rectangular plate 5, which is provided with guide bushings 6, 7 in which ball bearings (not shown) are mounted in order to enable precise and smooth movement.

Mittig zwischen den beiden Führungsbuchsen 6, 7 trägt die Platte 5 die Schweißeinrichtung in Form eines Ultraschallwandlers 8 und einer Sonotrode 9. Die Sonotrode 9 ist mitIn the middle between the two guide bushes 6, 7, the plate 5 carries the welding device in the form of an ultrasonic transducer 8 and a sonotrode 9. The sonotrode 9 is equipped with

einem Boosterring 10 versehen, die in einer entsprechenden oba booster ring 10, which in a corresponding ob

Öffnung der Platte 5 zu liegen kommt und auf die ein Ring aufgesetzt ist, der an der Platte 5 befestigt ist und damit die Ultraschalleinrichtung 8, 9 an der Platte 5 besfestigt. Die Befestigung der Ultraschalleinrichtung kann natürlich auch in jeder anderen Art erfolgen.Opening of the plate 5 and onto which a ring is placed, which is attached to the plate 5 and thus attaches the ultrasound device 8, 9 to the plate 5. The ultrasound device can of course also be attached in any other way.

Auf den Ring 11 ist ein Rohr 12 aufgesetzt. Innerhalb des Rohres liegt somit der Wandler 8. Auf das zylindrische Rohr 12 sind Gewichtsringe 14 aufsetzbar. Beispielsweise kann das ,Q Rohr 5 Ringe 14 mit einem Gewicht von jeweils 1 kg tragen.A tube 12 is placed on the ring 11. The converter 8 is therefore located inside the tube. Weight rings 14 can be placed on the cylindrical tube 12. For example, the ,Q tube can carry 5 rings 14, each weighing 1 kg.

Die besondere Bauweise des Schlittens 4 verhindert somit das Auftreten von Kippkräften auf die Führungsbuchsen 6, 7.The special design of the slide 4 thus prevents the occurrence of tilting forces on the guide bushes 6, 7.

Auf der Unterseite der Platte 5 ist ein plattenförmiger Niederhalter 20 angeordnet, der an Führungsstangen 21, 22 längsverschiebbar ist. Zur Reibungsminderung dienen wiederum Führungsbuchsen mit nicht dargestellten Kugellagern. Die Anordnung ist wiederum symmetrisch gegenüber den Führungssäulen 2 und 3. Ferner trägt die Platte 5 zwei Mikrometer und 26, deren nach unten vorstehende einstellbare Stangen und 28 mit Anschlägen 29, 30 zusammenwirken, die an der Niederhalterplatte 20 befestigt sind. Die Niederhalterplatte dient als Bezugsebene. Das Mikrometer 26 dient als mechanischer Anschlag, während das Mikrometer 25 als elektrischer _j- Endschalter ausgebildet ist, um den Ultraschallwandler 8 abzuschalten, wenn die Einsinktiefe erreicht ist. Das Mikrometer 26 begrenzt die Einsinktiefe auf einen einstellbaren Wert.On the underside of the plate 5 there is a plate-shaped hold-down device 20 which can be moved longitudinally on guide rods 21, 22. Guide bushings with ball bearings (not shown) are used to reduce friction. The arrangement is again symmetrical with respect to the guide columns 2 and 3. The plate 5 also carries two micrometers 2 and 26, whose downwardly projecting adjustable rods 2 and 28 interact with stops 29, 30 which are attached to the hold-down plate 20. The hold-down plate serves as a reference plane. The micrometer 26 serves as a mechanical stop, while the micrometer 25 is designed as an electrical limit switch to switch off the ultrasonic transducer 8 when the sinking depth is reached. The micrometer 26 limits the sinking depth to an adjustable value.

Die zu verschweißenden Werkstücke 30 werden in ein Aufnahme-30 The workpieces 30 to be welded are placed in a holder 30

werkzeug 31 eingelegt, das beispielsweise auf einer an der Basis 1 verschiebbaren Führung 32 um die Sonotrode 9 einschiebbar ist, sobald die zu verschweißenden Werkstücke 30 eingelegt sind.tool 31 is inserted, which can be pushed around the sonotrode 9, for example, on a guide 32 that can be moved on the base 1, as soon as the workpieces 30 to be welded are inserted.

Der Antrieb der Platte 5 ist in Fig. 2 dargestellt und besteht aus einem gehäusefesten Motor 35, der vorzugsweise als rotierender Luftmotor ausgeführt ist. Der Motor treibt eine exzentrische auf der Welle 36 befestigte Nockenscheibe c 37, auf der sich ein Kugellager 38 abstützt, das seitlich an der Platte 5 drehbar befestigt ist.The drive of the plate 5 is shown in Fig. 2 and consists of a motor 35 fixed to the housing, which is preferably designed as a rotating air motor. The motor drives an eccentric cam disk c 37 fixed to the shaft 36, on which a ball bearing 38 is supported, which is rotatably attached to the side of the plate 5.

/
Die Betriebsweise ist folgende:/
The mode of operation is as follows:

Die zu verschweißenden Werkstücke werden in das Aufnahmewerkzeug 11 eingelegt, und dieses wird dann unter die Sonotrode 9 geschoben. Dann wird der Luftmotor 35 eingeschaltet, und die Nockenscheibe 37 dreht sich. Dabei wird der Schlitten 4 abgesenkt, und zwar zunächst mit verhältnismäßig hoher Geschwindigkeit. Über einen nicht dargestellten Endschalter wird die hohe Geschwindigkeit auf langsame Zustellgeschwindigkeit umgeschaltet und dann der Ultraschallwandler eingeschaltet .The workpieces to be welded are placed in the holding tool 11, which is then pushed under the sonotrode 9. The air motor 35 is then switched on, and the cam disk 37 rotates. The carriage 4 is lowered, initially at a relatively high speed. The high speed is switched to a slow feed speed via a limit switch (not shown) and then the ultrasonic converter is switched on.

Zunächst setzt der Niederhalter 20 auf die Werkstücke 30 oder neben den Werkstücken auf das Aufnahmewerkzeug 31 auf und bildet somit eine Bezugsebene. Die Platte 5 senkt sich weiter ab, bis die Sonotrode 9 auf die Werkstücke 30 aufsetzt. Damit beginnt der Schweißvorgang, und der Kunststoff der Werkstücke erweicht sich. Die Drehung der Nockenscheibe 37 wird fortgesetzt, d.h. die Rolle 38 liegt nicht mehr auf der Nockenscheibe 37, sondern liegt frei. Deshalb wird der Schweißdruck nun allein vom Gewicht des Schlittens einschließlich der Beschwerungsringe 14 aufgebracht. Die Sono-First, the hold-down device 20 is placed on the workpieces 30 or next to the workpieces on the holding tool 31 and thus forms a reference plane. The plate 5 continues to lower until the sonotrode 9 is placed on the workpieces 30. This begins the welding process and the plastic of the workpieces softens. The rotation of the cam disk 37 is continued, i.e. the roller 38 is no longer on the cam disk 37, but is free. Therefore, the welding pressure is now applied solely by the weight of the carriage including the weighting rings 14. The sono-

trode sinkt ein, bis der mechanische Anschlag 30 erreicht 3Utrode sinks until the mechanical stop reaches 30 3U

ist. Der Endschalter 25 schaltet den Wandler 8 ab. Der Schlitten bleibt für eine bestimmte Zeit in dieser Lage, in der die Schweißstelle sich verfestigt. Anschließend gelangt die sich weiterdrehende Nockenscheibe 37 wieder in Anlage an die Rolle 38, und der Schlitten 5 wird angehoben. Die Schweißung ist beendet.The limit switch 25 switches off the converter 8. The carriage remains in this position for a certain time, in which the weld solidifies. Then the cam disk 37, which continues to rotate, comes back into contact with the roller 38 and the carriage 5 is raised. The welding is finished.

, Die Schweißeinrichtung eignet sich insbesondere zum Schweißen von Kleinteilen, beispielsweise bei der Herstellung von Uhren oder mikroelektronischen Bauteilen. Auf die zu verschweißenden Teile wird ein genau bestimmbarer, The welding device is particularly suitable for welding small parts, for example in the manufacture of watches or microelectronic components. A precisely defined

c Schweißdruck aufgebracht. Die ausgeübten Kräfte wirken linear, so daß ein Verschieben oder Verrutschen der Werkstücke vermieden ist. Der elektrische Endschalter ist nicht unbedingt erforderlich. Das Abschalten kann auch durch eine Zeiteinstellung erfolgen.c welding pressure is applied. The forces exerted act linearly, so that the workpieces cannot move or slip. The electrical limit switch is not absolutely necessary. The switch-off can also be carried out by setting a time.

Claims (7)

7 Bfc¥Bi»ANSPRÜCHE7 Bfc¥Bi»CLAIMS c 1. Ultraschall-Schweißeinrichtung, insbesondere für &ogr; c 1. Ultrasonic welding device, in particular for &ogr; Kleinteile, mit einer Sonotrode, die durch Verschieben an senkrechten Führungen auf die zu schweißenden Werkstücke aufgesetzt wird, worauf Schweißdruck aufgebracht, die Teile verschweißt und die Sonotrode in dieser Lage gehalten wird, bis die Schweißung vollendet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schlitten (4) an senkrechten Führungssäulen (2, 3) verschiebbar ist, der Schlitten symmetrisch zu den Führungssäulen ein Rohr (12) trägt, indem ein Ultraschallwandler mit der Sonotrode (9) aufgenommen ist, daß der Antrieb desSmall parts, with a sonotrode which is placed on the workpieces to be welded by sliding on vertical guides, whereupon welding pressure is applied, the parts are welded and the sonotrode is held in this position until the welding is completed, characterized in that a carriage (4) is displaceable on vertical guide columns (2, 3), the carriage carries a tube (12) symmetrically to the guide columns, in which an ultrasonic transducer is accommodated with the sonotrode (9), that the drive of the , c Schlittens über eine Kurvenscheibe (37) erfolgt, von der der b, c carriage via a cam disk (37) from which the b Schlitten getragen ist, und daß beim Aufsetzen der Sonotrode auf die zu schweißenden Werkstücke durch Weiterdrehen der Kurvenscheibe der Schlitten von der Kurvenscheibe freikommt und der Schweißdruck allein von dem Gewicht des Schlittens einschließlich der an ihm befestigten Bauteile aufgebracht wird.carriage, and that when the sonotrode is placed on the workpieces to be welded, the carriage is released from the cam by further turning the cam and the welding pressure is applied solely by the weight of the carriage, including the components attached to it. 2. Schweißeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Rohr (12) gleichachsig zur Sonotrode (9) Gewichtsringe (14) aufsetzbar sind.2. Welding device according to claim 1, characterized in that weight rings (14) can be placed on the tube (12) coaxially to the sonotrode (9). 3. Schweißeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Abstützen der Platte auf der Nockenscheibe an der Platte ein Kugellagerring (38) drehbar angeordnet ist.3. Welding device according to claim 1 or 2, characterized in that a ball bearing ring (38) is rotatably arranged on the plate for supporting the plate on the cam disk. 4. Schweißeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Führungssäulen (2, 3) vorgesehen sind, zwischen denen mittig das die Sonotrode aufnehmende Rohr (12) auf die Platte aufgesetzt ist.4. Welding device according to one of claims 1 to 3, characterized in that two guide columns (2, 3) are provided, between which the tube (12) receiving the sonotrode is placed centrally on the plate. . . 5. Schweißeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der Platte (5) ein plattenförmiger Niederhalter (20) angeordnet ist, der längs an der Platte befestigten Führungsstangen (21, 22) ver-5. Welding device according to one of claims 1 to 4, characterized in that a plate-shaped hold-down device (20) is arranged below the plate (5), which guide rods (21, 22) are attached lengthwise to the plate. j- schiebbar ist und daß zwischen der Platte und dem Niederhalter mindestens ein mechanisch einstellbarer Anschlag vorgesehen ist, der die Einsinktiefe der Sonotrode (9) in das Werkstück beim Schweißen begrenzt.j- is slidable and that between the plate and the hold-down device at least one mechanically adjustable stop is provided, which limits the depth of penetration of the sonotrode (9) into the workpiece during welding. 6. Schweißeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein elektrischer Endschalter zum Abschalten des Ultraschallwandlers vorgesehen ist.6. Welding device according to claim 5, characterized in that an electrical limit switch is additionally provided for switching off the ultrasonic transducer. 7 . Schweißeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß &igr;
Luftmotor (35) angetrieben ist.7. Welding device according to one of claims 1 to 6, characterized in that &igr;
Air motor (35) is driven. 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenscheibe von einem6, characterized in that the cam disc is driven by a
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