Ultraschall-Schweissverfahren und -Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kopf- schweissen eines drahtförmigen Körpers an die Ober fläche eines zweiten, z. B. plattenförmigen Körpers und eine Ultraschall-Schweissvorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Es ist bereits bekannt, zwischen der Stirnfläche eines Drahtes, d. h. seiner zur Mittellinie senkrechten Schneidfläche, und dem zweiten Körper eine elektrische Funkenentladung zu erzeugen, so dass eine sogenannte Stiftschweisse entsteht. Wenn die Dicke beider Körper hinreichend gross ist, bereitet dieses Ver fahren keine unüberwindlichen Schwierigkeiten. Ist je doch die Dicke des zweiten Körpers gering, z. B. ein Bruchteil eines Millimeters, so tritt bald :die Gefahr ein, dass der Funkenbogen durch den zweiten Körper hin durch brennt.
Auch wenn sehr dünne Drähte verwendet werden, liegt die Gefahr eines Abbrennens der Draht spitze vor, bevor die Schweisse hergestellt ist.
Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden, hat man versucht, durch sehr genau :dosierte Stromstösse der Schweisse .gerade die erforderliche Menge Energie zu zuführen, ohne dass die vorerwähnten Beschädigungen eintreten. Dieses Verfahren ist jedoch bei weitem nicht unter allen Umständen anwendbar, und besonders, wenn Materialien, wie Kupfer, Aluminium. oder Messing, ge- schweisst werden sollen, lässt es sich sehr schwierig durchführen.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren, bei dem die Schweisse mit Hilfe von Ultraschallschwingungen herge stellt wird. Bekanntlich kann durch die Zufuhr von Ultraschallschwingungen hinreichender Energie an die Trennfläche zwischen zwei Werkstücken erreicht wer den, dass sich eine Schweisse bildet. Es kann zu diesem Zweck gewünschtenfalls noch zusätzliche elektrische Energie, z. B. ein elektrischer Strom, der Schweissstelle zugeführt werden, aber zum Erzielen einer guten Schweisse ist dies ;durchaus nicht notwendig.
Aus der Erfindung zugrunde liegenden Untersuchun gen hat es sich ergeben, dass die Lösung der gestellten Aufgabe noch einige Vorkehrungen braucht. Es ergab sich z. B., dass beim Schwingen des Drahtes in der Achsenrichtung senkrecht zur Oberfläche des zweiten Körpers der Draht bereits durch den zweiten Körper hindurchgebohrt war, bevor sich eine Schweisse gebildet haben konnte. Auch Untersuchungen, bei denen der Draht in einer zum zweiten Körper parallelen Richtung in Schwingung versetzt wurde, lieferte schlechte Ergeb nisse, da eine gegebenenfalls gebildete Schweisse leicht zerbrach.
Das Verfahren mach der Erfindung ist dadurch ge kennzeichnet, dass der drahtförmige Körner in eine senkrecht zur besagten Oberfläche angeordnete Öffnung des Ambosses einer Ultraschall-Schweissvorrichtung ge bracht wird und dass die Schweissspitze (Sonotrode) der Ultraschall-Schweissvorrichtung den zweiten Körper mit einem solchen Druck gegen die Stirnfläche des drahtför- migen Körpers drückt, dass dieser zweite Körper zu nächst in eine so starke Ultraschallschwingung parallel zu seiner am drahtförmigen Körper anliegenden Ober fläche versetzt wird, dass die Schweisse sich bildet.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die schlechten Resultate des vorerwähnten Schweiss- verfahrens, bei dem der Draht parallel zu der Oberfläche des zweiten Körpers in Schwingungen versetzt wird, darauf zurückzuführen sind, dass die Schwingungen sel ber die Bildung einer guten Schweisse verhindern. Um bei diesem Verfahrenden Draht in Schwingung zu ver setzen, muss er durch eine Bohrung der Schweissspitze geführt werden, wobei diese Bohrung so eng sein muss, dass der Draht den Bewegungen der Schweissspitze fol gen kann.
Dabei reibt die Stirnfläche des Drahtes über die Oberfläche des zweiten Körpers, aber sobald sich eine Schweisse zu bilden anfängt, wird sie durch die gegeoseitigen Schwingungen beider Körper zerstört. Bei dem erfindungsgemässen Verfahren hingegen pflanzt sich die Ultraschallschwingung durch den zweiten Kör per fort bis an die Berührungsstelle der beiden Körper, so dass sich eine Schweisse bilden kann.
Sobald sich die ;Schweisse gebildet halt, kann,die .Schweissspitze über die Oberfläche des zweiten Körpers gleiten, so dass die Schwingung die hergestellte Schweisse nicht mehr zer brechen wird.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert, in der Fig. 1 ein erstes, Fig. 2 ein zweites und Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Vor richtung nach der Erfindung zeigen.
Die Vorrichtung nach Fig. 1 enthält einen Wandler 1 zur Umwandlung von elektrischen Schwingungen in Ultraschallschwingungen, der über einen Amplituden transformator 2 mit einer Schweissspitze 3 verbunden ist. Die Schweissspitze 3 wird dabei in Schwingung ver setzt, wie dies durch die Pfeile angedeutet ist. Gegenüber der Schweissspitze 3 ist ein Amboss 4 angeordnet, der mit einer Bohrung zur Aufnahme des drahtförmigen Körpers 5 versehen ist. Der Amboss 4 kann z. B. durch einen Klemmkopf gebildet werden, in dem -.der drahtför mige Körper 5 festgeklemmt wird. Der Amboss kann auch aus massivem Material bestehen, wobei wenigstens in der unmittelbaren Nähe der der Schweissspitze 3 zu gekehrten Oberfläche des Ambosses 4 der drahtförmige Körper 5 eng in die Bohrung des Ambosses 4 passt.
Die Bohrung kann gegebenenfalls bis zur gegenüberliegen den Oberfläche des Ambosses 4 durchgehen, wie dies gestrichelt angedeutet ist, so dass der Draht kontinuier lich zugeführt werden kann. Der Draht 5 ragt vorzugs weise über einen Abstand kleiner als der Drahtdurch messer aus der der Schweissspitze 3 zugekehrten Ober fläch2 des Ambosses 4 heraus, so dass dieser heraus ragende Drahtteil mechanisch hinreichende Festigkeit hat, um gegen die Ultraschallschwingungen widerstands fähig zu sein.
Zwischen der Schweissspitze 3 und dem drahtförmi- gen Körper 5 ist der zweite, z. B. plattenförmige Körper 6 angeordnet. Indem der Draht 5 mit dem Amboss 4 in Richtung des Pfeiles P gegen den plattenförmigen Kör p-r 6 und die Schweissspitze 3 gedrückt wird, kann die Stirnfläche des drahtförmigen Körpers 5 an der Ober fläche des zweiten Körpers 6 festgeschweisst werden, so dass sich eine Kopfschweisse bildet.
Der Druck P ist da bei derart eingestellt, dass sich anfangs die Ultraschall schwingung der Schweissspitze 3 durch den plattenför- migen Körper 6 hin bis zur Berührungsstelle des platten- förmigen Körpers 6 mit dem drahtförmigen Körper 5 fortpflanzt und dort die Bildung einer Schweisse veran lassen kann, worauf nach der Bildung der Schweisse, die einen solchen Widerstand gegen die Ultraschallschwin gung leistet, dass :
die Schweissspitze 3 über die Ober fläch2 des plattenförmigen Körpers 6 gleitet. Diese Wir kung kann noch gefördert werden, wenn die zugeführte Energie eine solche Wärme entwickelt, dass in dem Augenblick der Bildung der Schweisse das Ende des Drahtes 5 sich etwas aufstaucht, so dass die Berührungs fläche der Stirnfläche des Drahtes 5 und der Oberfläche der Platte 6 vergrössert wird.
In der Praxis erwies es sich als möglich, z. B. Kup fer- oder Aluminiumdrähte mit einem Durchmesser von 1 mm oder weniger auf diese Weise aus Kupfer-, Mes sing- oder Aluminiumplatten mit Dicken zwischen 500 und 25 festzuschweissen. Der Drahtkopf konnte dabei um etwa 50 % in der Oberfläche aufgestaucht sein, aber es konnten auch gute Schweissen erhalten werden, bei denen der Draht gar nicht aufgestaucht war.
Bei einer Arbeitsfrequenz von 20 kHz und einer Leistung von 80 bis 150 W wurde ein Druck P von 5 bis 20 kg benutzt. Die Schweissperiode war ein Bruch teil einer Sekunde.
Bei der Vorrichtung nach Fig. 2 ist der Amboss 4 mit einer kegelförmigen Öffnung zur Aufnahme eines passenden Füllstücks 8 versehen, das aus einer Anzahl von z. B. 3 Segmenten zusammengebaut ist. Eine zen trale Bohrung des Füllstücks 8 hält den drahtförmigen Körper 5. Die Segmente, wenigstens ihre der Schweiss- spitze 3 zugekehrten Enden, sind in radialer Richtung beweglich, so dass sie den Draht 5 klemmend umfassen, und zwar um so fester, je stärker der Amboss 4 durch die Kraft P angedrückt wird. Der Draht 5 ist somit wäh rend des Schweissvorganges praktisch unbeweglich, lässt sich aber nachträglich bequem aus dem Amboss 4 ent fernen.
Bei der Vorrichtung nach Fig. 3 wird das erfindungs- gemässe Verfahren zum Kopfschweissen eines Drahtes 5 an dem Boden 6' eines buchsenförmigen Körpers 10, z. B. der buchsenförmigen Hülle eines Elektrolyt-Kon- densators, benutzt. Die Buchse 10 ist über die Schweiss- spitze 3 des Ultraschallschwingers geschoben., so dass die Bodenplatte 6' wieder in Richtung der Pfeile zu seiner Oberfläche vibriert. Der Draht 5 wird wieder mit dem erforderlichen Druck P gegen diese Bodenplatte ge drückt, so dass sich eine Schweisse bilden kann.
Der Raum zwischen :der Buchse 10 und der Schweissspitze 3 ist dabei noch so gross, dass, sobald die Schweisse ge bildet wird, die Düse 3 über die Oberfläche der Boden platte 6' gleiten kann.
Das beschriebene Verfahren lässt sich auch zum Kopfschweissen an beliebig gestalteten Oberflächen, z. B. an einem Nocken oder einer Ausstülpung es zweiten Körpers, benutzen. Es können auch Drähte unter einem bestimmten Winkel an diesen Oberflächen festge- schweisst werden, sofern die Berührungsflächen der bei den Körper, an der Stelle der zu bildenden Schweisse, einen nicht zu grossen Winkel miteinander bilden.