CN1816414A - 用于焊接工件的焊接装置以及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种超声焊接装置，其包括多个传力连接的通过连接面相互邻接的构件。为了能够在同时简化装配的情况下在这些构件之间实现充分牢固的连接，建议：使至少一些传力连接的构件(30，34)在其相互贴靠的连接面(40，42)里进行构造用于实现一种形状配合连接。

Description

用于焊接工件的焊接装置以及方法
本发明涉及一种焊接装置，尤其是超声焊接装置，其包括多个传力连接的、通过连接面相互邻接的构件如声极和升压器，升压器和转化器，声极和声极头或者一种限定压实腔的多件式的铁砧的支承件和工作零件。此外本发明还涉及一种借助于超声焊接装置用于焊接长形的如绳索形的工件的方法，该超声焊接装置包括一个接收工件的压实腔，该压实腔由一个声极段、一个对置的铁砧段以及侧面的限制构件限定，其中一个构件可以调整来调整压实腔的宽度，其中当压实腔并不由铁砧段覆盖住，或者几乎不覆盖时使工件首先装入压实腔，然后将压实腔调整到所要焊接工件的总的横截面，接着通过激励声极对工件进行焊接。
由DE-C-37 00 257中已知一种有声极的超声焊接装置，声极通过楔形连接面接通并借助于螺钉连接实现传力连接。
在EP-B-0 761 370中描述了一种具有声极的超声焊接装置和在相应端部上限定该声极的升压器，后者通过环形圆面相互接触。通过螺钉实现传力连接。
在DE.Z.：超声金属焊接，技术丛书，卷108，现代工业出版社Landsbarg/Lech，1995(DE.Z.：Ultraschall-Metallschweiβen，DieBibliothek der Technik，Band 108，Velag Moderne IndustricLandsberg/Lech 1995)，第34页叙述了超声焊接装置的构造。同时叙述了：连接面在升压器和转化器或者声极之间必须是平的而且研磨的，以便在能量传递时尽可能不产生损失。若不重视的话会造成不希望的发热、产生噪声和有可能的自损伤。
尤其对于多件式的声极或多件式的铁砧来说必须为所需要的传力连接产生大的力，以便通过引入横向力而使几何形状不发生改变。
由于连接面是平的，因此必需在装配时在构件之间准确地对准，以确保可再现的焊接结果。
由US～A-6,299,052已知一种借助于超声来焊接导电体的方法，在该方法中使用了一种超声焊接装置，它具有高度和宽度可以调整的压实腔。当放入导体时压实腔的宽度始终这样调整，使柱形式的导体相互叠置定位。受此产生的缺点为：尤其是当大量导体要相互焊接在一起时，那么置入就很费事，从而使相互紧随着的焊接之间的时间间隔就变得较大，而这是不期望的。
由DE-A-44 29 694可知一种用于压缩并然后焊接电导体的方法。压实腔由一个滑板限定，该滑板通过螺钉传力连接地与一个基础构件连接。
由DE-A-195 40 860已知同样也是超声焊接装置的在高度和宽度上可以调整的压实腔。限定压实腔的构件如滑板和铁砧基本上由多个零件组成，这些零件相互通过螺钉传力连接。
一种按DE-A-38 07 154所述的高频谐振器通过螺钉连接与一个升压器或转化器连接。
超声焊接装置的压实腔的由支承零件和工作零件组成的限制构件已由DE-U-200 20 525获知。支承零件和工作零件之间通过螺钉实现连接。
本发明的任务是要提供一种开头所述形式的焊接装置，从而一方面在构件之间实现足够牢固的连接，然而同时在装配这些构件时又进行了装配的简化。而且应该能够容易地接收所引入的横向力。
按照本发明该任务基本上通过一种开头所述形式的焊接装置如下来解决：至少有一些传力连接的构件在其相互叠置的连接面里进行构造用以实现形状配合连接。
与以前所知的现有技术不同，规定连接面或者接触面可以在相互要传力连接的构件之间形成一种形状配合连接，因此在装配时实现了自定心。同时形状配合连接的优点为：一方面使接触面加大，另一方面可以接受横向力，因此使对于传力连接所必需的力与已知的超声焊接装置相比减小了。
尤其规定使连接面通过线形突起进行构造，这些突起由空隙限定，这些空隙设计成与所要配合的连接面的突起几何形状全等。在此尤其规定了：线形突起相互平行布置，其中可以设有相互平行布置的第一和相互平行布置的第二线形突起，它们最好相交成一个90°角或者以大约90°角相交。
也可以使线性突起沿着同心布置的圆延伸。
也可以按如下进行构造：连接面用角锥体形或截角锥台形或圆锥形或截锥形突起进行构造，其中邻接的空隙全等于所要配合的连接面的突起几何特征。
在本发明的改进方案中规定，突起的截面具有一种三角形几何形状，尤其是等边三角形的几何形状。边的夹角α可以是最好大约60°或者大约90°。但也可以是一种梯形的几何形状，其中其侧边的夹角同样也应该最好是大约60°或者大约90°。
同样也可以是其它的适合于实现所希望的形状配合连接的连接面的几何形状。因此突起的截面可以具有一种锯齿形几何形状或者波浪形几何形状，其中优选一种正弦形的变化曲线。
更为优选地，若突起的侧面在基底相交，那么按照本发明的一种改进方案就可以使突起通过平行于由连接面所占据的平面的连接面段而相互间隔开。
通过按照本发明构造连接面以实现一种形状配合连接的优点为：可以使所要连接的构件实现彼此唯一的定位。同时可以使通过连接构件如螺钉而传入的、用于连接所必需的力减小。通过形状配合连接尤其在焊接时接受横向力，因而确保了在相互连接构件之间的尺寸精确度。
一种开头所述形式的、用于焊接长的绳索形工件，尤其导线的方法，其特征在于，当M个工件焊接时调整压实腔的宽度，其中M≤4，使这些工件上下叠置地在压实腔里定位，而且当有N个工件焊接时，使工件既相互并排也相互上下叠置地定位，其中N＞4。
通过按照本发明的方法可以使压实腔在装入导体时最佳地针对导线的数量。因此若有许多导线要相互焊在一起，那就可以使侧面的限制构件相互最大地间隔开。在装入导线之后就使压实腔的宽度减小，因而使导线在必需的范围内压实。这尤其在同时地通过铁砧段将压实腔封闭起来时进行。在压实腔具有所希望的宽度之后使铁砧在声极方向上运动。当达到压力-或行程-或者力-额定值之后就使声极激励。
相反如果只要焊接少量的绳索形工件如导线，那么通过调整压实腔的宽度使这些工件强制地上下叠置布置，以便确保最佳的焊接。
根据所要焊接的导线的数量对压实腔宽度的调整按程序控制或者人工进行。
本发明的其它细节、优点和特征不仅可见权利要求书，即由权利要求书中可见的特征(本身和/或组合)，而且可见以下对于优选的实施例的附图的说明。附图所示为：
图1：超声焊接装置的用于构成一个压实腔的构件的原理图；
图2：具有拧紧的工作零件的可调整的铁砧的原理图；
图3：超声焊接装置的两个相互连接的构件；
图4：超声焊接装置的在其连接面上进行构造的构件的第一实施例；
图5：按图4所示连接面的俯视图；
图6：具有进行构造的连接面的构件的第二实施方式；
图7：按图6所示连接面的俯视图；
图8：具有一个进行构造的连接面的构件的第三实施方式；
图9：按图8所示连接面的俯视图；
图10：连接面的第一实施方式的部分截面；
图11：连接面的第二实施方式的部分截面；
图12：连接面的第三实施方式的部分截面；
图13：连接面的第四实施方式的部分截面；
图14：连接面的第五实施方式的部分截面。
图1中纯原理地主要表示了超声焊接装置的限定一个压实腔10的构件，用于将长的绳索形工件，如导线12，14，16压实并焊接。压实腔10在实施例中底面由声极18的一个工作面限住。与声极18对置的是一个铁砧20，它可以升降(双箭头22)以及平行于声极18的工作面(双箭头24)可以移动。铁砧20以一个支架或者柱26为基准，这些支架或柱用一个段构成了压实腔10的右侧边界面。在其对面可以调整地(双箭头32)设有一个滑板30，滑板以一个支架34为基准。通过调整滑板30或者支架34就可以调整压实腔10的宽度。对应于压实腔10的宽度自动地对铁砧20的位于声极18工作面对面的工作面进行调整。针对工件14，16整个横截面的压实腔10的高度可以通过铁砧20的柱或支架26的移动来进行调整。
图1还表示出，滑板30与支架34通过螺钉36，38传力连接。此外滑板30和支架34的连接面40，42这样构造，从而附带地形成一种形状配合连接。
但是不仅在滑板30和支架34之间可以建立一种传力连接和形状配合连接，而且原则上在所有要连接的超声焊接装置的构件之间产生传力连接和形状配合连接，尤其是受到由焊接引起的力作用的构件。因此在图2中表示了一个铁砧44或者说铁砧滑块的一个原理图，铁砧由一个长方形的基体46和一个工作零件48组成，后者最好在对置侧具有工作面50，52，其中一个工作面对应于按图1的说明构成压实腔的分界面。
基体46与工作零件48通过螺钉54传力连接起来。为了附带地实现形状配合连接，无论是基体46还是铁砧在其连接面56，58上都进行构造。相应地可以设有一个声极，它有具有一个或多个工作面的声极头。也可以使各自执行声极头功能的多个工作零件与声极的基体对应于按照本发明的理论连接起来。
在图3中表示了例如升压器60和声极基体62的段，它们通过螺柱64形成传力连接。此外使相互贴靠的连接面66，68进行构造，从而形成一种合适的形状配合连接。通过这些措施加大了连接面，使所要连接的构件60，62自动定心并且承受所作用的横向力。
有目的地设计用于一种形状配合连接的连接面40，42，56，58或66，68的结构设计可以通过一种所希望的表面几何构造来实现，实例由图4-14中可见。因此连接面70可具有相互平行的隆起72，74，它们通过对应的沟槽76相互分开。若相互放于一起的连接面结构相同，那么沟槽的几何形状全等于隆起72，因此使对应的连接面具有一种对应于面70的几何形状。
当然也可以使相互放于一起的连接面具有不同的结构。但在这种情况下必须对该结构有一种补充，以达到所希望的要实现的形状配合连接。
如果在图4和5的实施例中线形隆起74，76仅相互平行布置的话，那么按照图6和7所示的实施例就可以使一个连接面77的隆起78，80，82相互交叉地布置，尤其如图7所表示的原理图那样。
但是也可以使线形隆起84，86在一个连接面83里成同心设置，如图8和9中原理性所示那样。
由图10-14可见连接面的最好是线形隆起的优选横截面几何形状。但必须注意到，不一定非要线形隆起进行构造并用来实现形状配合连接。而也可以设计角锥体形或截角锥台形或者圆锥形或者截锥形隆起和相应邻接的沟槽来形成所述结构。
按照图10所示实施例，一个连接面87的隆起88，90在截面中具有一种等腰三角形的几何形状，其中其两腰92，94夹角α，例如为60°或90°或者大约60°或90°。尖和尖之间在隆起88，90之间的距离在图10中用“T“表示，最好为0.5mm至5mm范围内。突起88，90的高度可达0.5mm至2.5mm。
按图11所示，形成连接面93的一种结构的突起94，96的截面为梯形几何形状，其中侧边98，100的夹角α例如可为60°或90°。隆起在底部侧相互过渡，以使这些隆起被V形槽102分界。突起之间的间距T最好为0.5mm至5mm。高度尤其为0.5mm至2.5mm。
按图12所示一种连接面110的突起104，106具有一种同样也是在截面中为梯形的几何形状。突起104，106通过平的底段108分界，后者平行于由连接面110占据的平面而布置，或者是该平面的一部分。
突起104，106之间的间距最好为0.7mm至6mm。突起104，106另外还具有一个高台状平坦的外表面，其宽度A为0.1mm至3mm。底段108的宽度B为0.1mm至3mm。此时应该设计所述结构，使宽度A和B分别小于间距T。突起104，106的高度可达0.5mm至2.5mm。
按照图13连接面112可以具有一种锯齿形结构，该结构为不等腰三角形的突起114，116，其间距T为0.5mm至5mm。突起114，116的两边为118，120，其夹角α最好为45°≤α≤75°。边118与连接面112的垂线的夹角γ最好为15°≤γ≤45°，边120与垂线的夹角β最好为15°≤β≤45°。突起114，116之间的间距T为0.5mm≤T≤5mm。高度可选为0.5mm至2.5mm。
但也可以是对应于图14所示，连接面122具有波浪形几何形状，以便在彼此放置的连接面之间形成所希望的形状配合连接。波浪形几何形状最好为正弦曲线，其中当然突起122或者低凹或低谷124的曲率半径R1，R2相互可以不同。相互紧随的突起124，128之间的距离0.5mm≤T≤5mm。
为了与导线的数量无关地最佳地实现导线焊接，本发明的建议是：根据导线12，14，16的数量在装入工件12，14，16时调整压实腔10至一个预先规定的宽度，该宽度可以紧接着使最佳的焊接过程得以实现。如果要相互焊接两个或三个导线，那就应该调整压实腔10至一个宽度，此宽度确保使导线成柱列状叠置布置在压实腔10里，如由图1和滑板30的虚线图所表示的那样。当装入工件12，14，16时铁砧20向右移动，以便使压实腔10从上面敞开(挡铁20的虚线图示)。
相反如果要将四个以上工件相互焊接起来，那么使压实腔10最佳地用于装入工件(实线图)地打开。在此情况下宽度由最大的由声极18提供的压实腔10的分界面来规定。在将这些导线装入一个打开到对应宽的压实腔10里之后，使滑板30在支架或柱26的方向上移动。然后使铁砧20在声极18的方向上降下。同时使声极18激励，以实施焊接。

Claims (14)

1.焊接装置，尤其是超声焊接装置，其包括多个传力连接的、通过连接面(40，42，56，58，66，68)相互邻接的构件如声极(16)和升压器(60)，升压器和转化器，声极和声极头或者限定一个压实腔(10)的多件式的铁砧的工作零件，其特征在于，至少一些传力连接的构件(30，34，46，48，60，62)在其相互贴靠的连接面(40，42，56，58，66，68)上进行构造用来实现形状配合连接。
2.按权利要求1所述的焊接装置，其特征在于，连接面(70，77，83)通过线形突起(72，74，78，80，84，86)进行构造，它们由空隙(76，82)限定，这些空隙设计成全等于所要配合的连接面的突起的几何形状。
3.按权利要求2所述的焊接装置，其特征在于，线形突起(72，74，78，80；82)相互平行地布置。
4.按至少权利要求2所述的焊接装置，其特征在于，连接面(83)具有相互平行分布的第一和第二线形突起(78，80，82)，其中第一和第二线形突起最好相交成90°角。
5.按至少权利要求2所述的焊接装置，其特征在于，线形突起(84，86)沿着同心分布的圆延伸。
6.按至少权利要求1所述的焊接装置，其特征在于，连接面通过角锥体形或截角锥台形或圆锥形或截锥体形突起(88，90)和相邻的空隙而进行构造，其中空隙的几何形状对应于所要配合的连接面的突起。
7.按权利要求6所述的焊接装置，其特征在于，突起(88，90)的横截面具有三角形几何形状，最好是一个等腰三角形。
8.按权利要求7所述的焊接装置，其特征在于，截面是三角形几何形状的突起(88，90)的边(92，94)夹有一个角度α，最好α＝60°或α＝90°。
9.按至少权利要求1所述的焊接装置，其特征在于，连接面(40，42，56，58，66，68)通过突起(94，96)进行构造，这些突起在截面中具有一种梯形的几何形状，其中侧边的夹角α最好为α＝60°或α＝90°。
10.按至少权利要求1所述的焊接装置，其特征在于，连接面(40，42，56，58，66，68)通过突起(114，116)进行构造，这些突起在截面中为锯齿形几何形状。
11.按至少权利要求1所述的焊接装置，其特征在于，连接面(40，42，56，58，66，68)通过突起(124，128)进行构造，这些突起具有波浪形几何形状。
12.按至少权利要求11所述的焊接装置，其特征在于，突起(124，128)在截面里为一种正弦曲线。
13.按至少权利要求1所述的焊接装置，其特征在于，连接面(40，42，56，58，66，68)通过突起(104，106)进行构造，这些突起平行于由连接面(110，112)所占据的平面分布的连接面的段相互间隔地设置。
14.借助于一种超声焊接装置焊接长的如绳索形工件的方法，该超声焊接装置包括一个接收工件的压实腔，该压实腔由一声极段、一对置的铁砧段以及侧面的限制构件限定，其中的一个可以调整来调整压实腔的宽度，其中工件在压实腔没有被铁砧段覆盖住或者基本没有盖住时首先装入压实腔，然后将压实腔调整至所要焊接工件的整个横截面并接着通过激励声极而对工件进行焊接，其特征在于，当焊接M个工件时调整压实腔的宽度，使工件在装入时叠置地定位于压实腔里，其中M≤4；而当焊接N个工件时调整压实腔的宽度，使得工件在装入时既并排地又叠置地定位，其中N＞4。
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