DE102004028788A1

DE102004028788A1 - Vorrichtung zum Ultraschallschweissen

Info

Publication number: DE102004028788A1
Application number: DE102004028788A
Authority: DE
Inventors: Klaus-Eckhart Dobernecker
Original assignee: STADO PRAEZ STECHNIK GmbH; Stado Prazisionstechnik GmbH
Current assignee: STADO PRAEZ STECHNIK GmbH; Stado Prazisionstechnik GmbH
Priority date: 2004-06-16
Filing date: 2004-06-16
Publication date: 2006-01-26
Anticipated expiration: 2024-06-17
Also published as: DE102004028788B4; WO2005123322A1

Abstract

Es wird im wesentlichen eine Vorrichtung zum Ultraschallschweißen von insbesondere strang-, draht- oder litzenartigem Gut, insbesondere aus Metall, bereitgestellt, aufweisend eine Ultraschallschwingungen erzeugende Sonotrode (1) und einen Amboß (7) und ein Seitenelement oder zwei Ambosse, wobei Amboß (7) und Seitenelement oder die zwei Ambosse im Schweißzustand, im Querschnitt gesehen, insbesondere im radialen Querschnitt des zu verschweißenden Gutes gesehen, einen durch die Sonotrode (1) und den Amboß (7) und das Seitenelement bzw. die Ambosse begrenzten Verdichtungsraum zum Verdichten und/oder leichten Deformieren des zu verschweißenden Gutes bilden, wobei beim Aufeinanderzubewegen von Amboß (7) und Seitenelement bzw. den zwei Ambossen das Seitenelement bzw. im Falle von zwei Ambossen ein Amboß drehend verschwenkt wird, während der Amboß (7) bzw. der weitere Amboß translatorisch verfahren wird, wobei die Bewegungen von Seitenelement und Amboß (7) bzw. beide Ambosse über eine Zwangsführung synchronisiert werden und der Bewegungsvektor eines das Seitenelement und den Amboß bzw. beide Ambosse antreibenden Antriebselementes zumindest nahezu orthogonal zum Translationsvektor des Ambosses (7) bzw. eines Ambosses ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ultraschallschweißen von insbesondere strang-, draht- oder litzenartigem Gut, insbesondere aus Metall, aufweisend:
eine Ultraschallschwingungen erzeugende Sonotrode und

a) einen Amboß und ein Seitenelement oder
b) zwei Ambosse,

Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von verschiedenen Vorrichtungen bekannt, mit denen elektrische Leiter, insbesondere im Form von Litzen, dichtend verbunden werden können.
Hierbei handelt es sich häufig um solche Vorrichtungen, bei denen in einen halboffenen Raum die zu verbindenden Leiter gelegt werden, um anschließend über eine Schallschwingungen erzeugende Sonotrode und eine Gegenelektrode verdichtend verbunden zu werden. Der Verdichtungsraum wird hierbei von den inneren Begrenzungsflächen der Sonotrode, der Gegenelektrode sowie von weiteren Begrenzungselementen definiert, wobei die Gegenelektrode ein- oder mehrteilig ausgestaltet sein kann und gegebenenfalls schon entsprechende Begrenzungselemente aufweisen kann.
Aus DE 37 10 603 C2 ist eine Vorrichtung zum Ultraschallschweißen von Drähten oder dergleichen bekannt, wobei die Vorrichtung aufweist eine Ultraschallschwingungen erzeugende Sonotrode und die zwei Ambosse, die im Schweißzustand im Querschnitt gesehen, insbesondere im radialen Querschnitt des zu verschweißenden Gutes gesehen, einen durch die Sonotrode und die Ambosse begrenzten Verdichtungsraum zum Verdichten und/oder leichten Deformieren des zu verschweißenden Gutes bilden, wobei die zwei Ambosse zueinander beweglich gelagert sind.
Nachteil hieran ist die Tatsache, daß nach vollständigem aufeinanderzubewegenden Verschwenken der zwei Ambosse in vielen Fällen keine ausreichenden Verschweißungen nach Applizieren entsprechender Ultraschallenergie vorliegen.
Weiterhin ist aus WO 95/10866 eine Vorrichtung zum Kompaktieren und anschließendem Verschweißen von elektrischen Leitern bekannt, insbesondere zur Herstellung von Durchgangs- oder Endknoten von Litzen, umfassend eine Ultraschallschwingungen erzeugende Sonotrode, von der ein Abschnitt eine erste seitliche Begrenzungsfläche eines in Höhe und Breite verstellbaren, stirnseitig offenen Verdichtungsraums ist, dessen übrige Begrezungsflächen Abschnitte einer mehrteiligen Gegenelektrode sind, wobei die Gegenelektrode ein erstes zu dem Sonotrodenabschnitt verstellbares, eine in etwa senkrecht zu dem Sonotrodenabschnitt verlaufende zweite Begrenzungsfläche bildendes erstes Teil sowie ein parallel zu der zweiten Begrenzungsfläche verschiebbares, eine dritte Begrenzungsfläche bildendes zweites Teil umfaßt, von dem ein eine in etwa parallel zu dem Sonotronenabschnitt verlaufende vierte Begrenzungsfläche bildender verschiebbarer Abschnitt wie Nase ausgeht, der zumindest während des Kompaktierens und des Verschweißens an dem ersten Teil der Gegenelektrode anliegt oder nahezu anliegt, wobei zumindest während des Kompaktierens das erste und das zweite Teil eine zwangsgekoppelte Bewegung ausüben, wobei das erste und das zweite Teil der Gegenelektrode über einen gemeinsamen Antrieb zwangsgekoppelt verstellbar sind, daß das zweite Teil mit dem Antrieb verbunden und über ein Federelement zu einem in Verstelleinrichtung des zweiten Teils eine Ablauffläche aufweisenden Element beabstandet ist, an der ein Arm eines mit dem ersten Teil verbundenen und um eine ortsfeste Achse verschwenkbaren Hebels anliegt, wobei während des Kompaktierens das zweite Teil der Gegenelektrode zusammen mit dem die Ablauffläche aufweisenden Element beim gleichzeitigen Verschwenken des Hebels über den Antrieb verstellbar ist und nach Erreichen einer vorgegebenen Anpreßkraft auf in dem Verdichtungsraum vorhandene Leiter die zur Beabstandung von dem Federelement hervorgerufene Kraft überwunden und das zweite Teil gegenüber dem Element verstellbar ist.
Nachteilig an dieser Vorrichtung ist die Tatsache, daß in vielen Fällen ein Ultraschallverschweißen vieler elektrischer Leiter aufgrund der relativ voluminösen Bauweise, insbesondere beim Ultraschallschweißen von Kabelbäumen im Kfz-Bereich, aufgrund der häufig beengten Platzverhältnisse vor Ort nicht möglich oder nur unter sehr erschwerten Bedingungen möglich sind.
Aus dem vorgenannten ergibt sich das Problem, die oben genannten Nachteile zumindest teilweise zu beseitigen bzw. zu vermeiden. Das sich ergebende Problem besteht insbesondere darin, eine Vorrichtung zum Ultraschallschweißen von insbesondere strang-, draht- oder litzenartigem Gut, insbesondere aus Metall, bereitzustellen, bei denen die üblicherweise nicht selten auftretenden unzureichenden Verschweißungen mittels Ultraschall vermieden werden und gleichzeitig ein komfortables und unproblematisches Verschweißen auch von Kabelbäumen im Kfz-Bereich vor Ort möglich ist.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 sowie durch Verwendungen nach den Ansprüchen 7 bis 9 gelöst.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Ultraschallschweißen weist eine Ultraschallschwingungen erzeugende Sonotrode und a) einen Amboß und ein Sei-tenelement oder b) zwei Ambosse auf, wobei Amboß und Seitenelement oder die zwei Ambosse im Schweißzustand im Querschnitt gesehen, insbesondere im radialen Querschnitt des zu verschweißenden Gutes gesehen, einen durch die Sonotrode und den Amboß und das Seitenelement bzw. die Ambosse begrenzten Dichtungsraum zum Verdichten und/oder leichten Deformieren des zu verschweißenden Gutes bilden. Beim Aufeinanderzubewegen von Amboß und Seitenelement bzw. den zwei Ambossen wird das Seitenelement bzw. im Falle von zwei Ambossen ein Amboß drehend verschwenkt, während der Amboß bzw. der weitere Amboß translatorisch verfahren wird, wobei die Bewegungen von Seitenelement und Amboß bzw. beider Ambosse über eine Zwangsführung synchronisiert werden.
Erfindungswesentlich ist hierbei, daß der Bewegungsvektor eines das Seitenelement und den Amboß bzw. beide Ambosse antreibenden Antriebselementes, beispielsweise und insbesondere in Form eines Pneumatikzylinders, zumindest nahezu orthogonal zum Translationsvektor des Ambosses bzw. eines Ambosses ist. Mit anderen Worten bewegen sich der Amboß und der Zylinder orthogonal zueinander.
Durch diese spezielle Ausgestaltung ist es überraschenderweise möglich, sowohl ausgesprochen zuverlässige Schweißungen vorzunehmen als auch ausgesprochen kompakte Vorrichtungen zum Ultraschallschweißen bereitzustellen.
Zunächst ist es von Vorteil, wenn die Zwangsführung für Seitenelement und Amboß bzw. für beide Ambosse jeweils mittels im zum jeweiligen Verfahrensweg korrespondierenden Führungselement eingreifenden stiftartigen Elementes bewerkstelligt wird. Mit anderen Worten greifen stiftartige Elemente, insbesondere in Form von Stiften, in Führungselemente, die beispielsweise und insbesondere entsprechend kurvenartig ausgestaltet sind, und vorteilhafterweise korrespondierende Materialausnehmungen, -schwächungen oder Materialüberstände, beispielsweise in Form von Führungsschienen, sind.
Da aufgrund der kompakten Abmessungen die notwendige zu applizierene Ultraschallschweißenergie nunmehr durch eine höhere Frequenz bewerkstelligt wird, hat es sich in der Praxis als vorteilhaft herausgestellt, daß dies in einem Bereich von 30 bis 40 kHz, beispielsweise und insbesondere im Bereich um 35 kHz, durchgeführt wird.
Schließlich hat es sich in der Praxis bewährt, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung ein weiteres Antriebselement aufweist, das, beispielsweise und insbesondere hinsichtlich des ersten Antriebselementes quasi entgegengesetzt angeordnet ist, um bei entsprechender Aktivierung ein Auseinanderfahren der jeweiligen Teile zu bewerkstelligen.
Darüber hinaus ist es von Vorteil, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung einen Induktionssensor aufweist, dessen Spannungssignal in Korrelation zur Translationsstrecke des Ambosses bzw. eines Ambosses steht, da auf diese Art und Weise eine relativ einfache Steuerung des verdichtenden Verschweißens ermöglicht wird.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung erläutert.
In der Zeichnung zeigt:
1 – eine skizzenhafte Querschnittsansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
1 zeigt eine skizzenhafte Querschnittsansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Die Vorrichtung zum Ultraschallschweißen von litzenartigem Gut weist eine Ultraschallschwingungen erzeugende Sonotrode (1) auf, die in diesem Fall ortsfest gelagert ist. Die im noch zu befüllenden Zustand (also im offenen Zustand) befindliche Vorrichtung weist ein Seitenelement 8 auf, das mit einem Schenkel 2, der über eine Welle in einem Drehpunkt D drehend gelagert ist, verbunden oder Teil von diesem ist. Weiterhin weist die Vorrichtung eine Gegenelektrode 7 auf, die mit einem weiteren Teil 3 verbunden ist bzw. ein Teil dieses Elementes ist, welches translatorisch verfahrbar ist.
Bewegt sich das Antriebselement 4 in Form eines Pneumatikzylinders nach links, bewegt sich mittels einer Zwangsführung (nicht eingezeichnet) das Element 3 translatorisch nach unten, während gleichzeitig – somit synchronisiert – der Schenkel 2 nach rechts drehend verschwenkt wird, so daß die eine Fläche des Seitenelementes 8 auf die eine äußere Fläche der Gegenelektrode 7 sich zubewegt, um später beim Verschweißen den entsprechenden Verdichtungsraum mit der Sonotrode zu bilden. Die Zwangsführung ist sowohl beim Teil 3 als auch beim Schenkel 2 derart ausgebildet, daß ein Stift fest mit Teil 3 bzw. dem Schenkel 2 verbunden ist und dieser quasi in jeweils eine kurvenförmige Materialschwächung des Gehäuses eingreift, so daß beim translatorischen Verfahren des Zylinders 4 nach links ein translatorisches Verfahren des Teiles 3 und gleichzeitig ein drehendes Verschwenken des Schenkels 2 bewerkstelligt wird. Damit beim Bewegen des Zylinders 4 keine Sperrung eintritt, muß eine kleine vektorielle Komponente in Bewegungsrichtung des Zylinders 4 beim Teil 3 zugelassen werden, wobei dann das oben beschriebene translatorische Verfahren des Teiles 3 ermöglicht wird.
Nach entsprechendem Applizieren von Ultraschallenergie in 35 kHz-Bereich wird ein nicht gezeigter weiterer auf der linken Seite sitzender Zylinder nach rechts bewegt, so daß die oben beschriebenen Bewegungen rückwärts ablaufen und sich damit der Verdichtungsraum öffnet, damit der Nutzer die verschweißten elektrischen Leiter entnehmen kann, um eine weitere Befüllung für den nächsten Schweißvorgang vornehmen zu können.

Claims

Vorrichtung zum Ultraschallschweißen von insbesondere strang-, draht- oder litzenartigem Gut, insbesonsere aus Metall, aufweisend: – eine Ultraschallschwingungen erzeugende Sonotrode (1), und – einen a) Amboß (7) und ein Seitenelement oder b) zwei Ambosse, wobei Amboß (7) und Seitenelement oder die zwei Ambosse im Schweißzustand im Querschnitt gesehen, insbesondere im radialen Querschnitt des zu verschweißenden Gutes gesehen, einen durch die Sonotrode (1) und den Amboß (7) und das Seitenelement bzw. die Ambosse begrenzten Verdichtungsraum zum Verdichten und/oder leichten Deformieren des zu verschweißenden Gutes bilden, wobei – beim Aufeinanderzubewegen von Amboß (7) und Seitenelement bzw. den zwei Ambossen das Seitenelement bzw. im Falle von zwei Ambossen ein Amboß drehend verschwenkt wird, während der Amboß (7) bzw. der weitere Amboß translatorisch verfahren wird, wobei die Bewegun gen von Seitenelement und Amboß (7) bzw. beide Ambosse über eine Zwangsführung synchronisiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Bewegungsvektor eines das Seitenelement und den Amboß bzw. beide Ambosse antreibenden Antriebselementes zumindest nahezu orthogonal zum Translationsvektor des Ambosses (7) bzw. eines Ambosses ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwangsführung für Seitenelement und Amboß (7) bzw. für beide Ambosse jeweils mittels im zum jeweiligen Verfahrensweg korrespondierenden Führungselement eingreifenden stiftartigen Elementes bewerkstelligt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungselemente zum Verfahrensweg korrespondierende Materialausnehmungen, -schwächungen oder Materialüberstände sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im schweißenden Betriebszustand Ultraschallenergie im Bereich von 30 bis 40 kHz appliziert wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiteres Antriebselement zum Auseinanderfahren von Seitenelement und Amboß bzw. den zwei Ambossen dient.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß diese einen Induktionssensor (9) aufweist, dessen Spannungssignal in Korrelation zur Translationsstrecke des Ambosses (7) bzw. eines Ambosses steht.
Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zum Ultraschallschweißen.
Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zum Ultraschallschweißen von elektrischen Leitern, insbesondere in Form von Litzen.
Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zum Ultraschallschweißen von Kabelbäumen, die im wesentlichen aus elektrischen Leitern, insbesondere in Form von Litzen, bestehen, insbesondere im Kfz-Bereich.