DE102010060767A1

DE102010060767A1 - Verfahren und Anordnung zum Verschweißen von elektrischen Leitern

Info

Publication number: DE102010060767A1
Application number: DE102010060767A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Rühl; Heiko Strobel; Sinan Koc; Peter Wagner; Dieter Stroh
Original assignee: Schunk Sonosystems GmbH
Current assignee: Schunk Sonosystems GmbH
Priority date: 2010-08-18
Filing date: 2010-11-24
Publication date: 2012-02-23
Also published as: KR20130099053A; CN103118829A; WO2012022763A3; US8870052B2; WO2012022763A2; JP5859533B2; CN103118829B; EP2605881B1; EP2605881A2; KR101876171B1; BR112013003695A2; US20130146644A1; MX2013001822A; JP2013538689A

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verschweißen von aus metallischen Litzen oder Adern bestehenden Leitungen zu einem End- oder Durchgangsknoten durch Einbringen von jeweils einem ersten Abschnitt jeder Leitung in einen Verdichtungsraum einer Ultraschallschweißvorrichtung, in dem die ersten Abschnitte entlang einer Geraden verlaufen, wobei zumindest eine Leitung im Abstand zu dem zu schweißenden End- oder Durchgangsknoten ein Bauelement aufweist und zumindest die das Bauelement aufweisende Leitung zwischen dem Verdichtungsraum und dem Kontaktelement in einem zweiten Abschnitt durch mittels einer Umlenkeinrichtung erzwungene Verlaufsänderung der Leitung gedämpft wird. Hierzu wird die das Bauelement aufweisende Leitung in Verlängerung der Geraden ausgerichtet. Ferner wirkt auf den zweiten Abschnitt auf gegenüberliegende Seiten von diesem die Umlenkeinrichtung ein, wobei durch Verstellen der Umlenkeinrichtung zu dem zweiten Abschnitt dieser abschnittsweise eine Verlaufsänderung erfährt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verschweißen von aus metallischen Litzen oder Adern bestehenden Leitungen zu einem End- oder Durchgangsknoten durch Einbringen von jeweils einem ersten Abschnitt jeder Leitung in einen Verdichtungsraum einer Ultraschallschweißvorrichtung, in dem die ersten Abschnitte entlang einer Geraden verlaufen, wobei zumindest eine Leitung im Abstand zu dem zu schweißenden End- oder Durchgangsknoten ein Bauelement wie Kontaktelement aufweist und zumindest die das Bauelement aufweisende Leitung zwischen dem Verdichtungsraum und dem Bauelement in einem zweiten Abschnitt durch mittels einer Umlenkeinrichtung erzwungene Verlaufsänderung der Leitung gedämpft wird.
Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Anordnung zum Ultraschallverschweißen von aus metallischen Litzen oder Adern bestehenden Leitungen, umfassend einen jeweils einen ersten Abschnitt einer jeden Leitung aufnehmenden Verdichtungsraum, entlang dessen Längsachse die ersten Abschnitte ausrichtbar sind, sowie eine zumindest eine der Leitungen, vorzugsweise sämtliche Leitungen aufnehmende Umlenkeinrichtung, die im Abstand zu dem Verdichtungsraum in Verlängerung der Längsachse angeordnet ist.
Werden elektrische Leitungen, von denen zumindest eines, häufig mehrere, endseitig vor dem Verschweißen zu einem End- oder Durchgangsknoten mit Bauelementen wie Kontaktteilen, die sehr filigran ausgebildet sein können, versehen sind, so werden beim Verschweißen mittels Ultraschall die auftretenden Schwingungen über die Leitungen auf die Kontaktteile übertragen, wodurch die Gefahr von Beschädigungen bzw. Zerstörungen besteht. Bei den Kontaktteilen kann es sich z. B. um Steckkontakte, Steckverbinder, Stecker oder Buchsenteile handeln.
Um die Schwingung zu dämpfen, um also die Kontaktteile zu schützen, ist es bekannt, dass auf die Leitungen ein Dämpfungselement gedrückt wird. Dies kann in Form von zueinander zu verstellenden Dämpfungsbacken erfolgen. Allerdings hat sich herausgestellt, dass die Wirkung der Dämpfung nicht sehr effektiv ist.
Eine effektivere Schwingungsdämpfung wird dann erreicht, wenn die Leitungen nach dem Verdichtungsraum um 90° abgewinkelt werden. Allerdings ist eine diesbezügliche Maßnahme vom Handling her ungünstig, da häufig sehr lange Leitungen verschweißt werden, so dass von der Größe des Arbeitsplatzes her nicht immer die Möglichkeit besteht, die Leitungen um 90° abzuwinkeln. Dabei ist auch zu berücksichtigen, dass sich die Leiter beim Schweißen eines Durchgangsknotens zu beiden Seiten des Verdichtungsraums erstrecken können.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Anordnung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass ein effektives Dämpfen der Leitungen erfolgt, so dass Beschädigungen von von den Leitungen ausgehenden Bauelementen wie Kontaktteilen ausgeschlossen werden, ohne dass es eines zusätzlichen Platzes bedarf bzw. eines das Handling erschwerenden Platzbedarfs benötigt. Es sollen die Leitungen in gewohnter Weise und unter Nutzung grundsätzlich üblicher Arbeitsplätze zu End- oder Durchgangsknoten verschweißt werden, ohne dass ein aufwändiges Handling erforderlich ist.
Zur Lösung der Aufgabe wird verfahrensmäßig im Wesentlichen vorgeschlagen, dass zumindest die das Bauelement aufweisende Leitung in Verlängerung der Geraden ausgerichtet wird und auf den zweiten Abschnitt auf gegenüberliegende Seiten von diesem die Umlenkeinrichtung einwirkt, wobei durch Verstellen der Umlenkeinrichtung zu dem zweiten Abschnitt dieser abschnittsweise eine Verlaufsänderung erfährt. Vorzugsweise wird dem zweiten Abschnitt eine bogen- oder S- oder Z- oder mäanderförmige Verlaufsänderung aufgeprägt. Die Auslenkung der Leitungen sollte zwischen 3 mm und 20 mm betragen.
Hierzu ist insbesondere vorgesehen, dass der zweite Abschnitt zwischen mehreren Umlenkelementen wie zylinder- oder kegelförmigen Elementen oder Formstücken geführt wird, die zur Erzeugung der Verlaufsänderung quer zur Längsrichtung der Leitung bzw. Leitungen, insbesondere senkrecht zu der Geraden relativ zueinander verstellt werden.
Bevorzugterweise werden sämtliche entlang der das Bauelement aufweisenden Leitung verlaufenden weiteren Leitungen zwischen den eine Führung bildenden Umlenkelementen hindurchgeführt und erfahren eine vorzugsweise bogenförmige Verlaufsänderung. Von einer Bogenform abweichende Verlaufsänderungen werden gleichfalls von dem Begriff „bogenförmig” erfasst, sofern hierdurch die Leitung derart durch die Umlenkeinrichtung in seinem Verlauf von der Geraden abgelenkt wird, dass die gewünschte Dämpfung erzielbar ist.
Dabei ist die Verlaufsänderung grundsätzlich nur in dem zweiten Abschnitt vorgesehen, so dass die Leitungen, von denen zumindest eine das Bauelement aufweist, sich erneut entlang der Geraden oder im Wesentlichen entlang der Geraden vor und hinter der Umlenkeinrichtung erstrecken. Um dies sicherzustellen, ist insbesondere vorgesehen, dass auf der in Bezug auf den Verdichtungsraum gegenüberliegenden Seite der Umlenkeinrichtung, also auf verdichtungsraumabgewandter Seite der Umlenkeinrichtung, ein weiteres Führungselement verläuft, gegen das sich die Leitungen anlegen, so dass bei der durch das relative Verstellen der Druckelemente zueinander erfolgenden Verlaufsänderung ein Auslenken der freien Enden der Leitungen nicht derart erfolgen kann, dass diese merklich in ihrem Verlauf von dem der Geraden abweichen.
Um zumindest ein Umlenkelement zu einem anderen Umlenkelement bzw. zwei Umlenkelementen, von denen jeweils ein Umlenkelement in Verlaufsrichtung der Leitung vor und hinter dem verstellbaren Umlenkelement verläuft, zu verstellen, erfolgt eine Bewegung in einer horizontal oder vertikal verlaufenden Ebene. Vertikal verlaufende Ebene bedeutet dabei, dass das Umlenkelement sowohl senkrecht zur Verlängerung der Längsachse des Verdichtungsraums als auch vertikal hierzu verstellt wird – bei horizontal verlaufender Längsachse. Hierdurch ergibt sich eine überaus kompakte Baueinheit.
Um das Einlegen der Leitungen in den Verdichtungsraum bei vertikal verstellbarem Umlenkelement zu erleichtern, wird das verstellbare Umlenkelement, das in Bezug auf die Leitungen über diesen verläuft, zunächst aus dem Einführbereich der Leitungen entfernt, um sodann nach Einlegen der Leitungen in den Verdichtungsraum horizontal verstellt zu werden, um also oberhalb der Leitungen positioniert zu werden. Sodann wird das Umlenkelement abgesenkt, um zumindest während des Schweißens der Leitungen diesen eine Verlaufsänderung derart aufzuzwingen, dass die Leitungen die gewünschte Dämpfung erfahren. Ein erstes Gegenumlenkelement verläuft zwischen dem Verdichtungsraum und dem vertikal verstellbaren Umlenkelement, und zwar in Bezug auf das verstellbare Umlenkelement auf der gegenüberliegenden Seite der Leitungen. Das Gegenumlenkelement kann dabei auch ein Abschnitt des Bereichs der Ultraschallschweißvorrichtung sein, der die Sonotrode bzw. den Amboss aufnimmt, je nachdem, welches Werkzeug in dem entsprechenden Bereich vorhanden ist. Auf der verdichtungsraumabgewandeten Seite ist ein zweites Gegenumlenkelement angeordnet, und zwar in Bezug auf die Leitungen auf der gleichen Seite wie das erste Gegenumlenkelement.
Des Weiteren sollte auf der verdichtungsraumabgewandeten Seite des verstellbaren Umlenkelements, und zwar in Bezug auf die Leitungen auf der gleichen Seite wie diese, ein weiteres ein Widerlager bildendes Umlenkelement vorgesehen sein, um beim Einwirken des verstellbaren Umlenkelements auf die Leitungen diese derart auszurichten, dass ein Verlauf in etwa in Verlängerung der Längsachse des Verdichtungsraums ermöglicht wird. Das Widerlager sollte zum verstellbaren Umlenkelement einen größeren Abstand als das zweite Gegenumlenkelement aufweisen.
Das horizontale und vertikale Verstellen des verstellbaren Umlenkelements kann auch gleichzeitig erfolgen, d. h. beim Absenken führt das Umlenkelement gleichzeitig nach vorne über die Leitungen und beim Abheben wird das Umlenkelement gleichzeitig aus dem Bereich der Leitungen zurückgezogen.
Nach durchgeführtem Schweißvorgang und Zurückfahren des verstellbaren Umlenkelements kann auf die durch das Druckelement verformten Leitungen ein Druckelement einwirken, das entlang einer Ebene verstellbar ist, die der vertikalen Verstellebene des Druckelements entspricht. Dabei wirkt das Druckelement auf die Leitung von der Seite her, die dem verstellbaren Druckelement gegenüberliegt.
Des Weiteren ist vorgesehen, dass eine Überwachung der auch als Dämpfungseinrichtung zu bezeichnenden Umlenkeinrichtung mittels einer Sensorik wie Weg- oder Kraftmesseinrichtung oder Lichtschranke erfolgt, um die ermittelten Werte einer übergeordneten Steuerung zuzuführen, so dass infolgedessen die Dämpfungseinrichtung überwach- und dokumentierbar ist.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Lehre wird die Amplitude im Bereich des Bauelements im Vergleich zur Amplitude der Sonotrode um zumindest 50%, vorzugsweise bis 95%, insbesondere zwischen 70% und 95%, gedämpft.
Eine Anordnung zum Ultraschallschweißen von elektrischen Leitern zu einem End- oder Durchgangsknoten der eingangs genannten Art zeichnet sich im Wesentlichen dadurch aus, dass die Umlenkeinrichtung zumindest zwei relativ zueinander verstellbare Umlenkelemente aufweist, die im Bereich der Verlängerung der Längsachse des Verdichtungsraums eine Führung für die zumindest eine Leitung bilden, durch die der Leitung im Bereich der Führung eine Verlaufsänderung aufzwingbar ist.
Dabei ist nach einer Ausführungsform vorgesehen, dass zumindest ein Umlenkelement, vorzugsweise jedes Umlenkelement, eine zylinder- oder kegelförmige Geometrie aufweisen kann. Ferner kann zumindest ein Umlenkelement an seiner Oberseite profiliert und ggfs. auch drehbar gelagert sein, um ein sicheres Erfassen und Umlenken der Leitung zu ermöglichen, ohne dass diese ggfs. gestreckt wird. Eine entsprechende Ausbildung kann auch für mehrere oder sämtliche Umlenkelemente zur Anwendung kommen.
Insbesondere dann, wenn die Druckelemente eine Kegelform-Geometrie aufweisen, sollten deren Spitzen in Richtung der Fläche des Arbeitsplatzes zeigen, entlang der die Leitungen geführt werden. Dies ist von Vorteil, da Leitungen unterschiedlicher Querschnitte miteinander verschweißt werden können, wobei üblicherweise zunächst Leitungen mit dem größten Querschnitt auf der Bodenfläche des Verdichtungsraums angeordnet werden. Somit wird ein Stapeln erleichtert.
Bei den entsprechenden Ausbildungen gehen die Umlenkelemente von einer horizontal oder im Wesentlichen horizontal verlaufenden Arbeitsebene aus, entlang der die Leitungen verlaufen. Somit erfolgt ein relatives Verstellen der Druckelemente zueinander in der Arbeitsebene, also im Wesentlichen horizontal.
Alternativ und zur Erzielung einer kompakten Bauweise besteht die Möglichkeit, dass das zumindest eine verstellbare Druckelement sowohl senkrecht zu den Leitungen als auch vertikal verstellt wird. Wird als Antrieb z. B. ein Pneumatikzylinder verwendet, so wird der mit dem Druckelement verbundene Kolben vertikal verstellt. Für die Umlenkeinrichtung bedarf es daher nur wenig Platz, da der Zylinder an den Kopf, also an die Frontseite der Ultraschallschweißvorrichtung angebaut werden kann.
Um das Einlegen der Leitungen im Verdichtungsraum durch das verstellbare und oberhalb der Leitungen verlaufende Druckelement nicht zu behindern, kann dieses zum Einlegen aus dem Einlegeweg der Leitungen zurückgefahren werden. Dabei kann ein Mechanismus zur Anwendung gelangen, wie dieser auch bei einer Ultraschallschweißvorrichtung in Bezug auf deren Ambosse mit Träger und senkrecht zu diesen verstellbaren Querhaupt bekannt ist.
Es besteht auch die Möglichkeit, dass Druckstücke als Umlenkelemente verwendet werden, die leitungsseitig derart profiliert sind, dass beim Zusammenfahren der Druckstücke die zwischen diesen befindliche Leitung die gewünschte Verlaufsänderung erfährt. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass ein Druckstück stationär angeordnet ist, also quasi ein Gegenlager zu dem verstellbaren Druckstück bildet. Die Geometrien der leitungsseitig verlaufenden Oberflächen sind dabei komplementär zueinander ausgebildet.
Des Weiteren kann ein Druckelement als Balgzylinder ausgebildet sein, der zu einem Gegenlager verstellbar ist, dessen leitungsseitige Oberfläche die zu erzielende Verlaufsänderung der Leitung bzw. Leitungen sicherstellt.
Es besteht auch die Möglichkeit, dass die verwendeten Druckformstücke ein- oder mehrteilig ausgebildet sind.
Ferner können die Druckformstücke leitungsseitig elastisch ausgebildet sein.
Es ist auch nicht zwingend erforderlich, dass dem verstellbaren Druckformstück ein Gegenlager in Form eines Druckformstücks zugeordnet ist. Stifte oder Rollen können gleichfalls derart einem Druckformstück zugeordnet werden, dass die Verlaufsänderung gewährleistet ist.
Können die auf einer Seite der Führung angeordneten Druckelemente, die gegenüberliegend zu dem verstellbaren Druckelement verlaufen, stationär angeordnet sein, so besteht auch die Möglichkeit eines Verstellens bzw. Verfahrens, um die Leitungen problemlos in die Führung einzubringen.
Bei der Verwendung von zylinderförmigen Druckelementen, also quasi Stiften, können diese des Weiteren zur Vertikalen kippbar angeordnet sein, um das Einlegen der Leitungen zu erleichtern.
Bei stift- bzw. zylinder- bzw. kegelförmig ausgebildeten Druckelementen sollte eine Anordnung derart erfolgen, dass zumindest zwei Druckelemente auf einer Seite der Führung und zwischen diesen auf der gegenüberliegenden Seite der Führung zumindest ein Druckelement verlaufen.
Es besteht aber auch die Möglichkeit, dass das verstellbare Druckelement gabelförmig ausgebildet ist und zwei quer zu den einzulegenden Leitungen verlaufende stiftförmige Elemente aufweist, in die die Leitung bzw. Leitungen eingelegt wird bzw. werden, so dass durch Verstellen zu den weiteren vor und hinter dem gabelförmig verstellbaren Druckelement angeordneten Druckelementen diese als Gegenlager wirken, wenn das gabelförmige Druckelement in Richtung einer gedachten Geraden verstellt wird, die die weiteren Druckelemente verbindet. Die gabelförmige Ausbildung bietet den Vorteil, dass beim Zurückfahren des entsprechenden Druckelements die Leitungen zurückgebogen werden, damit diese über ihre gesamte Länge weiterhin entlang der Geraden verlaufen.
Da erwähntermaßen bei der Herstellung von Durchgangsknoten zu beiden Seiten des Verdichtungsraums Leitungen Bauelemente aufweisen können, können entsprechende Umlenkeinrichtungen vor und hinter dem Verdichtungsraum vorgesehen sein.
Um während der erzwungenen Verlaufsänderung ein Auslenken der Leitungen in ihren freien Endabschnitten zu verhindern, ist bevorzugterweise ergänzend ein Führungselement auf der verdichtungsraumfernliegenden Seite der Umlenkeinrichtung angeordnet, und zwar auf der Seite in Bezug auf die Verlängerung der Längsachse des Verdichtungsraums, auf der sich das verstellbare Umlenkelement befindet.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen – für sich und/oder in Kombination –, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:
1 eine Prinzipdarstellung einer Ultraschallschweißvorrichtung nach dem Stand der Technik,
2 die Ultraschallschweißvorrichtung gemäß 1 mit einer Dämpfungseinrichtung nach dem Stand der Technik,
3 eine Prinzipdarstellung einer Anordnung mit einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Dämpfungseinrichtung,
4 die Anordnung gemäß 3 in Seitenansicht,
5 eine Anordnung mit einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Dämpfungseinrichtung,
6 eine Anordnung einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Dämpfungseinrichtung beim Einlegen von Leitungen,
7 die Anordnung gemäß 6 mit auf die Leitungen einwirkendem verstellbaren Druckelement und
8 die Anordnung gemäß 6 und 7 nach erfolgtem Schweißen der Leitungen und Zurückbiegen dieser.
In den Figuren, in denen grundsätzlich gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen werden, ist eine Ultraschallschweißvorrichtung 10 dargestellt, mit der elektrische Leitungen 12, 14 zu einem Durchgangsknoten (3, 4) oder einem Endknoten (5–8) verschweißt werden. Bei den Leitungen 12, 14 handelt es sich um solche, die aus einer Vielzahl von Litzen oder feinen Adern bestehen, die außerhalb des herzustellenden Knotens eine Isolierung aufweisen. Entsprechende Leitungen werden z. B. in der Automobilindustrie für ein Bordnetz benutzt. Dabei weisen die zu End- oder Durchgangsknoten – ganz allgemein Schweißknoten – zu verschweißenden Leitungen 12, 14 häufig in ihren freien Enden Bauelemente wie insbesondere Kontaktteile wie Steckkontakte, Steckverbinder, Stecker- oder Buchsenteile auf, die filigran ausgebildet sein können. Auch besteht die Möglichkeit, dass jedes Ende einer Leitung 12, 14 ein entsprechendes Bauelement aufweist, wie die 2 verdeutlicht. So weist die Leitung 14 die Bauelemente 16, 18 auf. Die Leitung 12 ist mit einem Bauelement 20 in Form eines Steckverbinders versehen.
Die Ultraschallschweißvorrichtung 10 weist einen üblichen Aufbau auf, d. h., ein Generator ist mit einem Konverter verbunden, mittels dem die Ultraschallschwingungen – ggfs. durch einen Booster verstärkt – auf eine Sonotrode übertragen werden. Die Sonotrode begrenzt die Unterseite eines vorzugsweise in Höhe und Breite verstellbaren Verdichtungsraums 22, der seitlich von einem Schieber 24 und auf gegenüberliegender Seite von einem mehrteiligen Amboss 26 begrenzt ist. Der Amboss 26 besteht aus einer eine obere Seite des Verdichtungsraums 22 begrenzendes Querhaupt aufnehmenden Säule, die gegenüberliegend zum Schieber 24 verläuft und somit seitlich den Verdichtungsraum 22 begrenzt. In Bezug auf den Aufbau einer entsprechenden Ultraschallschweißvorrichtung und den Verdichtungsraum wird auf den Stand der Technik verwiesen, insbesondere auf DE. Z.: Bibliothek der Technik, Band 108, Ultraschallschweißen, verlag moderne industrie, 86895 Landsberg, 1995, insbesondere Seite 20 ff., oder EP-B-0 723 713 , auf deren Offenbarungen ausdrücklich Bezug genommen wird und die Gegenstand der vorliegenden Beschreibung sind.
Bei geöffnetem Verdichtungsraum 22, also in den 1, 3 zum oberen Rand verschobenem Querhaupt und zum unteren Rand verstelltem Schieber 24, werden die Leitungen 12, 14 in den Verdichtungsraum 22 eingelegt. Die entsprechenden sich innerhalb des Verdichtungsraums 22 befindenden abisolierten Abschnitte der Leitungen 12, 14, die auch als erste Abschnitte zu bezeichnen sind, verlaufen bei geschlossenem Verdichtungsraum 22 entlang dessen Längsachse 23.
Üblicherweise werden zur Herstellung von Durchgangsknoten von beiden Seiten des Verdichtungsraums 22 her gesonderte Leitungen eingebracht. Die durchgehende Leitung 14 stellt insoweit einen Sonderfall dar.
Wird mittels der Sonotrode Ultraschall auf die ersten Abschnitte appliziert, so werden die Schwingungen auf die Leitungen 12, 14 mit der Folge übertragen, dass die Bauelemente 16, 18, 20 in einem Umfang in Schwingung versetzt werden, dass diese zerstört werden können.
Die Amplituden A₀, A₁, A₂, A₃ der Schwingungen sind in 1 zeichnerisch rein prinzipiell den einzelnen Abschnitten zugeordnet gezeichnet und verdeutlichen, dass die Amplituden in dem Bereich der Bauelemente 16, 18, 20 im Vergleich zu der im Verdichtungsraum 22 kaum gedämpft sind. A₀ ist die Amplitude der Sonotrode und die Amplituden A₁, A₂, A₃ sind die im Bereich der Bauelemente 16, 20, 18.
Um die Amplituden zu dämpfen, sind nach dem Stand der Technik bereits die der 2 zu entnehmenden Maßnahmen getroffen worden.
So besteht die Möglichkeit, entweder die Leitung 14 um 90° abzuwinkeln oder die Leitung 12 zwischen Dämpfungsbacken 30, 32 zu klemmen, die leitungsseitig parallele Begrenzungsflächen aufweisen.
In der Praxis hat sich gezeigt, dass ein wirksames Dämpfen mittels der Dämpfungsbacken 30, 32 nicht möglich ist. Effektiver erfolgt das Dämpfen durch Umlenken der Leitung 14 um 90° (2).
Das Umlenken um 90° erfolgt über einen Führungsstift 34. Zwei einen Spalt bildende Führungsstifte 36, 38 sind des Weiteren vorgesehen, in den im Ausführungsbeispiel die Leitung 14 mit ihrem Endbereich eingelegt werden muss, um die 90°-Abwinklung sicherzustellen.
Allerdings ergeben sich Nachteile hinsichtlich des Handlings, da häufig nicht genug Platz zur Verfügung steht, um Leitungen, die sehr lang sein können, um 90° abzuwinkeln. Dabei muss auch berücksichtigt werden, dass Leitungen sich zu beiden Seiten des Verdichtungsraums erstrecken und auf beiden Seiten zu schützende Bauelemente aufweisen können.
Um die dem Stand der Technik immanenten Nachteile zu vermeiden, werden erfindungsgemäß die Leitungen 12, 14 in ihrem Verlauf vor und hinter dem Verdichtungsraum 22 nur abschnittsweise beeinflusst, so dass die Leitungen 12, 14 dem Grunde nach weiterhin entlang der Verlängerung der Längsachse 23 des Verdichtungsraums 22, also entlang der Geraden verlaufen, die durch die innerhalb des Verdichtungsraums 22 verlaufenden ersten Abschnitte der Leitungen 12, 14 vorgegeben wird.
Wie sich aus den 3 bis 5 ergibt, werden die Leitungen 12, 14 jeweils in einem zweiten Abschnitt 40 bzw. 42 über nachstehend beispielhaft zu erläuternde Umlenkelemente derart umgelenkt, dass sich ein in etwa bogenförmiger Verlauf in den zweiten Abschnitten 40, 42 ergibt. Dieser reicht aus, um die Leitungen 12, 14 in einem Umfang zu dämpfen, dass die in den Enden, also den Bauelementen 16, 18, 20 auftretenden Schwingungen im Vergleich zur Ausgangsamplitude A₀ im Verdichtungsraum 22 eine erheblich reduzierte Amplitude A₁₀ bzw. A₂₀ bzw. A₃₀ aufweisen, wie prinzipiell der 3 zu entnehmen ist. Die Amplitude wird durch die bogen- oder kurvenförmige Verlaufsänderung in einem Umfang gedämpft, dass ein Zerstören der Bauelemente 16, 18, 20 ausgeschlossen wird. Die Dämpfung beträgt im Vergleich zur Amplitude der Sonotrode zumindest 50%, insbesondere bis zu 95% im Bereich der Bauelemente 16, 18, 20.
Aus der 3 ergibt sich, dass eine Verlaufsänderung der Leitung 14 sowohl vor als auch hinter dem Verdichtungsraum 22 erfolgt, da die Leitung 14 sich zu beiden Seiten des Verdichtungsraums 22 erstreckt und am jeweiligen Ende ein Bauelement aufweist, und zwar die Bauelemente 16 und 18. Dabei können die die Verlaufsänderungen bewirkenden Umlenkeinrichtungen vor und hinter dem Verdichtungsraum 22 gleich ausgebildet sein. Anstelle der einen Leitung 14 kann von jeder Seite des Verdichtungsraums 22 eine gesonderte Leitung zugeführt werden.
Im Ausführungsbeispiel der 3 ist ein mittels eines z. B. pneumatisch oder elektrischen Antriebs 44 verstellbares Stift- oder Zylinderelement 46 vorgesehen, das als Andruckstück wirkt und zu einer Seite der Leitungen 12, 14, also der gedachten Verlängerung der Längsachse 23 des Verdichtungsraums 22 verläuft. Gegenüberliegend sind im Ausführungsbeispiel und in Längsrichtung der Leitung 12,14 vor und hinter dem Andruckstück 46 jeweils ein ebenfalls stift- oder zylinderförmig ausgebildetes Gegenelement 48, 50 vorgesehen, deren Abstand D vorzugsweise zwischen 10 mm und 50 mm liegt. Das Andruckstück 46 und die Gegenelemente 48, 50 begrenzen eine Führung für die Leitungen 12, 14, die von der Verlängerung der Längsachse 23 durchsetzt wird.
Das angetriebene Andruckstück sollte um einen Weg S derart verstellt werden, dass die Auslenkung der Leitungen 12, 14 im Bereich zwischen 3 mm und 20 mm liegt.
Werden die Leitungen 12, 14 bei zurückgezogenem Andruckstück 46 zwischen dem Andruckstück 46 und den Gegenstücken 48, 50, also in die Führung gelegt und wird anschließend das Andruckstück 46 in Richtung der Gegenstücke 48, 50 verstellt, so wird den zweiten Abschnitten 40 der Leitungen 12, 14 ein bogen- oder kurvenförmiger Verlauf aufgezwungen. Entsprechendes gilt für den zweiten Abschnitt 42 vor dem Verdichtungsraum 22. Eine bogen- oder kurvenfömige Geometrie kann in Abhängigkeit der Ausbildung und Anordnung von Andruckstücken und Gegenstücken erzielt werden.
Damit zum einen ein Ausweichen der Leitungen 12, 14, insbesondere ein Hochwandern dieser entlang des Andruckstücks 46 bzw. der Gegenstücke 48, 50 – die auch als Gegenlager bezeichnet werden können – nicht erfolgt, können diese profiliert sein, wie die Darstellung eines entsprechenden zylinderförmigen Elements 52 in 4 verdeutlicht, das als Andruckstück 46 bzw. Gegenstück 48, 50 benutzt werden kann. Ergänzend bzw. alternativ besteht die Möglichkeit, das Andruckstück 46 bzw. die Gegenstücke 48, 50 drehbar auszubilden (Darstellung 54 in 4). Hierdurch ist eine sichere Führung der Leitungen 12, 14 gewährleistet.
Das Andruckstück 46 und die Gegenstücke 48, 50, die im Ausführungsbeispiel der 3–5 von einer horizontal verlaufenden Arbeitsfläche 53 ausgehen, bilden folglich eine Umlenkeinrichtung 51, wobei das Andruckstück 46 vorzugsweise mittig zwischen den Gegenstücken 48, 50 verläuft.
Bei einer horizontal verlaufenden Arbeitsfläche, wie diese den 3–5 zu entnehmen ist, und bei von diesen ausgehenden Umlenkelementen sind auch folgende Ausgestaltungen möglich. Andruckstück 46 bzw. Gegenstücke 48, 50 können eine Kegelform aufweisen, wobei die Spitze nach unten zeigt, wie die Darstellung in 4 (Element 55) verdeutlicht.
Es besteht auch die Möglichkeit, dass die stift- bzw. zylinderförmigen Elemente, also das Andruckstück 46 und die Gegenstücke 48, 50 zur Vertikalen kippbar angeordnet sind, um das Einlegen der Leitungen 12, 14 zu erleichtern.
Damit beim Verstellen des Andruckstücks 46 in Richtung einer die Gegenstücke 48, 50 verbindenden Geraden die Leitungen 12, 14 in der zeichnerischen Darstellung der 3 nicht zum oberen Rand der Zeichnung ausweichen können, kann ein Führungsstift 56 auf der den Verdichtungsraum 22 abgewandten Seite der Umlenkeinrichtung 51 vorgesehen sein, und zwar auf der Seite der Leitungen 12, 14, auf der das Andruckstück 46 auf die Leitungen 12, 14 einwirkt. Somit ist sichergestellt, dass beim Aufprägen der Verlaufsänderung auf die Leitungen 12, 14 diese endseitig nicht ausweichen mit der Folge, dass diese weiterhin entlang der Verlängerung der Längsachse 23 des Verdichtungsraums 22 verlaufen.
Die Anordnung des Andruckstücks 46, der Gegenstücke 48, 50 und des vorzugsweise drehbar ausgebildeten Führungsstifts 56 und die Zuordnung zueinander ergibt sich auch aus der Seitendarstellung der Anordnung gemäß 4, in der abweichend von der Darstellung in 3 die linke Umlenkeinrichtung weggelassen worden ist.
Das quer zur Verlängerung der Längsachse 23 verstellbare Andruckstück 46 kann auch eine Gabelform aufweisen, d. h. zwei stift- oder zylinderförmige Elemente aufweisen, zwischen denen die Leitungen 12, 14 einlegbar sind. Die zwei stift- oder zylinderförmigen Elemente spannen dabei eine Gerade auf, die quer zu den Leitungen 12, 14 verläuft. Um die Leitungen 12, 14 in ihrem Verlauf, und zwar in ihrem jeweiligen zweiten Abschnitt 40 in gewünschtem Umfang zu verändern, wird sodann das gabelförmig ausgebildete Andruckstück zu den in den 3 und 4 vorhandenen Gegenstücken 48, 50 verstellt.
Die gabelförmige Ausführungsform gewährleistet beim Zurückfahren, dass die verbogenen Leitungen 12, 14 wieder oder wieder annähernd in ihre Ausgangsform (gerader Verlauf) zurückverformt werden.
Eine weitere Ausgestaltung einer Umlenkeinrichtung 61 ist der 5 zu entnehmen. So wird der jeweilige zweite Abschnitt 40 der Leitungen 12, 14 zwischen einem Druckformstück 58 und einem Gegenstück oder Gegenlager 60 geführt, die leitungsseitig einen Geometrieverlauf aufzeigen, der die gewünschte Verlaufsänderung der zweiten Abschnitte 40 sicherstellt. Im Ausführungsbeispiel ist das Druckformstück 58 mit dem Antrieb 44 verbunden. Eine entsprechende Umlenkeinrichtung kann auch auf der in der Darstellung linken Seite des Verdichtungsraums 22 vorgesehen sein.
Das Druckformstück 58 kann einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. Leitungsseitig kann dieses profiliert sein. Die Oberfläche kann ferner aus elastischem Material bestehen. Auch kann das Druckformstück 58 mit dem Antrieb 44 durch einen Balgzylinder ersetzt werden, der sich stirnseitig an den Geometrieverlauf des Gegenlagers 60 anpasst.
Anstelle des dargestellten Gegenlagers 60 kann auch ein Stift oder eine Rolle vorgesehen sein, der bzw. die derart zu dem Druckformstück 58 positioniert ist, dass die Leitungen 12, 14 in Richtung einer Vertiefung 62 des Druckformstücks 58 verbogen werden, wenn das Druckformstück 58 in Richtung des nicht dargestellten Stifts bzw. der Rolle verstellt wird.
Aus der Prinzipdarstellung der 5 erkennt man, dass die einander zugewandten Oberflächen des Druckformstücks 58 und des Gegenstücks 60 zumindest in einem Umfang komplementär zueinander ausgebildet sind, in dem die gewünschten Verlaufsänderungen auf die zweiten Abschnitte 40 der Leitungen 12, 14 aufgeprägt werden sollen.
Ist in den 3–5 eine Anordnung rein prinzipiell dargestellt, bei der die Umlenkelemente in einer Ebene relativ zueinander verstellbar sind, die horizontal verläuft, also durch die Arbeitsfläche 53 vorgegeben ist, so besteht nach dem Ausführungsbeispiel der 6–8 die Möglichkeit, eine Verstellung sowohl senkrecht zu den Leitungen 12, 14 als auch in vertikaler Richtung durchzuführen. Hierdurch ergibt sich eine kompakte Baueinheit, da der Antrieb wie Pneumatikzylinder an die Stirnseite 112 der Ultraschallschweißvorrichtung 10 angebaut werden kann. Dies ist rein prinzipiell den 6–8 zu entnehmen, wobei der Antrieb wie Pneumatikzylinder in einem Gehäuse 114 angeordnet und damit nicht sichtbar ist.
In 6 ist der Verdichtungsraum 22 geöffnet, der von einer Fläche 21 einer Sonotrode, einer senkrecht verlaufenden Begrenzungsfläche eines Seitenschiebers 25, einer gegenüberliegenden Seitenfläche 27 eines zweiteiligen Ambosses 29 mit Querhaupt 31 begrenzt wird. Bei geschlossenen Verdichtungsraum 22 verschließt das Querhaupt 31 den Verdichtungsraum gegenüberliegend zur Fläche 21 der Sonotrode.
Es findet sich folglich eine Konstruktion wie diese der EP-B-0 723 713 zu entnehmen ist, so dass auf deren Offenbarung verwiesen wird.
In der 6 ist die Umlenkeinrichtung 100, mittels der die Leitungen 12, 14 beim Verschweißen gedämpft werden, in der Stellung dargestellt, in der das Einlegen der Leitungen 12, 14 in den Verdichtungsraum 22 erfolgt. Hierzu befindet sich ein vorzugsweise eine Zylinderform aufweisendes erstes Umlenkelement 116 in einer zurückgefahrenen Position, um das Einlegen der Leitungen 12, 14 in den Verdichtungsraum 22 zu erleichtern. Man erkennt aus der zeichnerischen Darstellung, dass in Bezug auf den Verdichtungsraum 22 zwischen diesem und dem mit dem Kolben des Zylinders verbundenen Umlenkelement 116 ein weiteres (zweites) Umlenkelement 118 angeordnet ist, das gleichfalls vorzugsweise eine Zylinderform oder einen Teil einer solchen aufweist, deren Achse parallel zu der des Umlenkelements 116 verläuft. In dem verdichtunsraumfernliegenden Bereich des verstellbaren Umlenkelements 116 ist ein drittes Umlenkelement 123 vorhanden, das auf der Seite in Bezug auf die Leitungen 12, 14 angeordnet ist wie das zweite Umlenkelement 118. Das dritte Umlenkelement 123 kann dabei gleichfalls eine Zylinderform aufweisen, ist jedoch bevorzugterweise – wie das zweite Umlenkelement 118 – ein Abschnitt wie Radius des Gehäuses 114. Schließlich ist ein als Widerlager zu bezeichnendes viertes Umlenkelement 120 vorzugsweise zylinder- oder stiftförmiger Geometrie vorgesehen, das auf der Seite verläuft, auf der das verstellbare Umlenkelement 116 angeordnet ist. Ferner wird aus den Figuren ersichtlicht, dass unterhalb des verstellbaren Umlenkelementes 116 ein als Druckstück 122 zu bezeichnendes weiteres Element in dem Gehäuse 114 angeordnet ist, das in einer Ebene verstellbar ist, in der das Umlenkelement 116 verstellt wird, also in der Darstellung vertikal. Das Druckelement 122 hat die Aufgabe, die Leitungen 12, 14 in etwa in ihre Ausgangsverlaufsform zurückzubiegen.
Erwähntermaßen ist in 6 die Position der Ultraschallschweißvorrichtung 10 wiedergegeben, in der die Leitungen 12, 14 in den Verdichtungsraum 22 eingelegt werden. In der 7 wird die Stellung rein prinzipiell dargestellt, in der die Leitungen 12, 14 in dem Verdichtungsraum 22 verschweißt werden und dabei durch Absenken des Umlenkelements 116 in Richtung der Leitungen 12, 14 gedämpft werden. Hierdurch bedingt werden die Leitungen 12, 14 verformt, da diese zwischen dem verdichtungsraumnaheliegenden zweiten Umlenkelement 118, dem abgesenkten ersten Umlenkelement 116 und dem verdichtungsraumfernliegenden dritten Umlenkelement 123 verlaufen. Um ein unerwünschtes Auslenken der freien Enden der Leitungen 12, 14 zu verhindern, ist das verdichtungsraumfernliegende vierte Umlenkelement 120 oder Widerlager vorgesehen, an dem sich die freien Abschnitte der Leitungen 12, 14 bei der aufgezwungenen Verlaufsänderung anlegen können. Hierzu ist vorgesehen, dass das Widerlager oder vierte Umlenkelement 123 drehbar ausgebildet ist, genau so wie die Widerlager 56 in den 3 und 4. Durch die Drehbarkeit erfolgt ein reibungsloses Verstellen der Leitungen 12, 14 zu dem Umlenkelement 123, wenn diese durch Verstellen des Umlenkelements 116 zum Dämpfen der Leitungen 12, 14 oder beim Zurückbiegen verformt werden.
Nachdem die Leitungen 12, 14 verschweißt sind, verbleiben diese mit ihren abisolierten und zu einem Knoten verschweißten Enden 13, 15 in dem Verdichtungsraum 22 fixiert. Das verstellbare erste Umlenkelement 116 wird von den Leitungen 12, 14 abgehoben und zurückgefahren, wie ein Vergleich der 7 und 8 verdeutlicht. Sodann wird das Druckstück 122 in Richtung der Leitungen 12, 14, also vertikal verstellt, so dass die zuvor in Richtung des Druckstücks 122 verformten Leitungen 12, 14 zurückgebogen werden können.
Zum Verstellen des Druckelements 116 sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung kann eine Konstruktion gewählt werden, wie diese im Zusammenhang mit dem mehrteiligen Amboss zum Einsatz gelangt, d. h. die Bewegungen überlagern sich. Insoweit wird auf die entsprechenden Konstruktionen verwiesen.
Auch besteht die Möglichkeit, zu beiden Seiten des Verdichtungsraums 22 eine Umlenkeinrichtung 100 vorzusehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0723713 B [0046, 0076]

Claims

Verfahren zum Verschweißen von aus metallischen Litzen oder Adern bestehenden Leitungen zu einem End- oder Durchgangsknoten durch Einbringen von jeweils einem ersten Abschnitt jeder Leitung in einen Verdichtungsraum einer Ultraschallschweißvorrichtung, in dem die ersten Abschnitte entlang einer Geraden verlaufen, wobei zumindest eine Leitung im Abstand zu dem zu schweißenden End- oder Durchgangsknoten ein Bauelement wie Kontaktelement aufweist und zumindest die das Bauelement aufweisende Leitung zwischen dem Verdichtungsraum und dem Bauelement in einem zweiten Abschnitt durch mittels einer Umlenkeinrichtung erzwungene Verlaufsänderung der Leitung gedämpft wird, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die das Bauelement aufweisende Leitung in Verlängerung der Geraden ausgerichtet wird und auf den in Verlängerung der Geraden verlaufenden zweiten Abschnitt auf gegenüberliegende Seiten des zweiten Abschnitts die Umlenkeinrichtung einwirkt, wobei durch Verstellen der Umlenkeinrichtung zu dem zweiten Abschnitt dieser abschnittsweise eine Verlaufsänderung erfährt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Abschnitt eine bogen- oder S- oder Z- oder mäanderförmige Verlaufsänderung erfährt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Abschnitt zwischen mehreren Umlenkelementen wie zylinder- oder kegelförmigen Elementen oder Formstücken geführt wird, von denen zumindest zwei Umlenkelemente zur Erzwingung der Verlaufsänderung quer zur Längsrichtung der Leitung relativ aufeinanderzu verstellt werden.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungen von einem gabelförmigen ersten Druckelement aufgenommen werden, das zur Erzielung der Verlaufsänderung zu zumindest einem zweiten Druckelement verstellt wird, und dass beim Zurückverstellen des ersten Druckelementes die Leitungen zum Rückgängigmachen der Verlaufsänderung zurückgebogen werden.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, die zumindest zwei Umlenkelemente in einer horizontal oder vertikal verlaufenden Ebene relativ zueinander verstellt werden.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei zum Aufzwingen der Verlaufsänderung vertikal verstellbarem Umlenkelement dieses zum Einlegen der Leitungen in den Verdichtungsraum horizontal verstellt wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche entlang der das Bauelement aufweisenden Leitung verlaufende weitere Leitungen zwischen der Umlenkeinrichtung hindurchgeführt werden.
Anordnung zum Ultraschallverschweißen von aus metallischen Litzen oder Adern bestehenden Leitungen (12, 14), umfassend eine jeweils einen ersten Abschnitt einer jeden Leitung aufnehmenden Verdichtungsraum (22), entlang dessen Langsachse (23) die ersten Abschnitte ausrichtbar sind, sowie eine zumindest eine der Leitungen, vorzugsweise sämtliche Leitungen aufnehmende Umlenkeinrichtung (51, 61, 100), die im Abstand zu dem Verdichtungsraum in Verlängerung der Längsachse des Verdichtungsraums angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkeinrichtung (51, 61, 100) zumindest zwei relativ zueinander verstellbare Umlenkelemente (46, 48, 50; 58, 60; 116, 118, 123) aufweist, die im Bereich der Verlängerung der Längsachse (23) des Verdichtungsraums (22) eine Führung für die zumindest eine Leitung (12, 14) bilden, durch die der Leitung im Bereich der Führung eine Verlaufsänderung aufzwingbar ist.
Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Umlenkelement (46, 48, 50, 52, 54, 55, 116) eine zylinder- oder kegelförmige Geometrie aufweist und/oder drehbar gelagert ist und/oder ein ein- oder mehrteiliges Druckformstück (58, 60) und/oder im Bereich der Führung führungsseitig profiliert ist und/oder elastisch ausgebildet ist und/oder ein Balgzylinder ist.
Anordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkeinrichtung (51, 100) sich zu beiden Seiten der Führung erstreckende vorzugsweise zylinder- oder stiftförmig ausgebildete Umlenkelemente (46, 48, 50; 116, 118, 123) aufweist, dass ein vorzugsweise zylinder- oder stiftförmig ausgebildetes Umlenkelement auf einer Seite der Führung angeordnet ist und quer, insbesondere senkrecht zur Verlängerung der Längsachse (23) des Verdichtungsraums (22) und relativ zu zumindest zwei zweiten auf der anderen Seite der Führung angeordneten Umlenkelementen verstellbar ist, wobei entlang der Verlängerung der Längsachse betrachtet zwischen den zwei zweiten Umlenkelementen das erste Umlenkelement angeordnet ist.
Anordnung nach zumindest einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Umlenkelement (46, 58, 116) mit einem vorzugsweise elektrischen oder pneumatischen Antrieb (44) zum Verstellen zu zumindest einem weiteren Umlenkelement oder einem Paar von Umlenkelementen (48, 50, 60; 118, 123) verbunden ist.
Anordnung nach zumindest einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung auf einer Seite von einem führungsseitig in seiner Oberfläche eine bogenförmige Geometrie aufweisenden ersten Druckformstück (58) und auf der anderen Seite von einem dem Druckformstück zugeordneten Gegenlager (60) begrenzt ist, dessen dem Druckformstück zugewandte Oberfläche zumindest abschnittsweise ein zur Oberflächengeometrie des Druckformstücks komplementären Geometrieverlauf aufweist.
Anordnung nach zumindest einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass auf verdichtungsraumabgewandter Seite der Führung ein stationäres vorzugsweise drehbares Führungselement (56, 120) angeordnet ist, das im Bereich der Verlängerung der Längsachse (23) des Verdichtungsraums (22) auf der Seite von zu verschweißenden Leitungen (12, 14) angeordnet ist, auf der sich das verstellbare Umlenkelement (46) befindet.
Anordnung nach zumindest einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Umlenkelement eine Gabelform derart aufweist, dass zwei stift- oder zylinderförmige Elemente Aufnahme für die zumindest eine Leitung (12, 14) bilden und dass das gabelförmig ausgebildete Umlenkelement zu zwei weiteren Umlenkelementen verstellbar ist, wobei jeweils ein weiteres Umlenkelement jeweils zu einer Seite des gabelförmigen Umlenkelementes verläuft.
Anordnung nach zumindest einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das verstellbare Umlenkelement (46, 58, 116) mit einem Antrieb (44) zu dessen horizontalem oder vertikalem Verstellen verbunden ist.