DE102014212313A1 - Torsion sonotrode, apparatus and method for ultrasonic welding - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Torsionssonotrode (1) zum Schweißen mittels Ultraschall, mit einer senkrecht zu einer Torsionsachse (T) verlaufenden ringförmigen Kontaktfläche (2) zum Einleiten einer torsionalen Ultraschallschwingung (U) in ein zu verschweißendes Bauteil (14). Zur exakten Positionierung des Bauteils (14) bezüglich eines weiteren Bauteils (16) wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass an der Torsionssonotrode (1) eine Positioniereinrichtung angebracht ist, welche beim Bewegen der Kontraktfläche (2) in Richtung des Bauteils (14) im Wesentlichen formschlüssig in das Bauteil (14) eingreift.The invention relates to a torsion sonotrode (1) for ultrasonic welding, comprising an annular contact surface (2) extending perpendicularly to a torsion axis (T) for introducing a torsional ultrasonic vibration (U) into a component (14) to be welded. For exact positioning of the component (14) with respect to a further component (16), it is proposed according to the invention that a positioning device is mounted on the torsion sonotrode (1), which in the direction of the component (14) moves substantially positively when moving the contract surface (2) the component (14) engages.

Description

Die Erfindung betrifft eine Torsionssonotrode nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie betrifft ferner eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Schweißen mittels Ultraschall. The invention relates to a Torsionssonotrode according to the preamble of claim 1. It further relates to an apparatus and a method for welding by means of ultrasound.

Zum Herstellen einer Schweißverbindung mittels Ultraschallschweißen wird ein Bauteil auf ein weiteres Bauteil gelegt. Das weitere Bauteil ist üblicherweise auf einer festen Unterlage, beispielsweise einem Amboss, abgestützt. Das Bauteil und das weitere Bauteil sind beispielsweise aus Kunststoff hergestellt. To produce a welded connection by means of ultrasonic welding, a component is placed on another component. The further component is usually supported on a solid base, for example an anvil. The component and the further component are made of plastic, for example.

Zur Herstellung der Schweißverbindung wird sodann das Bauteil mittels einer Torsionssonotrode mit einem vorgegebenen Druck gegen das weitere Bauteil gedrückt. Dabei liegt die Torsionssonotrode mittels einer Kontaktfläche am Bauteil an. Es wird mittels der Torsionssonotrode eine Ultraschallschwingung auf das Bauteil übertragen. Infolgedessen kommt es zu einer Relativbewegung zwischen dem Bauteil und dem weiteren Bauteil. Durch die dabei erzeugte Wärme wird das Bauteil mit dem weiteren Bauteil verschweißt. To produce the weld joint, the component is then pressed by means of a Torsionssonotrode with a predetermined pressure against the other component. In this case, the Torsionssonotrode is by means of a contact surface on the component. It is transmitted by means of Torsionssonotrode an ultrasonic vibration to the component. As a result, there is a relative movement between the component and the other component. Due to the heat generated in the process, the component is welded to the other component.

Eine Torsionssonotrode nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist beispielsweise aus der EP 1 930 148 A1 bekannt. Die bekannte Torsionssonotrode ist im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgestaltet. Sie weist an ihrem einen Ende eine senkrecht zu einer Torsionsachse verlaufende ringförmige Kontaktfläche zum Einleiten einer torsionalen Ultraschallschwingung in ein zu verschweißendes Bauteil auf. Am anderen Ende ist die Torsionssonotrode mit einer Einrichtung zum Einleiten der torsionalen Ultraschallschwingung gekoppelt. A Torsionssonotrode according to the preamble of claim 1 is for example from the EP 1 930 148 A1 known. The known Torsionssonotrode is designed substantially rotationally symmetrical. It has at its one end a perpendicular to a torsion axis extending annular contact surface for introducing a torsional ultrasonic vibration in a component to be welded. At the other end, the torsion sonotrode is coupled to a means for initiating torsional ultrasonic vibration.

Zur Herstellung einer positionsgenauen Verbindung zwischen dem Bauteil und dem weiteren Bauteil ist es aus der EP 1 930 148 A1 bereits bekannt, am Bauteil Ausnehmungen vorzusehen, in welche vom weiteren Bauteil sich erstreckende Positionierstifte eingreifen. Damit ist es möglich, das Bauteil relativ zum weiteren Bauteil in einer vorgegebenen Position zu verschweißen. To produce a positionally accurate connection between the component and the other component, it is from the EP 1 930 148 A1 already known to provide recesses on the component, in which engage from the further component extending positioning pins. This makes it possible to weld the component relative to the other component in a predetermined position.

Bei aus Kunststoff hergestellten Bauteilen erfordert das Vorsehen von Ausnehmungen einen erhöhten Aufwand bei der Herstellung von Formwerkzeugen. Abgesehen davon gibt es in der Praxis Anforderungen, bei denen das Vorsehen von Positionierstiften, Ausnehmungen und dgl. am Bauteil oder am weiteren Bauteil nicht möglich, unwirtschaftlich oder aus ästhetischen Gründen nicht erwünscht ist. When made of plastic components, the provision of recesses requires increased effort in the production of molds. Apart from this, there are requirements in practice in which the provision of positioning pins, recesses and the like. On the component or other component is not possible, uneconomical or desirable for aesthetic reasons.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es sollen insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren angegeben werden, mit denen ein Bauteil positionsgenau mit einem weiteren Bauteil mittels Ultraschallschweißen verbunden werden können. The object of the invention is to eliminate the disadvantages of the prior art. In particular, a device and a method are to be specified with which a component can be connected in exact position with another component by means of ultrasonic welding.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1, 7 und 9 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 6, 8 sowie 10 bis 14. This object is solved by the features of claims 1, 7 and 9. Advantageous embodiments of the invention will become apparent from the features of claims 2 to 6, 8 and 10 to 14.

Nach Maßgabe der Erfindung wird eine Torsionssonotrode vorgeschlagen, an der eine Positioniereinrichtung angebracht ist, welche beim Bewegen der Kontaktfläche in Richtung des Bauteils im Wesentlichen formschlüssig in das Bauteil eingreift. – Indem erfindungsgemäß an der Torsionssonotrode eine Positioniereinrichtung angebracht ist, entfällt die Notwendigkeit des Vorsehens von Positionierstiften, Ausnehmungen und dgl. an den Bauteilen. Das Bauteil wird beim Bewegen der Torsionssonotrode gegen das weitere Bauteil mittels der Positioniereinrichtung korrekt positioniert. Erfindungsgemäß wird die Torsionssonotrode also nicht nur zum Verschweißen der Bauteile, sondern auch zur Positionierung der Bauteile zueinander verwendet. Damit kann das Vorsehen einer gesonderten, nicht an der Torsionssonotrode angebrachten Positioniereinrichtung zur exakten Anordnung der miteinander zu verschweißenden Bauteile in einer vorgegebenen Position entfallen. Da die Positionierung der Bauteile zueinander und deren Verschweißen mit einem einzigen Werkzeug erfolgt, kann auf das Vorsehen gesonderter Bewegungseinrichtungen zur Bewegung der Positioniereinrichtung verzichtet werden. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Torsionssonotrode lässt sich vorteilhafterweise ohne Weiteres mit herkömmlichen Ultraschallschweißvorrichtungen kombinieren. According to the invention, a Torsionssonotrode is proposed, to which a positioning device is mounted, which engages when moving the contact surface in the direction of the component substantially form-fitting manner in the component. - By according to the invention on the Torsionssonotrode a positioning device is mounted, eliminating the need for the provision of positioning pins, recesses and the like. On the components. When the torsion sonotrode is moved against the further component, the component is correctly positioned by means of the positioning device. According to the invention, the torsion sonotrode is thus used not only for welding the components but also for positioning the components relative to one another. Thus, the provision of a separate, not attached to the Torsionssonotrode positioning can be omitted for the exact arrangement of the components to be welded together in a predetermined position. Since the positioning of the components to each other and their welding is done with a single tool, can be dispensed with the provision of separate movement means for moving the positioning. The torsion sonotrode proposed according to the invention can advantageously be readily combined with conventional ultrasonic welding devices.

Der "im Wesentlichen formschlüssige Eingriff" der Positioniereinrichtung in das Bauteil ist derart, dass damit das Bauteil bezüglich der Torsionsachse mit einer Abweichung bezüglich einer vorgegebenen Position von weniger als 0,1 mm, vorzugsweise weniger als 0,05 mm, besonders bevorzugt weniger als 0,001 mm, positioniert werden kann. Gleichzeitig bleibt es allerdings möglich, beim Abheben der Torsionssonotrode das Positionierelement vom Bauteil zu lösen, ohne dass dabei das Bauteil und/oder die Schweißverbindung mit dem weiteren Bauteil beschädigt werden. The "substantially positive engagement" of the positioning in the component is such that the component with respect to the torsion axis with a deviation with respect to a predetermined position of less than 0.1 mm, preferably less than 0.05 mm, more preferably less than 0.001 mm, can be positioned. At the same time, however, it is possible to detach the positioning element from the component when the torsion sonotrode is removed, without damaging the component and / or the welded connection with the further component.

Das zu verschweißende Bauteil liegt üblicherweise auf dem weiteren Bauteil auf. Das weitere Bauteil ist bezüglich der Torsionsachse lagefixiert. Beispielsweise kann es sich bei dem weiteren Bauteil um einen aus Kunststoff hergestellten Stoßfänger handeln, welcher zur Lagefixierung in einer zur Form des Stoßfängers korrespondierenden Halterung aufgenommen ist. The component to be welded usually lies on the further component. The further component is fixed in position with respect to the torsion axis. For example, the further component may be a bumper made of plastic, which is received in a position corresponding to the shape of the bumper for fixing the position.

Erfindungsgemäß greift die Positioniereinrichtung beim Bewegen der Kontaktfläche, d. h. vor einem Kontakt der Kontaktfläche mit dem zu verschweißenden Bauteil, formschlüssig in das Bauteil ein. Ein solcher "Eingriff" kann erfolgen, indem die Positioniereinrichtung in eine Ausnehmung, Vertiefung oder Aushöhlung im Bauteil eingreift. Unter einem "Eingriff" wird im Sinne der vorliegenden Erfindung aber auch verstanden, dass die Positioniereinrichtung beispielsweise ein vorspringendes Element am Bauteil übergreift. According to the invention, when the contact surface is moved, ie before contact of the contact surface with the component to be welded, the positioning device engages in a form-fitting manner into the component. Such an "intervention" can be done by the positioning engages in a recess, recess or cavity in the component. For the purposes of the present invention, however, an "intervention" is also understood to mean that the positioning device, for example, engages over a projecting element on the component.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Positioniereinrichtung ein parallel zur Torsionsachse bewegbares Positionierelement. Das Positionierelement kann an einem dem Bauteil zugewandten freien Ende schräge oder konische Flächen aufweisen, welche den im Wesentlichen formschlüssigen Eingriff in das Bauteil erleichtern. Die Positioniereinrichtung ist vorteilhafterweise lösbar an der Torsionssonotrode angebracht. Sie kann also ausgetauscht werden. According to an advantageous embodiment of the invention, the positioning device comprises a movable parallel to the torsion positioning. The positioning element may have inclined or conical surfaces on a free end facing the component, which facilitate the substantially positive engagement in the component. The positioning device is advantageously detachably attached to the Torsionssonotrode. It can therefore be exchanged.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Positioniereinrichtung ein parallel zur Torsionsachse bewegbares Positionierelement. Das Positionierelement kann insbesondere entgegen der Rückstellkraft eines elastisch bewegbaren Rückstellelements, beispielsweise einer Feder, eines Gummielements oder dgl., bewegbar sein. Indem das Positionierelement relativ zur Kontaktfläche bewegbar ist, kann durch die Bewegung der Torsionssonotrode gegen das im Kontakt mit dem weiteren Bauteil befindliche Bauteil nicht nur ein formschlüssiger Kontakt mit dem Bauteil, sondern auch ein kraftschlüssiger Kontakt mit dem Bauteil und/oder dem weiteren Bauteil zur ordnungsgemäßen Positionierung des Bauteils bezüglich dem weiteren Bauteil hergestellt werden. Durch das Vorsehen des elastisch bewegbaren Rückstellelements kann die Ausübung eines übermäßigen Drucks auf das Bauteil und damit eine Beschädigung desselben vermieden werden. Gleichzeitig ist die elastische Rückstellkraft so gewählt, dass damit eine Positionierung des Bauteils möglich bleibt. According to an advantageous embodiment, the positioning device comprises a movable parallel to the torsion positioning. The positioning element can in particular be counter to the restoring force of an elastically movable restoring element, for example a spring, a rubber element or the like, be movable. By the positioning element is movable relative to the contact surface, by the movement of the Torsionssonotrode against the component located in contact with the further component not only a positive contact with the component, but also a frictional contact with the component and / or the further component for proper Positioning of the component to be manufactured with respect to the other component. By providing the elastically movable return element, the exertion of excessive pressure on the component and thus damage thereof can be avoided. At the same time the elastic restoring force is chosen so that thus a positioning of the component remains possible.

Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist die Positioniereinrichtung in einer durch die Kontaktfläche begrenzten zylindrischen Ausnehmung der Torsionssonotrode aufgenommen. Dabei ist zwischen der Positioniereinrichtung und einer die Ausnehmung umgebenden zylindrischen Wand der Torsionssonotrode ein umlaufender Spalt gebildet, so dass die Positioniereinrichtung und die Kontaktfläche hinsichtlich der Übertragung von Ultraschallschwingungen zumindest teilweise entkoppelt sind. Die vorgeschlagene Ausgestaltung ist platzsparend. Abgesehen davon ist damit die Positioniereinrichtung geschützt vor äußeren Einflüssen, beispielsweise seitlichen Stößen, weitgehend innerhalb der Torsionssonotrode untergebracht. According to a particularly advantageous embodiment, the positioning device is received in a limited by the contact surface cylindrical recess of Torsionssonotrode. In this case, a circumferential gap is formed between the positioning device and a cylindrical wall surrounding the recess of the Torsion Sonotrode, so that the positioning device and the contact surface are at least partially decoupled with regard to the transmission of ultrasonic vibrations. The proposed embodiment is space-saving. Apart from this, the positioning is thus protected from external influences, such as lateral shocks, largely housed within the Torsionssonotrode.

Das Positionierelement kann auf einem an der Torsionssonotrode zentrisch angebrachten Bolzen gleitend geführt sein. Der Bolzen steht zweckmäßigerweise in der Ausnehmung in Richtung der Kontaktfläche hervor. Das Positionierelement kann lösbar am Bolzen befestigt sein. D. h. es kann ausgetauscht werden. Damit ist es einfach möglich, die Torsionssonotrode universell für unterschiedlich ausgestaltete Bauteile mit jeweils dazu korrespondierenden Positionierelementen zu versehen. The positioning element may be slidably guided on a pin mounted centrally on the torsion sonotrode. The bolt expediently protrudes in the recess in the direction of the contact surface. The positioning can be releasably attached to the bolt. Ie. it can be exchanged. This makes it possible to provide the torsion sonotrode universally for differently configured components with corresponding positioning elements.

Das Positionierelement kann insbesondere ein Zentrierelement sein, welches in eine am Bauteil vorgesehene erste Ausnehmung und in eine am weiteren Bauteil vorgesehene zweite Ausnehmung eingreift. Bei der ersten und/oder zweiten Ausnehmung kann es sich um eine zylindrische Ausnehmung gleichen Durchmessers handeln. Mit dem vorgeschlagenen Zentrierelement ist es möglich, das Bauteil so auf dem weiteren Bauteil mittels der Positioniereinrichtung zu positionieren, dass die erste und die zweite Ausnehmung exakt fluchten. The positioning element may in particular be a centering element which engages in a first recess provided on the component and in a second recess provided on the further component. The first and / or second recess may be a cylindrical recess of the same diameter. With the proposed centering element, it is possible to position the component on the further component by means of the positioning device such that the first and the second recess are exactly aligned.

Das Zentrierelement ist zweckmäßigerweise rotationssymmetrisch ausgebildet. Es kann an seinem freien Ende einen zur zweiten Ausnehmung korrespondierenden Kegelstumpf bzw. Kegelstumpfflächen aufweisen. Ferner können am Zentrierelement weitere Kegelstumpfflächen und/oder zylindrische Flächen vorgesehen sein, welche zur ersten Ausnehmung am Bauteil korrespondieren. The centering element is expediently rotationally symmetrical. It may have at its free end a corresponding to the second recess truncated cone or frustoconical surfaces. Furthermore, further truncated cone surfaces and / or cylindrical surfaces may be provided on the centering element, which correspond to the first recess on the component.

Nach weiterer Maßgabe der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Schweißen mittels Ultraschall vorgesehen, umfassend:
eine erfindungsgemäße Torsionssonotrode,
eine Einrichtung zum Bewegen der Torsionssonotrode in eine Richtung parallel zur Torsionsachse, so dass die Positioniereinrichtung im Wesentlichen formschlüssig in das Bauteil eingreift, und zum nachfolgenden Drücken der Kontaktfläche gegen das Bauteil, und
eine Einrichtung zur Erzeugung einer um die Torsionsachse gerichteten torsionalen Ultraschallschwingung. In accordance with another aspect of the invention, an apparatus for ultrasonic welding is provided, comprising:
a torsion sonotrode according to the invention,
a device for moving the torsion sonotrode in a direction parallel to the torsion axis, so that the positioning device engages in a form-fitting manner in the component, and for subsequently pressing the contact surface against the component, and
a device for generating a torsional axis directed torsional ultrasonic vibration.

Bei der Einrichtung zum Bewegen der Torsionssonotrode kann es sich beispielsweise um einen Roboter oder eine Vertikalbewegungseinrichtung handeln. Zur Erzeugung der um die Torsionsachse gerichteten torsionalen Ultraschallschwingung kann in herkömmlicher Weise ein Konverter, zweckmäßigerweise unter Zwischenschaltung eines Boosters, tangential an der Torsionssonotrode oder einem damit verbundenen Verbindungsstück angebracht sein. Es können auch mehrere gegenphasig schwingende Konverter, versetzt um 180°, tangential an der Torsionssonotrode mit einem damit verbundenen Verbindungsstück angebracht sein. Insoweit wird auf die EP 1 930 148 A1 verwiesen, deren Offenbarungsgehalt hiermit einbezogen wird. The device for moving the torsion sonotrode may, for example, be a robot or a vertical movement device. To generate the torsional axis directed torsional ultrasonic vibration can be mounted in a conventional manner, a converter, advantageously with the interposition of a booster, tangentially to the Torsionssonotrode or an associated connector. It is also possible for a plurality of antiphase oscillating converters, offset by 180 °, to be attached tangentially to the torsion sonotrode with a connecting piece connected thereto. In that regard, on the EP 1 930 148 A1 referenced, the disclosure of which is hereby incorporated by reference.

Nach weiterer Maßgabe der Erfindung wird ein Verfahren zum Schweißen mittels Ultraschall mit folgenden Schritten vorgeschlagen:
Bereitstellen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Schweißen mittels Ultraschall,
Bewegen der Torsionssonotrode in Richtung des Bauteils, so dass die Positioniereinrichtung im Wesentlichen formschlüssig in das Bauteil eingreift, und
nachfolgendes Ausüben eines Drucks auf das Bauteil mittels der an der Torsionssonotrode vorgesehenen Kontaktfläche, wobei die Kontaktfläche eine um die Torsionsachse gerichtete torsionale Ultraschallschwingung ausführt. According to a further aspect of the invention, a method for welding by means of ultrasound is proposed with the following steps:
Providing a device according to the invention for welding by means of ultrasound,
Moving the Torsionssonotrode in the direction of the component, so that the positioning device engages substantially form-fitting manner in the component, and
subsequently exerting a pressure on the component by means of the contact surface provided on the torsion sonotrode, wherein the contact surface carries out a torsional ultrasonic vibration directed around the torsion axis.

Indem die an der Torsionssonotrode angebrachte Positioniereinrichtung im Wesentlichen formschlüssig in das Bauteil eingreift, kann das Bauteil beim Bewegen der Torsionssonotrode in Richtung des weiteren Bauteils exakt bezüglich des weiteren Bauteils positioniert werden. Überraschenderweise wird durch den im Wesentlichen formschlüssigen Eingriff der Positioniereinrichtung in das Bauteil die nachfolgende Herstellung einer Ultraschallschweißverbindung nicht beeinträchtigt. By virtue of the positioning device mounted on the torsion sonotrode engaging in the component substantially in a form-fitting manner, the component can be positioned exactly relative to the further component when the torsion sonotrode is moved in the direction of the further component. Surprisingly, the subsequent production of an ultrasonic welded connection is not impaired by the substantially positive engagement of the positioning device in the component.

Zweckmäßigerweise wird beim Eingriff der Positioniereinrichtung in das Bauteil ein Positionierelement der Positioniereinrichtung parallel zur Torsionsachse bewegt. Dabei wird das Positionierelement zweckmäßigerweise entgegen der Rückstellkraft eines elastischen Rückstellelements bewegt. Damit kann einer Beschädigung des Bauteils bei einem nicht exakten Eingriff der Positioniereinrichtung in das Bauteil entgegengewirkt werden. Conveniently, a positioning element of the positioning device is moved parallel to the torsion axis during engagement of the positioning device in the component. The positioning element is expediently moved counter to the restoring force of an elastic return element. This can be counteracted damage to the component in a non-exact engagement of the positioning in the component.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird das Bauteil mittels der Positioniereinrichtung aufgenommen und anschließend auf das weitere Bauteil gesetzt. In diesem Fall ist die Torsionssonotrode zweckmäßigerweise an einem Roboter angebracht. Mit dem Roboter kann die Torsionssonotrode zunächst zu einem Magazin oder einem Vorrat bewegt und dort mittels der Positioniereinrichtung ein Bauteil reibschlüssig aufgenommen und nachfolgend auf dem weiteren Bauteil positioniert werden. According to a further embodiment of the invention, the component is received by means of the positioning device and then set to the further component. In this case, the torsion sonotrode is expediently attached to a robot. With the robot, the torsion sonotrode can first be moved to a magazine or a supply and there by means of the positioning a component frictionally received and subsequently positioned on the other component.

Das Positionierelement ist zweckmäßigerweise ein Zentrierelement, welches beim Bewegen der Torsionssonotrode in Richtung des Bauteils zunächst in eine am Bauteil vorgesehene erste Ausnehmung und dann in eine am weiteren Bauteil vorgesehene zweite Ausnehmung eingreift. Durch den Eingriff des, beispielsweise dornartig ausgeführten, Zentrierelements in die erste und die zweite Ausnehmung wird das Bauteil in die vorgegebene Position bezüglich des weiteren Bauteils verschoben, so dass die beiden Ausnehmungen exakt fluchten. Anschließend kann das Bauteil mit exakt fluchtenden Ausnehmungen mit dem weiteren Bauteil verschweißt werden. The positioning element is expediently a centering element, which, when the torsion sonotrode is moved in the direction of the component, first engages in a first recess provided on the component and then in a second recess provided on the further component. By the engagement of, for example, thorn-like executed, centering element in the first and the second recess, the component is moved in the predetermined position with respect to the further component, so that the two recesses are exactly aligned. Subsequently, the component can be welded with exactly aligned recesses with the other component.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the drawings. Show it:

1 eine perspektivische Schnittansicht durch eine Torsionssonotrode und 1 a sectional perspective view through a Torsionssonotrode and

2 eine schematische Ansicht zur Funktionsweise der Torsionssonotrode. 2 a schematic view of the operation of the torsion sonotrode.

1 zeigt eine perspektivische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Torsionssonotrode, welche allgemein mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet ist. Die Torsionssonotrode 1 weist eine senkrecht zu einer Torsionsachse T verlaufende ringförmige Kontaktfläche 2 auf, welche zweckmäßigerweise mit einer Strukturierung versehen ist. Die Kontaktfläche 2 begrenzt eine im Wesentlichen zylindrische Ausnehmung 3, welche sich vom einen Ende der Torsionssonotrode 1 in deren Inneres erstreckt. Die Ausnehmung 3 ist vorteilhafterweise rotationssymmetrisch bezüglich der Torsionsachse T. An einem Boden 4 der Ausnehmung 3 ist in axialer Anordnung zur Torsionsachse T ein erstes Innengewinde 5 vorgesehen, in welches ein Bolzen 6 eingeschraubt ist. Der Bolzen 6 erstreckt sich vom Boden 4 in Richtung der Kontaktfläche 2. Er weist an seinem freien Ende ein zweites Innengewinde 7 auf. Auf dem Bolzen 6 ist gleitend ein Zentrierelement 8 geführt, welches mittels einer Feder 9 in eine Richtung zum freien Ende des Bolzens 6 hin gezwungen wird. Das Zentrierelement 8 wird auf dem Bolzen 6 mittels einer Schraube 10 gehalten, welche in das zweite Innengewinde 7 eingeschraubt ist. 1 shows a perspective sectional view of a torsion sonotrode according to the invention, which generally with the reference numeral 1 is designated. The torsion sonotrode 1 has a perpendicular to a torsion axis T extending annular contact surface 2 on, which is expediently provided with a structuring. The contact surface 2 defines a substantially cylindrical recess 3 extending from one end of the torsion sonotrode 1 extends into their interior. The recess 3 is advantageously rotationally symmetrical with respect to the torsion axis T. At a bottom 4 the recess 3 is in axial arrangement to the torsion axis T a first internal thread 5 provided, in which a bolt 6 is screwed. The bolt 6 extends from the ground 4 in the direction of the contact surface 2 , He has at its free end a second internal thread 7 on. On the bolt 6 is sliding a centering element 8th guided, which by means of a spring 9 in one direction to the free end of the bolt 6 is forced back. The centering element 8th gets on the bolt 6 by means of a screw 10 held, which in the second internal thread 7 is screwed.

Das Zentrierelement 8 weist an seinem freien Ende einen konisch geformten Zentrierring 11 auf. Der Zentrierring 11 erstreckt sich von einem Zentrierabschnitt 12 des Zentrierelements 8. Der Zentrierabschnitt 12 weist eine umlaufende konische Fläche auf. Ein erster Durchmesser des Zentrierabschnitts 12 ist größer als ein zweiter Durchmesser des Zentrierrings 11. Sowohl der Zentrierabschnitt 12 als auch der sich davon erstreckende Zentrierring 11 stehen über eine die Kontaktfläche 2 enthaltende Ebene hervor. The centering element 8th has at its free end a conically shaped centering ring 11 on. The centering ring 11 extends from a centering section 12 of the centering element 8th , The centering section 12 has a circumferential conical surface. A first diameter of the centering section 12 is larger than a second diameter of the centering ring 11 , Both the centering section 12 as well as the centering ring extending therefrom 11 stand over a contact surface 2 containing level.

Am dem Zentrierelement 8 gegenüberliegenden Ende weist die Torsionssonotrode 1 ein drittes Innengewinde 13 zur Verbindung an ein Verbindungsstück, einen Booster, Konverter oder dgl. auf. At the centering element 8th opposite end has the torsion sonotrode 1 a third internal thread 13 for connection to a connector, a booster, converter or the like.

Die Funktionsweise der Torsionssonotrode 1 wird nunmehr in Zusammensicht mit 2 näher erläutert. In 2 weist ein Bauteil 14, welches beispielsweise aus Kunststoff hergestellt ist, eine rohrartige erste Ausnehmung 15 auf. Ein plattenartiges weiteres Bauteil 16, bei dem es sich beispielsweise um einen aus Kunststoff hergestellten Stoßfänger handeln kann, weist eine zweite zylindrische Ausnehmung 17 auf. Die erste Ausnehmung 15 und die zweite Ausnehmung 17 können denselben Durchmesser aufweisen. The functioning of the torsion sonotrode 1 will now be in conjunction with 2 explained in more detail. In 2 has a component 14 , which is made for example of plastic, a tubular first recess 15 on. A plate-like another component 16 , which may be, for example, a bumper made of plastic, has a second cylindrical recess 17 on. The first recess 15 and the second recess 17 can have the same diameter.

Zur Herstellung einer Ultraschallschweißverbindung zwischen dem Bauteil 14 und dem weiteren Bauteil 16 kann beispielsweise wie folgt vorgegangen werden:
Zunächst wird das Bauteil 14 so auf das weitere Bauteil 16 gelegt, dass die erste Ausnehmung 15 etwa mit der zweiten Ausnehmung 17 fluchtet. Anschließend wird mittels einer (hier nicht näher gezeigten) Bewegungseinrichtung die Torsionssonotrode 1 in einer Richtung parallel zu deren Torsionsachse T gegen das Bauteil 14 bewegt. Dabei greift das Zentrierelement 8 in die erste Ausnehmung 15 ein. Im weiteren Verlauf der Bewegung greift der Zentrierring 11 in die zweite Ausnehmung 17 ein. Durch die konischen Flächen am Zentrierring 11 sowie am Zentrierabschnitt 12 wird die erste Ausnehmung 15 des Bauteils 14 bezüglich der zweiten Ausnehmung 17 zentriert. Dabei wird das Bauteil 14 geringfügig seitlich verschoben. Anschließend wird die Kontaktfläche 2 mit einem vorgegebenen Druck auf eine dazu korrespondierende Fläche am Bauteil 14 gedrückt. Es wird eine torsionale Ultraschallschwingung um die Torsionsachse T erzeugt, deren Schwingungsrichtung mit dem Bezugszeichen U angedeutet ist. Infolgedessen wird das Bauteil 14 mit dem weiteren Bauteil 16 verschweißt und zwar derart, dass die erste 15 und die zweite Ausnehmung 17 exakt fluchten. Nach der Herstellung der Ultraschallschweißverbindung wird die Torsionssonotrode 1 vom Bauteil 14 abgehoben. Infolgedessen kommt auch das Zentrierelement 8 außer Eingriff mit der ersten 15 und der zweiten Ausnehmung 17. For producing an ultrasonic welding connection between the component 14 and the other component 16 For example, you can proceed as follows:
First, the component 14 so on the other component 16 put that first recess 15 approximately with the second recess 17 flees. Subsequently, by means of a (not shown here) moving device, the Torsionssonotrode 1 in a direction parallel to its torsion axis T against the component 14 emotional. The centering element engages 8th in the first recess 15 one. As the movement progresses, the centering ring engages 11 in the second recess 17 one. Due to the conical surfaces on the centering ring 11 as well as at the centering section 12 becomes the first recess 15 of the component 14 with respect to the second recess 17 centered. In the process, the component becomes 14 slightly laterally shifted. Subsequently, the contact surface 2 with a predetermined pressure on a corresponding surface on the component 14 pressed. A torsional ultrasonic oscillation is generated about the torsion axis T whose direction of oscillation is indicated by the reference symbol U. As a result, the component becomes 14 with the other component 16 welded in such a way that the first 15 and the second recess 17 exactly aligned. After the ultrasonic welding connection is made, the torsion sonotrode becomes 1 from the component 14 lifted. As a result, also comes the centering 8th out of engagement with the first 15 and the second recess 17 ,

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1
Torsionssonotrode a torsion
2 2
Kontaktfläche contact area
3 3
Ausnehmung recess
4 4
Boden ground
5 5
erstes Innengewinde first internal thread
6 6
Bolzen bolt
7 7
zweites Innengewinde second internal thread
8 8th
Zentrierelement centering
9 9
Feder feather
10 10
Schraube screw
11 11
Zentrierring centering
12 12
Zentrierabschnitt centering
13 13
drittes Innengewinde third internal thread
14 14
Bauteil component
15 15
erste Ausnehmung first recess
16 16
weiteres Bauteil another component
17 17
zweite Ausnehmung second recess
T T
Torsionsachse torsion
U U
Ultraschallschwingung ultrasonic vibration

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 1930148 A1 [0004, 0005, 0020] EP 1930148 A1 [0004, 0005, 0020]

Claims (14)

Torsionssonotrode (1) zum Schweißen mittels Ultraschall, mit einer senkrecht zu einer Torsionsachse (T) verlaufenden ringförmigen Kontaktfläche (2) zum Einleiten einer torsionalen Ultraschallschwingung (U) in ein zu verschweißendes Bauteil (14), dadurch gekennzeichnet, dass an der Torsionssonotrode (1) eine Positioniereinrichtung angebracht ist, welche beim Bewegen der Kontraktfläche (2) in Richtung des Bauteils (14) im Wesentlichen formschlüssig in das Bauteil (14) eingreift. Torsion sonotrode ( 1 ) for ultrasonic welding, with an annular contact surface ( 2 ) for introducing a torsional ultrasonic vibration (U) into a component to be welded ( 14 ), characterized in that at the Torsionssonotrode ( 1 ) a positioning device is mounted, which during movement of the contract surface ( 2 ) in the direction of the component ( 14 ) substantially form-fitting in the component ( 14 ) intervenes. Torsionssonotrode (1) nach Anspruch 1, wobei die Positioniereinrichtung ein parallel zur Torsionsachse (T) bewegbares Positionierelement umfasst. Torsion sonotrode ( 1 ) according to claim 1, wherein the positioning device comprises a parallel to the torsion axis (T) movable positioning. Torsionssonotrode (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Positionierelement entgegen der Rückstellkraft eines elastischen Rückstellelements (9) bewegbar ist. Torsion sonotrode ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the positioning element counter to the restoring force of an elastic return element ( 9 ) is movable. Torsionssonotrode (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Positioniereinrichtung in einer durch die Kontaktfläche (2) begrenzten zylindrischen Ausnehmung (3) der Torsionssonotrode (1) aufgenommen ist. Torsion sonotrode ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the positioning device in a through the contact surface ( 2 ) limited cylindrical recess ( 3 ) of the torsion sonotrode ( 1 ) is recorded. Torsionssonotrode (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Positionierelement auf einem an der Torsionssonotrode (1) zentrisch angebrachten Bolzen (6) gleitend geführt ist. Torsion sonotrode ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the positioning element is mounted on one of the torsion sonotrode ( 1 ) Centrally mounted bolts ( 6 ) is guided in a sliding manner. Torsionssonotrode (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Positionierelement ein Zentrierelement (8) ist, welches in eine am Bauteil (14) vorgesehenen erste Ausnehmung (15) und in eine am weiteren Bauteil (16) vorgesehene zweite Ausnehmung (17) eingreift. Torsion sonotrode ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the positioning element is a centering element ( 8th ) which is in one of the component ( 14 ) provided first recess ( 15 ) and in one on the other component ( 16 ) provided second recess ( 17 ) intervenes. Vorrichtung zum Schweißen mittels Ultraschall, umfassend: eine Torsionssonotrode (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, eine Einrichtung zum Bewegen der Torsionssonotrode (1) in eine Richtung parallel zur Torsionsachse (T), so dass die Positioniereinrichtung im Wesentlichen formschlüssig in das Bauteil (14) eingreift, und zum nachfolgenden Drücken der Kontaktfläche (2) gegen das Bauteil (14), und eine Einrichtung zur Erzeugung einer um die Torsionsachse (T) gerichteten torsionalen Ultraschallschwingung (U). A device for ultrasonic welding, comprising: a torsion sonotrode ( 1 ) according to one of the preceding claims, means for moving the torsion sonotrode ( 1 ) in a direction parallel to the torsion axis (T), so that the positioning device substantially form fit into the component ( 14 ) and for subsequently pressing the contact surface ( 2 ) against the component ( 14 ), and means for generating a torsional ultrasonic vibration (U) directed around the torsion axis (T). Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Einrichtung zum Bewegen der Torsionssonotrode (1) ein Roboter oder eine Vertikalbewegungseinrichtung ist. Apparatus according to claim 8, wherein the means for moving the torsion sonotrode ( 1 ) is a robot or a vertical movement device. Verfahren zum Schweißen mittels Ultraschall mit folgenden Schritten: Bereitstellen einer Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, Bewegen der Torsionssonotrode (1) in Richtung des Bauteils (14), so dass die Positioniereinrichtung im Wesentlichen formschlüssig in das Bauteil (14) eingreift, und nachfolgendes Ausüben eines Drucks auf das Bauteil (14) mittels der an der Torsionssonotrode (1) vorgesehenen Kontaktfläche (2), wobei die Kontaktfläche (2) eine um die Torsionsachse (T) gerichtete torsionale Ultraschallschwingung (U) ausführt. A method of ultrasonic welding, comprising the steps of: providing a device according to claim 7 or 8, moving the torsion sonotrode (US Pat. 1 ) in the direction of the component ( 14 ), so that the positioning device substantially in a form-fitting manner in the component ( 14 ) and subsequently applying a pressure to the component ( 14 ) by means of the torsion sonotrode ( 1 ) provided contact surface ( 2 ), where the contact surface ( 2 ) performs a torsional ultrasonic vibration (U) directed around the torsion axis (T). Verfahren nach Anspruch 10, wobei beim Eingriff der Positioniereinrichtung in das Bauteil (14) ein Positionierelement der Positioniereinrichtung parallel zur Torsionsachse (T) bewegt wird. Method according to claim 10, wherein upon engagement of the positioning device in the component ( 14 ) a positioning element of the positioning device is moved parallel to the torsion axis (T). Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Positionierelement entgegen der Rückstellkraft eines elastischen Rückstellelements (9) bewegt wird. A method according to claim 10, wherein the positioning element counter to the restoring force of an elastic return element ( 9 ) is moved. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei das Bauteil (14) mittels der Positioniereinrichtung aufgenommen und anschließend auf das weitere Bauteil (16) gesetzt wird. Method according to one of claims 9 to 11, wherein the component ( 14 ) received by means of the positioning device and then to the further component ( 16 ) is set. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei das Positionierelement ein Zentrierelement (8) ist, welches beim Bewegen der Torsionssonotrode (1) in Richtung des Bauteils (14) zunächst in eine am Bauteil (14) vorgesehenen erste Ausnehmung (15) und dann in eine am weiteren Bauteil (16) vorgesehene zweite Ausnehmung (17) eingreift. Method according to one of claims 9 to 12, wherein the positioning element is a centering element ( 8th ), which, when moving the torsion sonotrode ( 1 ) in the direction of the component ( 14 ) first in one on the component ( 14 ) provided first recess ( 15 ) and then into one on the other component ( 16 ) provided second recess ( 17 ) intervenes. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Bauteil (14) beim Bewegen der Torsionssonotrode (1) gegen das weitere Bauteil (16) in eine vorgegebene Position verschoben wird. The method of claim 13, wherein the component ( 14 ) when moving the torsion sonotrode ( 1 ) against the further component ( 16 ) is moved to a predetermined position.
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