DE102015206866B3 - Ultraschall-Schweißzange - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ultraschall-Schweißzange (10) zur Ausführung einer Ultraschall-Schweißung an einem rohrförmigen elektrisch leitenden Schweißmedium (20), wobei eine erste oder eine zweite Schweißbacke sowie eine einen zwischen den Schweißbacken gebildeten Schweißmedium-Aufnahmeraum (19) begrenzende Schweißmedium-Anschlageinrichtung (21) jeweils elektrisch leitend ausgebildet und voneinander elektrisch isoliert angeordnet sind, wobei die elektrisch leitende Schweißbacke sowie die elektrisch leitende Schweißmedium-Anschlageinrichtung Komponenten eines Sicherheitsschaltkreises ausbilden, derart, dass eine Auslösung eines Schweißvorgangs mit einem Schließvorgang der Schweißbacken nach Schließen des Sicherheitsschaltkreises durch Herstellen eines elektrischen Kontakts zwischen der elektrisch leitenden Schweißbacke und der Schweißmedium-Anschlageinrichtung mittels des Schweißmediums erfolgt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ultraschall-Schweißzange zur Ausführung einer Ultraschall-Schweißung an einem rohrförmigen elektrisch leitenden Schweißmedium mit einem ersten Zangenteil und einem relativ zum ersten Zangenteil bewegbaren zweiten Zangenteil, wobei das erste Zangenteil eine durch eine Ultraschallschwingungen übertragende Sonotrode gebildete erste Schweißbacke und das zweite Zangenteil eine durch einen Amboss gebildete zweite Schweißbacke aufweist.
  • Aus der DE 33 16 873 A1 ist eine Vorrichtung zum Verbinden elektrischer Leiter bekannt, die mobil ausgebildet ist und zur Verbindung von elektrischen Leitern eine Sonotrode und ein dieser zugeordnetes, als Amboss dienendes Gegenlager aufweist, die einander angepasste Ausnehmungen bzw. Vorsprünge aufweisen.
  • Die DE 197 35 195 C1 zeigt eine nach Art einer Schweißzange ausgebildete Schweißvorrichtung, mit einer zum Öffnen oder Schließen der Schweißzange dienenden Betätigungseinrichtung und zwei Zangenhälften, welche eine Sonotrode und einen Amboss ausbilden und zwischen denen miteinander zu verschweißende Leiter aufgenommen sind.
  • Aus der DE 37 10 693 C2 ist eine mobile Ultraschall-Schweißeinrichtung bekannt, die eine pistolengriffartige Handhabe aufweist und einen Verdichtungsraum, mit gegeneinander bewegbaren Ambossteilen, zwischen denen miteinander zu verschweißende Leiter angeordnet werden. Die Auslösung der Schweißeinrichtung erfolgt über einen Fußschalter.
  • Aus dem Produktprospekt „STAPLA Ultraschall-Schweißsysteme KOBRA” der Schunk Sonosystems GmbH mit Veröffentlichungsdatum 08/2007 ist eine Ultraschall-Schweißzange der eingangs genannten Art bekannt.
  • Derartige Ultraschall-Schweißzangen werden insbesondere zur Durchführung von Endverschweißungen an metallischen Rohrleitungen verwendet, wie sie beispielsweise als Fluidleitungen an Kühlaggregaten, also insbesondere an Klimageräten oder Kühlschränken, durchgeführt werden. Derartige Endverschweißungen werden nach Befüllen eines die Fluidleitungen umfassenden Kühlkreislaufes mit einem Kältemittel durchgeführt, derart, dass eine an einem freien Ende der Rohrleitung angeordnete Befüllarmatur gleichzeitig mit Durchführung der Endverschweißung vom Rohrleitungsende abgetrennt wird.
  • Obwohl der eigentliche Schweißvorgang zwischen den relativ klein und schmal ausgeführten Schweißbacken erfolgt, die aufgrund ihrer schmalen und kleinen Ausgestaltung eine Positionierung in Schweißstellung auch bei engsten Raumverhältnissen möglich machen, um den Schweißvorgang auch sehr dicht an dem mit der Fluidleitung versehenen Aggregat durchführen zu können, erfordert die Anordnung der die Sonotrode umfassenden Ultraschalleinrichtung an einem Zangenteil der Ultraschall-Schweißzange eine insgesamt großvolumige Ausgestaltung der Ultraschall-Schweißzange mit einer entsprechenden Masse. Daher ist zur Handhabung der Ultraschall-Schweißzange die Kombination der Ultraschall-Schweißzange mit einer Handhabungseinrichtung erforderlich, um eine Gewichtskompensation der Ultraschall-Schweißzange zu ermöglichen, und somit die Handhabung der Ultraschall-Schweißzange zu erleichtern.
  • Obwohl die bekannten Ultraschall-Schweißzangen mit einer derartigen Handhabungseinrichtung versehen sind und daher leicht mit nur einer Hand positioniert werden können, ist bei den bekannten Ultraschall-Schweißzangen eine Zweihandbedienung aus Sicherheitsgründen vorgesehen. Hierdurch soll sichergestellt werden, dass sich keine Hand der Bedienungsposition bei Durchführung des Schweißvorgangs im Bereich der Schweißbacken befindet. Zur Zweihandbedienung sind zur Auslösung des Schweißvorgangs zwei Auslöseschalter vorgesehen, die jeweils an einem Handgriff angeordnet sind, sodass sich beide Hände der Bedienungsperson zur Durchführung bzw. Auslösung des Schweißvorgangs an voneinander beabstandeten Handgriffen befinden müssen.
  • In der Praxis setzt daher die Durchführung einer Endverschweißung einer rohrförmigen Fluidleitung eines Kühlaggregats ein besonderes Geschick der Bedienungsperson voraus, da gleichzeitig mit Durchführung des Schweißvorgangs sichergestellt werden muss, dass die mit der Endverschweißung von der Fluidleitung abgetrennte Befüllarmatur an einer gewünschten Stelle positioniert wird und insbesondere nicht beim Herunterfallen in einen Aufnahmebehälter beschädigt wird.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Handhabung einer Ultraschall-Schweißzange zu vereinfachen, ohne nachteilige Auswirkung auf die Betriebssicherheit der Ultraschall-Schweißzange.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Ultraschall-Schweißzange mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Erfindungsgemäß sind die erste oder die zweite Schweißbacke sowie eine einen zwischen den Schweißbacken gebildeten Schweißmedium-Aufnahmeraum begrenzende Schweißmedium-Anschlageinrichtung jeweils elektrisch leitend ausgebildet und voneinander elektrisch isoliert angeordnet, wobei die elektrisch leitende Schweißbacke sowie die elektrisch leitende Schweißmedium-Anschlageinrichtung Komponenten eines Sicherheitsschaltkreises ausbilden, derart, dass eine Auslösung eines Schweißvorgangs mit einem Schließvorgang der Schweißbacken nach Schließen des Sicherheitsschaltkreises durch Herstellen eines elektrischen Kontakts zwischen der elektrisch leitenden Schweißbacke und der Schweißmedium-Anschlageinrichtung mittels des Schweißmediums erfolgt.
  • Die erfindungsgemäß ausgestaltete Ultraschall-Schweißzange ermöglicht demnach die Auslösung eines Schweißvorgangs nur dann, wenn eine elektrische Kontaktierung der Schweißmedium-Anschlageinrichtung mit der elektrisch leitenden Schweißbacke mittels des als Überbrückungskontakt zwischen der Klemmbacke und der Schweißmedium-Anschlageinrichtung angeordneten Schweißmediums erfolgt. Damit ist das Schweißmedium selbst Bestandteil einer Auslöseeinrichtung zur Auslösung des Schweißvorgangs.
  • Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Ultraschall-Schweißzange ist keine Zweihandbedienung der Ultraschall-Schweißzange mehr notwendig, um sicherzustellen, dass ein Schließvorgang der Schweißbacken mit nachfolgendem Schweißvorgang nur tatsächlich dann erfolgt, wenn sichergestellt ist, dass aufgrund gleichzeitiger Kontaktierung des Schweißmediums mit der elektrisch leitenden Schweißbacke und der Schweißmedium-Anschlageinrichtung sich das Schweißmedium in Schweißposition befindet. Damit ist es möglich, die Ultraschall-Schweißzange für eine betriebssichere Einhandbedienung vorzusehen, derart, dass insbesondere lediglich ein Handgriff an der Ultraschall-Schweißzange notwendig ist, um diese zu handhaben.
  • Da aufgrund der regelmäßig mit der Ultraschall-Schweißzange kombinierten Handhabungseinrichtung ohnehin für eine Gewichtsentlastung gesorgt ist, muss durch die Bedienungsposition lediglich noch eine Schwenkpositionierung der Ultraschall-Schweißzange gegenüber dem Schweißmedium erfolgen, derart, dass sich das Schweißmedium im Schweißmedium-Aufnahmeraum zwischen den Schweißbacken befindet. Diese Schwenkpositionierung der Ultraschall-Schweißzange kann ohne Weiteres einhändig erfolgen, sodass es der Bedienungsperson möglich ist, während des Schweißvorgangs mit der freien Hand die Befüllarmatur zu erfassen, um deren korrekte Positionierung nach Abtrennung von dem Schweißmedium sicherzustellen.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Ultraschall-Schweißzange ist die Schweißmedium-Anschlageinrichtung über eine als Isolationskörper ausgebildete Anschlusseinrichtung mit einem Zangenteil verbunden, sodass allein aufgrund des Anschlusskörpers, also beispielsweise einer Verbindungseinrichtung, die ohnehin notwendig ist, um die Anschlusseinrichtung mit dem jeweiligen Zangenteil zu verbinden, die gewünschte elektrische Isolierung realisiert ist.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Schweißmedium-Anschlageinrichtung am ersten Zangenteil und die elektrisch leitende Schweißbacke am zweiten Zangenteil angeordnet sind, sodass die Relativbeweglichkeit des zweiten Zangenteils gegenüber dem ersten Zangenteil nicht beeinträchtigt wird.
  • Wenn die Schweißmedium-Anschlageinrichtung zwei elektrisch voneinander isolierte Anschlagelemente aufweist, die in einer gemeinsamen Anschlagebene parallel zu einer zur Durchführung des Schweißvorgangs definierten Längsachsenrichtung des Schweißmediums angeordnet sind, kann die Anschlageinrichtung in besonders vorteilhafter Weise nicht nur im Zusammenhang mit einer sicheren Auslösung des Schweißvorgangs, sondern darüber hinaus auch zur Gewährleistung einer definierten Positionierung des Schweißmediums genutzt werden, da in diesem Fall die Auslösung des Schweißvorgangs noch zusätzlich noch davon abhängig gemacht werden kann, dass über das Schweißmedium eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den voneinander isolierten Anschlagelementen hergestellt wird.
  • Eine besonders vorteilhafte Anordnung der Anschlagelemente ergibt sich, wenn die Anschlagelemente derart am ersten Zangenteil angeordnet sind, dass freie Kontaktenden der Anschlagelemente die durch den Amboss am unteren Zangenteil ausgebildete Schweißbacke zwischen sich aufnehmen.
  • Nachfolgend wird eine vorteilhafte Ausführungsform der Ultraschall-Schweißzange anhand der Zeichnungen näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 eine isometrische Darstellung einer Ultraschall-Schweißzange mit in einem Zangenkopf angeordneten, in Schließstellung befindlichen Schweißbacken;
  • 2 eine Darstellung eines Zangenkopfs mit in Öffnungsstellung angeordneten Schweißbacken.
  • 1 zeigt in isometrischer Darstellung eine Ultraschall-Schweißzange 10 mit einem oberen Zangenteil 11 und einem unteren Zangenteil 12, die in einem gemeinsamen Zangengehäuse 13 angeordnet sind. Das obere Zangenteil 11 weist als wesentlichen Bestandteil eine Ultraschallschwingungseinrichtung mit einer am vorderen Ende der Ultraschallschwingungseinrichtung angeordneten Sonotrode 14 auf, die eine erste Schweißbacke ausbildet. An dem Zangengehäuse 13 ist gegenüber der Sonotrode 14 bewegbar gelagert ein Amboss 15 angeordnet. Im Fall des dargestellten Ausführungsbeispiels ist der Amboss 15, der eine zweite Schweißbacke ausbildet, mittels einer nicht näher dargestellten Betätigungseinrichtung um eine im hinteren Teil des Zangengehäuses 13 ausgebildete Schwenkachse 16 gegen die Sonotrode 14 verschwenkbar, derart, dass eine auf dem Amboss 15 ausgebildete Gegenfläche 17 gegen eine Arbeitsfläche 18 der im vorliegenden Fall Längsschwingungen ausführenden Sonotrode 14 bewegt wird. Abweichend hiervon kann eine Zustellbewegung des Ambosses 15 in Richtung auf die Sonotrode 14 beispielsweise auch mittels einer linearen Zustelleinrichtung erfolgen.
  • Die Sonotrode 14 und der Amboss 15 bilden im Wesentlichen einen Schweißkopf 35 der Ultraschall-Schweißzange 10 aus, und begrenzen, wie in 2 dargestellt, in einer Öffnungsstellung des Schweißkopfes 35 einen Schweißmedium-Aufnahmeraum 19, in den ein im vorliegenden Fall als Metallröhrchen ausgeführtes Schweißmedium 20 einführbar ist. Wie aus 2 weiter ersichtlich, ist das obere Zangenteil 11 mit einer Schweißmedium-Anschlageinrichtung 21 versehen, die zwei voneinander beabstandete Anschlagelemente 22, 23 aufweist, welche über einen Isolationskörper 24 mit dem oberen Zangenteil 11 verbunden sind. Die Anschlagelemente 22, 23 erstrecken sich mit freien Kontaktenden 25, 26 zu beiden Seiten des Ambosses 15 in einer gemeinsamen Anschlagebene 27, derart, dass sich bei einer Anlage des durch den Schweißmedium-Aufnahmeraum 19 hindurch geführten Schweißmediums 20 gegen die Kontaktenden 25, 26 eine in 2 dargestellte Längsachsenausrichtung 28 des Schweißmediums 20 ergibt, die sicherstellt, dass sich eine nach Durchführung eines Schließvorgangs der Schweißbacken ausgeführte Schweißnaht in Richtung einer Längsachse 36 der Ultraschall-Schweißzange 10, also etwa im Wesentlichen unter einem Winkel α = 90° zur Längsachsenausrichtung 28 des Schweißmediums erstreckt.
  • Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform ist der elektrisch leitende Amboss 15 mit dem ebenfalls elektrisch leitend ausgebildeten Gehäuse 13 verbunden, das ein elektrisches Massepotential ausbildet und über einen Erdungsleiter 29 geerdet ist.
  • Die Anschlagelemente 22, 23, die ebenfalls elektrisch leitend ausgebildet sind, sind durch Anordnung an dem Isolationskörper 24 gegenüber dem Gehäuse 13 und gegeneinander elektrisch isoliert und mit jeweils einem Signalleiter 31, 32 an eine nicht näher dargestellte Auswerteeinheit angeschlossen, die zusammen mit dem Amboss 15 und den Anschlagelementen 22, 23 in einem Sicherheitsschaltkreis angeordnet sind, in den ebenfalls ein in 1 an einem Handgriff 34 der Ultraschall-Schweißzange 10 angeordneter Betätigungsschalter 33 integriert ist.
  • Der in 2 dargestellte Aufbau des Schweißkopfes 35 mit den gegeneinander isolierten Anschlagelementen 22, 23 und dem Amboss 15 gewährleistet, dass ein Schließen des Sicherheitsschaltkreises voraussetzt, dass sowohl der Betätigungsschalter 33 am Handgriff 34 betätigt wird als auch ein elektrischer Kontakt zwischen dem Amboss 15 und beiden Anschlagelementen 22, 23 über das Schweißmedium 20 hergestellt ist. Erst wenn diese beiden Voraussetzungen erfüllt sind, ist der Sicherheitsschaltkreis geschlossen und es erfolgt ein Schließvorgang der Schweißbacken durch ein Verschwenken des Ambosses 15 gegen die Sonotrode 14 als Voraussetzung zur Durchführung des Schweißvorgangs.

Claims (5)

  1. Ultraschall-Schweißzange (10) zur Ausführung einer Ultraschall-Schweißung an einem rohrförmigen elektrisch leitenden Schweißmedium (20) mit einem ersten Zangenteil (11) und einem relativ zum ersten Zangenteil bewegbaren zweiten Zangenteil (12), wobei das erste Zangenteil eine durch eine Ultraschallschwingungen übertragende Sonotrode (14) gebildete erste Schweißbacke und das zweite Zangenteil eine durch einen Amboss (15) gebildete zweite Schweißbacke aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste oder die zweite Schweißbacke sowie eine einen zwischen den Schweißbacken gebildeten Schweißmedium-Aufnahmeraum (19) begrenzende Schweißmedium-Anschlageinrichtung (21) jeweils elektrisch leitend ausgebildet und voneinander elektrisch isoliert angeordnet sind, wobei die elektrisch leitende Schweißbacke sowie die elektrisch leitende Schweißmedium-Anschlageinrichtung Komponenten eines Sicherheitsschaltkreises ausbilden, derart, dass eine Auslösung eines Schweißvorgangs mit einem Schließvorgang der Schweißbacken nach Schließen des Sicherheitsschaltkreises durch Herstellen eines elektrischen Kontakts zwischen der elektrisch leitenden Schweißbacke und der Schweißmedium-Anschlageinrichtung mittels des Schweißmediums erfolgt.
  2. Ultraschall-Schweißzange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißmedium-Anschlageinrichtung (21) über eine als Isolationskörper (24) ausgebildete Anschlusseinrichtung mit einem Zangenteil verbunden ist.
  3. Ultraschall-Schweißzange nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißmedium-Anschlageinrichtung (21) am ersten Zangenteil (11) und die elektrisch leitende Schweißbacke am zweiten Zangenteil (12) angeordnet sind.
  4. Ultraschall-Schweißzange nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißmedium-Anschlageinrichtung (21) zwei elektrisch voneinander isolierte Anschlagelemente (22, 23) aufweist, die in einer gemeinsamen Anschlagebene (27) parallel zu einer zur Durchführung des Schweißvorgangs definierten Längsachsenausrichtung (36) des Schweißmediums (20) angeordnet sind.
  5. Ultraschall-Schweißzange nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagelemente (22, 23) derart am ersten Zangenteil (11) angeordnet sind, dass freie Kontaktenden (25, 26) der Anschlagelemente die durch den Amboss (15) am unteren Zangenteil (12) ausgebildete Schweißbacke zwischen sich aufnehmen.
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