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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Vibrationsschweißverfahren.
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HINTERGRUND
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In einem Vibrationsschweißprozess werden nebeneinanderliegende Flächen eines eingespannten Werkstücks mit Hilfe von Vibrationsenergie miteinander verbunden. Die Übertragung von Vibrationsenergie durch das Material des Werkstücks erzeugt eine Oberflächenreibung und Wärme entlang der Werkstückoberflächen. Wärme führt dazu, dass die Schnittstellenflächen verformbar werden, was ihre Verbindung an der resultierenden Schweißverbindung unterstützt.
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Ein Vibrationsschweißsystem beinhaltet vorzugsweise verschiedene miteinander verbundene Schweißvorrichtungen, einschließlich einer schwingenden Sonotrode/eines schwingenden Schweißhorns und einer Ambossbaugruppe. Die Ambossbaugruppe kann einen Amboss und eine Rückhalteplatte beinhalten, wobei der Amboss anhand der Rückhalteplatte an einen starren Träger geschraubt oder anderweitig befestigt wird. Das Werkstück wird zwischen dem Horn und dem Ambosskörper eingespannt. Das Horn wird dann bei einer kalibrierten Frequenz und Amplitude in Reaktion auf ein hochfrequentes Eingangssignal einer Steuerung in Schwingung versetzt.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Offenbart wird ein Vibrationsschweißsystem zum Verbinden eines Drahts mit einem Substrat, das ein Schweißkissen beinhaltet, das an einer Sonotrode und einem Amboss befestigt ist. Das Schweißkissen beinhaltet mehrere erste Energieleiter, die in einem ersten Bereich und mehrere zweite Energieleiter, die in einem zweiten Bereich angeordnet sind. Zwischen dem Substrat und den ersten Energieleitern wird ein Kanal gebildet, wenn die zweiten Energiedirektoren in Kontakt mit dem Substrat kommen. Der Kanal ist konfiguriert, um den Drahtabschnitt aufzunehmen, seine Tiefe ist geringer als der Querschnitt des Drahtabschnitts. Drahtabschnitt und Substrat werden beim Betrieb der Sonotrode zwischen Schweißkissen und Amboss gespannt. Die ersten Energieleiter sind so angeordnet, dass der Drahtabschnitt während des Betriebs der Sonotrode gegen das Substrat gedrückt wird, um den Drahtabschnitt mit dem Substrat zu verbinden.
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Die vorstehend genannten Funktionen und Vorteile sowie andere Funktionen und Vorteile der vorliegenden Offenbarung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der bestmöglichen praktischen Umsetzung der dargestellten Offenbarung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen hervor.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine schematische Darstellung eines exemplarischen Vibrationsschweißsystems, speziell konfiguriert, um unter Verwendung von Ultraschallschwingungen und in Übereinstimmung mit der Erfindung Elemente eines Werkstücks miteinander zu verbinden, das einen Draht und ein Substrat beinhaltet;
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2 und 3 zeigen schematische Querschnitts-Seitenansichten von Ausführungsformen eines Schweißkissens und eines Ambosses, die in dem in Bezug auf 1 beschriebenen Vibrationsschweißsystem in Übereinstimmung mit der Erfindung eingesetzt werden können, um ein Werkstück herzustellen, das einen Draht und ein Substrat enthält;
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4 zeigt perspektivische Seitenansichten von Ausführungsformen eines Schweißkissens und eines Ambosses, die in dem in Bezug auf 1 beschriebenen Vibrationsschweißsystem in Übereinstimmung mit der Erfindung eingesetzt werden können, um ein Werkstück herzustellen, das einen Draht und ein Substrat enthält;
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5 zeigt eine Querschnitts-Seitenansicht von Ausführungsformen eines Schweißkissens und eines Ambosses, die in dem in Bezug auf 1 beschriebenen Vibrationsschweißsystem in Übereinstimmung mit der Erfindung eingesetzt werden können, um ein Werkstück herzustellen, das einen Draht und ein Substrat enthält;
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6-1 und 6-2 zeigen eine Querschnitts-Seitenansicht und eine entsprechend Querschnitts-Endansicht einer weiteren Ausführungsform eines Schweißkissens und eines Ambosses, die in dem in Bezug auf 1 beschriebenen Vibrationsschweißsystem in Übereinstimmung mit der Erfindung eingesetzt werden können, um ein Werkstück herzustellen, das konisch zulaufende Enden eines ersten und eines zweiten Drahts und ein Abdeckblech beinhaltet;
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7 zeigt eine schematische Querschnitts-Unteransicht einer weiteren Ausführungsform eines Schweißkissens, das einen ersten Bereich mit einem Kanal und einen zweiten Bereich beinhaltet, worin der Kanal ein kontinuierlicher Bogen ist, der in Übereinstimmung mit der Erfindung einen Einsatzpunkt und einen Austrittspunkt an einem Seitenabschnitt des Schweißkissens beinhaltet.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Die Komponenten der offenbarten Ausführungsformen, die hierin beschrieben und veranschaulicht sind, können in einer Vielfalt von verschiedenen Konfigurationen angeordnet und konstruiert sein. Daher ist die folgende ausführliche Beschreibung der Ausführungsformen nicht dazu gedacht, den Umfang der Offenbarung, wie sie beansprucht wird, einzuschränken, sondern sie ist lediglich repräsentativ für mögliche Ausführungsformen davon. Obwohl zahlreiche spezielle Einzelheiten in der folgenden Beschreibung offengelegt werden, um ein gründliches Verständnis der hierin offenbarten Ausführungsformen bereitzustellen, können zudem einige Ausführungsformen ohne einige oder alle diese Details in die Praxis umgesetzt werden. Darüber hinaus wurde der Klarheit halber bestimmtes technisches Material, das im Stand der Technik bekannt ist, nicht im Detail beschrieben, um ein unnötiges Verschleiern der Offenbarung zu vermeiden. Des Weiteren sind die Zeichnungen vereinfacht und nicht im exakten Maßstab dargestellt. Zur besseren Übersichtlichkeit und Verständlichkeit werden Richtungsbezeichnungen wie oben, unten, links, rechts, nach oben, über, unter, unterhalb, hinten und vorn mit Bezug auf die Zeichnungen verwendet. Diese und ähnliche richtungsweisende Begriffe sind in keiner Weise zur Begrenzung des Umfangs der Offenbarung auszulegen.
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Bezugnehmend auf die Zeichnungen, worin sich gleiche Referenznummern auf gleiche Komponenten beziehen, zeigt 1 ein Vibrationsschweißsystem 10. Fachleute auf dem Gebiet erkennen, dass das Vibrationsschweißsystem 10 mit Ultraschallfrequenz oder innerhalb eines anderen Frequenzbereichs betrieben werden kann, ohne dabei Umfang der Erfindung zu verlassen. Das hierin beschriebene Vibrationsschweißsystem 10 ist speziell konfiguriert, um unter Verwendung von Ultraschallschwingungen eine Schweißverbindung in einem Werkstück 40 zu bilden, das einen Drahtabschnitt 44 und ein Substrat 42 beinhaltet. Der Draht 44 ist ein einzelner Strang, der aus einem Legierungsmaterial mit Formgedächtnis (SMA), einem hochzugfesten Material oder einem anderen geeigneten Material gefertigt ist, vorzugsweise zylindrisch geformt. Ein Merkmal der Schweißverbindung, die in Werkstück 40 gebildet wird, ist, dass der Drahtabschnitt 44, der mit dem Substrat 42 verbunden wird, seine Querschnittsform behält und frei von Furchen, Ritzen oder Abdrücken ist.
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Das Vibrationsschweißsystem 10 beinhaltet eine Ambossbaugruppe 12 und eine vibrierende Sonotrode oder ein vibrierendes Schweißhorn 24. Die Ambossbaugruppe 12 beinhaltet vorzugsweise eine Rückhalteplatte 16, auf der ein Amboss 14 angeordnet ist, der Amboss 14 beinhaltet ein Amboss-Schweißkissen 18 mit einer Schweißfläche 19. Die Ambossbaugruppe 12 stellt eine relativ statische Metallmasse bereit, die ausreicht, um dem Schweißhorn 24 während des Schweißvorgangs entgegenzuwirken. Die Schweißfläche 19 des Amboss-Schweißkissens 18 weist vorzugsweise ein gerändeltes Muster in Form von beispielsweise erhöhten Stößen, Rippen oder einer anderen geeigneten Oberflächenkonfiguration auf, um zum Ergreifen des Werkstücks 40 während des Schweißvorganges Traktion bereitzustellen.
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Das Schweißhorn 24 beinhaltet eine Schweißstromquelle 30, einen Wandler 26, einen Verstärker 28 und ein Schweißpolster 23. Die Schweißstromquelle 30 kann eine Schweißsteuerung 33 als Teil der Stromversorgung (wie dargestellt) oder als separate Vorrichtung beinhalten. Die Schweißstromquelle 30 kann vorteilhaft zur Transformation verfügbaren Stroms in eine Form eingesetzt werden, die beim Vibrationsschweißen für das Betreiben und die Steuerung des Schweißvorgangs vorteilhafter ist. So kann beispielsweise die Stromquelle 30 elektrisch mit jeder geeigneten Energiequelle verbunden werden, z. B. mit einer 50–60 Hz AC-Wandbuchse. In diesem Fall kann die Stromquelle 30 Spannungsgleichrichter und -umrichter zur Erzeugung einer hochfrequenten Wellenform beinhalten, die für das Vibrationsschweißen geeignet ist. Die Energieversorgung 30 und die Schweißsteuerung 33 verwandeln Strom in ein entsprechendes Stromsteuersignal mit vorgegebenen Wellenformeigenschaften, die zur Verwendung beim Vibrationsschweißprozess geeignet sind, beispielsweise eine Frequenz von mehreren Hertz (Hz) bis etwa 40 kHz oder höheren Frequenzen je nach Anwendung. Der Wandler 26 kann die Form eines Piezostacks oder einer anderen Konfiguration haben, die die notwendige mechanische Struktur zur Herstellung einer mechanischen Vibration in Reaktion auf das Eingangssignal (Pfeil 31) hat. Der Verstärker 28 verstärkt die Schwingungsamplitude des Eingangssignals (Pfeil 31) an einer kalibrierten Frequenz, und/oder ändert eine Richtung einer aufgebrachten Klemmkraft zwischen dem Schweißhorn 24 und dem Amboss 14. Das Schweißkissen 23 beinhaltet eine Verbindungsfläche 25 in Verbindung mit der Schweißfläche 19 des Amboss-Schweißkissens 18, um das Werkstück 40 während des Vibrationsschweißvorgangs sicher greifen zu können.
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Eine Drahtzuführung 50 kann zur Versorgung des Vibrationsschweißsystems 10 einen Teil des Drahts 44 zum Verbinden mit dem Substrat 42 als Teil des Werkstücks 40 angeordnet werden. Die Drahtzuführung 50 kann in einer Ausführungsform Funktionen, wie Vorbiegen, Schneiden und Einsetzen des Drahts 44 in das Vibrationsschweißsystem 10, haben. Alternativ kann die Drahtzuführung 50 eine kontinuierliche Spule des Drahtes 44 beinhalten, die durch einen Kanal im Schweißhorn 24 vor dem Schweißen in eine gewünschte Form gebracht werden. Die Drahtzuführung 50 kann in einer Ausführungsform den Draht 44 in das Vibrationsschweißsystem 10 einsetzen, ohne ihn zu biegen. In einer Ausführungsform beinhaltet die Schweiß-Steuerung 33 des Vibrationsschweißsystems 10 geeignete Positionierungselemente und -Sensoren zur Steuerung einer Position der Steuerung der Schweißhupe 24 bezüglich einer Position des Werkstücks 40, um eine Drahtführung für die Drahtzuführung 50 vor Ausführen des Schweißvorgangs bereitzustellen. In einer Ausführungsform kann dies in Form einer mehrstufigen Schließsequenz erfolgen, die das Schließen des Schweißhorns 24 auf den Amboss 14 mit einem ersten, niedrigen Spanndruckpegel für die Drahtführung und dann das Schließen des Schweißhorns 24 auf den Amboss 14 auf einem zweiten, hohen Spanndruckpegel für das Vibrationsschweißen erlaubt.
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Ausführungsformen von Schweißkissen und Verbindungsfläche werden hier unter Bezugnahme auf 2 ff beschrieben. In jeder der Ausführungsformen beinhaltet das Schweißkissen einen ersten Bereich, der mehrere erste Energieleiter beinhaltet, die aus dem Schweißkissen ragen, und einen zweiten Bereich, der mehrere zweite Energieleiter beinhaltet, die aus dem Schweißkissen ragen. Wie hier verwendet, bezieht sich der Begriff „Energieleiter” auf einen Materialabschnitt, der orthogonal aus der Oberfläche des Schweißkissens ragt und die Form einer Pyramide oder eine andere geeignete dreidimensionale Form haben kann, wie hierin beschrieben. Die Platzierung des Schweißkissens gegen das Substrat erzeugt einen Kanal zwischen dem Substrat und den ersten Energieleitern, wenn die zweiten Energieleiter in Kontakt mit dem Substrat sind, worin der Kanal konfiguriert ist, um einen Längsabschnitt des Drahts aufzunehmen. Der Kanal hat eine Tiefe, die vorzugsweise kleiner ist als der Querschnitt des Drahtabschnitts. Wenn ein Drahtabschnitt und das Substrat beim Betrieb der Sonotrode zwischen Schweißkissen und Amboss gespannt sind, sind die ersten Energieleiter angeordnet, um den Drahtabschnitt gegen das Substrat zu drücken, und die zweiten Energieleiter sind angeordnet, um auf die Oberfläche des Substrats zu wirken, um das Zusammenfügen des Drahtabschnitts mit dem Substrat auszuführen. Die Hauptfunktion der zweiten Energieleiter ist es, die Vibrationsenergie, die durch das Schweißhorn 24 erzeugt wird, in einem begrenzten Bereich der Substratoberfläche zu verbreiten und zu konzentrieren, um das Material zu erweichen und zu schmelzen, um die Bildung einer Schweißverbindung zwischen dem Draht und dem Substrat des Werkstücks zu erleichtern.
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2 zeigt eine Querschnitts-Seitenansicht einer ersten Ausführungsform eines Schweißkissens 220 und eines Amboss 240, die in dem in Bezug auf 1 beschriebenen Vibrationsschweißsystem 10 in Übereinstimmung mit der Erfindung eingesetzt werden können. Die Schweißkissen 220 und der Amboss 240 können vorteilhaft zur Verbindung eines Drahtabschnitts 44 mit dem Substrat 42 des Werkstücks 40 eingesetzt werden, so dass der Draht 44 seine Querschnittsform behält und in der resultierenden Schweißverbindung frei ist von Furchen, Ritzen oder Abdrücken. Der Draht 44 wird beschrieben als ein kreisförmiger Querschnitt mit einem Durchmesser 46, welches eine Ausführungsform ist. Die Querschnittsform des Drahtes 44 kann jede geeignete Form haben, einschließlich beispielsweise eines quadratischen Querschnitts, eines ovalen Querschnitts, eines hexagonalen Querschnitts usw.
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In dieser Ausführungsform beinhaltet das Schweißkissen 220 einem ersten Bereich 222, der mehrere erste Energieleiter 224 beinhaltet, und einen zweiten Bereich 232, der mehrere zweite Energieleiter 234 beinhaltet. In einer Ausführungsform werden die ersten und zweiten Energieleiter 224, 234 durch Rändel gebildet und können die Form eines geraden, eines abgewinkelten oder eines rautenförmigen Musters haben und in einer groben, mittleren oder feinen Leistungsdichte angeordnet sein. Alternativ können die ersten und zweiten Energieleiter 224, 234 maschinell in die Form halbkugelförmiger Körper, Pyramiden, Pyramidenstümpfe oder andere geeignete Formen gebracht werden.
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Die ersten Energieleiter 224 und die zweiten Energieleiter 234 ragen in dieser Ausführungsform in unterschiedlichen Höhen aus dem Schweißkissen 220 hervor, so dass die Platzierung der Schweißkissen 220 gegen das Substrat 42 einen Kanal 228 zwischen dem Substrat 42 und den gegenüberliegenden ersten Energieleitern 224 erzeugt, wenn die zweiten Energieleiter 234 in Kontakt mit dem Substrat 42 sind. Der Kanal 228 ist konfiguriert, um einen Abschnitt des Drahts 44 aufzunehmen. Die Tiefe 230 des Kanals 228 ist vorzugsweise geringer als ein Querschnitts-Durchmesser 46 des Drahtabschnitts 44, der in den Kanal 228 eingeführt wird, bevor das Werkstück 40 in das Vibrationsschweißsystem 10 eingespannt ist. Während des Vibrationsschweißens wirken die zweiten Energieleiter 234 auf das Substrat 42, und die ersten Energieleiter 224 wirken auf den Draht 44. Durch die Wirkung der zweiten Energieleiter 234 wird das Substrat 42 verformbar, und die Klemmkraft, die auf die ersten Energieleiter 224 des Schweißkissens 220 und des Amboss 240 einwirkt, drückt den Drahtabschnitt 44 in das verformbare Substrat 42 an einer Verbindungsfläche 226, um die Verbindung herzustellen.
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3 zeigt eine Querschnitts-Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform eines Schweißkissens 320 und eines Amboss 340, die in dem in Bezug auf 1 beschriebenen Vibrationsschweißsystem 10 eingesetzt werden können. Das Schweißkissen 320 und der Amboss 340 können vorteilhaft zur Verbindung des Drahts 44 mit dem Substrat 42 des Werkstücks 40 eingesetzt werden, so dass der Draht 44 seine Querschnittsform im fertigen Werkstück 40 behält und in der resultierenden Schweißverbindung frei ist von Furchen, Ritzen oder Abdrücken. Der Draht 44 wird beschrieben als ein kreisförmiger Querschnitt mit einem Durchmesser 46, welches eine Ausführungsform ist. Die Querschnittsform des Drahtes 44 kann jede geeignete Form haben, einschließlich beispielsweise eines quadratischen Querschnitts, eines ovalen Querschnitts, eines hexagonalen Querschnitts usw. Bei dieser Ausführungsform beinhaltet das Schweißkissen 320 einen ersten Bereich 322 mit mehreren ersten Energieleitern 324, die aus dem Schweißkissen 320 herausragen, und einen zweiten Bereich 332 mit mehreren zweiten Energieleitern 334, die aus dem Schweißkissen 320 herausragen.
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Die ersten Energieleiter 324 und die zweiten Energieleiter 334 ragen in dieser Ausführungsform aus dem Schweißkissen 320 auf gleicher Höhe heraus. Die ersten Energieleiter 324 enthalten jeweils konkave Seitenabschnitte 325. Die ersten Energieleiter 324 sind so angeordnet, dass gegenüberliegende konkave Seitenabschnitte 325 einen Kanal 328 zwischen dem Substrat 40 und den ersten Energieleitern 324 bilden, wenn die zweiten Energieleiter 334 in Kontakt mit dem Substrat 42 kommen. Der Kanal 328 ist konfiguriert, um einen Abschnitt des Drahts 44 aufzunehmen. Die Tiefe 330 des Kanals 328 ist vorzugsweise geringer als ein Querschnitts-Durchmesser 46 des Drahtabschnitts 44, der in den Kanal 328 eingeführt wird, bevor das Werkstück 40 in das Vibrationsschweißsystem 10 eingespannt ist. Während des Vibrationsschweißens wirken die zweiten Energieleiter 334 auf das Substrat 42, und die konkaven Seitenabschnitte 325 der ersten Energieleiter 324 wirken auf den Draht 44. Durch die Wirkung der zweiten Energieleiter 334 wird das Substrat 42 verformbar, und die Klemmkraft, die auf die die konkaven Seitenabschnitte 325 der ersten Energieleiter 324 des Schweißkissens 320 und des Amboss 340 einwirkt, drückt den Drahtabschnitt 44 in das verformbare Substrat 42 an einer Verbindungsfläche 326, um die Verbindung herzustellen.
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4 zeigt eine perspektivische Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform eines Schweißkissens 420 und eines Amboss 440, die in dem in Bezug auf 1 beschriebenen Vibrationsschweißsystem 10 eingesetzt werden können. Das Schweißkissen 420 und der Amboss 440 können vorteilhaft zur Verbindung eines Drahtabschnitts 44 mit dem Substrat 42 des Werkstücks 40 eingesetzt werden, so dass der Draht 44 seine Querschnittsform im fertigen Werkstück 40 behält und in der resultierenden Schweißverbindung frei ist von Furchen, Ritzen oder Abdrücken. In dieser Ausführungsform kann der Abschnitt des Drahts 44, der mit dem Substrat 42 verbunden wird, in einer C-Form angeordnet oder anderweitig umgebogen werden.
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In dieser Ausführungsform beinhaltet das Schweißkissen 420 mehrere zweite Energieleiter 434, welche aus einer Schweißkissenfläche 426 des Schweißkissens 420 herausragen. Die zweiten Energieleiter 434 ragen auf eine gemeinsame Höhe im Verhältnis zum Schweißkissen 420 hervor, wenn dieses das Substrat 42 des Werkstücks 40 kontaktiert, wenn das Werkstück in das Vibrationsschweißsystem 10 eingespannt wird. In dieser Ausführungsform dient die Schweißkissenfläche 426 des Schweißkissens 420, um den Draht 44 während des Vibrationsschweißens in das Substrat 42 zu drücken.
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In dieser Ausführungsform weisen die zweiten Energieleiter 434 kegelstumpfförmige Formen auf, d. h. Kegelstümpfe auf, die auf dem Schweißkissen 420 angeordnet sind, so dass die Schweißkissenfläche 426 auf der Fläche des Schweißkissens 420 frei liegt. Alternativ können die zweiten Energieleiter 434 halbkugelförmige sein oder eine andere geeignete Form haben. Kanal 428, mit einer C-förmigen oder einer anderen geeigneten Anordnung, wird vorzugsweise zwischen den zweiten Energieleitern 434 in der Schweißkissenfläche 426 gebildet, und der Draht 44 kann vor dem Schweißen dort hindurchgefädelt werden. Die Tiefe, die den zweiten Energieleitern 434 zugeordnet wird, wird basierend auf einem Durchmesser des Drahts 44 ausgewählt und ist vorzugsweise kleiner als ein Durchmesser des Drahts 44. Die zweiten Energieleiter 434 sind vorzugsweise auf der Schweißkissenfläche 426 angeordnet, so dass der Kanal 428 zur Aufnahme des Drahts 44 geformt wird. In einer Ausführungsform werden die zweiten Energieleiter 434 durch maschinelle Bearbeitung gebildet. Während des Vibrationsschweißens wirken die zweiten Energieleiter 434 auf das Substrat 42, und der Draht 44 wird in den Kanal 428 eingesetzt. In einer Ausführungsform wird der Draht 44 vorgeformt; alternativ kann der Draht 44 durch Trimmen eines äußeren Abschnitts in den Kanal 428 eingelegt werden. Durch die Wirkung der zweiten Energieleiter 434 wird das Substrat 42 verformbar, und die Klemmkraft, die von der Schweißkissenfläche 426 auf den Draht 44 wirkt, drückt den Draht 44 in das verformbare Substrat 42, um die Verbindung herzustellen.
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5 zeigt eine Querschnitts-Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform eines Schweißkissens 520 und eines Amboss 540, die in dem in Bezug auf 1 beschriebenen Vibrationsschweißsystem 10 eingesetzt werden können. Das Schweißkissen 520 und der Amboss 540 können vorteilhaft zur Verbindung eines Drahtabschnitts 44 mit dem Substrat 42 des Werkstücks 40 eingesetzt werden, so dass der Draht 44 seine Querschnittsform im fertigen Werkstück 40 behält und in der resultierenden Schweißverbindung frei ist von Furchen, Ritzen oder Abdrücken. In dieser Ausführungsform kann der Abschnitt des Drahts 44, der mit dem Substrat 42 verbunden wird, in einer geraden Linie angeordnet oder anderweitig umgebogen werden. Der Draht 44 wird beschrieben als ein kreisförmiger Querschnitt mit einem Durchmesser 46, welches eine Ausführungsform ist. Die Querschnittsform des Drahts 44 kann jede geeignete Form haben, einschließlich beispielsweise eines quadratischen Querschnitts, eines ovalen Querschnitts, eines hexagonalen Querschnitts usw. Bei dieser Ausführungsform beinhaltet das Schweißkissen 520 einen Kanal 522, der ringförmig um einen Abschnitt des Querschnitts des Drahts 44 und angeordnet ist, um den Abschnitt des Drahts 44 zu umgeben, der mit dem Substrat 42 verbunden wird. Eine Vielzahl zweiter Energieleiter 534 ragen aus dem Schweißkissen 520 hervor und bilden einen Kanal 528 mit einer Vorsprungstiefe 530 im Verhältnis zu einer Verbindungsfläche 526, wenn es das Substrat 42 des Werkstücks 40 kontaktiert, wenn dieses in das Vibrationsschweißsystem 10 eingespannt wird. Die zweiten Energieleiter 534 ragen auf eine gemeinsame Höhe im Verhältnis zum Schweißkissen 520 hervor, wenn dieses das Substrat 42 des Werkstücks 40 kontaktiert, wenn das Werkstück in das Vibrationsschweißsystem 10 eingespannt wird. In dieser Ausführungsform dient die Schweißkissenfläche 520, das den Kanal 528 umgibt, um den Draht 44 während des Vibrationsschweißens in das Substrat 42 zu drücken. In dieser Ausführungsform haben die Spitzen der zweiten Energieleiter 534 vorzugsweise Pyramidenform, und sind so auf dem Schweißkissen 520 angeordnet, dass ihre Spitzen die Verbindungsfläche 526 kontaktieren. Alternativ können die zweiten Energieleiter 534 eine andere geeignete Form haben. Der Draht 44 kann vor dem Schweißen durch den Kanal 528 hindurchgeführt werden. Die Vorsprungstiefe 530 kann basierend auf dem Durchmesser 46 des Drahts 44 ausgewählt werden. Die zweiten Energieleiter 534 sind vorzugsweise auf der Verbindungsfläche 526 angeordnet, so dass der Kanal 528 zur Aufnahme des Drahts 44 geformt wird. In einer Ausführungsform werden die zweiten Energieleiter 534 durch maschinelle Bearbeitung gebildet. Während des Vibrationsschweißens wirken die zweiten Energieleiter 534 auf das Substrat 42, und der Draht 44 wird in den Kanal 528 eingesetzt. In einer Ausführungsform wird der Draht 44 vorgeformt; alternativ kann der Draht 44 durch Trimmen eines äußeren Abschnitts in den Kanal 528 eingelegt werden. Durch die Wirkung der zweiten Energieleiter 534 wird das Substrat 42 verformbar, und die Klemmkraft, die auf den Draht 44 wirkt, drückt den Draht 44 in das verformbare Substrat 42, um die Verbindung herzustellen.
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6-1 und 6-2 zeigen eine Querschnitts-Seitenansicht und eine entsprechende Querschnitts-Endansicht einer weiteren Ausführungsform eines Schweißkissens 620 und eines Amboss 640, die in dem in Bezug auf 1 beschriebenen Vibrationsschweißsystem 10 eingesetzt werden können. Das Schweißkissen 620 und der Amboss 640 können vorteilhaft zur Verbindung eines Werkstücks 650 eingesetzt werden, das stoßfugenförmige Enden eines Abschnitts eines ersten Drahts 652, einen Abschnitt eines zweiten Drahts 654 und ein Substrat in Form einer Abdeckfolie 656 beinhaltet. Der erste und der zweite Draht 652, 654 können gegenüberliegende Enden eines einzigen Kabelstrangs sein und so eine Endlosschleife bilden oder sie können alternativ die Enden von zwei unterschiedlichen Strängen sein. Das Abdeckfolie 656 kann als Zylinderrohr hergestellt werden, das einen inneren Abschnitt mit einem ersten und einem zweiten Ende bildet, wo der erste 652 bzw. zweite Draht 654 eingesetzt werden kann. Das Vibrationsschweißsystem 10 verbindet den ersten und den zweiten Draht 652, 654 unter Verwendung der Abdeckfolie 656 derart, dass der erste und der zweite Draht 652, 654 beide ihre jeweiligen Querschnittsformen in der fertigen Werkstück 650 behalten und frei sind von Furchen, Ritzen oder Abdrücken in der resultierenden Schweißverbindung.
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In dieser Ausführungsform beinhaltet das Schweißkissen 620 einen ersten Kanal 628, der ringförmig um einen Teil des Querschnitts des ersten Draht 652 und angeordnet ist, den Abschnitt des Querschnitts des ersten Drahts 652 zu umgeben. Der Amboss 640 beinhaltet einen zweiten Kanal 629, der vorzugsweise entgegen dem ersten Kanal 628 ausgerichtet ist. Zusammen umschreiben der erste Kanal 628 und der zweite Kanal 629 einen Außenumfang der Abdeckfolie 656 und des ersten und des zweiten Drahts 652, 654.
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Mehrere nach innen gerichtete erste Energieleiter 624 sind umfangsmäßig am ersten Kanal 628 und am zweiten Kanal 629 angeordnet, worin die ersten Energieleiter 624 die Abdeckfolie 656 und den ersten oder den zweiten Draht 652, 654 kontaktieren. Mehrere nach innen gerichtete zweite Energieleiter 634 sind umfangsmäßig am ersten Kanal 628 und am zweiten Kanal 629 angeordnet, worin die ersten Energieleiter 624 nur die Abdeckfolie 656 kontaktieren und zwischen den verbundenen Enden des ersten und des zweiten Drahts 652, 654 liegen.
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Die ersten Energieleiter 624 ragen auf eine gemeinsame Vorsprungshöhe relativ zur Abdeckfolie 656 und zum ersten oder zweiten Draht 652, 654 auf, wenn das Werkstück 650 in das Vibrationsschweißsystem 10 eingespannt ist.
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Die ersten Energieleiter 624 können jede geeignete Form haben. Während des Vibrationsschweißens wirken die ersten Energieleiter 624 auf die Abdeckfolie 656 und auf den ersten oder den zweiten Draht 652, 654. Durch die Wirkung der ersten Energieleiter 624 werden die Abdeckfolie 656 und der erste oder der zweite Draht 652, 654 verformbar, und die Klemmkraft bewirkt das Zusammenfügen der Abdeckfolie 656 und den ersten oder den zweiten Draht 652, 654. Die zweiten Energieleiter 634 drücken die Abdeckfolie 656 in einen Zwischenraum zwischen den stoßfugenförmigen Abschnitten des ersten und des zweiten Drahts 652, 654.
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7 zeigt schematisch einen Querschnitt einer Unteransicht einer weiteren Ausführungsform eines Schweißkissens 720, das einen ersten Bereich 722 beinhaltet, der einen Kanal 728 und einen zweiten Abschnitt 732 beinhaltet. Der Kanal 728 ist konfiguriert, um einen Abschnitt des Drahts 44 aufzunehmen. Der zweite Bereich 732 ist eine geriffelte Fläche. Der Kanal 728 ist darin als kontinuierlicher Bogen gebildet, der vorzugsweise einen Einsatzpunkt und einen Austrittspunkt an einem Seitenabschnitt des Schweißkissens 720 beinhaltet. Die Stirnfläche des Schweißkissens 720 ist zum physischen Kontakt eines Substrats (nicht dargestellt) angeordnet, um ein Vibrationsschweißen des Abschnitts des Drahtes 44 daran auszuführen. Diese Ausführungsform ermöglicht eine Drahtzuführung, beispielsweise den Drahtzuführer 50 mit Bezug auf 1, um einen Abschnitt des Drahts 44 in den Kanal 728 einzulegen, wobei der Abschnitt des Drahts 44 in einem kontinuierlichen Bogen gebogen wird und an der Austrittsstelle austritt. Die Sonotrode (nicht dargestellt) kann aktiviert werden, um Vibrationsschweißen des Abschnitts des Drahts 44 auf das Substrat auszuüben, unter Verwendung des zweiten Bereichs 732, um das Vibrationsschweißen mit aufgebrachter Normalkraft auf den Abschnitt des Drahts 44 über den Kanal 728 auszuführen. Die Drahtzuführung 50 kann eine Vorrichtung beinhalten, die überschüssigen Draht trimmt, nachdem das Vibrationsschweißen abgeschlossen ist.
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Während die besten Arten der Ausführung der Offenbarung ausführlich beschrieben wurden, werden die mit der hier beschriebenen Technik vertrauten Fachleute diverse alternative Ausgestaltungen und Ausführungen erkennen, mit denen die Offenbarung im Rahmen der nachfolgend aufgeführten Patentansprüche ausgeführt werden kann.
