-
[Technisches Gebiet]
-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Füge-Resonator bzw. eine Füge-Aufnahmevorrichtung, die das Fügen von Metallfolien mittels Ultraschall-schwingungen oder Schallschwingungen ermöglichen, wobei die Formen der Spitzen am Füge-Resonator zum Anpressen des Fügeobjekts bzw. der Spitzen zum Anpressen des Fügeobjekts an der Füge-Aufnahmevorrichtung zumindest derart erfinderisch ausgebildet sind, dass Metallfolien nicht durch Schutzelemente vor den Spitzen geschützt werden müssen.
-
[Zugrundeliegende Technik]
-
Anhand der 21 und 22 wird das in der Nicht-Patentschrift 1 offenbarte Metallfügen erläutert. Bei dem in der 21 gezeigten Metallfügen tritt, während das aus mehrfach geschichteten Metallelementen 51 bestehende Fügeobjekt 52 vom Resonator 53 und von der Matrize 54 belastet wird, infolge des Einleitens horizontaler Ultraschallschwingungen in das Fügeobjekt 52 durch den Resonator 53 an den Grenzflächen der mehrfach geschichteten Metallelemente 51 untereinander Reibung auf, die Erhitzung infolge der Reibungswärme sorgt für eine regere Bewegung der Metallatome, es kommt zur Migration von Metallatomen durch Diffusion, durch die auftretende gegenseitige Anziehungskraft der Metallatome werden die Metallatome miteinander verbunden, und die mehrfach geschichteten Metallelemente 51 werden aneinandergefügt. Die Spitzen 55 zum Anpressen der Metallelemente 51 am Füge-Resonator 53 sowie die Spitzen 56 zum Anpressen der Metallelemente 51 an der Matrize 54 sind, wie in der 22 dargestellt, als sich vonseiten des Resonators 53 oder der Matrize 54 in abstehender Richtung allmählich verjüngende, pyramidenförmige oder pyramidenstumpfförmige Vorsprünge ausgebildet, die das in der 21 gezeigte Fügeobjekt 52 greifen.
-
In jüngster Zeit tendiert man bei Lithium-Ionen-Batterien zu einer geringeren Stärke der einzelnen Metallfolien und zu einer höheren Blattanzahl der zu fügenden Metallfolien. Bei entsprechend geringerer Stärke der Metallfolien und einer höheren Blattanzahl kommt es beim Fügen vor, dass Metallfolien beschädigt werden, wenn die aus pyramidenförmigen oder pyramidenstumpf-förmigen Vorsprüngen ausgebildeten Spitzen 55 und 56 in die Metallfolien einstechen und sich an den Schnittkanten der Flächen, welche an die Spitzen 55 und 56 angrenzen, abstehende Ecken bilden.
-
Um eine Beschädigung der Metallfolien durch die aus pyramidenförmigen oder pyramidenstumpfförmigen Vorsprüngen ausgebildeten Spitzen 55 und 56 zu vermeiden, lässt sich die in den Abschnitten [0027] bis [0030] sowie in der 5 der Patentschrift 1 offenbarte Erfindung zum Fügen von Metallfolien mittels Ultraschallschwingungen anwenden.
-
Anhand der 23 wird das Fügen von mehreren Metallfolien 61 mittels Ultraschallschwingung unter Anwendung der in den Abschnitten [0027] bis [0030] sowie in der 5 der Patentschrift 1 offenbarten Erfindung erläutert. Wie in der 23 dargestellt, werden die mehrfach geschichteten Metallfolien 61 von den aus Metallplatten bestehenden Schutzelementen 62 und 63 von oben und unten eingeklemmt, werden die Schutzelemente 62 und 63 von den Spitzen 55 des Resonators 53 und den Spitzen 56 der Matrize 54 von oben und unten eingeklemmt, werden die Metallfolien 61 und die Schutzelemente 62 und 63 vom Resonator 53 mit Druck und Ultraschallschwingungen beaufschlagt, und es werden die Metallfolien 61 und die Schutzelemente 62 und 63 durch die Ultraschallschwingungen aneinandergefügt, ohne dass die Spitzen 55 und 56 die Metallfolien 61 oder auch die Schutzelemente 62 und 63 beschädigen.
-
Das Metallfügen gemäß der 23 lässt sich spontan jedoch kaum adaptieren, da hier ein Arbeitsschritt zum Schutz der mehrfach geschichteten Metallfolien 61 durch die Schutzelemente 62 und 63 hinzukommt.
-
[Stand der Technik]
-
[Patentschrift]
-
- [Patentschrift 1] Patentoffenlegung WO2014/24802
-
[Nicht-Patentschrift]
-
- [Nicht-Patentschrift 1] COSMO SYSTEM, Co. Ltd., „Das Prinzip des Ultraschallfügens" [Internetsuche am 7. September 2016: http://www.cosmo-stm.com/usmetal/about-us-metal-weldinq.html
-
[Die Erfindung im Überblick]
-
[Von der Erfindung zu lösende Aufgaben]
-
Die vorliegende Erfindung setzt es sich unter Berücksichtung der oben genannten zugrundeliegenden Technik zur Aufgabe, einen Füge-Resonator bzw. eine Füge-Aufnahmevorrichtung anzubieten, die das Fügen von Metallfolien mittels Ultraschallschwingungen oder Schallschwingungen ermöglichen, wobei die Form der Spitzen zum Anpressen des Fügeobjekts am Füge-Resonator bzw. die Form der Spitzen zum Anpressen des Fügeobjekts an der Füge-Aufnahmevorrichtung zumindest derart erfinderisch ausgebildet sind, dass die Metallfolien nicht durch Schutzelemente vor den Spitzen geschützt werden müssen.
-
[Maßnahmen zur Aufgabenlösung]
-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Füge-Resonator bzw. eine Füge-Aufnahmevorrichtung zum Fügen von Fügeobjekten mittels Ultraschall-schwingungen oder Schallschwingungen, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitzen des Füge-Resonators zum Anpressen des Fügeobjekts bzw. die Spitzen der Füge-Aufnahmevorrichtung zum Anpressen des Fügeobjekts als Vorsprünge ausgebildet sind, deren Außenflächen keine scharfen Kanten aufweisen.
-
[Wirkung der Erfindung]
-
Dadurch, dass bei der vorliegenden Erfindung die Spitzen des Füge-Resonators zum Anpressen des Fügeobjekts bzw. die Spitzen der Füge-Aufnahmevorrichtung zum Anpressen des Fügeobjekts als Vorsprünge ausgebildet sind, deren Außenflächen keine scharfen Kanten aufweisen, beschädigen, selbst wenn als Fügeobjekte mehrfach geschichtete Metallfolien eingesetzt werden, beim Fügen die Spitzen die Metallfolien nicht, weshalb im Ergebnis erreicht wird, dass mehrfach geschichtete Metallfolien mittels Ultraschallschwingungen oder Schallschwingungen aneinandergefügt werden können, ohne dass die Metallfolien durch Schutzelemente vor den Spitzen geschützt werden müssen. Des Weiteren können mit der vorliegenden Erfindung, wenn die Fußabschnitte an den Vorsprüngen auf der Resonatorseite konkav gewölbte Oberflächenabschnitte sind, welche sich von den Außenseiten zur Resonatorseite hin nach innen wölben, wohlgeformte Fügeergebnisse erzielt werden, die die konkav gewölbten Oberflächenabschnitte der Fußabschnitte widerspiegeln, ohne dass es an den Fußabschnitten der Vorsprünge zu Brüchen kommt.
-
[Vereinfachte Erklärung der Abbildungen]
-
[1] Schrägansicht, die einen Füge-Resonator gemäß der Anordnung zur Ausführung der Erfindung zeigt.
-
[2] Zeigt einen halbkugelförmigen Vorsprung des Füge-Resonators gemäß der Anordnung zur Ausführung der Erfindung; Figur A ist eine Ansicht von unten; Figur B ist eine Schnittansicht der Linie B-B von Figur A; Figur C ist eine Schnittansicht der Linie C-C von Figur A.
-
[3] Zeigt einen halbkugelförmigen Vorsprung und einen peripheren Vorsprung des Füge-Resonators gemäß der Anordnung zur Ausführung der Erfindung; Figur A ist eine Ansicht von unten; Figur B ist eine Schnittansicht der Linie B-B von Figur A; Figur C ist eine Schnittansicht der Linie C-C von Figur A.
-
[4] Zeigt einen von dem halbkugelförmigen Vorsprung des Füge-Resonators gemäß der Anordnung zur Ausführung der Erfindung in 2 abweichenden Aufbau; Figur A ist eine Ansicht von unten; Figur B ist eine Schnittansicht der Linie B-B von Figur A; Figur C ist eine Schnittansicht der Linie C-C von Figur A.
-
[5] Zeigt einen von dem halbkugelförmigen Vorsprung und dem peripheren Vorsprung des Füge-Resonators gemäß der Anordnung zur Ausführung der Erfindung in 3 abweichenden Aufbau; Figur A ist eine Ansicht von unten; Figur B ist eine Schnittansicht der Linie B-B von Figur A; Figur C ist eine Schnittansicht der Linie C-C von Figur A.
-
[6] Zeigt einen von dem halbkugelförmigen Vorsprung und dem peripheren Vorsprung des Füge-Resonators gemäß der Anordnung zur Ausführung der Erfindung in 5 abweichenden Aufbau; Figur A ist eine Ansicht von unten; Figur B ist eine Schnittansicht der Linie B-B von Figur A; Figur C ist eine Schnittansicht der Linie C-C von Figur A.
-
[7] Eine Ansicht von unten, welche einen geteilten peripheren Vorsprung rund um einen halbkugelförmigen Vorsprung des Füge-Resonators gemäß der Anordnung zur Ausführung der Erfindung zeigt.
-
[8] Zeigt einen halbrundstabförmigen Vorsprung des Füge-Resonators gemäß der Anordnung zur Ausführung der Erfindung; Figur A ist eine Ansicht von unten; Figur B ist eine Schnittansicht der Linie B-B von Figur A; Figur C ist eine Schnittansicht der Linie C-C von Figur A.
-
[9] Zeigt einen halbrundstabförmigen Vorsprung und einen peripheren Vorsprung des Füge-Resonators gemäß der Anordnung zur Ausführung der Erfindung; Figur A ist eine Ansicht von unten; Figur B ist eine Schnittansicht der Linie B-B von Figur A; Figur C ist eine Schnittansicht der Linie C-C von Figur A.
-
[10] Zeigt einen von dem halbrundstabförmigen Vorsprung des Füge-Resonators gemäß der Anordnung zur Ausführung der Erfindung in 8 abweichenden Aufbau; Figur A ist eine Ansicht von unten; Figur B ist eine Schnittansicht der Linie B-B von Figur A; Figur C ist eine Schnittansicht der Linie C-C von Figur A.
-
[11] Zeigt einen von dem halbrundstabförmigen Vorsprung und dem peripheren Vorsprung des Füge-Resonators gemäß der Anordnung zur Ausführung der Erfindung in 9 abweichenden Aufbau; Figur A ist eine Ansicht von unten; Figur B ist eine Schnittansicht der Linie B-B von Figur A; Figur C ist eine Schnittansicht der Linie C – C von Figur A.
-
[12] Zeigt einen von dem halbrundstabförmigen Vorsprung und dem peripheren Vorsprung des Füge-Resonators gemäß der Anordnung zur Ausführung der Erfindung in 11 abweichenden Aufbau; Figur A ist eine Ansicht von unten; Figur B ist eine Schnittansicht der Linie B-B von Figur A; Figur C ist eine Schnittansicht der Linie C-C von Figur A.
-
[13] Vorderansicht der Fügevorrichtung gemäß der Anordnung zur Ausführung der Erfindung.
-
[14] Schematische Darstellung des Fügezustands des Folienschicht-körpers gemäß der Anordnung zur Ausführung der Erfindung.
-
[15] Schematische Darstellung des Fügezustands des Folienschicht-körpers gemäß der Anordnung zur Ausführung der Erfindung.
-
[16] Schematische Darstellung des Fügezustands des Folienschicht-körpers gemäß der Anordnung zur Ausführung der Erfindung.
-
[17] Schematische Darstellung des Fügezustands des Folienschicht-körpers gemäß der Anordnung zur Ausführung der Erfindung.
-
[18] Schematische Darstellung des Fügezustands des Folienschicht-körpers gemäß der Anordnung zur Ausführung der Erfindung.
-
[19] Schematische Darstellung des Fügezustands des Folienschicht-körpers gemäß der Anordnung zur Ausführung der Erfindung.
-
[20] Schematische Darstellung des Fügezustands des Folienschicht-körpers gemäß der Anordnung zur Ausführung der Erfindung.
-
[21] Schematische Darstellung des in der Nicht-Patentschrift 1 offenbarten Metallfügens.
-
[22] Schrägansicht der pyramidenstumpfförmigen Vorsprünge an der Spitze herkömmlicher Resonatoren sowie Matrizen zum Anpressen des Fügekörpers.
-
[23] Schematische Darstellung des Metallfügens unter Anwendung der in der Patentschrift 1 offenbarten Erfindung.
-
[Anordnungen zur Ausführung der Erfindung]
-
Anhand der 1 wird der Aufbau des Füge-Resonators 1 gemäß der Anordnung zur Ausführung der Erfindung erläutert. Im Folgenden wird der Füge-Resonator 1 als Resonator 1 bezeichnet. Der in der 1 dargestellte Resonator 1 dient zum Fügen von Fügeobjekten mittels Ultraschall-schwingungen oder Schallschwingungen und durch den Aufbau der Spitzen 8 am Resonator 1 zum Anpressen des Fügeobjekts als in der 2 abgebildete halbkugelförmige Vorsprünge 11 mit Außenflächen, die keine scharfen Kanten aufweisen, oder als in der 8 abgebildete halbrundstabförmige Vorsprünge 21 mit Außenflächen, die keine scharfen Kanten aufweisen, oder als Kombination der in der 2 abgebildeten halbkugelförmigen Vorsprünge 11 und der in der 8 abgebildeten halbrundstabförmigen Vorsprünge 21 beschädigen, selbst wenn als Fügeobjekte mehrfach geschichtete Metallfolien eingesetzt werden, beim Fügen die Spitzen 8 die Metallfolien nicht, wodurch sich ein Arbeitsschritt zum Schutz der mehrfach geschichteten Metallfolien durch Schutzelemente erübrigt. Die Anzahl der Spitzen 8 kann 1 oder mehr betragen. Im Falle mehrerer Spitzen 8 können die jeweiligen Spitzen 8 von unterschiedlicher Größe oder auch von gleicher Größe sein.
-
Der Resonator 1 setzt sich zum Zwecke des Fügens aus einer Aluminiumlegierung oder einer Titanlegierung oder einer Eisenlegierung zusammen und sieht den Resonatorhauptkörper 2, die Halter 3 und das Füge-werkzeug 4 vor. Die werkstückseitige Fläche 5 des Fügewerkzeugs 4 ist beim Fügen dem Fügeobjekt zugewandt und bildet orthogonal zur in Längsrichtung verlaufenden Mittellinie des Fügewerkzeugs 4 eine horizontale ebene Fläche aus. An der werkstückseitigen Fläche 5 sind die Spitzen 8 als in der 2 abgebildete halbkugelförmige Vorsprünge 11 oder als in der 8 abgebildete halbrundstabförmige Vorsprünge 21 oder als Kombination der in der 2 abgebildeten halbkugelförmigen Vorsprünge 11 und der in der 8 abgebildeten halbrundstabförmigen Vorsprünge 21 vorgesehen. Das Fügeobjekt ist Synonym für das in der 13 dargestellte Fügeobjekt 41. Die Metallfolien sind Synonym für die in den 14 bis 20 dargestellten Metallfolien 42. Als Resonator 1 ist ein doppelt gestützter Typ mit den Haltern 3 an beiden Seiten in Querrichtung zum Fügewerkzeug 4 abgebildet, ebenso möglich sind aber auch einseitig gestützte Typen mit einem Halter an einer Seite in Querrichtung zum Fügewerkzeug 4. Was den Resonator 1 betrifft, treten beim Belasten des Fügeobjektes mit dem Fügewerkzeug 4 bei beidseitig gestützten Typen allerdings weniger Abweichungen bei der Belastung des Fügeobjekts auf als bei einseitig gestützten Typen.
-
Um zur 1 zurückzukommen: Die Maße des Überstandes von der Außenfläche des Resonatorhauptkörpers 2 des Fügewerkzeugs 4 sind so bemessen, dass die werkstückseitige Fläche 5 sowie die Vorsprünge 11 oder 21 die Punkte mit der größten Schwingungsamplitude der durch den Pfeil 6 angedeuteten quergerichteten Schwingung bilden. Die Länge 7 des Resonatorhauptkörpers 2 in Querrichtung von einem Ende zum anderen sollte mindestens eine halbe Wellenlänge der Resonanzfrequenz der Ultraschall-schwingungen oder Schallschwingungen, die vom Oszillator 38 (siehe 13) übertragen werden, betragen; im Beispiel ist eine Länge von einer Wellenlänge dargestellt. Der Resonatorhauptkörper 2 kann auch rundstabförmig sein, wird im Beispiel aber als eckige Stabform gezeigt. Die Punkte mit der größten Schwingungsamplitude befinden sich an beiden Enden in Längsrichtung sowie im zentralen Abschnitt des Resonatorhauptkörpers 2.
-
Am Punkt mit der maximalen Schwingungsamplitude im zentralen Abschnitt in Längsrichtung des Resonatorhauptkörpers 2 ist von der Außenfläche des Resonatorhauptkörpers 2 zur Unterseite hin abstehend das Fügewerkzeug 4 vorgesehen. Sollte das Fügewerkzeug 4 nur in geringem Maße von der Außenfläche des Resonatorhauptkörpers 2 abstehen, so kann das Füge-werkzeug 4 auch oberseitig, vorderseitig oder rückseitig von zumindest einer Seite abstehend an der Außenfläche des Resonatorhauptkörpers 2 vorgesehen werden.
-
An den Punkten mit der kleinsten Schwingungsamplitude zwischen dem in Längsrichtung zentralen Abschnitt und den beiden Enden des Resonatorhauptkörpers 2 sind von der Außenfläche des Resonatorhauptkörpers 2 zu den Außenseiten hin abstehend die Halter 3 vorgesehen. Der Punkt mit der kleinsten Schwingungsamplitude wird auch Knotenpunkt genannt. Der Zustand, in dem die Halter 3 von der Außenfläche des Resonator-hauptkörpers 2 zur Außenseite hin hervorstehen, wird aus dem Abschnitt [0013] sowie der 2 der Patentoffenlegung Nr. 4564548 ersichtlich.
-
Bei einem rundstabförmigen Resonatorhauptkörper 2 ist auch denkbar, dass die Halter 3 den Resonatorhauptkörper 2 in Umfangsrichtung umschließen. Der Zustand, in dem die Halter 3 den Resonatorhauptkörper 2 in Umfangsrichtung umschließen, wird aus den 5 bzw. 18 der Patentoffenlegung Nr. 2911394 ersichtlich.
-
Zwar wird der Aufbau komplizierter, aber der Resonatorhauptkörper 2 kann auch derart konstruiert sein, dass der zentrale Abschnitt mit dem Fügewerkzeug 4 und die beiden Enden mit den Haltern 3 durch Verbindungselemente, wie kopflose Schrauben oder Gewindestäbe, koaxial verbunden sind.
-
Der zentrale Abschnitt des Resonatorhauptkörpers 2 mit dem Fügewerkzeug 4 wird als „Phone” bezeichnet; die beiden Enden des Resonatorhauptkörpers 2 mit den Haltern 3 werden als „Booster” bezeichnet.
-
Das Fügewerkwerkzeug 4 kann von seinem Aufbau her sowohl in den Resonatorhauptkörper 2 integriert sein, als auch als vom Resonatorhauptkörper 2 separates Bauteil durch Verbindungselemente, wie kopflose Schrauben oder Gewindestäbe, mit dem Resonatorhauptkörper 2 verbunden sein. Sieht der Aufbau eine Verbindung des Fügewerkzeugs 4 mit dem Resonatorhauptkörper 2 vor, kann das Fügewerkzeug 4 anstelle von Verbindungselementen, wie kopflose Schrauben oder Gewindestäbe, auch mithilfe von Haftmitteln, wie Lötmaterial oder dergleichen, am Resonator-hauptkörper 2 befestigt werden. Als Formen für das gesamte Fügewerkzeug 4 selbst kommen Rundstabformen, eckige Stabformen usw. infrage.
-
Anhand der 2 wird ein halbkugelförmiger Vorsprung 11, welcher die Spitze 8 des Resonators 1 gemäß der Anordnung zur Ausführung der Erfindung ausbildet, erläutert. Die Form des Vorsprungs 11, wenn man den Vorsprung 11 von seiner Unterseite her betrachtet, ist nicht auf eine Kreisform, wie in der Ansicht A der 2 gezeigt, beschränkt, sondern kann auch elliptisch sein. Wie in den Ansichten B und C der 2 gezeigt, ist die Außenfläche des Vorsprungs 11 als konvex gewölbter Oberflächenabschnitt 12 ausgebildet. Der konvex gewölbte Oberflächenabschnitt 12 befindet sich zentriert auf der Mittellinie, die sich in Längsrichtung zur Außenfläche des Vorsprungs 11 erstreckt, er umrundet den Vorsprung in einer zur werkstückseitigen Fläche 5 parallelen horizontalen Ebene und trifft auf die werkstückseitige Fläche 5, indem er einen glatten, konvexen Bogen beschreibt, der von der Seite des Resonators 1 bis zur Seite des zentralen Abschnitts der Außenfläche des Vorsprungs 11 verläuft. Das heißt, die Außenfläche des Vorsprungs 11 weist aufgrund des konvex gewölbten Oberflächenabschnitts 12 keine scharfen Kanten auf und sie bildet eine konvex gewölbte Oberfläche, die vonseiten des Resonators 1 zur Außenseite hin absteht. Die vertikal gerichtete Position des zentralen Abschnitts, der am konvex gewölbten Oberflächenabschnitt 12 eine konvex gewölbte Fläche beschreibt, kann mit der Position der werkstück-seitigen Fläche 5 gleich sein oder auch von dieser abweichen. Wie in den Ansichten B und C der 2 gezeigt, ist der Fußabschnitt am Vorsprung 11 aufseiten des Resonators 1 so ausgebildet, dass die Außenfläche des Vorsprungs 11, die zum konvex gewölbten Oberflächenabschnitt 12 geworden ist, auf die werkstückseitige Fläche 5 trifft.
-
Anhand der 3 wird ein peripherer Vorsprung 13 rund um einen halbkugelförmigen Vorsprung 11, welcher eine Spitze 8 des Resonators 1 gemäß der Anordnung zur Ausführung der Erfindung ausbildet, erläutert. Als Anordnung zur Ausführung der Erfindung gemäß der 3 wird beispielhaft ein Aufbau gezeigt, bei dem der konvex gewölbte Oberflächenabschnitt 12 des Vorsprungs 11 und der konvex gewölbte Oberflächenabschnitt 14 des peripheren Vorsprungs 13 auf die werkstückseitige Fläche 5 treffen.
-
Wie in der Ansicht A der 3 gezeigt, ist der periphere Vorsprung 13 rund um den halbkugelförmigen Vorsprung 11 mit Abstand zum Vorsprung 11 am Resonator 1 vorgesehen. Wie in den Ansichten B und C der 3 gezeigt, ist die Außenfläche des peripheren Vorsprungs 13 als konvex gewölbter Oberflächenabschnitt 14 ausgebildet. Der konvex gewölbte Oberflächen-abschnitt 14 befindet sich zentriert auf der Mittellinie, die sich in Längsrichtung zur Außenfläche des peripheren Vorsprungs 13 erstreckt, er umrundet den peripheren Vorsprung 13 in einer zur werkstückseitigen Fläche 5 orthogonal verlaufenden horizontalen Ebene, und trifft auf die werkstückseitige Fläche 5, indem er einen glatten, konvexen Bogen beschreibt, der von der Seite des Resonators 1 bis zur Seite des zentralen Abschnitts der Außenfläche des peripheren Vorsprungs 13 verläuft. Das heißt, die Außenfläche des peripheren Vorsprungs 13 weist aufgrund des konvex gewölbten Oberflächenabschnitts 14 keine scharfen Kanten auf und sie bildet eine konvex gewölbte Oberfläche, die vonseiten des Resonators 1 zur Außenseite hin absteht. Der periphere Vorsprung 13 ist nicht auf einen Ring beschränkt, der einen Vorsprung 11 zum Zentrum hat, sondern kann auch aus mehreren Ringen bestehen. Die vertikal gerichtete Position des zentralen Abschnitts, der am konvex gewölbten Oberflächenabschnitt 14 eine konvex gewölbte Fläche beschreibt, kann mit der Position der werkstückseitigen Fläche 5 gleich sein oder auch von dieser abweichen. Das Maß, in dem der periphere Vorsprung 13 von der werkstückseitigen Fläche 5 nach unten hervorsteht, ist kleiner als das Maß, in dem der Vorsprung 11 von der werkstückseitigen Fläche 5 nach unten hervorsteht.
-
Anhand der 4 wird eine von der 2 abweichende Form des Fußabschnitts aufseiten des Resonators 1 am halbkugelförmigen Vorsprung 11, welcher eine Spitze 8 des Resonators 1 gemäß der Anordnung zur Ausführung der Erfindung ausbildet, erläutert. Wie in den Ansichten B und C der 4 gezeigt, ist der Fußabschnitt des Vorsprungs 11 als konkav gewölbter Oberflächenabschnitt 15 ausgebildet. Der konkav gewölbte Oberflächen-abschnitt 15 grenzt den konvex gewölbten Oberflächenabschnitt 12 von der werkstückseitigen Fläche 5 ab, indem er einen glatten, konkav gewölbten Bogen vonseiten des Vorsprungs 11 zur werkstückseitigen Fläche 5 beschreibt. Das heißt, der Fußabschnitt des Vorsprungs 11 weist aufgrund des konkav gewölbten Oberflächenabschnitts 15 keine scharfen Kanten auf und er bildet eine konkav gewölbte Oberfläche, die von den Außenseiten zur Seite des Resonators 1 hin nach innen gewölbt ist. Dadurch treten infolge der Ultraschallwellen oder Schallwellen beim Fügen am Fußabschnitt des Vorsprungs 11 keine Brüche auf.
-
Anhand der 5 wird ein von der 3 abweichender Aufbau des Fußabschnitts aufseiten des Resonators 1 am halbkugelförmigen Vorsprung 11 und am peripheren Vorsprung 13 des Resonators 1 gemäß der Anordnung zur Ausführung der Erfindung erläutert. Als Anordnung zur Ausführung der Erfindung ist, wie in der 5 gezeigt, ein Aufbau vorgesehen, bei dem der konvex gewölbte Oberflächenabschnitt 14 auf die werkstückseitige Fläche 5 trifft und bei dem der konkav gewölbte Oberflächenabschnitt 15 den konvex gewölbten Oberflächenabschnitt 12 von der werkstückseitigen Fläche 5 abgrenzt.
-
Anhand der 6 wird ein Fußabschnitt aufseiten des Resonators 1 am peripheren Vorsprung 13, der am Resonator 1 gemäß der Anordnung zur Ausführung der Erfindung vorgesehen ist, erläutert. Wie in den Ansichten B und C der 6 gezeigt, ist der Fußabschnitt des peripheren Vorsprungs 13 als konkav gewölbter Oberflächenabschnitt 16 ausgebildet. Der konkav gewölbte Oberflächenabschnitt 16 grenzt den konvex gewölbten Oberflächen-abschnitt 14 von der werkstückseitigen Fläche 5 ab und grenzt den konvex gewölbten Oberflächenabschnitt 14 vom konkav gewölbten Oberflächen-abschnitt 15 bzw. von der werkstückseitigen Fläche 5 ab, indem er einen glatten, konkav gewölbten Bogen vonseiten des peripheren Vorsprungs 13 zur werkstückseitigen Fläche 5 beschreibt. Das heißt, der Fußabschnitt des peripheren Vorsprungs 13 weist aufgrund des konkav gewölbten Oberflächenabschnitts 16 keine scharfen Kanten auf und er bildet eine konkav gewölbte Oberfläche, die von den Außenseiten zur Seite des Resonators 1 hin nach innen gewölbt ist. Dadurch treten infolge der Ultraschallwellen oder Schall-wellen beim Fügen am Fußabschnitt des peripheren Vorsprungs 13 keine Brüche auf.
-
Anhand der 7 wird ein peripherer Vorsprung 13, der am Resonator 1 gemäß der Anordnung zur Ausführung der Erfindung vorgesehen ist, erläutert. Im Gegensatz zu dem in den Ansichten A der 3, 5 und 6 gezeigten peripheren Vorsprung 13, der den Vorsprung 11 in Ringform durchgängig umrundet, ist der in der 7 gezeigte periphere Vorsprung 13 durch die an einer oder an mehreren Stellen vorgesehene Unterbrechung 17 unterteilt. Die Enden zuseiten der Unterbrechung 17 am peripheren Vorsprung 13 sind als konvex gewölbte Oberflächenabschnitte ausgebildet und entsprechen den konvex gewölbten Oberflächenabschnitten 22 in den Ansichten A und B der 8. Die Fußabschnitte auf der Seite des Resonators 1 an den Enden zuseiten der Unterbrechung 17 am peripheren Vorsprung 13 sind ferner als konkav gewölbte Oberflächenabschnitte ausgebildet, die den konkav gewölbten Oberflächenabschnitten 26 in der 10 entsprechen, bzw. dergestalt, dass die konvex gewölbten Oberflächenabschnitte, die den konvex gewölbten Oberflächenabschnitten 22 in der Ansicht B der 8 entsprechen, auf die werkstückseitige Fläche 5 treffen.
-
Anhand der 8 wird ein halbrundstabförmiger Vorsprung 21, welcher eine Spitze 8 des Resonators 1 gemäß der Anordnung zur Ausführung der Erfindung ausbildet, erläutert. Wie in der Ansicht A der 8 gezeigt, sind die Außenflächen der beiden Enden in Längsrichtung des Vorsprungs 21, wenn man den Vorsprung 21 von seiner Unterseite her betrachtet, als konvex gewölbte Oberflächenabschnitte 22 ausgebildet. Die konvex gewölbten Oberflächenabschnitte 22 befinden sich zentriert auf der Mittellinie, die sich in Längsrichtung zur Außenfläche des Vorsprungs 21 erstreckt, sie umrunden zur Hälfte den Vorsprung 21 in einer zur werkstückseitigen Fläche 5 parallelen horizontalen Ebene und grenzen die beiden Enden des Vorsprungs 21 ab, indem sie einen glatten, konvexen Bogen beschreiben, der auf beiden Seiten verläuft, von der Seite der Mittellinie, die sich längs zu den Außenseiten des Vorsprungs 21 erstreckt, orthogonal zur Mittellinie, die sich längs zu den Außenseiten des Vorsprungs 21 erstreckt. Der Vorsprung 21 ist so ausgeformt, dass die in der Ansicht A der 2 gezeigten mehrfachen halbkugelförmigen Vorsprünge 11 eine parallel an einer geraden Linie entlang verbundene Reihe bilden. Die Form des Vorsprungs 21 ist, wenn man den Vorsprung 21 von seiner Unterseite her betrachtet, nicht auf eine ovale Form wie in der Ansicht A der 8 beschränkt, sondern kann auch elliptisch sein.
-
Die konvex gewölbten Oberflächenabschnitte 22 befinden sich, wie in der Ansicht B der 8 gezeigt, zentriert auf der Mittellinie, die sich in Längsrichtung zur Außenfläche des Vorsprungs 21 erstreckt, sie umrunden den Vorsprung 21 zu einem Viertel in einer zur werkstückseitigen Fläche 5 orthogonalen vertikalen Ebene und treffen auf die werkstückseitige Fläche 5, indem sie einen glatten, konvexen Bogen beschreiben, der von der werkstückseitigen Fläche 5 bis zur Seite des zentralen Abschnitts der Außenfläche des Vorsprungs 21 verläuft und indem sie stufenlos glatt in den konvex gewölbten Oberflächenabschnitt 23 übergehen, welcher Außenfläche des Vorsprungs 21 in Querrichtung ist. Das heißt, die Außenflächen der beiden Enden des Vorsprungs 21 in Längsrichtung weisen aufgrund des in der Ansicht B der 8 gezeigten konvex gewölbten Oberflächenabschnitts 22 keine scharfen Kanten auf und sie bilden konvex gewölbte Oberflächen, die vonseiten des Resonators 1 zur Außenseite hin abstehen. Die vertikal gerichtete Position des zentralen Abschnitts, der am konvex gewölbten Oberflächenabschnitt 22 eine konvex gewölbte Fläche beschreibt, kann mit der Position der werkstückseitigen Fläche 5 gleich sein oder auch von dieser abweichen.
-
Wie in der Ansicht C der 8 gezeigt, ist die Außenfläche des Vorsprungs 21 in Querrichtung als konvex gewölbter Oberflächenabschnitt 23 ausgebildet. Der konvex gewölbte Oberflächenabschnitt 23 befindet sich zentriert auf der Mittellinie, die sich in Längsrichtung zur Außenfläche des Vorsprungs 21 erstreckt, er umrundet den Vorsprung 21 zur Hälfte in einer zur werkstück-seitigen Fläche 5 orthogonalen vertikalen Ebene und trifft auf die werkstückseitige Fläche 5, indem er einen glatten, konvexen Bogen beschreibt, der von der werkstückseitigen Fläche 5 bis zur Seite des zentralen Abschnitts der Außenfläche des Vorsprungs 21 verläuft. Das heißt, die Außenfläche des Vorsprungs 21 weist aufgrund des stufenlosen glatten Übergangs des in der Ansicht B der 8 gezeigten konvex gewölbten Oberflächenabschnitts 22 und des in der Ansicht C der 8 gezeigten konvex gewölbten Oberflächenabschnitts 23 keine scharfen Kanten auf und sie bildet eine konvex gewölbte Oberfläche, die vonseiten des Resonators 1 zur Außenseite hin absteht.
-
Anhand der 9 wird ein peripherer Vorsprung 24 rund um einen halbrundstabförmigen Vorsprung 21, welcher eine Spitze 8 des Resonators 1 gemäß der Anordnung zur Ausführung der Erfindung ausbildet, erläutert. Als Anordnung zur Ausführung der Erfindung wird gemäß der 9 beispielhaft ein Aufbau gezeigt, bei dem die konvex gewölbten Oberflächenabschnitte 22 und 23 des Vorsprungs 21 und der konvex gewölbte Oberflächenabschnitt 25 des peripheren Vorsprungs 24 auf die werkstückseitige Fläche 5 treffen.
-
Wie in der Ansicht A der 9 gezeigt, ist der periphere Vorsprung 24 rund um den halbrundstabförmigen Vorsprung 21 mit Abstand zum Vorsprung 21 am Resonator 1 vorgesehen. Wie in den Ansichten B und C der 9 gezeigt, ist das Maß, in dem der periphere Vorsprung 24 von der werkstückseitigen Fläche 5 nach unten hervorsteht, kleiner als das Maß, in dem der Vorsprung 21 von der werkstückseitigen Fläche 5 nach unten hervorsteht. Die Außenfläche des peripheren Vorsprungs 24 ist als konvex gewölbter Oberflächenabschnitt 25 ausgebildet. Der konvex gewölbte Oberflächenabschnitt 25 befindet sich zentriert auf der Mittellinie, die sich in Längsrichtung zur Außenfläche des peripheren Vorsprungs 24 erstreckt, er umrundet den peripheren Vorsprung 24 in einer zur werkstückseitigen Fläche 5 orthogonal verlaufenden horizontalen Ebene und trifft auf die werkstückseitige Fläche 5, indem er einen glatten, konvexen Bogen beschreibt, der von der Seite des Resonators 1 bis zur Seite des zentralen Abschnitts der Außenfläche des peripheren Vorsprungs 24 verläuft. Das heißt, die Außenfläche des peripheren Vorsprungs 24 weist aufgrund des konvex gewölbten Oberflächenabschnitts 25 keine scharfen Kanten auf und sie bildet eine konvex gewölbte Oberfläche, die vonseiten des Resonators 1 zur Außenseite hin absteht. Der periphere Vorsprung 24 ist nicht auf einen Ring beschränkt, der einen Vorsprung 21 zum Zentrum hat, sondern kann auch aus mehreren Ringen bestehen. Die vertikal gerichtete Position des zentralen Abschnitts, der am konvex gewölbten Oberflächenabschnitt 25 eine konvex gewölbte Fläche beschreibt, kann mit der Position der werkstück-seitigen Fläche 5 gleich sein oder auch von dieser abweichen.
-
Anhand der 10 wird eine von der 8 abweichende Form des Fußabschnitts aufseiten des Resonators 1 am halbrundstabförmigen Vorsprung 21, welcher eine Spitze 8 des Resonators 1 gemäß der Anordnung zur Ausführung der Erfindung ausbildet, erläutert. Wie in der Ansicht B der 10 gezeigt, ist der Fußabschnitt auf der längsgerichteten Seite des Vorsprungs 21 als konkav gewölbter Oberflächenabschnitt 26 ausgebildet. Der konkav gewölbte Oberflächenabschnitt 26 grenzt den konvex gewölbten Oberflächenabschnitt 22 von der werkstückseitigen Fläche 5 ab, indem er einen glatten, konkav gewölbten Bogen vonseiten des Vorsprungs 21 zur werkstückseitigen Fläche 5 beschreibt. Das heißt, der Fußabschnitt des Vorsprungs 11 weist aufgrund des konkav gewölbten Oberflächenabschnitts 26 keine scharfen Kanten auf und er bildet eine konkav gewölbte Oberfläche, die von den Außenseiten zur Seite des Resonators 1 hin nach innen gewölbt ist.
-
Wie in der Ansicht C der 10 gezeigt, ist der Fußabschnitt in Querrichtung des Vorsprungs 21 als konkav gewölbter Oberflächenabschnitt 27 ausgebildet. Der konkav gewölbte Oberflächenabschnitt 27 grenzt den konvex gewölbten Oberflächenabschnitt 22 von der werkstückseitigen Fläche 5 ab, indem er einen glatten, konkav gewölbten Bogen vonseiten des Vorsprungs 21 zur werkstückseitigen Fläche 5 beschreibt. Das heißt, der Fußabschnitt des Vorsprungs 21 weist aufgrund des glatten Übergangs des in der Ansicht B der 10 gezeigten konkav gewölbten Oberflächenabschnitts 26 und des in der Ansicht C der 10 gezeigten konkav gewölbten Oberflächenabschnitts 27 keine scharfen Kanten auf und er bildet eine konvex gewölbte Oberfläche, die vonseiten des Resonators 1 zur Außenseite hin absteht. Dadurch treten infolge der Ultraschallwellen oder Schallwellen beim Fügen am Fußabschnitt des Vorsprungs 11 keine Brüche auf.
-
Anhand der 11 wird ein von der 9 abweichender Aufbau des Fußabschnitts aufseiten des Resonators 1 an einem halbrundstabförmigen Vorsprung 21 und an einem peripheren Vorsprung 24 des Resonators 1 gemäß der Anordnung zur Ausführung der Erfindung erläutert. Wie in der Ansicht B der 11 gezeigt, ist ein Aufbau vorgesehen, bei dem der konvex gewölbte Oberflächenabschnitt 25 auf die werkstückseitige Fläche 5 trifft und bei dem der konkav gewölbte Oberflächenabschnitt 26 den konvex gewölbten Oberflächenabschnitt 23 von der werkstückseitigen Fläche 5 abgrenzt und bei dem, wie in der Ansicht C der 11 gezeigt, der konkav gewölbte Oberflächenabschnitt 27 den konvex gewölbten Oberflächenabschnitt 23 von der werkstückseitigen Fläche 5 abgrenzt.
-
Anhand der 12 wird ein Fußabschnitt aufseiten des Resonators 1 am peripheren Vorsprung 24, der am Resonator 1 gemäß der Anordnung zur Ausführung der Erfindung vorgesehen ist, erläutert. Wie in der Ansicht B der 12 gezeigt, ist der Fußabschnitt in Längsrichtung des peripheren Vorsprungs 24 als konkav gewölbter Oberflächenabschnitt 28 ausgebildet. Der konkav gewölbte Oberflächenabschnitt 28 grenzt den konvex gewölbten Oberflächenabschnitt 25 von der werkstückseitigen Fläche 5 ab und grenzt den konvex gewölbten Oberflächenabschnitt 25 vom konkav gewölbten Oberflächenabschnitt 26 bzw. von der werkstückseitigen Fläche 5 zwischen dem Vorsprung 21 und dem peripheren Vorsprung 24 ab, indem er einen glatten, konkav gewölbten Bogen vonseiten des peripheren Vorsprungs 24 zur werkstückseitigen Fläche 5 beschreibt.
-
Wie in der Ansicht C der 12 gezeigt, ist der Fußabschnitt in Querrichtung des peripheren Vorsprungs 24 als konkav gewölbter Oberflächenabschnitt 29 ausgebildet. Der konkav gewölbte Oberflächenabschnitt 29 grenzt den konvex gewölbten Oberflächenabschnitt 25 von der werkstückseitigen Fläche 5 ab und grenzt den konvex gewölbten Oberflächen-abschnitt 25 vom konkav gewölbten Oberflächenabschnitt 27 bzw. von der werkstückseitigen Fläche 5 zwischen dem Vorsprung 21 und dem peripheren Vorsprung 24 ab, indem er einen glatten, konkav gewölbten Bogen vonseiten des peripheren Vorsprungs 24 zur werkstückseitigen Fläche 5 beschreibt. Das heißt, der Fußabschnitt des peripheren Vorsprungs 24 weist aufgrund des in der Ansicht B der 12 gezeigten konkav gewölbten Oberflächenabschnitts 28 und des in der Ansicht C der 12 gezeigten konkav gewölbten Oberflächenabschnitts 29 keine scharfen Kanten auf und er bildet eine konkav gewölbte Oberfläche, die von den Außenseiten zur Seite des Resonators 1 hin nach innen gewölbt ist. Dadurch treten infolge der Ultraschallwellen oder Schallwellen beim Fügen am Fußabschnitt des peripheren Vorsprungs 24 keine Brüche auf.
-
In den Figuren wurde dies zwar ausgelassen, aber es besteht auch die Möglichkeit, den peripheren Vorsprung 13 der 7 durch den in den 9, 11 und 12 gezeigten peripheren Vorsprung 24 zu ersetzen und den in den 9, 11 und 12 gezeigten peripheren Vorsprung 24 entsprechend durch die Unterbrechung 17 der 7 zu unterteilen.
-
Anhand der 13 wird eine Ultraschallwellen oder Schallwellen nutzende Fügevorrichtung 31 gemäß der Anordnung zur Ausführung der Erfindung erläutert. Die in der 13 gezeigte Fügevorrichtung 31 verfügt im oberen Abschnitt des Geräterahmens 32 über einen Druckmechanismus 33, und sie sieht am Ausgabelement 34 des Druckmechanismus 33 eine Halterung 35 vor. Die Halterung 35 umfasst an beiden Seiten in Querrichtung, also rechts und links des nach vorne und hinten sowie nach oben und unten durchgängigen Hohlraums 36 die Halteteile 37. Der Resonator 1 ist an der Halterung 35 montiert, wobei an der Halterung 35 die Längsrichtung des Resonators 1 in durch den Pfeil 6 angedeutete Querrichtung ausgerichtet ist, und um die Halterung 35 nicht zu berühren, die Teile des Resonators 1, bis auf die Halter 3, im Hohlraum 36 sowie außen an der Halterung 35 angeordnet sind, und die Halter 3 von den Halteteilen 37 gestützt werden. Dadurch ist der Resonator 1, der an einem Ende den Oszillator 38 vorsieht, durch die auf- und abfahrbare Halterung 35 in horizontaler Position auf beiden Seiten gestützt montiert.
-
Der Ausgangsendabschnitt 39 des Oszillators 38 ist durch ein Verbindungselement, wie eine kopflose Schraube oder einen Gewindestab mit einem Ende des Resonators 1 in Querrichtung koaxial verbunden und der Resonator 1 tritt mit den vom Oszillator 38 übertragenen Ultraschall-schwingungen oder Schallschwingungen in Resonanz. Eine Aufnahme-vorrichtung 40 ist als Matrize in einer Position genau unterhalb des Füge-werkzeugs 4 im unteren Abschnitt des Geräterahmens 32 vorgesehen.
-
Zum Fügen eines Fügeobjekts 41 mit einer Fügevorrichtung 31, wie in der 13 dargestellt, wird das Fügeobjekt 41 auf die Aufnahmevorrichtung 40 gesetzt, in einem Zustand, in dem die Spitzen 8 des Resonators 1 und die Aufnahmevorrichtung 40 vertikal zueinander ausgerichtet sind und zwischen den Spitzen 8 des Resonators 1 und der Aufnahmevorrichtung 40 ein Hohlraum ausgebildet ist, in den das Fügeobjekt 41 eingeschoben werden kann. Anschließend wird ein Druckmechanismus 33 angetrieben und infolge des Absenkens des Ausgabelementes 34 wird das Fügeobjekt 41 von den Spitzen 8 des Resonators 1 und der Aufnahmevorrichtung 40 von oben und unten eingeklemmt und zusammengepresst, der Resonator 1 tritt in Resonanz mit der Schallschwingung oder Ultraschallschwingung, die vom Oszillator 38 übertragen wird, die Spitzen 8 des Resonators 1 vibrieren in von Pfeil 6 angedeuteter Querrichtung und die Fügeflächen des Fügeobjektes 41 nehmen den Druck und die Schwingungsenergie von den Spitzen 8 auf und werden miteinander verbunden. Anschließend wird der Druckmechanismus 33 angetrieben und infolge des Anhebens des Ausgabelementes 34 werden die Spitzen 8 vom Fügeobjekt 41 gelöst und das Fügeobjekt 41 verbleibt auf der Aufnahmevorrichtung 40. Das Fügeobjekt 41 wird anschließend der Aufnahmevorrichtung 40 entnommen und der erste Fügevorgang des Fügeobjektes 41 ist beendet.
-
Als Fügeobjekt 41 für die in der 13 gezeigte Fügevorrichtung 31 kommen erwiesenermaßen u. a. folgende Strukturen infrage: Harzverbindungen mit Schichten aus einer Vielzahl von Kunstharzelementen aus thermo-plastischem Kunstharz, Metallverbindungen mit Schichten aus einer Vielzahl von gleichartigen oder andersartigen Metallelementen, Verbindungen aus unterschiedlichen Materialien mit Schichten aus einer Vielzahl von gleichartigen oder andersartigen Metallelementen mit einseitig ober- oder unterhalb oder auch beidseitig aufgebrachtem/n Harzkissen, Verbindungen aus unterschiedlichen Materialien mit Schichten aus Metallelementen und Keramikelementen, Verbindungen aus unterschiedlichen Materialien mit Schichten aus Metallelementen und Keramikelementen mit einseitig ober- oder unterhalb oder auch beidseitig aufgebrachtem/n Harzkissen, Verbindungen aus unterschiedlichen Materialien mit Schichten aus Metallelementen und Kunstharzelementen, Verbindungen aus unterschiedlichen Materialien mit Schichten aus Metallelementen und Kunstharzelementen mit einseitig ober- oder unterhalb oder auch beidseitig aufgebrachtem/n Harzkissen.
-
Selbst wenn es sich beim Fügeobjekt 41 um mehrfach geschichtete Metallfolien insbesondere aus Aluminium oder Kupfer handelt, beschädigen die Spitzen 8 die Metallfolien beim Fügen nicht, da die Spitzen 8 des Resonators 1 zum Anpressen der Metallfolien als in der 2 abgebildete halbkugelförmige Vorsprünge 11 oder als in der 7 abgebildete halbrundstabförmige Vorsprünge 21 oder als Kombination der in der 2 abgebildeten halbkugelförmigen Vorsprünge 11 und der in der 7 abgebildeten halbrundstabförmigen Vorsprünge 21 vorgesehen sind. Beim Versuch, als Metallfolien 60 Blatt geschichtete Kupferfolien einer Stärke von 10 μm mit einer Fügevorrichtung 31 gemäß 13 zu fügen bzw. beim Versuch, 60 Blatt geschichtete Aluminiumfolien einer Stärke von 20 μm mit einer Fügevorrichtung 31 gemäß 13 zu fügen, traten erwiesenermaßen keine Beschädigungen an den Kupferfolien sowie Aluminiumfolien auf.
-
Zwischen dem zentralen Abschnitt des Resonators 1 mit dem Fügewerkzeug 4 und seinen beiden Enden mit den Haltern 3 oder zwischen dem Resonator 1 und dem Fügewerkzeug 4 oder zwischen dem Resonator 1 und dem Ausgangsendabschnitt 39 des Oszillators 38 kann zudem ein hier nicht dargestellter Zwischenbooster mittels eines Verbindungselementes aus kopfloser Schraube oder Gewindestab in Querrichtung koaxial und integriert angebracht werden. Der Zwischenbooster dient zum Einstellen der Amplitude des Resonators 1. Indem die Magnitude (Form) des Zwischenboosters geändert wird, lässt sich die Amplitude des Resonators 1 sowohl vergrößern als auch verkleinern. Wird kein Zwischenbooster verwendet, ist die Amplitude des Resonators 1 gleich der Amplitude des Oszillators 38, d. h. einfach. Allerdings gibt es auch den Fall, wo ein einfacher Zwischenbooster Anwendung findet.
-
Als Fügevorrichtung 31 kommt ebenso eine Fügevorrichtung infrage, bei welcher der Resonator, wie in der Patentoffenlegung Nr. 2911395 offenbart, vertikal positioniert ist.
-
In den Figuren ist dies zwar ausgelassen, aber was die Spitzen der Aufnahmevorrichtung 40 zum Anpressen des Fügeobjekts 41 betrifft, können Formen mit den Vorsprüngen 11 bzw. 21, wie sie in den 2 bis 12 gezeigt sind, Formen mit einer Kombination der Vorsprünge 11 und 21 sowie Formen, welche die peripheren Vorsprünge 13 bzw. 24 vorsehen, Anwendung finden. Des Weiteren können zum Fügen des Fügeobjekts 41 bei der 13 auch die Halterung 35 vom Ausgabeelement 34 entfernt sein, die Aufnahme-vorrichtung 40 vom Geräterahmen 32 entfernt sein, die, wie erwähnt, entfernte Halterung 35 im unteren Abschnitt des Geräterahmens 32 angebracht sein, sodass die Spitzen 8 nach oben gerichtet sind, die Aufnahmevorrichtung 40 im oberen Abschnitt des Geräterahmens 32 vorgesehen sein, so dass die, wie erwähnt, entfernte Aufnahmevorrichtung 40 am Ausgabeelement 34 montiert und die Spitzen der Aufnahmevorrichtung 40 nach unten gerichtet sind, und es können der Resonator 1 sowie die Halterung 35 im unteren Abschnitt des Geräterahmens vorgesehen sein.
-
Anhand der 14 bis 20 werden verschiedene Zustände des Fügens von Folienschichtkörpern 43 aus mehrfach geschichteten Metallfolien 42 erläutert.
-
Die 14 stellt ein Beispiel für einen Resonator 1 dar, der einen Vorsprung 11 sowie einen konvex gewölbten Oberflächenabschnitt 12, wie in der 2 gezeigt, aufweist; die finale Position des Vorsprungs 11 zum Fügen des Folienschichtkörpers 43 ist flach, der Vorsprung 11 und der konvex gewölbte Oberflächenabschnitt 12 drücken die Metallfolien 42 nicht gewaltsam fest, und während die Metallfolien 42 durch die vom Resonator 1 ausgehende Vibration in von Pfeil 6 angedeuteter Querrichtung leicht in Querrichtung gedehnt werden, d. h. während die Atome der Metallfolien 42 in Querrichtung in Bewegung versetzt werden, wird die Metallmenge des gedehnten Volumens reibungslos an der gewölbten Fläche des konvex gewölbten Oberflächenabschnitts 12 entlang nach außen abgeführt, sodass keine Beschädigungen an den Metallfolien 42 mehr auftreten. Durch die reibungslose Bewegung der Atome der Metallfolien 42 werden die mehrfach geschichteten Metallfolien 42 auf diese Weise untereinander zu Ingots verbunden bzw. mittels Diffusion zusammengeschweißt.
-
Die 15 stellt ein Beispiel für einen Resonator 1 dar, der einen Vorsprung 11, einen konvex gewölbten Oberflächenabschnitt 12 sowie einen konkav gewölbten Oberflächenabschnitt 15, wie in 4 gezeigt, aufweist; die finale Position des Vorsprungs 11 zum Fügen des Folienschichtkörpers 43 liegt tiefer als in der 14, der Vorsprung 11, der konvex gewölbte Oberflächenabschnitt 12 sowie der konkav gewölbte Oberflächenabschnitt 15 werden tief in die Metallfolien 42 eingedrückt, ohne die Metallfolien 42 zu beschädigen, der konkav gewölbte Oberflächenabschnitt 15 hält die Metallfolien 42 gedrückt, während die Metallfolien 42 untereinander zu Ingots verbunden bzw. mittels Diffusion zusammengeschweißt werden, und es wird ein wohlgeformtes Fügeergebnis erzielt, das den konkav gewölbten Oberflächenabschnitt 15 widerspiegelt.
-
Die 16 stellt ein Beispiel für einen Resonator 1 dar, der einen Vorsprung 11, einen konvex gewölbten Oberflächenabschnitt 12, einen peripheren Vorsprung 13, einen konvex gewölbten Oberflächenabschnitt 14 sowie die konkav gewölbten Oberflächenabschnitte 15 und 16, wie in 6 gezeigt, aufweist; die finale Position des Vorsprungs 11 zum Fügen des Folienschichtkörpers 43 liegt tiefer als in der 15, der Vorsprung 11, der konvex gewölbte Oberflächenabschnitt 12, der periphere Vorsprung 13, der konvex gewölbte Oberflächenabschnitt 14 sowie die konkav gewölbten Oberflächenabschnitte 15 und 16 werden tief in die Metallfolien 42 eingedrückt, ohne die Metallfolien 42 zu beschädigen, die konkav gewölbten Oberflächen-abschnitte 15 und 16 halten die Metallfolien 42 gedrückt, während die Metallfolien 42 untereinander zu Ingots verbunden bzw. mittels Diffusion zusammengeschweißt werden, und es wird ein wohlgeformtes Fügeergebnis erzielt, das die konkav gewölbten Oberflächenabschnitte 15 und 16 widerspiegelt. Das heißt, die Metallfolien 42 können durch das Zusammen-wirken des Vorsprungs 11 und des peripheren Vorsprungs 13 angedrückt sowie zusammengefügt werden, ohne dass sie beschädigt werden.
-
Die 17 zeigt beispielhaft einen Resonator 1, der einen Vorsprung 11 und einen konvex gewölbten Oberflächenabschnitt 12, wie in der 2 dargestellt, aufweist und ein aus einer Metallplatte bestehendes Schutzelement 44 sowie eine Aufnahmevorrichtung 40, welche die aus pyramidenförmigen oder pyramidenstumpfförmigen Vorsprüngen ausgebildeten Spitzen 45 aufweist; das Schutzelement 44 ist auf die Spitzen 45 gelegt, der Folienschichtkörper 43 ist auf das Schutzelement 44 gelegt, der Vorsprung 11 und die Spitzen 45 klemmen den Folienschichtkörper 43 und das Schutzelement 44 von oben und unten ein, der Metallschichtkörper 43 und das Schutzelement 44 werden vom Resonator 1 mit Druck beaufschlagt und mit Ultraschallschwingungen oder Schallschwingungen versetzt, und der konvex gewölbte Oberflächenabschnitt 12 sowie die Spitzen 45 fügen die Metallfolien 42 und das Schutzelement 44 mithilfe der Ultraschallschwingungen oder Schallschwingungen aneinander, ohne das Schutzelement 44 und die Metallfolien 42 zu beschädigen. Für den Fall, dass das Schutzelement 44 aus einer Kunstharzplatte besteht, werden die Metallfolien 42 und das Schutz-element 44 nicht aneinandergefügt.
-
Die 17 zeigt beispielhaft einen Resonator 1, der einen Vorsprung 11 und einen konvex gewölbten Oberflächenabschnitt 12, wie in der 2 dargestellt, aufweist, einen Satz eines Folienschichtkörpers 43 und ein aus einer Metallplatte bestehendes Schutzelement 44 sowie eine Aufnahme-vorrichtung 40, welche die aus pyramidenförmigen oder pyramiden-stumpfförmigen Vorsprüngen ausgebildeten Spitzen 45 aufweist; der Vorsprung 11 und die Spitzen 45 klemmen den Folienschichtkörper 43 und das auf den Folienschichtkörper 43 geschichtete Schutzelement 44 von oben und unten ein, der Folienschichtkörper 43 und das Schutzelement 44 werden vom Resonator 1 mit Druck und mit Ultraschallschwingungen oder Schallschwingungen beaufschlagt, und der konvex gewölbte Oberflächenabschnitt 12 sowie die Spitzen 45 fügen die Metallfolien 42 und das Schutzelement 44 mithilfe der Ultraschallschwingungen oder Schallschwingungen aneinander, ohne die Metallfolien 42 und das Schutzelement 44 zu beschädigen. Für den Fall, dass das Schutzelement 44 aus einer Kunstharzplatte besteht, werden die Metallfolien 42 und das Schutzelement 44 nicht aneinandergefügt.
-
Die 18 zeigt beispielhaft einen Resonator 1, der einen Vorsprung 11 und einen konvex gewölbten Oberflächenabschnitt 12, wie in der 2 dargestellt, aufweist, einen Satz eines Folienschichtkörpers 43 sowie eine Aufnahmevorrichtung 40, welche einen Vorsprung 46, welcher dem Vorsprung 11 in 2 entspricht, und einen konvex gewölbten Oberflächenabschnitt 47, welcher dem konvex gewölbten Oberflächenabschnitt 12 in 2 entspricht, aufweist; die Vorsprünge 11 und 46 klemmen den Folienschichtkörper 43 von oben und unten ein, der Folienschichtkörper 43 wird vom Resonator 1 mit Druck und mit Ultraschallschwingungen oder Schallschwingungen beaufschlagt, und die konvex gewölbten Oberflächenabschnitte 12 und 47 fügen die Metallfolien 42 mithilfe der Ultraschallschwingungen oder Schallschwingungen aneinander, ohne die Metallfolien 42 zu beschädigen.
-
Die 19 zeigt beispielhaft einen Resonator 1, welcher die aus pyramidenförmigen oder pyramidenstumpfförmigen Vorsprüngen ausgebildeten Spitzen 48 aufweist, einen Satz eines Folienschichtkörpers 43, ein aus einer Metallplatte bestehendes Schutzelement 44 sowie eine Aufnahmevorrichtung 40, welche den Vorsprung 46 und einen konvex gewölbten Oberflächen-abschnitt 47 aufweist; der Vorsprung 46 und die Spitzen 48 klemmen den Folienschichtkörper 43 und das auf den Folienschichtkörper 43 geschichtete Schutzelement 44 von oben und unten ein, der Folienschichtkörper 43 und das Schutzelement 44 werden vom Resonator 1 mit Druck und mit Ultraschall-schwingungen oder Schallschwingungen beaufschlagt, und der konvex gewölbte Oberflächenabschnitt 47 sowie die Spitzen 48 fügen die Metallfolien 42 und das Schutzelement 44 mithilfe der Ultraschallschwingungen oder Schallschwingungen aneinander, ohne die Metallfolien 42 und das Schutz-element 44 zu beschädigen. Für den Fall, dass das Schutzelement 44 aus einer Kunstharzplatte besteht, werden die Metallfolien 42 und das Schutzelement 44 nicht aneinandergefügt.
-
Die 20 zeigt beispielhaft einen Resonator 1, der einen Vorsprung 11 und einen konvex gewölbten Oberflächenabschnitt 12, wie in der 2 dargestellt, aufweist, eine Aufnahmevorrichtung 40, welche den Vorsprung 46 und einen konvex gewölbten Oberflächenabschnitt 47 aufweist, zwei Sätze eines Folienschichtkörpers 43 sowie ein Metallelement 49; die Vorsprünge 11 und 46 klemmen die beiden Sätze des Folienschichtkörpers 43 mit dazwischengeklemmtem plattenförmigem Metallelement 49 von oben und unten ein, der Folienschichtkörper 43 und das Schutzelement 44 werden vom Resonator 1 mit Druck und mit Ultraschallschwingungen oder Schall-schwingungen beaufschlagt, und die konvex gewölbten Oberflächenabschnitte 12 und 47 fügen die Metallfolien 42 und das Metallelement 49 mithilfe der Ultraschallschwingungen oder Schallschwingungen aneinander, ohne die beiden Sätze des Metallschichtkörpers 43 zu beschädigen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Resonator
- 2
- Resonatorhauptkörper
- 3
- Halter
- 4
- Fügewerkzeug
- 5
- Werkstückseitige Fläche
- 6
- Pfeil zum Andeuten der Querrichtung
- 7
- Länge des Resonators 1 in Querrichtung von einem Ende zum anderen
- 8
- Spitze des Resonators 1 zum Anpressen des Fügeobjekts
- 11
- Halbkugelförmiger Vorsprung
- 12
- Konvex gewölbter Oberflächenabschnitt des Vorsprungs 11
- 13
- Rund um den Vorsprung 11 vorgesehener peripherer Vorsprung
- 14
- Konvex gewölbter Oberflächenabschnitt als Außenfläche des peripheren Vorsprungs 13
- 15
- Konkav gewölbter Oberflächenabschnitt als Fußabschnitt des Vorsprungs 11
- 16
- Konkav gewölbter Oberflächenabschnitt als Fußabschnitt des peripheren Vorsprungs 13
- 17
- Unterbrechung, die den peripheren Vorsprung 13 unterteilt
- 21
- Halbrundstabförmiger Vorsprung
- 22
- Konvex gewölbter Oberflächenabschnitt als Außenfläche an beiden Endabschnitten in Längsrichtung des Vorsprungs 21
- 23
- Konvex gewölbter Oberflächenabschnitt als Außenfläche in Querrichtung des Vorsprungs 21
- 24
- Rund um den Vorsprung 21 vorgesehener peripherer Vorsprung
- 25
- Konvex gewölbter Oberflächenabschnitt als Außenfläche des peripheren Vorsprungs 24
- 26
- Konkav gewölbter Oberflächenabschnitt als Fußabschnitt an beiden Endabschnitten in Längsrichtung des Vorsprungs 21
- 27
- Konkav gewölbter Oberflächenabschnitt als Fußabschnitt an beiden Endabschnitten in Querrichtung des Vorsprungs 21
- 28
- Konkav gewölbter Oberflächenabschnitt als Fußabschnitt in Längsrichtung des peripheren Vorsprungs 24
- 29
- Konkav gewölbter Oberflächenabschnitt als Fußabschnitt in Querrichtung des peripheren Vorsprungs 24
- 31
- Fügevorrichtung
- 32
- Geräterahmen
- 33
- Druckmechanismus
- 34
- Ausgabeelement des Druckmechanismus 33
- 35
- Halterung
- 36
- Hohlraum der Halterung 35
- 37
- Halteteil der Halterung 35
- 38
- Oszillator
- 39
- Ausgangsendabschnitt des Oszillators 38
- 40
- Aufnahmevorrichtung
- 41
- Fügeobjekt
- 42
- Metallfolie
- 43
- Folienschichtkörper aus geschichteten Metallfolien 42
- 44
- Schutzelement
- 45
- Aus pyramidenförmigen oder pyramidenstumpfförmigen Vorsprüngen ausgebildete Spitzen der Aufnahmevorrichtung 40
- 46
- Vorsprung an der Aufnahmevorrichtung 40
- 47
- Konvex gewölbter Oberflächenabschnitt als Außenfläche des Vorsprungs 46
- 48
- Aus pyramidenförmigen oder pyramidenstumpfförmigen Vorsprüngen ausgebildete Spitzen des Resonators 1
- 49
- Metallelement
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- COSMO SYSTEM, Co. Ltd., „Das Prinzip des Ultraschallfügens” [Internetsuche am 7. September 2016: http://www.cosmo-stm.com/usmetal/about-us-metal-weldinq.html [0008]
