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Die Erfindung betrifft eine Positionierungsvorrichtung zum Detektieren der bestimmungsgemäßen Anwesenheit mindestens eines elektrisch leitenden Fügepartners in einer Vorrichtung zum Ultraschallverbinden, eine Vorrichtung zum Ultraschallverbinden und ein Verfahren zum Detektieren der bestimmungsgemäßen Anwesenheit mindestens eines elektrisch leitenden Fügepartners in einer Vorrichtung zum Ultraschallverbinden.
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Aus der
W02017/080863 A1 sind Positionierungseinrichtungen bekannt, bei denen Anschlagelemente Anschlagkanten aufweisen, gegen die ein Leiter oder eine isolierende Umhüllung eines Leiters positioniert wird. Die Positionierung kann außerhalb eines Verdichtungsraums stattfinden, da innerhalb eines Verdichtungsraums in der Regel beengte Raumverhältnisse herrschen. Es besteht allerdings das Risiko, dass beim Transfer der bereits positionierten Fügepartner eine Verschiebung stattfindet. Außerdem benötigt die Positionierungseinrichtung Raum außerhalb des Verdichtungsraums und es wird Platz gebraucht für die Zuführung der Fügepartner in den Verdichtungsraum.
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Grundsätzlich erfordert die Positionierung über eine Anschlagkante in der Regel die Fingerfertigkeit der Bedienperson, insbesondere, weil die korrekte Position, nämlich der Anschlag des Fügepartners an der der Anschlagkante, taktil erfasst werden muss.
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Aus der
DE 10 2009 003 117 A1 ist eine Transporteinrichtung bekannt, mit der Anschlusselemente zu einer Ultraschallschweißvorrichtung transportiert werden. Es kann eine Steuerung vorgesehen sein, die Sensoren zur Überwachung der Lage von Transportmitteln der Transporteinrichtung umfasst.
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Die
US 4,031,613 zeigt eine Crimpstation, bei der die bestimmungsgemäße Anwesenheit eines Leiters mit einem Sensor erfasst wird, welcher vor der Crimpstation angeordnet ist. Der Sensor umfasst zwei elektrisch leitfähige Blöcke, zwischen denen ein Strom fließen kann, sobald das abisolierte Ende des Leiters die Blöcke verbindet. Die Vorrichtung benötigt Platz für den Sensor und der Leiter muss im Messbereich abisoliert sein.
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Des Weiteren ist es zum Beispiel aus der
DE4015692 A1 bekannt, mit optischen Sensoren oder induktiven Sensoren die Lage von Kabeln relativ zum Sensor zu bestimmen. Es kann auch ein mechanischer Sensor vorgesehen werden, der beispielsweise einen Kippmechanismus umfasst. Durch Druckbeaufschlagung bei Anwesenheit eines Fügepartners kann ein Mikroschalter betätigt werden. Vorrichtungen mit derartigen Sensoren müssen so aufgebaut sein, dass ein entsprechender Platz für den Sensor und gegebenenfalls eine Messstrecke vorhanden ist.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu überwinden. Insbesondere sollen Positionierungsvorrichtungen, Vorrichtungen zum Ultraschallverbinden und Verfahren zum Detektieren der bestimmungsgemäßen Anwesenheit mindestens eines elektrisch leitenden Fügepartners in einer Vorrichtung zum Ultraschallverbinden bereitgestellt werden, die zuverlässige Aussagen über die Anwesenheit von Fügepartner erlauben und/oder die platzsparend sind.
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Die Aufgabe wird gelöst mit Positionierungsvorrichtungen, Vorrichtungen zum Ultraschallverbinden und Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen.
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Insbesondere dient eine Positionierungsvorrichtung zum Detektieren der bestimmungsgemäßen Anwesenheit mindestens eines elektrisch leitenden Fügepartners in einer Vorrichtung zum Ultraschallverbinden von elektrischen leitenden Fügepartnern.
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Die Positionierungsvorrichtung umfasst mindestens zwei elektrisch leitfähige Komponenten, die jeweils einen Kontaktbereich aufweisen.
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Die Komponenten lassen sich derart fix zueinander anordnen oder sind derart fix zueinander zugeordnet, dass die Kontaktbereiche der mindestens zwei elektrisch leitfähigen Komponenten voneinander beabstandet sind und dass bei bestimmungsgemäßer Anwesenheit mindestens eines Fügepartners eine andere Leitfähigkeit zwischen den Kontaktbereichen vorliegt als ohne die Anwesenheit des Fügepartners.
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Bevorzugt weisen die Komponenten jeweils einen Anschlusspunkt auf, an den sich eine Vorrichtung anschließen lässt, über welche die Änderung der Leitfähigkeit feststellbar ist, zum Beispiel eine Messvorrichtung.
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Bevorzugt entsteht die Änderung der Leitfähigkeit erst, wenn alle zu verbindenden Fügepartner, zum Beispiel eine Litze und ein Terminal, korrekt zwischen den Kontaktbereichen positioniert sind.
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Insbesondere entsteht bei Vorhandensein des oder der Fügepartner eine niederohmige elektrisch leitende Verbindung.
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Mit niederohmig ist im Rahmen der vorliegenden Anmeldung gemeint, dass der Widerstand zwischen den Kontaktbereichen maßgeblich durch den Widerstand der elektrisch leitenden Fügepartner bestimmt ist.
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Die Änderung der Leitfähigkeit bewirkt, dass nach dem Positionieren des mindestens einen Fügepartners ein größerer Strom als vor dem Positionieren des Fügepartners zwischen den Komponenten fließen kann, oder dass überhaupt ein Strom fließen kann. Die Stärke des Stroms ist also ein eindeutig und automatisch feststellbares Indiz für die bestimmungsgemäße Anwesenheit des mindestens einen Fügepartners. Alternativ oder zusätzlich ist eine Widerstandsänderung oder eine Spannungsänderung ein Indiz für die Anwesenheit des Fügepartners.
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Bei der Vorrichtung zum Ultraschallverbinden handelt es sich insbesondere um eine Vorrichtung zum Ultraschallschweißen und/ oder Ultraschalllöten.
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Bei den elektrischen leitenden Fügepartnern handelt es sich insbesondere um Litzen und Terminals.
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Bevorzugt sind die Kontaktbereiche ohne Anwesenheit eines Fügepartners elektrisch isoliert voneinander angeordnet. Die Kontaktbereiche können auch über einen definierten Widerstand elektrisch verbunden sein, sodass feststellbar ist, ob die Komponenten in einer gewählten fixen Zuordnung bereit für die Aufnahme des oder der Fügepartner sind.
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Die Positionierungsvorrichtung kann auch drei oder mehr leitfähige Komponenten aufweisen, die miteinander bei Anwesenheit mindestens eines Fügepartners einen geschlossenen Stromkreis ermöglichen.
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Bevorzugt umfasst die Positionierungsvorrichtung eine Messvorrichtung, die mit den mindestens zwei elektrisch leitfähigen Komponenten verbunden ist oder in Verbindung bringbar ist, welche detektiert, ob sich die Leitfähigkeit zwischen den Kontaktbereichen der mindestens zwei elektrisch leitfähigen Komponenten ändert.
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Die Messvorrichtung kann eine Vorrichtung zur Strommessung und/oder zur Widerstandsmessung und/oder zur Spannungsmessung sein. Die Messvorrichtung kann beispielweise messen, ob und wieviel Strom zwischen den Komponenten fließt und ob der Strom überhaupt über einem bestimmten Schwellwert oder Sollwert liegt.
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Bevorzugt ist eine Spannungsquelle vorgesehen, mit der eine Spannung an den Komponenten anlegbar ist.
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Die Positionierungsvorrichtung kann eine Kontrolleinheit umfassen, mit der ein Sollwert vorgebbar ist und welche den Messwert mit dem Sollwert vergleicht. Solange der Sollwert nicht erreicht ist, ist der mindestens eine Fügepartner noch nicht wunschgemäß positioniert.
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Der Sollwert kann durch einen Referenzmessung ermittelt werden und/oder in die Kontrolleinheit eingegeben werden und/oder in der Kontrolleinheit gespeichert werden.
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In einer vorteilhaften Ausführung der Positionierungsvorrichtung umfassen die mindestens zwei Komponenten einen Anschlag, einen Niederhalter und/oder ein Gegenwerkzeug.
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Die Komponenten können insbesondere Komponenten der Vorrichtung zum Ultraschallverbinden sein, nämlich Gegenwerkzeuge wie Amboss oder Seitenbegrenzer, die als Gegenstück zur Sonotrode dienen oder zum Bilden eines Verdichtungsraums.
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Die Komponenten, zum Beispiel ein Niederhalter oder ein Anschlag, können unmittelbar am Ort des Ultraschallverbindens angeordnet sein oder dort angeordnet werden.
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Die Komponenten sind somit ohnehin und auch ohne eine Positionsdetektierung für den Vorgang des Ultraschallverbindens vorhanden. Es sind keine zusätzlichen Sensorelemente notwendig, die mit dem mindestens einen Fügepartner in Kontakt gebracht werden müssen, um eine korrekte Position festzustellen. Die Positionierungsvorrichtung ist extrem platzsparend, weil sie vorhandene Komponenten benutzt.
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Vorteilhafterweise sind die Kontaktbereiche der mindestens zwei Komponenten elektrisch getrennt, zum Beispiel durch eine isolierende, also nicht oder im Wesentlichen nicht leitende, Schicht getrennt. Da Luft ein vergleichsweise schlechter Leiter ist, reicht es, wenn zwischen den Kontaktbereichen ein Luftspalt vorliegt. Ohne den Fügepartner kann dann praktisch kein Strom fließen und der Unterschied in der Leitfähigkeit ist besonders groß, wenn der Fügepartner hinzugefügt wird.
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In einer vorteilhaften Ausführung der Positionierungsvorrichtung ist die räumliche Position und/oder Ausrichtung mindestens einer Komponente verstellbar. Damit kann festgelegt werden, wo genau der oder die Fügepartner zu platzieren sind. Es kann auch eine Verstellung erfolgen, wenn andersartige Fügepartner miteinander verbunden werden sollen. Die Positionierungsvorrichtung ist daher für Fügepartner unterschiedlicher Art, zum Beispiel mit unterschiedlichen Abmessungen, geeignet.
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Es kann beispielweise die Lage eines Ambosses oder die Anordnung eines Anschlags gegenüber dem Amboss in an sich bekannter Art und Weise eingestellt werden.
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Außerdem kann eine Komponente oder mehrere der Komponenten vor Beginn des eigentlichen Verbindens auch wieder von dem Fügepartner entfernt werden. Zum Beispiel kann ein Anschlag oder ein Niederhalter weggeschoben oder weggeklappt werden, bevor die Sonotrode einen Fügepartner kontaktiert.
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Vorteilhafterweise weist die Positionierungsvorrichtung eine Bewegungsvorrichtung zum Bewegen mindestens einer der Komponenten auf. Die Komponente kann mechanisch und/oder elektrisch und/oder pneumatisch bewegt werden. Die Bedienung kann manuell oder elektrisch erfolgen.
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Die Bewegung kann automatisch erfolgen. Zum Beispiel kann ein Anschlag oder Niederhalter entfernt werden, wenn die korrekte Position erkannt wurde und der Verbindungsvorgang beginnen soll.
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Die Aufgabe wird außerdem gelöst durch eine Vorrichtung zum Ultraschallverbinden, insbesondere Ultraschallschweißen und/ oder Ultraschalllöten, von elektrischen leitenden Fügepartnern, insbesondere Litzen. Die Vorrichtung umfasst eine zu Ultraschallschwingungen anregbare Sonotrode, welche mit mindestens einem der Fügepartner in Kontakt bringbar ist und mittels derer der Fügepartner derart mit Ultraschall beaufschlagbar ist, dass die Fügepartner verbunden werden. Die Vorrichtung umfasst außerdem eine Positionierungsvorrichtung wie oben beschrieben.
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Die Vorrichtung kann überdiese eine Einlege- und/oder Vorschubeinrichtung für mindestens einen Fügepartner aufweisen.
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Die Aufgabe wird außerdem gelöst durch ein Verfahren zum Detektieren der bestimmungsgemäßen Anwesenheit mindestens eines elektrisch leitenden Fügepartners in einer Vorrichtung zum Ultraschallverbinden wie oben beschrieben.
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Mindestens ein Fügepartner wird in eine Positionierungsvorrichtung wie oben beschrieben eingelegt, wobei der mindestens eine Fügepartner mit mindestens einem Kontaktbereich einer Komponente in elektrisch leitenden Kontakt gebracht wird.
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Bevorzugt wird mindestens ein weiterer Fügepartner mit dem bereits eigelegten Fügepartner und mit mindestens einem Kontaktbereich einer weiteren Komponente in Kontakt gebracht.
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Danach wird festgestellt, ob sich die Leitfähigkeit zwischen den Kontaktbereichen der mindestens zwei Komponenten geändert hat, insbesondere, ob überhaupt ein Stromfluss zwischen den Kontaktbereichen der mindestens zwei Komponenten möglich ist.
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Gegebenenfalls wird mindestens ein Fügepartner innerhalb der Positionierungsvorrichtung solange bewegt, insbesondere verschoben, verschwenkt und/oder gekippt, bis die Leitfähigkeit zwischen den Kontaktbereichen der mindestens zwei Komponenten einen gewünschten Wert hat, bis insbesondere die Kontaktbereiche der mindestens zwei Komponenten in einer niederohmigen elektrisch leitenden Verbindung stehen.
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Bevorzugt wird eine Größe gemessen, die einen Rückschluss auf die Leitfähigkeit erlaubt.
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Vorteilhafterweise wird vor dem Einlegen des mindestens einen Fügepartners die Leitfähigkeit zwischen den Kontaktbereichen der mindestens zwei Komponenten detektiert.
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Die Messung kann als Referenz für eine spätere Ermittlung einer Änderung dienen.
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Die Messung kann auch dazu dienen, die Bereitschaft der Positionierungsvorrichtung zum Einlegen des oder der Fügepartner zu signalisieren.
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Es kann über den Kontaktbereichen der mindestens zwei Komponenten ein Strom und/oder ein Widerstand gemessen werden.
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Vor dem Einlegen des mindestens einen Fügepartners kann die räumliche Position mindestens einer Komponente eingestellt werden. Insbesondere kann über die Position der Komponente eingestellt werden, wo genau ein Fügepartner gegenüber einer anderen Komponente oder gegenüber einem anderen Fügepartner platziert werden soll.
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Es kann beispielsweise ein elektrisch leitfähiger Terminal auf ein elektrisch leitfähiges Gegenwerkzeug gelegt werden.
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Ein Anschlag kann nun so positioniert werden, dass kein oder nur ein geringer Strom zwischen dem Anschlag und dem Gegenwerkzeug fließt, beispielsweise weist der Anschlag einen Abstand zu dem Terminal auf oder steht über eine isolierende Schicht in Kontakt mit dem Terminal. Der Anschlag kann so ausgerichtet werden, dass eine Litze gegenüber dem Terminal die richtige Position einnimmt, wenn die Litze in Kontakt mit dem Anschlag steht.
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Die Litze kann dann auf das Terminal gelegt und solange verschoben werden, bis eine niederohmige Verbindung zwischen dem Gegenwerkzeug und dem Anschlag gemessen wird. Dies kann erst geschehen, wenn die Litze Kontakt mit dem Terminal und dem Anschlag hat und somit die richtige Position eingenommen hat.
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Die Messung erfolgt also ohne zusätzliches Sensorelement, das mit dem Fügepartner in Kontakt steht oder auf die Fügepartner gerichtet ist, und das selbst Platz in der Vorrichtung benötigen würde und gewartet werden müsste.
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Mindestens eine Komponente kann vor dem Schweißvorgang von den Fügepartnern entfernt werden, zum Beispiel um das Verbinden zu ermöglichen. Das Entfernen erfolgt insbesondere, nachdem die korrekte Positionierung der Fügepartner festgestellt wurde.
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Bevorzugt erfolgt ein Ultraschallverbinden, insbesondere ein Ultraschallverschweißen der Fügepartner.
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Im Folgenden werden die Erfindung und ihre Vorteile anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigen
- 1: eine schematische Darstellung einer Positioniervorrichtung mit nur einem Fügepartner;
- 2: eine schematische Darstellung der Positioniervorrichtung mit zwei korrekt positionierten Fügepartnern;
- 3: eine schematische Darstellung eines ersten Beispiels für eine Vorrichtung zum Ultraschallverbinden;
- 4: eine schematische Darstellung eines zweiten Beispiels für eine Vorrichtung zum Ultraschallverbinden.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Positionierungsvorrichtung 10. Die Positionierungsvorrichtung 10 umfasst zwei elektrisch leitfähige Komponenten 5, 6, hier in Form eine Anschlags 5 und eines Gegenwerkezugs 6, die jeweils einen Kontaktbereich 7, 8 aufweisen.
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Die Kontaktbereiche 7, 8 sind voneinander beabstandet und weisen einen Abstand 13 auf. Zwischen den Kontaktbereichen liegt eine isolierende, also nicht elektrisch leitende, Schicht vor, zum Beispiel ein Luftspalt.
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Zusätzlich kann eine isolierende Schicht 14 vorgesehen sein.
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Auf der einen Komponente 6 ist ein Fügepartner 2, hier ein Terminal, angeordnet.
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Im gezeigten Beispiel sind die elektrisch leitfähige Komponenten 5, 6 derart angeordnet und voneinander elektrisch isoliert, dass eine Messvorrichtung 9 keinen Stromfluss über die Kontaktbereiche 7, 8 anzeigt, wenn nicht zwei Fügepartner 1, 2 (siehe 2) vorhanden sind.
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Das Messgerät 9 detektiert eine erste Leitfähigkeit, die hier praktisch null ist.
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2 zeigt eine schematische Darstellung der Positionierungsvorrichtung 10, wobei ein weiterer Fügepartner 1, hier eine Litze, vorliegt.
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Die leifähigen Enden 15 der Litze 1 liegen auf dem Terminal 2 auf.
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Wenn die leifähigen Enden 15 an der einen Komponente 5, hier einem Anschlag, anschlagen, liegt eine bestimmungsgemäße Anwesenheit beider Fügepartner 1, 2 vor. Die Litze 1 steht dann in elektrisch leitfähigem Kontakt mit dem Kontaktbereich 7 der Komponente 5 und über den Terminal 4 mit der anderen Komponente 6.
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Die Messvorrichtung 9 kann somit feststellen, dass ein Stromfluss über den Komponenten 5, 6 möglich ist, und somit eine andere Leitfähigkeit zwischen den Kontaktbereichen 7, 8 vorliegt, als ohne die Anwesenheit der Fügepartner 1, 2. In diesem Fall entsteht durch das Hinzufügen und korrekte Positionieren der Litze 1 eine niederohmige elektrisch leitende Verbindung.
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3 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 100 zum Ultraschallverbinden mit einer Sonotrode 15 und einer Positionierungsvorrichtung 10.
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Die eine Komponente 5, hier ein Anschlag, ist schwenkbar angeordnet, sodass die Komponente 5 vor dem eigentlichen Verbinden wegbewegen lässt.
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Die andere Komponente 6, hier ein Gegenwerkzeug, lässt sich ebenfalls bewegen, so dass der Abstand 14 passend für zwei (nicht dargestellte) zu verbindende Fügepartner 1, 2 einstellbar ist.
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Die Komponenten 5, 6 lassen sich insbesondere so ausrichten, dass eine Änderung der Leitfähigkeit nur dann auftritt, wenn die zu verbindenden Fügepartner 1, 2 bestimmungsgemäß angeordnet sind.
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4 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiten Beispiels für eine Vorrichtung 200 zum Ultraschallverbinden mit einer Sonotrode 15 und einer Positionierungsvorrichtung 10.
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Die Fügepartner 1, 2 liegen in einem Verdichtungsraum 16, der von einer ersten Komponente 5 in Form eines Schieberelements, einer zweiten Komponente 6 in Form eines Begrenzungselements und einer Sonotrode 15 begrenzt wird.
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Ein Amboss 11 ist im Wesentlichen parallel zur Schweißfläche der Sonotrode 15 verschiebbar angeordnet, so dass der Verdichtungsraum 16 geschlossen werden kann.
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Eine Messvorrichtung 9 kann feststellen, ob ein Stromfluss über dem Schieberelement 5 und dem Begrenzungselement 6 möglich ist. Wenn dem so ist, sind Fügepartner 1, 2 korrekt in den Verdichtungsraum 16 eingelegt.
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Bezugszeichenliste
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- (10)
- Positionierungsvorrichtung
- (1, 2)
- Fügepartnern
- (3) (4) (5, 6)
- leitfähige Komponenten
- (7, 8)
- Kontaktbereich
- (9)
- Messvorrichtung
- (11)
- Amboss
- (12) (13)
- Schicht
- (14)
- Abstand
- 15
- Sonotrode
- 16
- Verdichtungsraum
- (100; 200)
- Vorrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2017/080863 A1 [0002]
- DE 102009003117 A1 [0004]
- US 4031613 [0005]
- DE 4015692 A1 [0006]
