DE1903324A1 - Sonotrode und/oder Sonotrodeneinsatz fuer ein Ultraschallschweissgeraet und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Sonotrode und/oder Sonotrodeneinsatz fuer ein Ultraschallschweissgeraet und Verfahren zu deren Herstellung

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DE1903324A1 DE19691903324 DE1903324A DE1903324A1 DE 1903324 A1 DE1903324 A1 DE 1903324A1 DE 19691903324 DE19691903324 DE 19691903324 DE 1903324 A DE1903324 A DE 1903324A DE 1903324 A1 DE1903324 A1 DE 1903324A1
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Description

Sonotrode und/oder Sonotrodeneinsatz für ein Ultraschallschv/eißgerät^nd^Verfahren^zu deren Herstellung. __ _ "_
Die Erfindung bezieht sich auf eine Sonotrode und/oder einen Sonoirodeneinsatz für Ultraschallschweißgeräte, sowie auf ein Verfahren zur Herstellung solcher.
Bei Ultraschallschweißgeräten ist es bekannt, die Sonotrode aus einem leichten metallischen Werkstoff, z.B. aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung herzustellen. Derartig leichte metallische Werkstoffe haben den Vorteil, daß aufgrund der geringeren Masse und der somit inneren, kleineren Beschleunigungskräfto, die vom Ultraschallgeber auf die Sonotrode indizierte Leistung mit einem relativ geringen Verlust auf deren Arbeitsfläche übertragen wird. Auch ist die Schallabsorption sehr gering, so daß der innere Energieverlust entsprechend klein ist. Derartige Sonotroden werden auch zum Schweißen von Kunststoffbauteilen, z.B. für Steckerleisten und (fei. angev.andt. Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei vornehmlich aus Aluminium oder Aluminiumlegierung gebildeten Sonotrodei- während des Betriebes von der Arbeitsfläche der Sonotroden feine Metallteilchen abgerieben werden, die sich auf und in das zu schweißende Material einarbeiten . Eei Steckerleisten, insbesondere für elektronische Schaltungen sind die Abstände der einzelnen Kontaktstifte, -federn oder -zungen oft recht klein und betragen z.B. weniger als 2 mm. Durch den Abrieb der feinen Metallteilchen
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von der Sonotrode entstehen daher beim Schweißen leitende Brücken zwischen den einzelnen Kontakten, sodaß diese Bauteile nicht mehr zu verwenden sind.
Ferner ist es bei Sonotroden bekannt, diese mit einem aus einem keramischen Material gebildeten Einsatz zu versehen. Derartige Einsätze werden mittels eines Klebers mit der Sonotrode verbunden. Der hierbei auftretende Nachteil be- W steht im wesentliehen darin, daß über die Kleberschicht nur ein Bruchteil der indizierten Schallenergie auf die Arbeitsfläche des Einsatzes übertragen v/ird. Die Kleberschicht erleidet eine starke Erwärmung und wird zersetzt, sodaß sich der Einsatz von der Sonotrode löst.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sonotrode und/oder einen Sonotrodeneinsatz für UltraschallschwBißgeräte sowie ein Verfahren zur Herstellung von hoch abriebfesten Sonotroden zu schaffen, welche neben einem hohen Wirkungsgrad beim Schweißen von Kunststoffteilen, insbesondere bei Steckerleisten, keine leitenden Brücken bilden.
Diese Atigabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Arbeitsfläche der Sonotrode oder des Sonotrodeneinsatzes mit einer aus einem elektrisch nichtleitenden, abriebfesten Material gebildeten Deckschicht überzogen ist. Durch diese erfinderische Ausbildung wird eine Sonotrode mit hohem Wirkungsgrad geschaffen und bewerkstelligt, daß sich beim Ultraschallschweißen von elektrischen Bauteilen, insbesondere von Steckerleisten''., keine leitenden Brücken zwischen den in das"
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Kunststoffteil einzufassenden Kontakten bilden*
Gemäß dem erfinderischen Verfahren wird auf die Arbeitsfläche der Sonotrode oder auf die Arbeitsfläche des Sonotrodeneinsatzes zunächst durch Plasmaspritzen eine Haftschicht und darauf folgend, ebenfalls durch Plasmaspritzen eine elektrisch nichtleitende, vorzugsweise aus einem Metalloxyd bestehende Deckschicht aufgetragen. Die so auf die Sonotrode aufgebrachte Deckschicht ist außerordentlich abriebfest und besitzt daher die Eigenschaft, keine elektrisch leitenden Brücken zu bilden. Ein besonderer Vorteil besteht auch darin, daß das auf die Sonotrode aufgesprühte Metalloxyd, wie z.B. AI2P3, Ti O2 und dgl. nicht elektrisch leitend ist, jedoch einen guten Schallübergang von der verhältnismäßig rauhen Arbeitsfläche der Sonotrode auf das Werkstück gewährleistet.
Die so geschaffene Sonotrode ist auch zum Ultraschallschweißen von dünnen Blechen gut geeignet. Die: Anwendung der erfindungsgenäß gebildeten Sonotrode erlaubt daher den Einsatz von leistungsschwächeren Ultraschallschweißgeräten für Werkstücke , welche bisher nur unter Verwendung einer vergleichsweise höheren an die Sonotrode abgegebenen Ultraschalleistung bearbeitet werden konnte.
In den Zeichnungen sind als Beispiel verschiedene Ausführungsformen einer nach der Erfindung geschaffenen Sonotrode bzw. eines Sonotrodeneinsatzes für ein Ultraschallschweißgerät schematisch dargestellt.
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Gemäß Figur 1 ist die vorzugsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehende Sonotrode 1, wie an sich bekannt, mit einen Ultraschallgeber 2 verbunden. Der z.B. magnetostriktiv arbeitende Ultraschallgeber überträgt die Schalleistung auf die in Richtung des Pfeiles P schwingende Sonotrode, welche an ihrer Arbeitsfläche 3 eine nicht elektrisch leitende, vorzugsweise aus einem Metalloxyd bestehende Deckschicht 12 trägt. Zum Schweißen einer Steckerleiste W wird die Sonotrode zwischen den Steckerstiften 4 der Steckerreihen 5 und 5' eingeführt, wobei sodann bei gleichzeitigem Andruck der Sonotrode gegen die aus Kunststoff bestehende Stccrerleiste 6 die Kontaktstifte 4 in/las Werkstück eingeschweißt werden.
Wie weiter-aus Figur 2 hervorgeht, ist es auch möglich, in die Sonotrode einen Einsatz 7 einzubringen, wobei dieser Einsatz an seiner Arbeitsfläche 8 mit einer Deckschicht 9 der vorgenannten Art überzogen ist. Eine derart gebildete Sonotrode koimt vorzugsweise zum Schweißen von kleinen Metallteilen, z.B. Blechen 10.10' zur Anwendung. Bedingt dadurch, daß der Ultraschallübergang von der durch Plasmaspritzen aufgebrachten, etwas rauhen Metalloxydoberflache 9 auf die Bleche 10,10' besser ist als bei einer Sonotrode, deren Arbeitsfläche aus Metall oder einem keramischen Material besteht, genügt eine geringere Ultraschalleistung zurf Durchführung des ordnungsgemäßen Schweißvorgangs.
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—5—
Bei der Herstellung der Sonotrode (Fig. 3) wird letztere zunächst im Bereich ihrer Arbeitsfläche 3 mit einer Haft~ schicht 11 versehen. Diese Haftschicht wird durch Plasmaspritzen aufgetragen und besteht vorzugsweise aus Nickelaluminid. Nach dem Auftragen dieser Schicht wird letztlich die aus einem Metalloxyd, z.B. Al2O, oder TiO2 oder dgl., bestehende Beckschicht aufgesprüht. Die so geschaffene Beschichtung der Sonotrode ist abriebfest und gewährleistet einen guten Ultraschallübergang.
Wie insbesondere aus Figur 4 hervorgeht, besteht die Möglichkeit, an den Fuß 13 der Sonotrode 1 eine Arbeitsplatte 14 forinschlüßig anzusetzen. Entsprechend wie in Figur 3 dargestellt, ist die Arbeitsplatte 14 mit einer Haftschicht und mit einer elektrisch nichtleitenden, abriebfesten Deckschicht 12 überzogen. Die Arbeitsplatte trägt einen Gewindestutzen 15, welcher in eine Gewindebohrung 16 des Fußes 13 eingeschraubt ist.
8 Patentansprüche
4 Figuren
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Claims (8)

-/O
1.1 Aus Metall gebildete Sonotrode für ein Ultraschallschweiß- ^-^ gerät, dadurch gekennzeichnet , daß die
Arbeitsfläche (3) der Sonotrode oder des Sonotrodeneinsatzes (7) mit einer aus einem elektrisch nichtleitenden, abrieb-P festen Material gebildeten Deckschicht (12) überzogen ist.
2. Aus Metall gebildete Sonotrode für ein Ultraschallschweißgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennze ichnet, daß die Arbeitsfläche (3) der Sonotrode (1) aus einem Metallpxyd besteht.
3. Aus Metall gebildete Sonotrode nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß die aus einem Metalloxyd bestehende Deckschicht (12) auf einer die Arbeitsfläche (3) der Sonotrode (1) überziehende Haftschicht (11) aufgetragen ist.
4. Aus Metall gebildete Sonotrode nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Deckschicht (12) aus Aluminiumoxyd oder Titanoxyd besteht.
5. Aus Metall gebildete Sonotrode nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Haftschicht (11) aus Nickelaluminid besteht.
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6. Aus Metall gebildete Sonotrode nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet > daß die Sonotrode (1) aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung besteht, deren Arbeitsfläche (3) mit einem Metalloxyd überzogen ist.
7. Aus Metall gebildete Sonotrode nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gelcennzeichn et, daß sie einen Einsatz (7) trägt, dessen Arbeitsfläche (8) mit einer aus einen Ketalloxyd bestehenden Beckschicht (12) überzogen ist.
8. Verfahren zur Herstellung einer Sonotrode für ein Ultraschallschvreißgerät, dadurch gekennzeichnet , daß auf die Arbeitsfläche (3) der Sonotrode (1) zunächst durch Plasmaspritzen eine Haftschicht (11) und darauf folgend durch Plasmaspritzen eine elektrisch nichtleitende, vorzugsvreise aus einem Metalloxyd bestehende Deckschicht aufgetragen wird.
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