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Technisches Gebiet
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Die hier beschriebene Erfindung betrifft einen Ambossträger mit Fangzahn für eine Ultraschall-Schweißeinrichtung und eine Ultraschall-Schweißeinrichtung mit einem solchen Ambossträger.
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Hintergrund
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Bekannte, als Schweißzange ausgeführte Ultraschall-Schweißeinrichtungen, weisen jeweils einen auf einem Ambossträger austauschbar angeordneten Amboss auf. Dieser Amboss ist üblicherweise mittels einer Schraubverbindung auf einer Stützfläche des Ambossträgers fixiert gehalten. Diese Ultraschall-Schweißeinrichtungen umfassen jeweils ein Resonanzsystem, umfassend einen Konverter und eine Sonotrode, wobei das das durch Zusammenwirken von Sonotrode und Amboss zu verschweißende und/oder durchzutrennende Objekt üblicherweise ein rohrförmiger Gegenstand ist, insbesondere Metallröhrchen, welches zwischen Sonotrode und Amboss angeordnet wird, bevor Amboss und Sonotrode aufeinander zu bewegt werden, um das Objekt zu verschweißen und/oder zu durchtrennen.
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Das Verfahren zum Verschweißen und/oder Durchtrennen von Rohren, z.B. in der Kühlgeräteindustrie, mittels Ultraschall-Schweißeinrichtungen erfolgt stets handgeführt, d.h. der Bediener hält die Ultraschall-Schweißeinrichtung, oftmals unterstützt durch die Aufhängung an einem Federzug, in den Händen und führt die Ultraschall-Schweißeinrichtung über den zu verschweißenden Rohrabschnitt. Sobald sich die Ultraschall-Schweißeinrichtung und das Rohr nach dem Ermessen des Bedieners in der richtigen Position für den Schweißprozess befinden, betätigt er die Auslösetasten, Amboss und Sonotrode fahren aufeinander zu und die Verschweißung und/oder die Durchtrennung des Rohrs findet statt.
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Dabei sollte der Bediener die Maschine so weit über das zu verschweißende Rohr schieben, dass dieses durch Zusammenwirken von Amboss und Sonotrode verschweißt und/oder durchtrennt werden kann.
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Der allgemeine Wunsch nach energieeffizienteren elektrischen Geräten, wie zum Beispiel Kühlschränke, hat dazu geführt, dass mehr Isoliermaterial in solche Geräte eingebaut wird, wodurch weniger Platz in solchen Geräten für das Ultraschall-Verschweißen verbleibt. Dies erfordert kleinere Ultraschall-Schweißeinrichtungen, insbesondere mit einer kompakteren Anordnung von Amboss und Ambossträger, und macht das verlässliche Anordnen des Rohrs zwischen Amboss und Sonotrode schwieriger.
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In der Praxis der Massenproduktion ergeben sich deshalb oftmals Schwierigkeiten, denn zumeist ist das zu verschweißende Rohr gebogen oder in einer schwierig zu erreichenden Lage, was das Resultat der Verschweißung und damit auch generell die Leckagerate im Wesentlichen vom Geschick des Bedienpersonals abhängig macht.
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Im Ergebnis ergibt sich bei den bisher verwendeten Ansätzen ein großer Positionierbereich des Rohrs relativ zum Amboss und der Sonotrode, indem das Rohr nur partiell von Amboss und Sonotrode umfasst wird und somit ein Leckagekanal im Rohr verbleibt, sodass Fluid an der Schweißstelle vorbei aus dem Rohr strömen kann. Das Bedienpersonal bemerkt dies in aller Regel nicht, da die Verschweißung in der Regel dennoch innerhalb der überwachten Toleranzgrenzen stattfindet. Das produzierte Gerät (Kühlgerät) wird dann erst später als fehlerhaft erkannt, aus der Produktionskette ausgeschleust und muss erneut mit Fluid (Kältemittel) gefüllt und verschweißt werden. Dies erfordert eine Nacharbeit, die zu Ineffizienzen in der Produktion führt.
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Kurzbeschreibung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft daher die Aufgabe, einen Ambossträger und eine Ultraschall-Schweißeinrichtung zu realisieren, die ein verlässliches Ultraschall-Schweißen erlauben.
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Diese Aufgabe wird gelöst jeweils durch einen Ambossträger gemäß des unabhängigen Anspruch 1, und durch eine Ultraschall-Schweißeinrichtung gemäß Anspruch 11. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den weiteren Ansprüchen und in dieser Beschreibung beschrieben.
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Der erfindungsgemäße Ambossträger ist ein Ambossträger für eine Ultraschall-Schweißeinrichtung und umfasst: einen an dem Ambossträger fixierten Fangzahn; dadurch gekennzeichnet, dass der Fangzahn eine mit einem Krümmungsradius gekrümmte Spitze aufweist, die derart entlang des Ambossträgers in Richtung der Hauptachse des Ambossträgers positioniert ist, dass bei Bewegen des Ambossträgers in Richtung einer Sonotrode der Ultraschall-Schweißeinrichtung das zu verschweißende Objekt durch den Fangzahn entweder vollständig außerhalb des Schweißbereichs positioniert wird oder vollständig in den Schweißbereich reingeschoben wird.
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Die erfindungsgemäße Ultraschall-Schweißeinrichtung umfasst: den erfindungsgemäßen Ambossträger; eine Sonotrode; und einen Amboss, wobei der Amboss auswechselbar auf dem Ambossträger aufgebracht ist.
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Dadurch, dass der Fangzahn eine mit einem Krümmungsradius gekrümmte Spitze aufweist, die derart entlang des Ambossträgers in Richtung der Hauptachse des Ambossträgers positioniert ist, dass bei Bewegen des Ambossträgers in Richtung einer Sonotrode der Ultraschall-Schweißeinrichtung das zu verschweißende Objekt durch den Fangzahn entweder vollständig außerhalb des Schweißbereichs positioniert wird oder vollständig in den Schweißbereich reingeschoben wird, werden die aus dem Stand der Technik sich ergebenden Nachteile überwunden, da das zu verschweißende Objekt entweder korrekt oder gar nicht verschweißt wird, was von der Überwachung der Schweißparameter zuverlässig erkannt werden kann. Das zu produzierende Gerät (Kühlgerät) kann sofort an der Produktionslinie korrekt verschweißt werden. So ist auch keine spätere Nacharbeit nötig und die Produktion wird effizienter. Selbst im unwahrscheinlichen Fall, dass das Rohr genau zwischen dem höchsten Punkt der Spitze des Fangzahns und der Sonotrode eingeklemmt werden sollte, bemerkt dies das Bedienpersonal sofort, da keine Verschweißung stattfindet. Das Bedienpersonal kann somit sofort eine erneute Verschweißung durchführen und das Gerät kann korrekt verschweißt werden und weiter im normalen Produktionsablauf weiterlaufen. Mit anderen Worten erlaubt ein solcher Fangzahn gemäß des erfindungsgemäßen Ambossträgers die Implementierung eines binären Systems, wonach das zu verschweißende Objekt entweder vollständig im Schweißbereich durch den Fangzahn befördert wird oder aber eben durch den Fangzahn vollständig außerhalb des Schweißbereichs positioniert wird. Dadurch kann sich ein teilweises Aufhalten des zu schweißenden Objekts innerhalb des Schweißbereichs und ein teilweises Aufhalten des zu schweißenden Objekts außerhalb des Schweißbereichs nicht ergeben, und somit auch kein unvollständiges Schweißen, und die sich dadurch ergebenden Nachteile, wie das Auftreten eines Leakagekanals, werden verhindert.
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Bei besonders bevorzugte Ausführungsformen dieser Erfindung weist der Fangzahn in Richtung der Hauptachse des Ambossträgers und auf einer Seite des Fangzahns, die dem Schweißbereich zugewandt ist, eine Aussparung auf, wobei bevorzugt die Größe (z.B. Tiefe) der Aussparung derart dimensioniert ist, dass das zu verschweißende Objekt während eines Ultraschall-Schweißvorgangs durch die Ultraschall-Schweißeinrichtung keinen Kontakt zum Fangzahn hat und/oder verdrängtes Schweißmaterial des zu verschweißen Objekts während des Ultraschall-Schweißvorgangs durch die Ultraschall-Schweißeinrichtung aufnehmen kann. Alternativ oder zusätzlich ist der Fangzahn bei besonders bevorzugten Ausführungsformen dieser Erfindung an dem Ambossträger mittels eines Befestigungsmittels, vorzugsweise mittels einer Schraube, und/oder mittels eines Formschlusses fixiert.
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Figurenliste
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- 1 zeigt eine erfindungsgemäße Ultraschall-Schweißeinrichtung umfassend einen Amboss und einen erfindungsgemäßen Ambossträger (Fangzahn nicht dargestellt), sowie eine Sonotrode. Die Figur gibt auch die Haupt-Schwingungsrichtung (S) der Sonotrode und die Hauptachse (H) des Ambossträgers an.
- 2 zeigt in einer Nahaufnahme Amboss, Sonotrode und erfindungsgemäßen Ambossträger, sowie ein zu verschweißendes Objekt. Die Figur gibt auch die Haupt-Schwingungsrichtung (S) der Sonotrode und die Hauptachse (H) des Ambossträgers an.
- 3 zeigt eine Seitenansicht einer Anordnung ähnlich der nach 2, in der das zu verschweißende Objekt sich dem Ambossträger bei geöffneter Schweißzange nähert und sich außerhalb des Schweißbereichs befindet.
- 4 zeigt eine Seitenansicht einer Anordnung nach 3, in der das zu verschweißende Objekt bei dem Schließen der Schweißzange durch den Fangzahn vollständig außerhalb des Schweißbereichs positioniert wird.
- 5 zeigt eine Seitenansicht einer Anordnung nach 3, in der das zu verschweißende Objekt bei dem Schließen der Schweißzange durch den Fangzahn vollständig innerhalb des Schweißbereichs positioniert wird.
- 6 zeigt eine Seitenansicht einer Anordnung nach 5, in der das zu verschweißende Objekt nach dem Schließen der Schweißzange vollständig innerhalb des Schweißbereichs positioniert wurde und verschweißt und/oder durchtrennt wird.
- 7 zeigt eine Seitenansicht einer Anordnung nach 6, in der das zu verschweißende Objekt nach dem Schließen der Schweißzange vollständig innerhalb des Schweißbereichs positioniert wurde und verschweißt und/oder durchtrennt wird. Ferner sind unterschiedlich große Aussparungen am Fangzahn gezeigt.
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Detaillierte Beschreibung
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, einen Ambossträger (10) für eine Ultraschall-Schweißeinrichtung (100) bereitzustellen. Erfindungsgemäß wird ferner vorgeschlagen, eine Ultraschall-Schweißeinrichtung (100) bereitzustellen.
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1 und 2 zeigen eine erfindungsgemäße Ultraschall-Schweißeinrichtung (100) umfassend einen Amboss (1) und einen erfindungsgemäßen Ambossträger (10) (Fangzahn in 1 nicht dargestellt), sowie eine Sonotrode (101). Dieser Amboss kann mittels einer Schraubverbindung auf einer Stützfläche des Ambossträgers fixiert gehalten sein (2).
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Die Figuren geben auch die Haupt-Schwingungsrichtung (S) der Sonotrode, die Hauptachse (H) des Ambossträgers (10) und die mit der Arbeitsfläche (2) des Amboss (1) zusammenwirkende Gegenfläche (102) der Sonotrode (101) an. Zwischen der Arbeitsfläche (2) des Amboss (1) und der Arbeitsfläche (102) der Sonotrode (101) befindet sich der Schweißbereich (30).
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Die Arbeitsfläche (2) des Amboss (1) kann während des Ultraschall-Schweißens durch die Ultraschall-Schweißeinrichtung (100) eine zur Sonotrode (101), insbesondere zur Gegenfläche (102), der Ultraschall-Schweißeinrichtung (100) ausgerichtete Oberfläche des Amboss (1) sein.
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Die Ultraschall-Schweißeinrichtung (100) hat üblicherweise einen Griff mit dem diese durch den Bediener zu dem Raum in dem Gerät (Kühlgerät) gesteuert werden kann, indem das zu verschweißende Objekt (40), zum Beispiel Metallröhrchen, mittels Ultraschall-Schweißen zu verschweißen und/oder zu durchtrennen ist.
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Das zu verschweißende Objekt (40) wird zwischen Arbeitsfläche (2) und Gegenfläche (102) gelegt und der Amboss (1) wird gegen die Sonotrode (101) geführt und an sie gedrückt während das Objekt mittels Longitudinalschwingung der Sonotrode (201) in Haupt-Schwingungsrichtung (S) der Sonotrode verschweißt wird. Durch ein solches Ultraschall-Schweißen können Röhrchen fluiddicht verschweißt werden.
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Die Hauptachse (H) des Ambossträgers (10) kann korrespondieren mit der Haupt-Schwingungsrichtung (S) der Sonotrode bzw. ist mit dieser identisch. Die Hauptachse (H) des Ambossträgers (10) kann mit der gezeigten x-Achse übereinstimmen. Die Hauptachse (H) erstreckt sich entlang der längsten Seite des Ambossträgers (10).
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Wie aus den 2 bis 7 ersichtlich, umfasst der erfindungsgemäße Ambossträger (10) einen an dem Ambossträger (10) fixierten Fangzahn (20), wobei der Fangzahn (20) eine mit einem Krümmungsradius (R, siehe 7) gekrümmte Spitze (21) aufweist, die derart entlang des Ambossträgers (10) in Richtung der Hauptachse (H) des Ambossträgers (10) positioniert ist, dass bei Bewegen (siehe 4 und 5) des Ambossträgers (10) in Richtung einer Sonotrode (101) der Ultraschall-Schweißeinrichtung (100) das zu verschweißende Objekt (40) durch den Fangzahn (20) entweder vollständig außerhalb des Schweißbereichs (30) positioniert wird (siehe 4) oder vollständig in den Schweißbereich (30) reingeschoben wird (siehe 5-7).
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Dadurch kann sich ein teilweises Aufhalten des zu schweißenden Objekts innerhalb des Schweißbereichs und ein teilweises Aufhalten des zu schweißenden Objekts außerhalb des Schweißbereichs nicht ergeben, und somit auch kein unvollständiges Schweißen, und die sich dadurch ergebenden Nachteile, wie das Auftreten eines Leakagekanals, werden verhindert. Das zu verschweißende Objekt wird durch den Fangzahn entweder korrekt oder gar nicht verschweißt. Da das Bedienpersonal unmittelbar erkennen kann, ob das zu verschweißende Objekt vollständig in den Schweißbereich eingeführt wurde oder nicht, ist eine spätere Nacharbeit nicht nötig und die Produktion wird effizienter.
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Die 3-6 zeigen dies anhand einer Abfolge von möglichen Ereignissen beim Versuch des Einbringens des zu schweißenden Objekts (40) in den Schweißbereich (30). Wie in 3 gezeigt, wird das zu schweißende Objekt (40) bei geöffneter Schweißzange, also wenn Ambossträger (10) und Sonotrode (101) noch nicht aufeinander zu bewegt wurden, in Richtung Schweißbereich (30) bewegt um es in diesen einzubringen.
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Wenn, wie in 4 gezeigt, das zu schweißende Objekt (40) nicht von außen bzw. vorne über den höchsten Punkt der Spitze (22) des Fangzahns (20) hinweg nach innen in Richtung des zu Schweißbereichs (30) gebracht wird, sondern maximal bis genau zum höchsten Punkt der gekrümmten Spitze (21), wird bei aufeinander zu bewegen von Ambossträger (10) und Sonotrode (101) das zu verschweißende Objekt (40) durch den Fangzahn (20), bzw. dessen gekrümmte Spitze (21), vollständig außerhalb des Schweißbereichs (30) positioniert bzw. geschoben.
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Der Schweißbereich (30) kann sich entlang des Ambossträgers in Richtung der Hauptachse des Ambossträgers ausschließlich in dem Bereich erstrecken der sowohl nach oben durch die Gegenfläche (102) als auch nach unten durch die Arbeitsfläche (2) (entlang der z-Richtung) begrenzt wird. Anderen Worten ist der Schweißbereich (30) ausschließlich in dem Bereich gegeben, indem das zu verschweißende Objekt (42) sowohl die Arbeitsfläche (2) als auch die Gegenfläche (102) berührt bzw. berühren kann. Bei Verwendung der Anschläge (11a, 11b), ist der Schweißbereich (30) zudem auf den Bereich zwischen Fangzahn (20) (z.B. Spitze 21) und Anschläge (11a, 11b) begrenzt. Mit anderen Worten wird der Schweißbereich (30) einerseits durch Arbeitsfläche (2) des Amboss (1) und Gegenfläche (102) der Sonotrode begrenzt sowie andererseits durch Fangzahn (20) (z.B. Spitze 21) und Anschläge (11a, 11b) begrenzt.
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Bei dem Bewegen des Ambossträgers (10) in Richtung der Sonotrode (101) der Ultraschall-Schweißeinrichtung wird das zu verschweißende Objekt (40) aufgrund des Fangzahns (20) dadurch vollständig außerhalb des Schweißbereichs (30) positioniert, weil das zu verschweißende Objekt (40) entweder zwischen dem höchsten Punkt der gekrümmten Spitze (21) des Fangzahns (20) und der Sonotrode (101) eingeklemmt wird oder durch den Fangzahn (20) vor den Fangzahn (20) geschoben wird (siehe 4).
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Wenn andererseits, wie in 5, gezeigt, dass zu verschweißende Objekt (40) über den höchsten Punkt der Spitze (21) des Fangzahns (20) hinweg nach innen in den Schweißbereich (30) gebracht wird, sorgt die gekrümmte Spitze (21) des Fangzahns (20) dafür, dass das zu verschweißende Objekt (40) vollständig in den Schweißbereich (30) zwischen der Arbeitsfläche (2) des Ambosses (1) und der Gegenfläche bzw. Arbeitsfläche (102) der Sonotrode (101) positioniert bzw. geschoben wird. Die Anschläge (11a, 11b) können hier dafür Sorge tragen, dass das zu verschweißende Objekt (zur 40) nicht auf der anderen Seite des Schweißbereichs, gegenüberliegend zu dem Fangzahn, den Schweißbereich (30) wieder verlässt.
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Das zu verschweißende Objekt (40) wurde genau dann vollständig durch den Fangzahn (20) in den Schweißbereich (30) reingeschoben (siehe 5-7), wenn das zu verschweißende Objekt (40) in Richtung der Hauptachse (H) des Ambossträgers (10) sich (in Richtung der Hauptachse H des Ambossträgers) nicht außerhalb der Arbeitsfläche (2) des Ambossträgers (10) und/oder der Arbeitsfläche (102) der Sonotrode (101) befindet.
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Befindet sich das zu verschweißende Objekt (40) vollständig im Schweißbereich (30), wie in 6 gezeigt, kann der Ultraschall-Schweißvorgangs beginnen und das zu verschweißende Objekt (40) geschweißt und/oder durchtrennt werden. Dabei kann das zu verschweißende Objekt (40) zwischen der gekrümmten Spitze (21) (bzw. dem Fangzahn allgemein) und den Anschlägen (11a, 11b) entlang der Hauptachse (H) des Ambossträgers (10) positioniert ein.
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Der Fangzahn (20) kann an dem Ambossträgers (10) mittels eines Befestigungsmittels (23), vorzugsweise mittels einer Schraube, und/oder mittels eines Formschlusses (24) fixiert sein. Die Fixierung des Fangzahns (20) an dem Ambossträger (10) (beispielsweise durch das Befestigungsmittel) bewirkt, dass der Fangzahn (20) vertikal und/oder horizontal während des Ultraschall-Schweißvorgangs der Ultraschall-Schweißeinrichtung (100) in Position gehalten wird. Die Fixierung des Fangzahns (20) an dem Ambossträger (10) (beispielsweise durch den Formschluss) bewirkt, dass während des Ultraschall-Schweißvorgangs der Ultraschall-Schweißeinrichtung (100) auf den Fangzahn (20) einwirkende Torsionskräfte aufgenommen oder zumindest teilweise entgegengewirkt werden.
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Der Ambossträgers (10) kann auf jeder der zwei Seiten seiner Hauptachse (H), bzw. eines durch ihn getragenen Ambosses (1), in lateraler (y-)Richtung einen Anschlag (11a, 11b) für das zu verschweißende Objekt (40) aufweisen, welcher jeweils 90 ° oder im Wesentlichen 90° zur Hauptachse (H) des Ambossträgers (10) ausgerichtet ist und parallel oder im Wesentlichen parallel zur vertikalen (z-Achse). Der Anschlag (11a, 11b) kann dabei als Gegenstück zu der dem Schweißbereich zugewandten Seite des Fangzahns (20) dienen. Entlang des Ambossträgers (10) in Richtung dessen Hauptachse (H) bzw. der gezeigten x-Achse begrenzen der Fangzahn (20) einerseits und die Anschläge (11a, 11b) andererseits den (Unter-)Bereich in dem sich das zu verschweißende Objekt (40) innerhalb des Schweißbereichs (30) aufhalten kann.
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Wie in 7 gezeigt, kann der Fangzahn (20) in Richtung der Hauptachse (H) des Ambossträgers (10) und auf einer Seite des Fangzahns (20), die dem Schweißbereich (30) zugewandt ist (im Wesentlichen in x-Richtung), eine Aussparung (22) aufweisen. In 7 sind zwei Aussparung (22) durch die durchgezogene Linienführung und durch die gestrichelte Linienführung gezeigt, wobei diese in ihrer Größe (Tiefe) variieren.
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Die Größe der gewählten Aussparung (22) kann derart dimensioniert sein, dass das zu verschweißende Objekt (40) während eines Ultraschall-Schweißvorgangs durch die Ultraschall-Schweißeinrichtung (100) keinen Kontakt zum Fangzahn (20) hat und/oder verdrängtes Schweißmaterial des zu verschweißen Objekts (40) während des Ultraschall-Schweißvorgangs durch die Ultraschall-Schweißeinrichtung (100) in der Aussparung aufgenommen wird. Dies erlaubt die Vermeidung von nötigen Belastungen und daraus resultierenden Brüchen im Fangzahn während des Ultraschall-Schweißvorgangs.
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In der Beschreibung und in den Figuren sind bevorzugte Ausführungsformen der durch die folgenden Ansprüche beanspruchten Erfindung beschrieben. Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen offenbarten (optionalen) Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Ausführung der hier gemäß der beiliegenden Ansprüche beanspruchten Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen Verwendung finden.
