DE202021105804U1

DE202021105804U1 - Ultrasonic welding system for the welding processing of materials

Info

Publication number: DE202021105804U1
Application number: DE202021105804.8U
Authority: DE
Original assignee: Herrmann Ultraschalltechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Herrmann Ultraschalltechnik GmbH and Co KG
Priority date: 2021-07-02
Filing date: 2021-07-02
Publication date: 2021-11-23
Anticipated expiration: 2031-07-03

Abstract

Ultraschallschweißanlage (1) mit einer Ultraschallschwingeinheit, die eine Sonotrode (2) und einen Konverter (3) aufweist, wobei die Sonotrode (2) und der Konverter (3) entlang einer Längsachse gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Amplitudentransformators hintereinander angeordnet sind und die Ultraschallschwingeinheit mit einer Ultraschallschwingung mit einer Wellenlänge λ in Richtung der Längsachse in Resonanz gebracht werden kann, und mit einem Gegenwerkzeug (11), wobei die Sonotrode (2) eine Siegelfläche (12; 13) aufweist und die Längsachse parallel zur Siegelfläche (12, 13) verläuft oder mit dieser einen Winkel kleiner als 90° einschließt, wobei das Gegenwerkzeug (11) eine Gegenwerkzeugsiegelfläche (16) aufweist, welche der Siegelfläche (12, 13) der Sonotrode (2) zugewandt ist, und die Sonotrode (2) und das Gegenwerkzeug (11) in einer Bearbeitungsrichtung senkrecht zur Längsachse relativ zueinander bewegbar sind, wodurch der Abstand zwischen der Siegelfläche (12, 13) der Sonotrode (2) und der Gegenwerkzeugsiegelfläche (16) verstellt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallschwingeinheit oder das Gegenwerkzeug von einer Drehhalterung gehalten wird, die um eine Drehachse, die senkrecht zur Längsachse verläuft, gedreht werden kann, wobei die Drehachse derart angeordnet ist, dass durch Drehen der Drehhalterung der Abstand zwischen der Siegelfläche (12, 13) der Sonotrode (2) und der Gegenwerkzeugsiegelfläche (16) verstellt werden kann.Ultrasonic welding system (1) with an ultrasonic oscillating unit, which has a sonotrode (2) and a converter (3), the sonotrode (2) and the converter (3) being arranged one behind the other along a longitudinal axis, optionally with the interposition of an amplitude transformer, and the ultrasonic oscillating unit having a Ultrasonic vibration with a wavelength λ can be brought into resonance in the direction of the longitudinal axis, and with a counter tool (11), the sonotrode (2) having a sealing surface (12; 13) and the longitudinal axis running parallel to the sealing surface (12, 13) or forms an angle of less than 90° therewith, the counter-tool (11) having a counter-tool sealing surface (16) which faces the sealing surface (12, 13) of the sonotrode (2), and the sonotrode (2) and the counter-tool (11 ) are movable relative to each other in a processing direction perpendicular to the longitudinal axis, whereby the distance between the sealing surface (12, 13) of the S onotrode (2) and the counter-tool sealing surface (16), characterized in that the ultrasonic oscillating unit or the counter-tool is held by a rotary mount which can be rotated about an axis of rotation which runs perpendicular to the longitudinal axis, the axis of rotation being arranged in such a way that the distance between the sealing surface (12, 13) of the sonotrode (2) and the counter-tool sealing surface (16) can be adjusted by rotating the rotary mount.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ultraschallschweißanlage mit einer Ultraschallschwingeinheit und einem Gegenwerkzeug. Die Ultraschallschwingeinheit weist eine Sonotrode und einen Konverter auf, wobei die Sonotrode und der Konverter entlang einer Längsachse gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Amplitudentransformators hintereinander angeordnet sind. Die Ultraschallschwingeinheit ist derart ausgelegt, dass sie mit einer Ultraschallschwingung in Richtung der Längsachse mit einer Wellenlänge A in Resonanz gebracht werden kann.The present invention relates to an ultrasonic welding system with an ultrasonic oscillating unit and a counter tool. The ultrasonic oscillating unit has a sonotrode and a converter, the sonotrode and the converter being arranged one behind the other along a longitudinal axis, optionally with the interposition of an amplitude transformer. The ultrasonic oscillating unit is designed in such a way that it can be brought into resonance with an ultrasonic oscillation in the direction of the longitudinal axis with a wavelength A.

Die Sonotrode weist eine Siegelfläche auf, die parallel zur Längsachse angeordnet ist oder mit dieser einen Winkel kleiner als 90° einschließt. Das Gegenwerkzeug weist eine Gegenwerkzeugsiegelfläche auf, die derart angeordnet ist, dass das zu bearbeitende Material zwischen der Siegelfläche der Sonotrode und der Gegenwerkzeugsiegelfläche für die schweißende Bearbeitung angeordnet werden kann. Dabei sind Sonotrode und/oder Gegenwerkzeug in einer Bearbeitungsrichtung senkrecht zur Längsachse bewegbar, wodurch der Abstand zwischen der Siegelfläche der Sonotrode und der Gegenwerkzeugsiegelfläche verstellt werden kann.The sonotrode has a sealing surface which is arranged parallel to the longitudinal axis or encloses an angle of less than 90 ° with it. The counter-tool has a counter-tool sealing surface which is arranged such that the material to be processed can be arranged between the sealing surface of the sonotrode and the counter-tool sealing surface for the welding process. The sonotrode and / or counter tool can be moved in a machining direction perpendicular to the longitudinal axis, whereby the distance between the sealing surface of the sonotrode and the counter tool sealing surface can be adjusted.

Eine solche Ultraschallschweißanlage ist bekannt aus der WO 2020/126845 .Such an ultrasonic welding system is known from WO 2020/126845 .

Die Siegelfläche der Sonotrode und die Gegenwerkzeugsiegelfläche müssen relativ zueinander bewegbar sein. Zum einen ist es notwendig, die beiden Siegelflächen voneinander weg zu bewegen, um das zu bearbeitende Material zwischen den beiden Siegelflächen zu positionieren. Zum anderen ist es während der schweißenden Bearbeitung, d. h. dann, wenn die Sonotrode in eine Ultraschallschwingung versetzt ist und mit ihrer Siegelfläche mit dem zu bearbeitenden Material in Kontakt tritt, notwendig, eine Schweißkraft auf das Material auszuüben, so dass hierzu die beiden Siegelflächen aufeinander zu bewegt werden.The sealing surface of the sonotrode and the counter tool sealing surface must be movable relative to one another. On the one hand, it is necessary to move the two sealing surfaces away from one another in order to position the material to be processed between the two sealing surfaces. On the other hand, it is during the welding process, i. H. when the sonotrode is set into ultrasonic oscillation and its sealing surface comes into contact with the material to be processed, it is necessary to exert a welding force on the material so that for this purpose the two sealing surfaces are moved towards one another.

Zu diesem Zweck ist im Stand der Technik eine Linearführung vorgesehen, die eine Linearbewegung der beiden Siegelflächen aufeinander zu und voneinander weg ermöglicht. Die Ultraschallschwingeinheit wird an einer Halterung gehalten, welche wiederum mit Hilfe eines Pneumatikzylinders entlang der Linearführung bewegt werden kann.For this purpose, a linear guide is provided in the prior art, which enables a linear movement of the two sealing surfaces towards and away from one another. The ultrasonic oscillating unit is held on a holder, which in turn can be moved along the linear guide with the aid of a pneumatic cylinder.

Um ein optimales Schweißergebnis zu erzielen, wird es zunehmend wichtig, die Schweißkraft, d. h. die Kraft mit der die Siegelfläche der Sonotroden auf das zu bearbeitende Material drückt, sehr genau einzustellen. Zudem sind zeitweise sehr niedrige Schweißkräfte ausreichend und notwendig. Dies ist mit Hilfe der genannten mit einem Pneumatikzylinder betriebenen Linearführung jedoch nur sehr schwierig zu verwirklichen. Zum einen wirkt sich die Reibung in der Führung und im Pneumatikzylinder negativ aus. Außerdem besteht eine Hysterese innerhalb des Pneumatikzylinders, die eine gute Reproduzierbarkeit der Schweißkraft erschwert. Zudem sind die Pneumatikzylinder bei kleinen Schweißkraftveränderungen relativ langsam, was sich auf die Zykluszeit negativ auswirkt.In order to achieve an optimal welding result, it is becoming increasingly important to control the welding force, i. H. the force with which the sealing surface of the sonotrodes presses on the material to be processed can be set very precisely. In addition, very low welding forces are sometimes sufficient and necessary. However, this can only be achieved with great difficulty with the aid of the said linear guide operated with a pneumatic cylinder. On the one hand, the friction in the guide and in the pneumatic cylinder has a negative effect. In addition, there is a hysteresis within the pneumatic cylinder, which makes good reproducibility of the welding force difficult. In addition, the pneumatic cylinders are relatively slow for small changes in welding force, which has a negative effect on the cycle time.

Ausgehend von dem beschriebenen Stand der Technik ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Ultraschallschweißanlage anzugeben, welche die beschriebenen Nachteile zumindest verringert.Based on the prior art described, it is therefore the object of the present invention to specify an ultrasonic welding system which at least reduces the disadvantages described.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Ultraschallschwingeinheit oder das Gegenwerkzeug von einer Drehhalterung gehalten wird, die um eine Drehachse, die senkrecht zur Längsachse verläuft, gedreht werden kann, wobei die Drehachse derart angeordnet ist, dass durch Drehen der Drehhalterung der Abstand zwischen der Siegelfläche der Sonotrode und der Gegenwerkzeugsiegelfläche verstellt werden kann.According to the invention, this object is achieved in that the ultrasonic oscillating unit or the counter-tool is held by a rotary holder that can be rotated about an axis of rotation that runs perpendicular to the longitudinal axis, the axis of rotation being arranged in such a way that the distance between the Sealing surface of the sonotrode and the counter tool sealing surface can be adjusted.

Durch die Abkehr von der Linearführung zur Einstellung der Schweißkraft ist eine viel feinere Einstellbarkeit der Schweißkraft gegeben.By turning away from the linear guide for setting the welding force, the welding force can be adjusted much finer.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Ultraschallschwingeinheit oder das Gegenwerkzeug von einer Linearhalterung gehalten, die mit einer Linearführung verbunden ist, mit der die Linearhalterung in der Bearbeitungsrichtung zwischen zwei Positionen hin und her bewegt werden kann, wobei vorzugsweise ein erster pneumatischer Antrieb für die Bewegung der Linearhalterung zwischen den zwei Positionen vorgesehen ist. Somit weist die Ultraschallschweißanlage sowohl eine Drehhalterung als auch eine Linearhalterung auf.In a preferred embodiment, the ultrasonic oscillating unit or the counter-tool is held by a linear bracket that is connected to a linear guide with which the linear bracket can be moved back and forth in the machining direction between two positions, preferably a first pneumatic drive for moving the linear bracket is provided between the two positions. The ultrasonic welding system thus has both a rotary mount and a linear mount.

Mit Hilfe der Linearführung können Sonotrode und Gegenwerkzeug voneinander wegbewegt werden, sodass das zu bearbeitende Material zwischen der Siegelfläche der Sonotrode und der Gegenwerkzeugfläche positioniert werden kann. Dann können mit Hilfe der Linearführung Sonotrode und Gegenwerkzeug wieder aufeinander zubewegt werden. Die Einstellung der Schweißkraft erfolgt allerdings über die Drehung der Ultraschallschwingeinheit um die Drehachse. Durch diese Maßnahme kann der größte Teil der notwendigen Bewegung von der Linearhalterung bereitgestellt werden, während die Drehhalterung lediglich für die Bereitstellung und Variation der Schweißkraft verwendet wird.With the aid of the linear guide, the sonotrode and counter tool can be moved away from each other so that the material to be processed can be positioned between the sealing surface of the sonotrode and the counter tool surface. The sonotrode and counter tool can then be moved towards one another again with the aid of the linear guide. The welding force is set by rotating the ultrasonic oscillating unit around the axis of rotation. As a result of this measure, most of the necessary movement can be provided by the linear mount, while the rotary mount is only used to provide and vary the welding force.

Es kann ein pneumatischer Antrieb für die Bewegung der Linearhalterung zwischen den zwei Positionen vorgesehen sein, wie dies auch aus dem Stand der Technik bekannt ist.There can be a pneumatic drive for moving the linear bracket between the two Positions may be provided, as is also known from the prior art.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird entweder die Sonotrode oder das Gegenwerkzeug von sowohl der Drehhalterung als auch der Linearhalterung gehalten wird, wobei vorzugsweise die Sonotrode von sowohl der Drehhalterung als auch der Linearhalterung gehalten wird. Somit kann die Funktion der Linearhalterung und der Drehhalterung von einer einzigen Linear-Dreh-Halterung verwirklicht werden, die vorzugweise die Sonotrode relativ zum Gegenwerkzeug linear verschieben und um die Drehachse drehen kann.In a preferred embodiment, either the sonotrode or the counter-tool is held by both the rotary holder and the linear holder, the sonotrode preferably being held by both the rotary holder and the linear holder. The function of the linear holder and the rotary holder can thus be realized by a single linear rotary holder, which can preferably move the sonotrode linearly relative to the counter tool and rotate it about the axis of rotation.

Für die Bewegung der Drehhalterung um die Drehachse kann ein zweiter pneumatischer Antrieb vorgesehen sein. Dieser zweite pneumatische Antrieb kann an einem Punkt der Drehhalterung angreifen, der von der Drehachse beanstandet ist. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform greift der Pneumatikzylinder an einem Punkt an der Drehhalterung an, der weiter von der Drehachse entfernt ist als die Sonotrodensiegelfläche von der Drehachse entfernt ist. Dadurch kann eine sehr feine Einstellung der Schweißkraft erfolgen.A second pneumatic drive can be provided for moving the rotary mount around the axis of rotation. This second pneumatic drive can act at a point on the rotary mount that is spaced from the axis of rotation. In a particularly preferred embodiment, the pneumatic cylinder acts on the rotary holder at a point that is further away from the axis of rotation than the sonotrode sealing surface is away from the axis of rotation. This allows the welding force to be adjusted very finely.

Für die Bewegung der Drehhalterung kann auch eine Feder vorgesehen sein, deren Federkraft vorzugweise einstellbar ist. Als Feder kann beispielsweise eine Spiralfeder oder eine Gasfeder verwendet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Feder derart vorgespannt, dass die Drehhalterung in der vorgesehenen Arbeitsposition, in welcher ein Material zwischen Sonotrode und Gegenwerkzeug bearbeitet werden soll, Sonotrode und Gegenwerkzeug aufeinander drückt. Mit der Feder wird somit eine vorzugweise einstellbare Schweißkraft auf das Material aufgebracht.A spring, the spring force of which is preferably adjustable, can also be provided for moving the rotary mount. A spiral spring or a gas spring, for example, can be used as the spring. In a preferred embodiment, the spring is pretensioned in such a way that the rotary holder presses the sonotrode and the counter tool on one another in the intended working position in which a material between the sonotrode and the counter tool is to be processed. A preferably adjustable welding force is thus applied to the material with the spring.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Gegenwerkzeug ein Aufnahmeelement auf, welches die Gegenwerkzeugsiegelfläche umfasst, wobei das Aufnahmeelement in mindestens zwei Aufnahmeelementpositionen an dem Gegenwerkzeug befestigt werden kann.In a further preferred embodiment, the counter-tool has a receiving element which comprises the counter-tool sealing surface, wherein the receiving element can be fastened to the counter-tool in at least two receiving element positions.

Je nachdem welche zusätzliche Kraft über die Drehachse ausgeübt wird bzw. um welchen Winkel die Ultraschallschwingeinheit um die Drehachse gedreht wird, verschiebt sich der Punkt, bei welchem die Siegelfläche der Sonotrode die Gegenwerkzeugsiegelfläche berührt. Daher kann in der bevorzugten Ausführungsform die Gegenwerkzeugsiegelfläche in mindestens zwei Positionen mit dem Gegenwerkzeug befestigt werden.The point at which the sealing surface of the sonotrode touches the counter-tool sealing surface is shifted depending on which additional force is exerted via the axis of rotation or the angle by which the ultrasonic oscillating unit is rotated around the axis of rotation. Therefore, in the preferred embodiment, the counter-tool sealing surface can be attached to the counter-tool in at least two positions.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Drehhalterung ein Drehlager oder ein Festkörpergelenk auf, welches die Drehbarkeit der Ultraschallschwingeinheit um die Drehachse ermöglicht.In a preferred embodiment, the rotary mount has a rotary bearing or a solid-state joint, which enables the ultrasonic oscillating unit to rotate about the axis of rotation.

Des Weiteren wird ein Verfahren zur schweißenden Bearbeitung von Materialien, wie z.B. metallischen Litzen, beschrieben. Ein Verfahren, das die oben genannten Nachteile überwindet, wird dadurch verwirklicht, dass eine Ultraschallschweißanlage wie gerade beschrieben verwendet wird. Dabei wird das zu bearbeitende Material zwischen der Siegelfläche der Sonotrode einerseits und der Gegenwerkzeugsiegelfläche andererseits angeordnet. Durch die Bewegung der Siegelfläche der Sonotrode in Richtung der Gegenwerkzeugsiegelfläche mittels der Drehalterung kann dann eine Schweißkraft auf das zu bearbeitende Material ausgeübt werden. Wird gleichzeitig die Ultraschallschwingeinheit in Schwingung versetzt, kann eine Ultraschallschwingung in das Material eingebracht und dadurch eine Verschweißung bewirkt werden.Furthermore, a method for the welding processing of materials such as metallic strands is described. A method which overcomes the above-mentioned disadvantages is achieved by using an ultrasonic welding system as just described. The material to be processed is arranged between the sealing surface of the sonotrode on the one hand and the counter-tool sealing surface on the other hand. By moving the sealing surface of the sonotrode in the direction of the counter-tool sealing surface by means of the rotary holder, a welding force can then be exerted on the material to be processed. If the ultrasonic oscillating unit is set into oscillation at the same time, an ultrasonic oscillation can be introduced into the material, thereby causing welding.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird daher zuerst die Ultraschallschwingeinheit entlang der Linearführung derart bewegt, dass der Abstand zwischen der Siegelfläche der Sonotrode und der Gegenwerkzeugsiegelfläche verkleinert wird, und danach wird eine Drehung der Ultraschallschwingeinheit um die Drehachse vorgenommen, wodurch die für die Schweißbearbeitung notwendige Kraft auf das zu bearbeitende metallische Material aufgebracht wird.In a preferred embodiment, therefore, the ultrasonic oscillating unit is first moved along the linear guide in such a way that the distance between the sealing surface of the sonotrode and the counter-tool sealing surface is reduced, and then the ultrasonic oscillating unit is rotated about the axis of rotation, whereby the force required for the welding process is applied to the metallic material to be processed is applied.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform sowie der zugehörigen Figuren. Es zeigen:

1 eine seitliche Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Ultraschallschweißanlage in einer Arbeitsposition,
2 eine seitliche Draufsicht auf die Ultraschallschweißanlage von 1 in einer Grundposition,
3 eine teilgeschnittene Ansicht durch den Antrieb zur Aufbringung der Schweißkraft und
4 eine Explosionsansicht der Gegenwerkzeugverstellung.

Further advantages, features and possible applications of the present invention will become clear from the following description of a preferred embodiment and the associated figures. Show it:

1 a side plan view of an ultrasonic welding system according to the invention in a working position,
2 a side plan view of the ultrasonic welding system of 1 in a basic position,
3 a partially sectioned view through the drive for applying the welding force and
4th an exploded view of the counter tool adjustment.

In 1 ist eine Arbeitsposition einer erfindungsgemäßen Ausführungsform der Ultraschallschweißanlage gezeigt. Die Ultraschallschweißanlage 1 weist eine Ultraschallschwingeinheit auf, die im gezeigten Beispiel aus der Sonotrode 2, einem Konverter 3 sowie einem zwischen dem Konverter 3 und der Sonotrode 2 angeordneten Amplitudentransformator 4 besteht. Der Konverter 3 erhält über das Kabel 14 ein hochfrequentes elektrisches Signal, welches der Konverter in eine mechanische Longitudinalschwingung umwandelt, deren Amplitude durch den Amplitudentransformator 4 verändert auf die Sonotrode 2 übertragen wird. Konverter 3, Amplitudentransformator 4 und Sonotrode 2 sind derart aufeinander abgestimmt, dass bei einer bestimmten Wellenlänge die Ultraschallschwingeinheit in eine resonante Schwingung versetzt werden kann.In 1 a working position of an embodiment of the ultrasonic welding system according to the invention is shown. The ultrasonic welding system 1 has an ultrasonic oscillating unit, which in the example shown consists of the sonotrode 2 , a converter 3 as well as one between the converter 3 and the sonotrode 2 arranged amplitude transformer 4th consists. The converter 3 receives over the cable 14th a high-frequency electrical signal that the converter converts into a mechanical Longitudinal vibration converts its amplitude through the amplitude transformer 4th changed on the sonotrode 2 is transmitted. converter 3 , Amplitude transformer 4th and sonotrode 2 are matched to one another in such a way that the ultrasonic oscillating unit can be set into resonant oscillation at a certain wavelength.

Die Ultraschallschwingeinheit wird von einem als Mantelelement ausgebildeten Halteelement 5, welches im gezeigten Beispiel den Amplitudentransformator mantelförmig umschließt, gehalten. Dabei ist das Halteelement 5 derart mit dem Amplitudentransformator 4 verbunden, dass die Schwingung der Ultraschallschwingeinheit möglichst wenig beeinflusst wird. Ist kein Amplitudentransformator vorgesehen, kann das Halteelement z. B. den Konverter 3 halten. Das Halteelement 5 greift an einem Schwingungsknoten der sich entlang der Längsachse ausbildenden, stehenden Welle an. Die Längsachse A verläuft in 1 waagerecht, sodass die Sonotrode 2, der Amplitudentransformator 4 und der Konverter 3 entlang der Längsachse hintereinander angeordnet sind.The ultrasonic oscillating unit is held by a holding element designed as a jacket element 5 , which in the example shown encloses the amplitude transformer in the form of a jacket, held. Here is the holding element 5 such with the amplitude transformer 4th connected that the oscillation of the ultrasonic oscillating unit is influenced as little as possible. If no amplitude transformer is provided, the holding element can, for. B. the converter 3 keep. The holding element 5 acts on a vibration node of the standing wave forming along the longitudinal axis. The longitudinal axis A runs in 1 horizontally so that the sonotrode 2 , the amplitude transformer 4th and the converter 3 are arranged one behind the other along the longitudinal axis.

Die Sonotrode 2 hat an ihrem dem Amplitudentransformator 4 abgewandten Ende mehrere Siegelflächen 12, 13, wobei eine Siegelfläche 12 dem Gegenwerkzeug 11 zugewandt ist, während eine weitere Siegelfläche 13 vom Gegenwerkzeug 11 abgewandt ist. Wird die Ultraschallschwingeinheit in der dargestellten Position verwendet, so wird lediglich die Siegelfläche 12 der Sonotrode 2 verwendet. Kommt es im Laufe der Bearbeitung zu einer Abnutzung der Siegelfläche 12, kann die Sonotrode 2 um ihre Längsachse z. B. um 180° gedreht werden, wenn das Halteelement 5 vorübergehend gelöst wird, sodass dann die weitere Siegelfläche 13 der Sonotrode gegenüber dem Gegenwerkzeug 11 zu liegen kommt. In den Figuren sind nur zwei Siegelflächen 12, 13 zu erkennen. Die Sonotrode 2 kann aber auch mehr als zwei Siegelflächen haben. Hat die Sonotrode zum Beispiel vier Siegelflächen, können diese nacheinander verwendet werden, wenn die Sonotrode 2 jeweils um 90° um ihre Längsachse gedreht wird.The sonotrode 2 has on her the amplitude transformer 4th remote end several sealing surfaces 12th , 13th , being a sealing surface 12th the counter tool 11th is facing while another sealing surface 13th from the counter tool 11th is turned away. If the ultrasonic oscillating unit is used in the position shown, only the sealing surface is used 12th the sonotrode 2 used. Does the sealing surface wear out in the course of processing? 12th , the sonotrode can 2 about its longitudinal axis z. B. rotated 180 ° when the holding element 5 is temporarily released, so that then the further sealing surface 13th the sonotrode opposite the counter tool 11th comes to rest. There are only two sealing surfaces in the figures 12th , 13th to recognize. The sonotrode 2 but can also have more than two sealing surfaces. For example, if the sonotrode has four sealing surfaces, these can be used one after the other if the sonotrode 2 is rotated by 90 ° around its longitudinal axis.

Die gezeigte Ausführungsform ist für das Bearbeiten von Metallen vorgesehen. Die Siegelflächen 12, 13 sind parallel zur Längsachse orientiert. Insbesondere dann, wenn keine metallischen Materialien bearbeitet werden, kann die Siegelfläche auch orthogonal zur Längsachse angeordnet werden, so dass die dem Konverter abgewandte Stirnfläche der Sonotrode als Siegelfläche fungiert. In diesem Fall sollte dann auch die Gegenwerkzeugsiegelfläche orthogonal zur Längsachse der Ultraschallschwingeinheit angeordnet sein.The embodiment shown is intended for machining metals. The sealing surfaces 12th , 13th are oriented parallel to the longitudinal axis. In particular when no metallic materials are being processed, the sealing surface can also be arranged orthogonally to the longitudinal axis, so that the end surface of the sonotrode facing away from the converter functions as a sealing surface. In this case, the counter-tool sealing surface should then also be arranged orthogonally to the longitudinal axis of the ultrasonic oscillating unit.

Das Halteelement 5 ist an einem Hebelelement 6 befestigt, welches über ein Drehlager 7 mit einem Schlittenelement 17 verbunden ist. Das Schlittenelement 17 ist über eine Linearführung 15 in vertikaler Richtung, d. h. senkrecht zur Längsachse zwischen zwei Positionen hin und her bewegbar. Um dies zu bewerkstelligen ist der Pneumatikzylinder 9 vorgesehen. Wird der Pneumatikzylinder 9 betätigt, wird das Schlittenelement 17 nach oben bewegt. Eine solche Position ist in 2 dargestellt. Das Hebelelement 6 erweist ein von der Drehachse 7 entferntes Drehlager 8 auf, welches über den zweiten Pneumatikzylinder 10 in vertikaler Richtung nach unten gezogen werden kann, sodass sich das Hebelelement 6 einschließlich der daran befestigten Ultraschallschwingeinheit um die Drehachse 7 im Uhrzeigersinn dreht.The holding element 5 is on a lever element 6th attached, which via a pivot bearing 7th with a slide element 17th connected is. The slide element 17th is via a linear guide 15th can be moved back and forth between two positions in the vertical direction, ie perpendicular to the longitudinal axis. To accomplish this is the pneumatic cylinder 9 intended. Will the pneumatic cylinder 9 actuated, the slide element is operated 17th moved up. Such a position is in 2 shown. The lever element 6th proves one from the axis of rotation 7th removed pivot bearing 8th on, which is via the second pneumatic cylinder 10 can be pulled down in the vertical direction so that the lever element 6th including the attached ultrasonic oscillating unit around the axis of rotation 7th rotates clockwise.

In 2 ist eine Grundposition gezeigt, in welcher sowohl der Pneumatikzylinder 9 das Schlittenelement 17 in seine obere Position bewegt hat als auch der zweite Pneumatikzylinder 10 das Drehlager 8 in seine untere Position bewegt hat, wodurch es zu einer Verkippung des Ultraschallsystems um die Drehachse 7 gekommen ist.In 2 a basic position is shown in which both the pneumatic cylinder 9 the slide element 17th has moved to its upper position as well as the second pneumatic cylinder 10 the pivot bearing 8th has moved to its lower position, causing the ultrasound system to tilt about the axis of rotation 7th has come.

In der in 2 gezeigten Position kann das zu bearbeitende Material, welches vorzugsweise ein metallisches Material ist, zwischen der Siegelfläche 12 der Sonotrode und der Gegenwerkzeugsiegelfläche 16 positioniert werden.In the in 2 The position shown can be the material to be processed, which is preferably a metallic material, between the sealing surface 12th the sonotrode and the counter tool sealing surface 16 be positioned.

Wird nun die Bearbeitung gestartet, so wird zunächst mit Hilfe des ersten Pneumatikzylinders 9 das Schlittenelement 17 über die Linearführung 15 nach unten bewegt, wodurch sich der Abstand zwischen der Siegelfläche 12 der Sonotrode 2 und der Gegenwerkzeugsiegelfläche 16 verringert. Während dieser Zeit kann die Ultraschallschwingeinheit bereits mit einer Ultraschallschwingung angeregt sein. Dies kann jedoch auch zu einem späteren Zeitpunkt unmittelbar vor der schweißenden Bearbeitung erfolgen.If processing is now started, the first pneumatic cylinder is used 9 the slide element 17th via the linear guide 15th moves downwards, increasing the distance between the sealing surface 12th the sonotrode 2 and the counter tool sealing surface 16 decreased. During this time, the ultrasonic oscillating unit can already be excited with an ultrasonic oscillation. However, this can also be done at a later point in time immediately before the welding process.

Für die schweißende Bearbeitung wird nun lediglich der zweite Pneumatikzylinder 10 benötigt, welcher das Drehlager 8 und damit das Hebelelement 6 im Gegenuhrzeigersinn um die Drehachse 7 dreht und damit eine Schweißkraft über die Siegelfläche 12 der Sonotrode 2 auf das zu bearbeitende Material ausübt.Only the second pneumatic cylinder is now required for the welding process 10 needed, which is the pivot bearing 8th and thus the lever element 6th counterclockwise around the axis of rotation 7th rotates and thus a welding force over the sealing surface 12th the sonotrode 2 exerts on the material to be processed.

Zur Verdeutlichung ist in 3 eine teilgeschnittene Detailansicht des Drehlagers 8 im Hebelelement 6 dargestellt. Der zweite Pneumatikzylinder 10 ist mit dem Schlitten 17 verbunden. Durch die Bewegung des Kolbens, welcher mit dem Drehlager 8 verbunden ist, kann das Drehlager 8 in Richtung des Schlittens 17 bewegt werden oder von diesem wegbewegt werden. Da das Drehlager drehbar mit dem Hebelelement 6 verbunden ist, kann dadurch das Hebelelement 6 um einige Grad im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn um die Achse 7 gedreht werden, wodurch auch die Siegelfläche 12 der Sonotrode 2 um die Drehachse 7 gedreht wird.For clarification, in 3 a partially sectioned detailed view of the pivot bearing 8th in the lever element 6th shown. The second pneumatic cylinder 10 is with the sledge 17th connected. Through the movement of the piston, which is connected to the pivot bearing 8th is connected, the pivot bearing 8th in the direction of the slide 17th moved or moved away from it. Since the pivot bearing is rotatable with the lever element 6th is connected, thereby the lever element 6th clockwise or counterclockwise around the axis by a few degrees 7th turned thereby also the sealing surface 12th the sonotrode 2 around the axis of rotation 7th is rotated.

In 4 ist eine Explosionsansicht des Gegenwerkzeuges 11 dargestellt. Das Gegenwerkzeug 11 besteht aus einem unteren Gegenwerkzeugträger 26, einem oberen Gegenwerkzeugträger 18 und einem daran befestigbaren Aufnahmeelement 19, welches das Siegelflächenglied 25 mit der Gegenwerkzeugsiegelfläche 16 umfasst. Der obere Gegenwerkzeugträger 18 kann in der Höhe relativ zum unteren Gegenwerkzeugträger 26 verstellt werden, um den Abstand zwischen Gegenwerkzeug 11 und Sonotrode 2 grob einzustellen. Der obere Gegenwerkzeugträger 18 weist eingeformte Nuten 21 sowie vorstehende Nutensteine 22 auf. Das Aufnahmeelement 19 kann somit derart auf den Gegenwerkzeugträger 18 aufgesetzt werden, sodass die Nutensteine 22 des oberen Gegenwerkzeugträgers 18 in den entsprechenden Nuten des Aufnahmeelements 19 zu liegen kommen. In dieser Position kann das Aufnahmeelement 19 relativ zum oberen Gegenwerkzeugträger18 entlang der Ausrichtung der Nuten verschoben werden. Diese Verschiebung erfolgt mit Hilfe der Gewindestange 20, welche in der Nut 23 zu liegen kommt und sich dort am Nutgrund abstützt. Durch Drehen der Gewindestange 20 kann das Aufnahmeelement 19 in Richtung der Nuten 21 relativ zu dem oberen Gegenwerkzeugträger 18 verschoben werden. Das Aufnahmeelement 19 kann mit Hilfe von Befestigungsschrauben 24 am oberen Gegenwerkzeugträger befestigt werden.In 4th Figure 3 is an exploded view of the mating tool 11th shown. The counter tool 11th consists of a lower counter tool carrier 26th , an upper counter tool carrier 18th and a receiving element attachable thereto 19th , which is the sealing surface member 25th with the counter tool sealing surface 16 includes. The upper counter tool carrier 18th can be in height relative to the lower counter-tool carrier 26th adjusted to the distance between counter tool 11th and sonotrode 2 roughly adjust. The upper counter tool carrier 18th has molded grooves 21 as well as protruding slot nuts 22nd on. The receiving element 19th can thus be used on the counter tool carrier 18th be placed so that the sliding blocks 22nd of the upper counter tool carrier 18th in the corresponding grooves of the receiving element 19th come to rest. In this position, the receiving element 19th be moved relative to the upper counter tool carrier 18 along the alignment of the grooves. This shift takes place with the help of the threaded rod 20th which in the groove 23 comes to rest and is supported there on the groove base. By turning the threaded rod 20th can the receiving element 19th in the direction of the grooves 21 relative to the upper counter tool carrier 18th be moved. The receiving element 19th can with the help of mounting screws 24 be attached to the upper counter tool carrier.

Das Aufnahmeelement 19 umfasst ein Siegelflächenglied 25, welches die Gegenwerkzeugsiegelfläche 16 aufweist. Daher kann durch Drehen der Gewindestange 20 die Gegenwerkzeugsiegelfläche 16 bewegt werden.The receiving element 19th comprises a sealing face member 25th which is the counter tool sealing surface 16 having. Therefore, by turning the threaded rod 20th the counter tool sealing surface 16 be moved.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: UltraschallschweißanlageUltrasonic welding system
22: SonotrodeSonotrode
33: Konverterconverter
44th: AmplitudentransformatorAmplitude transformer
55: HalteelementRetaining element
66th: HebelelementLever element
7,87.8: DrehlagerPivot bearing
99: erster Pneumatikzylinderfirst pneumatic cylinder
1010: zweiter Pneumatikzylindersecond pneumatic cylinder
1111th: GegenwerkzeugCounter tool
12, 1312, 13: SiegelflächeSealing surface
1414th: Kabelcable
1515th: LinearführungLinear guide
1616: GegenwerkzeugsiegelflächeCounter tool sealing surface
1717th: SchlittenelementSlide element
1818th: Oberer GegenwerkzeugträgerUpper counter tool carrier
1919th: AufnahmeelementReceiving element
2020th: GewindestangeThreaded rod
2121: eingeformte Nutenmolded grooves
2222nd: vorstehende Nutensteineprotruding slot nuts
2323: NutGroove
2424: BefestigungsschraubenFastening screws
2525th: SiegelflächengliedSealing surface member
2626th: unterer Gegenwerkzeugträgerlower counter tool carrier

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

WO 2020/126845 [0003]

Claims

Ultrasonic welding system (1) with an ultrasonic oscillating unit which has a sonotrode (2) and a converter (3), the sonotrode (2) and the converter (3) being arranged one behind the other along a longitudinal axis, optionally with the interposition of an amplitude transformer, and the ultrasonic oscillating unit with a Ultrasonic vibration with a wavelength λ in the direction of the longitudinal axis can be brought into resonance, and with a counter-tool (11), the sonotrode (2) having a sealing surface (12; 13) and the longitudinal axis running parallel to the sealing surface (12, 13) or with this forms an angle of less than 90 °, the counter-tool (11) having a counter-tool sealing surface (16) which faces the sealing surface (12, 13) of the sonotrode (2), and the sonotrode (2) and the counter-tool (11) ) are movable relative to one another in a processing direction perpendicular to the longitudinal axis, whereby the distance between the sealing surface (12, 13) of the S. onotrode (2) and the counter-tool sealing surface (16) can be adjusted, characterized in that the ultrasonic oscillating unit or the counter-tool is held by a rotary mount which can be rotated about an axis of rotation that runs perpendicular to the longitudinal axis, the axis of rotation being arranged in this way that the distance between the sealing surface (12, 13) of the sonotrode (2) and the counter-tool sealing surface (16) can be adjusted by turning the rotating bracket.

Ultrasonic welding system (1) according to Claim 1 , characterized in that the ultrasonic oscillating unit or the counter-tool is held by a linear bracket which is connected to a linear guide with which the linear bracket can be moved back and forth in the machining direction between two positions, preferably a first pneumatic drive for moving the Linear bracket is provided between the two positions.

Ultrasonic welding system (1) according to Claim 2 , characterized in that either the sonotrode or the counter-tool is held by both the rotary holder and the linear holder, the sonotrode preferably being held by both the rotary holder and the linear holder.

Ultrasonic welding system (1) according to one of the Claims 1 until 3 , characterized in that a second pneumatic drive is provided for rotating the ultrasonic oscillating unit about the axis of rotation, the second pneumatic drive preferably engaging at a point on the first holder that is spaced from the axis of rotation.

Ultrasonic welding system (1) according to one of the Claims 1 until 4th , characterized in that the counter-tool (11) has a receiving element (19) which comprises the counter-tool sealing surface (16), wherein the receiving element (19) can be attached to the counter-tool (11) in at least two receiving element positions.

Ultrasonic welding system (1) according to one of the Claims 1 until 5 , characterized in that the rotary mount has a rotary bearing or a solid-state joint which enables the ultrasonic oscillating unit to rotate about the axis of rotation.