DE2253528A1

DE2253528A1 - Verfahren, die schweissleistung beim ultraschall-schweissprozess zu erhoehen

Info

Publication number: DE2253528A1
Application number: DE19722253528
Authority: DE
Inventors: Dietrich Dipl Phys Leven; Reimar Prof Dr Phil Pohlman
Original assignee: POHLMAN REIMAR PROF DR PHIL 5100 AACHEN
Current assignee: POHLMAN REIMAR PROF DR PHIL 5100 AACHEN
Priority date: 1972-11-02
Filing date: 1972-11-02
Publication date: 1974-05-09

Description

Verfahren, die Schweißleistung beim Ultraschall-Schweißprozeß zu erhöhen.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren, die Leistungsfähigkeit des Ultraschallschweißprozesses zu erhöhen. Zweck der Erfindung ist es, die bei den bisherigen Schweißverfahren schwierige Energiezufuhr in die Schweißzone zu verbessern und dadurch das Verschweißen von dickeren Werkstücken zu ermöglichen und/oder die mit der Energiezufuhr verbundene Schädigung der Werkstücke herabzusetzen.
Vorrichtungen zum Verschweißen von Metallen und von Kunststoffen mit Ultraschallschweißgeräten sind in zahlreichen Veröffentlichungen beschrieben. Einen überblick über den Stand der Technik geben beispielsweise Welding Handbook" Sect. 3,Sth Edition, Chap. 49; DREWS, Paul: Beitrag zum Ultraschallpunktschweißen von Metallen. Diss. TH Aachen 1966. S. 6-11; RICHTER, Helmut: Diss. TH Darmstadt 1967. S. 7-18 und FRISCH, J.; CHANG, U.: Optimal Strength of Ultrasonically Bonded Metals in AIR and Vacuum. Final Report Nr. MD-70-2 September 1970, College of Engineering Univ. of California Berkely, S. 1-10. In diesen und allen anderen bekannten Literaturstellen zum Ultraschallschweißen wird das Ultraschallschweißen definiert als ein Schweißvorgang, bei dem die zu verschweißenden Werkstücke zwischen einem bewegten ultraschallerregten Teil, der meist Sonotrode oder Werkzeug genannt wird, und einem ruhenden Teil, der Amboß genannt wird, von einer statischen Kraft angedrückt werden und bei dem die mechanische Energie über eines der beiden Werkstücke in die Schweißzone einfließt. Die Schwingungsrichtung des Ultraschallerregers liegt beim Metallschweißen hauptsächlich tangential zur gewünschten Schweißebene. Bei diesem Verfahren wird also die gesamte an der Schweißstelle zur Verfügung stehende Energie durch den vom Ultraschallschwinger berührten Schweißpartner transportiert. Das führt zu einer Beschränkung der zulässigen Ausmaße dieses Werkstückes und einer erhöhten Verformung desselben bzw.
zu Problemen bei der Festklammerung, falls das ganze Werkstück mitbewegt werden soll. Es sind auch Verfahren zur Stumpfschweißung (Am. Pat. Nr. 2,985,954) bekannt, bei denen ein Schweißstück in einen Ultraschallschwinger eingespannt wird. Ebenso gibt es Verfahren, bei denen die Kraft mehrerer elektromechanischer Wandler auf ein gemeinsames Werkzeug aufgebracht wird (Am. Pat.
Nr. 3,209,448; Am. Pat. Nr. 3,166,840; Am. Pat. Nr. 3,039,33 und Am. Pat. Nr. 3,245,892). Verfahren oder Vorrichtungen, bei denen zwei mechanisch nicht gekoppelte Schwingersysteme einem oder beiden Werkstücken Energie zuführen, sind bisher jedoch noch nicht bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben beschriebene Beschränkung der verschweißbaren Dicke bzw. Höhe des Werkstückes zu mindern und/oder die Materialverformung im Werkstück zu senken und hierdurch die Leistungsfähigkeit des Ultraschallschweißprozesses zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem Schweißgut die Schwingungsenergie über zwei mechanisch nicht miteinander gekoppelte gleichphasig oder gegenphasig schwingende Erreger zugeführt wird.
Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird zwischen den von zwei Seiten in die Schweißzone eingeleiteten Schwingungen, deren Richtung hauptsächlich tangential zur zu verschweißenden Ebene liegt, eine Phasenverschiebung von ca. 1800 eingestellt.
Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung vollzieht sich der Schweißvorgang so, daß beim Stumpfschweißen einer der Schweißpartner zwischen den beiden gleichphasig schwingenden Erregern angeordnet ist und an den zweiten in Ruhe befindlichen Partner angedrückt wird.
Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Schwingungen tangential zur gewünschten Schweißfläche eingeleitet werden.
Die beiden Generatoren 10 und 12 erzeugen elektrische Schwingungen, zwischen deren Amplituden und Phasen durch das Koppelglied 11 gewünschte Beziehungen hergestellt werden können. In elektroakustischen Schwingern 1 und 7 werden die elektrischen Schwingungen in mechanische verwandelt und über die Sonotroden 3 und 6 auf die beiden zu verschweißenden Werkstücke 5 und 9 übertragen. Zu Kontroll- und Regelzwecken prüfen die Pickups 2 und 8 die Schwingungen der Sonotroden. Die beiden Sonotrodenspitzen und damit die beiden zu verschweißenden Werkstücke 5 und 9 werden durch die Kraft 4 aufeinandergedrückt, die z.B.
pneumatisch aufgebracht werden kann.
Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Schwingungen zur Erzeugung einer Stumpfechweißung zwischen den Werkstücken 5 und 9 nur in das Werkstück 5 eingeleitet werden. Die beiden Generatoren 10 und 12 erzeugen elektrische Schwingungen, zwischen deren Amplituden und Phasen durch das Koppelglied 11 gewünschte Beziehungen hergestellt werden können. In elektroakustischen Schwingern 1 und 7 werden die elektrischen Schwingungen in mechanische verwandelt und über die beiden gleichphasig bewegten Sonotroden 3 und 6 auf das obere Werkstück 5 übertragen.
Zu Kontroll- und Regelzwecken prüfen die Pickups 2 und 8 die Schwingungen der Sonotroden. Das bewegte Werkstück 5 und das in der ruhenden Halterung 13 eingespannte Werkstück 9 werden durch eine äußere Kraft 4 aufeinander gedrückt.

Claims

PATENTANS P RUCHE

1. Verfahren, die Schweißleistung beim Ultraschall-Schweißprozeß bei Metallen zu erhöhen dadurch gekennzeichnet, daß dem Schweißgut die Schwingungsenergie über zwei mechanisch nicht miteinander gekoppelte gleichphasig oder gegenphasig schwingende Erreger zugeführt wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß beim Überlappschweißen der Amboß als parallel zur Oberfläche des Schweißgutes schwingender Erreger ausgebildet ist, der um 1800 phasenverschoben zu der das Schweißgut andrückenden Sonotrode schwingt.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß beim Stumpfschweißen einer der Schweißpartner zwischen den beiden gleichphasig schwingenden Erregern angeordnet ist und an den zweiten in Ruhe befindlichen Partner angedrückt wird.