DE3245355A1

DE3245355A1 - Ultraschall-schweissmaschine zum metallschweissen

Info

Publication number: DE3245355A1
Application number: DE19823245355
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl.-Ing. Martin (FH), 6906 Leimen; Harald Ing.(grad.) 7524 Östringen Weber
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Priority date: 1982-12-08
Filing date: 1982-12-08
Publication date: 1984-06-14

Description

Ultraschall-Schweißmaschine zum Metallschweißen
Die Erfindung betrifft eine Ultraschall-Schweißmaschine zum Meta#lschweißen. tjltraschail-Schweißmaschinen enthalten einen Amboß und eine darüber angeordnete Sonotrode. Zu verschweißende Metallteile werden übereinander zwischen Sonotrode und Amboß eingelegt. Während des Schweißvorgangs schwingt die Sonotrode unter gleichzeitiger Druckbelastung. Beim Ultraschallschweißen iiberlagern sich Effekte des Kaltpreßschweißens und des Reibschweißens. Das Energieübertragungswerkzeug, die Sonotrode, kann verschiedene Formen haben, z.R. plan oser ballig geschliffen oder meißelförmig aus -bildet sein.
Anzustreben sind definierte Berührungs.flqchen der zu verschweißenden Metallteile. Die Verschweißung beginnt an den Mikro-Rauhigkeiten der Berührungsflächen und setzt sich dann durch eine plastische Verformung über den gesamten Bereich der Berührungsflächen fort.
Es ist allgemein bekannt, solche definierten Berührungsflächen dadurch herbeizuffihren, daß man eines der zu verschweißenden Teile mit kleinen Eindrückungen, sogenannten Buckeln versieht, die an dem anderen Metallteil punkt- oder linienförmig anliegen. Nachteilig ist dabei, daß sich durch den hohen Schweißdruck die Buckel während des Schweißvorganges vorzeitig zurückbilden können, so daß keine definierte Energieübertragung mehr gegeben ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Schweißwerkzeuge so auszubilden, daß eine definierte Energieeinleitung in zu verschweißende Metallteile mit oder ohne Schweißbuckel gegeben ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Ultraschall-Schweißmaschi ne zum Metallschweißen mit den kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
Vorteile der Erfindung: t. Vorhandene Schweißbuckel in einem der zu verschweißenden Teile werden durch einen oder mehrere Metallstifte so unterstützt, daß sie sich während des Schweißvorganges nicht zurückbilden. Bei relativ weichem Material (z.B. weicher Stahl, Messing, Kupfer) kann auf vorherige Formung eines Schweißbuckels @erzichtet werden. Der Schweißdruck und die Ultraschallschwingung bewirken, daß sich der Stift in ein Schweißteil eindrückt und eine Zone mit erhöhter Flächenpressung hervorruft.
2. Durch die definierte und eng begrenzte Schweißrone ergibt sich eine erheblich kürzere SchweiPgz.eit und somit eine geringere Beanspruchung der Teile durch die Ultraschallschwingungen als bei bekannten Ultraschallschweißeinrichtungen.
3. Die Festigkeit der Schweißste]le und die Reproduzierbarkeit der Qualität der Schweißstelle is' erhöht. Einige Verbindungen (z.B. harte Bimetall mit Kupfer) sind erst dadurch als Ultraschallschweißverbindung in guter Qualität herstellbar.
4. Die Werkzeuge (Sonotrode und Amboß) jeder Ultraschall schweiß. einrichtung unterliegen einem gewissen Verschleiß. Die Standzeit der Werkzeuge wird durch die vorgeschlagenen Metallstifte erhöhte, da die auswechselbaren Stifte als Soll-Verschleißstelle wirken. Durch geeignete Werkstoffwahl für die Stifte kann die Belastung des Werkzeugs selbst reduziert werden.
Ausführungsbeispiele sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachstehend beschrieben.
Es zeigen: Fig. 1 Schweißeinrichtung mit einem Stift im#Amboß; dargestellt ist die Anordnung zu Beginn des Schweißvorganges, Fig. 2 Schweißeinrichtung wie Figur 1 nach Beendigung des Schweißvorganges, Fig. 3 Schweißeinrichtung mit einem Stift in der Sonotrode; dargestellt ist die Phase am Ende des Schweißvorganges, Fig. 4 Schweißeinrichtung mit zwei Stiften im Amboß, die ein vorgeformtes Metallblech unterstützen.
In Fig. 1 ist schematisch eine Anordnung zum Ultraschailschweißen dargestellt. Ein Amboß 4 enthält einen Stift 1, der etwas aus dem Amboß 4 herausragt. Darüber sind iibereinander zwei zu verschweißende Teile 2,3 angeordnet, wobei es sich beim Teil 2 um ein Blech ohne Schweißbuckei handelt und beim Teil 3 um einen Draht.
Auf das Teil 3 drückt eine speziell geformte Sonotrode 5 mit einer Kraft F1 in vertikaler Richtung. In horizontaler Richtung schwingt die Sonotrode 5 mit einer Kraft F?. Dargestellt ist die Anordnung zu Beginn des Schweiß- vorganges. Infolge des Schweißdruckes F1 und durch die Ultraschallschwingungen mit der Kraft F2 drückt sich der Stift 1 in das Blechteil 2 ein. An der Berührungsfläche zwischen den Teilen 2 und 3 entsteht eine Zone mit erhöhter Flächenpressung, an der die Verschweißung stattfindet.
Fig. 2 zeigt das Ergebnis nach Abschluß des Schweißvorganges in einem Schnittbild. Der Stift 1 hat sich in das Teil 2 eingedrückt und an der Berrunqszane mit der erhöhten Flächenpressung hat sich eine Schweißlinse 6 gebildet.
Fig-. 3 zeigt eine Schweißeinrichtung, bei der der Stift 1 in der Sonotrode 5 angeordnet ist. Dargestellt ist eine Phase am Schluß des Schweißvorganges. Die Schweißung ist erfolgt, die Sonotrode 5 ist jedoch noch nicht abgehoben. Die Teile 2 und 3 werden zweckmäßig so anteordnet, daß jeweils ein Teil mit einer planen Flache, z.B. ein Blech 2 mit dem den Stift enthaltenden Werkzeug 4,5 in Berührung kommt.
Fig. 4 zeigt eine Schweißvorrichtung mit Zwei Stiften 1 im Amboß 4. Bei dem zu verschweißenden Teil 2 handelt es sich um ein Teil mit vorgeformten Eindrückungen an der Unterseite und Erhöhungen an der Oberseite. Dargestellt ist die Anordnung zu Beginn des Schweißvorganges.

Claims

A n s p r u c h Ultraschall-Schweißmaschine zum Metallschweißen, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonotrode (9) oder der Amboß (#) mindestens einen austauschbaren Metallstift (1) enthalt, der aus der ArheitsflAche der Sonotrode (## bzw. des Ambosses (4) etwas herausragt und eine definierte Schweißstelle zwischen den zu verschweißenden Teilen (2,3) herbeiführt.