DE3413859A1 - Ultraschallschweisssystem - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ultraschallpunktschweißsystem, genauer gesagt ein System, bei dem die Größe des Schmiededruckes und des Ultraschallschweißstromes während des Schweißzyklus genau überwacht und koordiniert werden, so daß die Schweißstelle im Vergleich zu ihrer Endgröße als kleiner Punkt begonnen und dann zunehmend auf ihre volle Größe erweitert wird. Der Schmiededruck und der Schweißstrom werden synchron erhöht. Das System sorgt des weiteren für eine automatische hinteren, einander ablaufende Durchführung einer Reihe von Schweißfunktionen, die bisher als unabhängige manuelle Vorgänge durchgeführt wurden, so daß auf diese Weise ein schnellerer und öfter wiederholbarer Schweißvorgang mit geringerer Belastung der Bedienungsperson durchgeführt werden kann. Das S ystem sorgt für eine zwangsläufig erfolgende Druck- und Stromsteuerung ,indem ein einziges Synchronisationssignal zur Verfügung gestellt wird, das sowohl die Druckaufbringung als auch die Stromzuführung für den Schweißzyklus programmiert.

Punktschweißverfahren mittels Ultraschallschwingungen zum Verbinden von zwei oder mehreren ähnlichen bzw. unähnlichen Materialien finden seit einer Reihe von Jahren Anwendung. Bis in die jüngste Vergangenheit waren diese Verfahren jedoch auf thermoplastische Kunststoffe, vliesartige Materialien und Metall begrenzt, bei denen Festigkeit und Integrität keine besondere Rolle spielten. Diese Begrenzungen beruhten in großem Maße auf den mit den eingesetzten Untralschall-Schweißverfahren verbundnen Problemen, da sich die meisten dieser Verfahren noch imn Prototypstadium befanden. In den Fällen, in denen die Festigkeit un d die Integrität der Schweißverbindungen eine Rolle spielten, d.h. beim Verbinden von Flugzeugbauelementen etc., fanden Widerstandspunkt-Schweißverfahren Anwendung.

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Ultraschall-Punktschweißverfahren haben jedoch in neuerer Zeit große Möglichkeiten für eine verbesserte Montage von Metallblechen unter reduzierten Kosten im Vergleich zu Uiderstands-Punktschweißverfahren und Klebetechniken aufgezeigt. Frühe Untersuchungen haben bewiesen, daß unter Einsatz von Prototypen von Ultraschall-Schweißgeräten, beispielsweise einem Sonobond M-8000 Ultraschall-Schweißgerät, durchgeführte Schweißverbindungen solchen Schweißverbindungen überlegen waren, bei denen herkömmliehe Widerstands-Punktschweißverfahren Anwendung fanden. Diese frühen Versuche ließen ferner erkennen, daß für nahezu jede Materialkornbination eine mittels Ultraschall erzeugte Punktschweißverbindung eine Streckgrenze besitzt, die mehr als 2,5 mal so hoch ist wie die einer Schweißverbindung, die mit einem Uiderstands-PunktschueiGverfahren erzeugt worden ist. Heitere Un-tersuchungen haben gezeigt, daß mit Ultraschall erzeugte Punktschweißverbindungen mit einem Aufwand an Zeit und Kosten durchgeführt werden können, der gegenüber herkömmlichen Klebtechniken eine Ersparnis von 75% mit sich bringt. Bis heute war es jedoch nicht möglich, Ultraschall-Punktschweißverfahren für große Metallteile in der Produktion einzusetzen, da diese Verfahren mit zahlreichen Problemen verbunden sind.

Bei einem Ultraschall-Schweißverfahren handelt es sich um eine metallurgische Verbindungstechnik, bei der Hochfrequenzschwingungen Anwendung finden, um die Oberflächenfilme und Oxide zu zerbrechen, so daß auf diese Weise die Diffusion zwischen den Atomen und der plastische Fluß zwischen den in Kontakt stehenden Oberflächen gefördert wird, ohne daß die Materialien schmelzen. Kurz gesagt, werden bei dem Ultraschall-Schweißverfahren die miteinander zu verschweißenden Werkstücke unter einem relativ geringen Druck zwischen der Schweißspitze und einem Amboß

aneinandergeklemmt oder in anderer Weise aneinander befestigt, wonach über eine relativ kurze Zeitdauer, d.h. vom Bruchteil einer Sekunde bis zu einer Reihe von Sekunden, Hochfrequenzenergie in die Werkstücke eingeführt wird. In vielen Fällen werden die aneinander zu schweißenden Werkstücke auch miteinander verklebt, indem.ein Klebemittel zwischen die aneinanderliegenden Werkstücke eingeführt wird, bevor der Schweißvorgang durchgeführt wird, was zu einer hochfesten Verbindung mit überlegenen statisehen und Ermüdungseigenschaften führt.

Ein Ausführungsbeispiel eines Ultraschall-Punktschweißgerätes', das insbesondere für metallische Werkstücke geeignet ist, ist das von der Firma Sonobond Corporation, West Chester P.A. vertriebene Sonobond Model M-8000 Ultraschall-Punktschweißgerät. Dieses Schweißgerät umfaßt einen transistorisierten Festkörperfrequenzumformer, der die übliche elektrische Netzfrequenz von 60 Hz auf 15-40 kHz umformt und die Ausgangssignale verstärkt. Der auf diese Weise erhaltene hochfrequente elektrische Strom wird durch ein Kabel mit geringem Gewicht einem Wandler im Schweißkopf zugeführt, in demer in Vibrationsenergie der gleichen Frequenz ungewandelt wird. Diese Vibrationsenergie wird daraufhin über ein akustisches Kupplungssystem der Schweißspitze zugeführt und danach über die Schweißspitze in die Werkstücke hinein und durch diese hindurch, wobei durch die eingeführte Vibrationsenergie die Schweißverbindung zustande kommt.

Dieses Sonobond M-8000 Ultraschall-Punktschweißgerät umfasst ein blattförmig (wedge-reed) ausgebildetes Wandler-* kupplungssystem, das laterale Schwingungen auf ein daran befestigtes senkrechtes Rohrelement überträgt, so daß die Schweißspitze am oberen Ende des Rohrelementes Schervibrationen auf die Oberfläche der Werkstücke überträgt.

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Der Wandler umfasst piezoelektrische Elemente aus Keramik, die in einer Spannungsgehäuseeinheit untergebracht sind, und arbeitet mit einer Nennfrequenz von 15kHz. Ein Festkörperfrequenzumformer mit einem transistorisierten Hybride· verstärker (hybrid junction amplifier) versorgt das Schweißgerät mit Energie. Der Frequenzumformer arbeitet bei einer Nennfrequenz von 15kHz mit einer Ausgangsleistung, die bis auf etwa 4000 RMS RF Watt variierbar ist. Das Schweißgerät kann auf eine Dauerbetriebsfrequenz abgestimmt werden. Der Frequenzumformer umfasst eine Breitband RF Strommeßschaltung, die den Ausgangsstrom abtastet und auf dem Prinzip einer bidirektionalen Verbindung in einer Übertragungsleitung den Vorwärtsstrom und den Laststrom ermittelt. Das Signal wird elektronisch verarbeitet, um echte RF -Werte zur Verfügung zu stellen, die wahlweise entweder als Vorwärtsstrom oder Laststrom auf einem LED-Paneel angezeigt werden. Bei dem Vorwärtsstrom hande] t es sich um den vom Frequenzumformer an den Wandler im Schweißkopf abgegebenen Strom, während der Laststrom die in der Arbeitszone akustisch absorbierte Antriebsenergie des Wandlers darstellt. Die Differenz zwischen den beiden Ablesungen ist die vom Lastimpedanzversatz induzierte reflektierte Energie, die während des Schweißvorganges durch Impedanzanpassungstechniken auf ein Minimum gebracht wird.

Es wurde festgestellt, daß man durch Koordination der Größe des Schmiededruckes und des Ultraschallschweißstromes derart, daß man den Schweißvorgang mit einem sehr kleinen Punkt im Vergleich zu seiner Endgröße beginnt und danach den Druck und den Schweißstrom synchron ansteigen läßt, um die Schweißstelle zunehmend nach aussen auf ihre endgültige Größe auszuweiten, die bislang in Verbindung mit einem Gleiten der Schweißspitze relativ zum Werkstück aufgetretenen Probleme beträchtlich herabsetzen kann.

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Beim Schweißen wird ein "thermischer Kegel" auf den Werkstücken zwischen der Schweißspitze und dem SchweißamboG erzeugt. Dieser thermische Kegel befindet sich in einem geometrisch unbeständigen Zustand, da er ein Auswandern der Schweißspitze oder des Schweißamboßes von den Werkstücken oder ein Austreiben der Werkstücke aus dem Schweißbereich bewirkt. Durch diese Vorgänge wird die zum Schweißen zur Verfugung stehende Energie gestreut, so daß eine optimale Punktschweißung verhindert wird. Es ist daher bei der vorstehend beschriebenen Methode des zunehmenden Anwachsens des Schweißpunktes von Vorteil, daß die Schweißspitze und/oder der Schweißamboß bei niedrigeren Energiestufen die Möglichkeit besitzen, eine geschmiedete Ver tiefung am thermischen Kegel zu erzeugen, die für das entsprechende Energieniveau geeigneter ist, so daß auf diese Weise die Neigung, der Schweißspitze oder des Schweißamboßes zum Auswandern oder Ausstoßen der Werkstücke vermindert wird.

Darüberhinaus wurde festgestellt, daß Schweißverbindungen, die mit einer derartigen Methode der stetigen Vergrößerung der Schweißstelle erzeugt worden sind, denjenigen Schweißverbindungen strukturell überlegen sind, die durch stufenweises oder abruptes Erhöhen des Schweißstromes hergestellt worden sind. Sch er- und Schweißvorgänge treten in einem Ring auf, der entweder einen zentralen, durch Reibung fixierten Bereich oder einen bereits vorher verschweißten mittleren Bereich umgibt. Eine Punktschweißstelle kann man am besten in kohärenter Weise anwachsen lassen, wenn der Kontaktbereich stetig erweitert wird, indem man den Kontaktdruck und den Schweißstrom der Querhübe erhöht.

In der Vergangenheit sind bereits Untersuchungen durchgeführt worden, um Punktschweißstellen stetig zu expandieren. 35

Beispielsweise ist in der US-PS 3 610 506 ein Ultraschallschweißverfahren beschrieben, bei dem ein variierender Schweißdruck Verwendung findet. Hierbei findet ein Schweißzyklus Anwendung, bei dem die Vibrationsenergie dann aufgebracht wird, wenn der Schweißdruck verringert ist, obwohl während der Zeitdauer des Aufbringens der Vibrationsenergie der Durchschnittswert des Schweißdruckes mit der Zeit ansteigt, bis zum Zeitpunkt der Beendigung des Schweißzyklus ein Spitzenwert erreicht ist. Wenn der Schweißzyklus beendet wird, fällt der Schweißdruck auf Null ab. Bei diesem Verfahren, das für die Halbleiterindustrie bestimmt ist, bei dem der Schweißvorgang mit einem relativ niedrigen Energieniveau im Vergleich zu dem beim Schweißen von metallischen Bauteilen eingesetzten Energieniveau durchgeführt wird, kann der Schweißdruck in einer der den Druck erzeugenden Vorrichtung inh ärenten natürlichen Weise ansteigen, wenn der Kontakt mit dem Werkstück hergestellt worden ist, wonach die gesamte Schweißenergie abrupt aufgebracht wird. Somit findet hierbei keine Koordination zwischen dem Druck und dem Schweißstrom oder ein allmähliches lineares Ansteigen beider Größen zum Erreichen eines stetigen allmählichen Anstieges der Größe der Schweißstelle statt.

Es wurde festgestellt, daß man durch Koordination des Schmiededruckes (Warmverformungsdruckes) und des Ultraschallschweißstromes Ergebnisse erhalten kann, die denen des Verfahrens der vorstehend beschriebenen Veröffentlichung überlegen sind, da die erzeugten Schweißverbindungen eine verbesserte Struktur aufweisen. Mit dem erfindungsgemäßen Schweißverfahren werden die Ultraschallpunktschweiß vorgänge mit einem niedrigen Kontaktdruck und einem niedrigem Energieniveau begonnen, wobei diese beiden Faktoren dann gleichzeitig erhöht werden, was zu einer Vergrößerung der Schweißstelle führt. Druck und Energie werden bis auf ein Maximum gesteigert. Die zur Verfugung stehende Schweißenergie sollte in jedem Falle zu einer Abtrennung

der Schweißspitze nicht ausreichend sein, jedoch zur Aufbringung von Scherkräften am Rand eines beliebigen Kontaktbereiches ausreichen. Das vorliegende Verfahren besitzt eine solide Basis für eine kontrollierte Anwendung bei einer Vielzahl von Metallen, Materialdicken und Verschmutzungsgraden. Durch die verbesserten Eigenschaften in bezug auf die Schweißverbindung und die reduzierten Vorreinigungskosten besitzt das Verfahren sehr gute Möglichkeiten, Widerstandspunktschweißverfahren zu ersetzen.

Es wurde des weiteren festgestellt, daß das Verfahren zu einer verbesserten Maschinenzuverlässigkeit führt. Abrupte Energieanstiege oder Energieabfälle, die bislang bei Schweißvorgängen üblich waren, neigen dazu, eine Schwingbewegung zu erzeugen, die durch einen allmählichen Anstieg bzw. Abfall der zum Schweißen eingesetzten Energie beseitigt werden können. Durch steile Anstiege und Abfälle werden in den Wicklungen der Widerstände mechanische Spannungen erzeugt, die zum Rissigwerden bzw. Ausfallen von derartigen Widerständen führen. Sie bewirken ferner zu heftige Vorgänge zu Beginn des Schweißvorganges, so daß eine Abtrennung auftreten kann und große Spannungsspitzen in den piezoelektrischen Kristallen erzeugt werden können, die in die Stromversorgung eindringen und einen Ausfall von Transistoren und Sicherungen bewirken können. Diese Fehlerqu eilen werden durch die hier beschriebene Technik ausgeschaltet.

Darübernhinaus stellten die bislang bei Proto typen von Ultraschallschweißvorrichtungen eingesetzten Steuersysteme wenig mehr als eine Ansammlung von hinzugefügten Schaltungen dar, die äußere Stromquellen einschlossen. Die Systeme wiesen keine einzige Quelle von Synchronisationssignalen auf, die eine koordinierte Programmierung des Drucks und Schweißstromes für den Schweißzyklus ermöglicht. Bei diesen

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Systemen traten ferner große Schwierigkeiten in bezug auf eine exakte Wiederholung der Schweißzyklen auf. Naturgemäß ist es höchst wünschenswert, ein einziges lineares Rampensignal zur Verfügung zu stellen, das sowohl die Strom- als auch die Druckzuführung gleichzeitig auslöst und das gleichzeitig beide Parameter steuern kann. Das vorliegende System betrifft die Automatisierung der folgenden Funktionen des Schweißzyklus bei dem Schweißverfahren: Beginn des Schweißvorganges durch Bewegung des Schweißamboßes, um die Werkstücke und die Schweißspitze miteinander in Eingriff zu bringen; Anlegen eines abgestimmten Hochdruckimpulses zwischen dem Schweißamboß, den Werkstücken und der S chweißspitze; Zurückführen des hohen Druckes auf einen niedrigen Druck, um mit dem Schweißvorgang zu beginnen; Bewegen des Klemmsystems, um dieses auf den Werkstücken zu schließen und diese gegen das Klemmsystem zu pressen; Beginn der Stromzuführungsphase des Schweißzyklus, nachdem der Klemmdruck aufgebaut worden ist; synchrones Erhöhen des Amboßdruckes und des Ultraschallschweißstromes; Beenden des Schweißzyklus; Lösen des Klemmdruckes und Lösen des Klemmsystems; Aufheben des Amboßdruckes und Rückführung des Amboßes auf ein vorgegebenes Niveau; und Betätigung des Transportsystems, um ein zu opferndes Metallband, das zur Verhinderung oder Minimierung eines Anhaftens der Schweißspitze über derselben verwendet wird, eine vorgegebene Strecke zu bewegen.

Im Handel erhältliche Schweißmaschinen weisen derartige automatische Folgesysteme nicht auf. Die zur Verfügung stehenden Schweißmaschinen besitzen normalerweise nur einen Startschalter für den Schweißvorgang, um den Schweißamboß auf dem Werkstück und der Schweißspitze zu schließen. Deim Kontakt der aus dem Amboß, dem Werkstück und der Schweißspitze bestehenden Einheit wird normalerweise ein Druckschalter geschlossen, und ein vorgegebenes Ultraschallenergieniveau sowie Druckniveau wird in Form einer

Stufenfunktion in einer konstanten Größe über die Zeitdauer des Schweißvorganges angelegt. Die Schweißenergie und der Druck bleiben über eine bestimmte Zeitdauer konstant. Am Ende dieser Zeitdauer öffnet ein Schalter, und die Ultraschallschweißenergie wirdabgezogen. Gleichzeitig wird der Schweißamboß angehoben, wodurch der Klemmdruck vom Werkstück entfernt wird. Das Werkstück wird freigegeben und kann sich somit für den nächsten Schweißzyklus bewegen. Man erkennt ohne weiteres, daß die vorstehend beschriebenen Versuche ausschließlich grundlegender Natur sind und in keiner Weise die speziellen Vorteile des erfindungsgemäßen Systems bieten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein stetig arbeitendes Ultraschallschweißsystem zur Verfugung zu stellen.

Die Erfindung bezweckt ferner, ein solches System zu schaffen, bei dem die Ultraschallschweißstelle als kleiner Punkt im Vergleich zur Endgröße begonnen und danach stetig auf die vollständige Größe erweitert wird.

Des weiteren soll durch die Erfindung ein System geschaffen werden, bei dem der Schweißvorgang mit niedrigem Kontaktdruck und niedrigem Energieniveau begonnen wird.

Es soll auch ein System zur Verfugung gestellt werden, bei dem der Druck und der Schweißstrom in kohärenter und synchroner Weise bis auf einen vorgegebenen Maximaldruck und einen vorgegebenen Maxialstrom linear erhöht werden, um auf diese Weise die Schweißstelle auf die volle Größe zu erweitern.

Die Erfindung bezweckt auch die Schaffung eines Systems, bei dem der verwendete Schweißstrom nicht ausreicht, um die Schweißspitze abzutrennen, jedoch ausreichend groß ist, um Scherkräfte auf die Ränder des vorherrschenden Kontaktbereiches aufzubringen.

Schließlich soll durch die vorliegende Erfindung ein solches System geschaffen werden, bei dem die Zuführung des Schweißstromes und Druckes durch das Anlegen eines linear ansteigenden Signales koordiniert wird, das sowohl die Stromzuführung als auch die Druckaufbringung auslöst.

Die vorstehend genannte Aufgabe wird durch ein Verfahren zum stetigen Verschweißen von Werkstücken mittels Ultraschallenergie gelöst, bei dem die erzeugten PunktschweiG-stellen als kleine Punkte begonnen und dann stetig auf ihre Gesamtgröke erweitert werden. Bei dem Verfahren findet eine Ultraschallschueißvorrichtung Verwendung, die eine Schweißspitze und einen komplementären Schweißamboß aufweist, zwischen die die zu verschweißenden Werkstücke ein geführt werden können. Die Werkstücke werden erst zusammcngeklemmt und "vorgequetscht", um Klebemittel zu dispergieren, die zwischen den Werkstücken verwendet werden können. Es werden dann ein Anfangsdruckniveau und ein Anfangsergieniveau aufgebracht, bzw. angelegt, um die Werkstücke zu "schrubben". Der Druck und die Energie werden dann synchron in Phase bis auf Maximalwerte erhöht, um die Werkstücke miteinander zu verschweißen. Der Schweißvorgang wird durch eine Steuereinrichtung gesteuert, die eine automatische Synchronisation des Vorganges ermöglicht.

Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 eine perspektivische Seitenansicht einer Ultraschallschweißvorrichtung, die bei dem

erfindungsgemäßen Verfahren Verwendung findet;

Figur 2 zwei Diagramme, die die Erhöhung der Ultraschallschweißenergie und des Druckes (Spitzenlast) in Abhängigkeit von der Zeit während des Schweißzyklus zeigen;

die Figuren 3 bis 5

die Schweißzone während der aufeinanderfolgenden Schweißvorgänge; und

Figur 6 ein Blockdiagramm, das die einzelnen Elemente

bzw. Schritte zur Durchführung des Schweißvorganges zeigt.

In Figur 1 ist mit der Bezugsziffer 10 eineuitraschallpunktschweißmaschine bezeichnet, die in der Lage ist, Metallbleche aneinanderzuschweißen. Die Schweißmaschine umfasst einen allgemein' C-förmigen Klemmrahmen 12, der um einen Schwenkzapfen 14 schwenkbar gelagert und an einem stationären zentralen Schweißrahmen 16 montiert ist. Der Klemmrahmen 12 umfasst einen oberen und einen unteren Abschnitt 12A und 12B, die zusammen mit dem zentralen Schweißrahmen 16 eine Kehle D bilden, in die die zu verschweißenden Werkstücke zur Durchführung des Schweißvorganges eingeführt werden können.

Ein Schweißkopf 20 mit einer Schweißspitze 21 , die das Ende eines Vibrationsrohres 22 bildet, ist an dem stationären Schweißrahmen 16 befestigt. Ein gleitend montierter Amboß AO ist auf der gegenüberliegenden Seite der Kehle vorgesehen. Ringklemmen 50 und 60 sind um den Amboß 40 und die Schweißspitze 21 herum angeordnet. Der Amboß 40, der entlang Amboßführungsbahnen 44 in Richtung auf die Schweißspitze 21 hin und von dieser wegbewegbar ist, wird von mindestens einem im Inneren angeordneten hydrauüsehe η Amboßzylinder 46 angetrieben. Die Bewegung des Amboßes 40 ist unabhängig von der Bewegung der Ringklemme 50.

Wenn ein zu verschweißendes Werkstück W (in Figur 1 nicht gezeigt) in die Kehle T zwischen dem Amboß 40 und der Schweißspitze 21 eingeführt wird, werden der Amboß 40 und die Klemme 50 in Klemmrichtung C in Richtung auf die Schweißspitze 21 abgesenkt, bis die Werkstücke zwischen den Ringklemmen 50 und 60 und zwischen der Schweißspitze 21 und dem Amboß 40 festgeklemmt sind. Dieser Klemmvorgang zwischen den Klemmen 50 und 60 und zwischen der Schweißspitze 21 und dem Amboß 40 dient nicht nur zum Zusammen- klemmen der Werkstücke, sondern erzeugt auch eine Druckkraft zwischen den Werkstücken. Ein Fußschalter 75 ist zur Bedienung der Schweißvorrichtung vorgesehen.

Eine Bandtransporteinrichtung 100 dient dazu, ein Verbrauchsmaterial zwischen die Schweißspitze 21 und die Werkstücke W zu führen, um dadurch ein Anhaften der Schweißspitze 21 an den Werkstücken W z-u verhindern. Es wurde festgestellt, daß bei der Einführung eines derartigen Verbrauchsmaterials zwischen die Schweißspitze 21 und die Werkstücke W, wenn dieses Material eine größere Härte als die Schweißspitze 21 besitzt, ein bisher beim Einsatz von Prototypen von derartigen Schweißmaschinen aufgetretenes Haftproblem der Schweißspitze beträchtlich reduziert und in vielen Fällen vollständig beseitigt wird. Das Anhaften der Schweißspitze hat sich beim Ultraschallschweißen als konstantes Problem erwiesen und bewirkt ein Abrutschen des Materials des Werkstückes auf die Schweißspitze 21, so daß ein häufiges Reinigen mit einem damit verbundenen Stillegen der Maschine erforderlich ist. Im Betrieb werden Schweißverbindungen sowohl zwischen den Werkstücken W als auch zwischen dem Material und den Werkstücken erzeugt. Da jedoch das Verbrauchsmaterial ein Material mit großer Härte ist, ist die Festigkeit der Verbindung zwischen dem Material und den Werkstücken gering, so daß die Verbindung

leicht abgestreift wird. Im Gegensatz dazu ist die zwischen den Werkstücken hergestellte Schweißverbindung gut und besitzt selbst dann eine hohe Festigkeit, nachdem das Verbrauchsmaterial abgestreift worden ist.

Wie aus Figur 1 hervorgeht, wird das Verbrauchsmaterial 105, bei dem es sich beispielsweise um rostfreien Stahl oder ein ähnliches Material handeln kann, auf einer Zuführrolle 110 gespeichert, die an einer Seite der Schweißmaschine 10 angeordnet ist. Das Verbrauchsmaterial 105 wird von der Zuführrolle 110 über die Schweißspitze 21 zwischen der Schweißspitze und den Werkstücken abgezogen und von einer angetriebenen Aufnahmerolle (nicht gezeigt) aufgenommen. In einer nachfolgend im einzelnen beschriebenen Art und Weise wird das Verbrauchsmaterial 105 nach Durchführung eines jeden Schweißvorganges schrittweise vorbewegt und über die Schweißspitze 21 gezogen, so daß zwischen der Schweißspitze 21 und dem Werkstück immer frisches Material vorhanden ist. Das Punktschweißen der Werkstücke kann daher in der nachfolgend beschriebenen Art und Weise durchgeführt werden.

Das Vibrationsrohr 22 ist an einem von der Schweißspitze 21 entfernten Punkt an einen Wandler (nicht gezeigt) angeschlossen, der in einem Schweißrahmen 16 enthalten ist. Der Wandler überträgt laterale Vibrationen und induziert Biegeschwingungen im Rohr 22, so daß die Schweißspitze 21 am oberen Ende des Rohres 22 die Werkstücke mit Sch ervibrationen beaufschlagen kann. Der Wandler besteht aus piezoelektrischen Keramikelementen, die in einer Spannungsgehäuseeinheit untergebracht sind, und wird mit einer Nennfrequenz von etwa 15kHz betrieben.

Die Punktschweißmaschine 10, bei der es sich um eine Modifikation einer Sonobond Model M-8000 Ultraschall-Punktschweißmaschine handelt, umfasst einen Frequenzum-

former, der eine Breitband-HF-Meßschaltung zum Abtasten des Ausgangsstromes aufweist, um nach dem Prinzip einer Richtungskopplung in einer Übertragungsleitung den Vorwärtsstrom und den Laststrom erfassen zu können. Das Signal wird durch eine interne Schaltung elektronisch verarbeitet, um echte RMF-Werte zur Verfugung stellen zu können, die entweder als Vorwärtsstrom oder als Laststrom angezeigt werden. Bei dem Vorwärtsstrom■handelt es sich um den Ausgang des Frequenzumformers, der an den Wandler in der Schweißspitze 21 angelegt wird, während es sich bei dem Laststrom um die Wandlerantriebsenergie handelt, die in der Schweißzone akustisch ab-, sorbiert wird. Die Differenz zwischen dem Vorwärtsstrom und dem Laststrom stellt die durch den Lastimpedanzfehler induzierte reflektierte Energie dar und wird durch Impedanzanpassungstechniken während nachfolgender Schweißvorgänge auf ein Minimum gebracht.

Die Schweißspitze 21 und der Amboß 40 .bestehen beide aus einem ziemlich harten Metall, beispielsweise einem Stahl, der bis auf einen Wert von etwa Rc 50 gehärtet worden ist. Die Radien der Schweißspitze 21 können zwischen etwa 5,1 und ,etwa 50 cm liegen, und die Form sowie die Abmessungen des Amboßes 40 sind normalerweise an die der Schweißspitze 21 angepasst.

Der Schweißvorgang unter Einsatz der Ultraschallpunktschweißmaschine 10 wird durchgeführt, indem eine relativ kleine Punktschweißung in den Werkstücken begonnen und die Schweißstelle danach von dem kleinen Ausgangspunkt radial nach außen bis zu ihrer vollen Größe expandiert wird, wobei dies in gesteuerter Weise durchgeführt wird. Das Anwachsen der Punktschweißstelle wird somit erreicht, indem anfangs der relativ kleine Schweißpunkt erzeugt wird und danach der Schweißdruck und die Schweißenergie

synchron und in einer gesteuerten Weise erhöht werden, um ein allmähliches aber zunehmendes Anwachsen der Schweiß· stelle zu erreichen. Dies steht im Gegensatz mit Methoden des Standes der Technik, beispielsweise dem in der US-PS 3 610 506 beschriebenen Verfahren, bei dem bei einem natürlichen Ansteigen des Druckes nach dem entsprechenden Kontakt die Schweißenergie abrupt zugeführt wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die miteinander zu verschweißenden Werkstücke über Ringklemmen 50 und 60 zwischen der Schweißspitze 21 und dem Amboß 40 festgeklemmt. Der Schweißzyklus wird begonnen, indem man den Schweißamboß 40 einen Schmiededruck in einem gesteuerten Maß gegen die Werkstücke ausüben läßt. Der Amboß übt diesen Schmiededruck gegen die Werkstücke aus, indem die Hydraulikzylinder 46 des Amboßes in gesteuerter Weise mit Druck beaufschlagt -werden. Der Schmiededruck kann natürlich auch so aufgebracht werden, daß man die Schweißspitze 21 gegen die Werkstücke bewegt. Vom Vibrations- rohr 22 abgegebene Ultraschallenergie wird gleichzeitig durch die Schweißspitze 21 in die Werkstücke eingeführt. Unter Verwendung von vorprogrammierten elektronischen Prozessoren wird das'Ultraschallenergieniveau erhöht, wenn der Schmiededruck ansteigt. Wenn die programmierten Energie- und Druckzyklen beendet worden sind, öffnet sich eine vorgegebene Zeitvorrichtung und bewirkt eine Schweißstromunterbrechung und eine Entlastung des Schmiededruckes.

Die Werkstücke können zuerst mit einem relativ niedrigen Druck, d.h. zwischen etwa 6,9 bar und etwa 207 bar, vorzugsweise zwischen etwa 28 und 34 bar, zusammengepreßt (vorgequetscht) werden, wenn ein Versiegelungsmittel

zwischen den Werkstücken verwendet wird, und auf einen Druck von etwa 117 bar, wenn ein Klebefilm benutzt wird, wobei alle Werte auf einem Zylinder mit einem Durchmesser, von 3,81 cm basieren. Typischerweise werden die Werkstücke über etwa 10 Sekunden vorgequetscht, vorzugsweise bis auf etwa eine Sekunde. Durch das Vorquetschen der Werk— stücke fließt das Versiegelungsmittel oder Klebemittel vollständig heraus, was zur Erzeugung eines Metall-Metall-Kontaktes zwischen den Werkstücken beiträgt.

Ein Diagramm, in dem die SchweiBenergie und der Schmiededruck während des Schweißzyklus in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt sind, ist in Figur 2 gezeigt.

Wie aus Figur 2 hervorgeht, wird nach dem Vorquetschen ein sogenanntes "Schrubben" durchgeführt. Dieses "Schrubben" dient dazu, die Oberflächen der Werkstücke vorzubehandeln, um den großen Schwankungen gerecht zu werden, die in Folge der auftretenden Oxidschichten bei den Oberflächenbedingungen vorhanden sind. Es wurde festgestellt, daß durch Zuführung von relativ wenig Energie und durch Beaufschlagung mit einem relativ geringen Druck bei einem solchen Schritt die Oberflächenoxidschichten entfernt werden können. Dies ermöglicht einen gleichmäßigeren Schweißvorgang, da der tatsächliche Schweißprozess dann bei Werkstücken abläuft, die allgemein gleichmäßige Oberflächenbedingungen aufweisen. Auf diese Weise werden wiederholbare Ausgangsbedingungen in bezug auf den Zustand der Oberflächen geschaffen, bevor die Schweißstelle tatsächlich erzeugt wird. Dieses "Schrubben" ist besonders nützlich in Situationen, bei denen organische Zwischenschichten Verwendung finden, da auf diese Weise sichergestellt wird, daß durch die organische Zwischenschicht hindurch, die dazu neigt, bei Stromzuführung und Druckaufbringung zu fließen, ein Metall-Metall-Kontakt erzeugt worden ist. Der entsprechende Schritt wird normalerweise bei Schmiededrücken in einem Hydraulikzylinder

mit einem Durchmesser von 3,81 cm durchgeführt, die zwischen etwa 3,5 und etwa 69 bar, vorzugsweise zwischen etwa 3,5 und etwa 14 bar, liegen. Der Schweißstrom beim "Schrubben" wird normalerweise auf einen Wert zwischen etwa 400 und etwa 1.500 W, vorzugsweise zwischen etwa 400 und etwa 1.000 W, eingestellt. Die Zeitdauer für das "Schrubben" beträgt normalerweise zwischen etwa 0 und etwa 10 Sekunden, vorzugsweise etwa 0,01 Sekunden. Sowohl der Schweißstrom als auch der Schmiededruck werden gleichzeitig den Werkstücken zugeführt. Nach dem "Schrubben" werden der Schmiededruck und der Schweißstrom gleichzeitig in gesteuerter Weise fortschreitend auf die Maximalwerte gebracht, die von den miteinander zu verschweißenden Materialien und ihren Dicken abhängen. Auf diese Weise kann sich die einzelne Schweißstelle zunehmend ausweiten und von einem kleinen Punkt bis auf ihre Endgröße anwachsen. Die anfängliche Energie und der anfängliche Druck sollten immer unzureichend sein, um die Schweißspitze abzutrennen, sollten jedoch ausreichend groß sein, damit Scherkräfte an den Rändern irgendeines existierenden Kontaktbereiches aufgebracht werden können. Wenn der Schmiededruck und der Schweißstrom erhöht werden, wächst die Größe des Schweißbereiches an, und die peripher angreifenden Scherkräfte werden weiterhin aufgebracht.

Ein weiterer Anstieg des Druckes und des Schweißstromes erhöht den Scherbereich, bis die endgültige Schweißzone mit ihrer entsprechenden hohen Festigkeit erreicht ist. Das Steigungsmaß für den Anstieg des Druckes und der Schweißenergie kann unterschiedlich sein; wesentlich ist jedoch, daß dieser Anstieg gleichzeitig beginnt. Der Schmiededruck kann bei Verwendung eines Zylinders mit einem Durchmesser von 3,81 cm zwischen etwa 3,5 und etwa 690 bar liegen. Beim Schweißen von Aluminiumwerkstücken liegt der Schmiededruck typischerweise zwischen etwa 12 und etwa 138 bar, beim Schweißen von Kupfer an

Stahl kann der Schmiededruck etwa 690 bar überschreiten, und beim Schweißen von Titan beträgt er vorzugsweise etwa 276 bar. Der Schweißstrom kann zwischen etwa 400 und etwa 4.0Ü0 W liegen. Das maximale Schweißstromniveau sollte immer erreicht werden.

Wie aus Figur 2 hervorgeht, wird nach dem "Schrubben" der Schweißstrom über eine Anstiegsperiode erhöht und erreicht dann ein maximales Niveau, auf dem er über eine Verweilzeit aufrechterhalten wird, die den Rest des Schweißzyklus umfasst. Im Gegensatz dazu wird nach dem "Schrubben" der Schmiededruck normalerweise kontinuierlich über den gesamten Schweißzyklus erhöht und erreicht seinen Maximalwert am Schluß des Schweißzyklus. Der Schmiededruck erreicht daher normalerweise niemals eine Verweil periode, sondern kann während des gesamten Schweißzyklus kontinuierlich ansteigen. Die gesamte Anstiegsperiode beträgt üblicherweise mindestens 0,1 see, vorzugsweise zwischen etwa 1 und etwa 2 see.

Das Steigungsmaß und die Maximalwerte hängen in erster Linie von den Materialarten ab, die miteinander verschweißt werden, sowie von deren Dicken. In Figur 2 ist ein lineares Steigungsmaß dargestellt. Es können jedoch auch andere Kurven in bezug auf den Druckanstieg und die Schweißstromerhöhung Anwendung finden. Nichtlineare Druck- und Schweißstromkurven können ebenfalls Anwendung finden und in speziellen Fällen besonders wünschenswert sein.

Es wurden Untersuchungen durchgeführt, in denen herkömmliche Verfahren mit erfindungsgemäßen Verfahren verglichen wurden. Diese Untersuchungen zeigten die Überlegenheit der erfindungsgemäßen Verfahren. Die durchschnittliche Scherfestigkeit

von 1,6 mm 7075-T6 Aluminiumblechen, die mit dem erfin-35

dungsgemäßen Verfahren verschweißt wurden, betrug 15.600 im Vergleich zu 11.800 für entsprechende Bleche, die mit Verfahren des Standes der Technik verschweißt wurden. Es versteht sich, daß einzelne Schweißstellen eine höhere oder niedrigere Scherfestigkeit besitzen können als diese Durchschnittswerte.

In den Figuren 3 bis 5 ist die SchweiQzone der erfindungsgemäß ausgebildeten Schweißmaschine 10 während der aufeinanderfolgenden Schweißvorgänge dargestellt. Wie Figur 3 zeigt, sind die Werkstücke Wl und W2 sowie das Verbrauchsmaterial 105 zwischen der Schweißspitze 120 und dem Schweiß· amboß 40 und zwischen den Ringklemmen 50 und 60, die um den Amboß 40 und die Schweißspitze 21 herum angeordnet sind, vorgesehen. Wie Figur 4 zeigt, werden beim nächsten Schritt des Schweißvorganges der Amboß 40 und die um den Amboß angeordnete Ringklemme 50 in Klemmrichtung C nach unten bewegt, wodurch die Werkstücke Wl und W2 festgeklemmt werden. Danach wird ein Schweißvorgang zwischen den Werkstücken sowie zwischen einem Werkstück und dem Verbrauchsmaterial 105 durchgeführt. Beim nächsten Schritt werden die Klemme 50 und der Amboß 40 aus der Klemm- und Schweißstellung angehoben, und die Werkstücke werden in einer Richtung bewegt, während das Verbrauchsmaterial in der entgegengesetzten Richtung schrittweise weiterbewegt wird, wodurch jegliche Schweißverbindung zwischen den Werkstücken W und dem Verbrauchsmaterial 105 zerbrochen wird.

In Figur 6 ist in Form eines Blockdiagrammes die automatische Schrittfolge des erfindungsgemäß ausgebildeten Ultraschallschweißsystems dargestellt. Es kann eine Vielzahl von elektronischen, hydraulischen und/oder anderen Vorrichtungen Verwendung finden, um die hier beschriebene automatische Schrittfolge zu verwirklichen. Hauptaufgabe des

Systems ist es, eine integrierte Folge von Funktionen der Schweißmaschine 10 vorzusehen, die alle durch einen einzigen Schalter eingeleitet werden, wodurch sich die Belastung der Bedienungsperson und deren Ermüdung reduzieren läßt. Diese Funktionen werden sämtlich innerhalb eines zeitlich abgestimmten Schweißintervalls verwirklicht, das in dem Blockdiagramm der Figur 6 dargestellt ist.

Der Schweißzyklus wird durch Betätigung eines Fußschalters 75 begonnen, der 115 VAC erregt und bewirkt, daß dieses an ein Solenoid A angelegt wird, das in einem Amboßrichtungssteuerventil 200 enthalten ist, welches einen Zufluß von Hydraulikmittel zu dem Hydraulikzylinder 210 des Amboßes ermöglicht. Eine Hydraulikpumpe 205 ist in Verbindung mit dem Amboßrichtungssteuerventil 200 vorgesehen, um das Hydraulikmittel in den Hydraulikzylinder 210 zu pumpen. Hierdurch wird der Amboß 40 in der Klemmrichtung C bewegt und tritt mit den Werkstücken W und der Schweißspitze 21 an der gegenüberliegenden Seite der Werkstücke W in Eingriff. Zwischen den Werkstücken W und der Schweißspitze 21 ist ein Metallband 105 vorgesehen, dessen Bewegung nachfolgend im einzelnen beschrieben wird. Beim Kontakt des Amboßes 40 mit den Werkstücken W wird der Zufluß an Hydraulikmittel gestoppt, wodurch sich im Hydraulikzylinder 210 ein Druck aufbauen kann. Wenn ein vorgegebener Druck erreicht ist, wird ein Amboßpreßschalter 215 geschlossen, der einen Systemfreigabe-Timer 220 durch Verriegelung des 115 VAC am Solenoid A im Amboßhydraulikzylinder 210 verriegelt und den Druck gegen die Werkstücke U und die Schweißspitze 21 aufrechterhält. Gleichzeitig uird eine Haltespannung in eine Klemmenrelais-Logiktimereinheit 222 eingegeben. Ein abgestimmtes Schrittfunktionssignal wird dann einem Servoventilverstärker 230 zugeführt, der ein Servonebenschlußventil 235 schließt. Wenn das Servonebenschlußventil 235 geschlossen ist, steigt der

AmboSdruck steil auf eine Hochdruckgrenze an, die für das Hydrauliksystem vorgesehen ist. Dies führt zu einem kurzen, vom Amboß 40 auf die Werkstücke W ausgeübten Quetscheffekt unter hohem Druck.

Ein zweites Ausgangssignal von der Klemmenrelais-Logiktimereinheit 222 wird einem Solenoid A eines Klemmenrichtungssteuerventils 240 zugeführt, das dann den Klemmenhydraulikzylinder 245 aktiviert und eine Klemme (nicht gezeigt) nach unten drückt, so daß diese mit den Werkstücken W in Eingriff tritt. Es ist eine Hydraulikpumpe 250 vorgesehen, die das Klemmenrichtungssteuerventil 240 antreibt.

Der Systemfreigabetimer 220 dient ferner dazu, Zeitschaltungen 252 auszulösen. Es können einstellbare Elektronikbauteile Verwendung finden, um die Zuführung der Ultraschallschweißenergie sowie die Druckaufbringung zu verzögern, bis nach dem Quetschvorgang unter hohem Druck ein niedriger Amboßdruck wieder erreicht und die Klemme gegen die Werkstücke U gepreßt worden ist. Die Feststellung der Klemme gegen die. Werkstücke W dient dazu, einen Klemmenpreßschalter 255 zu schließen, der wiederum eine Ultraschallfreigabe 260 betätigt, durch die Ultraschallenergie den Werkstücken W zugeführt werden kann. Das lineare Eingangssignal zu dem Servoventilverstärker 230 befindet sich mit der Zuführung der linear modulierten Ultraschallfrequenzwellenformen zu einem Ultraschallleistungsverstärker 265 in Phase. Sowohl die linear modulierte Ultraschallwellenform als auch das Eingangssignal zum Servorventilverstärker 230 werden in einer funktionalen Linearanstiegs-Generator- und Modulatoreinheit 270 erzeugt. Sowohl die Neigung als auch die Amplitude der angelegten

Wellenform sind einstellbar. Ein Oszillator 275 sorgt für einen stetigen Frequenzeingang der Generator- und Modulatoreinheit 270. Bei Freigabe der Ultraschallenergie wird dem Servoventilverstärker 230, der den Strom zum Servonebenschlußventil 235 steuert, ein ansteigender Schweißstrom zugeführt.

Mit dem Anstieg der Ultraschallenergie wird der Amboßdruck synchron erhöht. Wenn der Systemfreigabetimer ein Aussignal abgibt, ist der Schweißzyklus beendet und die Haltespannung wird entfernt. Ein abgestimmtes 115 VAC-Eingangssignal wird dem Solenoid B des Amboßes und der Klemmenrichtungssteuerventile 220 und 240 zugeführt, um den Hydraulikmittelzufluß umzukehren und den Amboß 40 und die Klemme 50 anzuheben (siehe Figur 1).

Gleichzeitig wird eine Motorzeitsteuerung 280 erregt, durch die ein Metallbandtransportsystem 100 das Metallband 105 schrittweise in die nächste benutzte Position vorbewegen kann.

Sämtliche der vorstehend erläuterten und in Figur 6 dargestellten Schritte' sind in drei Sekunden oder weniger beendet, und das System ist dann sofort in der Lage, einen weiteren Schweißzyklus durchzuführen. Es versteht sich, daß mit dem vorstehend beschriebenen System ein größerer Rahmen von Schweißmaßnahmen für eine Vielzahl von unterschiedlichen Werkstücken, die unterschiedliche Materialien, unterschiedliche Materialdicken, unterschiedliche Oberflächenbehandlungen aufweisen können, durchgeführt werden kann. Ferner kann man durch Klebemittel und Versiegelungsmittel schweißen. Im Vergleich hierzu weisen die vorhandenen Schweißvorrichtungen nur begrenzte Möglichkeiten auf und sind hauptsächlich auf eine manuelle Steuerung beschränkt.

Claims (19)

Patentansprüche

1. Verfahren zum Aneinanderschweißen von Werkstücken unter Verwendung einer Ultraschallpunktschweißvorrichtung, die Schweißelemente aufweist,welche eine Schweißspitze und einen komplementären Schweißamboß umfassen, die beide an einem Schweißrahmen montiert sind und zwischen die die Werkstücke zum Verschweißen eingeführt werden können, und mit Klemmeinrichtungen zum Aneinanderklemmen der zu verschweißenden Werkstücke und zum Aufrechterhalten von deren Ausrichtung während des Schweißvorganges, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

Einführen der Werkstücke zwischen den Schweißamboß und die Schweißspitze und Festklemmen der Werkstücke in einer Schweißposition;

Bewegen von einem der .Schweißelemente in Richtung auf das andere Element, um einen ersten vorgegebenen Druck auf die Werkstücke auszuüben;

Einführen einer ersten vorgegebenen Menge an hochfrequenter Ultraschallenergie in die Werkstücke von der Schweißspitze;

gleichzeitiges Erhöhen des Druckes und der Energie auf einen zweiten Druck bzw. eine zweite Energiemenge, die ausreichend groß sind, um eine Schweißverbindung zwischen den Werkstücken zu bewirken;

Entspannen des Druckes und Beenden der Ultraschallenergiezufuhr in die Werkstücke; und

Entfernen der Werkstücke aus der Lage zwischen den Schweiß, elementen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Klemmeinrichtungen verwendet werden, die Ringklemmen umfassen, die um den Schweißamboß und die Schweißspitze -

herum vorgesehen sind, und daß die Werkstücke festgeklemmt werden, indem die Ringklemmen in Klemmrichtung zusammengezogen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißamboß in Richtung auf die Schweißspitze bewegbar ist, um einen Druck gegen die Werkstücke auszuüben.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste vorgegebene Druck und die erste vorgegebene Energiemenge ausreichend sind, um Oxidschichten von den Werkstücken zu entfernen.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißverbindung in Form eines kleines Punktes begonnen und dann fortschreitend auf die volle Größe erweitert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Einführung von Ultraschallenergie in die Werkstücke ein Anfangsdruck auf die Werkstücke ausgeübt wird, um zwischen den Werkstücken vorhandenes Klebematerial zu dispergieren.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anfangsdruck aufgebracht wird, der zwischen etwa 6,9 und 207 bar liegt.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste vorgegebene Druck zwischen etwa 35 und etwa 69 bar liegt.

9.Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daS das erste vorgegebene Energieniveau zwischen etwa 400 und etwa 1.500 W liegt.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite vorgegebene Druck zwischen etwa 35 und etwa 690 bar liegt.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Energieniveau zwischen etwa AOO und etwa 4.000 U liegt.

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Synchronisation der Schritte automatisch gesteuert und koordiniert wird.

13. Verfahren zum Aneinanderschweißen von Werkstücken unter Verwendung einer Ultraschallpunktschweißvorrichtung mit Schweißelementen, welche eine Schweißspitze

2Q und einen komplementären Schweißamboß umfassen, die beide an einem Schweißrahmen angebracht sind und zwischen die die zu verschweißenden Werkstücke zum Verschweißen eingeführt werden können, und mit Klemmeinrichtungen, durch die die zu verschweißenden Werkstücke zusammengespannt werden, um den SchweißVorgang durchzuführen und bei diesem Vorgang die Werkstücke ausgerichtet zu halten, wobei dieses Verfahren als automatisiertes und synchrones Verfahren zum Durchführen der folgenden Schritte eines zeitgesteuerten Schweißintervalles ausgebildet:

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Bewegen eines der Schweißelemente in Klenunrichtung auf das andere Schweißelement und Erfassen der Werkstücke;

Erzeugen eines zeitgesteuerten Hochdruckimpulses zwi sehen den Schweißelementen;

Verringern des Drucks zwischen den Schweißelementen; Zusammenklappen der Werkstücke;

Einführen von Hochfrequenz-Ultraschallenergie in die Werkstücke auf einem vorgegebenen Niveau; gleichzeitiges Erhöhen des Drucks und des Energieniveaus auf die Maximalwerte;
Lösen des Klemmdrucks und des Amboßdrucks; und Entfernen der Werkstücke.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß es des weiteren den Schritt der Einführung eines Metallbandes zwischen die Schweißspitze und die Werkstücke umfasst und daß dieses Metallband nach Beendigung eines jeden Schweißzyklus schrittweise eine vorgegebene Strecke über die Schweißspitze vorbewegt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das abgestimmte Schweißintervall durch Betätigung eines Fußschalters begonnen wird.

16. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß Druck und Energie in Phase auf ihre Maximalwerte erhöht werden.

17. Ultraschallschweißsystem mit einer Schweißspitze

und einem komplementär ausgebildeten Schweißamboß, zwischen die miteinander zu verschweißende Werkstücke einführbar sind, wobei die ' Werkstücke mit hochfrequenter Ultraschallenergie beaufschlagt werden, um eine Schweißverbindung herzustellen, und mit Klemmeinrichtungen zum Zusammenklemmen der Werkstücke vor dem Schweißvorgang und zum Aufrechterhalten der Ausrichtung der Werkstücke während des Schweißintervalls, dadurch gekennzeichnet, daß das System Synchronsteuereinrichtungen aufweist, um das System während eines zeitlich abgestimmten Schweißintervalles in Tätigkeit zu setzen, die einen Linearanstiegs-Funktionsgenerator und Modulator (functional linear ramp generator and modulator) (70) umfassen, der in der Lage ist, die Bewegung des Schweißamboßes (40) und der Klemmeinrichtungen (50, 60) und die Menge der in die Werkstücke (Wl, U2) eingeführten Ultraschallenergie synchron zu steuern.

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18. System nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der SchweißamboQ (40) und die Klemmeinrichtungen (50, 60) hydraulisch betätigbar sind.

19. System nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß des weiteren ein Metellbandtransportsystem (100) vorgesehen ist, um ein Metallband (105) zwischen der Schweißspitze (21) und den Werkstücken (Wl, W2) anzuordnen, und daß die Steuereinrichtungen des weiteren in der Lage sind, die Bewegung des Metallbandes (105) zu steuern, nachdem jeder Schweißvorgang durchgeführt worden ist.