DE3511629C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Verbinden bzw. Verdichten von Metallteilen wie elektrischen Leitern vorzugsweise in Form von Litzen umfassend eine Schallschwingungen erzeugende Sonotrode mit dieser zugeordneter Gegenelektrode und einem Verdichtungsraum mit Begrenzungsflächen, die von Abschnitten der Sonotrode und der Gegenelektrode sowie einem parallel zu dem Abschnitt der Sonotrode verschiebbaren Begrenzungselement gebildet sind.

Der DE-A 31 51 151 ist eine stationär ausgebildete Vorrichtung zum Verbinden bzw. Verdichten elektrischer Leiter zu entnehmen, bei der der Verdichtungsraum in bezug auf die Sonotrodenlängsachse außermittig und im Randbereich des Sonotrodenkopfes angeordnet ist. Dadurch bedingt wirken beim Schweißvorgang auf die Sonotrode nicht wünschenswerte Seitenkräfte.

Der nicht vorveröffentlichten DE-OS 35 08 122 ist eine Vorrichtung zum Verbinden elektrischer Leiter vorzugsweise in Form von Litzen zu entnehmen. Diese umfaßt eine Ultraschallschwingungen erzeugende Sonotrode mit dieser zugeordneter Gegenelektrode und einen Verdichtungsraum mit vier Begrenzungsflächen, die von Abschnitten der Sonotrode und der Gegenelektrode sowie einem parallel zu dem Abschnitt der Sonotrode verschiebbaren Begrenzungselement gebildet sind. Dabei ist dort die vierte Begrenzungsfläche von einem lösbar mit der Gegenelektrode verbindbaren Abstützelement gebildet, und der Abstand zwischen der vierten Begrenzungsfläche und der von dem Begrenzungselement gebildeten dritten Begrenzungsfläche ist automatisch auf die Erstreckung des wirksamen der Sonotrode zugeordneten Abschnitts der Gegenelektrode derart einstellbar, daß die Gegenelektrode entlang der dritten Begrenzungsfläche verschiebbar ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen vorbekannten Art so auszubilden, daß mit konstruktiv einfachen Mitteln der Verdichtungsraum problemlos an die zu verbindenden bzw. zu verdichtenden elektrischen Leiter angepaßt werden kann, ohne daß die Gefahr besteht, daß die den Verdichtungsraum begrenzenden Flächen den Schweiß- bzw. den Verdichtungsprozeß behindern.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine weitere (vierte) Begrenzungsfläche von einem lösbar mit der Gegenelektrode verbindbaren Abstützelement gebildet ist, daß der Abstand zwischen der vierten Begrenzungsfläche und der von dem Begrenzungselement gebildeten (dritte) Begrenzungsfläche automatisch auf die Erstreckung des wirksamen der Sonotrode zugeordneten Abschnitts der Gegenelektrode derart einstellbar ist, daß die Gegenelektrode entlang der dritten Begrenzungsfläche verschiebbar ist, und daß die Gegenelektrode oder ein von dieser ausgehendes Element eine in bezug auf die für den Schweiß- bzw. Verdichtungsvorgang erforderliche Bewegungsrichtung verlaufende Schräge oder Stellkurve aufweist, die entlang einer ihr zugeordneten Schräge oder Stellkurve zur Einstellung der Höhe und Breite des Verdichtungsraumes verschiebbar ist. Mit anderen Worten wird durch den erfindungsgemäßen Vorschlag sichergestellt, daß beim Bewegen der auch als Amboß oder Gegenelement zu bezeichnenden Gegenelektrode in Richtung auf die Sonotrode ein Kollidieren mit den seitlichen Begrenzungswänden des Verdichtungsraums nicht erfolgt, wobei die wirksame Fläche der Gegenelektrode, also die von dieser zur Verfügung gestellten Begrenzungsfläche des Verdichtungsraumes variiert werden kann, ohne daß ein zusätzliches Einstellen oder Verändern der weiteren seitlichen Begrenzungsflächen erforderlich ist. Die stufenlose Verstellung der Gegenelektrode in den zur Einstellung der Höhe und Breite des Verdichtungsraumes in Abhängigkeit von den zu verbindenden bzw. zu verdichtenden elektrischen Leitern erfolgt dadurch, daß eine schräg oder kurvenförmig zur Begrenzungsfläche der Sonotrode verlaufende Fläche des Anschlagelementes oder eines entsprechenden Elementes mit einer zugeordneten von der Gegenelektrode ausgehenden Schräge oder Stellkurve zusammenwirkt, um so bei einem Verschieben entlang der aufeinadergleitenden Flächen die Gegenelektrode in bezug auf die Sonotrode in Höhe und Wirklänge einzustellen. Mit anderen Worten kann z. B. durch die Steigung der Stellkurve der im Querschnitt Rechteckform aufweisende Verdichtungsraum auf die Metallteile genau eingestellt werden.

In Ausgestaltung der Erfindung geht ein Distanzhalter von der Gegenelektrode mittelbar oder unmittelbar aus, der zur Einhaltung eines definierten Abstandes mittelbar oder unmittelbar mit dem Begrenzungselement wechselwirkt. Dabei erfolgt ein Zusammenwirken derart, daß das Begrenzungselement nur dann verschoben wird, wenn die Gegenelektrode eine parallel zu der von der Sonotrode zur Verfügung gestellten Begrenzungsfläche verlaufende Bewegungskomponente erfährt. Wird dagegen die Gegenelektrode senkrecht zu der Sonotrodenwirkfläche bewegt, also beim Einstellen der Höhe des Verdichtungsraumes oder beim Schweiß- bzw. Verdichtungsvorgang selbst, so verharrt das mit dem Distanzhalter wechselwirkende Begrenzungselement unverrückbar in seiner Position.

Während des Schweiß- bzw. Verdichtungsvorganges sind die Gegenelektrode und das Abstützelement z. B. durch Verriegeln miteinander verbunden, so daß die von der Gegenelektrode auf die Leiter einwirkende Kraft über das Abstützelement erzeugt wird.

Gegenelektrode und Abstützelement können dabei formschlüssig ineinandergreifen, um so ein problemloses Festlegen zu erzielen.

Ferner kann eine Gegenelektrode oder ein von diesem ausgehendes Element mit einem Anschlagelement wechselwirken, das vorzugsweise mit dem Abstützelement lösbar verbunden ist. Dabei kann das Anschlagelement derart mit der Gegenelektrode bzw. mit dem von diesem ausgehenden Element wechselwirken, daß die Höhe des Verdichtungsraumes vorgegeben wird, um die Hubbewegung der Gegenelektrode beim Schweiß- bzw. Verdichtungsvorgang sinnvoll zu begrenzen. Hierzu kann die Gegenelektrode eine stufenförmige in bezug auf ihre Hubbewegung beim Schweiß- und Verdichtungsvorgang schräg verlaufende Ebene aufweisen, die zur Einstellung der Höhe des Verdichtungsraums mit dem Anschlagelement wechselwirkt. Wird die Gegenelektrode parallel zur Begrenzungsfläche der Sonotrode verschoben, so erfolgt eine Verbreitung des Verdichtungsraumes. Erfindungsgemäß wird im gleichen Maße das Begrenzungselement verschoben, damit die Elektrode beim Schweiß- bzw. Verdichtungsvorgang durch das Begrenzungselement nicht behindert wird. Dabei sind die freien aneinandergrenzenden Bereiche von Gegenelektrode und Begrenzungselement so aufeinander ausgerichtet, daß bei geschlossenem Verdichtungsraum deren Abstand minimal ist, um zu verhindern, daß die elektrischen Leiter während der Ultraschalleinwirkung seitlich aus dem Verdichtungsraum gleiten können.

Weiterbildende Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels.

Die in der einzigen Figur wiedergegebene schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung umfaßt eine senkrecht zur Zeichenebene schwingende Sonotrode 10, ein dieser zugeordneten Gegenelement, das auch als Gegenelektrode 12 oder Amboß bezeichnet werden kann und lösbar von einem Abstützelement 14 aufgenommen ist, sowie ein Begrenzungselement 16. Diese Elemente stellen Begrenzungsflächen 18, 20, 22 und 24 für einen Verdichtungsraum 26 zur Verfügung, in den nicht dargestellte elektrische Leiter wie Litzen eingebracht werden, um durch über die von der Sonotrode 10 übertragenen Ultraschallschwingungen verschweißt bzw. verdichtet zu werden. Damit die Gegenelektrode 12 beim Herabsenken, also Schließen des Verdichtungsraumes 26 durch den vorderen, die Begrenzungsfläche 24 aufweisenden Bereich des Begrenzungselementes 16 nicht behindert wird, ist erfindungsgemäß die Gegenelektrode 12 mit dem Begrenzungselement 16 über einen Distanzhalter 28 lösbar verbunden. Hierdurch soll erreicht werden, daß unabhängig von der Stellung des vorderen Endes 30 der Gegenelektrode 12 die Begrenzungsfläche 24 des Begrenzungselementes 16 hierzu einen konstanten, vorgebbaren Abstand einhält, so daß ein Bewegen entlang der Fläche 24 möglich ist (z. B. durch gestrichelte Darstellung angedeutet). Hierzu geht der Distanzhalter 28 von einem mit der Gegenelektrode 12 verbundenen oder einen Abschnitt von dieser bildenden Elementen 30 aus und wird mit seinem vorderen Ende 32 entlang einer parallel zur Verschiebebewegung des Abstützelementes 14 verlaufende Fläche 34 geführt, wobei auf das Begrenzungselement 16 stets eine Kraft in Richtung des Distanzhalters 28 wirkt. Dadurch ist sichergestellt, daß das Begrenzungselement 16 im gleichen Umfang eine parallel zur Begrenzungsfläche 18 der Sonotrode 10 verlaufende Bewegung wie die Gegenelektrode 12 vollführt, unabhängig davon, ob die Gegenelektrode gleichzeitig einer hierzu vertikal verlaufenden Bewegungskomponente unterworfen ist oder nicht.

Vorzugsweise wird die den Verdichtungsraum 26 verschließende bzw. diesen öffnende Hubbewegung der Gegenelektrode 12 über eine Wirkverbindung mit dem Abstützelement 14 hervorgerufen, d. h. durch Verklammerung oder ähnliches sind Elektrode und Abstützelement 14 fest miteinander verbunden, damit die für den Schweiß- bzw. Verdichtungsvorgang von der Gegenelektrode 12 auf die elektrischen Leiter abzugebende Kraft durch das Abstützelement 14 hervorgerufen werden kann. Dadurch ist eine problemlose Lagerung der Gegenelektrode 12 und des Elementes 30, von dem der Distanzhalter 28 ausgeht, möglich.

Wie die Figur des weiteren verdeutlicht, erfolgt zwischen Abstützelement 14 und Gegenelektrode 12 ein Formschluß, um so ein einfaches Festlegen zu erzielen.

Dieser Formschluß wird durch in der dem Abstützelement 14 zugewandten Fläche 36 der Gegenelektrode vorhandene Erhebungen und Vertiefungen erzielt, die mit korrespondierenden Vertiefungen und Erhebungen der zugeordneten Fläche 38 des Abstützelementes wechselwirken. Dabei steht eine Anzahl von Erhebungen und Vertiefungen zur Verfügung, daß die Gegenelektrode 12 in bezug auf das Abstützelement 14 einen mehr oder weniger großen Wirkbereich als Begrenzungsfläche 20 für den Verdichtungsraum 26 zur Verfügung stellt. Mit anderen Worten kann durch das Zusammenwirken der Flächen 36 und 38 im gewünschten Umfang die Breite des Verdichtungsraumes 28 eingestellt werden. Im gleichen Umfang wird erwähntermaßen das Begrenzungselement 16 mit der den Verdichtungsraum 26 seitlich begrenzenden Fläche 24 verschoben.

Aber auch eine Höhenverstellung des Verdichtungsraumes 26 ist möglich. Hierzu kann ein Anschlagelement 40 höhenverstellbar zu dem Abstützelement 14 angeordnet sein, um mit einem Randbereich 42 mit einer Stufen aufweisenden Schräge 44 wechselzuwirken, die von der Fläche 36 der Gegenelektrode 12 ausgeht. Selbstverständlich ist in diesem Fall das Abstützelement 14 von der Gegenelektrode 12 gelöst. Je nach Lage des Anschlagelementes 40 und je nachdem, welche der Stufen der Schräge 40 mit der Kante 42 wechselwirkt, wird die Höhe und gegebenenfalls auch die Breite des Verdichtungsraumes 26 eingestellt, wobei eine möglichst gute Anpassung an die in den Verdichtungsraum 26 einzubringenden elektrischen Leiter gewünscht wird.

In der Figur ist in gestrichelter Darstellung eine Position dargestellt, in der eine Stufe der Schräge 44 mit der Kante 42 des Anschlagelementes 40 wechselwirkt und im Vergleich zu der ausgezogenen Darstellung einen Verdichtungsraum 26 geringerer Höhe zur Verfügung stellt.

Sobald der Verdichtungsraum 26 in seinem Querschnitt eingestellt ist, kann das Abstützelement 14 mit der Gegenelektrode 12 und dem Anschlagelement 40 verbunden werden.

Alternativ besteht die Möglichkeit, eine stufenlose Veränderbarkeit des Verdichtungsraumes 26 zu erreichen. Hierzu geht von der Gegenelektrode 12 eine in bezug auf ihre Hubbewegung schräg verlaufende Fläche oder z. B. Stellkurve aus, die mit einem eine Fläche komplementärer Geometrie ausweisenden Element wechselwirkt, um so bei Verschieben der Flächen aufeinander die Höhe und auch den Abstand des vorderen freien Endes 30 der Gegenelektrode 12 zu dem Anschlagelement 14 und der Sonotrode 10, zu verändern. Dabei kann so vorgegangen werden, daß zunächst ein Verdichtungsraum maximalen Querschnitts vorgegeben wird, in den zu verbindende bzw. zu verdichtende Metallelemente wie elektrische Leiter eingebracht werden. Sodann wird die Gegenelektrode 12 entlang der Schrägen bewegt, bis sich ein Widerstand aufbaut, der grundsätzlich durch Wechselwirken der Begrenzungsfläche 24 mit den eingebrachten elektrischen Leitern hervorgerufen wird. Dadurch ist eine in bezug auf die Leiter optimale Breite des Verdichtungsraumes 26 vorgegeben. Sodann kann durch Entkoppeln der Schrägen und anschließendes Verbinden von Abstützelement 14 und Gegenelektrode 12 der Arbeitshub durchgeführt werden, um so den Verdichtungsraum 26 von oben her zu schließen und den Schweiß- bzw. Verdichtungsprozeß bei in Schwingungen versetzter Sonotrode durchzuführen. (Hier sei erwähnt, daß zum Einlegen bzw. Entfernen der Metallteile das Begrenzungselement 16 von dem Distanzhalter 28 weggezogen wird, um den Verdichtungsraum 26 zu öffnen. Danach wird das Begrenzungselement 16 auf die Metallteile zu bewegt, bis die Fläche 34 den Distanzhalter 28 berührt. Sodann erfolgt der Arbeitshub des Gegenelementes 12, und die Sonotrode 10 wird in Schwingung versetzt.)

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung wird demzufolge die Möglichkeit geschaffen, problemlos elektrische Leiter unterschiedlicher Querschnitte miteinander zu verbinden, wobei eine Anpassung des Verdichtungsraumes auf die unterschiedlichen Querschnitte ohne konstruktiven Aufwand möglich ist, wobei gleichzeitig sichergestellt ist, daß die einzelnen den Verdichtungsraum begrenzenden Flächen während des Schweiß- bzw. Verdichtungsprozesses nicht zu einer gegenseitigen Behinderung führen. Dies wird dadurch erreicht, daß zwei aneinandergrenzende einen rechten Winkel einschließende Begrenzungsflächen des Verdichtungsraumes von einem Abschnitt der Gegenelektrode und einen den Hub hervorrufenden Abstützelement, das entlang der Seitenfläche der Sonotrode verschiebbar ist, eine weitere untere Begrenzungsfläche von einem Abschnitt der Sonotrode selbst und die verbleibende vierte Begrenzungsfläche von einem parallel und entlang der wirksamen Sonotrodenfläche verschiebbar angeordneten Begrenzungselement zur Verfügung gestellt werden, die in bezug auf die wirksame Fläche der Gegenelektrode stets eine definierte geometrische Zuordnung aufweist.

Claims (7)

1. Vorrichtung zum Verbinden bzw. Verdichten von Metallteilen wie elektrischen Leitern vorzugsweise in Form von Litzen, umfassend eine Ultraschallschwingungen erzeugende Sonotrode mit dieser zugeordneter Gegenelektrode und einen Verdichtungsraum mit Begrenzungsflächen, die von Abschnitten der Sonotrode und der Gegenelektrode sowie einem parallel zu dem Abschnitt der Sonotrode verschiebbaren Begrenzungselement gebildet sind, dadurch gekennzeichnet,
daß eine weitere (vierte) Begrenzungsfläche (22) von einem lösbar mit der Gegenelektrode (12) verbindbaren Abstützelement (14) gebildet ist,
daß der Abstand zwischen der vierten Begrenzungsfläche (22) und der von dem Begrenzungselement (16) gebildeten dritten Begrenzungsfläche (24) automatisch auf die Erstreckung des wirksamen der Sonotrode (10) zugeordneten Abschnitts der Gegenelektrode derart einstellbar ist, daß die Gegenelektrode entlang der dritten Begrenzungsfläche (24) verschiebbar ist, und daß
die Gegenelektrode (12) oder ein von dieser ausgehendes Element eine in bezug auf die für den Schweiß- bzw. Verdichtungsvorgang erforderliche Bewegungsrichtung verlaufende Schräge oder Stellkurve aufweist, die entlang einer ihr zugeordneten Schräge oder Stellkurve zur Einstellung der Höhe und Breite des Verdichtungsraumes (26) verschiebbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Distanzschalter (28) von der Gegenelektrode (12) mittelbar oder unmittelbar ausgeht, der zur Einhaltung eines definierten Abstands mittelbar oder unmittelbar mit dem Begrenzungselement (16) wechselwirkt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der wirksame dem Sonotrodenabschnitt (18) zugeordnete die zweite Begrenzungsfläche (20) des Verdichtungsraumes (26) bildende Abschnitt der Gegenelektrode (12) als auch der Abstand zwischen diesen in Abhängigkeit auf die zu verbindenden bzw. zu verdichtenden Leitern einstellbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausrichtung des wirksamen Abschnittes der Gegenelektrode (12) auf die Sonotrode (10) die Gegenelektrode oder ein von dieser ausgehendes Element entlang einer Fläche (38) des Abstützelementes (14) verschiebbar angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstützelement (14) lösbar mit einem Anschlagelement (40) verbunden ist, mit dem die Gegenelektrode (12) unmittelbar oder mittelbar zur Einstellung des Verdichtungsraumquerschnitts wechselwirkt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenelektrode (12) oder ein von dieser ausgehendes Element eine zu der für den Schweiß- bzw. Verdichtungsvorgang erforderlichen Bewegungsrichtung schräg, z. B. kurvenförmig verlaufende Fläche (44) aufweist, die zur Einstellung der Höhe und gegebenenfalls der Breite des Verdichtungsraumes (26) mit dem Anschlagelement (40) wechselwirkt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Distanzhalter (28) derart mit dem Begrenzungselement (16) wechselwirkt, daß dieses ausschließlich bei einer in bezug auf die für den Schweiß- bzw. Verdichtungsprozeß erforderlichen Bewegungsrichtung der Gegenelektrode (12) senkrecht verlaufenden Bewegungskomponente entlang des der Gegenelektrode zugeordneten Abschnitts (18) der Sonotrode (10) verschiebbar ist.