DE3529943A1 - Werkzeug einer ultraschallschweissvorrichtung fuer metallische werkstuecke - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Werkzeug einer Ultraschallschweißvorrichtung für metallische Werk­ stücke, insbesondere zum Verbinden von Drähten und/oder Litzen, bei welchem einer Sonotrode als aktiver Schweißelektrode wenigstens ein Amboß als Gegenelek­ trode zugeordnet ist, welche beide zur Bildung eines Verdichtungsraumes relativ zueinander bewegbar sind, wobei wenigstens der Amboß ein Winkelstück aufweist.

Die Ultraschallverschweißung von metallischen Werk­ stücken, insbesondere auch von Drähten und/oder Litzen, ist vom Stand der Technik vorbekannt. Übliche Ultra­ schallschweißgeräte haben neben dem eigentlichen Schallerzeugungssystem jeweils als aktive Elektrode eine sogenannte Ultraschallsonotrode zur Übertragung der Ultraschallschwingungen und als passive Elektrode einen sogenannten Ultraschallamboß, welche zusammen das Werkzeug für die zu verschweißenden Teile bilden. Aus der DE-PS 31 51 151 ist eine Vorrichtung der eingangs genannten Art speziell zum Verbinden zweier metalli­ scher Leiter vorbekannt, bei der die Sonotrode an der Umfangsfläche zumindest eine den zu verbindenden Lei­ tern angepaßte Ausnehmung aufweist, die von einer Sono­ trodenrandfläche ausgeht, entlang der eine einen der Ausnehmung angepaßten Vorsprung aufweisende Fläche des Ambosses verschiebbar ist, und bei der in der die Lei­ ter verbindenden Stellung von Sonotrode und Amboß die Ausnehmung und der zugeordnete Vorsprung eine parallel oder nahezu parallel zur Sonotrodenschwingungsachse verlaufende, an seinen Stirnseiten zum Durchführen der Leiter geöffnete, einen Verdichtungsraum darstellenden Hohlraum bildet. Ausnehmung der Sonotrode und Vorsprung des Ambosses sollen also derart abgestimmt sein, daß durch Zusammenwirken von Sonotrode und Amboß die Ver­ schweißung der metallischen Leiter erfolgt.

Gegenüber dem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Werkzeug für eine Ultraschall­ schweißvorrichtung zu schaffen, bei dem die Sonotrode eine glatte Umfangsfläche haben kann. Mit diesem Werk­ zeug sollen speziell Längsverbindungen einer Vielzahl von Einzelleitern herstellbar sein.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem Amboß ein Riegel zugeordnet ist, der den Verdichtungs­ raum seitlich abschließt, und der im wesentlichen in senkrechter Richtung zur Arbeitsfläche der Sonotrode bewegbar ist. Vorzugsweise ist der Riegel in der glei­ chen Richtung wie der Amboß bewegbar.

Durch die Erfindung ist erreicht, daß die Sonotrode keine Ausnehmungen an der Sonotrodenumfangsfläche zu haben braucht. Gleichermaßen ist aber eine optimal einfache Handhabung vor der Verschweißung gewährlei­ stet: Bei hochgefahrenem Amboß und Begrenzungsriegel lassen sich Drähte und/oder Litzen ohne Gefahr von Fingerverletzungen durch Einklemmen in den Arbeitsraum einbringen, welcher anschließend durch Zusammenbewegen von Amboß und Sonotrode einerseits mit entsprechender Bewegung des Riegels andererseits als Verdichtungsraum arbeitet.

Im Rahmen der Erfindung erfolgt die Bewegung des Riegels in Koordination mit der Amboßbewegung; dadurch kann erreicht werden, daß vor dem eigentlichen Verdich­ ten der Arbeitsraum bereits seitlich abgeschlossen wird, so daß die Drähte bei der Verschweißung nicht ausweichen können. Es können Mittel zum Überwachen der Verschlußposition des Riegels vorhanden sein.

In vorteilhafter Ausbildung der Erfindung kann der Riegel im Winkelstück des Ambosses gelagert und dem­ gegenüber linear verschiebbar sein. Der Riegel kann aber auch separat verkippbar gelagert sein, wobei die Kippbewegung im wesentlichen in gleicher Richtung wie die Verschiebebewegung des Ambosses erfolgt. Das Win­ kelstück des Ambosses kann in seiner Ausliegerlänge veränderbar sein, so daß insgesamt der Arbeits- bzw. Verdichtungsraum auf das aktuelle Schweißproblem ein­ stellbar ist.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Aus­ führungsbeispielen. Es zeigt

Fig. 1 die wesentlichen Elemente eines erfindungsge­ mäßen Werkzeuges in perspektivischer Darstel­ lung,

Fig. 2 ein Werkzeug mit im Amboß verschiebbar gelager­ ten Riegel in Schnittdarstellung und

Fig. 3 ein Werkzeug mit gegenüber dem Amboß verkippbar gelagerten Riegel in Schnittdarstellung.

In Fig. 1 ist der proximale Abschnitt eines Sonotro­ denkörpers 1 gezeigt, welcher üblicherweise etwa zylindrisch ausgebildet ist und einen Sonotrodenkopf 2 trägt, der als Quader mit quadratischer Grundfläche ausgeformt ist. Die Sonotrode 1 weist eine Symmetrie­ achse I auf, welche die Schwingungsachse des Ultra­ schalls darstellt. Die Umfangsfläche des Sonotroden­ kopfes 2 ist mit 10 bezeichnet. Der Sonotrode ist seitlich ein verschiebbarer Amboß 13 zugeordnet. Der Amboß 13 ist mit einem Winkelstück 16 derart ausge­ bildet, daß bei seitlicher Führung des Ambosses 13 das Winkelstück über der Umfangsfläche 10 des Sonotroden­ kopfes 12 geführt ist, wodurch ein Arbeitsraum 11 ge­ bildet wird. Durch Abwärtsbewegung des Ambosses 13 wird der Arbeitsraum 11 in seiner Höhe verringert, wobei in diesem Verdichtungsraum durch Ultraschallein­ wirkung die Verschweißung von eingelegten Drähten und/ oder Litzen erfolgen kann. Damit Drähte seitlich nicht ausweichen können, ist ein Riegel 17 vorhanden, der parallel zum Amboß 13 geführt ist und in der gleichen Richtung wie der Amboß 13 bewegbar ist. Der Riegel 17 bildet also einen senkrecht zur Sonotrodenfläche 10 an­ geordneten Schieber.

Bei der so beschriebenen Vorrichtung ist bei hochge­ schobenen Amboß 13 und geöffnetem Riegel 17 ein opti­ maler Zugang zum Arbeitsraum 11 gegeben. Vor dem eigentlichen Schweißvorgang wird zunächst der Riegel 17 nach unten geschoben, so daß der Arbeitsraum 11 ge­ schlossen wird. Anschließend erfolgt durch die Abwärts­ bewegung des Ambosses 13 die Verdichtung mit gleich­ zeitiger Ultraschalleinwirkung, wodurch die Drähte ver­ schweißt werden.

In Fig. 2 ist das Werkzeug auf einer Grundplatte 20 aufgebaut, die gleichermaßen eine Halterung 21 für eine Sonotrode 22 mit Arbeitsfläche 220 und einen dazu parallel geführten Amboß 23 bildet. Für letzteren ist auf der Grundplatte 21 ein Zylindergehäuse 24 ange­ bracht. Die Sonotrode 22 ist derart befestigt, daß ihre Lagerung in den Schwingungsknotenebenen erfolgt und somit ein freies Schwingen möglich ist.

Zur Höhenverschiebung des Ambosses 23 ist eine Antriebsleiste 25 vorhanden. Auf dem Amboß 23 ist oben ein Querausleger 26 befestigt. In einer Öffnung des Querauslegers 26 ist ein Riegel 27 höhenverschieb­ bar geführt, wozu entsprechende Antriebs- und Steuer­ mittel vorhanden sind. Seitlich ist dem Riegel ein induktiver Näherungsschalter 28 zugeordnet, mit dem die Verschiebeposition des Riegels erfaßt und damit die exakte Verschlußposition festgestellt werden kann. Ver­ schweißfehler durch seitlich ausweichende Drahtenden können somit ausgeschlossen werden.

Die Auslegerlänge des Winkelstückes 26 läßt sich mit Hilfe eines manuellen Justiergliedes 31 verändern. Wei­ terhin ist ein Versteifungselement 32 vorhanden, mit dem der Riegel 27 an das Zylindergehäuse 24 gekoppelt ist. Zur manuellen Verschiebung des Riegels 27 ist ein Betätigungselement 34 vorhanden, das gegenüber dem Versteifungselement unter Federdruck gelagert ist. Ein Stift 36 sorgt für eine automatische Tiefenbegrenzung beim Herabschieben des Riegels 27. Die Arbeitsfläche 220 der Sonotrode, Amboß 23 mit Winkelstück 46 und der schieberartig ausgebildete Riegel 27 begrenzen den Arbeitsraum.

In Fig. 3 sind auf einer Grundplatte 40 Halterungsmit­ tel 41 für eine Sonotrode 42 mit Arbeitsfläche 420 und einen Amboß 43 befestigt, die entsprechend Fig. 2 auf­ gebaut sind. Dazu ist ein Zylindergehäuse 44 und eine Antriebsleiste 45 für die Amboßbewegung vorhanden.

Bei dieser Ausführungsform ist am oberen Ende des Ambosses 43 ein klinkenartiges Auslegerelement 46 befe­ stigt, das an seiner dem Arbeitsraum abgewandten Fläche eine abgerundete Kante aufweist. Ein zugehöriger Riegel 47 ist entsprechend ausgebildet und über ein Führungs­ element 48 mit einer separaten Kippeinrichtung aus Pneumatikzylinder 49 und Zylinderhalterung 50 als Gegenlager verbunden. Die Arbeitsfläche 420 der Sono­ trode, Amboß 43 mit Ausleger 46 und der klinkenartig ausgebildeten Riegel 47 begrenzen den Arbeitsraum. Diese Breite ist über einen Führungsklotz 55 und einen Verstellschieber 57 einstellbar.

In Fig. 2 ist der Arbeits- bzw. Verdichtungsraum im geöffneten Zustand und in Fig. 3 im geschlossenen Zu­ stand dargestellt. Es ist ersichtlich, daß der Arbeits­ raum entweder durch eine Linearverschiebung des Riegels 27 gegenüber dem Auslegerelement 26 geschlossen werden kann oder aber durch Verschwenken des klinkenartigen Riegels 47 gegenüber dem linear bewegten Amboß 43. Bei beiden Ausführungsformen kann der Verdichtungsraum in seiner Querschnittsfläche verändert werden.

Die Bewegung des Ambosses und des zugehörigen Riegels erfolgt über einen nicht im einzelnen dargestellten Antrieb. Dabei wird die Bewegung zweckmäßigerweise derart gesteuert, daß zunächst der Riegel geschlossen und anschließend der Amboß bewegt wird. Besonders vor­ teilhaft ist dabei, daß die Schließstellung des Riegels überwacht werden kann, wodurch seitlich heraustretende Drähte, die zu fehlerhaften Schweißverbindungen führen würden, erkannt werden können.

Claims (7)

1. Werkzeug einer Ultraschallschweißvorrichtung für metallische Werkstücke, insbesondere zum Verbinden von Drähten und/oder Litzen, bei welchem einer Sonotrode als aktiver Schweißelektrode wenigstens ein Amboß als Gegenelektrode zugeordnet ist, welche beide zur Bildung eines Verdichtungsraumes relativ zueinander bewegbar sind, wobei wenigstens der Amboß ein Winkelstück auf­ weist, dadurch gekennzeichnet, daß dem Amboß (13, 23, 43,) ein Riegel (17, 27, 47) zugeordnet ist, der den Verdichtungsraum abschließt, und der im wesentlichen in senkrechter Richtung zur Arbeitsfläche (10, 220, 420) der Sonotrode (10, 22, 42) bewegbar ist.

2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Riegel (17, 27, 47) in der gleichen Richtung wie der Amboß (13, 23, 43) bewegbar ist.

3. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des Riegels (17, 27, 47) koordiniert mit der Bewegung des Ambosses (13, 23, 43) erfolgt.

4. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Riegel (17, 27, 47) Mittel zur Überwachung der Verschlußposition mit der Arbeitsfläche (10, 220, 420) der Sonotrode (1, 22, 42) zugeordnet sind.

5. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Riegel (27) im Winkelstück (26) des Ambosses (22) gelagert und dem­ gegenüber linear verschiebbar ist.

6. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Riegel (47) separat verkippbar gelagert ist.

7. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Winkelstück (26) in seiner Auslegerlänge veränderbar ist.