DE3745065C1 - Verfahren zum Verbinden elektrischer Leiter und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verbinden elektrischer Leiter wie Litzen mittels Ultraschall entspre­ chend dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung schließt auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ein.

Für die Durchführung des vorstehenden Verfahrens geeignete Vorrichtungen sind bekannt (DE-OS 35 08 122, DE-OS 35 29 943). Nach dem Stande der Technik werden die durch Ultraschall­ schweißung zu verbindenden elektrischen Leiter nach dem Ein­ legen in den auf den gewünschten Querschnitt eingestellten Verdichtungsraum und dem Schließen desselben durch Horizontal­ verschiebung eines ersten Amboßteils (DE-OS 35 08 122) bzw. durch Vertikalverschiebung eines Riegels (DE-OS 35 29 943) ohne Veränderung der Breite des Verdichtungsraums durch Ver­ tikalverschiebung der zweiten und dritten Amboßfläche verdich­ tet und dabei den von der den Verdichtungsraum von unten be­ grenzenden Sonotrodenfläche ausgehenden Ultraschallschwingungen ausgesetzt.

Der hierdurch erzielte Leiterknoten besitzt den Querschnitt eines liegenden Rechtecks. Bei geeigneter Festlegung der Quer­ schnittsabmessungsverhältnisse und richtiger Verfahrensführung werden mit dem bekannten Verfahren gute Schweißergebnisse er­ zielt. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß die Verdichtung der Leiter über den Knotenquerschnitt nicht vollständig gleich­ mäßig ist. Insbesondere hängt der erzielbare Verdichtungsgrad von der Höhenlage der betrachteten Querschnittsstelle im Lei­ terknoten ab.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine zur Verfahrensdurchführung geeignete Vor­ richtung bereitzustellen, mit dessen bzw. deren Hilfe eine wei­ tere Vergleichmäßigung der Leiterverdichtung im Knotenquer­ schnitt erreichbar ist.

Die gestellte Aufgabe wird ausgehend von der eingangs ange­ gebenen Verfahrensgattung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die Besonderheit des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber dem Verfahren nach dem Stande der Technik besteht darin, daß die Verdichtungsbewegung eine überlagerte Bewegung ist, die sowohl in senkrechter als auch in horizontaler Richtung, und zwar bei Ultraschalleinwirkung erfolgt. Während der Verdich­ tung nimmt demgemäß sowohl die Höhe als auch die Breite des Leiterknotens ab. Es wurde gefunden, daß hiermit eine im we­ sentlichen über den vollen Leiterquerschnitt reichende sehr gleichmäßige Leiterverdichtung erhalten wird. Dementsprechend ist die Qualität der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ultraschallgeschweißten Leiterknoten ausgezeichnet.

Die Verschiebungen der drei Amboßflächen können gemäß Anspruch 2 zweckmäßig durch mechanische Kopplung vorgenommen werden.

Vom Stande der Technik (DE-OS 35 08 122) ausgehend umfaßt eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung zum Ver­ binden elektrischer Leiter wie Litzen durch Ultraschall die im Oberbegriff des Anspruchs 3 angegebenen Merkmale.

Hiervon ausgehend ist die erfindungsgemäße Vorrichtung durch die aus dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 3 hervorgehen­ den Merkmale gekennzeichnet.

Hierbei bestimmt die Bewegung des von nur einer Antriebsvor­ richtung angetriebenen Steuergliedes die Schiebebewegungen der beiden Amboßteile und damit auch des am zweiten Amboßteil verschiebbar gelagerten Querhaupts, wobei Schwenkbewegungen des dreiarmigen Hebels davon abgeleitete Verschiebebewegungen der beiden Amboßteile und damit auch des Querhaupts erzwingen.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung, die teil­ weise die Vorrichtungseinzelteile schematisiert angibt, näher beschrieben. Die Zeichnung zeigt die Ultraschallschweißvor­ richtung in Vorderansicht.

Von einer Sonotrode 1 ist dort nur der Sonotrodenkopf und die etwa horizontale Sonotrodenfläche 2 als Arbeitsfläche der Sonotrode dargestellt. Im übrigen ist die Sonotrode 1 so aus­ gebildet, wie das bei derartigen Ultraschallschweißvorrich­ tungen üblich ist. Oberhalb der Sonotrodenfläche 2 befindet sich ein an beiden Stirnseiten offener Verdichtungsraum 3, der während des Schweiß- und Verdichtungsvorganges seine Abmes­ sungen und seine Gestalt ändert. Gegenüber der als feststehend anzusehenden Sonotrode 1 sind die übrigen Werkzeugteile teils horizontal und teils vertikal verschiebbar, wie nachfolgend erläutert wird.

Unmittelbar oberhalb der Sonotrodenfläche 2 und diese in allen Stellungen mit engem Luftspalt 17 überlappend ist ein erstes Amboßteil 4 horizontal verschiebbar, d. h. parallel zur Sono­ trodenfläche 2 verschiebbar, angeordnet, an welchem sich eine erste Amboßfläche 5 befindet. Eine zweite Amboßfläche 6 liegt der Sonotrodenfläche 2 planparallel gegenüber und befindet sich an einem Querhaupt 7, welches horizontal verschiebbar an ei­ nem zweiten Amboßteil 8 gelagert ist. Das zweite Amboßteil 8 besitzt eine der ersten Amboßfläche 5 planparallel gegenüber­ liegende dritte Amboßfläche 9. Das zweite Amboßteil 8 ist un­ ter Einhaltung eines engen Luftspalts 18 zu der ihr benach­ barten Sonotrodenfläche vertikal verschiebbar gelagert.

Vor Beginn des Schweiß- und Verdichtungsvorganges befinden sich die Werkzeugteile in der in der Zeichnung gezeigten Stellung, in welcher das Amboßteil 4 bezogen auf die zeichnerische Dar­ stellung maximal nach links verschoben ist, so daß zwischen der ersten Amboßfläche 5 und einer ihr planparallel gegenüber­ liegenden Anschlagfläche 10 am Querhaupt 7 ein Einlegespalt 11 gebildet ist. Das zweite Amboßteil 8 und das daran verschieb­ bar gelagerte Querhaupt 7 befinden sich in ihrer angehobenen Stellung, in welcher zwischen der Sonotrodenfläche 2 und der zweiten Amboßfläche 6 der größte und ggf. einstellbare verti­ kale Abstand besteht.

Nach dem Einlegen der zu verschweißenden Leiter durch den Ein­ legespalt 11 hindurch wird der Verdichtungsraum 3 durch hori­ zontales Verschieben des ersten Amboßteils 4 bis zur druck­ losen Anlage der ersten Amboßfläche 5 an die Anschlagfläche 10 geschlossen.

Basisteil der Vorrichtung ist ein Montageblock 12, an welchem die Amboßteile 4 und 8 verschiebbar gelagert sind. Zu diesem Zweck ist das Amboßteil 4 mit einem Querschlitten 13 verschraubt, der an einem Führungsbett 14 des Montageblocks 12 horizontal verschiebbar geführt ist. An einem weiteren senkrecht ausge­ richteten Führungsbett 15 ist das zweite Amboßteil vertikal verschiebbar geführt. Das Querhaupt 7 ist an einem Führungs­ bett 16 des zweiten Amboßteils 8 horizontal verschiebbar ge­ führt. Die Luftspalte 17 und 18 zwischen dem ersten Amboßteil 4 und der Sonotrode 1 bzw. dem zweiten Amboßteil 8 und der Sonotrode 1 sind in der Zeichnung übertrieben groß dargestellt. Tatsächlich ist die Spaltbreite so gering, daß auch beim Ver­ schweißen feiner Litzen keine Litzen in die Luftspalte eintre­ ten können.

Die Schiebebewegung des Querhaupts 7 wird durch eine Antriebs­ vorrichtung bewirkt, die im wesentlichen aus einer Mitnehmer­ einrichtung 19 besteht, welche die vertikalen Bewegungen des zweiten Amboßteils 8 und des Querhaupts 7 mitmacht. An ein fest mit dem Querhaupt 7 verbundenen Steg 22 schließt ein nach unten gerichtetes Brückenteil 20 an, an dessen unterem Ende eine sich bezogen auf die Zeichnung nach links erstreckende An­ schlagstange 23 befestigt ist, welche vor dem Querschlitten 13 mit einem Anschlag 24 endet. An der Anschlagstange 23 befindet sich ein Vorsprung 25, dem mit Abstand ein am zweiten Amboß­ teil 8 befestigtes Gegenlager 26 gegenübersteht. Zwischen dem Vorsprung 25 und dem Gegenlager 26 ist eine als Schrauben­ druckfeder ausgebildete Rückstellfeder 27 eingespannt. In der dargestellten Öffnungsstellung des Verdichtungsraums 3 wird die mit Bezug auf die Zeichnung nach links gerichtete Rück­ stellverschiebung des Querhaupts 7 durch einen am Montageblock 12 befestigten Anschlag 28 begrenzt. Die Anordnung ist so ge­ troffen, daß beim Schließen des Verdichtungsraums 3, d. h. bei der Verschiebung des ersten Amboßteils 4 nach rechts der Querschlitten 13 auf den Anschlag 24 der Anschlagstange 23 auf­ trifft, bevor sich die erste Amboßfläche 5 gegen die Anschlag­ fläche 10 des Querhaupts 7 legen kann. Bei fortgesetzter Ver­ schiebung des ersten Amboßteils 4 nach rechts wird das Quer­ haupt 7 über die Mitnehmereinrichtung 19 ebenfalls nach rechts verschoben.

Die Bewegung der Werkzeugteile bewirkt ein Steuerglied. Dieses ist als dreiarmiger Hebel 46 ausgebildet, der an seinem mitt­ leren Bereich um einen am Montageblock 12 befestigten Schwenk­ bolzen 47 schwenkbar gelagert ist. Mit seinem nach unten wei­ senden Arm 48 ist der Hebel 46 mittels eines Lagerbolzens 49 an die Kolbenstange 50 einer beispielsweise pneumatisch be­ triebenen Zylinder- und -kolbenanordnung 51 angelenkt. Der Zy­ linder dieser Anordnung 51 ist über einen Lagerbolzen 75 schwenk­ bar mit dem Montageblock 12 verbunden.

Mit den Enden seiner beiden anderen Arme 52 und 53 greift der dreiarmige Hebel 46 in jeweils eine Ausnehmung 54 im Quer­ schlitten 13 bzw. 55 im zweiten Amboßteil 8 ein. Während die Ausnehmung 54 im Querschlitten 13 das zugeordnete Armende eng umschließt, ist die Ausnehmung 55 im zweiten Amboßteil 8 schlitzförmig ausgebildet, wobei das zugeordnete Armende in der in der Zeichnung dargestellten Öffnungsstellung des Ver­ dichtungsraums 3 sich im oberen Ende der schlitzförmigen Aus­ nehmung 55 befindet.

Aufgrund der beschriebenen Anordnung liegt die nachfolgend be­ schriebene Bewegungscharakteristik vor. Wird die Kolbenstange 50 in Richtung des Pfeils 56 bewegt, so verschwenken alle Arme des dreiarmigen Hebels 46 im Uhrzeigersinn. Während der nach oben gerichtete Arm 52 wegen des praktisch bestehenden Form­ schlusses mit der Ausnehmung 54 den Querschlitten 13 und damit das erste Amboßteil 4 sofort mit Bezug auf die Zeichnung nach rechts verschiebend mitnimmt, wandert das Ende des Arms 53 in der schlitzförmigen Ausnehmung 55 zunächst über einen Totweg, so daß das zweite Amboßteil 8 nicht nach unten verschoben wird. Hierbei sind geeignete Mittel vorgesehen, welche eine unbeab­ sichtigte Abwärtsverschiebung des zweiten Amboßteils 8 verhin­ dern, wenn sich das Ende des Arms 53 aus der in der Zeichnung gezeigten Stellung nach unten verlagert. Wenn das Ende des Arms 53 am unteren Ende der Ausnehmung 55 angekommen ist, wird das zweite Amboßteil 8 bei fortgesetzter Verschwenkung des dreiarmigen Hebels 46 im Uhrzeigersinn nach unten verschoben. Wegen des Formschlusses zwischen der Ausnehmung 54 und dem Ende des Arms 52 wird allerdings auch das erste Amboßteil 4 weiter horizontal nach rechts verschoben und nimmt dabei über die Mitnehmereinrichtung 19 das Querhaupt 7 mit. Überlagerte Hori­ zontal- und Vertikalverdichtungen werden daher gleichzeitig vorgenommen. Voraussetzung hierfür ist die erfindungsgemäße Verschiebbarkeit des Querhaupts 7 am zweiten Amboßteil 8.

Claims (3)

1. Verfahren zum Verbinden elektrischer Leiter wie Litzen mittels Ultraschall in einem querschnittsveränderbaren Ver­ dichtungsraum, der durch eine etwa horizontale Sonotroden­ fläche und drei relativ dazu teils in horizontaler und teils in vertikaler Richtung verschiebbare Amboßflächen begrenzt ist, wobei zunächst die elektrischen Leiter in den nach einer Seite hin geöffneten Verdichtungsraum eingelegt werden, wo­ rauf der Verdichtungsraum durch Verschieben der ersten Amboß­ fläche geschlossen wird, wonach die Höhe des Verdichtungsraums durch gemeinsames vertikales Verschieben der zweiten Amboß­ fläche, die der Sonotrodenfläche gegenüberliegt, und der dritten Amboßfläche, die der ersten Amboßfläche gegenüberliegt, unter Verdichtung der elektrischen Leiter verringert wird, wobei die Ultraschalleinwirkung während der Verdichtung vorgenommen wird, worauf schließlich der Verdichtungsraum durch Verschieben aller Amboßflächen in ihre Ausgangslage geöffnet und die ver­ bundenen Leiter daraus entnommen werden, dadurch gekennzeich­ net, daß die Verdichtung durch gemeinsames horizontales Ver­ schieben der ersten und zweiten Amboßfläche bei gleichzeitiger Fortsetzung der gemeinsamen Vertikalverschiebung der zweiten und dritten Amboßfläche durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebungen der drei Amboßflächen durch mechanische Kopplung vorgenommen werden.

3. Vorrichtung zum Verbinden elektrischer Leiter wie Litzen durch Ultraschall zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, umfassend eine Ultraschallschwingungen erzeugende Sonotrode, einen als Gegenwerkzeug dienenden mehr­ teiligen Amboß und einen von drei Amboßflächen und einer Sono­ trodenfläche begrenzten querschnittsveränderbaren Verdichtungs­ raum für die elektrischen Leiter, dessen Längsachse parallel zu den zu verbindenden Leitern verläuft und dessen Stirnsei­ ten zum Durchführen der Leiter geöffnet sind, wobei ein die erste Amboßfläche aufweisendes erstes Amboßteil parallel zu der Sonotrodenfläche und diese mit engem Luftspalt überlappend verschiebbar gelagert ist, während die zweite und dritte Am­ boßfläche an einem zweiten Amboßteil vorgesehen sind, welches entlang der der ersten Amboßfläche gegenüberliegenden dritten Amboßfläche unter Einhaltung eines engen Luftspalts zu einer ihr benachbarten parallelen Fläche der Sonotrode verschiebbar gelagert ist, und mit einem Querhaupt verbunden ist, an welchem sich die der Sonotrodenfläche gegenüberliegende zweite Amboß­ fläche und eine Anschlagfläche für die erste Amboßfläche be­ finden, wobei beide Amboßteile mit einer Antriebsvorrichtung für die Schiebebewegungen in Verbindung stehen, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das erste Amboßteil (4) und das zweite Am­ boßteil (8) eine gemeinsame Antriebsvorrichtung (51, 50) auf­ weisen, die an ein bewegbar gelagertes Steuerglied angreift, welches mit zwei Stellelementen versehen ist, die mit jeweils zugeordneten Gegenelementen am ersten und zweiten Amboßteil (4, 8) eingreifen, wobei das Steuerglied als dreiarmiger Hebel (46) ausgebildet ist, der an seinem mittleren Bereich um einen zur Längsachse des Verdichtungsraums (3) parallelen Schwenk­ bolzen (47) schwenkbar gelagert ist, mit einem Arm (48) an die ebenfalls schwenkbar gelagerte (75) Antriebsvorrichtung (51, 50) angelenkt ist und mit seinen beiden anderen Armen (52, 53), deren Enden die Stellelemente bilden, in die Gegenelemente bil­ dende Ausnehmungen (54, 55) in den beiden Amboßteilen (4, 8) oder in mit den Amboßteilen verbundenen Bauteilen (13) ein­ greifen.