DE8406277U1

DE8406277U1 - Werkzeug einer Ultraschallschweißvorrichtung für metallische Werkstücke

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Publication number: DE8406277U1
Application number: DE19848406277
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1984-02-29
Filing date: 1984-02-29
Publication date: 1986-05-07

Description

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Siemens Aktiengesellsehaft Unset Zeichen Berlin und München VPA 84 P 3 O 7 1 0g

S Werkzeug einer Uitraschallsehwelßvorriehtung für metallische Werkstücke

Sie Erfindung betrifft das Werkzeug einer Ultraschallschweißvorrichtung für metallische Werkstücke, insbesondere zum Verbinden von Drähten und/oder Litzen, bei welehern einer Sonotrode als aktiver Sehweißelektrode weniger χ stens ein Amboß als Gegenelektrode zugeordnet ist, welche beide zur Bildung eines Verdichtungsraumes relativ zueinander bewegbar sind, wobei an der Sonotrode wenigstens

1S eine Ausnehmung vorhanden ist.

Die ültrasGhallverschweißung von metallischen Werkstücken, insbesondere auch von Drähten und/oder Litzen, ist vom Stand der Technik vorbekannt, übliche Ultraschallschweißgeräte haben neben dem eigentlichen Schal ler aeugungsey stent jeweils als aktive Elektrode eine sogenannte Sonotrode zur übertragung der Ultrasehallschwingungen und als passive Elektrode einen sogenannten Amboß, die Werkzeuge für die zu verschweißenden Teile bilden. Aus der DE-OS 31 51 1S1 V 25 ist eine Vorrichtung der eingangs genannten Art speziell zum Verbinden zweier metallischer Leiter vorbekannt, bei der die Sonotrode an der Umfangsflache zumindest eine den zu verbindenden Leitern angepaßte Ausnehmung auf* weist, die von einer Sonotrodenratidflache ausgeht, ent-

aufweisende Fläche des Ambosses verschiebbar ist, wobei in der die Leiter verbindenden Stellung v@n Sonotrode und Amboß die Ausnehmung und der zugeordnete eine parallel oder naaezu parallel zur Sonotrodensehwingungsaehse verlaufende an

Wht 2 Gr / 27*02.1984

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seinen Stirnseiten zum Duffohfuhren des Leiter geöffneten, einen Verdichtungsraum darstellenden Hohlraum bildet« Dabei sollen Vorsprung und Ausnehmung derart aufeinander abgestimmt sein, daß durch Wechselwirkung von Sono-S trode und Amboß die Verschweißung der metallischen Leiter erfolgen kann.

Beim Stand der Technik wird als vorteilhaft angesehen, daß die zu verbindenden Leiter nur noch in den Verdichtungsraum eingebracht zu werden brauchen, um sie anschließend verbinden zu können. Nachteilig ist allerdings bei einer Vorrichtung mit derart ausgebildeter Sonotrode, daß deren Handhabung zusammen mit dem zugehöri gen Amboß gemeinsam mit der gesamten Schweißvorrichtung noch relativ umständlich ist. Bei konkreter Realisierung eines solohen Qertttes besteht die als Sehweißzange bezeichnete vorrichtung ame einem Chassis, auf dem einerseits doe aohwiogunveeyetem mit Wandler, Sod und gegeb«tufinfalle Traaefoirmetioneetttak end af^wreoreelte dear

M Ainbeß gelagert let. Dabei wird epeeiell dear Amboß in einen w- oder Drehieejer gefftthrt, de die ReelimLmttvtOK einer 8ehw»nlib>wogw>q leienter en behecreetten ist al« eine Pexellelvemetiiebiing. Die Leeereinrieh-

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vorliegender Erfindung ist «β, bei de* »enotrotie weitere Verbesserungen zu schaffen, io Ami eine Ultra« schaLlachweiß'verriehfeung aufgebaut «pea·» kenn, üe bezüglich Gewicht und Handlichkeit den ledürfnieeen d«r S Praxis entspricht.

Die Aufgabe ist erfindtangsgemäfi dadurch gel&et, dafi «loh die Ausnehmung als Aussparung in der Sonotrodenstirnfläche befindet. Die Aussparung kann von parallelen Fliehen begrenzt sein, zwischen denen der Atnbofi vereehiebbar ist. Dabei 1st die Aussparung von einer Arbeite«* fläche begrenzt, der eine Arbeitsfläche des Ambosses zugde ist. Vorzugsweise ist die Aussparung zum Sonotrodemurofang hin zur Aufnahme des Ambosses offen, wo bei die ArbettsflÄchen durch entsprechende Vorsprungs-

gebildet werden.

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dem Anfteft gebildete Verdicga kann ai>er vier Pliefeea begrenzt eein, eo deJ la Qeerrieh-2S teag evr Bonotroöe geführte Drähte und/oder Litzen mit Huren Baden versehweißt werden können.

Besonders vorteilhaft ist bei der Erfindung, daß nunmehr

der dnboB we&tgebend sättig sbc soBOfexodeneebee es des

3G Sonotrodenstirnflache geführt «erden käste. Dadurch ist neben einer rein konstruktiven Vereinfachung für Lage«

rtmg und VersehiebeüieGhänisittus aueh erreicht, daß

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störende Drehmomente verringert sind. Insgesamt kann dadurch der Aufbau einer UltraschallschweiBvorrichtung kompakter und leichtgewichtiger gehalten werden. Ein derart realisiertes Gerät ist als Handgerät für einen flexiblen Betrieb an wechselnden Einsatzorten geeignet.

Bei dem erfindungsgemäßen Werkzeug läßt sich die Aussparung in der Sonotrodenstirnflache unterschiedlich ausbilden. In jedem Fall ergeben sich aber dadurch, daß der Verdichtungsraum von der Sonotrodenstirnflache im Zusammenwirken mit dem Amboß gebildet wird, wesentliche Verbesserungen für den betriebsmäßigen Gebrauch. Die gesamte Vorrichtung läßt sich an wechselnden Einsatzorten nach Art einer Bohrmaschine handhaben, da sich die Stirnfläche des Sonotrodenkopfes wesentlich leichter positionieren läßt als die ümfangsflache.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung in Verbindung mit den Unteransprüchen.

Es zeigen

PIG 1/2, FIG 3/4 und FIG 5/6 drei unterschiedliche Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Werkzeuges.

In der zeichnung stellen dabei FIG 1, FIG 3, und FIG 5 jeweils eine perspektivische Darstellung der Sonotrode und FiG 2, FIG 4 und FiG 6 jeweils eine Draufsicht auf die Sonotrodenstirnflache dar, wobei der zugehörige Amboß jeweils als austauschbarer Schieber angedeutet ist.

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In PIG 1 und PIG 2 ist der proximale Abschnitt eines Sonotrodenkörpers mit 1 bezeichnet, welcher üblicherweise etwa rundzylindrisch ausgebildet ist und einen Sonotrodenkopf 10 trägt, der als flacher Quader mit quadratischer Grundfläche ausgeformt ist. Die Sonotrode weist eine Symmetrieachse I auf, welche die Schwingungsachse darstellt. Die Stirnfläche des Sonotrodenkopfes ist mit 100 bezeichnet.

In der Sonotrodenstirnflache 100 ist eine Aussparung 101 eingebracht. Die Aussparung 101 verläuft kantenparallel zum Sonotrodenkopf 10 und wird seitlich von Flächen 102 und 103 abgeschlossen, zwischen denen ein Amboß 110 geführt ist. Der Amboß 110 hat im Querschnitt ein L-förmiges Profil und ist mit seinen Maßen derart auf die Aussparung 110 abgestimmt, daß er darin mit seinem Ansatzteil verschiebbar ist. Letzteres wird nach oben durch die Fläche 111 begrenzt.

Die Aussparung 101 der Sonotrodenstirnflache 100 wird durch eine obere Wand 104 abgeschlossen, welche als eine Arbeitsfläche für die Ultraschallverschweißung wirkt; die andere Arbeitsfläche wird durch die obere Fläche 111 des Ambosses 110 gebildetφ

25

Von der im Bereich der Ausnehmung 101 zurückversetzten Sonotrodenstirnfläche wird also ein von fünf Flächen begrenzter Verdichtungsraum 120 gebildet, in den die Enden von Drähten und/oder Litzen 150 eingebracht werden.

Durch Druckausübung bei Verschiebung des Ambosses 110 sowie gleichzeitiger Ultraschallübertragung über die sonotrodenarbeitsflache 104 in Richtung dar Symmetrie achse I lassen sioh in bekannter Weise durch die erzeugten Reibkräfte die VerechweiÖwlrkungön erzielen. Damit wird

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eine dauerhafte Verbindung der Leitungsenden erreicht.

In ElG 3 und ETG 4 ist ein Sonotrodenkörper 2 mit Symmetrieachse und Sonotrodenkopf 20 im wesentlichen entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel aufgebaut.

An der Sonotrodenstirnflache 200 ist nun aber eine durchlaufende Aussparung 201 eingebracht. Die Aussparung 207 verläuft kantenparallel mit Wänden 202 und 203 von unteren Rand des Sonotrodenkopfes 20 mit vorgegebener Breite, bildet Vor Sprünge 204 und 205 im rechten Winkel und verläuft im mittleren Teil der Sonotrodenstirnflache 200„ d.h. im Bereich der Symmetrieachse II, mit geringerer Breite. Im oberen Teil der Sonotrodenstirnfläche 200 erweitet sich die Aussparung 201 entsprechend über rechte Winkel und verläuft wiederum kantenparallel zum oberen Rand des Sonotrodenkopres 20. Die Aussparung 201 ist also zur Umfangsfläche des Sonotrodenkopf es 20 hin offen.

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Für unterschiedliche betriebsmäßige Anwendungsfälle können die beidseitigen Vorsprünge 204 und 205. der Aussparung 201 unterschiedlich ausgebildet sein. Es wird somit jeweils eine erste Arbeitsfläche 206 und 207 für die Ultraschallverschweißung gebildet.

In der Aussparung 201 der Sonotrodenstirnflache 200 ist ein Amboß 210 linear verschiebbar angeordnet. Dadurch dafi die Aussparung 201 zum Rand des Sonotrodenkopfes 20 hin offen ist, kann der Amboß 210 als Schieber in der Ebene der Sonotrodenstirnflache geführt werden. Der Amboß weist einen Vorsprung 211 auf/ der mit seiner Breite autß die be&dtaitigen Vorspeünge 204 und 205 der Aus-

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sparung 201 abgestimmt ist. Es werden so am Amboß weitere Arbeitsflächen 212 und 213 für die Ultraschallverschweißung gebildet, die den Arbeitsflächen 206 und der Aussparung 201 gegenüberliegen. 5

Insbesondere aus FIG 4 ist im einzelnen erkennbar, daß von der im Bereich der Aussparung 201 zurückversetzten Sonotrodenstirnflache beidseitig je ein Verdichtungsraum 220 und 230 gebildet wird, der von fünf Flächen begrenzt ist. Dabei lassen sich die Arbeitsflächen und 213 des Ambosses 210 verschieben, so daß wiederum die gleichzeitige Druckausübung mit der Ultraschallübertragung von der Sonotrodenarbeitsflache auf Werkstücke möglich ist.

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Zur Verwendung des oberen Teils der Aussparung 201 in der Sonotrodenstirnflache 200 läßt sich der gesamte Sonotrodenkörper 2 um seine Mittelachse II um 180° verdrehen oder auch der Amboß 210 von oben in die Aussparung 201 einschieben.

Die Sonotroden gemäß den beiden beschriebenen Ausfüh-N rungsbeispielen sind dafür vorgesehen, freie Enden von Drähten und/oder Litzen dauerhaft zu verbinden. Dabei ist vorteilhaft, daß die abgesetzte Stirnfläche der Sonotrode jeweils ein Anschlag für die Leitungsenden bildet. Dies läßt sich beispielsweise hei Drähten, bei denen die Enden rechtwinklig abgebogen und die in FIG 3 mit 250 bezeichnet sind, anwenden. Es kann da bei vorteilhaft sein, daß die Arbeitsflächen für die ultraschallverschweißung in der Aussparung der Sonotrodenstirnf lache einerseits und/oder am Airuioß andererseits gegenüber der Sonotrodenaohee einen Winkel bilden, und

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»war derart, daft zur Senetredanetirnfläehe ein größerer Einiegebereich gebildet wird. Dadurch ergibt sieh aueh eine bessere Anpassung des Verfehweißquersehnittes an den Auegangequerschnitt der eineeinen Drähte und/oder Lit2en.

In FIQ S und PIQ 6 hat ein Sonotrodenkörper 3 eine Sonotrodenaehee III und einen Sonotrodenkopf 30. Der Sonotrodenkopf 30 hat eine Stirnfläche, in der eine Aus« sparung 301 in etwa von der Mitte über den gesaroten f oberen Bereich verläuft. Es wird also in diesem Fall eine Stufe mit einer Arbeitefläche 302 gebildet. In der Stufe 301 ist ein stufenförmig ausgebildeter Amboß 310 verschiebbar angeordnet, so daß sein« untere Fläche 311 der Fläche 302 gegenüberliegt. Beide Flächen 302 und 311 sind vorteilhafterweise konkav über die stirnfläche auegebildet, so daß eich bei Berührung der Arbeitsflächen 302 und 311 im Bereich der Sonotrodenachse III beidseitig ein Freiraum ergibt.

Insbesondere aus FIG S ist ersichtlich, daß durch die Stufe 301 in der Sonotrodenstirnflache 300 mit ihrer Rückseite 303 und der Arbeitefläche 302 2usammen mit der innenliegenden Arbeitsfläche 311 und der abgesetzten Fläche 312 des Ambosses 310 ein Verdichtungsraum 320 gebildet wird, der von vier Flächen begrenzt ist. In den Verdichtungsraum 320 lassen sieh vorteilhaft Drähte und/ oder Litzen 2SO mit deren Enden längs einlegen. Es ist somit eine Vers@hweiÄtmg von ifllfcgfeea ohne Abknicken der Leitungsenden möglich.

Bei den bereits beschriebenen

ist es weiterhin sinnvoll, in an sich bekanntet· Weise die Arbeitsflächen mit Konturen bzw. Profilierangen zu

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versehen. Damit kann die Verschweißwirkung, insbesondere bei Litzen mit einer Vielzahl von Einzeldrähten, verbessert werden,

S Bei dan beschriebenen Ausführungebeisjpielen der Erfindung ist im Gegensatz zum Stand der Technik immer gewährleistet, daß die Relativbewegung von Sonotrode und Amboß in etwa mittig 2ur Sanotrodenaohse erfolgt. Dadurch lassen sieh störende Drehmomente weitgehend ver- meiden. Se lassen sieh nunmehr mit erfindungsgemäßen Werkzeugen kompakte ültraschaiischweißvorrichtungen aufbauen, die mit der Hand nach Art einer Bohrmaschine geführt werden können. Beim Einsatz an wechselnden Arbeitsorten ergibt sieh somit die Möglichkeit, Drähte und/oder Litzen wesentlich seimelier und wirtschaftlicher zu verschweißen.

6 Figuren 2ö

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Claims

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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 eimes Verdichtungsraumes relativ zueinander bewegbar siiid, wobei an der Sonotrode wenigstens eine Ausnehmung vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Ausnehmung als Aussparung (101, 201, 301) in der Sonotrodenstirnfläche (100, 200, 300) befindet.

2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung (101, 201) von parallelen Flächen (102, 103, 202, 203) begrenzt ist, zwischen denen der Amboß (110, 210) verschiebbar ist.

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3. Werkzeug nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Aussparung (101, 201, 301) von wenigstens einer Arbeitsfläche (104, 206, 207, 302) begrenzt ist, der eine Arbeitsfläche (111, 212, 213, 311) des Ambosses (110, 210, 310) zugeordnet ist.

4. Werkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Arbeitsflächen (104, 111, 206, 207, 212, 213) in der Sonotrodenstirnfläche (100/ 200) und/oder Amboß (110, 210) gegenüber der Sonotrodenachse (I, II) einen Winkel bilden derart, daß zur SenoifcKe.den*ti»»filäeh· (100, 200) ein größerer Einlegeto»»*ieh gebildet wird.

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5. Werkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Arbeitsflächen 204, 205) der Sonotrode (2) durch Vorsprungsflächen in der Aussparung (201) gebildet werden, der eine entsprechende Arbeitsfläche (212, 213) des Ambosses (210) gegenüberliegt.

6- Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Aussparung (7.01, 301) zum umfang des Sonctrodenkopfes (20, 30) hin zur Auf-( ) nähme des Ambosses «210, 310) offen ist.

7. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die in Schwingungsrichtung zurückversetzte Sonotrodenstirnflache (100, 200) zusammen mit dem Amboß (110, 210) einen von fünf Flächen begrenzten Verdichtungsraum (120, 220) für Draht- und/ oder Litz enenden (150) bildet.

8. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch g e -

ke. nnzeichnet , daß die Aussparung (301) eine Stufe in der Sonotrodenstirnflache (300) mit einer , Arbeitsfläche (302) bildet, der eine Arbeitsfläche (311) des Ambosses (310) zugeordnet ist.

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9. Werkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Arbeitsfläche (302/ 311) in der Sonotrodenstirnflache (300) und/oder Amboß (310) konkav ausgebildet sind.

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10. Werkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die in Schwingungs-

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richtung zurüekversetate Seaetredenstirftfläehe (300) zusammen mit dem Amboß (310) einen von vier Flächen (302, 303, 311, 312) begraniten Vesdiahtungesraum (320) Drähte und/oder Litzen (3SO)

11. Werkzeug naeh einem der vorherfehenden dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsflächen (104, 111? 204, 205, 212, 213} 3#2, 311) in der Sonotrsdenstirnfiäehe (100, 200, 300) und/oder 10 Amboß (110, 210, 310) profiliert sind.