EP3328579A1 - Sonotrode, vorrichtung sowie verfahren zur herstellung einer verbindung - Google Patents

Sonotrode, vorrichtung sowie verfahren zur herstellung einer verbindung

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EP3328579A1
EP3328579A1 EP16739093.9A EP16739093A EP3328579A1 EP 3328579 A1 EP3328579 A1 EP 3328579A1 EP 16739093 A EP16739093 A EP 16739093A EP 3328579 A1 EP3328579 A1 EP 3328579A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sonotrode
cable
anvil
profile
axis
Prior art date
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Pending
Application number
EP16739093.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Markus BÖHM
Thomas HÜNIG
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Telsonic Holding AG
Original Assignee
Telsonic Holding AG
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Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=55974947&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=EP3328579(A1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Telsonic Holding AG filed Critical Telsonic Holding AG
Publication of EP3328579A1 publication Critical patent/EP3328579A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R43/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining, or repairing of line connectors or current collectors or for joining electric conductors
    • H01R43/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining, or repairing of line connectors or current collectors or for joining electric conductors for soldered or welded connections
    • H01R43/0263—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining, or repairing of line connectors or current collectors or for joining electric conductors for soldered or welded connections for positioning or holding parts during soldering or welding process
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/10—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating making use of vibrations, e.g. ultrasonic welding
    • B23K20/106—Features related to sonotrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R4/00—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation
    • H01R4/10—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation effected solely by twisting, wrapping, bending, crimping, or other permanent deformation
    • H01R4/18—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation effected solely by twisting, wrapping, bending, crimping, or other permanent deformation by crimping
    • H01R4/187—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation effected solely by twisting, wrapping, bending, crimping, or other permanent deformation by crimping combined with soldering or welding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R43/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining, or repairing of line connectors or current collectors or for joining electric conductors
    • H01R43/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining, or repairing of line connectors or current collectors or for joining electric conductors for soldered or welded connections
    • H01R43/0207—Ultrasonic-, H.F.-, cold- or impact welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/36—Electric or electronic devices
    • B23K2101/38—Conductors

Definitions

  • the invention relates to a sonotrode according to the preamble of claim 1. It further relates to an apparatus and a method using the sonotrode.
  • Such a sonotrode is known from DE 10 2013 212 331 AI ⁇ known.
  • the known sonotrode has a symmetrical mass distribution with respect to a first plane of symmetry. It is bounded by two circular connecting surfaces running perpendicular to the first plane of symmetry for connection to ultrasound sources. Through the connecting surfaces and the first Symme ⁇ trieebene extends an axis of the sonotrode.
  • the sono ⁇ trode has two opposing work surfaces, which extend from its peripheral surface.
  • the Ar ⁇ beits vom are convex or comb each curved in a to the axis duri ⁇ fenden parallel first profile.
  • a ridge line of the curved work surface extends perpendicular ⁇ right to an axis of the sonotrode.
  • the ridge line of the working ⁇ surface is straight.
  • DE 11 2011 102 335 T5 discloses a method for connecting a tubular cable lug with a cable.
  • the cable is partially melted by means of ultrasonic vibrations and made a connection with the pipe cable lug.
  • a torsion sonotrode is ⁇ be known, in which a torsion beam is perpendicular to kausflä ⁇ surfaces for connection to an ultrasound generating device and the ultrasonic source. Between the connecting surfaces extending from the circumference of the cylindrical sonotrode in opposing arrangement projections with substantially flat trained work surfaces. The work surfaces extend in the direction of the axis or torsion axis of Torsionssonotrode.
  • the cable In order to establish a connection between a tubular cable lug and a cable, the cable is inserted into the tube section of the tube lug .
  • the tubular cable lug is then firmly clamped on an anvil in the area of a connection terminal extending from the pipe section. Subsequently, the sonotrode is pressed into the region of the pipe section and by Ul ⁇ traschallschwingung a compound, in particular a
  • Both the working surfaces of the sonotrode and the opposite counter surface of the anvil are in the prior art typically structured such that a is relative motion ⁇ prevented between the clamped between the anvil and horn part or parts as possible.
  • This has the consequence that the structures provided on the working surfaces and the anvil are embossed into the surface of the parts to be joined, in particular to be welded and / or soldered.
  • Such a change of the surface is especially undesirable in electrical components, such as connection terminals, because of consequent Maisprob ⁇ lems.
  • it is due to the structure during bonding often too high temperatures and to a rapid wear of the working surface and the counter ⁇ surface. The wear is particularly pronounced with nickel-plated tubular cable lugs.
  • a sonotrode which comprises the production of a connection, in particular a welded joint and / or a solder joint, between a cable and a sheathing enclosing the cable with simultaneously reduced damage and / or Deformation of the surface of the connecting, in particular to be welded and / or soldered, component allows.
  • an apparatus and a method for producing a compound, in particular a welded joint and / or a solder joint, using the sonotrode are given.
  • the invention in a first aspect, relates to a sonotrode for making a connection between a cable and a sheath enclosing the cable.
  • the connection may be a welded joint and / or a solder joint.
  • the enclosure may be, for example, a sleeve, in particular a metal sleeve, in particular a metal sleeve (ie egg ⁇ nen tube section) of a tubular cable lug, which is attached to the cable.
  • ⁇ hüllung may also be a wrapping of a portion of the cable.
  • the working surface is concavely curved in a second profile at least in sections.
  • the work surface is concavely curved in the two ⁇ th profile.
  • the sonotrode acts upon application of a pressure or a force to the sheath, in particular, the metal sleeve ⁇ "self-centering". This effect is particularly stamped out ⁇ when the second profile perpendicular to a below-described axis of the sonotrode.
  • the enclosure is displaced so that a longitudinal axis of the enclosure aligns with the concave curvature of the work surface.
  • the envelope in particular the metal sleeve, is cylindrical. is formed, a cylinder axis of the envelope is aligned approximately paral ⁇ lel to the axis of the sonotrode.
  • the envelope in particular the metal sleeve
  • the envelope must only be positioned opposite the working surface, in particular placed on the anvil, in such a way that a longitudinal extension axis of the envelope is approximately in out ⁇ direction with the axis of the sonotrode, ie the envelope should be arranged so that their longitudinal extension direction forms with the axis of the sonotrode an angle of at most 60 °, preferably at most 45 °, more preferably at most 30 °.
  • the cable may be, for example, a copper cable or an aluminum cable.
  • the sonotrode has a bezüg ⁇ Lich a first symmetry plane symmetric mass distribution.
  • the sonotrode may further include a connection surface for connection to an ultrasound source.
  • Advantageously ver ⁇ runs the connection surface perpendicular to the first Symmetrieebe ⁇ ne.
  • the sonotrode includes an axis extending through the connecting surface and the first plane of symmetry, and the at least one working surface extends from a peripheral surface of the sonotrode in a direction perpendicular to this axis.
  • the working surface is at least partially convexly curved in a parallel to the axis extending first profile, in particular convex curved. This can in the preparation of a compound, in particular a
  • the first profile may also be formed in the invention straight or concave, or it may be convex portions and / or straight portions and / or concave portions aufwei ⁇ sen. In this way, further advantageous contours can be embossed into the envelope.
  • the second profile in which the work surface is concavely curved at least in sections, runs perpendicular to the said axis of the sonotrode.
  • the working surface may comprise one or more comb-like Abschnit ⁇ te.
  • the comb-like portion may extend longitudinally, transversely, or at any other angle to the axis of the sonotrode.
  • Several, for example two, comb-like sections can also extend at different angles to the axis of the sonotrode.
  • two o more of the comb-like portions of the working surface can intersect at ⁇ play at a right angle. In this way, one or more grooves may be pressed into the enclosure, which may extend longitudinally, transversely or at any other angle to the axis.
  • the working surface in the first profile is curved over an angle of 90 ° to 180 °.
  • the first profile is formed in the manner of a full bead.
  • the first profile can be configured semicircular in this case.
  • the first profile is expediently symmetrical removablebil ⁇ det.
  • a radius of curvature of the first profile may be uniform or variable.
  • the second profile is curved in sections concave.
  • the second profile may have a groove, which is designed such that when exerting a pressure or a force on the Umhül ⁇ ment means of the work surface, the envelope is forced in a vorgege ⁇ bene position with respect to the work surface.
  • the "channel" in the sense of the present invention is advantageous ⁇ way to be such a manner that the surface of the envelope a centrally located between the channel banks channel bottom does not touch upon contact with ⁇ the channel bank, the surface of the envelope, ie initially remains a distance between the channel bottom and the surface of the Umhül ⁇ ment.
  • the troughs it is possible for the troughs to first slide along the surface of the enclosure, thereby moving the enclosure to the predetermined position with respect to the work surface. Only when a pressure or force is subsequently applied to the work surface does the gutter base also come into contact with the casing.
  • the second profile may also be configured in sections in a convex manner, provided that it is designed to be concave at least in sections according to the invention. In this way, advantageous contours can be impressed into the envelope.
  • the working surface on both sides of the channel in each case a projecting and especially hump-shaped pressure surface.
  • the Rin ⁇ nenufer are each formed as projecting and particularly hö ⁇ sugar-like print areas.
  • the hump-like Substituted ⁇ staltung the printing surface allows a substantially frictionless sliding of the sheath to the pressure surfaces and DA with a quick and accurate setting of the given position with respect to the work surface.
  • the concave curvature of the second profile extends over the entire Län ⁇ ge of the work surface.
  • length of the Häflä ⁇ che is the distance between the two the concave curvature of the second section delimiting highest points is understood.
  • the surface of the working surface may have a mean roughness R a of at most 0.4 ⁇ m, preferably 0.1 ⁇ m.
  • R a mean roughness
  • the pressure faces and the work surface are smooth, preferably polished, is formed. So before ⁇ Trains t it has no superficial structure example ⁇ as projections, ribs or the like. , on.
  • the production of a compound, in particular a welded joint and / or a solder joint between the cable and the sheath by means of ultrasonic welding. It is currently believed that the connection is achieved by swaging the cable and sheath.
  • the lack of a superficial structure also has the effect of increasing the friction between the sonotrode, the cladding and the anvil, thereby increasing the development of heat. It is currently assumed that this results in a cohesive connection between the casing and the cable in the interior of the casing in cooperation with the welding force. Furthermore, the lack of a superficial structure has the advantage that the wear of the work surface is reduced. As a result, a longer and higher energy input is possible.
  • the horn When the horn can be han spindles ⁇ a torsion sonotrode.
  • the axis of the sonotrode is a Tor ⁇ sion axis.
  • the sonotrode can also be a longitudinal sonotrode. In this case, the equivalent Axis of the sonotrode of a propagation direction of the longitudinal waves.
  • two opposing connecting surfaces are pre ⁇ see, so that in each case an ultrasonic source is connected to each of the connecting surfaces.
  • the ultrasonic source includes fully advantageously at least a converter, insbeson ⁇ particular for producing a torsional or longitudinal ultrasonic vibration, wherein the converter is connected directly or indirectly through a booster with the connecting surface.
  • a radially encircling offset attack ⁇ surface is conveniently provided for the engagement of a pressure generating means.
  • the attack surface can jump radially outward in front of ⁇ jump.
  • the device may comprise a pressure generating device acting on an attack surface of the anvil for generating a pressure acting in the direction of the sonotrode or a force acting in the direction of the sonotrode.
  • the counter surface is a compound, in particular a welded joint and / or a solder joint for the manufacture ⁇ lung, between a cable and a cable wrapped envelope, in particular between a cable and a subsequent plugged sleeve, in particular a metal sleeve, in particular a metal sleeve of a tubular cable ⁇ shoe , can be arranged opposite a work surface of a sonotrode.
  • the counter surface is concavely curved in a second profile at least in sections, in particular concavely curved.
  • the counter surface of the anvil according to the invention So it is designed analogous to the working surface of the inventive sonotrode. As has especially been surprisingly compared with the first aspect of the invention, can also be with such an anvil and a conventional horn many of the advantages already explained above erzie ⁇ len.
  • the mating surface can be convexly curved, in particular convexly curved, at least in sections in a first profile running perpendicular to the second profile.
  • the mating surface may be ge ⁇ curves in the first profile over an angle of 90 ° to 180 °.
  • the mating surface may be formed in the first profile in the manner of a full bead.
  • the second profile of the Ge ⁇ genization may be partially concave curved.
  • the two ⁇ te profile of the mating surface may have a groove, which is designed such that when exerting a pressure or a force on the envelope by means of the mating surface Um ⁇ hull is forced into a predetermined position with respect to the mating surface.
  • the counter surface may each have a projecting ⁇ wells and particularly hump-like pressure ⁇ surface on both sides of the channel.
  • the concave curvature of the second profile of the mating surface may extend over an entire length of the mating surface.
  • a surface of the mating surface may have an average rough value R a of at most 0.4 ⁇ m, preferably at most 0.1 ⁇ m.
  • a device for producing a connection, in particular a welded joint and / or a solder joint, between a cable and a sheath enclosing the cable, in particular between a cable and a sleeve attached thereto, in particular a metal sleeve, in particular one Me ⁇ tallhülse a tubular cable lug.
  • the device comprises an at least at a connection surface with an ultrasonic sonotrode, and a source connected ⁇ oppositely arranged working face of the horn anvil.
  • There are the sonotrode and / or the anvil according to the invention are the sonotrode and / or the anvil according to the invention.
  • the apparatus further comprises a at least one contact surface acting on the Druckerzeu ⁇ restriction device for generating a pressure acting in the direction of the anvil or a force acting in the direction of the anvil force.
  • an opposing surface of the anvil arranged opposite the working surface has a mean roughness R a of at most 0.4 ⁇ m, preferably at most 0.1 ⁇ m.
  • the counter surface of the anvil is similar to the work surface of the sonotrode smooth ⁇ forms. Thus, it preferably has no superficial structural ⁇ structure, such as projections, ribs, or the like. , on. Kochra ⁇ ingly, it is also formed with a smooth Ar ⁇ beits Structure and a simultaneously smoothly formed counter-surface ⁇ possible to sufficiently ultrasonic energy for the manufacture of a compound to couple into the cladding.
  • the proposed device is particularly suitable for connecting, in particular for welding and / or for welding, a cable with a tubular cable lug.
  • a tubular cable shoe comprises a metal sleeve, which is closed at one end. From the closed end extends a connection terminal, which is formed in the manner of a sheet.
  • the anvil has in a surface section adjoining the counter surface two parallel shoulders for holding such a connection terminal against lateral displacement. A ⁇ by the connecting terminal between put in particular disposed parallel shoulders, a rough alignment of the enclosure with respect to the work surface can be predetermined.
  • the sonotrode is arranged above the anvil.
  • the anvil is arranged above the sonotrode.
  • the sonotrode and the anvil are adjustable de preferred one another in a closing direction re ⁇ tively.
  • the device may also include at least one side gate with a side boundary surface, preferably two einan ⁇ the opposite side slide arranged with a respective side boundary surface.
  • the at least one lateral slide is preferably displaceable in a transverse direction perpendicular to the closing direction.
  • the working surface of the sonotrode, the counter surface of the anvil and the side boundary surface of the side slider can enclose a space in which the connection takes place.
  • the side shifters like the shoulders, can provide a rough orientation of the sheath with respect to the work surface.
  • the second profile of the working surface and the counter surface Kgs ⁇ NEN be, for example as the profiles formed in a known crimping tools, in order to achieve in this way be ⁇ known from crimping profiles of the envelope.
  • the ultrasonic source conveniently comprises at least egg ⁇ NEN converter for generating a torsional or a lon gitudinalen ultrasonic vibration. It may further comprise at least one introduced ⁇ connected between the converter and the connecting surface boosters.
  • a method for producing a compound, in particular a welded joint and / or a soldered connection between a cable and a cable wrapped envelope, in particular between a cable and a sleeve insbesonde ⁇ re a metal sleeve, in particular a Metal sleeve of a tubular cable lug.
  • the procedure includes the following steps:
  • Provision of a device with a sonotrode according to the invention Positioning the enclosure such that an axis of the enclosure is approximately in alignment with a trough axis of a trough of the work surface,
  • a distance between pressure surfaces of the working surface is smaller than an outer diameter of the casing. This allows a higher clamping force during centering.
  • the ratio of the distance between the pressure surfaces and the outer diameter of the envelope may, for example, be in the range from 0.5 to 0.9, preferably in the range from 0.6 to 0.8.
  • a distance between pressure surfaces of the working surface is greater than an outer diameter of the casing. In this way, with the same sonotrode and sheaths of different outer diameter can be connected to a respective cable. Furthermore, the self-centering when adjusting the sonotrode in the direction of the anvil is improved, and there is a more uniform force entry.
  • the pressure ⁇ surfaces can be arranged on both sides of the channel and formed salient and particular hump.
  • the application can be done by wrapping the wrapper around the wrapper.
  • the axis of the envelope corresponds to its longitudinal direction. When the envelope is cylindrical, the axis corresponds to the axis of rotation.
  • approximately in alignment means that the axis of the envelope with the axis of the sonotrode forms an angle of at most 60 °, preferably at most 45 °, particularly preferably at most 30 °.
  • the positioning of the envelope, in particular of the sleeve takes place by placing the envelope on an anvil arranged opposite the working surface.
  • the posi tioning ⁇ of the envelope is performed by a placement of the sheath onto the working surface of the sonotrode.
  • the metal sleeve is movably mounted on the anvil or the sonotrode.
  • the sheath is preferably not attached Klem ⁇ mend on the anvil before it comes into contact with the work surface, or it is attached does not clampingly on the sonotrode before it comes into contact with the opposing face of the anvil. It is aligned by the sinking on the envelope working surface or counter surface by means provided in the work surface concave curvature.
  • the work surface are pressed ⁇ into the enclosure and coupled ultrasonic vibration, to give a compound, in particular a welded joint and / or a solder joint, within the envelope with which sheathed cable, in particular with the inserted therein, cable provides Herge ⁇ is.
  • the envelope is placed on the opposite surface of the anvil, wherein the counter surface has the above-mentioned average roughness R a .
  • the metal sleeve is advantageously part of a connection terminal having a tubular cable lug.
  • the connection terminal can be placed between the shoulders of the anvil.
  • the coupled-in ultrasonic vibration is expediently a torsional ultrasonic vibration, so that the working surface is moved back and forth in a direction perpendicular to the torsion axis of the sonotrode and / or to the axis of the covering.
  • the coupled-in ultrasonic vibration can also be a longitudinal ultrasonic vibration, so that the working surface is moved back and forth in a direction parallel to the axis of the sonotrode and / or to the axis of the envelope.
  • 1 is a first side view of a first sonotrode
  • FIG. 13 is a plan view of an anvil with a pipe ⁇ cable lug
  • FIG. 14 is a side view according to FIG. 13,
  • Fig. 16 is a detail view of the second sonotrode according to
  • Fig. 18a-d four pairs of sonotrodes and anvils in a sectional view for producing various profiles
  • Fig. 20a / b an ultrasonic welding device, wherein the
  • Distance between pressure surfaces of the working surface is greater than the outer diameter of the casing, before and after centering.
  • FIGS. 1 to 4 show views of a first sonotrode according to the invention.
  • the first horn has a first symmetry is ⁇ ration level Sl.
  • the masses are relative to the first symmetry is ⁇ trie plane S symmetrically distributed.
  • ⁇ ne Sl is an axis X of the first sonotrode.
  • the axis X corresponds to a rotation axis of a cylindrical portion of the first sonotrode. From a cylindrical body 1 of the sonotrode extending work surfaces 2 in opposing arrangement.
  • Fig. 1 shows a first profile of the work surfaces 2.
  • the first profile is parallel to the axis X.
  • the work surfaces 2 have in the first profile on a convex curvature. They are designed here in the manner of a Vollwulsts.
  • the work surfaces 2 extend perpendicular to the axis X.
  • each of the work surfaces 2 a concave portion or a channel 3, which on both sides of projecting hump ⁇ style pressure surfaces 4 is limited.
  • Each printing surface 4 has a center M in plan view (see FIG. 4).
  • a channel axis R connects the lowest points of the channel 3.
  • the first sonotrode has a first connection surface 5 with a threaded bore 6. Furthermore, the first sonotrode is provided with a circumferential engagement surface 7 which extends radially from the fuselage 1 between the first connection surface 5 and the work surfaces 2.
  • FIG. 8 shows schematically a first ultrasonic welding device according to the invention.
  • An ultrasound source 8 is here connected to the first sonotrode, shown in FIGS. 1 to 4, at its connecting surface 5.
  • the reference numeral 9 schematically denotes a pressure generating device which acts on the engagement surface 7 of the first sonotrode.
  • an anvil is referred to, which has a counter surface 11 opposite the working surface 2.
  • FIGS. 5 to 7 show a schematic view of a second inventive ultrasonic welding device.
  • the second sonotrode shown in FIGS. 5 to 7 is connected to an ultrasound source 8 at their connecting surfaces 5.
  • the pressure generating device 9 is supported here on two attack surfaces 7.
  • the working surface 2 of the sonotrode toward the counter surface 11 of the anvil moves ⁇ ses 10th
  • a metal sleeve 12 On the smooth formed counter surface 11 of the anvil 10 is a metal sleeve 12, which is for example part of a tubular cable lug 13.
  • the metal sleeve 12 has a second plane of symmetry S2.
  • the second symmetry ⁇ level S2 is initially not in alignment with the work surface 2 in alignment with a third plane of symmetry S3, wel ⁇ che perpendicular to the first plane of symmetry Sl through the axis X of the sonotrode.
  • the groove axis R is preferably in the third plane of symmetry S3.
  • a distance between the two center points M of the pressure surfaces 4 is designated by the reference symbol A.
  • the strainszei ⁇ chen D denotes an outer diameter of the metal shell 12.
  • the distance A is smaller than in this embodiment the outside diameter D of the metal shell 12.
  • A k * D, where k is a factor in the range of 0.5 to 0.9, preferably 0.6 to 0.8.
  • FIGS. 13 and 14 show an embodiment of an anvil 10, on which a tubular cable lug 13 is placed.
  • the tubular cable lug 13 has a metal sleeve 12, which rests on the smooth counter surface 11.
  • the anvil 10 has in one of the mating surface 11 adjacent surface portion 15 two pa ⁇ rallele shoulders 16.
  • a distance between the shoulders 16 is conveniently chosen so that the Rantermi ⁇ nal 14 can be displaced laterally in a predetermined range.
  • a cable 17 is inserted into the metal sleeve 12.
  • the metal sleeve 12 thus constitutes an envelope of the Ka ⁇ bels 17.
  • the cable lug 13 may be nickel-plated.
  • the sonotrode With the sonotrode according to the invention, it is possible to produce a reproducible and firm welded connection and / or in particular when using the torsional ultrasonic welding method Solder connection of a metal sleeve 12 with a cable 17 inserted therein.
  • the cable 17 may in particular be a strand, for example made of copper or aluminum.
  • the proposed ultrasonic welding device a cable may be welded to a pipe 17 with lug 13 and / or soldered, without the surface of the Rantermi ⁇ Nals 14 damaged, in particular scratched, is.
  • the lack of superficial structures on the working surface 2 and on the counter surface 11 also has the effect that the friction between sonotrode, metal sleeve 12 and anvil 10 is increased and thereby the heat development is increased.
  • the work surface 2 in the second profile shown here over its entire length L has a concave curvature.
  • a shortest distance between the opposing curvature lines of the two work surfaces 2 advantageously intersects the axis X ⁇ .
  • Fig. 16 shows a detail view according to FIG. 5. From this it is clear ⁇ that the work surface 2 curves shown here, the first profile over an angle of 180 °.
  • FIGS. 18a to 18d four pairs of sonotrodes 18 and anvils 10 are shown in sectional views, in which the second profiles can be seen. Also visible are the metal sleeves 12 and cable 17 after connection.
  • the second profiles of sonotro ⁇ 18 and anvil 10 each have both convex and concave portions.
  • Fig. 18b only the second profile of the anvil 10 has a convex profile, but not the second profile of the sonotrode 18th
  • FIG. 19 shows a further inventive Schweisseinrich ⁇ tion, which except a sonotrode 18 and an anvil 10 two oppositely disposed side slide 19, each with a side boundary surface 20 contains.
  • the sonotrode 18 is adjustable in a direction of vertical closing direction B in the direction of the anvil 10.
  • the side sliders 19 are displaceable in a transverse direction Q perpendicular to the closing direction B.
  • the working surface 2 of the sonotrode 18, the mating surface 11 of the anvil 10 and the side boundary surfaces 20 of the side shift 10 surround a space in which the connection takes place.
  • the side shifter 19 provide a rough From ⁇ direction of the metal sleeve 12 with respect to front of the work space. 2
  • the distance between pressure surfaces 4 of the working surface 12 of the sonotrode 18 is greater than the outside diameter of the metal sleeve 12.
  • the self-centering is improved when adjusting the sonotrode 18 in the direction of the anvil 10, and he follows ⁇ a more uniform force input.
  • Fig. 20a shows the state before centering
  • Fig. 20b shows the state after centering.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sonotrode (18) zur Herstellung einer Verbindung, insbesondere einer Schweissverbindung und/oder einer Lötverbindung, zwischen einem Kabel (17) und einer das Kabel (17) umhüllenden Umhüllung (17) mit zumindest einer Arbeitsfläche (2), wobei die Arbeitsfläche (2) in einem zweiten Profil zumindest abschnittsweise konkav gekrümmt, insbesondere konkav gekrümmt ist. Die Erfindung betrifft auch einen Amboss (10) mit zumindest einer Gegenfläche (11), die in einem zweiten Profil zumindest abschnittsweise konkav gekrümmt, insbesondere konkav gekrümmt ist. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung einer Verbindung zwischen einem Kabel (17) und einer das Kabel (17) umhüllenden Umhüllung (17), umfassend eine zumindest an einer Verbindungsfläche (5) mit einer Ultraschallquelle (8) verbundene Sonotrode (18) und einen gegenüberliegend der Arbeitsfläche (2) der Sonotrode (18) angeordneten Amboss (10). Auch umfasst die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zwischen einem Kabel (17) und einer das Kabel (17) umhüllenden Umhüllung (17).

Description

Sonotrode, Vorrichtung sowie Verfahren zur Herstellung einer Verbindung
Die Erfindung betrifft eine Sonotrode nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Sie betrifft ferner eine Vorrichtung sowie ein Verfahren unter Verwendung der Sonotrode.
Eine solche Sonotrode ist aus der DE 10 2013 212 331 AI be¬ kannt. Die bekannte Sonotrode weist bezüglich einer ersten Symmetrieebene eine symmetrische Massenverteilung auf. Sie wird von zwei senkrecht zur ersten Symmetrieebene verlaufenden runden Verbindungsflächen zum Verbinden mit Ultraschallquellen begrenzt. Durch die Verbindungsflächen und die erste Symme¬ trieebene erstreckt sich eine Achse der Sonotrode. Die Sono¬ trode weist zwei einander gegenüberliegende Arbeitsflächen auf, welche sich von ihrer Umfangsfläche erstrecken. Die Ar¬ beitsflächen sind jeweils in einem parallel zur Achse verlau¬ fenden ersten Profil konvex oder kammartig gekrümmt. Eine Kammlinie der gekrümmten Arbeitsfläche erstreckt sich senk¬ recht zu einer Achse der Sonotrode. Die Kammlinie der Arbeits¬ fläche ist gerade ausgebildet. Bei der Herstellung einer
Schweissverbindung zwischen einem Rohrkabelschuh und einem Kabel wird in einen Rohrabschnitt des Rohrkabelschuhs eine zur Arbeitsfläche korrespondierende Rinne eingedrückt.
Die DE 11 2011 102 335 T5 offenbart ein Verfahren zum Verbinden eines Rohrkabelschuhs mit einem Kabel. Dabei wird mittels Ultraschallschwingungen das Kabel teilweise aufgeschmolzen und eine Verbindung mit dem Rohrkabelschuh hergestellt.
Aus der DE 10 2010 029 395 AI ist eine Torsionssonotrode be¬ kannt, bei der eine Torsionsachse senkrecht zu Verbindungsflä¬ chen zur Verbindung mit einer Ultraschallerzeugungsvorrichtung bzw. Ultraschallquelle ist. Zwischen den Verbindungsflächen erstrecken sich vom Umfang der zylindrischen Sonotrode in einander gegenüberliegender Anordnung Vorsprünge mit im Wesentlichen eben ausgebildeten Arbeitsflächen. Die Arbeitsflächen erstrecken sich in Richtung der Achse bzw. Torsionsachse der Torsionssonotrode.
Zur Herstellung einer Verbindung zwischen einem Rohrkabelschuh und einem Kabel wird das Kabel in den Rohrabschnitt des Rohr¬ kabelschuhs gesteckt. Dann wird der Rohrkabelschuh im Bereich eines vom Rohrabschnitt sich erstreckenden Anschlussterminals fest auf einen Amboss geklemmt. Nachfolgend wird die Sonotrode in den Bereich des Rohrabschnitts eingedrückt und mittels Ul¬ traschallschwingung eine Verbindung, insbesondere eine
Schweissverbindung und/oder eine Lötverbindung, zwischen dem Kabel und dem Rohrabschnitt des Rohrkabelschuhs hergestellt.
Sowohl die Arbeitsflächen einer Sonotrode als auch die gegenüberliegende Gegenfläche des Ambosses sind nach dem Stand der Technik üblicherweise derart strukturiert, dass eine Relativ¬ bewegung zwischen dem zwischen Amboss und Sonotrode eingeklemmten Teil oder Teilen möglichst unterbunden wird. Das hat zur Folge, dass die auf den Arbeitsflächen sowie dem Amboss vorgesehenen Strukturen in die Oberfläche der zu verbindenden, insbesondere zu verschweissenden und/oder zu verlötenden, Teile eingeprägt werden. Eine solche Veränderung der Oberfläche ist insbesondere bei elektrischen Bauteilen, beispielsweise Anschlussterminals, wegen sich daraus ergebender Kontaktprob¬ leme unerwünscht. Zudem kommt es aufgrund der Strukturierung während des Verbindens oftmals zu hohen Temperaturen und zu einem schnellen Verschleiss der Arbeitsfläche und der Gegen¬ fläche. Der Verschleiss ist bei vernickelten Rohrkabelschuhen besonders ausgeprägt.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere eine Sonotrode an¬ gegeben werden, welche die Herstellung einer Verbindung, insbesondere einer Schweissverbindung und/oder einer Lötverbindung, zwischen einem Kabel und einer das Kabel umhüllenden Umhüllung bei gleichzeitig reduzierter Beschädigung und/oder Verformung der Oberfläche des verbindenden, insbesondere zu verschweissenden und/oder zu verlötenden, Bauteils ermöglicht. Nach einem weiteren Ziel der Erfindung sollen eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung, insbesondere einer Schweissverbindung und/oder einer Lötverbindung, unter Verwendung der Sonotrode angegeben werden.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Pa¬ tentansprüche gelöst. Zweckmässige Ausgestaltungen der Erfin¬ dung ergeben sich aus den Merkmalen der abhängigen Patentansprüche .
In einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung eine Sonotrode zur Herstellung einer Verbindung zwischen einem Kabel und einer das Kabel umhüllenden Umhüllung. Die Verbindung kann eine Schweissverbindung und/oder eine Lötverbindung sein. Bei der Umhüllung kann es sich beispielsweise um eine Hülse, insbesondere eine Metallhülse, insbesondere eine Metallhülse (also ei¬ nen Rohrabschnitt) eines Rohrkabelschuhs handeln, die auf das Kabel aufgesteckt wird. Alternativ zu einer Hülse kann die Um¬ hüllung auch eine Umwicklung eines Teils des Kabels sein.
Nach Massgabe der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Arbeitsfläche in einem zweiten Profil zumindest abschnittsweise konkav gekrümmt ist. Bevorzugt ist die Arbeitsfläche im zwei¬ ten Profil konkav gekrümmt. Infolge der erfindungsgemäss vor¬ geschlagenen konkaven Krümmung der Arbeitsfläche in einem zweiten Profil wirkt die Sonotrode bei Ausübung eines Drucks oder einer Kraft auf die Umhüllung, insbesondere die Metall¬ hülse "selbstzentrierend". Dieser Effekt ist besonders ausge¬ prägt, wenn das zweite Profil senkrecht zu einer unten noch erläuterten Achse der Sonotrode verläuft. Beim Bewegen der Arbeitsfläche gegen die Umhüllung wird die Umhüllung verschoben, so dass eine Längserstreckungsachse der Umhüllung sich der konkaven Krümmung der Arbeitsfläche folgend ausrichtet. Sofern die Umhüllung, insbesondere die Metallhülse zylindrisch ausge- bildet ist, wird eine Zylinderachse der Umhüllung etwa paral¬ lel zur Achse der Sonotrode ausgerichtet.
Erfindungsgemäss ist es nicht mehr notwendig, die Umhüllung, insbesondere die Metallhülse auf den Amboss festzuklemmen. Da¬ mit kann eine Beschädigung der Oberfläche der Umhüllung oder eines eine Umhüllung aufweisenden Bauteils, wie beispielsweise eines Rohrkabelschuhs, vermieden werden. Die Umhüllung muss lediglich gegenüberliegend der Arbeitsfläche positioniert, insbesondere auf den Amboss gelegt werden, und zwar derart, dass eine Längserstreckungsachse der Umhüllung etwa in Aus¬ richtung mit der Achse der Sonotrode ist, d. h. die Umhüllung sollte so angeordnet werden, dass deren Längserstreckungsrich- tung mit der Achse der Sonotrode einen Winkel von höchstens 60°, vorzugsweise höchstens 45°, besonders bevorzugt höchstens 30°, bildet.
Beim Kabel kann es sich beispielsweise um ein Kupferkabel oder ein Aluminiumkabel handeln.
Um einen Massenausgleich zu erreichen und insbesondere beim Torsionsschweissen und/oder -löten eine Unwucht möglichst zu vermeiden, ist es vorteilhaft, wenn die Sonotrode eine bezüg¬ lich einer ersten Symmetrieebene symmetrische Massenverteilung aufweist .
Die Sonotrode kann ferner eine Verbindungsfläche zum Verbinden mit einer Ultraschallquelle aufweisen. Vorteilhafterweise ver¬ läuft die Verbindungsfläche senkrecht zur ersten Symmetrieebe¬ ne .
Mit weiterem Vorteil enthält die Sonotrode eine sich durch die Verbindungsfläche und die erste Symmetrieebene ersteckende Achse, und die zumindest eine Arbeitsfläche erstreckt sich von einer Umfangsfläche der Sonotrode in einer Richtung senkrecht zu dieser Achse. Auf diese Weise ergeben sich die bereits oben erläuterten Vorteile. Mit besonderem Vorteil ist die Arbeitsfläche in einem parallel zur Achse verlaufenden ersten Profil zumindest abschnittsweise konvex gekrümmt, insbesondere konvex gekrümmt. Hierdurch kann bei der Herstellung einer Verbindung, insbesondere einer
Schweissverbindung und/oder einer Lötverbindung, zwischen einer Umhüllung, beispielsweise einem Rohrabschnitt eines Rohr¬ kabelschuhs, und einem Kabel in die Umhüllung eine zur Ar¬ beitsfläche korrespondierende Rinne eingedrückt werden, die unter anderem der erhöhten Stabilität der Verbindung dient.
Das erste Profil kann im Rahmen der Erfindung auch gerade oder konkav ausgebildet sein, oder es kann konvexe Abschnitte und/oder gerade Abschnitte und/oder konkave Abschnitte aufwei¬ sen. Auf diese Weise können weitere vorteilhafte Konturen in die Umhüllung eingeprägt werden.
Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn das zweite Profil, in dem die Arbeitsfläche zumindest abschnittsweise konkav gekrümmt ist, senkrecht zur genannten Achse der Sonotrode verläuft.
Die Arbeitsfläche kann einen oder mehrere kammartige Abschnit¬ te aufweisen. Der kammartige Abschnitt kann sich längs, quer oder unter einem beliebigen anderen Winkel zur Achse der Sonotrode erstrecken. Mehrere, beispielsweise zwei, kammartige Ab¬ schnitte können sich auch unter verschiedenen Winkeln zur Achse der Sonotrode erstrecken. Insbesondere können sich zwei o- der mehr kammartige Abschnitte der Arbeitsfläche kreuzen, bei¬ spielsweise unter einem rechten Winkel. Auf diese Weise können eine oder mehrere Rinnen in die Umhüllung eingedrückt, werden, die sich längs, quer oder unter beliebigen anderen Winkel zur Achse erstrecken können.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Arbeitsfläche im ersten Profil über einen Winkel von 90° bis 180° gekrümmt. Zweckmässigerweise ist das erste Profil nach Art eines Vollwulsts ausgebildet. Das erste Profil kann in diesem Fall halbkreisartig ausgestaltet sein. Das erste Profil ist zweckmässigerweise symmetrisch ausgebil¬ det. Ein Krümmungsradius des ersten Profils kann einheitlich oder auch variabel sein.
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist das zweite Profil abschnittsweise konkav gekrümmt. In diesem Fall kann das zweite Profil eine Rinne aufweisen, welche derart ausgestaltet ist, dass bei Ausüben eines Drucks oder einer Kraft auf die Umhül¬ lung mittels der Arbeitsfläche die Umhüllung in eine vorgege¬ bene Position bezüglich der Arbeitsfläche gezwungen wird.
Die "Rinne" im Sinne der vorliegenden Erfindung ist vorteil¬ hafterweise so ausgebildet, dass bei einer Berührung der bei¬ den Rinnenufer mit der Oberfläche der Umhüllung ein mittig zwischen den Rinnenufern befindlicher Rinnengrund die Oberfläche der Umhüllung nicht berührt, d. h. es bleibt zunächst ein Abstand zwischen dem Rinnengrund und der Oberfläche der Umhül¬ lung. Infolgedessen ist es möglich, dass die Rinnenufer zunächst entlang der Oberfläche der Umhüllung gleiten und damit die Umhüllung in die vorgegebene Position bezüglich der Arbeitsfläche bewegt wird. Erst beim nachfolgenden Ausüben eines Drucks oder einer Kraft auf die Arbeitsfläche kommt auch der Rinnengrund in Berührung mit der Umhüllung.
Das zweite Profil kann im Rahmen der Erfindung auch abschnittsweise konvex ausgebildet sein, sofern es erfindungsge- mäss zumindest abschnittsweise konkav ausgebildet ist. Auf diese Weise können vorteilhafte Konturen in die Umhüllung eingeprägt werden.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Arbeitsfläche beidseits der Rinne jeweils eine vorspringende und insbesondere höckerartige Druckfläche auf. D. h. die Rin¬ nenufer sind jeweils als vorspringende und insbesondere hö¬ ckerartige Druckflächen ausgebildet. Die höckerartige Ausge¬ staltung der Druckfläche ermöglicht ein im Wesentlichen reibungsfreies Gleiten der Umhüllung auf den Druckflächen und da- mit ein schnelles und exaktes Einstellen der vorgegebenen Position bezüglich der Arbeitsfläche.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung erstreckt sich die konkave Krümmung des zweiten Profils über die gesamte Län¬ ge der Arbeitsfläche. Unter dem Betriff "Länge der Arbeitsflä¬ che" wird der Abstand zwischen den beiden die konkave Krümmung des zweiten Profils begrenzenden höchsten Punkten verstanden.
Die Oberfläche der Arbeitsfläche kann einen Mittenrauwert Ra von höchstens 0,4 ym, vorzugsweise 0,1 ym, aufweisen. In Ab¬ kehr vom Stand der Technik sind die Druckflächen bzw. die Arbeitsfläche glatt, vorzugsweise poliert, ausgebildet. Bevor¬ zugt weist sie also keine oberflächliche Struktur, beispiels¬ weise Vorsprünge, Rippen oder dgl . , auf. Überraschenderweise gelingt dennoch mit derart glatt ausgebildeten Arbeitsflächen die Herstellung einer Verbindung, insbesondere einer Schweissverbindung und/oder einer Lötverbindung, zwischen dem Kabel und der Umhüllung mittels Ultraschallschweissverfahren . Es wird derzeit vermutet, dass die Verbindung durch ein Walken des Kabels und der Umhüllung erreicht wird. Das Fehlen einer oberflächlichen Struktur hat zudem den Effekt, dass die Reibung zwischen Sonotrode, Umhüllung und Amboss erhöht wird und dadurch die Wärmeentwicklung gesteigert wird. Es wird derzeit davon ausgegangen, dass hierdurch im Inneren der Umhüllung unter Zusammenwirkung mit der Schweisskraft eine Stoffschlüssige Verbindung zwischen Umhüllung und Kabel erreicht wird. Ferner hat das Fehlen einer oberflächlichen Struktur den Vorteil, dass der Verschleiss der Arbeitsfläche reduziert wird. Dadurch ist ein längerer und höherer Energieeintrag möglich.
Bei der Sonotrode kann es sich um eine Torsionssonotrode han¬ deln. In diesem Fall ist die Achse der Sonotrode eine Tor¬ sionsachse. Bei der Sonotrode kann es sich aber auch um eine Longitudinalsonotrode handeln. In diesem Fall entspricht die Achse der Sonotrode einer Ausbreitungsrichtung der Longitudi- nalwellen .
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind zwei einander gegenüberliegende Verbindungsflächen vorge¬ sehen, so dass an jeder der Verbindungsflächen jeweils eine Ultraschallquelle anschliessbar ist. Die Ultraschallquelle um- fasst zweckmässigerweise zumindest einen Konverter, insbeson¬ dere zur Erzeugung einer torsionalen oder einer longitudinalen Ultraschallschwingung, wobei der Konverter unmittelbar oder mittelbar über einen Booster mit der Verbindungsfläche verbunden ist.
Zwischen jeder Verbindungsfläche und der Arbeitsfläche ist zweckmässigerweise eine radial umlaufend abgesetzte Angriffs¬ fläche zum Angriff einer Druckerzeugungseinrichtung vorgesehen. Die Angriffsfläche kann radial umlaufend nach aussen vor¬ springen. Mittels dieser Druckerzeugungseinrichtung kann ein in Richtung des Ambosses wirkender Druck oder eine in Richtung des Ambosses wirkende Kraft erzeugt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Vorrichtung eine an einer Angriffsfläche des Ambosses angreifende Druckerzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines in Richtung der Sonotrode wirkenden Drucks oder einer in Richtung der Sonotrode wirkenden Kraft umfassen.
Ein weiterer Aspekt der Vorrichtung betrifft einen Amboss mit zumindest einer Gegenfläche. Die Gegenfläche ist zur Herstel¬ lung einer Verbindung, insbesondere einer Schweissverbindung und/oder einer Lötverbindung, zwischen einem Kabel und einer das Kabel umhüllenden Umhüllung, insbesondere zwischen einem Kabel und einer darauf aufgesteckten Hülse, insbesondere einer Metallhülse, insbesondere einer Metallhülse eines Rohrkabel¬ schuhs, gegenüber einer Arbeitsfläche einer Sonotrode anorden- bar. Erfindungsgemäss ist die Gegenfläche in einem zweiten Profil zumindest abschnittsweise konkav gekrümmt, insbesondere konkav gekrümmt. Die Gegenfläche des erfindungsgemässen Ambos- ses ist also analog zur Arbeitsfläche der erfindungsgemässen Sonotrode ausgestaltet. Wie sich insbesondere gegenüber dem ersten Aspekt der Erfindung überraschend herausgestellt hat, lassen auch mit einem solchen Amboss und einer herkömmlichen Sonotrode viele der bereits oben erläuterten Vorteile erzie¬ len .
Die Gegenfläche kann in einem senkrecht zum zweiten Profil verlaufenden ersten Profil zumindest abschnittsweise konvex gekrümmt, insbesondere konvex gekrümmt sein. Die Gegenfläche kann im ersten Profil über einen Winkel von 90° bis 180° ge¬ krümmt sein. Die Gegenfläche kann im ersten Profil nach Art eines Vollwulsts ausgebildet sein. Das zweite Profil der Ge¬ genfläche kann abschnittsweise konkav gekrümmt sein. Das zwei¬ te Profil der Gegenfläche kann eine Rinne aufweisen, welche derart ausgestaltet ist, dass bei Ausüben eines Drucks oder einer Kraft auf die Umhüllung mittels der Gegenfläche die Um¬ hüllung in eine vorgegebene Position bezüglich der Gegenfläche gezwungen wird. Die Gegenfläche kann beidseits der Rinne je¬ weils eine vorspringende und insbesondere höckerartige Druck¬ fläche aufweisen. Die konkave Krümmung des zweiten Profils der Gegenfläche kann sich über eine gesamte Länge der Gegenfläche erstrecken. Eine Oberfläche der Gegenfläche kann einen Mitten- rauwert Ra von höchstens 0,4 ym, vorzugsweise höchstens 0,1 ym, aufweisen .
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung vorgesehen zur Herstellung einer Verbindung, insbesondere einer Schweissverbindung und/oder einer Lötverbindung, zwischen einem Kabel und einer das Kabel umhüllenden Umhüllung, insbesondere zwischen einem Kabel und einer darauf aufgesteckten Hülse, insbesondere einer Metallhülse, insbesondere einer Me¬ tallhülse eines Rohrkabelschuhs. Die Vorrichtung umfasst eine zumindest an einer Verbindungsfläche mit einer Ultraschall¬ quelle verbundene Sonotrode sowie einen gegenüberliegend der Arbeitsfläche der Sonotrode angeordneten Amboss. Dabei sind die Sonotrode und/oder der Amboss erfindungsgemäss ausgebil¬ det .
Mit besonderem Vorteil umfasst die Vorrichtung zudem eine an der zumindest einen Angriffsfläche angreifende Druckerzeu¬ gungseinrichtung zur Erzeugung eines in Richtung des Ambosses wirkenden Drucks oder einer in Richtung des Ambosses wirkenden Kraft .
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung weist eine der Arbeitsfläche gegenüberliegend angeordnete Gegenfläche des Ambosses einen Mittenrauwert Ra von höchstens 0,4 ym, vorzugsweise höchstens 0,1 ym, auf. D. h. auch die Gegenfläche des Ambosses ist ähnlich wie die Arbeitsfläche der Sonotrode glatt ausge¬ bildet. Sie weist also bevorzugt keine oberflächliche Struk¬ tur, beispielsweise Vorsprünge, Rippen oder dgl . , auf. Überra¬ schenderweise ist es auch mit einer glatt ausgebildeten Ar¬ beitsfläche und einer gleichzeitig glatt ausgebildeten Gegen¬ fläche möglich, ausreichend Ultraschallenergie zur Herstellung einer Verbindung in die Umhüllung einzukoppeln .
Die vorgeschlagene Vorrichtung eignet sich insbesondere zum Verbinden, insbesondere zum Verschweissen und/oder zum Ver- schweissen, eines Kabels mit einem Rohrkabelschuh. Ein Rohrkabelschuh umfasst eine Metallhülse, welche an ihrem einen Ende geschlossen ist. Vom geschlossenen Ende erstreckt sich ein Anschlussterminal, welches nach Art eines Blechs ausgebildet ist. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Amboss in einem an die Gegenfläche angrenzenden Flächenabschnitt zwei parallel verlaufende Schultern zum Halten eines solchen Anschlussterminals gegen seitliches Verschieben auf. Durch Ein¬ legen des Anschlussterminals zwischen insbesondere parallel angeordnete Schultern kann eine grobe Ausrichtung der Umhüllung bezüglich der Arbeitsfläche vorgegeben werden.
In einer ersten möglichen Variante ist die Sonotrode oberhalb des Ambosses angeordnet. In einer zweiten möglichen Variante ist der Amboss oberhalb der Sonotrode angeordnet. Die Sonotro- de und der Amboss sind bevorzugt in einer Schliessrichtung re¬ lativ zueinander verstellbar.
Die Vorrichtung kann auch mindestens einen Seitenschieber mit einer Seitenbegrenzungsfläche enthalten, bevorzugt zwei einan¬ der gegenüber angeordnete Seitenschieber mit einer jeweiligen Seitenbegrenzungsfläche. Der mindestens eine Seitenschieber ist bevorzugt in einer zur Schliessrichtung senkrechten Querrichtung verschiebbar. Die Arbeitsfläche der Sonotrode, die Gegenfläche des Ambosses und die Seitenbegrenzungsfläche des Seitenschiebers können einen Raumbereich umschliessen, in dem die Verbindung erfolgt. Die Seitenschieber können ähnlich wie die Schultern eine grobe Ausrichtung der Umhüllung bezüglich der Arbeitsfläche vorgeben.
Die zweiten Profile der Arbeitsfläche und der Gegenfläche kön¬ nen beispielsweise wie die Profile an sich bekannter Crimp- werkzeuge ausgebildet sein, um auf diese Weise vom Crimpen be¬ kannte Profile der Umhüllung erreichen.
Die Ultraschallquelle umfasst zweckmässigerweise zumindest ei¬ nen Konverter zur Erzeugung einer torsionalen oder einer lon- gitudinalen Ultraschallschwingung. Sie kann ferner zumindest einen zwischen dem Konverter und die Verbindungsfläche einge¬ schalteten Booster umfassen.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren vorgeschlagen zur Herstellung einer Verbindung, insbesondere einer Schweissverbindung und/oder einer Lötverbindung, zwischen einem Kabel und einer das Kabel umhüllenden Umhüllung, insbesondere zwischen einem Kabel und einer Hülse, insbesonde¬ re einer Metallhülse, insbesondere einer Metallhülse eines Rohrkabelschuhs. Das Verfahren enthält die folgenden Schritte:
- Bereitstellen einer Vorrichtung mit einer erfindungsge- mässen Sonotrode, - Positionieren der Umhüllung derart, dass eine Achse der Umhüllung etwa in Ausrichtung mit einer Rinnenachse einer Rinne der Arbeitsfläche ist,
- vor oder nach dem Positionieren der Umhüllung: Applizieren der Umhüllung auf das Kabel, insbesondere Aufstecken der Hülse auf das Kabel,
- Drücken der Arbeitsfläche derart gegen die Umhüllung, dass sich die Achse der Umhüllung auf die Rinnenachse ausrichtet, und
- Einkoppeln einer Ultraschallschwingung mittels der Sono- trode in die Umhüllung derart, dass das Kabel zumindest abschnittsweise mit der Umhüllung verbunden, insbesondere verschweisst und/oder verlötet wird.
In einer ersten Variante ist bei der Sonotrode ein Abstand zwischen Druckflächen der Arbeitsfläche kleiner als ein Aussendurchmesser der Umhüllung. Dies erlaubt eine höhere Klemmkraft bei der Zentrierung. Das Verhältnis aus dem Abstand der Druckflächen und dem Aussendurchmesser der Umhüllung kann beispielsweise im Bereich von 0,5 bis 0,9, bevorzugt im Bereich von 0,6 bis 0,8 liegen. In einer zweiten Variante ist bei der Sonotrode ein Abstand zwischen Druckflächen der Arbeitsfläche grösser als ein Aussendurchmesser der Umhüllung. Auf diese Weise können mit ein und derselben Sonotrode auch Umhüllungen verschiedener Aussendurchmesser mit einem jeweiligen Kabel verbunden werden. Weiterhin wird die SelbstZentrierung beim Verstellen der Sonotrode in Richtung des Ambosses verbessert, und es erfolgt ein gleichmässigerer Krafteintrag. Die Druck¬ flächen können beidseits der Rinne angeordnet und hervorspringend und insbesondere höckerartig ausgebildet sein.
Ist die Umhüllung eine Umwicklung, so kann das Applizieren durch Umwickeln des Kabels mit der Umwicklung erfolgen. Die Achse der Umhüllung entspricht deren Längserstreckungs- richtung. Wenn die Umhüllung zylindrisch ausgebildet ist, entspricht die Achse der Rotationsachse.
Unter dem Begriff "etwa in Ausrichtung" wird verstanden, dass die Achse der Umhüllung mit der Achse der Sonotrode einen Winkel von höchstens 60°, vorzugsweise höchstens 45°, besonders bevorzugt höchstens 30°, bildet.
In einer möglichen Variante erfolgt das Positionieren der Umhüllung, insbesondere der Hülse durch ein Auflegen der Umhüllung auf einen gegenüberliegend der Arbeitsfläche angeordneten Amboss. In einer anderen möglichen Variante erfolgt das Posi¬ tionieren der Umhüllung durch ein Auflegen der Umhüllung auf die Arbeitsfläche der Sonotrode.
In Abkehr vom Stand der Technik liegt bei dem erfindungsgemäs- sen Verfahren die Metallhülse beweglich auf dem Amboss oder der Sonotrode auf. Die Umhüllung wird insbesondere nicht klem¬ mend auf dem Amboss befestigt, bevor sie in Kontakt mit der Arbeitsfläche kommt, bzw. sie wird auch nicht klemmend auf der Sonotrode befestigt, bevor sie in Kontakt mit der Gegenfläche des Ambosses kommt. Sie wird durch die sich auf die Umhüllung absenkende Arbeitsfläche bzw. Gegenfläche mittels der in der Arbeitsfläche vorgesehenen konkaven Krümmung ausgerichtet. Nachfolgend werden die Arbeitsfläche in die Umhüllung einge¬ drückt und Ultraschallschwingungen eingekoppelt, wodurch eine Verbindung, insbesondere eine Schweissverbindung und/oder eine Lötverbindung, innerhalb der Umhüllung mit dem davon umhüllten Kabel, insbesondere mit dem darin eingesteckten, Kabel herge¬ stellt wird.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Umhüllung auf die Gegenfläche des Ambosses aufgelegt, wobei die Gegenfläche den oben erwähnten Mittenrauwert Ra aufweist. Die Metallhülse ist vorteilhafterweise Bestandteil eines ein Anschlussterminal aufweisenden Rohrkabelschuhs. In diesem Fall kann das Anschlussterminal zwischen die Schultern des Ambosses gelegt werden.
Die eingekoppelte Ultraschallschwingung ist zweckmässigerweise eine torsionale Ultraschallschwingung, so dass die Arbeitsflä¬ che in eine Richtung senkrecht zur Torsionsachse der Sonotrode und/oder zur Achse der Umhüllung hin- und herbewegt wird. Bei der eingekoppelten Ultraschallschwingung kann es sich aber auch um eine longitudinale Ultraschallschwingung handeln, so dass die Arbeitsfläche in einer Richtung parallel zur Achse der Sonotrode und/oder zur Achse der Umhüllung hin- und herbewegt wird.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine erste Seitenansicht einer ersten Sonotrode,
Fig. 2 eine Frontansicht der ersten Sonotrode,
Fig. 3 eine Rückansicht der ersten Sonotrode,
Fig. 4 eine Draufsicht auf die erste Sonotrode,
Fig. 5 eine Seitenansicht einer zweiten Sonotrode,
Fig. 6 eine Front¬ bzw. Rückansicht der zweiten Sonotro¬ de,
Fig. 7 eine Draufsicht auf die zweite Sonotrode,
Fig. 8 schematisch eine erste Ultraschallschweissein- richtung,
Fig. 9 schematisch eine zweite Ultraschallschweissein- richtung, Fig. 10 die Ausrichtung der Metallhülse bei Annäherung der Arbeitsfläche,
Fig. 11 die Ausrichtung der Metallhülse beim Aufsetzen der Arbeitsfläche,
Fig. 12 die Ausrichtung der Metallhülse beim Eindrücken der Arbeitsfläche,
Fig. 13 eine Draufsicht auf einen Amboss mit einem Rohr¬ kabelschuh,
Fig. 14 eine Seitenansicht gemäss Fig. 13,
Fig. 15 eine Frontansicht einer dritten Sonotrode,
Fig. 16 eine Detailansicht der zweiten Sonotrode gemäss
Fig. 5 und
Fig. 17 eine Teilschnittansicht durch eine vierte Sonot¬ rode,
Fig. 18a-d vier Paarungen von Sonotroden und Ambossen in einer Schnittansicht zum Herstellen verschiedener Profile ;
Fig. 19 eine Ultraschallschweisseinrichtung mit zwei Seitenschiebern;
Fig. 20a/b eine Ultraschallschweisseinrichtung, bei der der
Abstand zwischen Druckflächen der Arbeitsfläche grösser als der Aussendurchmesser der Umhüllung ist, vor und nach der Zentrierung.
Die Fig. 1 bis 4 zeigen Ansichten einer ersten erfindungsge- mässen Sonotrode. Die erste Sonotrode weist eine erste Symme¬ trieebene Sl auf. Die Massen sind bezüglich der ersten Symme¬ trieebene Sl symmetrisch verteilt. In der ersten Symmetrieebe¬ ne Sl liegt eine Achse X der ersten Sonotrode. Die Achse X entspricht einer Rotationsachse eines zylindrischen Abschnitts der ersten Sonotrode. Von einem zylindrischen Rumpf 1 der Sonotrode erstrecken sich in einander gegenüberliegender Anordnung Arbeitsflächen 2.
Fig. 1 zeigt ein erstes Profil der Arbeitsflächen 2. Das erste Profil verläuft parallel zur Achse X. Die Arbeitsflächen 2 weisen im ersten Profil eine konvexe Krümmung auf. Sie sind hier nach Art eines Vollwulsts ausgestaltet.
Wie insbesondere aus den Fig. 2 bis 4 hervorgeht, erstrecken sich die Arbeitsflächen 2 senkrecht zur Achse X. In einem ebenfalls senkrecht zur Achse X verlaufenden zweiten Profil weist jede der Arbeitsflächen 2 einen konkaven Abschnitt bzw. eine Rinne 3 auf, welche beidseits von vorspringenden höcker¬ artigen Druckflächen 4 begrenzt ist. Jede Druckfläche 4 weist in Draufsicht einen Mittelpunkt M auf (siehe Fig. 4) . Eine Rinnenachse R verbindet die tiefsten Punkte der Rinne 3. Die erste Sonotrode weist eine erste Verbindungsfläche 5 mit einer Gewindebohrung 6 auf. Ferner ist die erste Sonotrode mit einer umlaufenden Angriffsfläche 7 versehen, welche zwischen der ersten Verbindungsfläche 5 und den Arbeitsflächen 2 sich radial vom Rumpf 1 erstreckt.
Die in den Fig. 5 bis 7 gezeigte zweite erfindungsgemässe So¬ notrode unterscheidet sich von der ersten Sonotrode im Wesent¬ lichen dadurch, dass hier sowohl die Frontseite der Sonotrode als auch deren Rückseite jeweils eine Verbindungsfläche 5 auf¬ weist. Zwischen jeder Verbindungsfläche 5 und der Arbeitsflä¬ che 2 ist jeweils eine Angriffsfläche 7 vorgesehen. Die Ar¬ beitsfläche 2 ist hier mittig zwischen den beiden Verbindungs¬ flächen 5 auf dem zylindrischen Rumpf 1 angebracht.
Eine Oberfläche der Druckflächen 4 weist einen Mittenrauwert Ra von höchstens 0,1 ym auf. Auch die Rinne 3 kann einen Mitten¬ rauwert Ra von höchstens 0,1 ym aufweisen. Vorzugsweise ist die Arbeitsfläche 2 poliert. Fig. 8 zeigt schematisch eine erste erfindungsgemässe Ultra- schallschweissvorrichtung . Eine Ultraschallquelle 8 ist hier mit der in den Fig. 1 bis 4 gezeigten ersten Sonotrode an deren Verbindungsfläche 5 verbunden. Mit dem Bezugszeichen 9 ist schematisch eine Druckerzeugungseinrichtung bezeichnet, welche an der Angriffsfläche 7 der ersten Sonotrode angreift. Mit dem Bezugszeichen 10 ist ein Amboss bezeichnet, welcher eine der Arbeitsfläche 2 gegenüberliegende Gegenfläche 11 aufweist.
Fig. 9 zeigt eine schematische Ansicht einer zweiten erfin- dungsgemässen Ultraschallschweissvorrichtung . Dabei ist die in den Fig. 5 bis 7 gezeigte zweite Sonotrode jeweils an deren Verbindungsflächen 5 mit einer Ultraschallquelle 8 verbunden. Die Druckerzeugungseinrichtung 9 ist hier auf zwei Angriffsflächen 7 abgestützt.
Die Funktion der Ultraschallschweissvorrichtungen wird nunmehr insbesondere in Zusammensicht mit den Fig. 10 bis 14 näher er¬ läutert .
Mittels der Druckerzeugungseinrichtung 9 wird die Arbeitsfläche 2 der Sonotrode in Richtung der Gegenfläche 11 des Ambos¬ ses 10 bewegt. Auf der glatt ausgebildeten Gegenfläche 11 des Ambosses 10 liegt eine Metallhülse 12, welche beispielsweise Bestandteil eines Rohrkabelschuhs 13 ist. Die Metallhülse 12 weist eine zweite Symmetrieebene S2 auf. Die zweite Symmetrie¬ ebene S2 ist bei der Annährung der Arbeitsfläche 2 zunächst nicht in Ausrichtung mit einer dritten Symmetrieebene S3, wel¬ che senkrecht zur ersten Symmetrieebene Sl durch die Achse X der Sonotrode verläuft. Die Rinnenachse R liegt vorzugsweise in der dritten Symmetrieebene S3.
Ein Abstand zwischen den beiden Mittelpunkten M der Druckflächen 4 ist mit dem Bezugszeichen A bezeichnet. Das Bezugszei¬ chen D bezeichnet einen Aussendurchmesser der Metallhülse 12. Der Abstand A ist in diesem Ausführungsbeispiel kleiner als der Aussendurchmesser D der Metallhülse 12. Es gilt vorzugsweise die folgende Beziehung:
A = k * D, wobei k ein Faktor im Bereich von 0,5 bis 0,9, vorzugsweise 0,6 bis 0,8 ist.
Sobald eine der Druckflächen 4 in Kontakt mit dem Aussenumfang der Metallhülse 12 kommt, wird beim weiteren Bewegen der
Druckfläche 4 in Richtung der Gegenfläche 11 die Metallhül¬ se 12 so verschoben, dass deren zweite Symmetrieebene S2 sich auf die dritte Symmetrieebene S3 der Sonotrode ausrichtet (siehe Fig. 11 und 12) . Mit der Druckerzeugungseinrichtung 9 wird sodann die Arbeitsfläche 2 in die Metallhülse 12 gedrückt und mittels der Sonotrode eine Ultraschallschwingung eingekop¬ pelt.
Die Fig. 13 und 14 zeigen eine Ausgestaltung eines Ambosses 10, auf dem ein Rohrkabelschuh 13 aufgelegt ist. Der Rohrkabelschuh 13 weist eine Metallhülse 12 auf, welche auf der glatten Gegenfläche 11 aufliegt. Der Amboss 10 weist in einem der Gegenfläche 11 benachbarten Flächenabschnitt 15 zwei pa¬ rallele Schultern 16 auf. Von der Metallhülse 12 erstreckt sich ein Anschlussterminal 14. Durch Einlegen des Anschluss¬ terminals 14 zwischen die parallel angeordneten Schultern 16 wird eine grobe Ausrichtung der Metallhülse 12 bezüglich der Arbeitsfläche 2 vorgegeben. Ein Abstand zwischen den Schultern 16 ist zweckmässigerweise so gewählt, dass das Anschlusstermi¬ nal 14 seitlich in einen vorgegebenen Bereich verschoben werden kann. Ein Kabel 17 ist in die Metallhülse 12 eingesteckt. Die Metallhülse 12 bildet auf diese eine Umhüllung des Ka¬ bels 17. Der Rohrkabelschuh 13 kann vernickelt sein.
Mit der erfindungsgemässen Sonotrode gelingt insbesondere bei der Verwendung des torsionalen Ultraschallschweissverfahrens eine reproduzierbare und feste Schweissverbindung und/oder Lötverbindung einer Metallhülse 12 mit einem darin eingesteckten Kabel 17. Bei dem Kabel 17 kann es sich insbesondere um eine Litze handeln, beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium. Mit der vorgeschlagenen Ultraschallschweissvorrichtung kann ein Kabel 17 mit einem Rohrkabelschuh 13 verschweisst und/oder verlötet werden, ohne dass die Oberfläche des Anschlusstermi¬ nals 14 beschädigt, insbesondere verkratzt, wird. Das Fehlen oberflächlichen Strukturen an der Arbeitsfläche 2 und an der Gegenfläche 11 hat zudem den Effekt, dass die Reibung zwischen Sonotrode, Metallhülse 12 und Amboss 10 erhöht wird und dadurch die Wärmeentwicklung gesteigert wird. Es wird derzeit davon ausgegangen, dass hierdurch im Inneren der Metallhülse 12 unter Zusammenwirkung mit der anstehenden Schweisskraft eine Stoffschlüssige Verbindung erreicht wird. Ferner hat das Fehlen einer oberflächlichen Struktur den Vorteil, dass der Verschleiss der Arbeitsfläche 2 und der Gegenfläche 11 redu¬ ziert werden. Dadurch ist ein längerer und höherer Energieeintrag möglich. Ein solcher Verschleiss ist insbesondere bei vernickelten Rohrkabelschuhen 13 besonders ausgeprägt, was durch die Erfindung verhindert werden kann.
Bei der in Fig. 15 gezeigten dritten Sonotrode weist die Arbeitsfläche 2 im hier gezeigten zweiten Profil über ihre gesamte Länge L eine konkave Krümmung auf. Ein kürzester Abstand zwischen den einander gegenüberliegenden Krümmungslinien der beiden Arbeitsflächen 2 schneidet vorteilhafterweise die Ach¬ se X .
Fig. 16 zeigt eine Detailansicht gemäss Fig. 5. Daraus ist er¬ sichtlich, dass im hier gezeigten ersten Profil die Arbeitsfläche 2 sich über einen Winkel von 180° krümmt.
Bei der in Fig. 17 gezeigten vierten Sonotrode krümmt sich die Arbeitsfläche 2 im ersten Profil dagegen lediglich um einen Winkel von etwa 100°. In den Fig. 18a bis 18d sind vier Paarungen aus Sonotroden 18 und Ambossen 10 in Schnittansichten dargestellt, in denen die zweiten Profile ersichtlich sind. Ebenfalls zu erkennen sind die Metallhülsen 12 und Kabel 17 nach dem Verbinden. In
Fig. 18a, 18c und 18d weisen die zweiten Profile von Sonotro¬ den 18 und Amboss 10 jeweils sowohl konvexe als auch konkave Abschnitte auf. In Fig. 18b verfügt nur das zweite Profil des Ambosses 10 über ein konvexes Profil, nicht aber auch das zweite Profil der Sonotrode 18.
Fig. 19 zeigt eine weitere erfindungsgemässe Schweisseinrich¬ tung, die ausser einer Sonotrode 18 und einen Amboss 10 zwei einander gegenüber angeordnete Seitenschieber 19 mit jeweils einer Seitenbegrenzungsfläche 20 enthält. Die Sonotrode 18 ist in einer hier vertikalen Schliessrichtung B in Richtung auf den Amboss 10 verstellbar. Die Seitenschieber 19 sind in einer zur Schliessrichtung B senkrechten Querrichtung Q verschiebbar. Die Arbeitsfläche 2 der Sonotrode 18, die Gegenfläche 11 des Ambosses 10 und die Seitenbegrenzungsflächen 20 der Seitenschieber 10 umschliessen einen Raumbereich, in dem die Verbindung erfolgt. Die Seitenschieber 19 geben eine grobe Aus¬ richtung der Metallhülse 12 bezüglich der Arbeitsfläche 2 vor.
Bei der in Fig. 20a und 20b dargestellten Ultraschallschweiss- vorrichtung ist der Abstand zwischen Druckflächen 4 der Arbeitsfläche 12 der Sonotrode 18 grösser als der Aussendurch- messer der Metallhülse 12. Auf diese Weise können mit ein und derselben Sonotrode 18 auch Metallhülsen 12 verschiedener Aus- sendurchmesser mit einem jeweiligen Kabel verbunden werden. Weiterhin wird die SelbstZentrierung beim Verstellen der Sonotrode 18 in Richtung des Ambosses 10 verbessert, und es er¬ folgt ein gleichmässigerer Krafteintrag. Fig. 20a zeigt den Zustand vor der Zentrierung und Fig. 20b den Zustand nach der Zentrierung .

Claims

Patentansprüche
1. Sonotrode (18) zur Herstellung einer Verbindung, insbesondere einer Schweissverbindung und/oder einer Lötverbindung, zwischen einem Kabel (17) und einer das Kabel (17) umhüllenden Umhüllung (17), insbesondere zwischen einem Kabel (17) und einer darauf aufgesteckten Hülse (13), insbesondere einer Metallhülse (12), insbe¬ sondere einer Metallhülse (12) eines Rohrkabel¬ schuhs (13), mit zumindest einer Arbeitsfläche (2), dadurch gekennzeichnet, dass
die Arbeitsfläche (2) in einem zweiten Profil zumindest abschnittsweise konkav gekrümmt, insbesondere konkav ge¬ krümmt ist.
2. Sonotrode (18) nach Anspruch 1 mit einer bezüglich einer ersten Symmetrieebene (Sl) symmetrischen Massenvertei¬ lung .
3. Sonotrode (18) nach Anspruch 2 mit zumindest einer insbe¬ sondere senkrecht zur ersten Symmetrieebene (Sl) verlau¬ fenden Verbindungsfläche (5) zum Verbinden mit einer Ul¬ traschallquelle (8).
4. Sonotrode (18) nach Anspruch 3 mit einer sich durch die Verbindungsfläche (5) und die erste Symmetrieebene (Sl) ersteckenden Achse (X) , wobei sich die zumindest eine Ar¬ beitsfläche (2) von einer Umfangsfläche in einer Richtung senkrecht zur Achse (X) erstreckt.
5. Sonotrode (18) nach Anspruch 4, wobei die Arbeitsflä¬ che (2) in einem parallel zur Achse (X) verlaufenden ersten Profil zumindest abschnittsweise konvex gekrümmt, insbesondere konvex gekrümmt ist.
Sonotrode (18) nach einem der Ansprüche 4 und 5, wobe das zweite Profil senkrecht zur Achse (X) verläuft.
7. Sonotrode (18) nach einem der Ansprüche 5 und 6, wobei die Arbeitsfläche (2) im ersten Profil über einen Winkel ( ) von 90° bis 180° gekrümmt ist.
8. Sonotrode (18) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Arbeitsfläche (2) im ersten Profil nach Art eines Vollwulsts ausgebildet ist.
9. Sonotrode (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Profil abschnittsweise konkav gekrümmt ist .
10. Sonotrode (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Profil eine Rinne (3) aufweist, welche derart ausgestaltet ist, dass bei Ausüben eines Drucks oder einer Kraft auf die Umhüllung (12) mittels der Arbeitsfläche (2) die Umhüllung (12) in eine vorgegebene Position bezüglich der Arbeitsfläche (2) gezwungen wird.
11. Sonotrode (18) nach Anspruch 10, wobei die Arbeitsflä¬ che (2) beidseits der Rinne (3) jeweils eine vorspringen¬ de und insbesondere höckerartige Druckfläche (4) auf¬ weist.
12. Sonotrode (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die konkave Krümmung des zweiten Profils über eine gesamte Länge (L) der Arbeitsfläche (2) erstreckt.
13. Sonotrode (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Oberfläche der Arbeitsfläche (2) einen Mitten- rauwert Ra von höchstens 0,4 ym, vorzugsweise höchstens 0,1 ym, aufweist.
14. Sonotrode (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sonotrode (18) eine Torsionssonotrode und die Achse (X) eine Torsionssachse ist.
15. Sonotrode (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sonotrode (18) eine Longitudinalsonotrode ist und die Achse (X) einer Ausbreitungsrichtung der Longitu- dinalwellen entspricht.
16. Sonotrode (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwei einander gegenüberliegende Verbindungsflä¬ chen (5) vorgesehen sind, so dass an jede der Verbindungsflächen (5) jeweils eine Ultraschallquelle (8) an- schliessbar ist.
17. Sonotrode (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen jeder Verbindungsfläche (5) und der Ar¬ beitsfläche (2) eine radial umlaufend abgesetzte An¬ griffsfläche (7) zum Angriff einer Druckerzeugungseinrichtung (9) vorgesehen ist.
18. Amboss (10) mit zumindest einer Gegenfläche (11), welche zur Herstellung einer Verbindung, insbesondere einer Schweissverbindung und/oder einer Lötverbindung, zwischen einem Kabel (17) und einer das Kabel (17) umhüllenden Umhüllung (17), insbesondere zwischen einem Kabel (17) und einer darauf aufgesteckten Hülse (13), insbesondere einer Metallhülse (12), insbesondere einer Metallhülse (12) ei¬ nes Rohrkabelschuhs (13), gegenüber einer Arbeitsflä¬ che (2) einer Sonotrode (18) anordenbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Gegenfläche (11) in einem zweiten Profil zumindest abschnittsweise konkav gekrümmt, insbesondere konkav ge¬ krümmt ist.
19. Amboss (10) nach Anspruch 18, wobei die Gegenfläche (11) in einem senkrecht zum zweiten Profil verlaufenden ersten Profil zumindest abschnittsweise konvex gekrümmt, insbe¬ sondere konvex gekrümmt ist.
20. Amboss (10) nach Anspruch 19, wobei die Gegenfläche (11) im ersten Profil über einen Winkel ( ) von 90° bis 180° gekrümmt ist.
21. Amboss (10) nach einem der Ansprüche 19 und 20, wobei die Gegenfläche (11) im ersten Profil nach Art eines Voll- wulsts ausgebildet ist.
22. Amboss (10) nach einem der Ansprüche 18 bis 21, wobei das zweite Profil abschnittsweise konkav gekrümmt ist.
23. Amboss (10) nach einem der Ansprüche 18 bis 22, wobei das zweite Profil eine Rinne aufweist, welche derart ausge¬ staltet ist, dass bei Ausüben eines Drucks oder einer Kraft auf die Umhüllung (12) mittels der Gegenfläche (11) die Umhüllung (12) in eine vorgegebene Position bezüglich der Gegenfläche (11) gezwungen wird.
24. Amboss (10) nach Anspruch 23, wobei die Gegenfläche (11) beidseits der Rinne jeweils eine vorspringende und insbe¬ sondere höckerartige Druckfläche aufweist.
25. Amboss (10) nach einem der Ansprüche 18 bis 24, wobei sich die konkave Krümmung des zweiten Profils über eine gesamte Länge der Gegenfläche (11) erstreckt.
26. Amboss (10) nach einem der Ansprüche 18 bis 25, wobei ei¬ ne Oberfläche der Gegenfläche (11) einen Mittenrauwert Ra von höchstens 0,4 ym, vorzugsweise höchstens 0,1 ym, auf¬ weist.
27. Vorrichtung zur Herstellung einer Verbindung, insbesondere einer Schweissverbindung und/oder einer Lötverbindung, zwischen einem Kabel (17) und einer das Kabel (17) umhüllenden Umhüllung (17), insbesondere zwischen einem Kabel (17) und einer darauf aufgesteckten Hülse (12), insbesondere einer Metallhülse (12), insbesondere einer Me¬ tallhülse (12) eines Rohrkabelschuhs (13), umfassend eine zumindest an einer Verbindungsfläche (5) mit einer Ultraschallquelle (8) verbundene Sonotrode (18) und einen gegenüberliegend der Arbeitsfläche (2) der Sonotro¬ de (18) angeordneten Amboss (10), wobei die Sonotro¬ de (18) nach einem der Ansprüche 1 bis 17 ausgebildet ist und/oder der Amboss (10) nach einem der Ansprüche 18 bis 26 ausgebildet ist.
28. Vorrichtung nach Anspruch 27, wobei die Vorrichtung eine an der zumindest einen Angriffsfläche (7) angreifende Druckerzeugungseinrichtung (9) zur Erzeugung eines/r in Richtung des Ambosses (10) wirkenden Drucks oder Kraft und/oder eine an einer Angriffsfläche des Ambosses (10) angreifende Druckerzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines/r in Richtung der Sonotrode (18) wirkenden Drucks o- der Kraft umfasst.
29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 und 28, wobei ei¬ ne der Arbeitsfläche (2) gegenüberliegend angeordnete Ge¬ genfläche (11) des Ambosses (10) einen Mittenrauwert Ra von höchstens 0,4 ym, vorzugsweise höchstens 0,1 ym, auf¬ weist.
30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 29, wobei der Amboss (10) in einem an die Gegenfläche (11) angrenzenden Flächenabschnitt (15) zwei parallel verlaufende Schul¬ tern (16) zum Halten eines Anschlussterminals (14) gegen seitliches Verschieben aufweist.
31. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 30, wobei die Ultraschallquelle (8) zumindest einen Konverter zur Er¬ zeugung einer torsionalen oder einer longitudinalen Ultraschallschwingung umfasst.
32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 31, wobei die Ultraschallquelle (8) zumindest einen zwischen den Kon- verter und die Verbindungsfläche (5) eingeschalteten Booster umfasst.
33. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 32, enthaltend mindestens einen Seitenschieber (19) mit einer Sei¬ tenbegrenzungsfläche (20), bevorzugt zwei einander gegen¬ über angeordnete Seitenschieber (19) mit einer jeweiligen Seitenbegrenzungsfläche (20), welche einen Raumbereich umschliessen, in dem die Verbindung, insbesondere die Verschweissung und/oder die Lötung, erfolgt.
34. Verfahren zur Herstellung einer Verbindung, insbesondere einer Schweissverbindung und/oder einer Lötverbindung, zwischen einem Kabel (17) und einer das Kabel (17) umhüllenden Umhüllung (17), insbesondere zwischen einem Kabel (17) und einer Hülse (12), insbesondere einer Metall¬ hülse (12), insbesondere einer Metallhülse (12) eines Rohrkabelschuhs (13), mit folgenden Schritten:
- Bereitstellen einer Vorrichtung mit einer Sonotro- de (18) nach einem der Ansprüche 1 bis 17 und/oder mit einem Amboss (10) nach einem der Ansprüche 18 bis 26, insbesondere einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 33,
- Positionieren der Umhüllung (12) derart, dass eine Achse der Umhüllung (12) etwa in Ausrichtung mit einer Rinnenachse (R) einer Rinne (3) der Arbeitsflä¬ che (2) ist,
- vor oder nach dem Positionieren der Umhüllung (12) : Applizieren der Umhüllung (12) auf das Kabel (17), insbesondere Aufstecken der Hülse (12) auf das Ka¬ bel (17), - Drücken der Arbeitsfläche (2) derart gegen die Umhül¬ lung (12), dass sich die Achse der Umhüllung (12) auf die Rinnenachse (R) ausrichtet, und
- Einkoppeln einer Ultraschallschwingung mittels der Sonotrode (18) in die Umhüllung (12) derart, dass das Kabel (17) zumindest abschnittsweise mit der Umhül¬ lung (12) verbunden, insbesondere verschweisst und/oder verlötet wird.
35. Verfahren nach Anspruch 34, wobei bei der Sonotrode (18) ein Abstand (A) zwischen Druckflächen (4) der Arbeitsfläche (2) kleiner als ein Aussendurchmesser (D) der Umhüllung (12) ist.
36. Verfahren nach Anspruch 34, wobei bei der Sonotrode (18) ein Abstand (A) zwischen den Druckflächen (4) der Arbeitsfläche (2) grösser als ein Aussendurchmesser (D) der Umhüllung (12) ist.
37. Verfahren nach einem der Ansprüche 34 bis 36, wobei das Positionieren der Umhüllung (12), insbesondere der Hülse (12), durch ein Auflegen der Umhüllung (12) auf einen gegenüberliegend der Arbeitsfläche (2) angeordneten Am- boss (10) erfolgt.
38. Verfahren nach einem der Ansprüche 34 bis 37, wobei die Umhüllung (12) auf die Gegenfläche (11) des Ambosses (10) nach Anspruch 5 oder 6 aufgelegt wird.
39. Verfahren nach einem der Ansprüche 34 bis 38, wobei die Umhüllung (12) Bestandteil eines ein Anschlussterminal (14) aufweisenden Rohrkabelschuhs (13) ist und das An¬ schlussterminal (14) vorzugsweise zwischen Schultern (16) des Ambosses (10) gelegt wird.
40. Verfahren nach einem der Ansprüche 34 bis 39, wobei die eingekoppelte Ultraschallschwingung eine torsionale Ult- raschallschwingung ist, so dass die Arbeitsfläche (2) in einer Richtung senkrecht zur Torsionsachse der Sonotro- de (18) und/oder zur Achse der Umhüllung (12) hin- und herbewegt wird.
41. Verfahren nach einem der Ansprüche 34 bis 40, wobei die eingekoppelte Ultraschallschwingung eine longitudinale Ultraschallschwingung ist, so dass die Arbeitsfläche (2) in einer Richtung parallel zur Achse der Sonotrode (18) und/oder zur Achse der Umhüllung (12) hin- und herbewegt wird .
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