WO2017216199A1 - Ultraschallschweissvorrichtung mit spanneinrichtung und verfahren zum ultraschallschweissen - Google Patents

Ultraschallschweissvorrichtung mit spanneinrichtung und verfahren zum ultraschallschweissen Download PDF

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WO2017216199A1
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sonotrode
ultrasonic welding
closing
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Peter Solenthaler
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Telsonic Holding Ag
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    • B23K2103/08—Non-ferrous metals or alloys
    • B23K2103/12—Copper or alloys thereof

Definitions

  • the present invention relates to ultrasonic welding devices with a clamping device and method for ultrasonic welding of particular elongated
  • a device for ultrasonic bonding of electrical conductors includes an anvil member which is transversely displaceable to a working surface of a sonotrode ⁇ means of a guide.
  • the guide extends across the work surface across the work surface.
  • DE 10 2006 021 651 B4 relates to an ultrasonic welding station and a method for operating the same.
  • Welding station includes a sonotrode, a counter electrode (ie in other words an anvil) and two side delimiters, which enclose a compression space in a conventional manner and are movable relative to each other.
  • an ultrasonic welding device comprising a sonotrode with a working surface, includes an anvil having a working surface and two side regulators with jeweili ⁇ gen page boundary surfaces.
  • the working surface of the anvil is opposite the working surface of the sonotrode.
  • the work surfaces of the sonotrode and the anvil and the side ⁇ limiting surfaces limit a compression space for inserting particular elongated material to be welded in a
  • the welding material may be in particular electrical conductors such as strands. They can also be terminals.
  • the direction of the material to be welded in particular a longitudinal direction of the elongated material to be welded, is regarded here as the direction of the welding material.
  • the ultrasonic welding device has a clamping device, by means of which the anvil can be braced in the direction of the sonotrode by a clamping force, at least in a welding position.
  • a clamping force acts to ⁇ least a part of one of the working surface of the anvil against ⁇ opposite working surface of the anvil.
  • an attack surface of the anvil faces the working surface of the anvil when the surface normals of the work surface and the attack surface include an obtuse angle and at least a portion of the projected to the plane of the work surface at ⁇ grip surface is at least partially within the work surface.
  • an obtuse angle here is also considered an angle of 180 °.
  • the engagement surface is formed by one of the working surface of the anvil opposite outer side of the anvil or by a part of this outer side.
  • One of the working surface of the anvil opposite the outside may also have at least one step, wherein the attack surface is formed only by one of the Ar ⁇ beits Structure opposite outside of the step.
  • the attack surface in the interior of the anvil is arranged at ⁇ , that is between the working surface and the overlying against ⁇ outer side of the anvil.
  • the anvil can be braced in the direction of the sonotrode with the aid of a bolt which penetrates laterally into it.
  • the tensioning means is formed and arranged such that the anvil, at least in the Schweissposi- tion in substantially the whole application surface, in particular on the entire opposite outer side, acting tensioning force in the direction of the sonotrode ver ⁇ can be tensioned by a. This can be a particularly effective
  • the clamping device has a closing device which, at least in the welding position, can be brought into contact with at least part of the engagement surface, in particular with the entire engagement surface, in order to clamp the anvil in the direction of the sonotrode.
  • the clamping force can then be transferred from the closing device to the anvil.
  • the closing device can be arranged, for example, on the outside of the working surface of the anvil, or be formed by a bolt as described above.
  • the locking device may be bar-shaped, which allows a particularly good introduction of force.
  • the locking device is arranged displaceable relative to the sonotrode in a closing direction between an open position and the welding position, wherein the closing ⁇ direction parallel to the working surface of the sonotrode and perpendicular to the right ⁇ Schweissgutraum. This facilitates the insertion of the weld material in the Sch spagutraum.
  • the closing device In the open position, the closing device need not necessarily be in contact with the attack surface.
  • the closing device is displaceably arranged in the closing direction on the anvil.
  • the closing device can be positioned more precisely relative to the anvil, which simplifies the introduction of the clamping force.
  • the closing device but also on another Part of the ultrasonic welding device to be arranged displaceably in the closing direction.
  • the closing device is held at two opposite ends. In this way, a symmetrical force can be achieved in the closing device and thus in the anvil.
  • the force is here al ⁇ so after a "portal principle".
  • the tensioning device has at least one towing device, which is arranged relative to the Sono in a direction perpendicular to the working ver ⁇ pushed, at least in the welding position by means of a first tensile part of the pulling device, a first end of the closing device is durable and by means of a second tensile part of the pulling device, a second end of the
  • Closing device is durable. By shifting the drawbar perpendicular to the working surface of the sonotrode can be adjusted in this way, the height of the compression space who ⁇ .
  • the pulling device can be moved to the working surface of the sonotrode, whereby the view is facilitated in the compression chamber.
  • the drawbar can then be moved away from the work surface of the sonotrode so that the closing device can close the compression space above the inserted weld material.
  • the traversed by the pulling device adjustment can be selected depending on the total cross section of the inserted weld. If this total cross-section ver ⁇ comparatively small, it may be sufficient to move the pulling device only a portion of the maximum possible adjustment path, whereby the process times can be reduced.
  • the drawbar to reduce the compression space and for welding can be moved back to the working surface of the sonotrode.
  • this movement can take place symmetrically.
  • the anvil is in the above-mentioned he ⁇ closing direction which is parallel to the working surface of the sonotrode and perpendicularly to Schweissgutraum, ver ⁇ slidably disposed on the first pulling part. In this way, the compression chamber can be opened and closed.
  • the first pulling part contains a transverse bar running parallel to the welding material direction and at least two longitudinal bars running perpendicular to the working surface of the sonotrode.
  • the transverse bar is formed, at least in the welding position, for holding the first end of the closing device, and the longitudinal bars hold the transverse bar, in particular at its two ends.
  • an opening is formed through which the anvil, a first side limiter and the locking device can be guided in the intermediate space formed between the pulling parts.
  • Closing device through the opening formed between the longitudinal beams ensures a compact and symmetrical Bauwei ⁇ se.
  • the second pulling part includes a extending parallel to the crossbar and at least two Schweissgutides perpendicular to the working surface of the sonotrode ver ⁇ current longitudinal beams is.
  • the transverse bar is formed and arranged at least in the welding position for holding the second end of the closing device, and the longitudinal bars ⁇ bar hold the crossbar, in particular at both its ends. Between the longitudinal beams, an opening is formed, through which a second side limiter can be guided in the intermediate space formed between the tension parts.
  • This implementation also ensures a compact and symmetrical Bauwei ⁇ se. Overall, therefore, the crossbeams and the locking device, via the longitudinal beams, the tension in the anvil Weglei ⁇ tet.
  • the locking device may also include a temperature control with which the locking device and the anvil can be heated, in particular chilled or heated ⁇ ge.
  • the temperature control may include a thermal treatment for a tempering fluid, particularly a cooling fluid or a heating fluid, which may be a gas or a FLÜS ⁇ stechnik for example, such as water.
  • the temperature control device can keep a Peltier element or a heating wire ent.
  • the closing device may include at least one sensor with which a welding parameter can be determined, for example a force, a temperature or a position.
  • a force sensor is preferably arranged in the closing device, since it is then in the force flow.
  • the sensors mentioned can serve for quality control. As a result, in particular missing individual wires ("missing strands") can be detected.
  • the ultrasonic welding device according to the invention has the advantage that it is robust and compact.
  • step c) the anvil is braced in the direction of the sonotrode by a clamping force acting essentially on the entire attack surface.
  • a locking device in contact with at least a portion of the engagement surface, in particular with the entire excsflä ⁇ che to clamp the anvil in the direction of the sonotrode.
  • the closing device is moved in step b) relative to the sonotrode in a closing direction which is parallel to a working surface of the sonotrode and senk ⁇ right to Sch thoroughlygutides, from an open position to a welding position.
  • the inventive method is also particularly suitable for a welding or a cascade sequence welding in which weld metal, in particular strands from different material ⁇ lien such as copper or aluminum is welded. It is advantageous, for example, if initially a or several copper strands are welded with a first set of welding parameters, then the compression ⁇ space is opened again, then one or more aluminum strands are additionally inserted and then all the strands are welded together with a second set of welding parameters.
  • Ultrasonic welding can be linear or torsional ultrasonic welding.
  • the sonotrode may be formed in a manner known per se.
  • FIG. 2 is a side view of the ultrasonic welding device in a welding position
  • FIG. 3 shows a side view of the ultrasonic welding device in the opening position with inserted welding material
  • Figure 4 a side view of the ultrasonic welding device in the welding position with inserted weld.
  • the ultrasonic welding device 50 further has a clamping device 14. By means of this tensioning device 14, the anvil 4 in the illustrated in Figures 2 and 4
  • Welding position S are clamped by a clamping force in the direction of the sonotrode 8.
  • the clamping force acts on an opposite An ⁇ gripping surface 26 of the anvil 4, which his Schwarze ⁇ che. 11
  • the engagement surface 26 is formed by one of the working surface 11 opposite ⁇ lying outside 15 of the anvil. 4
  • the surfaces ⁇ normal N of the working surface 11 and the surface normal M of the engagement surface 26 thus enclose an angle of 180 ° and the perpendicular proji ⁇ ed to the plane of the working surface 11 engaging surface 26 lies partially within the Ar ⁇ beits Structure. 11
  • the tensioning device 14 has a pulling device 2, 3, which is arranged relative to the sonotrode 8 in a direction perpendicular to the working surface 10 slidably. Furthermore, the tensioning device 14 has a bar-shaped closing device 1, which in the welding position S shown in FIGS. 2 and 4 is in contact with the engagement surface 26 in order to clamp the anvil 4 in the direction of the sonotrode 8. In the welding position S, a first end 16 of the closing device 1 is durable by means of a first pulling part 2 of the pulling device, and by means of a second pulling part 3 of the pulling device 2, 3 is a second end 17 of the closing device 1 durable.
  • the first tension member 2 includes a parallel to
  • welding material E extending transverse bar 18 which holds the first end 16 of the closing device 1 in the welding position S.
  • the first traction part 2 contains two perpendicular to the working surface 10 of the sonotrode 8 extending Llvesbai- ken 20, which hold the crossbar 18, and at both its ends 19. Between the longitudinal beam 20, an opening 21 is formed, through which the anvil 4, the first side limiter ⁇ 6 and the locking device 1 in between the tension parts 2, 3 formed gap are feasible.
  • the second tension member 3 includes a parallel to
  • Welding material E extending transverse bar 22, which holds the second end 17 of the closing device 1 in the welding position S.
  • Two longitudinal beams 24 extending perpendicularly to the work surface 10 of the sonotrode 8 hold the crossbar 22 at both its ends 23.
  • An opening 25 is formed between the longitudinal beams 20, through which the second side limiter 5 can be guided in the interspace formed between the tension parts 2, 3 is to limit the compression space 9.
  • the closing device 1 is relative to the sonotrode 8 in a closing direction R, which runs parallel to the working surface 10 of the So ⁇ notrode 8 and perpendicular to the material E, between an opening position 0 shown in Figures 1 and 3 and reproduced in Figures 2 and 4
  • Welding position S slidably disposed on the anvil 4.
  • the anvil 4 is in turn arranged in the mentioned closing direction R displaceable on the first pulling part 2.
  • the anvil 4 is braced in the direction of the sonotrode 8 by a clamping force acting essentially on the entire engagement surface 26.
  • Sch bulkgutcardiettid E are inserted into the compression chamber 9.
  • three or more strands can also be welded.
  • the anvil 4 will be used together with the Closing device 1 pulled out through the opening 21 from the space between the two pulling parts 2, 3, and the pulling device 2, 3 in the direction of the sonotrode 8 moves. This results in the position shown in Figure 3 opening ⁇ position 0.
  • the arrangement of the individual components of the ultrasonic welding device 50 in the open position 0 permits a good view of the compression chamber 9 and the
  • a step b) the compression space 9 is closed by the pulling device 2, 3 is moved away from the sonotrode 8.
  • the displacement of the pulling device 2, 3 can be selected depending on the total cross section of the inserted Lit ⁇ zen 60.
  • the inventive ultrasonic welding device ⁇ 50 is particularly robust and compact, and we reached a symmetrical force transmission. As a result, the ultrasonic welding device 50 is particularly suitable for the

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Abstract

Offenbart ist eine Ultraschallschweissvorrichtung (50), enthaltend eine Sonotrode (8) mit einer Arbeitsfläche (10), einen Amboss (4) mit einer Arbeitsfläche (11), die der Arbeitsfläche (10) der Sonotrode (8) gegenüberliegt, zwei Seitenbegrenzer (5, 6) mit jeweiligen Seitenbegrenzungsflächen (12, 13), wobei die Arbeitsflächen (10, 11) der Sonotrode (8) und des Ambosses (4) und die Seitenbegrenzungsflächen (12, 13) einen Verdichtungsraum (9) begrenzen, der zum Einlegen von insbesondere länglichem Schweissgut (60) in einer Schweissgutrichtung (B) ausgebildet ist,wobei die Ultraschallschweissvorrichtung (50) eine Spanneinrichtung (14) aufweist, mittels deren der Amboss (4) zumindest in einer Schweissposition (S) durch eine Spannkraft, die an zumindest einem Teil einer der Arbeitsfläche (11) des Ambosses (4) gegenüberliegenden Seite (15) Angriffsfläche (26) des Ambosses (4) einwirkt, in Richtung der Sonotrode (8) verspannbar ist. Weiterhin offenbart ist ein Verfahren zum Ultraschallschweissen.

Description

Ultraschallschweissvorrichtung mit Spanneinrichtung und Verfahren zum Ultraschallschweissen
Die vorliegende Erfindung befasst sich mit Ultraschall- schweissvorrichtungen mit einer Spanneinrichtung und Verfahren zum Ultraschallschweissen von insbesondere länglichem
Schweissgut, insbesondere von elektrischen Leitern wie bei¬ spielsweise Litzen, oder von Terminals.
In EP 1 772 223 AI ist eine Vorrichtung zum Ultraschallverbinden von elektrischen Leitern offenbart, die ein Ambossteil enthält, welches mittels einer Führung quer zu einer Arbeits¬ fläche einer Sonotrode verschiebbar ist. Die Führung erstreckt sich quer zur Arbeitsfläche über die Arbeitsfläche. Bei dieser bekannten Vorrichtung werden zwar Hebelkräfte und -momente reduziert, sodass der Verdichtungsraum besonders steif ausgebil¬ det ist und nur geringen Verformungen unterliegt. Im Falle grosser Litzenquerschnitte, die einen Verdichtungsraum gewis¬ ser Breite benötigen, kann es aber dennoch zum Aufbiegen des Ambossteils kommen, was unter Umständen zu qualitativ minderwertigen Schweissungen führen kann.
Die DE 10 2006 021 651 B4 betrifft eine Ultraschall-Schweiss- station und ein Verfahren zum Betreiben derselben. Die
Schweissstation enthält eine Sonotrode, eine Gegenelektrode (also mit anderen Worten einen Amboss) und zwei Seitenbegrenzer, die in an sich bekannter Weise einen Verdichtungsraum einschliessen und relativ zueinander beweglich sind. Die
Schweissstation enthält Spannmittel zum Verspannen der Gegenelektrode gegenüber dem ihr benachbarten Seitenbegrenzer. Im konkreten Ausführungsbeispiel sind die Spannmittel als Halte¬ joch ausgebildet. Hierdurch wird während des Schweissens ein Luftspalt zwischen der Gegenelektrode und dem Seitenbegrenzer vermieden. Angeblich können hierdurch vergleichsweise grosse Kräfte oder Drücke in den Verdichtungsraum eingeleitet werden und vergleichsweise grössere und qualitativ hochwertigere Querschnitte im Schweissgut geschweisst werden, da die Lei¬ terelemente besonders fest in Position gehalten werden können. Aber auch bei dieser Schweissstation kann ein Aufbiegen des Verdichtungsraums nicht effektiv verhindert werden, insbeson¬ dere wenn grosse Litzenquerschnitte geschweisst werden.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ultraschallschweissvorrichtung und ein Verfahren zum Ultra- schallschweissen bereitzustellen, welche die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile nicht aufweisen. Insbesondere soll also das Aufbiegen des Verdichtungsraumes möglichst verhindert werden, selbst wenn Litzen mit vergleichsweise grossen Querschnitten geschweisst werden sollen.
In einem ersten Aspekt der Erfindung werden diese und weitere Aufgaben gelöst durch eine Ultraschallschweissvorrichtung, welche eine Sonotrode mit einer Arbeitsfläche, einen Amboss mit einer Arbeitsfläche und zwei Seitenbegrenzer mit jeweili¬ gen Seitenbegrenzungsflächen enthält. Die Arbeitsfläche des Ambosses liegt der Arbeitsfläche der Sonotrode gegenüber. Die Arbeitsflächen der Sonotrode und des Ambosses und die Seiten¬ begrenzungsflächen begrenzen einen Verdichtungsraum, der zum Einlegen von insbesondere länglichem Schweissgut in eine
Schweissgutrichtung ausgebildet ist. Bei dem Schweissgut kann es sich insbesondere um elektrische Leiter wie beispielsweise Litzen handeln. Es kann sich auch um Terminals handeln. Als Schweissgutrichtung wird hier und im Folgenden die Richtung des Schweissguts angesehen, insbesondere eine Längsrichtung des länglichen Schweissgutes .
Erfindungsgemäss weist die Ultraschallschweissvorrichtung eine Spanneinrichtung auf, mittels deren der Amboss zumindest in einer Schweissposition durch eine Spannkraft in Richtung der Sonotrode verspannbar ist. Dabei wirkt die Spannkraft an zu¬ mindest einem Teil einer der Arbeitsfläche des Ambosses gegen¬ überliegenden Angriffsfläche des Ambosses ein. Im Sinne der vorliegenden Erfindung liegt eine Angriffsfläche des Ambosses der Arbeitsfläche des Ambosses gegenüber, wenn die Flächennormalen der Arbeitsfläche und der Angriffsfläche einen stumpfen Winkel einschliessen und zumindest ein Teil der auf die Ebene der Arbeitsfläche senkrecht projizierten An¬ griffsfläche zumindest teilweise innerhalb der Arbeitsfläche liegt. Als stumpfer Winkel wird dabei hier auch ein Winkel von 180° angesehen.
Aufgrund der Einwirkung der Spannkraft an einer der Arbeits¬ fläche gegenüberliegende Angriffsfläche ist eine besonders vorteilhafte Krafteinleitung in den Amboss und damit auf das Schweissgut möglich. Hierdurch kann das Aufbiegen des Verdichtungsraumes effektiv verhindert werden. Bei geeigneter Anord¬ nung der Angriffsfläche ist insbesondere eine symmetrische Krafteinleitung möglich. Ein Winkel zwischen den genannten Flächennormalen von 180° ist erfindungsgemäss bevorzugt, da dann eine besonders wirkungsvolle Krafteinleitung stattfinden kann .
In vorteilhaften Ausführungsformen ist die Angriffsfläche durch eine der Arbeitsfläche des Ambosses gegenüberliegende Aussenseite des Ambosses oder durch einen Teil dieser Aussenseite gebildet. Diese Ausführungsformen sind baulich besonders einfach zu realisieren. Eine der Arbeitsfläche des Ambosses gegenüberliegende Aussenseite kann auch mindestens eine Stufe aufweisen, wobei die Angriffsfläche nur durch eine der Ar¬ beitsfläche gegenüberliegende Aussenseite der Stufe gebildet ist .
Alternativ ist es aber auch denkbar und liegt im Rahmen der Erfindung, dass die Angriffsfläche im Inneren des Ambosses an¬ geordnet ist, also zwischen der Arbeitsfläche und der gegen¬ überliegenden Aussenseite des Ambosses. Beispielsweise kann der Amboss mit Hilfe eines seitlich in ihn eindringenden Bolzens in Richtung der Sonotrode verspannt werden. Vorteilhafterweise ist die Spanneinrichtung derart ausgebildet und angeordnet, dass der Amboss zumindest in der Schweissposi- tion durch eine im Wesentlichen an der gesamten Angriffsfläche, insbesondere an der gesamten gegenüberliegenden Aussenseite, einwirkende Spannkraft in Richtung der Sonotrode ver¬ spannbar ist. Hierdurch kann eine besonders effektive
Krafteinleitung bewirkt werden. Möglich ist es im Rahmen der Erfindung jedoch auch, dass die Spannkraft nur an einem Teil der Angriffsfläche einwirkt.
Bevorzugt weist die Spanneinrichtung eine Schliesseinrichtung auf, welche zumindest in der Schweissposition in Kontakt mit zumindest einem Teil der Angriffsfläche, insbesondere mit der gesamten Angriffsfläche, bringbar ist, um den Amboss in Richtung der Sonotrode zu verspannen. Die Spannkraft kann dann von der Schliesseinrichtung auf den Amboss übertragen werden. Die Schliesseinrichtung kann beispielsweise an der der Arbeitsfläche des Ambosses gegenüberliegenden Aussenseite angeordnet sein oder durch einen wie oben beschriebenen Bolzen gebildet sein. Die Schliesseinrichtung kann balkenförmig ausgebildet sein, was eine besonders gute Krafteinleitung erlaubt.
Bevorzugt ist die Schliesseinrichtung relativ zur Sonotrode in einer Schliessrichtung zwischen einer Öffnungsposition und der Schweissposition verschiebbar angeordnet, wobei die Schliess¬ richtung parallel zur Arbeitsfläche der Sonotrode und senk¬ recht zur Schweissgutrichtung verläuft. Dies erleichtert das Einlegen des Schweissgutes in der Schweissgutrichtung. In der Öffnungsposition muss die Schliesseinrichtung nicht zwingend in Kontakt mit der Angriffsfläche sein.
Mit Vorteil ist die Schliesseinrichtung in der Schliessrichtung verschiebbar am Amboss angeordnet. Hierdurch kann die Schliesseinrichtung präzisier relativ zum Amboss positioniert werden, was die Einleitung der Spannkraft vereinfacht. Alter¬ nativ kann die Schliesseinrichtung aber auch an einem anderen Teil der Ultraschallschweissvorrichtung in der Schliessrich- tung verschiebbar angeordnet sein.
Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn zumindest in der Schweiss- position die Schliesseinrichtung an zwei gegenüberliegenden Enden gehalten ist. Auf diese Weise kann eine symmetrische Krafteinleitung in die Schliesseinrichtung und damit in den Amboss erreicht werden. Die Krafteinleitung geschieht hier al¬ so nach einem „Portalprinzip".
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Spanneinrichtung mindestens eine Zugeinrichtung aufweist, welche relativ zur Sono- trode in einer Richtung senkrecht zu deren Arbeitsfläche ver¬ schiebbar angeordnet ist, wobei zumindest in der Schweissposi- tion mittels eines ersten Zugteils der Zugeinrichtung ein erstes Ende der Schliesseinrichtung haltbar ist und mittels eines zweiten Zugteils der Zugeinrichtung ein zweites Ende der
Schliesseinrichtung haltbar ist. Durch Verschiebung der Zugeinrichtung senkrecht zur Arbeitsfläche der Sonotrode kann auf diese Weise die Höhe des Verdichtungsraumes eingestellt wer¬ den. Zum Einlegen des Schweissgutes kann die Zugeinrichtung auf die Arbeitsfläche der Sonotrode zubewegt werden, wodurch die Sicht in den Verdichtungsraum erleichtert wird. Anschlies¬ send kann die Zugeinrichtung von der Arbeitsfläche der Sonotrode wegbewegt werden, damit die Schliesseinrichtung den Verdichtungsraum oberhalb des eingelegten Schweissgutes schlies- sen kann. Der von der Zugeinrichtung zurückgelegte Verstellweg kann in Abhängigkeit vom Gesamtquerschnitt des eingelegten Schweissguts gewählt werden. Ist dieser Gesamtquerschnitt ver¬ gleichsweise klein, so kann es genügen, die Zugeinrichtung nur einen Teil des maximal möglichen Verstellweges zu bewegen, wodurch die Prozesszeiten reduziert werden können. Daraufhin kann die Zugeinrichtung zum Verkleinern des Verdichtungsraumes und zum Schweissen wieder auf die Arbeitsfläche der Sonotrode zubewegt werden. Durch das Halten beider Enden der Schliesseinrichtung kann diese Bewegung symmetrisch erfolgen. Mit weiterem Vorteil ist der Amboss in der bereits oben er¬ wähnten Schliessrichtung, die parallel zur Arbeitsfläche der Sonotrode und senkrecht zur Schweissgutrichtung verläuft, ver¬ schiebbar am ersten Zugteil angeordnet. Auf diese Weise kann der Verdichtungsraum geöffnet und geschlossen werden.
Es ist zweckmässig, wenn der erste Zugteil einen parallel zur Schweissgutrichtung verlaufenden Querbalken und mindestens zwei senkrecht zur Arbeitsfläche der Sonotrode verlaufende Längsbalken enthält. Dabei ist der Querbalken zumindest in der Schweissposition zum Halten des ersten Endes der Schliessein- richtung ausgebildet, und die Längsbalken halten den Querbalken, insbesondere an dessen beiden Enden. Zwischen den Längsbalken ist eine Öffnung gebildet, durch welche der Amboss, ein erster Seitenbegrenzer und die Schliesseinrichtung in den zwischen den Zugteilen gebildeten Zwischenraum führbar sind. Die Durchführung des Ambosses, der Seitenbegrenzer und der
Schliesseinrichtung durch die zwischen den Längsbalken gebildete Öffnung sorgt für eine kompakte und symmetrische Bauwei¬ se .
Ebenfalls zweckmässig ist es, wenn der zweite Zugteil einen parallel zur Schweissgutrichtung verlaufenden Querbalken und mindestens zwei senkrecht zur Arbeitsfläche der Sonotrode ver¬ laufende Längsbalken enthält. Dabei ist der Querbalken zumindest in der Schweissposition zum Halten des zweiten Endes der Schliesseinrichtung ausgebildet und angeordnet, und die Längs¬ balken halten den Querbalken, insbesondere an dessen beiden Enden. Zwischen den Längsbalken ist eine Öffnung gebildet, durch welche ein zweiter Seitenbegrenzer in den zwischen den Zugteilen gebildeten Zwischenraum führbar ist. Auch diese Durchführung sorgt für eine kompakte und symmetrische Bauwei¬ se . Insgesamt kann somit über die Längsbalken, die Querbalken und die Schliesseinrichtung die Spannkraft in den Amboss eingelei¬ tet werden.
Die Schliesseinrichtung kann auch über eine Temperiereinrichtung verfügen, mit der die Schliesseinrichtung und damit der Amboss temperiert werden können, insbesondere gekühlt oder ge¬ heizt. Die Temperiereinrichtung kann einen Temperierkanal für ein Temperierfluid, insbesondere ein Kühlfluid oder ein Heiz- fluid, enthalten, das beispielsweise ein Gas oder eine Flüs¬ sigkeit sein kann, wie etwa Wasser. Alternativ kann die Temperiereinrichtung ein Peltier-Element oder einen Heizdraht ent¬ halten .
Zudem kann die Schliesseinrichtung mindestens einen Sensor enthalten, mit dem ein Schweissparameter bestimmt werden kann, beispielsweise eine Kraft, eine Temperatur oder eine Position. Insbesondere ein Kraftsensor ist bevorzugt in der Schliesseinrichtung angeordnet, da er sich dann im Kraftfluss befindet. Die genannten Sensoren können zur Qualitätskontrolle dienen. Hierdurch können insbesondere fehlende Einzeldrähte („missing Strands") detektiert werden.
Insgesamt weist die erfindungsgemässe Ultraschallschweissvor- richtung den Vorteil auf, dass sie robust und kompakt ist.
In einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Ultraschallschweissen, welches insbesondere mit einer wie oben beschriebenen Ultraschallschweissvorrichtung durchgeführt werden kann. Das Verfahren enthält die folgenden Schritte : a) Einlegen von insbesondere länglichem Schweissgut in einer Schweissgutrichtung in einen Verdichtungsraum einer Ultraschallschweissvorrichtung : b) Schliessen des Verdichtungsraumes zur Erreichung einer Schweissposition; c) Verspannen eines Ambosses der Ultraschallschweissvorrich- tung durch eine Spannkraft, die an zumindest einem Teil einer einer Arbeitsfläche des Ambosses gegenüberliegenden Angriffsfläche des Ambosses einwirkt, in Richtung einer Sonotrode der Ultraschallschweissvorrichtung; d) Verschweissen des Schweissguts (60) durch Beaufschlagung mit Ultraschall.
Wie oben bereits erläutert wurde, kann auf diese Weise ein Aufbiegen des Verdichtungsraumes weitgehend verhindert werden.
Vorteilhafterweise wird der Amboss im Schritt c) durch eine im Wesentlichen an der gesamten Angriffsfläche einwirkende Spannkraft in Richtung der Sonotrode verspannt.
Weiterhin von Vorteil ist es, wenn im Schritt c) eine
Schliesseinrichtung in Kontakt mit zumindest einem Teil der Angriffsfläche ist, insbesondere mit der gesamten Angriffsflä¬ che, um den Amboss in Richtung der Sonotrode zu verspannen.
Zudem ist es zweckmässig, wenn die Schliesseinrichtung im Schritt b) relativ zur Sonotrode in einer Schliessrichtung, die parallel zu einer Arbeitsfläche der Sonotrode und senk¬ recht zur Schweissgutrichtung verläuft, von einer Öffnungsposition in eine Schweissposition verschoben wird.
Vorteilhaft ist es überdies, wenn im Schritt b) der Amboss in der genannten Schliessrichtung verschoben wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren eignet sich auch besonders für ein Kaskadenschweissen oder ein Sequenzschweissen, bei dem Schweissgut, insbesondere Litzen, aus verschiedenen Materia¬ lien wie beispielsweise Kupfer oder Aluminium verschweisst wird. Vorteilhaft ist es beispielsweise, wenn zunächst eine oder mehrere Kupferlitzen mit einem ersten Satz von Schweiss- parametern geschweisst werden, anschliessend der Verdichtungs¬ raum wieder geöffnet wird, dann eine oder mehrere Aluminiumlitzen zusätzlich eingelegt werden und dann alle Litzen zusammen mit einem zweiten Satz von Schweissparametern miteinander verschweisst werden.
Beim Ultraschallschweissen kann es sich um ein lineares oder ein torsionales Ultraschallschweissen handeln. Hierfür kann die Sonotrode in an sich bekannter Weise ausgebildet sein.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von mehreren Ausführungsbeispielen und Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen
Figur 1: eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäs- sen Ultraschallschweissvorrichtung in einer Öffnungsposition;
Figur 2: eine seitliche Ansicht der Ultraschallschweissvorrichtung in einer Schweissposition;
Figur 3: eine seitliche Ansicht der Ultraschallschweissvorrichtung in der Öffnungsposition mit eingelegtem Schweissgut ;
Figur 4: eine seitliche Ansicht der Ultraschallschweissvorrichtung in der Schweissposition mit eingelegtem Schweissgut .
Die in den Figuren 1 bis 4 dargestellte erfindungsgemässe Ul¬ traschallschweissvorrichtung 50 enthält eine Sonotrode 8 mit einer Arbeitsfläche 10, einen Amboss 4 mit einer Arbeitsflä¬ che 11, die der Arbeitsfläche 10 der Sonotrode 8 gegenüber¬ liegt, sowie einem ersten Seitenbegrenzer 6 und einem zweiten Seitenbegrenzer 5 mit jeweiligen Seitenbegrenzungsflächen 12, 13. Die Arbeitsflächen 10, 11 der Sonotrode 8 und des Ambos¬ ses 4 und die Seitenbegrenzungsflächen 12, 13 begrenzen einen Verdichtungsraum 9, der zum Einlegen von Schweissgut 60 in einer Schweissgutrichtung E ausgebildet ist.
Die Ultraschallschweissvorrichtung 50 weist ferner eine Spanneinrichtung 14 auf. Mittels dieser Spanneinrichtung 14 kann der Amboss 4 in der in den Figuren 2 und 4 dargestellten
Schweissposition S durch eine Spannkraft in Richtung der Sono- trode 8 verspannt werden. Die Spannkraft wirkt an einer An¬ griffsfläche 26 des Ambosses 4 ein, die seiner Arbeitsflä¬ che 11 gegenüberliegt. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Angriffsfläche 26 durch eine der Arbeitsfläche 11 gegenüber¬ liegende Aussenseite 15 des Ambosses 4 gebildet. Die Flächen¬ normale N der Arbeitsfläche 11 und die Flächennormale M der Angriffsfläche 26 schliessen also einen Winkel von 180° ein, und die auf die Ebene der Arbeitsfläche 11 senkrecht proji¬ zierte Angriffsfläche 26 liegt teilweise innerhalb der Ar¬ beitsfläche 11.
Die Spanneinrichtung 14 weist eine Zugeinrichtung 2, 3 auf, welche relativ zur Sonotrode 8 in einer Richtung senkrecht zu deren Arbeitsfläche 10 verschiebbar angeordnet ist. Weiterhin weist die Spanneinrichtung 14 eine balkenförmige Schliessein- richtung 1 auf, welche in der in den Figuren 2 und 4 dargestellten Schweissposition S in Kontakt mit der Angriffsfläche 26 ist, um den Amboss 4 in Richtung der Sonotrode 8 zu verspannen. In der Schweissposition S ist ein erstens Ende 16 der Schliesseinrichtung 1 mittels eines ersten Zugteils 2 der Zugeinrichtung haltbar, und mittels eines zweiten Zugteils 3 der Zugeinrichtung 2, 3 ist ein zweites Ende 17 der Schliesseinrichtung 1 haltbar.
Genauer enthält das erste Zugteil 2 einen parallel zur
Schweissgutrichtung E verlaufenden Querbalken 18, welcher in der Schweissposition S das erste Ende 16 der Schliesseinrichtung 1 hält. Zudem enthält der erste Zugteil 2 zwei senkrecht zur Arbeitsfläche 10 der Sonotrode 8 verlaufende Längsbai- ken 20, welche den Querbalken 18 halten, und zwar an dessen beiden Enden 19. Zwischen den Längsbalken 20 ist eine Öffnung 21 gebildet, durch welche der Amboss 4, der erste Seiten¬ begrenzer 6 und die Schliesseinrichtung 1 in den zwischen den Zugteilen 2, 3 gebildeten Zwischenraum führbar sind.
Ähnlich enthält der zweite Zugteil 3 einen parallel zur
Schweissgutrichtung E verlaufenden Querbalken 22, welcher in der Schweissposition S das zweite Ende 17 der Schliesseinrichtung 1 hält. Zwei senkrecht zur Arbeitsfläche 10 der Sonotro- de 8 verlaufende Längsbalken 24 halten den Querbalken 22 an dessen beiden Enden 23. Zwischen den Längsbalken 20 ist eine Öffnung 25 gebildet, durch welche der zweite Seitenbegrenzer 5 in den zwischen den Zugteilen 2, 3 gebildeten Zwischenraum führbar ist, um den Verdichtungsraum 9 zu begrenzen.
Die Schliesseinrichtung 1 ist relativ zur Sonotrode 8 in einer Schliessrichtung R, die parallel zur Arbeitsfläche 10 der So¬ notrode 8 und senkrecht zur Schweissgutrichtung E verläuft, zwischen einer in den Figuren 1 und 3 dargestellten Öffnungsposition 0 und der in den Figuren 2 und 4 wiedergegebenen Schweissposition S verschiebbar am Amboss 4 angeordnet. Der Amboss 4 ist seinerseits in der genannten Schliessrichtung R verschiebbar am ersten Zugteil 2 angeordnet. In der in den Figuren 2 und 4gezeigten Schweissposition S ist der Amboss 4 durch eine im Wesentlichen an der gesamten Angriffsfläche 26 einwirkende Spannkraft in Richtung der Sonotrode 8 verspannt.
Zum Ultraschallschweissen mit Hilfe dieser Ultraschall- schweissvorrichtung 50 kann in einem Schritt a) zunächst
Schweissgut 60, also beispielsweise zwei Litzen, in eine
Schweissgutrichtung E in den Verdichtungsraum 9 eingelegt werden. Anstelle der in den Figuren 3 und 4 gezeigten zwei Litzen 60 können natürlich auch drei oder mehr Litzen ver- schweisst werden. Um dieses Einlegen zu ermöglichen und zu erleichtern, werden zuvor der Amboss 4 wird zusammen mit der Schliesseinrichtung 1 durch die Öffnung 21 hindurch aus dem Zwischenraum zwischen den beiden Zugteilen 2, 3 herausgezogen, und die Zugeinrichtung 2, 3 in Richtung auf die Sonotrode 8 zubewegt. So ergibt sich die in Figur 3 dargestellte Öffnungs¬ position 0. Die Anordnung der einzelnen Bauteile der Ultraschallschweissvorrichtung 50 in der Öffnungsposition 0 erlaubt dabei eine gute Sicht auf den Verdichtungsraum 9 und das
Schweissgut 60 von oben.
Anschliessend wird in einem Schritt b) der Verdichtungsraum 9 geschlossen, indem die Zugeinrichtung 2, 3 von der Sonotrode 8 wegbewegt wird. Der Verstellweg der Zugeinrichtung 2, 3 kann in Abhängigkeit des Gesamtquerschnitts der eingelegten Lit¬ zen 60 gewählt werden. Anschliessend werden der Amboss 4 und die Schliesseinrichtung 1 relativ zur Sonotrode 8 in der
Schliessrichtung R durch die Öffnung 21 hindurch in den Zwischenraum zwischen den Zugteilen 2, 3 verschoben. Vorher, gleichzeitig oder nachher wird der zweite Seitenbegrenzer 5 durch die Öffnung 25 hindurch in den Zwischenraum eingeführt. Daraufhin wird die Zugeinrichtung 2, 3 wieder abgesenkt, und der Amboss 4 und der Seitenbegrenzer 5 können gegebenenfalls weiter verschoben werden. Insgesamt ergibt sich damit die in Figur 4 gezeigte Schweissposition S. In dieser Schweisspositi- on S wird der Amboss 4 durch eine Spannkraft in Richtung der Sonotrode 8 verspannt. Die Kraftübertragung erfolgt dabei über die Zugeinrichtung 2, 3, die Schliesseinrichtung 1 und den Amboss 4.
Aufgrund ihrer Bauweise ist die erfindungsgemässe Ultraschall¬ schweissvorrichtung 50 besonders robust und kompakt, und es wir eine symmetrische Krafteinleitung erreicht. Hierdurch ist die Ultraschallschweissvorrichtung 50 besonders für das
Schweissen von Schweissgut, insbesondere von Litzen, mit gros¬ sem Querschnitt senkrecht zur Einlegerichtung E geeignet.

Claims

Patentansprüche
1. Ultraschallschweissvorrichtung (50), enthaltend
- eine Sonotrode (8) mit einer Arbeitsfläche (10),
- einen Amboss (4) mit einer Arbeitsfläche (11), die der Arbeitsfläche (10) der Sonotrode (8) gegenüberliegt,
- zwei Seitenbegrenzer (5, 6) mit jeweiligen Seitenbegrenzungsflächen (12, 13),
wobei die Arbeitsflächen (10, 11) der Sonotrode (8) und des Ambosses (4) und die Seitenbegrenzungsflächen (12, 13) einen Verdichtungsraum (9) begrenzen, der zum Einlegen von insbesondere länglichem Schweissgut (60) in einer Schweissgutrichtung (B) ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Ultraschallschweissvorrichtung (50) eine Spanneinrichtung (14) aufweist, mittels deren der Amboss (4) zu¬ mindest in einer Schweissposition (S) durch eine Spannkraft, die an zumindest einem Teil einer der Arbeitsflä¬ che (11) des Ambosses (4) gegenüberliegenden Angriffsflä¬ che (26) des Ambosses (4) einwirkt, in Richtung der Sono¬ trode (8) verspannbar ist.
2. Ultraschallschweissvorrichtung (50) gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
die Angriffsfläche (26) durch eine der Arbeitsfläche (11) des Ambosses (4) gegenüberliegende Aussenseite (15) des Ambosses (4) oder durch einen Teil dieser Aussenseite (15) gebildet ist.
3. Ultraschallschweissvorrichtung (50) gemäss einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Spanneinrichtung (14) derart ausgebildet und angeord¬ net ist, dass der Amboss (4) zumindest in der Schweisspo¬ sition (S) durch eine im Wesentlichen an der gesamten Angriffsfläche (26), insbesondere an der gesamten gegen- überliegenden Aussenseite (15), einwirkende Spannkraft in Richtung der Sonotrode (8) verspannbar ist.
4. Ultraschallschweissvorrichtung (50) gemäss einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Spanneinrichtung (14) eine Schliesseinrichtung (1) aufweist, welche zumindest in der Schweissposition (S) in Kontakt mit zumindest einem Teil der Angriffsfläche (26), insbesondere mit der gesamten Angriffsfläche (26), bring¬ bar ist, um den Amboss (4) in Richtung der Sonotrode (8) zu verspannen.
5. Ultraschallschweissvorrichtung (50) gemäss Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass
die Schliesseinrichtung (1) relativ zur Sonotrode (8) in einer Schliessrichtung (R) , die parallel zur Arbeitsfläche (10) der Sonotrode (8) und senkrecht zur Schweissgut- richtung (B) verläuft, zwischen einer Öffnungspositi¬ on (0) und der Schweissposition (S) verschiebbar angeordnet ist.
6. Ultraschallschweissvorrichtung (50) gemäss Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass
die Schliesseinrichtung (1) in der Schliessrichtung (R) verschiebbar am Amboss (4) angeordnet ist.
7. Ultraschallschweissvorrichtung (50) gemäss einem der vorangehenden Ansprüche 4 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schliesseinrichtung (1) zumindest in der Schweissposition (S) an zwei gegenüberliegenden Enden (16, 17) gehalten ist.
8. Ultraschallschweissvorrichtung (50) gemäss einem der Ansprüche 4 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass die Spanneinrichtung (14) mindestens eine Zugeinrichtung (2, 3) aufweist, welche relativ zur Sonotrode (8) in einer Richtung senkrecht zu deren Arbeitsfläche (10) ver¬ schiebbar angeordnet ist, wobei zumindest in der
Schweissposition (S) mittels eines ersten Zugteils (2) der Zugeinrichtung (2, 3) ein erstes Ende (16) der
Schliesseinrichtung (1) haltbar ist und mittels eines zweiten Zugteils (3) der Zugeinrichtung (2, 3) ein zweites Ende (17) der Schliesseinrichtung (1) haltbar ist.
9. Ultraschallschweissvorrichtung (50) gemäss Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass
der Amboss (4) in einer Schliessrichtung (R) , die parallel zur Arbeitsfläche (10) der Sonotrode (8) und senk¬ recht zur Schweissgutrichtung (B) verläuft, verschiebbar am ersten Zugteil (2) angeordnet ist.
10. Ultraschallschweissvorrichtung (50) gemäss einem der Ansprüche 8 und 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Zugteil (2) enthält:
- einen parallel zur Schweissgutrichtung (B) verlaufenden Querbalken (18), welcher zumindest in der Schweissposition (S) zum Halten des ersten Endes (16) der Schliesseinrichtung (1) ausgebildet und angeordnet ist,
- mindestens zwei senkrecht zur Arbeitsfläche (10) der Sonotrode (8) verlaufende Längsbalken (20), welche den Querbalken (18) halten, insbesondere an dessen beiden Enden (19), und zwischen denen eine Öffnung (21) gebildet ist, durch welche der Amboss (4), ein erster Seitenbegrenzer (6) und die Schliesseinrichtung (1) in den zwischen den Zugteilen (2, 3) gebildeten Zwischenraum führbar sind.
11. Ultraschallschweissvorrichtung (50) gemäss einem der Ansprüche 8 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
der zweite Zugteil (3) enthält:
- einen parallel zur Schweissgutrichtung (B) verlaufenden Querbalken (22), welcher zumindest in der Schweis- sposition (S) zum Halten des zweiten Endes (17) der Schliesseinrichtung (1) ausgebildet und angeordnet ist,
- mindestens zwei senkrecht zur Arbeitsfläche (10) der Sonotrode (8) verlaufende Längsbalken (20), welche den Querbalken (22) halten, insbesondere an dessen beiden Enden (23) , und zwischen denen eine Öffnung (25) gebildet ist, durch welche ein zweiter Seitenbegrenzer (5) in den zwischen den Zugteilen (2, 3) gebildeten Zwischenraum führbar ist.
12. Ultraschallschweissvorrichtung (50) gemäss einem der Ansprüche 4 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schliesseinrichtung (1) über eine Temperiereinrichtung zur Temperierung, insbesondere zur Kühlung oder Heizung, der Schliesseinrichtung (1) und damit des Ambosses (4) verfügt.
13. Verfahren zum Ultraschallschweissen, insbesondere mit einer Ultraschallschweissvorrichtung (50) gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, enthaltend die Schritte a) Einlegen von insbesondere länglichem Schweiss- gut (60) in einer Schweissgutrichtung (B) in einen Verdichtungsraum (9) einer Ultraschallschweissvorrichtung (50) ; b) Schliessen des Verdichtungsraumes (9) zur Erreichung einer Schweissposition (S) ; c) Verspannen eines Ambosses (4) der Ultraschall- schweissvorrichtung (50) durch eine Spannkraft, die an zumindest einem Teil einer einer Arbeitsflä¬ che (11) des Ambosses (4) gegenüberliegenden An¬ griffsfläche (26) des Ambosses (4) einwirkt, in Richtung einer Sonotrode (8) der Ultraschall- schweissvorrichtung (50); d) Verschweissen des Schweissguts (60) durch Beauf¬ schlagung mit Ultraschall.
14. Verfahren gemäss Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Amboss (4) im Schritt c) durch eine im Wesentlichen an der gesamten Angriffsfläche (26) einwirkende Spann¬ kraft in Richtung der Sonotrode (8) verspannt wird.
15. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 13 und 14,
dadurch gekennzeichnet, dass
im Schritt c) eine Schliesseinrichtung (1) in Kontakt mit zumindest einem Teil der Angriffsfläche (26), insbesonde¬ re mit der gesamten Angriffsfläche (26), gebracht wird, um den Amboss (4) in Richtung der Sonotrode (8) zu verspannen .
16. Verfahren gemäss Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schliesseinrichtung (1) im Schritt b) relativ zur Sonotrode (8) in einer Schliessrichtung (R) , die parallel zu einer Arbeitsfläche (10) der Sonotrode (8) und senk¬ recht zur Schweissgutrichtung (B) verläuft, von einer Öffnungsposition (0) in eine Schweissposition (S) verschoben wird.
17. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 13 bis 16,
dadurch gekennzeichnet, dass
im Schritt b) der Amboss (4) in einer Schliessrich- tung (R) verschoben wird, die parallel zu einer Arbeits¬ fläche (10) einer Sonotrode (8) der Ultraschallschweiss- vorrichtung (50) und senkrecht zur Schweissgutrich- tung (B) verläuft.
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