Die vorliegende Erfindung befasst sich mit Bauteilen zum Ver binden mit weiteren Bauteilen, Verbundteilen, Schweisswerkzeu- gen zum Verdrehschweissen und Verfahren zum Verdrehschweissen . Als Verdrehschweissen wird hier und im Folgenden ein Verfahren verstanden, bei dem mit einem Schweisswerkzeug Schweissenergie in mindestens eines der Bauteile eingebracht werden kann. Zu diesem Zweck führt das Schweisswerkzeug eine Rotationsbewegung oder Torsionsschwingung um seine Längsachse durch. Beispiels weise wird das an sich bekannte torsionale Ultraschallschweis- sen als Verdrehschweissen verstanden.

Beim Schweissen von empfindlichen Bauteilen, die beispielswei se empfindliche, elektronische oder feinmechanische Komponen ten oder Strukturen aufweisen, können oftmals Beschädigungen auftreten, die durch das Einbringen der Schweissenergie er zeugt werden.

Dieses Risiko kann teilweise dadurch reduziert werden, dass das an sich bereits bekannte torsionale Ultraschallschweissen eingesetzt wird. Aus der DE 10 2010 026 300 Al ist beispiels weise ein Anbauteil mit einer Ankopplungsfläche zur Ankopplung der Schwingungen der Sonotrode bekannt, wobei das Anbauteil auf dem zur Schweissfläche auf dem Bauteil gewandten Schweiss- bereich mit Kopplungselementen zur Ankopplung der von der So notrode induzierten Schwingungen versehen ist und dadurch beim Schweissvorgang die Kopplungselemente schmelzen und so das An bauteil mit dem Bauteil verschweissen .

Dennoch können Beschädigungen an einigen Bauteilen mit beson ders empfindlichen Komponenten oder Strukturen nicht immer ausreichend ausgeschlossen werden, selbst wenn das torsionale Ultraschallschweissen eingesetzt wird. Dies kann sowohl für das Bauteil gelten, in das die Schweissenergie direkt einge leitet wird, als auch für ein weiteres Bauteil, in das die Schweissenergie indirekt über das erste Bauteil eingeleitet wird .

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese Nachtei le zu überwinden. Insbesondere soll das Risiko einer Beschädi gung des Bauteils oder von weiteren Komponenten infolge der eingeleiteten Schweissenergie reduziert oder sogar vollständig eliminiert werden.

In einem ersten Aspekt der Erfindung werden diese und weitere Aufgaben gelöst durch ein Bauteil zum Verbinden mit mindestens einem weiteren Bauteil mittels Verdrehschweissens . Das Bauteil enthält mindestens ein schweissempfindliches Element und min destens einen mit einem der weiteren Bauteile zu verschweis- senden Schweissabschnitt , der mindestens eine Schweissfläche zum Verbinden mit dem weiteren Bauteil aufweist. Unter einem schweissempfindlichen Element wird hier und im Folgenden ein Element des Bauteils verstanden, welches ohne weitere Massnah men (insbesondere ohne die erfindungsgemässen Massnahmen) bei der Einleitung der Schweissenergie beschädigt werden kann. Das schweissempfindliche Element kann eine separate Komponente o- der eine Struktur des Bauteils sein und kann beispielsweise sern :

- eine elektrische oder elektronische Komponente,

- eine Spitze oder eine Engstelle insbesondere am Bauteil, in der die Schweissenergie ohne weitere Massnahmen fokus siert würde,

- ein Schweisspunkt , insbesondere ein Laserschweisspunkt , der in einem früheren, nicht notwendigerweise zur Erfin dung gehörenden Verfahrensschritt hergestellt worden sein kann,

- eine zumindest teilweise lackierte Oberfläche des Bau

teils, eine im Bauteil eingebrachte Metallfeder,

- ein am Bauteil angespritztes Teil, wie etwa eine Feder, ein Klips, eine Rippe, eine dünne Wand oder ein dünner Steg,

- eine im Bauteil vorgängig eingebrachte Komponente aus ei nem spröden, bruchanfälligen Material (z. B. Magnet, Ke ramik, Glas) ,

- eine feinmechanische Komponente wie z. B. ein Zählwerk, ein Getriebe oder eine Dosiervorrichtung.

Wie vorstehend ausgeführt, kann das schweissempfindliche Teil Bestandteil des Bauteils oder des weiteren Bauteils sein. Das schweissempfindliche Element kann aber auch in einem Gehäuse enthalten sein, welches von den verschweissten Bauteilen ge bildet wird.

Spitzen oder Engstellen können z. B. auftreten bei in einem Gehäuse angebrachten Antriebsmechanismen, insbesondere Zahn stangen oder Zahnrädern.

Anwendungen können auch das Verbinden von Komponenten mit fe dernden Elementen betreffen, so z. B. das Befestigen von Nip peln, welche angespritzte Federn für eine Halterung haben. Diese angespritzten Federn könnten bei zu hohen Amplituden zerstört werden. Erfindungsgemäss wird eine Zerstörung von solchen Federn aufgrund von übermässig eingeleiteten Schwin gung verhindert.

Erfindungsgemäss steht von der Schweissfläche mindestens ein Schweissvorsprung derart hervor, dass beim Inkontaktbringen des Bauteils mit dem weiteren Bauteil vor dem Schweissen zu erst der Schweissvorsprung mit dem weiteren Bauteil in Kontakt gerät . Zumindest zum Beginn des Schweissens wird die Schweissleistung gezielt auf den mindestens einen Schweissvorsprung fokussiert, so dass der Schweissvorsprung daher innerhalb kurzer Zeit schmelzen kann. In dieser kurzen Zeit besteht nur ein gering fügiges Risiko einer Beschädigung des schweissempfindlichen Elements. Nach dem Schmelzen kann die eingeleitete Schweiss leistung reduziert werden.

In einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Bauteil zum Verbinden mit mindestens einem weiteren Bauteil, insbesondere mittels Verdrehschweissens . Das Bauteil enthält mindestens ei nen mit einem der weiteren Bauteile zu verschweissenden

Schweissabschnitt, der mindestens eine Schweissfläche zum Ver binden mit dem weiteren Bauteil aufweist. Von der Schweissflä che steht mindestens ein Schweissvorsprung derart hervor, dass beim Inkontaktbringen des Bauteils mit dem weiteren Bauteil vor dem Schweissen zuerst der Schweissvorsprung mit dem weite ren Bauteil in Kontakt gerät. Insbesondere kann es sich um ein Bauteil gemäss dem ersten Aspekt der Erfindung handeln.

Gemäss dem zweiten Aspekt weist das Bauteil eine Schweissachse auf. Die Schweissachse kann beispielsweise so gewählt sein, dass ein zum Verbinden des Bauteils mit dem weiteren Bauteil verwendetes Schweisswerkzeug beim Verdrehschweissen um diese Schweissachse rotiert. Alternativ kann das Schweisswerkzeug auch ein solches sein, welches eine Längsachse aufweist, ent lang deren es linear schwingt, wobei beim Verschweissen die Längsachse des Schweisswerkzeugs mit der Schweissachse des Bauteils übereinstimmt. Bevorzugt verläuft die Schweissachse durch den Schwerpunkt des Bauteils.

Von einer ersten Stelle der Schweissfläche, die einen ersten Abstand von der Schweissachse hat, steht ein erster Schweiss vorsprung entlang der Schweissachse um eine erste Höhe von der Schweissfläche hervor. Von einer zweiten Stelle der Schweiss- fläche, die einen zweiten Abstand von der Schweissachse hat, steht der erste Schweissvorsprung oder ein zweiter Schweiss- vorsprung entlang der Schweissachse um eine zweite Höhe von der Schweissflache hervor. Gemäss dem zweiten Aspekt der Er findung ist die zweite Höhe kleiner als die erste Höhe.

Der erste und der zweite Abstand kann, aber muss nicht unter schiedlich sein. Insbesondere bei der nachstehend beschriebe nen Anpassung der Geometrie des Bauteils an gekrümmte weitere Bauteile ist es auch denkbar, dass die Schweissvorsprünge mit unterschiedlicher Höhe den gleichen Abstand zur Schweissachse aufweisen. In der Regel sind aber der erste und der zweite Ab stand unterschiedlich.

Besonders vorteilhaft ist eine derartige Amplitudenkompensati on bei Verdrehschweissanwendungen . Die erfindungsgemässen Bau teile lassen sich aber auch vorteilhaft einsetzen mit anderen Schweissverfahren, bei denen bei Werkzeugen konstruktionsbe dingt unregelmässige Amplituden auftreten.

Der Höhenunterschied zwischen den ersten und den zweiten

Schweissvorsprüngen liegt typischerweise im Bereich von eini gen Millimetern, bevorzugt zwischen 0,5 mm und 3 mm, besonders bevorzugt zwischen 1 mm und 2 mm und noch bevorzugter zwischen 1,5 mm und 1,75 mm.

Sind beispielsweise die Schweissfläche des Bauteils und die entsprechende Gegenschweissfläche des weiteren Bauteils je weils eben ausgebildet, so gelangt der von der ersten Stelle hervorstehende erste Schweissvorsprung zuerst in Kontakt mit der Gegenschweissfläche, und erst nachdem der erste Schweiss vorsprung aufgrund der eingetragenen Schweissenergie teilweise geschmolzen ist, gelangt auch der von der zweiten Stelle her vorstehende erste oder zweite Schweissvorsprung in Kontakt mit der Gegenschweissfläche . Mit anderen Worten steht von der ers ten Stelle ein höherer Schweissvorsprung hervor als von der zweiten Stelle. In einer alternativen Ausführungsform kann die Schweissflache des Bauteils gekrümmt sein, insbesondere konvex gekrümmt oder konkav gekrümmt, und die Gegenschweissflache des weiteren Bau teils kann eben sein. Dann können die verschiedenen Höhen da für sorgen, dass der von der ersten Stelle hervorstehende Schweissvorsprung und der von der zweiten Stelle und der zwei te Schweissvorsprung gleichzeitig mit der Gegenschweissflache in Kontakt geraten.

In einer weiteren Ausführungsform kann die Schweissflache des Bauteils eben sein, aber die Gegenschweissflache des weiteren Bauteils kann gekrümmt sein. Auch dann können die verschiede nen Höhen dafür sorgen, dass der von der ersten Stelle hervor stehende Schweissvorsprung und der von der zweiten Stelle und der zweite Schweissvorsprung gleichzeitig mit der Gegen schweissflache in Kontakt geraten.

In vorteilhaften Ausführungsformen ist der zweite Abstand grösser als der erste Abstand. Folglich gerät der oder geraten die Teile der Schweissvorsprünge zuerst in Kontakt mit der Ge genschweissflache des weiteren Bauteils, die einen kleineren Abstand von der Schweissachse aufweisen, wo insbesondere beim torsionalen Schweissen mit gegebener eingebrachter Schweiss- leistung die Schwingungsamplitude niedriger ist. Erst später gerät oder geraten die Teile der Schweissvorsprünge in Kontakt mit der Gegenschweissfläche des weiteren Bauteils, die einen grösseren Abstand von der Schweissachse aufweisen, wo insbe sondere beim torsionalen Schweissen mit gegebener eingebrach ter Schweissleistung die Schwingungsamplitude höher ist.

Die Schweissvorsprünge unterschiedlicher Höhe führen in diesem Fall zu einer Kompensation von unterschiedlichen Schwingungs amplituden, die beim Verdrehschweissen durch unterschiedliche Abstände der Schweissfläche des Schweisswerkzeugs von einer Drehachse resultieren. Der erste Schweissvorsprung kann in einem der Schweissflache zugewandten Bereich eine erste Breite aufweisen, und der erste Schweissvorsprung bzw. der zweite Schweissvorsprung kann in einem der Schweissflache zugewandten Bereich eine zweite Brei te aufweisen, die grösser als die erste Breite ist. Somit ha ben die höheren Schweissvorsprünge zumindest in dem der

Schweissflache zugewandten Bereich auch eine grössere Breite als die niedrigeren Schweissvorsprünge. Dies sorgt für eine erhöhte Stabilität der Schweissvorsprünge während des Schweis- sens .

Ebenfalls zweckmässig ist es, wenn mindestens ein Schweissvor sprung in einem der Schweissfläche zugewandten Bereich eine erste, grössere Breite aufweist und in einem von der Schweiss- fläche abgewandten Bereich eine zweite, kleinere Breite auf weist. Durch eine solche Geometrie kann die Schweissenergie besonders effektiv in den von der Schweissfläche abgewandten Bereich fokussiert werden - also dorthin, wo der Schweissvor sprung zuerst mit dem weiteren Bauteil in Kontakt gerät. Min destens ein Schweissvorsprung kann beispielsweise die Form ei ner Pyramide oder eines Kegels aufweisen.

Vorteilhafterweise hat mindestens ein erster Schweissvorsprung einen ersten mittleren Abstand von der Schweissachse und ist insbesondere auf einem ersten imaginären Kreis um die

Schweissachse zentriert, und mindestens ein zweiter Schweiss vorsprung hat einen zweiten mittleren Abstand von der Schweis sachse und ist insbesondere auf einem zweiten imaginären Kreis um die Schweissachse zentriert, wobei der zweite mittlere Ab stand grösser ist als der erste mittlere Abstand. An auf einem gemeinsamen imaginären Kreis um die Schweissachse zentrierten Schweissvorsprüngen ist die Schwingungsamplitude einer torsio- nalen Schwingung zumindest ähnlich, was für eine entlang des imaginären Kreises gleichmässige Verschweissung sorgen kann. Alternativ können die Schweissvorsprünge aber beispielsweise auch auf Ellipsen angeordnet sein. Es ist ebenfalls bevorzugt, wenn der erste Schweissvorsprung in einer die Schweissachse enthaltenden Schnittebene einen ersten Querschnitt mit einer ersten Form aufweist und der zweite Schweissvorsprung in der gleichen Schnittebene einen zweiten Querschnitt mit einer zweiten Form aufweist, die von der ersten Form verschieden ist. Auch hierdurch kann gezielt die Schweissenergie auf bestimmte Bereiche fokussiert werden. Die Form des Querschnitts kann beispielsweise rechteckig oder dreieckig sein.

Der Schweissabschnitt kann einen Formfaktor aufweisen, der kleiner als 2:1 ist. Dies bedeutet, dass der grösste Abstand aller Punkte des Schweissabschnitts von der Schweissachse kleiner als das Doppelte des kleinsten Abstands aller Punkte des Schweissabschnitts von der Schweissachse ist. Dies sorgt beispielsweise beim torsionalen Ultraschallschweissen dafür, dass sich die Schwingungsamplituden innerhalb des Schweissab schnitts nicht allzu sehr voneinander unterscheiden.

Das Bauteil kann beispielsweise aus Kunststoff oder Metall be stehen .

Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Verbundteil, welches mindestens zwei mittels Verdrehschweissens miteinander verbun dene Bauteile enthält. Ein erstes der Bauteile enthält mindes tens einen mit einem zweiten der Bauteile zu verschweissenden Schweissabschnitt, der mindestens eine Schweissfläche zum Ver binden mit dem zweiten Bauteil aufweist. Von der Schweissflä che steht mindestens ein Schweissvorsprung derart hervor, dass beim Inkontaktbringen des ersten Bauteils mit dem zweiten Bau teil vor dem Schweissen zuerst der Schweissvorsprung mit dem zweiten Bauteil in Kontakt gerät. Das erste und/oder ein zwei tes der Bauteile enthält mindestens ein schweissempfindliches Element .

In einer ersten Variante kann also das erste Bauteil sowohl einen Schweissvorsprung als auch ein schweissempfindliches Element aufweisen und insbesondere wie oben beschrieben ausge bildet sein. Das zweite Bauteil muss dann weder einen Schweis- svorsprung noch ein schweissempfindliches Element aufweisen.

In einer zweiten Variante kann nur das erste Bauteil einen Schweissvorsprung aufweisen und nur das zweite Bauteil ein schweissempfindliches Element. Die Schweissenergie kann in das erste Bauteil eingeleitet werden. Der Schweissvorsprung am ersten Bauteil verhindert eine Beschädigung des schweissemp- findlichen Elements durch die Schweissenergie, die ansonsten vom ersten Bauteil in das zweite Bauteil übertragen werden könnte .

In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung auch ein

Schweisswerkzeug zum Verdrehschweissen mindestens zweier Bau teile. Dieses Schweisswerkzeug enthält eine Längsachse, um die das Schweisswerkzeug drehbar angeordnet oder anordenbar ist, einen Grundkörper, an dem mindestens eine Schweissfläche ange ordnet ist, welche mit mindestens einem der Bauteile in Kon takt bringbar ist, um Schweissenergie in diese einzubringen, sowie eine Bedämpfungseinrichtung mit einem Bedämpfungsele ment, welches relativ zum Grundkörper federnd gelagert ist und mit mindestens einem der Bauteile in Kontakt bringbar ist, um dieses während des Schweissens zu bedämpfen. Dabei kann das Bedämpfungselement mit einem Bauteil in Kontakt gebracht wer den, in welches die Schweissenergie direkt eingebracht wird, oder mit einem weiteren Bauteil, in das die Schweissenergie nur indirekt über das erste Bauteil eingebracht wird.

Durch ein solches Bedämpfen können beispielsweise störende Frequenzen unterdrückt werden, die etwa dann entstehen können, wenn es sich um ein Schweisswerkzeug zum torsionalen Ultra- schallschweissen handelt. Hierdurch kann das Risiko von Be schädigungen des Bauteils oder darin eingesetzter Komponenten effektiv reduziert werden. In einer Ausführungsform ist das Bedämpfungselement mittels einer Feder, insbesondere einer Druckfeder, relativ zum Grund körper des Schweisswerkzeuges gelagert. Alternativ kann das Bedämpfungselement aber auch selbst ein elastisches, dämpfen des Material enthalten oder daraus bestehen, beispielsweise Gummi .

Vorteilhaft ist die Bedämpfungseinrichtung in einem Schwin gungsknoten des Schweisswerkzeugs gehalten. Auf diese Weise kann eine besonders effektive Bedämpfung erreicht werden.

Das Bedämpfungselement ist vorzugsweise bezüglich der Längs achse des Schweisswerkzeugs zentriert. Dies sorgt für eine möglichst symmetrische Bedämpfung bezüglich der Schweissachse.

Noch ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ver- drehschweissen mindestens zweier Bauteile mit Hilfe eines Schweisswerkzeugs mit einer Schweissfläche . Ein erstes der Bauteile enthält mindestens einen mit einem zweiten der Bau teile zu verschweissenden Schweissabschnitt, der mindestens eine Schweissfläche zum Verbinden mit dem zweiten Bauteil auf weist, und von der Schweissfläche steht mindestens ein

Schweissvorsprung derart hervor, dass beim Inkontaktbringen des ersten Bauteils mit dem zweiten Bauteil vor dem Schweissen zuerst der Schweissvorsprung mit dem zweiten Bauteil in Kon takt gerät. Insbesondere kann mindestens eines der Bauteile wie oben beschrieben ausgebildet sein.

Das Verfahren enthält die folgenden Schritte: a) Inkontaktbringen der Schweissfläche des Schweisswerkzeugs mit mindestens einem der Bauteile, b) Verschweissen der Bauteile durch Drehen des Schweisswerk zeugs um dessen Längsachse.

Bei der Durchführung dieses Verfahrens können die bereits oben erläuterten Vorteile erreicht werden. Wie oben erläutert, kann das erste und/oder ein zweites der Bauteile mindestens ein schweissempfindliches Element enthal ten .

Das Verdrehschweissen kann mit einer Drehfrequenz im Bereich von 150 Hz bis 250 Hz und bevorzugt etwa 200 Hz durchgeführt werden. Alternativ kann es aber auch mit einer Drehfrequenz im Bereich von 10 kHz bis 40 kHz und bevorzugt etwa 20 kHz durch geführt werden.

Das erste Bauteil kann einen ersten Elastizitätsmodul aufwei sen und ein zweites Bauteil kann einen zweiten Elastizitätsmo dul aufweisen, der grösser ist als der erste Elastizitätsmo dul. Auch bei einer derartigen Konstellation ist es möglich, Beschädigungen der Bauteile zu vermeiden. Das erste Bauteil, welches den kleineren Elastizitätsmodul aufweist, das zweite Bauteil, welches den grösseren Elastizitätsmodul aufweist, o- der sowohl das erste als auch das zweite Bauteil können wie oben beschrieben ausgebildet sein, also unter anderem mindes tens einen Schweissvorsprung und optional mindestens ein schwingungsempfindliches Element enthalten. Selbst wenn das erste Bauteil mit dem kleineren Elastizitätsmodul ein schwin gungsempfindliches Element aufweist und das Schweisswerkzeug mit dem ersten Bauteil in Kontakt gebracht wird, so sorgt der kleinere Elastizitätsmodul für eine Dämpfung, wodurch das schwingungsempfindliche Element vor Beschädigungen geschützt werden kann.

Bevorzugt gibt das Schweisswerkzeug erst dann Schweissenergie ab und wird insbesondere erst dann zu Schwingungen angeregt, wenn die Kraft, mit der es gegen mindestens eines der Bauteile gedrückt wird, einen vorgegebenen ersten Kraft-Schwellenwert überschreitet. Denn dann wird die Schweissenergie nicht unnö tig früh abgegeben.

Alternativ kann das Schweisswerkzeug erst dann Schweissenergie abgeben und insbesondere zu Schwingungen angeregt werden, wenn das Schweisswerkzeug eine vorgegebene Startposition erreicht hat .

In einer weiteren Alternative kann der Zeitpunkt der Abgabe der Schweissenergie in Abhängigkeit der vom Generator zur Er zeugung der Schwingungen des Schweisswerkzeugs abgegebenen Leistung gesteuert werden.

Das Schweisswerkzeug kann auch schon dann eine Leerlaufleis- tung abgeben, insbesondere indem es schon dann schwingt, wenn es noch nicht in Kontakt mit dem Bauteil ist. Beim Auftreffen des schwingenden Schweisswerkzeugs auf das Bauteil steigt die abgegebene Leistung an. Je nach Schweissmode kann die

Schweissenergie, die Zeit oder der Weg des Schweisswerkzeugs ab dem Zeitpunkt bestimmt werden, zu dem die Leistung einen vorgegebenen Leistungsanstiegswert überschreitet.

Ebenfalls alternativ kann das Schweisswerkzeug erst dann

Schweissenergie abgeben und insbesondere zu Schwingungen ange regt werden, wenn eine vorgegebene Zeit vergangen ist, insbe sondere seitdem die genannte Kraft einen vorgegebenen ersten Kraft-Schwellenwert überschritten hat oder das Schweisswerk zeug eine vorgegebene Startposition erreicht hat oder die vom Schweisswerkzeug abgegebene Leistung einen vorgegebenen Leis tungsanstiegswert überschritten hat.

Vorteilhafterweise wird die Abgabe von Schweissenergie und insbesondere die Anregung des Schweisswerkzeugs mit Schwingun gen beendet, wenn die Kraft, mit der das Schweisswerkzeug ge gen mindestens eines der Bauteile gedrückt wird, einen vorge gebenen zweiten Kraft-Schwellenwert überschreitet. Durch Über wachung dieser Kraft kann festgestellt werden, wann genügend Schweissenergie eingebracht wurde, um für eine ausreichende Verschweissung zu sorgen.

Alternativ kann die Abgabe von Schweissenergie und insbesonde re die Anregung des Schweisswerkzeugs mit Schwingungen beendet werden, wenn eine vorgegebene Zeit seit dem Beginn der Anre gung vergangen ist oder eine vorgegebene Zeit vergangen ist, seitdem die vom Schweisswerkzeug abgegebene Leistung einen vorgegebenen Leistungsanstiegswert überschritten hat.

Ebenfalls alternativ kann die Abgabe von Schweissenergie und insbesondere die Anregung des Schweisswerkzeugs mit Schwingun gen beendet werden, wenn die vom Schweisswerkzeug in die Bau teile eingebrachte Schweissenergie einen vorgegebenen Energie- Schwellenwert überschritten hat. Dabei kann insbesondere die Schweissenergie ab dem Zeitpunkt bestimmt werden, zu dem die vom Schweisswerkzeug abgegebene Leistung einen vorgegebenen Leistungsanstiegswert überschritten hat.

Ebenfalls alternativ kann die Abgabe von Schweissenergie und insbesondere die Anregung des Schweisswerkzeugs mit Schwingun gen beendet werden, wenn die vom Schweisswerkzeug in die Bau teile eingebrachte Leistung einen vorgegebenen Leistungs- Schwellenwert überschritten hat.

Weiterhin alternativ kann die Abgabe von Schweissenergie und insbesondere die Anregung des Schweisswerkzeugs mit Schwingun gen beendet werden, wenn das Schweisswerkzeug eine vorgegebene Endposition erreicht hat oder einen vorgegebenen Weg zurückge legt hat, seitdem die vom Schweisswerkzeug abgegebene Leistung einen vorgegebenen Leistungsanstiegswert überschritten hat.

Wenn das Bauteil gemäss dem zweiten Aspekt der Erfindung aus gebildet ist, so ist es besonders vorteilhaft, wenn das

Schweisswerkzeug beim Verdrehschweissen um die Schweissachse des Bauteils rotiert bzw. schwingt.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verdrehschweissen mindestens zweier Bauteile mit Hilfe eines Schweisswerkzeugs mit einer Schweissflache . Das Verfahren ent hält die folgenden Schritte: a) Inkontaktbringen der Schweissflache des Schweisswerkzeugs mit mindestens einem der Bauteile, b) Verschweissen der Bauteile durch Drehen des Schweisswerk zeugs und dessen Längsachse.

Insbesondere kann es sich um ein wie oben beschriebenes Ver fahren handeln. Im zweiten erfindungsgemässen Verfahren schwingt das Schweisswerkzeug in einem ersten Schritt mit ei ner ersten Schwingungsamplitude und wird mit einer ersten Kraft an mindestens eines der Bauteile gedrückt, und in einem zweiten Schritt schwingt es mit einer zweiten Schwingungs amplitude und wird mit einer zweiten Kraft an mindestens eines der Bauteile gedrückt. Dabei ist die zweite Schwingungs amplitude vorzugsweise kleiner als die erste Schwingungs amplitude und die zweite Kraft vorzugsweise grösser als die erste Kraft.

Auf diese Weise kann ein Schmelzen, insbesondere eines wie oben beschriebenen Schweissvorsprungs , noch deutlich schneller erfolgen, so dass die Gesamtzeit des Verfahrens nochmals redu ziert werden kann und das Risiko von Beschädigungen des Bau teils weiterhin reduziert werden kann.

Das Einbringen einer hohen Amplitude am Anfang führt noch zu keiner wesentlichen Beeinträchtigung der empfindlichen Teile, da insbesondere bei Ultraschallschwingungen die Schwingungen noch nicht wesentlich in das Bauteil eingekoppelt werden. In dem die Amplitude in einem zweiten Schritt, insbesondere wenn Schwingungen in einem wesentlichen Umfang eingekoppelt werden, zurückgenommen wird, werden Beschädigungen vermieden.

Besonders vorteilhaft ist dieses Verfahren, wenn das Bauteil Schweissvorsprünge mit verschiedenen Höhen aufweist. Dann näm lich werden zunächst mit der ersten, höheren Schwingungs amplitude die höheren Schweissvorsprünge zum Schmelzen ge- bracht und später mit der zweiten, kleineren Schwingungs amplitude die niedrigeren Schweissvorsprünge .

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von mehreren Ausfüh rungsbeispielen und Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen

Figur la: ein erstes erfindungsgemässes Bauteil in einer

Draufsicht ;

Figur lb: das erste erfindungsgemässe Bauteil in einer seit lichen Schnittansicht;

Figur 2a: ein zweites erfindungsgemässes Bauteil in einer

Draufsicht ;

Figur 2b: das zweite erfindungsgemässe Bauteil in einer seitlichen Schnittansicht;

Figur 3: ein drittes erfindungsgemässes Bauteil und ein weiteres Bauteil in einer seitlichen Schnittan sicht ;

Figur 4: ein viertes erfindungsgemässes Bauteil in einer seitlichen Schnittansicht;

Figur 5a: ein fünftes erfindungsgemässes Bauteil in einer

Draufsicht ;

Figur 5b: das fünfte erfindungsgemässe Bauteil in einer seitlichen Schnittansicht;

Figur 6: ein sechstes erfindungsgemässes Bauteil in einer seitlichen Schnittansicht;

Figur 7 : ein erfindungsgemässes Schweisswerkzeug in einer seitlichen, teilweise geschnittenen Ansicht.

Die Figuren la und lb zeigen ein erstes, sternförmiges erfin- dungsgemässes Bauteil 10 zum Verbinden mit mindestens einem hier nicht dargestellten weiteren Bauteil mittels Verdreh- schweissens, beispielsweise mittels torsionalen Ultraschall- schweissens. Das Bauteil 10 enthält schweissempfindliche Ele mente in Form von zwölf Spitzen 18. In derartigen Spitzen 18 würde der Ultraschall ohne weitere Vorkehrungen fokussiert, was zu einer Beschädigung der Spitzen 18 führen könnte.

Gemäss Figuren lb enthält das Bauteil 10 einen mit dem weite ren Bauteil zu verschweissenden Schweissabschnitt 11, der eine ebene Schweissfläche 13 zum Verbinden mit dem weiteren Bauteil aufweist. Von der Schweissfläche 13 stehen zwei ringförmige Schweissvorsprünge 14, 14' derart hervor, dass beim Inkontakt bringen des Bauteils 10 mit dem weiteren Bauteil vor dem

Schweissen zuerst der erste Schweissvorsprung 14 mit dem wei teren Bauteil in Kontakt gerät.

Weiterhin enthält das Bauteil 10 eine Schweissachse S, die durch den Schwerpunkt P des Bauteils 10 verläuft. Von einer ersten Stelle 15 der Schweissfläche 13, die einen ersten Ab stand r von der Schweissachse S hat, steht der erste Schweiss vorsprung 14 entlang der Schweissachse S um eine erste Höhe h von der Schweissfläche 13 hervor. Von einer zweiten Stelle 15' der Schweissfläche 13, die einen zweiten Abstand r' von der Schweissachse S hat, steht der zweite Schweissvorsprung 14' entlang der Schweissachse S um eine zweite Höhe h' von der Schweissfläche 13 hervor. Die zweite Höhe h' ist kleiner als die erste Höhe h, und der zweite Abstand r' ist grösser als der erste Abstand r. Hierdurch gelangt der von der ersten Stelle 15 hervorstehende erste Schweissvorsprung 14 zuerst in Kontakt mit einer ebenen Gegenschweissfläche des weiteren Bau teils, und erst nachdem der erste Schweissvorsprung 14 auf grund der eingetragenen Schweissenergie teilweise geschmolzen ist, gelangt auch der zweite Schweissvorsprung 14' in Kontakt mit der Gegenschweissfläche .

Während in Figur la umlaufende Schweissvorsprünge 14, 14' ge zeichnet sind, ist es selbstverständlich auch denkbar, die Schweissvorsprünge in Form von Kreissegmenten oder in Form von auf einem Kreis angeordneten einzelnen Vorsprüngen auszubil den .

Der erste Schweissvorsprung 14 weist, insbesondere in dem der Schweissflache 13 zugewandten Bereich 16, eine erste Breite b auf, und der zweite Schweissvorsprung 14' weist, insbesondere in dem von der Schweissflache 13 abgewandten Bereich 17, eine zweite Breite b' auf, die grösser ist als die erste Breite b. Dies sorgt für eine grössere Stabilität der Schweissvorsprün ge 14, 14' . Gegenüber von der Schweissflache 13 weist das Bau teil 10 eine Aufsetzfläche 12 auf, in die die Schweissenergie eingeleitet werden kann.

Das Bauteil 10 gemäss Figuren 2a und 2b enthält mehrere

Schweissvorsprünge 14, die sich strahlenartig vom Schwer punkt P nach aussen erstrecken. Wie der seitlichen Schnittan sicht in Figur 2b zu entnehmen ist, stehen die Schweissvor sprünge 14 an ersten Stellen 15, die einen ersten, kleineren Abstand r von der Schweissachse S haben, um eine erste, grös sere Höhe h von der ebenen Schweissfläche 13 hervor, und an zweiten Stellen 15' , die einen zweiten, kleineren Abstand r' von der Schweissachse S haben, stehen sie um eine zweite, kleinere Höhe h von der Schweissfläche 13 hervor.

In Figur 3 ist die Schweissfläche 13 des Bauteils 10 konkav gekrümmt. Wie beim Ausführungsbeispiel gemäss Figuren la und 2b steht von einer ersten Stelle 15 der Schweissfläche 13, die einen ersten Abstand r von der Schweissachse S hat, der erste Schweissvorsprung 14 entlang der Schweissachse S um eine erste Höhe h von der Schweissfläche 13 hervor. Von einer zweiten Stelle 15' der Schweissfläche 13, die einen zweiten Abstand r' von der Schweissachse S hat, steht der zweite Schweissvor sprung 14' entlang der Schweissachse S um eine zweite Höhe h' von der Schweissfläche 13 hervor. Auch hier ist die zweite Hö he h' kleiner als die erste Höhe h, und der zweite Abstand r' ist grösser als der erste Abstand r. Die Höhen h, h' sind hier allerdings derart auf die Konvexität abgestimmt, dass die End flächen 19 der Schweissvorsprünge 14, 14' in einer gemeinsamen Ebene liegen. Hierdurch kann das Bauteil 10 derart relativ zu einem weiteren Bauteil 30 mit ebener Gegenschweissfläche 31 positioniert werden, dass schon zum Beginn des Schweissens die Endflächen 19 sämtlicher Schweissvorsprünge 14, 14' in Kontakt mit der Gegenschweissfläche 31 sind.

In Figur 3 ist ein gekrümmtes Bauteil 10 gezeigt, welches auf ein im Wesentlichen ebenes weiteres Bauteil 30 geschweisst wird. Es ist selbstverständlich alternativ auch denkbar, ein im Wesentlichen ebenes Bauteil 10 mit Schweissvorsprüngen 14, 14' unterschiedlicher Höhe auszubilden, so dass eine Krümmung des weiteren Bauteils 30 kompensiert wird.

Bei dem in Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Schweissvorsprung 14 des Bauteils 10 in einem der Schweissflä- che 13 zugewandten Bereich 16 eine erste, grössere Breite b2 auf, und in einem von der Schweissfläche 13 abgewandten Be reich 17 weist er eine zweite, kleinere Breite bi auf. Dies sorgt für eine erhöhte Stabilität der Schweissvorsprünge 14 während des Schweissens.

Im Ausführungsbeispiel gemäss Figuren 5a und 5b hat eine erste Gruppe von kegelstumpfförmigen Schweissvorsprüngen 14 mit ei ner ersten, grösseren Höhe h einen ersten, kleineren Abstand r von der Schweissachse S. Diese erste Gruppe von Schweissvor sprüngen 14 ist also auf einem ersten imaginären Kreis um die durch den Schwerpunkt P verlaufende Schweissachse S zentriert. Weiterhin hat eine zweite Gruppe von Schweissvorsprüngen 14' mit einer zweiten, kleineren Höhe h' einen zweiten, grösseren Abstand r' von der Schweissachse S. Diese Schweissvorsprün ge 14 sind auf einem zweiten imaginären Kreis um die Schweiss achse S zentriert. Bei dem in Figur 6 dargestellten Ausführungsbeispiel hat der erste Schweissvorsprung 14 des Bauteils 10 in einer die

Schweissachse S enthaltenen Schnittebene einen ersten Quer schnitt mit einer ersten, rechteckigen Form, und der zweite Schweissvorsprung 14' hat in der gleichen Schnittebene E einen zweiten Querschnitt mit einer zweiten, dreieckigen Form.

Figur 7 zeigt in einer seitlichen, teilweise geschnittenen An sicht ein erfindungsgemässes Schweisswerkzeug 50 zum torsiona- len Ultraschallschweissen . Das Schweisswerkzeug 50 enthält ei ne Längsachse A, um die es drehbar angeordnet ist. Unter „drehbar" wird hier sowohl eine eigentliche Rotation als auch eine torsionale Schwingung verstanden. Weiterhin verfügt das Schweisswerkzeug 50 über einen Grundkörper 51, an dem eine ringförmige Schweissfläche 52 angeordnet ist, welche mit min destens einem der Bauteile 10 in Kontakt bringbar ist, um Schweissenergie in dieses einzubringen. Ausserdem enthält das Schweisswerkzeug 50 eine Bedämpfungseinrichtung 54 mit einem bezüglich der Längsachse A zentrierten Bedämpfungselement 53. Dieses ist mittels einer Druckfeder 55 in einem Schwingungs knoten 56 des Schweisswerkzeugs 55 federnd gehalten. Das Be dämpfungselement 53 ist mit dem Bauteil 10 in Kontakt bringbar und kann dieses während des Schweissens bedämpfen.

In einem erfindungsgemässen Verfahren zum Drehschweissen, ins besondere zum torsionalen Ultraschallschweissen, mit Hilfe ei nes insbesondere wie oben beschriebenen Schweisswerkzeugs 50 wird in einem Schritt a) die Schweissfläche 52 des Schweiss werkzeugs 50 in Kontakt mit mindestens einem der Bauteile 10, 30 gebracht, und anschliessend werden die Bauteile 10, 30 in einem Schritt durch Drehen des Schweisswerkzeugs und dessen Längsachse A verschweisst . Das Verdrehschweissen kann mit ei ner Drehfrequenz erfolgen, die beispielsweise 200 Hz oder 20 kHz betragen kann. Bei einem Verdrehschweissen mit einer niedrigen Drehfrequenz erfolgt typischerweise eine kontinuier liche Rotation in einer Drehrichtung. Bei einem Verdreh- schweissen in Form von Ultraschallschwingungen erfolgt eine torsionale Hin- und Herschwingung des Werkzeugs in einem typi scherweise resonanten, torsionalen Schwingungsmodus.

In einer Variante des Verfahrens wird das Schweisswerkzeug 50 erst dann zu Schwingungen angeregt und gibt erst dann

Schweissenergie ab, wenn die Kraft, mit der es gegen eines der Bauteile 10, 30 gedrückt wird, einen vorgegebenen ersten

Kraft-Schwellenwert überschreitet. Die Anregung des Schweiss- werkzeugs 50 mit Schwingungen und damit die Abgabe von

Schweissenergie kann dann beendet werden, wenn die Kraft, mit der das Schweisswerkzeug gegen mindestens eines der Bautei le 10, 30 gedrückt wird, einen vorgegebenen zweiten Kraft- Schwellenwert überschreitet.

In einem ersten Schritt des Verfahrens schwingt das Schweiss werkzeug 50 mit einer ersten Schwingungsamplitude und wird mit einer ersten Kraft an mindestens eines der Bauteile 10, 30 ge drückt. In einem zweiten Schritt schwingt das Schweisswerk zeug 50 mit einer zweiten Schwingungsamplitude und wird mit einer zweiten Kraft an mindestens eines der Bauteile 10, 30 gedrückt. Dabei ist die zweite Schwingungsamplitude vorzugs weise kleiner als die erste Schwingungsamplitude, und die zweite Kraft ist vorzugsweise grösser als die erste Kraft. Hierdurch gerät der oder geraten die Teile der Schweissvor- sprünge 14, 14' zuerst in Kontakt mit der Gegenschweissfla che 31 des weiteren Bauteils 30, die einen kleineren Abstand r von der Schweissachse S aufweisen, wo die Schwingungsamplitude niedriger ist. Erst später gerät oder geraten die Teile der Schweissvorsprünge 14, 14' in Kontakt mit der Gegenschweiss- fläche 31 des weiteren Bauteils 30, die einen grösseren Ab stand r' von der Schweissachse S aufweisen, wo die Schwin gungsamplitude grösser ist. Auf diese Weise können schweiss- empfindliche Elemente des Bauteils 10, wie etwa die Spitzen 18 des in den Figuren la und lb dargestellten sternförmigen Bau- teils 10, geschont werden und neigen daher deutlich weniger zu Beschädigungen durch die eingeleitete Schweissenergie .