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Title:
DEVICE AND METHOD FOR CONNECTION BY MEANS OF ULTRASOUND
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/099681
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a device (1) for connection by means of ultrasound. The device (1) contains a sonotrode (2), an anvil (3) having a retaining surface (4) for a terminal (5), and a working space (6). The working space (6) is situated between the anvil (3) and the sonotrode (2). In the working space (6), ultrasound can be applied to the terminal (that is, a contact part) (5) and a line (13) in order to connect the line (13) to the terminal (5). The device (1) also contains a fixing device (8) having at least one contact surface (7, 12) for the terminal (5). The fixing device (8) fixes the position of the terminal (5) relative to the retaining surface (4) of the anvil. The retaining surface (4) and/or at least one of the at least one contact surfaces (7, 12) is shaped so as to hold the terminal (5) in an at least partially interlocking manner. The sonotrode (2) and/or the anvil (3) are designed and arranged such that a force can be introduced into the terminal (5), the force having a force component which acts perpendicularly to an axial direction of the cable (13).

Inventors:
BÖHM MARKUS (DE)
SCHNEIDER AXEL (CH)
Application Number:
PCT/EP2017/078052
Publication Date:
June 07, 2018
Filing Date:
November 02, 2017
Export Citation:
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Assignee:
TELSONIC HOLDING AG (CH)
International Classes:
B23K20/10; H01R43/02; B23K101/38
Domestic Patent References:
WO2008148813A22008-12-11
WO2014104140A12014-07-03
Foreign References:
US20140374155A12014-12-25
US20160052081A12016-02-25
DE102013101876B32014-06-12
US4730764A1988-03-15
EP2643894B12015-09-23
Attorney, Agent or Firm:
MÜLLER, Christoph et al. (CH)
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Claims:
Ansprüche

1. Vorrichtung zum Verbinden (1; 100), insbesondere zum

Schweissen und/oder Löten, mittels Ultraschalls, enthaltend

- eine Sonotrode (2),

- einen Amboss (3; 27) mit einer Haltefläche (4; 26) für ein erstes Fügeteil, insbesondere ein Terminal (5; 25),

- einen Arbeitsraum (6; 37) zwischen Amboss (3; 27) und Sonotrode (2), in dem das erste Fügeteil (5; 25) und ein zweites Fügeteil, , insbesondere eine elektrische Leitung (13) in Form mindestens einer Litze (14) eines

Kabels (13), bevorzugt mindestens eine Kupfer- oder Aluminiumlitze (14) , mit Ultraschall beaufschlagbar sind, um das zweite Fügeteil (13), insbesondere die mindestens eine Litze (14), mit dem ersten Fügeteil (5; 25) zu verbinden,

- eine Fixiervorrichtung (8) mit mindestens einer Kontaktfläche (7, 12; 32,33) für das erste Füge¬ teil (5;25), wobei die Fixiervorrichtung (8) ausgebil¬ det und angeordnet ist, um eine Position des ersten Fü- geteils (5;25) relativ zur Haltefläche (4; 26) des Am¬ bosses zu fixieren,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Haltefläche (4; 26) und/oder mindestens eine der Kon¬ taktflächen (7, 12; 32,33) so geformt sind, um das erste Fügeteil (5; 25) zumindest teilweise formschlüssig aufzu¬ nehmen, dass die Sonotrode (2) und/oder der Amboss (3; 27) so ausgebildet und angeordnet sind, dass eine Kraft in das Terminal (5; 25) einbringbar ist mit einer Kraftkomponente, die senkrecht zu einer axialen Richtung der Leitung (13) einwirkt oder dass

die Haltefläche (4; 26) und/oder mindestens eine der Kon¬ taktflächen (7, 12; 32,33) so geformt sind, dass das erste Fügeteil (5; 25) gegenüber durch von der Sonotrode im ers¬ ten Fügeteil erzeugten Ultraschallschwingungen bedämpfbar ist .

Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixiervorrichtung (8) mindestens einen relativ zum Amboss (3; 27) beweglichen Schliesser (9, 10; 28, 29) ent¬ hält, der die Kontaktfläche (7, 12; 32,33) aufweist und ei¬ ne Öffnungs- und eine Schliessposition einnehmen kann, wobei die Kontaktfläche (7, 12; 32, 33) des Schliessers (9, 10; 28, 29) in der Schliessposition mit ersten Fügeteil (5; 25) in Kontakt ist, um das erste Fügeteil (5; 25) in der Schliessposition zwischen Kontaktfläche (7, 12; 32, 33) und Haltefläche (4; 26) zu fixieren und

dass die Vorrichtung (1; 100) mindestens einen Seitenschie¬ ber (20, 21; 30, 31) mit einer Seitenfläche (18, 19; 34, 35) enthält, mit welcher das zweite Fügeteil während des Verbindens ausrichtbar und haltbar ist.

Vorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Seitenschieber (20, 21; 30, 31) jeweils verstellbar mit einem Schliesser (9, 10; 28, 29) verbunden ist oder sind.

Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixiervorrichtung (8) mindestens zwei relativ zum Amboss (3; 26) bewegliche Schliesser (9, 10; 28, 29) mit je einer Kontaktfläche (7, 12; 32, 33) für das Terminal (5; 25) enthält, wobei die Schliesser eine Öff¬ nungs- und eine Schliessposition einnehmen können und die Kontaktflächen (7, 12; 32, 33) der Schliesser (9, 10; 28, 29) in der Schliessposition mit dem ersten Fügeteil (5; 25) in Kontakt sind, um das ersten Fügeteil (5; 25) in der Schliessposition zwischen Kontaktflächen (7, 12; 32, 33) und Haltefläche (4; 26) zu fixieren.

5. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine bewegliche

Schliesser (9, 10; 28, 29) in einer linearen Richtung beweglich ist.

6. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche (7, 12; 32, 33) und die Haltefläche (4; 26) dazu ausgebildet sind, das erste Fügeteil (5; 25) in der Schliessposition radial wenigstens über 50% des Umfangs und insbesondere vollständig zu um- schliessen .

7. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltefläche (4) und/oder mindestens eine der Kontaktflächen (7, 12) einen Keil (11, 25) oder eine Nut aufweisen, wobei sich der Keil (11, 25) oder die Nut vorzugsweise entlang einer Umfangsrichtung des ersten Fügeteils (5) erstreckt.

8. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltefläche (4; 26) und/oder mindestens eine der Kontaktflächen (7, 12; 32, 33) eine symmetrische, bevorzugt zylindersymmetrische, Aufnahme für das erste Fügeteil (5; 25) bilden.

9. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltefläche (4) und/oder mindestens eine der Kontaktflächen (7, 12) das erste Füge¬ teil (5) vollständig und formschlüssig in Umfangsrichtung umschliessen .

10. Vorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass die Haltefläche (4; 26) ei ¬ förmig ist. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltefläche (4; 26) und/oder mindestens eine der Kontaktflächen (7, 12; 32, 33) glatt sind.

Verfahren zum Verbinden, insbesondere zum Schweissen und/oder Löten, mittels Ultraschalls, insbesondere mit ei¬ ner Vorrichtung (1) gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, enthaltend die folgenden Schritte:

- Einlegen eines ersten Fügeteils, insbesondere eines

Terminals (5; 25) auf eine Haltefläche (4; 26) eines Ambosses (3; 27) einer Vorrichtung (1; 100) zum Verbinden, insbesondere zum Schweissen und/oder Löten, mittels Ultraschalls,

- Fixieren des ersten Fügeteils (5; 25) relativ zum Am- boss (3; 27) mittels einer Fixiervorrichtung (8), wobei die Fixiervorrichtung (8) mindestens eine Kontaktfläche (7, 12; 32, 33) enthält, die mit dem Terminal (5; 25) in Kontakt bringbar ist, wobei die Haltefläche (4; 26) und/oder mindestens eine der Kontaktflächen (7, 12; 32, 33) so geformt sind, um das ersten Fügeteils (5; 25) zumindest teilweise formschlüssig aufzunehmen oder zu bedämpfen,

Einbringen von Ultraschall durch eine Sonotrode (2) in das ersten Fügeteils (5; 25), wobei durch den Ultra¬ schall das erste Fügeteil (5; 25) und ein zweites Füge¬ teils, insbesondere eine elektrische Leitung (13), be¬ vorzugt mindestens eine Litze (14) eines Kabels (13), insbesondere mindestens eine Kupfer- oder Aluminiumlit¬ ze (14), miteinander verbunden werden und wobei beim Einbringen von Ultraschall eine Kraft in das erste Fü¬ geteil (5; 25) eingebracht wird mit einer Kraftkompo¬ nente, die in einer Richtung senkrecht zu einer axialen Richtung des zweiten Fügeteils (13) wirkt, sodass das erste Fügeteil (5; 25) gegen den Amboss (3; 27) ge¬ drückt wird,

Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass beim Fixieren mindestens ein, bevorzugt zwei, Schliesser (9, 10; 28, 29) sich von einer Öffnungsposi¬ tion in eine Schliessposition bewegt, wobei der

Schliesser die Kontaktfläche (7, 12; 32, 33) enthält und in der Schliessposition das erste Fügeteil (5; 25) fixiert und wobei das zweite Fügeteil, insbesondere die während des Schweissens mit einer Seitenfläche (18, 19; 34, 35) mindestens eines Seitenschiebers (20, 21; 30, 31) ausgerichtet und gehalten wird.

Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine bewegliche Schliesser (9, 10; 28, 29) eine lineare Bewegung durchführt.

Description:
Vorrichtung und Verfahren zum Verbinden mittels Ultraschalls

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Ver ¬ fahren zum Verbinden mittels Ultraschall gemäss dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche. Ultraschall wird unter anderem verwendet, um ein erstes Fügeteil mit einem zweiten Fügeteil zu verbinden. Die Fügeteile sind ins ¬ besondere metallische Teile, welche typischerweise als elektri ¬ sche Leiter und/oder Kontaktteile eingesetzt werden. Bekannte Anwendungen betreffen das Verbinden von elektrischen Leitungen wie beispielsweise Kabel mit einem Terminal, also einem Kontakt ¬ teil. Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines ersten Füge ¬ teils in Form eines Terminals und anhand eines zweiten Fügeteils in Form eines elektrischen Leiters, typischerweise einer Litze, erläutert. Die Erfindung lässt sich aber gleichermassen auf die Verbindung zwischen anderen Teilen anwenden, beispielsweise zur Verbindung von zwei blechartigen Fügestellen.

Ein Terminal ist üblicherweise ein standardisiertes Teil, das oft in hohen Stückzahlen mit Kabeln verbunden wird. Der Ultraschall erzeugt Schwingungen, die dafür sorgen, dass einzelne Litzen der Leitungen aneinander und an dem Terminal reiben.

Durch die Reibung werden die Litzen miteinander und mit dem Terminal verschweisst . Je nach eingebrachter Ultraschallenergie schmelzen die Litzen an oder werden kaltverschweisst . Dieses Verfahren bedingt, dass die Ultraschallschwingungen direkt in die Litzen eingebracht und dort absorbiert werden.

Terminals sind oftmals aufgrund ihrer Eigenschwingungen aus schalltechnischer Sicht schwierig zu bearbeiten. Um die Eigenschwingungen zu unterdrücken, ist eine sogenannte Bedämpfung des Terminals notwendig. Um zu verhindern, dass das Terminal mitschwingt, weist eine Ul- traschallschweissanlage einen Amboss und einen Stempel auf. Der Stempel drückt die Litzen auf das Terminal, das durch den Amboss gehalten wird. Dabei weist der Amboss üblicherweise eine Rautie- rung oder eine Linierung auf. Die Rautierung oder Linierung gräbt sich in das Terminal ein und hält dieses fest. Dadurch schwingt das Terminal nicht mit und die Schwingungen werden von den Litzen und dem Terminal aufgenommen. Allerdings bewirkt die Rautierung oder die Linierung Abdrücke an den verbundenen Tei- len, die deren Qualität beeinträchtigen. Derartige Abdrücke tre ¬ ten vor allem bei Terminals aus Kupfer auf sowie bei Terminals, die mit einer Beschichtung versehen sind, wie beispielsweise mit einer Beschichtung aus Nickel. Ausserdem sorgt die Rautierung oder die Linierung für einen Verschleiss des Ambosses. Auch die- ses Problem besteht speziell bei vernickelten Terminals, da beim Verbinden Atome vom Amboss in den Nickel übergehen. Insgesamt kann so im Laufe der Lebensdauer einer Ultraschallschweissanlage die Qualität der Verschweissungen abnehmen.

DE 10 2013 101 876 B3 zeigt ein Verfahren zum stoffschlüssigen Fügen eines Kabels an ein Anschlusselement. Bei dem Verfahren wird ein Bündel von Einzelsträngen eines Kabels über eine Eintrittsöffnung in eine Aufnahmehülse eines Anschlusselementes eingefügt. Mit einer Fixiervorrichtung wird die Aufnahmehülse mit dem Bündel verpresst. US 4,730,764 A offenbart einen Apparat zum Verbinden eines Ka ¬ bels mit einem Kabelterminal. Das Kabel wird fest gegen ein Ter ¬ minal gepresst. Ein Sitz umschliesst das Terminal. Der Apparat weist eine Linierung auf, um das Terminal zu fixieren.

EP 2 643 894 Bl zeigt ein Verfahren und eine Vorrichtung für ein koaxiales Ultraschallschweissen . Bei dem Verfahren wird ein koaxialer Verbinder mit einem koaxialen Kabel verbunden. Der Ver- binder wird auf das koaxiale Kabel aufgeschoben und in eine Auf ¬ spannvorrichtung eingelegt.

Die im Stand der Technik offenbarten Ultraschallvorrichtungen haben den Nachteil, dass eine Fläche des Terminals, an der Ul- traschall eingebracht werden kann, klein ist. Weiterhin hat der Stand der Technik den Nachteil, dass der Verschleiss am Amboss hoch ist.

Ausserdem kann die beim Schweissvorgang entstehende Wärme zu einer ungewünschten Materialausdehnung führen. Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, die Nachteile des Stan ¬ des der Technik zu überwinden. Insbesondere sollen eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung gestellt werden, bei denen Ultraschall auf eine grössere Fläche des ersten Fügeteils einge ¬ bracht werden kann. Weiterhin sollen ein Verschleiss am Amboss und die wärmebedingte Ausdehnung des ersten Fügeteils reduziert werden .

Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verbinden mittels Ultraschalls. Insbesondere be ¬ trifft der erste Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Vorrich- tung zum Schweissen und/oder Löten. Die Vorrichtung enthält eine Sonotrode, einen Amboss mit einer Haltefläche für ein erstes Fü ¬ geteil und einen Arbeitsraum. Der Arbeitsraum befindet sich zwischen Amboss und Sonotrode. Im Arbeitsraum sind das erste Füge ¬ teil und ein zweites Fügeteil, insbesondere eine elektrische Leitung mit Ultraschall beaufschlagbar, um die Fügeteile zu ver ¬ binden, insbesondere um die Leitung, insbesondere mindestens ei ¬ ne Litze der Leitung, mit dem Terminal zu verbinden. Bevorzugt ist die Leitung ein Kabel mit mindestens einer Litze, und beson ¬ ders bevorzugt ist die Litze eine Kupfer- oder Aluminiumlitze. Weiterhin enthält die Vorrichtung eine Fixiervorrichtung mit mindestens einer Kontaktfläche für das erste Fügeteil. Die Fi- xiervorrichtung ist ausgebildet und angeordnet, um eine Position des ersten Fügeteils relativ zur Haltefläche des Ambosses zu fi ¬ xieren. Die Haltefläche und/oder mindestens eine der Kontaktflä ¬ chen so geformt ist, um das erste Fügeteil zumindest teilweise formschlüssig aufzunehmen. Alternativ sind die Haltefläche und/oder mindestens eine der Kontaktflächen so geformt, um das erste Fügeteil zu bedämpfen.

Besonders bevorzugt ist die Haltefläche am Amboss entsprechend der Form des ersten Fügeteils ausgebildet, so dass der Amboss das erste Fügeteil mindestens teilweise formschlüssig aufnehmen kann. Die Sonotrode und/oder der Amboss sind so ausgebildet und angeordnet, dass eine Kraft in das Terminal einbringbar ist mit einer Kraftkomponente, die senkrecht zu einer axialen Richtung der Leitung einwirkt. Insbesondere ist die Kontaktfläche bezogen auf die Längsrichtung der elektrischen Leitung axial versetzt zum zu verschweissenden Bereich der Leitung und des Terminals angeordnet. Daraus ergibt sich eine räumliche Trennung zwischen dem Bereich, in dem die Leitung und der Terminal mit Ultraschall beaufschlagt wird und dem Bereich, in dem der Terminal form ¬ schlüssig geklemmt und/oder bedämpft wird.

In einer Ausführungsform ist die Kontaktfläche in Richtung des ersten Fügeteils axial versetzt. Alternativ oder zusätzlich kann die Kontaktfläche in Richtung des zweiten Fügeteils axial ver ¬ setzt sein. Bevorzugt ist die Kontaktfläche in Richtung der elektrischen Leitung angeordnet. In einer Ausführungsform ist die Kontaktfläche am Terminal von der Sonotrode aus betrachtet auf der Seite eines freien Endes des Terminals angeordnet.

Dadurch kann das freie Ende des Terminals bedämpft werden. Die Haltefläche kann sich in Richtung des freien Endes des Terminals erstrecken. Die Haltefläche und die Kontaktfläche/n können überlappen entlang der axialen Richtung des zweiten Fügeteils, insbesondere der elektrischen Leitung. In einer ersten bevorzugten Ausführungsform weist die Kraft eine weitere Kraftkomponente parallel zur axialen Richtung der Lei ¬ tung auf. In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform weist die Kraft ausschliesslich eine Kraftkomponente senkrecht zu einer axialen Richtung der Leitung auf. Dadurch wird das Terminal auf dem Amboss fixiert und kann sich praktisch nicht bewegen. In der Folge werden die Ultraschallschwingungen der Sonotrode mittels der Formschlussklemmung absorbiert. Die Ultraschallenergie geht also nicht durch Schwingungen des Terminals verloren und wird effizienter genutzt.

Ein möglicher Vorteil ist, dass auf Rautierungen oder Linierungen am Amboss und/oder an der Sonotrode verzichtet werden kann, wodurch Abdrücke am Terminal oder Beschädigungen einer Beschich- tung des Terminals verhindert werden können. Weiterhin kann ein Verschleiss am Amboss reduziert werden. Die Wärmeableitung kann effizienter erfolgen. Die formschlüssige Klemmung des Terminals kann eine ungewünschte Ausdehnung des Terminals verhindern und das Terminal vor Beschädigungen schützen.

Terminals, die durch die Haltefläche und/oder Fixierflächen ge- halten werden, können beispielsweise zylindrische, insbesondere kreiszylindrische oder halbkreiszylindrische, oder plattenförmi- ge Bereiche enthalten oder insgesamt zylindrisch, insbesondere kreiszylindrisch oder halbkreiszylindrisch, oder plattenförmig sein. Die Haltefläche und/oder die Fixierflächen sind dann als zur Form des Terminals kongruente Aussparungen oder Vertiefungen im Amboss bzw. in der Fixiervorrichtung ausgebildet. Durch solche Formen kann der Terminal fest gehalten werden.

Plattenförmige Terminals oder plattenförmige Bereiche eines Ter ¬ minals können eben oder gebogen sein. Insbesondere kann ein Win- kel der Biegung bis zu 90° betragen. Beispiele für plattenförmige Terminals sind ein Flachstecker, ein Winkelterminal und ein Ringösenterminal . Das Terminal ist bevorzugt aus Kupfer und weiter bevorzugt ver ¬ silbert oder vernickelt. In einer alternativen Ausführungsform ist das Terminal aus Metall, insbesondere Stahl. Der Terminal kann auch aus Aluminium sein. In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Fixiervorrichtung mindestens einen relativ zum Amboss beweglichen Schliesser. Der Schliesser weist eine Kontaktfläche auf und kann eine Öffnungs- und eine Schliessposition einnehmen. Die Kontaktfläche des Schliessers ist in der

Schliessposition mit dem Terminal in Kontakt, um das Terminal in der Schliessposition zwischen Kontaktfläche und Haltefläche zu fixieren .

Durch den beweglichen Schliesser kann der Arbeitsraum geöffnet und geschlossen werden. Dadurch wird ein Einlegen des Terminals in den Arbeitsraum erleichtert. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Schliesser durch einen Motor, insbesondere einen elektrischen oder pneumatischen oder hydraulischen Motor antreibbar. Dadurch kann der Prozess des Öffnens und Schliessens automatisiert werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Fixiervorrichtung mindestens zwei relativ zum Amboss bewegliche Schliesser mit je einer Kontaktfläche für das Terminal auf. Die Schliesser können eine Öffnungs- und eine Schliessposition einnehmen. In der Schliessposition sind die Kontaktflächen der Schliesser in Kontakt mit dem Terminal, um das Terminal in der Schliessposition zwischen den Kontaktflächen und der Haltefläche zu fixieren.

Dadurch kann eine Strecke verkürzt werden, die die Schliesser verfahren wird. In der Folge kann der Arbeitsraum schneller geöffnet und/oder geschlossen werden. Ein anderer möglicher Vorteil ist, dass das Terminal zwischen den beiden Kontaktflächen eingeklemmt werden kann. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der mindestens eine bewegliche Schliesser in einer linearen Richtung beweglich, insbesondere in einer Richtung, die um mindestens 15°, bevorzugt 90° geneigt ist bezogen auf eine Sonotrodenachse oder eine Vorschub- richtung der Sonotrode. Besonders bevorzugt ist die Richtung ge ¬ neigt bezogen auf die Achse in der die elektrische Leitung ver ¬ läuft. In bestimmten Ausführungsformen ist die Neigung mindestens 15°, bevorzugt 90°. In bestimmungsgemässer Montagelage ist der Schliesser typischerweise horizontal verschiebbar. Dadurch lässt sich der Antrieb des Schliessers kostengünstig re ¬ alisieren. Außerdem lässt sich der Terminal das Kabel besser fixieren .

Die Vorrichtung kann zweckmässigerweise mindestens einen, bevor ¬ zugt genau zwei Seitenschieber enthalten, mit denen die Leitung während des Verbindens gehalten werden kann. Der Seitenschieber weist dazu eine Seitenfläche zum Ausrichten der Leitung auf. Bei den Seitenflächen zum Ausrichten der Leitung und den Kontaktflächen der Fixiervorrichtung handelt es sich um separate, voneinander getrennte Flächen. Der mindestens eine Schliesser kann mit einem Seitenschieber starr verbunden sein. Dies hat den Vorteil, dass mit nur einem Antrieb sowohl der Seitenschieber an die Leitung herangeführt werden kann als auch der Schliesser an das Terminal. Es ist allerdings auch denkbar und bevorzugt, dass jeweils ein Schliesser nicht starr und insbesondere verstellbar mit einem Seitenschieber verbunden ist. Damit lassen sich Seitenschieber und Schliesser gemeinsam betätigen, können aber dennoch an unterschiedliche Geometrien von Terminal und/oder Lei ¬ tung angepasst werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Kontaktfläche und die Haltefläche dazu ausgebildet, das Terminal in der Schliess- position radial wenigstens zu 50% und bevorzugt vollständig zu umschliessen . Insbesondere ist es auch denkbar, in der Haltflä- che am Amboss gezielt partielle Ausnehmungen vorzunehmen, so dass nur ein partieller Formschluss besteht. Dadurch wird eine Überbestimmung des Formschlusses vermieden.

Dadurch werden eine besonders stabile Fixierung des Terminals und gleichzeitig eine Bedämpfung von Ultraschallschwingungen des Terminals erreicht. Eine Bedämpfung lässt sich aber alternativ auch erzielen, wenn die Fixiervorrichtung nicht formschlüssig mit dem Fügeteil in Kontakt bringbar ist, sondern lediglich eine Bedämpfungskraft ausübt. In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Haltefläche und/oder mindestens eine der Kontaktflächen einen Keil oder eine Nut auf. Der Keil oder die Nut erstrecken sich vorzugsweise ent ¬ lang einer Umfangsrichtung der Kontaktfläche und/oder der Haltefläche . Durch den Keil und/oder die Nut können Ultraschallschwingungen entlang einer longitudinalen Richtung des Terminals bedämpft werden .

In einer bevorzugten Ausführungsform bilden die Haltefläche und/oder mindestens eine der Kontaktflächen eine symmetrische Aufnahme für das Terminal. Besonders bevorzugt ist die Aufnahme zylindersymmetrisch. Dadurch werden eine Fixierung und eine Bedämpfung des Terminals weiter verbessert.

In einer bevorzugten Ausführungsform umschliessen die Haltefläche und/oder mindestens eine der Kontaktflächen das Terminal vollständig und formschlüssig in Umfangsrichtung . Dadurch kann der Ultraschall der Sonotrode im Terminal bedämpft werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Haltefläche ei ¬ förmig. Dadurch lässt sich der Amboss einfach und kosteneffizient herstellen. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der mindestens eine bewegliche Schliesser eine Seitenfläche zum Ausrichten einer Leitung auf. Besonders bevorzugt ist die Seitenfläche an einem Seitenschieber angeordnet. Dadurch kann eine Leitung vor einer Ultraschallschweissung ausgerichtet werden. In der Folge kann die Leitung und/oder das Terminal vor dem Schliessen der Fixiervorrichtung nicht verrutschen .

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Haltefläche

und/oder mindestens eine der Kontaktflächen glatt. Besonders be ¬ vorzugt weisen die Haltefläche und/oder mindestens eine der Kon ¬ taktflächen keine Linierung oder Rautierung auf.

Dadurch kann der Amboss und/oder die Fixiervorrichtung einfacher hergestellt werden. Weiterhin wird ein Verschleiss am Amboss und/oder an der Fixiervorrichtung reduziert.

Glatt bedeutet, dass die Oberfläche abgesehen von der Rauigkeit der Oberfläche des Materials und ihrer gegebenenfalls form ¬ schlüssigen Krümmung keine weiteren Vertiefungen oder Erhöhungen aufweist. Insbesondere weist die Oberfläche keine Erhöhungen, z.B. Rautierungen oder Linierungen, oder Vertiefungen, z.B. Rillen, zum Fixieren eines Terminals während eines Ultraschallvorgangs auf.

Die Sonotrode und/oder der Amboss können beispielsweise Stahl, Titan oder Aluminium enthalten oder daraus bestehen. In einigen Ausführungsbeispielen können sie zumindest an der Haltefläche bzw. der Kontaktfläche eine Beschichtung aus polykristallinem Diamant aufweisen.

Mit weiterem Vorteil sind die Haltefläche und/oder die Kontakt ¬ fläche als polierte Oberflächen ausgeführt und weisen bevorzugt eine Rauigkeit im Bereich von 0,25 ym bis 9 ym auf. Auf diese Weise können Abdrücke besonders gut verhindert werden. Die ge ¬ nannten Rauigkeiten können beispielsweise durch Fräsen, Schleifen und Polieren erreicht werden.

Die Sonotrode kann beispielsweise als an sich bekannte torsional oder linear schwingende Sonotrode ausgebildet sein.

Die Vorrichtung kann eine Temperiereinrichtung zur Temperierung, insbesondere zum Kühlen und/oder zum Heizen, der Sonotrode und/oder des Ambosses und/oder der Fixiervorrichtung enthalten. Die Temperiereinrichtung kann mindestens eine Temperierzuführung für ein Temperiermedium und mindestens ein mit der Temperierzu ¬ führung wirkverbundenes Temperierelement enthalten, welches be ¬ vorzugt im Bereich einer zu kühlenden Fläche angeordnet ist, beispielsweise im Bereich einer Schweissfläche der Sonotrode. Wie weiter unten erläutert wird, kann die Wirkverbindung bei- spielsweise in einer Fluidverbindung oder einer elektrischen

Verbindung bestehen. Wenn die Temperierzuführung vorteilhafterweise in einem Schwingungsknoten der Sonotrode angeordnet ist, wird die Temperierzuführung praktisch nicht von den Ultraschallschwingungen beeinträchtigt. Auch ein Heizen der Sonotrode im Bereich einer Schweissfläche hat sich in einigen Ausführungen als vorteilhaft erwiesen. Weiterhin hat das Temperieren der Sonotrode den Vorteil, dass die Temperatur und damit auch die Re ¬ sonanzfrequenz vergleichsweise konstant gehalten werden kann.

In einigen Ausführungsbeispielen enthält die Temperierzuführung mindestens einen Zuführkanal, durch den ein Temperierfluid in das zu temperierende Bauteil einführbar oder daraus ausführbar ist. In diesen Ausführungsbeispielen bildet das Temperierfluid das Temperiermedium. Das Temperierfluid, insbesondere ein Kühl- fluid oder ein Heizfluid, kann beispielsweise ein Gas oder eine Flüssigkeit sein, wie etwa Wasser. Durch eine erste Öffnung kann das Temperierfluid eingeführt werden, und aus einer zweiten Öff ¬ nung kann es wieder ausgeführt werden. Das Temperierelement kann mindestens einen Temperierkanal für das Temperierfluid enthal ¬ ten, welcher mit dem Zuführkanal fluidverbunden ist.

Alternativ kann das Temperiermedium ein elektrischer Strom sein. Dieser kann durch eine elektrische Leitung in das zu temperie- rende Bauteil eingeführt wird, wobei die elektrische Leitung die Temperierzuführung bildet. Das Temperierelement kann ein mit der elektrischen Leitung elektrisch verbundenes elektrisches Tempe ¬ rierelement sein. Das elektrische Temperierelement kann bei ¬ spielsweise als Peltier-Element ausgebildet sein, um ein Bauteil zu kühlen oder zu heizen, und/oder als Heizdraht, um ein Bauteil zu heizen.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden, insbesondere zum Schweissen und/oder Löten, mittels Ultraschalls. Das Verfahren kann beispielsweise mit einer wie oben beschriebenen Vorrichtung durchgeführt werden. Das Verfahren enthält die folgenden Schritte:

- Einlegen eines ersten Fügeteils wie z.B. eines Terminals auf eine Haltefläche eines Ambosses einer Vorrichtung zum Ver ¬ binden, insbesondere zum Schweissen und/oder Löten, mittels Ultraschalls,

- Fixieren des ersten Fügeteils relativ zum Amboss mittels ei ¬ ner Fixiervorrichtung. Die Fixiervorrichtung enthält mindestens eine Kontaktfläche, die mit dem ersten Fügeteils in Kontakt bringbar ist, wobei die Haltefläche und/oder min- destens eine der Kontaktflächen so geformt sind, um das

Terminal zumindest teilweise formschlüssig aufzunehmen oder zu bedämpfen,

- Einbringen von Ultraschall durch eine Sonotrode in das erste Fügeteil, wobei durch den Ultraschall das erste Fügeteil und ein zweites Fügeteil wie z.B. eine elektrische Leitung, bevorzugt mindestens eine Litze eines Kabels, insbesondere eine Kupfer- oder Aluminiumlitze, miteinander verbunden werden. Beim Einbringen von Ultraschall wird eine Kraft in das erste Fügeteil eingebracht mit einer Kraftkomponente, die in einer Richtung senkrecht zu einer axialen Richtung des zweiten Fügeteils wirkt, sodass das erste Fügeteil ge ¬ gen den Amboss gedrückt wird.

Dadurch wird das Terminal auf dem Amboss fixiert und kann sich praktisch nicht bewegen. In der Folge werden die Ultraschallschwingungen der Sonotrode von der Leitung absorbiert. Die Ultraschallenergie geht also nicht durch Schwingungen des Terminals verloren und wird effizienter genutzt. Der Terminal wird durch die Fixiervorrichtung bedämpft.

In einer bevorzugten Ausführungsform bewegt sich beim Fixieren mindestens ein, bevorzugt zwei, Schliesser von einer Öffnungspo ¬ sition in eine Schliessposition . Der Schliesser enthält die Kontaktfläche und fixiert in der Schliessposition das Terminal.

Durch den beweglichen Schliesser kann der Arbeitsraum geöffnet und geschlossen werden. Dadurch wird ein Einlegen des Terminals in den Arbeitsraum erleichtert.

In einer bevorzugten Ausführungsform führt der mindestens eine bewegliche Schliesser eine lineare Bewegung durch.

Dadurch lässt sich der Antrieb des Schliessers kostengünstig re ¬ alisieren .

In einer bevorzugten Ausführungsform weist der mindestens eine bewegliche Schliesser eine Seitenfläche auf. Die Seitenfläche richtet bei der Bewegung des Schliessers die Leitung aus.

Dadurch kann eine Leitung vor einer Ultraschallschweissung ausgerichtet werden. In der Folge kann die Leitung und/oder der Terminal vor dem Schliessen der Fixiervorrichtung nicht verrutschen .

Anhand von Figuren, welche lediglich Ausführungsbeispiele dar ¬ stellen, wird die Erfindung im Folgenden näher erläutert. Es zeigen schematisch:

Figur 1A: eine schematische Darstellung einer ersten erfindungsgemässen Vorrichtung in einer

Draufsicht,

Figur 1B: ein Terminal, das in einer erfindungsgemässen

Vorrichtung mit einem Kabel verschweisst wird,

Figur 2: eine schematische Darstellung einer Schnitt ¬ ansicht der ersten erfindungsgemässen Vorrichtung in einer Öffnungsposition, Figur 3: eine schematische Darstellung einer Schnitt ¬ ansicht der ersten erfindungsgemässen Vorrichtung in einer Schliessposition,

Figur 4: eine schematische Darstellung einer zweiten erfindungsgemässen Vorrichtung in einer

Schnittansicht, schematische Darstellungen weiterer Termi nals .

Figuren 6A, B & C: Schematische Darstellungen einer weiteren er- findungsgemässen Vorrichtung mit einem im Querschnitt runden Terminal,

Figur 7A - 7C: Schematische Darstellung einer weiteren er- findungsgemässen Vorrichtung mit einem flachen Terminal, Figur 8: Perspektivische Darstellung einer konkreten

Ausführungsform und

Figur 9: perspektivische Darstellung auf einen Amboss einer erfindungsgemässen Vorrichtung. Figur 1A zeigt eine Vorrichtung 1 zum Verbinden einer elektrischen Leitung, die als Kabel 13 mit einer Litze 14 ausgestaltet ist, mit einem Terminal (also einem Kontaktteil) 5. Dabei wird die Litze 14 des Kabels 13 mit dem Terminal 5 verschweisst . Eine Detailansicht des Terminals 5 ist in Figur 1B gezeigt. Das Ter- minal 5 weist einen Kopf 15 und eine an den Kopf 15 angeschlos ¬ sene Platte 24 auf. Die Platte 24 enthält eine Schweissflä- che 16, an die die Litze 14 des Kabels 13 angeschweisst wird. Der Kopf 15 ist im Wesentlichen kreiszylindrisch und enthält eine Rille 17 in Umfangsrichtung . Das Terminal 5 wird zunächst in einen Arbeitsraum 6 eingebracht, indem das Terminal 5 auf einen Amboss 3 platziert wird. Der Am ¬ boss 3 befindet sich dann unterhalb des Terminals 5. Über dem Terminal 5 ist eine Sonotrode 2 (siehe Figur 2) angeordnet.

Seitlich zur Achse der Litze 14 des Kabels 13 ist eine Fixier- Vorrichtung 8 mit zwei Schliessern 9, 10 angeordnet. Die

Schliesser 9, 10 weisen jeweils einen Keil 11, 25 auf. Weiterhin sind die Schliesser 9, 10 mit Seitenschiebern 20, 21 verbunden.

Die Seitenschieber 20, 21 weisen jeweils eine Seitenfläche 18, 19 auf. Die Seitenflächen 18, 19 begrenzen den Arbeitsraum 6. Während und vor dem Schweissvorgang richten die Seitenflächen das Kabel 13 aus.

Figur 2 zeigt einen Schnitt entlang der Achse A-A aus Figur 1A. Das Terminal 5 wird entlang einer Schnittfläche im Querschnitt der Rille 17 gezeigt. Dieser Querschnitt wird formschlüssig durch den Amboss 3 aufgenommen. Der Amboss 3 weist dazu eine ei ¬ förmige Ausnehmung mit einer Haltefläche 4 auf. Die Halteflä- che 4 weist dabei dieselbe Form wie das Terminal 5 an der Rille auf und ist glatt. Ebenso weisen der erste Schliesser 9 und der zweite Schliesser 10 formschlüssige Kontaktflächen 7, 12 auf. Figur 2 zeigt die Fixiervorrichtung 8 in einer Öffnungsposition. In der Öffnungsposition wird das Terminal 5 eingelegt. An ¬ schliessend werden der erste Schliesser 9 und der zweite

Schliesser 10 in Richtung des Terminals 5 verfahren, bis das Terminal 5 in seiner Rille 17 vollständig formflüssig aufgenom ¬ men worden ist. Auf diese Weise wird die in Figur 3 dargestellte Schliessposition erreicht.

In der in Figur 3 dargestellten Schliessposition umschliessen die Kontaktflächen 7, 12 und die Haltefläche 4 das Terminal vollständig. In der Schliessposition bilden die Haltefläche 4 und die Kontaktflächen 7, 12 eine zylindersymmetrische Aufnahme für das Terminal 5 und umschliessen das Terminal formschlüssig.

Anschliessend wird die Sonotrode 2 in Kontakt mit der Litze 14 gebracht und eine Kraft in Richtung des Ambosses 3 eingetragen. Dadurch wird die Litze 14 gegen die Platte 24 gedrückt. Dabei werden Ultraschallschwingungen auf die Litzen 14 des Kabels 13 eingebracht. Die Ultraschallschwingungen werden von den Litzen 14 auch auf das Terminal 5 übertragen; allerdings werden die Ultraschallschwingungen des Terminals 5 durch die formflüssige Aufnahme in dem Amboss 3 und den Schliessern 9, 10 bedämpft.

Eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung zum Verbinden ist in Figur 4 gezeigt. Die Vorrichtung 100 weist einen Amboss 27 auf. Der Amboss 27 hält in einer Haltefläche 26 formschlüssig das Terminal 25 in einem Arbeitsraum 37. Das Terminal 25 ist plat- tenförmig ausgebildet mit einem halbzylindrischen Querschnitt. Die Haltefläche 26 ist formschlüssig zum halbkreisförmigen Quer ¬ schnitt des Terminals 25. Figur 4 zeigt die Vorrichtung 100 in einer Schliessposition . In der Schliessposition sind Schliesser 28 und 29 über ihre Kontaktflächen 32 und 33 in Kontakt mit einer Oberfläche des Termi ¬ nals 25. Bei diesem Kontakt drücken die Schliesser 28, 29 das Terminal 25 gegen die Haltefläche 26 des Ambosses 27. Dadurch werden Schwingungen des Terminals 25 bedämpft.

Weiterhin enthält die Vorrichtung 100 Seitenschieber 30, 31. Die Seitenschieber weisen eine erste und eine zweite Seitenflä ¬ che 34, 35 auf. Die Seitenflächen richten ein Kabel (siehe Fi- gur 1) entlang seiner Achse aus. Die Seitenschieber 30, 31 sind jeweils mit einem Schliesser 28, 29 verbunden. Die Verbindung zwischen Schliessern 28, 29 und Seitenschiebern 30, 31 wird über eine Bohrung mit einer Schraube 22 realisiert.

Figuren 5A bis 5D zeigen schematische Darstellungen von weiteren Terminals, die mithilfe der Vorrichtung 1 zum Verbinden einer

Leitung mit einem Kabel verbunden werden können. Figur 5A zeigt ein plattenförmiges Terminal 40. Das Terminal 40 ist mit einem Kabel 41 verbunden. Eine Litze 42 des Kabels 41 wurde mit einer Oberseite 43 des Terminals 40 an einer Schweissung 44 ultra- schallverschweisst . Weiterhin hat das Terminal 40 eine Öse 45, an der das Terminal 40 angeschlossen werden kann. Figur 5B zeigt eine Schweissung an ein ähnliches plattenförmiges Terminal 50 mit einem ersten und einem zweiten plattenförmigen Bereich 51, 52. Zwischen den Bereichen 51, 52 ist ein stumpfer Winkel gebil- det. Figur 5C zeigt ein plattenförmiges Terminal 60, das ähnlich zu dem Terminal 50 in Figur 5B ist, wobei der Winkel zwischen den Bereichen hier jedoch rechtwinklig ist. Ein weiteres Terminal 70 mit einem rechten Winkel zwischen den zwei Bereichen 51, 52 ist in Figur 5D gezeigt. In den Figuren 6a bis 6c ist ein konkretes Beispiel einer erfin- dungsgemässen Vorrichtung 1 gezeigt (gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Teile wie in Fig. 1A) . Die Vorrichtung 1 gemäss Figuren 6A, B und C dient zum Verbinden einer Litze 14 mit einem Terminal 5, der einen etwa zylindrisch förmigen Anschlussbereich aufweist. Seitenschieber 20, 21 dienen in an sich bekannter Weise zum Begrenzen eines Arbeitsraums für die Litze 14. Die Sei- tenschieber weisen Seitenflächen 18, 19 auf, welche den Arbeitsraum begrenzen. In Achsenrichtung der Litze 14 versetzt bezogen auf die Seitenschieber 20, 21 sind Schliesser 9, 10 angeordnet. Die Schliesser 9, 10 weisen Kontaktflächen 7, 12 auf, die teilweise formschlüssig der Kontur des Terminals 5 entsprechen. Die Schliesser 9, 10 umschliessen das Terminal 5 aber nicht voll ¬ ständig, so dass am oberen Ende ein Teil des Terminals 5 frei bleibt .

Ein Amboss 3 weist eine der Form des Terminals 5 angepasste Hal ¬ tefläche 4 auf. Die Haltefläche 4 ist als Vertiefung im Amboss 3 ausgebildet. Die Haltefläche 4 umschliesst den Terminal in Um- fangsrichtung über einen Winkel von ca. 180° fast vollständig.

Figuren 7A bis 7C zeigen ein weiteres Anwendungsbeispiel. Die Vorrichtung 1 ist im Wesentlichen gleich aufgebaut wie die Vorrichtung gemäss den Figuren 6A bis 6C. Gleiche Bezugszeichen be- zeichnen gleiche Teile. Im Unterschied zur Ausführungsform in Figuren 6A bis 6C wird gemäss Figuren 7A bis 7C ein Terminal 5 geschweisst, der im Wesentlichen flach als abgekantetes Blechstück ausgebildet ist. Im Unterschied zu Figuren 6A bis 6C ist daher der Amboss 3 gemäss Figuren 7A bis 7C mit einer Halteflä- che 4 ausgebildet, die als Vertiefung mit einem im Wesentlichen flachen Boden und zwei im Wesentlichen senkrecht dazu stehenden Flanken zur Aufnahme des Terminals 5 ausgebildet ist. Im Gegen ¬ satz zu der Ausführungsform gemäss Figuren 6A bis 6C sind die Schliesser 9, 10 in der geschlossenen Position etwas weiter be- abstandet als die Schliesser in Figuren 6A bis 6C. Derart unter ¬ schiedliche Schliessabstände lassen sich insbesondere einfach realisieren, indem die Schliesser 9, 10 längs verschiebbar mit den Seitenschiebern verbunden sind (siehe dazu auch Figur 8) .

Figur 8 zeigt schematisch eine Vorrichtung 1 in perspektivischer Darstellung analog der Vorrichtung in Figuren 6A bis 6C. An den Seitenschiebern 20, 21 ist je ein Schliesser 9, 10 befestigt. Die Befestigung erfolgt über Schrauben, die in Langlöchern 24 der Schliesser 9, 10 verlaufen und die Schliesser längs verschieblich an den Seitenschiebern 20, 21 befestigen. Auf diese Weise lässt sich der Abstand zwischen den Schliessern 9, 10 in der geschlossenen Stellung einstellen und die Schliesser 9, 10 und die Seitenschieber 20, 21 können mit einem gemeinsamen Antrieb (in der Figur nicht gezeigt) betätigt werden.

Figur 9 zeigt eine Ausführungsform des Ambosses 3 in vergrösser- ter Darstellung. In Figur 9 auf der linken Seite ist der Amboss im Wesentlichen flach ausgebildet, so dass ein Arbeitsraum gebildet wird. In Figur 9 auf der rechten Seite weist der Amboss 3 die Haltefläche 4 auf, die zylindrisch ausgebildet ist und form ¬ schlüssig mit einem zylindrischen Teil einer Litze 5 in Verbindung bringbar ist. Im Ausführungsbeispiel gemäss Figur 9 weist die Haltefläche 4 ausserdem in Achsrichtung gesehen eine Strukturierung in Form eines Wulstes 25 auf, mittels welcher Einschnürungen in einem zylindrischen Bereich eines Terminals (siehe Figur 1B, Rille 17) formschlüssig aufgenommen werden können. Je nach Schweissanwendung, insbesonderen wenn nicht Litzen son- dern zwei flächenartige Teile miteinander verschweisst werden sollen; ist es auch denkbar, die Seitenschieber 20, 21 der Vorrichtung nicht zu verwenden oder weg zu lassen. In diesem Fall wird eine formschlüssige Verbindung eines Teils eines Terminals 5 durch die Schliesser 9, 10 und den Amboss 27 gebildet und die Ultraschalleinleitung erfolgt in einem vom Klemmbereich axial beabstandeten Bereich. Ebenso kann es ausreichend sein, den in den Figuren 6A bis 6C und 7A bis 7C gezeigten Formschluss in Umfangsrichtung nur teilweise vorzusehen oder lediglich an einem oder mehreren Punkten eine Bedämpfung vorzusehen.