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Title:
DEVICE FOR THE WELDING OF COMPONENTS BY WAY OF ULTRASOUND BY TORSIONAL VIBRATIONS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/000998
Kind Code:
A1
Abstract:
A device (10') for welding components by way of ultrasound is disclosed. The device (10') comprises a sonotrode (11') with a sonotrode head (12') which can be incited to perform torsional vibrations about a torsion axis (T) by way of a vibration generator, wherein at least one welding surface (14') is arranged on the sonotrode head (12') circumferentially with respect to the torsion axis (T). Furthermore, the device (10') comprises a support device (15') which supports the sonotrode head (11') in a support region (16') which comprises a vibration node of the sonotrode head (12'). The support region (16') and the welding surface (14') run at least partially in a common plane which extends perpendicular to the torsion axis (T). Also disclosed is a device (10') for welding components by way of ultrasound, in the case of which device the sonotrode (11') has a bore which extends through the support region (16') substantially perpendicular to the torsion axis (T), and the support device (15') comprises a support bolt (18') which runs through the bore and which supports the sonotrode (11') in the support region (16') in the bore.

Inventors:
SOLENTHALER, Peter (Rebenbühlstrasse 12, St. Margarethen, CH-9543, CH)
HÜNIG, Thomas (Goethestrasse 14, Grosswallstadt, 63868, DE)
Application Number:
EP2015/064889
Publication Date:
January 05, 2017
Filing Date:
June 30, 2015
Export Citation:
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Assignee:
TELSONIC HOLDING AG (Industriestrasse 6b, Bronschhofen, CH-9552, CH)
International Classes:
B23K20/10; B06B3/00; B29C65/08
Domestic Patent References:
2002-08-08
2011-11-10
2012-05-31
Foreign References:
US20100078115A12010-04-01
US3602420A1971-08-31
US20030160084A12003-08-28
US3184841A1965-05-25
EP2261008A12010-12-15
Attorney, Agent or Firm:
WENGER, René et al. (Hepp Wenger Ryffel AG, Friedtalweg 5, Wil, CH-9500, CH)
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Claims:
Patentansprüche

1. Vorrichtung (10; 10') zum Verschweissen von Bauteilen mittels Ultraschalls, umfassend

- eine Sonotrode (11; 11') mit einem Sonotrodenkopf (12;

12')/ welcher von einem Schwingungserzeuger zu Tor¬ sionsschwingungen bezüglich einer Torsionsachse (T) anregbar ist, wobei am Sonotrodenkopf (12; 12') bezüg¬ lich der Torsionsachse (T) umfangsseitig wenigstens eine Schweissflache (14; 14') angeordnet ist,

- eine Abstützeinrichtung (15; 15')/ welche den Sonotro¬ denkopf (11; 11') in einem Abstützbereich (16; 16') abstützt, der einen Schwingungsknoten des Sonotrodenkopfs (12; 12') enthält, dadurch gekennzeichnet, dass

der Abstützbereich (16; 16') und die Schweissfläche (14; 14') zumindest teilweise in einer gemeinsamen Ebene (E) verlaufen, die sich senkrecht zur Torsionsachse (T) er¬ streckt .

2. Vorrichtung (10; 10') gemäss Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Abstützbereich (16; 16') nur einen bezüglich der Torsionsachse (T) inneren Bereich des Sonotrodenkopfs (12; 12') bildet .

3. Vorrichtung (10; 10') zum Verschweissen von Bauteilen mittels Ultraschalls, insbesondere Vorrichtung gemäss einem der vorangehenden Ansprüche,

umfassend

- eine Sonotrode (11; 11') mit einem Sonotrodenkopf (12;

12')/ welcher von einem Schwingungserzeuger zu Tor- sionsschwingungen bezüglich einer Torsionsachse (T) anregbar ist,

- eine Abstützeinrichtung (15; 15')/ welche den Sonotro denkopf (11; 11') in einem Abstützbereich (16; 16') abstützt, der einen Schwingungsknoten des Sonotro- denkopfs (12; 12') enthält, dadurch gekennzeichnet, dass

die Sonotrode (11; 11') eine Bohrung (17; 17') aufweist, welche den Abstützbereich (16; 16') im Wesentlichen senkrecht zur Torsionsachse (T) durchdringt, und die Abstütz¬ einrichtung (15; 15') einen durch die Bohrung (17; 17') verlaufenden Stützbolzen (18; 18') enthält, welcher die So notrode (11; 11') im Abstützbereich (16) in der Boh¬ rung (17; 17') abstützt.

4. Vorrichtung (10; 10') gemäss Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Stützbolzen (18; 18') die Sonotrode (11; 11') im Ab¬ stützbereich (16; 16') in der Bohrung (17; 17') durch Über gangspassung, Schrumpfen oder Einpressen abstützt.

5. Vorrichtung (10; 10') gemäss einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass

der Stützbolzen (18; 18') die Torsionsachse (T) schneidet.

6. Vorrichtung (10) gemäss einem der Ansprüche 3 bis 5,

dadurch gekennzeichnet, dass

sich die Bohrung (17) in Richtung des Abstützbereichs (16) verj üngt .

7. Vorrichtung (10; 10') gemäss einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass

sich der Stützbolzen (18; 18') in Richtung eines mittleren Bereichs (24; 24') erweitert, in dem der Stützbolzen (18; 18') den Sonotrodenkopf (11; 11') abstützt.

8. Vorrichtung (10; 10') gemäss einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass

die Länge des Abstützbereichs (16; 16') entlang des Stütz¬ bolzens (18; 18') zwischen 10 % und 30 %, bevorzugt zwi¬ schen 20 % und 25 % der Ausdehnung des Sonotrodenkopfs (12; 12') entlang des Stützbolzens (18; 18') beträgt.

9. Vorrichtung (10; 10') gemäss einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass

der Stützbolzen (18; 18') zwei gegenüberliegenden Enden (20; 20') aufweist, die in jeweils einer Lageröff¬ nung (29) aufgenommen sind.

10. Vorrichtung (10) gemäss Anspruch 9,

dadurch gekennzeichnet, dass

sie einen insbesondere einstückigen Lagerblock (23; 26') enthält, welcher die beiden Lageröffnungen (29) zumindest teilweise bildet.

11. Vorrichtung (10; 10') gemäss Anspruch 10,

dadurch gekennzeichnet, dass

sie eine Druckvorrichtung zur Erzeugung von im Wesentlichen senkrecht zur Torsionsachse (T) wirkenden Kräften (K) auf den Lagerblock (23; 26') enthält, wodurch die Schweissflä- che (14; 14') an ein mit einem zweiten Bauteil zu verbindendes erstes Bauteil andrückbar ist.

12. Vorrichtung (10; 10') gemäss einem der vorangehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Sonotrodenkopf (12; 12') mindestens einen, bevorzugt mehrere bezüglich der Torsionsachse (T) radiale Vorsprün- ge (22; 22') aufweist, an deren Enden jeweils eine

Schweissflache (14; 14') gebildet ist.

13. Vorrichtung (10; 10') gemäss einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass

der Sonotrodenkopf (12; 12') genau zwei bezüglich der Torsionsachse (T) radiale und einander gegenüberliegende Vor¬ sprünge (22; 22') aufweist, an deren Enden jeweils eine Schweissfläche (14; 14') gebildet ist, wobei der Stützbol¬ zen (18; 18') im Wesentlichen senkrecht zu einer Verbin- dungslinie (V) verläuft, die die beiden Schweissflä- chen (14; 14') miteinander verbindet.

Description:
VORRICHTUNG ZUM VERSCHWEISSEN VON BAUTEILEN MITTELS ULTRASCHALLS DURCH TORSIONSCHWINGUNGEN

Die vorliegende Erfindung betrifft Vorrichtungen zum Verschweis- sen von Bauteilen mittels Ultraschalls mit einer Abstützeinrichtung zum Abstützen eines Sonotrodenköpfs gemäss den Oberbegrif- fen der unabhängigen Patentansprüche.

Bekannte Abstützeinrichtungen für Sonotrodenköpfe werden an einer Stelle mit minimaler Amplitude angebracht (sogenannte Null- punktabstützung) . Hierdurch kann erreicht werden, dass über die Abstützeinrichtung möglichst wenig Ultraschallenergie ausgekop- pelt wird, die für den eigentlichen Schweissvorgang zur Verfügung gestellt werden soll. Auch ein ungewollter Temperaturanstieg an der Abstützeinrichtung kann hierdurch vermieden werden.

So offenbart die US 3,184,841 beispielsweise eine Torsionssono- trode, die mit Hilfe von Ultraschallwandlern zu Torsionsschwin- gungen angeregt werden kann. Die Arbeitsfläche der ringförmigen Schweissspitze verläuft senkrecht zur Torsionsachse. Die Sono- trode wird an einem Schwingungsknoten von einer Masse abgestützt .

Die WO 02/061895 AI befasst sich mit dem Verbinden von elektri- sehen Leitern, was beispielsweise mit Torsionssonotroden oder

Längsschwingern erreicht werden kann. Der Längsschwinger kann in einem Schwingungsknoten gelagert werden.

In der EP 2 261 008 AI sind weitere Vorrichtungen und Verfahren zur Ultraschallbehandlung offenbart. Eine Sonotrode wird zu tor- sionalen Ultraschallschwingungen angeregt. Sie weist einen

Schlitz auf, in den ein Eingriffsglied eines Ambosses eingeführt ist, so dass ein Schweissspalt für zwei zu verschweissende

Kunststofffolien gebildet wird. Das Eingriffsglied weist im Be ¬ reich eines Angriffsabschnitts eine Wiegekante auf, an die eine Keilfläche anschliesst. Ein entweder am Eingriffsglied oder an einem Nutboden angeordnetes Stützsegment weist eine Kegelspitze auf, die in Richtung der Torsionsachse liegt und einen Null ¬ punktkontakt bildet, der beim Schweissen nicht mitschwingt.

Die in WO 2011/138404 AI offenbarten Torsionssonotroden enthalten Vorsprünge, die im Umfangsbereich über Arbeitsflächen verfü- gen. Beidseits der Arbeitsflächen ist jeweils eine Ringfläche vorgesehen, welche bezüglich einer Wellenlänge einer Eigenschwingung der Torsionssonotrode auf einer Knotenlinie liegt. In einem Ausführungsbeispiel umgreift eine Stützvorrichtung diese Ringflächen. Druckkräfte werden mit Hilfe einer Druckeinrichtung erzeugt.

Im Ausführungsbeispiel der WO 2012/069413 AI ist ein Torsions ¬ schwinger an einer Längsposition hinter einer Sonotrode von einem Spannring umgeben, welcher ein Lager für den Torsionsschwinger bildet. Dieser Spannring ist typischerweise in einem Schwin- gungsknoten angeordnet.

All diese bekannten Abstützeinrichtungen haben jedoch den Nachteil, dass die Position des Schwingungsknotens von den auf den Sonotrodenkopf einwirkenden Kräften und Drehmomenten abhängt. In aller Regel kann sich ein Schwingungsknoten um mehrere Millime- ter verschieben. Dies führt zu einer ungewollten Auskopplung der Ultraschallenergie und den damit verbundenen, bereits oben be ¬ schriebenen Nachteilen.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Verschweissen von Bauteilen mittels Ultraschalls bereitzustellen, welche die oben genannten Nachteile nicht auf ¬ weist. Insbesondere soll eine Sonotrode der Vorrichtung also derart abgestützt werden, dass es zu keiner nennenswerten Aus ¬ kopplung der Ultraschallenergie kommt, und zwar unabhängig da ¬ von, welche Kräfte oder Drehmomente auf den Sonotrodenkopf ein- wirken. Diese und weitere Aufgaben werden gemäss einem ersten Aspekt der Erfindung gelöst durch eine Vorrichtung zum Verschweissen von Bauteilen mittels Ultraschalls, welche eine Sonotrode mit einem Sonotrodenkopf und eine Abstützeinrichtung enthält. Der Sonotro- denkopf ist von einem Schwingungserzeuger zu Torsionsschwingungen bezüglich einer Torsionsachse anregbar. Gemäss dem ersten Aspekt der Erfindung ist am Sonotrodenkopf bezüglich der Torsi ¬ onsachse umfangseitig wenigstens eine Schweissfläche angeordnet. Die Abstützeinrichtung stützt den Sonotrodenkopf in einem Ab- Stützbereich ab, der einen Schwingungsknoten des Sonotrodenkopfs enthält .

Erfindungsgemäss verlaufen der Abstützbereich und die Schweiss- fläche zumindest teilweise in einer gemeinsamen Ebene, die sich senkrecht zur Torsionsachse erstreckt. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die Position des Schwingungsknotens praktisch nicht davon abhängt, welche Kräfte oder Drehmomente auf die Schweissfläche wirken. Unabhängig von diesen Kräften oder Drehmomenten entsteht also keine nennenswerte Auskoppelung der Ul ¬ traschallenergie über die Abstützeinrichtung, so dass ein grös- serer Anteil der Ultraschallenergie für den eigentlichen Zweck des Verschweissens zur Verfügung steht.

Vorteilhafterweise bildet der Abstützbereich nur einen bezüglich der Torsionsachse inneren Bereich des Sonotrodenkopfs . Da in diesem inneren Bereich die Amplitude der Torsionsschwingungen kleiner ist als in äusseren Bereichen, kann hierdurch die an der Abstützeinrichtung ausgekoppelte Ultraschallenergie nochmals re ¬ duziert werden.

Gemäss einem zweiten unabhängigen Aspekt der Erfindung ist die Vorrichtung ebenfalls zum Verschweissen von Bauteilen mittels Ultraschalls ausgelegt und umfasst eine Sonotrode mit einem

Sonotrodenkopf, welcher von einem Schwingungserzeuger zu Torsionsschwingungen bezüglich einer Torsionsachse anregbar ist, sowie eine Abstützeinrichtung, welche den Sonotrodenkopf in ei ¬ nem Abstützbereich abstützt, der einen Schwingungsknoten des Sonotrodenkopfs enthält. Gemäss dem zweiten Aspekt muss jedoch nicht zwingend eine Schweissfläche bezüglich der Torsionsachse umfangseitig am Sonotrodenkopf angeordnet sein. Gemäss dem zwei ¬ ten Aspekt weist die Sonotrode eine Bohrung auf, welche den Ab ¬ stützbereich im Wesentlichen senkrecht zur Torsionsachse durchdringt, und die Abstützeinrichtung enthält einen durch die Bohrung verlaufenden Stützbolzen, welcher die Sonotrode im Abstütz- bereich in der Bohrung abstützt. Unter einer Durchdringung „im Wesentlichen senkrecht zur Torsionsachse" wird hier und im Fol ¬ genden verstanden, dass die Bohrung den Abstützbereich unter einem Winkel von 80° bis 100° durchdringt. Bevorzugt liegt der ge ¬ nannte Winkel im Bereich von 85° bis 95°, noch weiter bevorzugt von 89° bis 91° und ist ganz besonders bevorzugt 90°. Denn je näher dieser Winkel bei 90° liegt, desto weniger Ultraschalle ¬ nergie wird ausgekoppelt. Auf diese Weise kann besonders einfach eine Abstützung nur in einem bezüglich der Torsionsachse inneren Bereich des Sonotrodenkopfs realisiert werden, wodurch die be- reits oben erläuterten Vorteile erzielt werden können. Wie sich vollkommen überraschend herausgestellt hat, werden die akusti ¬ schen Eigenschaften der Sonotrode durch die sie durchdringende Bohrung und durch den hierdurch verlaufenden Stützbolzen nicht nachteilig beeinflusst. Es ist denkbar und liegt im Rahmen der Erfindung, dass die Sonotrode und der Stützbolzen miteinander einstückig ausgebildet sind. Vorteilhafterweise sind jedoch die Sonotrode und die Ab ¬ stützachse zwei separate Bauelemente, die zusammengefügt wurden. Der Stützbolzen kann die Sonotrode im Abstützbereich in der Boh- rung beispielsweise durch Übergangspassung, Schrumpfen oder Einpressen abstützen. Mit besonderem Vorteil schneidet der Stützbolzen die Torsions ¬ achse. Auf diese Weise kann der Stützbolzen besonders effektiv den bezüglich der Torsionsachse inneren Bereich des Sonotro- denkopfs abstützen. Um eine Abstützung nur in einem bezüglich der Torsionsachse inneren Bereich des Sonotrodenkopfs zu ermöglichen, kann sich die Bohrung in Richtung des Abstützbereichs verjüngen. Diese Formu ¬ lierung umfasst sowohl konische Bereiche der Bohrung als auch Ausführungsformen, bei denen die Bohrung sowohl im Abstützbe- reich als auch in zwei gegenüberliegenden Mündungsabschnitten, in denen die Bohrung aus der Sonotrode ausmündet, jeweils zy ¬ lindrisch sind, wobei jedoch die Bohrung im Abstützbereich einen ersten Innendurchmesser aufweist, der kleiner ist als ein zweiter Innendurchmesser der Bohrung in den Mündungsabschnitten. Derartige stufenförmige Bereiche sind leichter herzustellen als konische Bereiche.

Alternativ oder zusätzlich kann sich der Stützbolzen in Richtung des Abstützbereichs erweitern. Analog umfasst diese Formulierung auch Stützbolzen mit einem mittleren Bereich mit einem ersten Aussendurchmesser und zwei Endbereichen mit zweiten Aussendurch- messern, die kleiner sind als der erste Aussendurchmesser. Je länger der Abstützbereich ist, desto stabiler ist die Abstützung. Andererseits entsteht mit zunehmender Länge des Abstützbe ¬ reichs aber auch eine zunehmende und unerwünschte Dämpfung der Torsionsschwingungen. In der Praxis hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Länge des Abstützbereichs entlang des Stütz ¬ bolzens zwischen 10 % und 30 %, bevorzugt zwischen 20 % und 25 % der Ausdehnung des Sonotrodenkopfs entlang des Stützbolzens be ¬ trägt . In weiteren vorteilhaften Ausführungsformen kann der Stützbolzen zwei gegenüberliegende Enden aufweisen, die in jeweils einer La ¬ geröffnung aufgenommen sind. Auf diese Weise können Kräfte und Drehmomente, die beim Verschweissen entstehen, auf die Lagerung übertragen werden. Jede der Lageröffnungen kann als Öffnung einer jeweils einstückigen Lagerbuchse ausgebildet sein. Alterna ¬ tiv kann jede der Lageröffnungen durch zwei Lagerteile gebildet sein, beispielsweise durch einen Lagerblock und einen Klemmpratze. Durch Lösen solcher Klemmpratzen vom Lagerblock ist der Stützbolzen besonders einfach zugänglich, beispielsweise um die Sonotrode in eine andere Position zu überführen, in der eine andere Schweissflache zum Verschweissen eingesetzt werden kann.

Besonders vorteilhaft enthält die Vorrichtung einen insbesondere einstückigen Lagerblock, welcher die beiden genannten Lageröffnungen zumindest teilweise bildet. Ein derartiger einstückiger Lagerblock ist baulich besonders einfach. Alternativ dazu ist es aber auch denkbar und liegt ebenso im Rahmen der Erfindung, dass die beiden Lagerbuchsen nicht einstückig miteinander ausgebildet sind .

Die Vorrichtung kann weiterhin eine Druckvorrichtung zur Erzeugung von im Wesentlichen senkrecht zur Torsionsachse wirkenden Kräften auf den Lagerblock enthalten. Unter „im Wesentlichen senkrecht zur Torsionsachse wirkenden Kräfte" wird hier und im Folgenden verstanden, dass der Winkel zwischen Kräften und Torsionsachse im Bereich von70° bis 110°, bevorzugt von 80° bis 100°, besonders bevorzugt von 85° bis 95° liegt und ist ganz be ¬ sonders bevorzugt 90°. Auf diese Weise ist die Schweissfläche an ein mit einem zweiten Bauteil zu verbindendes erstes Bauteil an ¬ drückbar. Aufgrund der erfindungsgemässen Abstützeinrichtung bewirken die von der Druckvorrichtung erzeugten Kräfte keine nennenswerte Verschiebung der Lage des Schwingungsknotens.

Der Stützbolzen kann als Hohlbolzen ausgebildet sein oder auch aus Vollmaterial bestehen. Ein Hohlbolzen hat den Vorteil einer besseren Schwingungsdämpfung, während ein aus einem Vollmaterial bestehender Bolzen mechanisch stabiler ist. Der Sonotrodenkopf kann mindestens einen, bevorzugt mehrere be ¬ züglich der Torsionsachse radiale Vorsprünge aufweisen, an deren Enden jeweils eine Schweissflache gebildet ist. Mit Hilfe sol ¬ cher radialer Vorsprünge können an den Schweissflachen grosse Torsionsschwingungsamplituden erreicht werden, ohne dass der Sonotrodenkopf insgesamt einen grösseren Radius haben muss.

Weiterhin ist es von Vorteil, wenn der Sonotrodenkopf genau zwei bezüglich der Torsionsachse radiale und einander gegenüberlie ¬ gende Vorsprünge aufweist, an deren Enden jeweils eine Schweiss- fläche gebildet ist, wobei der Stützbolzen im Wesentlichen senkrecht zu einer Verbindungslinie verläuft, die die beiden

Schweissflächen miteinander verbindet. Unter einem Verlauf „im Wesentlichen senkrecht" wird hier verstanden, dass der Winkel zwischen Stützbolzen und Verbindungslinie im Bereich von 70° bis 110°, bevorzugt von 80° bis 100°, besonders bevorzugt von 85° bis 95° liegt und ganz besonders bevorzugt 90° ist. Ein derarti ¬ ger im Wesentlichen senkrechter Verlauf sorgt für eine noch bessere Übertragung von Kräften und Drehmomenten durch die Abstützeinrichtung . Im Folgenden wird die Erfindung anhand von mehreren Ausführungsbeispielen und Zeichnungen im Detail erläutert. Dabei zeigen

Figur la : eine schematische Darstellung einer ersten erfin- dungsgemässen Vorrichtung in einer perspektivischen

Ansicht ;

Figur lb: die Vorrichtung gemäss Figur la in einer Schnittansicht ;

Figur 2a : zweite erfindungsgemässe Vorrichtung in einer perspektivischen Ansicht;

Figur 2b: die Vorrichtung gemäss Figur 2a in einer ersten

Schnittansieht ; Figur 2c: die Vorrichtung gemäss Figuren 2a und 2b in einer zweiten Schnittansicht;

Figur 2d: ein Schnittansicht der Sonotrode der Vorrichtung ge ¬ mäss Figuren 2a bis 2c; Figur 2e: eine perspektivische Ansicht des Stützbolzens der

Vorrichtung gemäss Figuren 2a bis 2d.

Die in der schematischen Figur la dargestellte Vorrichtung 10 zum Verschweissen von Bauteilen mittels Ultraschalls enthält ei ¬ ne Sonotrode 11 mit zwei Endstücken 13 und einem dazwischen an- geordneten Sonotrodenkopf 12, welcher mit Hilfe von hier nicht dargestellten Schwingungserzeugern über die Endstücke 13 zu Torsionsschwingungen bezüglich einer Torsionsachse T anregbar ist. Der Sonotrodenkopf 12 weist zwei bezüglich der Torsionsachse T radiale und einander gegenüberliegende Vorsprünge 22 auf. An den Enden der Vorsprünge 22 ist jeweils eine Schweissfläche 14 ge ¬ bildet, mit der ein erstes Bauteil durch Verschweissen mit einem zweiten Bauteil verbunden werden kann. Beide Schweissflächen 14 sind also bezüglich der Torsionsachse T umfangseitig angeordnet. Die Vorrichtung 10 enthält ferner eine Abstützeinrichtung 15, welche den Sonotrodenkopf 12 in einem Abstützbereich abstützt.

Dieser Abstützbereich, der in Figur lb noch detaillierter dargestellt ist, enthält einen Schwingungsknoten des Sonotro ¬ denkopf 12.

Die Schnittansicht gemäss Figur lb zeigt Details der Abstützein- richtung 15. Die Sonotrode 11 weist eine zylindrische Bohrung 17 auf, welche den Abstützbereich 16 senkrecht zur Torsionsachse T und auch senkrecht zu einer die beiden Schweissflächen 14 miteinander verbindenden Verbindungslinie V durchdringt. Die Abstütz ¬ einrichtung 15 enthält ferner einen durch die Bohrung 17 verlau- fenden Stützbolzen 18, dessen mittlerer Bereich 24 die Sonotrode 11 im Abstützbereich 16 in der Bohrung 17 abstützt. Der Stützbolzen 18 erweitert sich in Richtung seines mittleren Bereichs 24. Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt die Länge des Abstützbereichs 16 entlang des Stützbolzens 18 etwa 20 % der Ausdehnung des Sonotrodenkopfs 12 entlang des Stützbol- zens 18. Der Stützbolzen 18 ist durch Einpressen in der Bohrung 17 in der Sonotrode 11 gehalten. Dies kann beispielsweise durch ein Kaltschrumpfen erreicht werden, bei dem der Stützbolzen 18 durch Abkühlen geschrumpft wird und dann durch die Lageröffnungen 29 hindurch in die Bohrung 17 eingeführt wird. Beim anschliessenden Wiedererwärmen wird der Stützbolzen 18 in der Bohrung eingepresst.

Auf diese Weise wird die Sonotrode 11 nur in einem bezüglich der Torsionsachse T inneren Bereich des Sonotrodenkopf 12 abge ¬ stützt. Mit anderen Worten bildet der Abstützbereich 16 nur ei- nen bezüglich der Torsionsachse T inneren Bereich des Sonotrodenkopfs 12. Der Abstützbereich 16 und die Schweissfläche 14 verlaufen in einer gemeinsamen Ebene E, die sich senkrecht zur Torsionsachse T erstreckt.

Durch diese erfindungsgemässe Ausbildung hängt die Position des Schwingungsknotens praktisch nicht davon ab, welche Kräfte oder Drehmomente auf die Schweissflächen 14 wirken. Unabhängig von diesen Kräften oder Drehmomenten entsteht also keine nennenswerte Auskopplung der Ultraschallenergie über die Abstützeinrichtung 15, sodass ein grösserer Anteil der Ultraschallenergie für den eigentlichen Zweck des Verschweissens zur Verfügung steht.

Der Stützbolzen 18 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Hohl ¬ bolzen 18 ausgebildet. Alternativ kann der Stützbolzen 18 aber auch aus Vollmaterial bestehen.

Der Stützbolzen 18 weist zwei gegenüberliegende Enden 20 auf, die in jeweils einer Lageröffnung 29 einer Lagerbuchse 21 eines gemeinsamen, einstückigen Lagerblocks 23 aufgenommen sind. Auf diese Weise können Kräfte und Drehmomente auf den Lagerblock übertragen werden.

Die Vorrichtung 10 kann ferner eine hier nicht dargestellte Druckvorrichtung zur Erzeugung von senkrecht zur Torsionsachse T wirkenden Kräften K auf den Lagerblock 23 enthalten. Auf diese Weise ist eine der Schweissflächen 14 an ein erstes Bauteil andrückbar, welches mit einem zweiten Bauteil zu verbinden ist.

Die Figuren 2a bis 2e zeigen eine zweite erfindungsgemässe Vor ¬ richtung 10' zum Verschweissen von Bauteilen mittels Ultra- schalls.

Gemäss Figur 2a enthält die Vorrichtung 10' einen Lagerblock 26' mit einer rinnenförmigen Ausnehmung, in der eine Sonotrode 11' aufgenommen ist. Auch diese Sonotrode 11' enthält zwei Endstü ¬ cke 13' mit einem dazwischen angeordneten Sonotrodenkopf 12' mit zwei Vorsprüngen 22', an deren Enden jeweils eine Schweissflä- che 14' vorhanden ist. Über die Endstücke 13' ist der Sonotro ¬ denkopf 12' mittels zweier nicht dargestellter Schwingungserzeu ¬ ger zu Torsionsschwingungen bezüglich einer Torsionsachse T anregbar. Zwei gegenüberliegende Enden 20' eines Stützbolzens 18' sind mit Hilfe von Klemmpratzen 27' am Lagerblock 26' befestigt. Die Klemmpratzen 27' sind mittels Schrauben am Lagerblock 26' fixiert, die in Schraubenöffnungen 28' eingesetzt sind. Durch Lösen der Klemmpratzen 27' vom Lagerblock 26' ist der Stützbolzen 18' besonders einfach zugänglich. Mittels einer hier nicht dargestellten Druckvorrichtung, beispielsweise eines Pneumatikzylinders, können senkrecht zur Torsionsachse T wirkende Kräfte K auf den Lagerblock 26' ausgeübt werden, wodurch die Schweissfläche 14' an ein mit einem zweiten Bauteil zu verbindendes erstes Bauteil andrückbar ist. Wie in der Schnittansicht gemäss Figur 2b zu erkennen ist, ent ¬ hält die Vorrichtung 10' zwei Abstützungen 30', mit denen die Endstücke 13' der Sonotrode 11' gehalten werden. Diese beiden Abstützungen 30' können beispielsweise aus Hartgewebeplatten bestehen. Sie enthalten ebenfalls eine rinnenförmige Vertiefung zum Abstützen der Endstücke 13'. Mit Hilfe der Abstützungen 30' kann die Position der Sonotrode 11' besonders präzise einge ¬ stellt werden.

Wie der Schnittansicht in Figur 2c zu entnehmen ist, weist die Sonotrode 11' eine Bohrung 17' auf, welche die Torsionsachse T schneidet und dabei den Sonotrodenkopf 12' senkrecht zur Torsi- onsachse T und auch senkrecht zu einer die beiden Vorsprünge 22' verbindenden Verbindungslinie V durchdringt. In die Bohrung 17' ist ein Stützbolzen 18' eingesetzt, welcher die Sonotrode 11' in einem Abstützbereich 16' in der Bohrung 17' abstützt. Der Stützbolzen 18' ist dabei durch eine Übergangspassung gehalten, so dass er bei Bedarf ausgetauscht werden kann, beispielsweise wenn er verschlissen, verbogen oder gebrochen ist. Im Abstützbereich 16' liegt ein Schwingungsknoten des Sonotrodenkopfs 12' vor .

Figur 2d zeigt eine detaillierte perspektivische Schnittansicht des Sonotrodenkopfs 12'. Wie hier deutlich zu erkennen ist, weist die Bohrung 17' im Abstützbereich 16' einen ersten Innendurchmesser auf, und in zwei gegenüberliegenden Mündungsabschnitten 19' weist sie einen zweiten Innendurchmesser auf, der grösser ist als der ersten Innendurchmesser. Die Bohrung 17' verjüngt sich also in Richtung des Abstützbereichs 16'.

In Figur 2e ist der Stützbolzen 18' im Detail dargestellt. Im Gegensatz zum Stützbolzen 18 des ersten Ausführungsbeispiels besteht dieser Stützbolzen 18' aus einem Vollmaterial. Der Stützbolzen 18' enthält einen mittleren Bereich 24' mit einem ersten Aussendurchmesser und zwei gegenüberliegende Endbereiche 25' mit einem zweiten Aussendurchmesser, der kleiner ist als der erste Aussendurchmesser. Der Stützbolzen 18' erweitert sich also in Richtung des mittleren Bereichs, in dem er den Sonotroden- kopf 11' abstützt.

Die Länge des Abstützbereichs 16' entlang des Stützbolzens 18' beträgt etwa 25 % der Ausdehnung des Sonotrodenkopfs 12' entlang des Stützbolzens 18'.

Insgesamt wird hierdurch der Sonotrodenkopf 12' nur in einem be ¬ züglich der Torsionsachse T inneren Bereich des Sonotrodenkopfs 12' abgestützt. Weiterhin verlaufen der Abstützbe ¬ reich 16' und die beiden Schweissflächen 14' in einer gemeinsa- men Ebene E, die sich senkrecht zur Torsionsachse T erstreckt. Diese erfindungsgemässe Ausbildung hat die bereits oben erläu ¬ terten Vorteile.

Um die in den Figuren 2a bis 2c unten dargestellte Schweissflä- che 14' verwenden zu können, können zunächst die Klemmpratzen 27' vom Lagerblock 26' gelöst werden. Aufgrund der Zentrierung der Bohrung 17' und des Stützbolzens 18' und aufgrund der insge ¬ samt symmetrischen Anordnung kann die Sonotrode 11' dann einfach zusammen mit dem Stützbolzen 18' um 180° um die Torsionsachse T gedreht werden, so dass die Enden 20' wieder in den Lageröffnungen 29' aufgenommen werden. Anschliessend können die Klemmprat ¬ zen 27' wieder am Lagerblock 26' befestigt werden.