GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sonotrodenanordnung für eine Ultraschallschweißeinrichtung. Insbesondere betrifft die Erfindung eine verbesserte Nullpunktlagerung bei einer solchen Sonotrodenanordnung.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Für verschiedenste technische Anwendungen kann es notwendig sein, zwei Komponenten mechanisch fest und/oder elektrisch leitfähig miteinander zu verbinden. Beispielsweise kann es für verschiedene Einsatzzwecke erforderlich sein, Kabel bzw. deren Litzen mechanisch und elektrisch leitfähig miteinander zu verbinden. Hierdurch können beispielsweise Kabelstränge oder Kabelbäume gefertigt werden, mithilfe derer elektrische Verbraucher zum Beispiel innerhalb eines Fahrzeugs miteinander, mit einer Energiequelle und/oder mit einer Steuerung elektrisch verbunden werden können.

Um zwei elektrisch leitfähige Komponenten stoffschlüssig und somit mechanisch belastbar und elektrisch gut leitfähig miteinander zu verbinden, wurde das sogenannte Ultraschallschweißen entwickelt. Es ist eine spezielle Ausprägung des Reibschweißens, bei dem zu verschweißende Komponenten, die auch als Fügepartner oder Schweißgut bezeichnet werden, mit Oberflächen aneinander in Anlage gebracht und unter geringem Druck und hochfrequenten mechanischen Schwingungen gegeneinander bewegt werden. Die Schwingungen können hierbei mithilfe einer Sonotrode erzeugt werden, in der Ultraschallschwingungen mit Frequenzen von typischerweise 20 kHz bis 50 kHz erzeugt und auf wenigstens einen der Fügepartner übertragen werden. Durch plastisches Fließen können sich die Fügepartner dann oberflächennah ineinander verzahnen oder verhaken, ohne dass die Materialien der Fügepartner notwendigerweise schmelzen. Durch Ultraschallschweißen können Fügepartner daher schonend, schnell und wirtschaftlich miteinander verbunden werden.

Ultraschallschweißen kann insbesondere auch zum Verschweißen von metallischen Fügepartnem wie zum Beispiel zum Verschweißen von mehreren Litzen von Kabeln miteinander, zum verschweißenden Kompaktieren von einzelnen Adern innerhalb einer Litze, zum Verschweißen von einer oder mehreren Litzen mit Kontaktelementen und/oder zum Verschweißen von Blechen eingesetzt werden. Hierzu werden die Fügepartner im Allgemeinen in einen Aufhahmeraum einer Ultraschallschweißeinrichtung eingelegt und anschließend zwischen einer Ultraschall-schwingenden Sonotrode und einem Amboss miteinander verschweißt.

Um beim Ultraschallschweißen mit der Sonotrode Ultraschallschwingungen auf die zu verschweißenden Fügepartner ausüben zu können, ist die Sonotrode typischerweise an einem Ende mechanisch mit einem Schwingungsgeber gekoppelt. An einem gegenüberliegenden Ende weist die Sonotrode einen Sonotrodenkopf auf. Von dem Schwingungsgeber beispielsweise mittels eines Konverters erzeugte und eventuell mittels eines Boosters modifizierte Ultraschall schwingungen werden typischerweise über den länglichen Körper der Sonotrode oder zusätzliche Komponenten bis zum Sonotrodenkopf übertragen. Indem der Sonotrodenkopf dann gegen die von dem Amboss gegengehaltenen Fügepartner gepresst wird, können die Ultraschallschwingungen auf die Fügepartner übertragen werden. Um die Ultraschallschwingungen effektiv, reproduzierbar und positionsgenau auf die Fügepartner übertragen zu können, wird der längliche Körper der Sonotrode typischerweise mithilfe eines sogenannten Nullpunktlagers gelagert. Das Nullpunktlager stützt dabei den Körper der Sonotrode an einer Position ab, an der dieser insbesondere in Längsrichtung der Sonotrode, d.h. longitudinal, möglichst wenig schwingt. Eine solche als Nullpunktposition bezeichnete Position kann mit einer Position eines Schwingungsknotens in der Sonotrode übereinstimmen.

Herkömmlich wird ein Nullpunktlager einer Sonotrodenanordnung mithilfe eines beispielsweise U-förmigen Lagerelements gebildet, das die Sonotrode an der Nullpunktposition von drei Seiten her umgibt. An diesem Lagerelement ist dann meistens ein Anpresselement in beispielsweise Lorm einer Klemmschraube vorgesehen. Die Klemmschraube kann in ein in dem Lagerelement vorgesehenes Gewinde geschraubt werden und ist so ausgestaltet und ausgerichtet, dass sie mit ihrem Schraubenende seitlich gegen eine Mantelfläche der Sonotrode pressen kann. Auf diese Weise kann die Sonotrode innerhalb des Lagerelements fixiert bzw. positioniert werden. Dabei hängt eine Stärke der Lixierung davon ab, wie fest, d.h. mit welchem Drehmoment, die Klemmschraube eingeschraubt wird und somit als Anpresselement gegen die Sonotrode presst. Um beispielsweise die Sonotrode auswechseln zu können, kann die Klemmschraube gelöst werden und die Sonotrode dann aus dem Lagerelement heraus genommen werden.

Es wurde beobachtet, dass es bei Uhraschallschweißeinrichtungen mit einer herkömmlichen Sonotrodenanordnung durch eine unsachgemäße Nutzung von deren Nullpunktlager zu Variationen bei durchzuführenden Verschweißungen, zu störenden Effekten wie beispielsweise einer Geräuschentwicklung und/oder schlimmstenfalls zu Schädigungen an Komponenten der Uhraschallschweiß einrichtung kommen kann.

ZUSAMMENLASSUNG DER ERLINDUNG UND VORTEILHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN Es kann ein Bedarf an einer Sonotrodenanordnung sowie einer damit ausgestatteten Ultraschallschweißeinrichtung bestehen, bei der die Sonotrode effektiv, zuverlässig und positionsgenau gelagert sein kann und bei welcher ein Risiko einer Fehlbedienung bzw. unsachgemäßen Nutzung minimiert sein kann.

Einem solchen Bedarf kann mit dem Gegenstand des unabhängigen Anspruchs entsprochen werden. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung definiert.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Sonotrodenanordnung für eine Uhraschallschweißeinrichtung vorgeschlagen, welche eine Sonotrode und ein Nullpunktlager aufweist. Die Sonotrode ist länglich mit einer Längserstreckung in einer z-Richtung, wobei eine erste Querrichtung in einer x-Richtung quer zu der Längserstreckung und eine zweite Querrichtung in einer y-Richtung quer zu der Längserstreckung und quer zu der x-Richtung verläuft. Die Sonotrode weist an einem distalen Bereich einen Sonotrodenkopf auf. Die Sonotrode ist dazu konfiguriert, an einem proximalen Bereich eingeleitete Uhraschallschwingungen an den Sonotrodenkopf so zu übertragen, dass der Sonotrodenkopf in der z-Richtung schwingt und dass die Sonotrode an einer Nullpunktposition zwischen dem distalen Bereich und dem proximalen Bereich in der z-Richtung minimal schwingt. Das Nullpunktlager ist an der Nullpunktposition angeordnet. Das Nullpunktlager weist ein Lagerelement und ein Anpresselement auf. Das Lagerelement weist eine erste Anschlagfläche, welche sich parallel zu der z-Richtung und der x-Richtung erstreckt, und eine zweite Anschlagfläche, welche sich parallel zu der z-Richtung und der y-Richtung erstreckt, auf. Das Anpresselement weist einen Anpresskörper und einen an dem Anpresskörper lösbar fixierbaren Fixierkörper auf. Der Fixierkörper ist dazu konfiguriert, durch Ausüben einer mindestens zu bewirkenden Fixierkraft an einer vordefinierten Fixierposition an dem Anpresskörper fixiert zu werden. Das Anpresselement ist derart konfiguriert, dass der Fixierkörper, wenn er an dem Anpresskörper in der vordefinierten Fixierposition fixiert ist, mit einem freitragenden Fixierkörperende eine Anpresskraft gegen zumindest eine der ersten und der zweiten Anschlagfläche auf die Sonotrode an deren Nullpunktposition ausübt. Der Fixierkörper ist dabei über den Anpresskörper derart elastisch mit dem Lagerelement verbunden, dass die mit dem Fixierkörperende ausgeübte Anpresskraft überwiegend von Materialeigenschaften und Geometrieeigenschaften des Anpresselements und allenfalls untergeordnet von der Fixierkraft, mit der der Fixierkörper an dem Anpresskörper fixiert wurde, determiniert ist.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Ultraschallschweißeinrichtung vorgeschlagen, welche eine Sonotrodenanordnung gemäß einer Ausführungsform des ersten Aspekts der Erfindung sowie einen Amboss aufweist.

Ohne den Umfang der Erfindung in irgendeiner Weise zu beschränken, können Ideen und mögliche Merkmale zu Ausführungsformen der Erfindung unter anderem als auf den nachfolgend beschriebenen Gedanken und Erkenntnissen beruhend angesehen werden.

Kurz zusammengefasst soll die hierin vorgeschlagene Sonotrodenanordnung über ein Nullpunktlager verfügen, welches weitgehend unabhängig davon, wie das Nullpunktlager von einem Anwender bedient wird, für eine effektive, zuverlässige und positionsgenaue Lagerung der Sonotrode sorgt. Hierfür ist das Nullpunktlager derart ausgestaltet, dass ein Fixierkörper wie beispielsweise eine Schraube, ein Bolzen oder Ähnliches über einen Anpresskörper derart an einem Lagerelement angebunden ist, dass die von dem Fixierkörper auf die Sonotrode ausgeübte Anpresskraft allenfalls untergeordnet davon abhängt, wie der Fixierkörper von dem Anwender bedient wurde. Stattdessen sind Materialien und Geometrien von Komponenten, welche das Nullpunktlager bilden, derart gewählt, dass die Anpresskraft überwiegend von Materialeigenschaften und Geometrie eigenschaften der in dem Nullpunktlager eingesetzten Komponenten abhängt.

Nachfolgend werden mögliche Ausgestaltungen und Eigenschaften der Sonotrode und des Nullpunktlagers der Sonotrodenanordnung in genaueren Einzelheiten beschrieben.

Die Sonotrode dient dazu, Ultraschallschwingungen lokal auf zu verschweißende Fügepartner einzuleiten. Hierzu ist die Sonotrode im Regelfall länglich ausgestaltet und eine Längserstreckungsrichtung wird hierin als z-Richtung bezeichnet. Die Sonotrode ist dabei meist als einstückiges, massives Bauteil, insbesondere Metallbauteil, ausgestaltet. An einem ersten Bereich bzw. einem ersten Ende, welche hierin als distaler Bereich bzw. distales Ende bezeichnet werden, verfügt die Sonotrode über einen Sonotrodenkopf. Dieser Sonotrodenkopf verfügt über eine hin zu einem Amboss gerichtete Kontaktoberfläche, mit der der Sonotrodenkopf während eines Schweißvorgangs an Oberflächen von zu verschweißenden Fügepartnem anliegt und auf diese überwiegend longitudinale Ultraschallschwingungen überträgt. Der Sonotrodenkopf schwingt hierbei in einer axialen Richtung, d.h. in z-Richtung. An einem zweiten Bereich bzw. Ende, welche hierin als proximaler Bereich bzw. proximales Ende bezeichnet werden, ist die Sonotrode mit einem Schwingungserzeuger gekoppelt, der Ultraschallschwingungen erzeugt, gegebenenfalls modifiziert und in die Sonotrode einkoppelt, sodass diese Ultraschallschwingungen bis hin zum Sonotrodenkopf übertragen werden können.

Um die Sonotrode abstützen und positionieren zu können, verfügt die Sonotroden anordnung über das Nullpunktlager. Dabei wird genutzt, dass die Sonotrode die an ihrem proximalen Bereich eingekoppelten Ultraschallschwingungen zwar an den Sonotrodenkopf überträgt und dabei selbst in Schwingungen gerät, allerdings verschiedene Bereiche der Sonotrode entlang der Längserstreckung der Sonotrode unterschiedlich stark schwingen. Insbesondere werden die am proximalen Bereich eingekoppelten longitudinalen Schwingungen derart an den Sonotrodenkopf am distalen Bereich weitergeleitet, dass dazwischen ein Bereich existiert, an dem die Sonotrode allenfalls minimal in longitudinaler Richtung schwingt. Insbesondere sind an diesem als Nullpunktposition bezeichneten Bereich longitudinale Schwingungen, d.h. in der z- Richtung gerichtete Schwingungen, minimal, d.h. beispielsweise um einen mehrzahligen Faktor geringer als an den Enden der Sonotrode, insbesondere als an dem Sonotrodenkopf. Radialschwingungen können an er Nullpunktposition zwar existieren oder dort sogar ihr Maximum aufweisen, allerdings sind diese Radialschwingungen im Regelfall deutlich geringer als die Längsschwingungen an den Sonotrodenenden. An dieser Nullpunktposition kann das Nullpunktlager somit die Sonotrode abstützen, ohne diese wesentlich in ihrer Schwingungsbewegung zu behindern. Allerdings sollten auch an dieser Nullpunktposition keine übermäßigen Kräfte auf die Sonotrode ausgeübt werden, da diese ein Schwingungs verhalten der Sonotrode negativ beeinflussen könnten.

Wie oben bereits angemerkt, fixieren herkömmliche Nullpunktlager die Sonotrode meistens mithilfe einer Klemmschraube, die in ein Gewinde durch einen die Sonotrode aufnehmenden weitgehend starren Rahmen eingeschraubt werden kann, bis sie die Sonotrode beklemmt. Die Kraft, die eine solche Klemmschraube auf die Sonotrode ausübt, hängt dabei überwiegend davon ab, mit welchem Drehmoment die Schraube angezogen wird.

Es wurde beobachtet, dass Anwender einer Ultraschallschweißeinrichtung deren Sonotrodenanordnung nicht immer in einer sachgemäßen Weise betreiben, wie dies beispielsweise in Bedienungsanleitungen vorgegeben ist. Insbesondere wird die Klemmschraube des Nullpunktlagers oft nicht mit dem geforderten Drehmoment angezogen, beispielsweise weil momentan kein geeigneter Drehmomentschlüssel verfügbar ist. Wird die Sonotrode wegen zu locker angezogener Schraube nicht ausreichend an das Lagerelement gepresst, kann ihre Position nicht ausreichend genau festgelegt sein, worunter Ergebnisse einer Verschweißung leiden können. Außerdem kann sich die Sonotrode aufschwingen und zu einer Geräuschentwicklung beitragen. Wenn die Klemmschraube übermäßig angezogen wird, können hierdurch übermäßige Kräfte auf die Sonotrode bewirkt werden und deren Schwingungsverhalten damit verschlechtert werden. Insbesondere kann eine Fähigkeit der Sonotrode zur Querkontraktion eingeschränkt werden, wodurch Verlustleistungen, Geräusche, Verschleiß und/oder Überlastung des Nullpunktlagers bewirkt werden können.

Um die durch Fehlbedienungen eines Anwenders verursachten ungeeigneten Klemmkräfte vermeiden zu können, wird ein Nullpunktlager für eine Sonotroden anordnung vorgeschlagen, bei dem eine Stärke der die Sonotrode haltenden Anpresskraft weitgehend unabhängig davon ist, wie der Anwender die Sonotrodenanordnung betreibt, insbesondere wie der Anwender das Nullpunktlager einstellt. Das Nullpunktlager wird hierzu als aus einem Lagerelement und einem Anpresselement zusammengesetzt angenommen. Die Begriffe Lagerelement und Anpresselement sollen hierbei jedoch nicht bedeuten, dass diese Elemente als separate Einheiten ausgestaltet sein müssen. Insbesondere können diese Elemente als einstückige Einheit oder auch mehrteilig ausgestaltet sein. Auch die weiter unten genannten verschiedenen „Körper“ wie z.B. der Fixierkörper, der Anpresskörper, der Lagerkörper, etc. brauchen nicht notwendigerweise als separate Einheiten ausgestaltet sein. Dies kann zwar prinzipiell der Fall sein, es kann jedoch bevorzugt sein, das Lagerelement und das Anpresselement bzw. die unterschiedlichen Körper als verschiedene Bereiche einer gemeinsamen Nullpunktlager-Einheit auszubilden. Insbesondere können verschiedene Elemente, Körper, Teilbereiche oder Komponenten des Lagerelements und des Anpresselements von einem gemeinsamen einstückigen Bauteil gebildet sein.

An dem Lagerelement sind hierbei zwei Anschlagflächen ausgebildet, an denen die Sonotrode anliegen und damit hinsichtlich ihrer Position in zumindest zwei Richtungen, d.h. der x-Richtung und der y-Richtung, anschlagend fixiert werden kann. Eine erste Anschlagfläche erstreckt sich dabei in einer Ebene, die parallel zu der z-Richtung und der x-Richtung verläuft. Eine zweite Anschlagfläche verläuft quer, vorzugsweise senkrecht, zu dieser ersten Anschlagfläche und somit in einer Ebene parallel zu der z- Richtung und der y-Richtung. Mit seinen beiden Anschlagflächen kann das Lagerelement die Sonotrode im Bereich von deren Nullpunktposition abstützen, indem die Sonotrode mit ihrer Mantelfläche an den beiden Anschlagflächen anliegt. Ein laterales Anpressen der Sonotrode an die Anschlagflächen kann somit genutzt werden, um die Sonotrode in Normalrichtung zu den Anschlagflächen sehr genau positioniert, d.h. beispielsweise auf wenige Zehntel oder sogar wenige Hundertstel Millimeter genau, halten zu können.

Das Anpresselement verfügt über einen Anpresskörper und einen Fixierkörper, der an dem Anpresskörper lösbar fixiert werden kann. Der Anpresskörper kann dabei mechanisch mit dem Lagerelement verbunden sein bzw., wie weiter unten ausgeführt, einstückig mit einem Lagerkörper des Lagerelements ausgebildet sein. Der Fixierkörper kann an dem Anpresskörper befestigt werden, indem zumindest eine vordefinierte Fixierkraft auf den Fixierkörper ausgeübt wird. Beispielsweise kann der Fixierkörper als Schraube ausgebildet sein, welche durch Ausüben eines Drehmoments, welches zumindest der vordefinierten Fixierkraft entspricht, bis in eine Anschlag position in ein an dem Anpresskörper vorgesehenes Gewinde eingeschraubt werden kann. Alternativ kann der Fixierkörper beispielsweise als eine Art Bolzen ausgebildet sein, der durch Ausüben der vordefinierten Fixierkraft in einer an dem Anpresskörper vorgesehenen geeigneten Struktur eingeklemmt, verrastet, mit einem Splint festgelegt oder in anderer Weise fixiert werden kann. Der Fixierkörper soll dabei derart an dem Anpresskörper fixiert werden können, dass er bei Bedarf von dem Anpresskörper wieder reversibel gelöst werden kann.

Das Anpresselement mit seinem Anpresskörper und seinem Fixierkörper ist dabei derart konfiguriert, dass der Fixierkörper in seiner vordefinierten Fixierposition mit einem freitragenden Fixierkörperende hin zu dem Lagerelement und somit hin zu der an dem Lagerelement angelagerten Sonotrode gerichtet ist. Das freitragende Fixierkörperende drückt dabei aufgrund einer in dem Anpresselement bewirkten mechanischen Vorspannung, welche eine Kraft auf den Fixierkörper bewirkt, gegen eine Mantelfläche der Sonotrode und übt eine Anpresskraft in einer Richtung, welche quer, vorzugsweise schräg, zu der ersten Anschlagfläche und/oder quer, vorzugsweise schräg, zu der zweiten Anschlagfläche der Sonotrode verläuft, auf die Sonotrode aus. Aufgrund dieser Anpresskraft wird die Sonotrode mit ihrer Mantelfläche gegen eine oder beide Anschlagflächen gedrückt und kann somit sehr genau positioniert werden und in der durch die Anschlagfläche(n) vorgegebenen Position gehalten werden.

Vorzugsweise ist das Anpresselement derart konfiguriert, dass der Fixierkörper, wenn er an dem Anpresskörper in der vordefinierten Fixierposition fixiert ist, mit einem freitragenden Fixierkörperende eine Anpresskraft in einer schrägen Richtung quer zu der ersten und zu der zweiten Anschlagfläche auf die Sonotrode an deren Nullpunktposition ausübt. Beispielsweise kann die Anpresskraft in einer Richtung unter einem Winkel von zwischen 10° und 80°, vorzugsweise zwischen 20° und 70°, relativ zu jeder der beiden Anschlagflächen bewirkt werden. Auf diese Weise kann die Sonotrode an beide Anschlagflächen gedrückt und somit in zwei quer zueinander stehenden Richtungen fixiert werden.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Nullpunktlagem sind dabei der Fixierkörper und der Anpresskörper jedoch nicht im Wesentlichen starr ausgelegt. Bei einer solchen starren Auslegung würde eine von dem Fixierkörper auf die Sonotrode ausgeübte Kraft hauptsächlich davon abhängen, wo der Fixierkörper an dem Anpresskörper fixiert wurde, d.h. im Beispiel einer Klemmschraube als Fixierkörper, mit welchem Drehmoment und somit wie weit die Klemmschraube in ein in dem Anpresskörper vorgesehenes Gewinde eingeschraubt wurde.

Stattdessen sollen der Anpresskörper und der Fixierkörper derart ausgestaltet sein und/oder mit dem Lagerelement mechanisch verbunden sein, dass die von dem Fixierkörperende auf die Sonotrode ausgeübte Anpresskraft allenfalls untergeordnet davon abhängt, wo bzw. mit welcher Kraft der Fixierkörper an dem Anpresskörper befestigt wurde. Stattdessen sollen der Anpresskörper und der Fixierkörper sowie deren mechanische Anbindung an das Lagerelement derart ausgestaltet sein, dass diese Anpresskraft hauptsächlich davon abhängt, aus welchem Material und mit welcher Geometrie die genannten Komponenten des Anpresselements ausgebildet sind.

Anders ausgedrückt können das Material und die Geometrie der Komponenten des Anpresselements derart gewählt sein, dass, wenn der Fixierkörper durch die Fixierkraft in seiner vordefinierten Fixierposition an dem Anpresskörper fixiert wurde, in dem gesamten Anpresselement eine gewisse mechanische Vorspannung erzeugt wird, aufgrund derer der Fixierkörper bzw. das Fixierkörperende mit der gewünschten Anpresskraft gegen die Mantelfläche der Sonotrode presst. Die in dem Anpresselement bewirkte mechanische Vorspannung kann dabei von der vordefinierten Fixierposition, in der der Fixierkörper an dem Anpresskörper zu fixieren ist, abhängen, soll aber im Wesentlichen nicht davon abhängen, mit welcher Fixierkraft der Fixierkörper in diese Fixierposition gebracht wurde.

Am Beispiel einer Schraube als Fixierkörper kann dies bedeuten, dass die Schraube mit einem mindestens zu bewirkenden Drehmoment bis an einen Anschlag geschraubt werden kann und dort ihre vordefinierte Fixierposition findet. Selbst wenn die Schraube mit einem noch höheren Drehmoment eingeschraubt wird, verändert sich die Fixierposition im Wesentlichen nicht. Beim Einschrauben der Schraube kann jedoch eine mechanische Vorspannung auf das Schraubenende bewirkt werden, beispielsweise indem der Anpresskörper oder dessen Anbindung an das Lagerelement mechanisch deformiert wird. Die mechanische Vorspannung hängt dabei näherungsweise ausschließlich von der durch den Anschlag vordefinierten Fixierposition ab, nicht jedoch von dem Anzugsdrehmoment beim Einschrauben der Schraube.

Durch die beschriebene Ausgestaltung des Anpresselements kann erreicht werden, dass die von einem Anwender beim Fixieren des Fixierkörpers an dem Anpresskörper zu bewirkende Fixierkraft, weitgehend ohne Einfluss auf die letztendlich von dem Fixierkörperende auf die Sonotrode ausgeübte Anpresskraft bleibt. Insbesondere führen übermäßig hohe bewirkte Fixierkräfte nicht dazu, dass die Sonotrode übermäßigen Querkräften ausgesetzt wird. Dementsprechend ist eine Handhabung der Nullpunkt- lagerung für einen Anwender einfacher und unsachgemäße Benutzungen der Nullpunktlagerung, wie beispielsweise ein zu festes Anziehen einer Klemmschraube, führen im Allgemeinen nicht zu negativen Einflüssen auf die Ultraschallschweißeinrichtung.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung können die Materialeigenschaften und Geometrieeigenschaften des Anpresselements derart ausgestaltet sein, dass die Anpresskraft, mit der das Fixierkörperende gegen die Sonotrode gepresst wird, innerhalb eines vorgegebenen Auslenkungsbereichs von wenigstens 0,01 mm, vorzugsweise wenigstens 0,02 mm oder wenigstens 0,05 mm oder sogar wenigstens 0,1 mm, bezogen auf eine Abweichung einer tatsächlichen Position des Fixierkörpers von der vordefinierten Fixierposition weitgehend gleich bleibt.

Anders ausgedrückt können der Anpresskörper und der Fixierkörper des Anpresselements hinsichtlich der darin verwendeten Materialien und hinsichtlich ihrer Geometrie sowie hinsichtlich der Art und Weise, wie diese an dem Lagerelement mechanisch angebunden sind, derart angepasst sein, dass die von ihnen bewirkte mechanische Vorspannung, die in der Anpresskraft auf die Sonotrode resultiert, innerhalb eines gewissen Auslenkungsbereichs weitgehend konstant bleibt. Mit anderen Worten sollen elastische Deformierungen von Komponenten des Anpresselements zumindest innerhalb eines kleinen Auslenkungsbereichs möglich sein, ohne dass hierdurch die Anpresskraft auf die Sonotrode erheblich variiert würde. Nochmals mit anderen Worten soll eine von den Komponenten des Anpresselements bei deren Deformierung bewirkte elastische Federkraft einen möglichst flachen Kraftverlauf aufweisen.

Der Auslenkungsbereich, innerhalb dessen die Anpresskraft weitgehend konstant bleiben soll, kann dabei so gewählt sein, dass sich die Anpresskraft selbst dann nicht signifikant ändert, wenn der Fixierkörper nicht exakt in seiner vordefinierten Position, sondern um beispielsweise 0,01 mm oder sogar um 0,f mm oder mehr abweichend von dieser Position an dem Anpresselement fixiert wurde.

Übertragen auf das bereits genannte Beispiel einer Schraube als Fixierkörper kann dies bedeuten, dass selbst für den Fall, dass die Schraube nicht bis ganz an ihren Anschlag angeschraubt wurde, keine signifikante Änderung bei der letztendlich resultierenden Anpresskraft bewirkt wird. Auch Fertigungstoleranzen bei den genannten Elementen und Bauteilen, welche bis zu 0,f mm betragen können, sollen sich demnach allenfalls geringfügig auf von dem Fixierkörper auf die Sonotrode übertragene Anpresskraft auswirken.

Die Formulierung, gemäß der die Anpresskraft „weitgehend gleich bleibt“ bzw. „weitgehend konstant“ kann in diesem Zusammenhang derart verstanden werden, dass die Anpresskraft vorzugsweise um weniger als 50 %, vorzugweise weniger als 40% oder 30 %, stärker bevorzugt weniger als 20 % variiert.

Durch die beschriebene Wahl der Materialeigenschaften und/oder Geometrie eigenschaften des Anpresselements kann erreicht werden, dass die letztendlich bewirkte Anpresskraft auf die Sonotrode weitgehend unempfindlich ist gegenüber unsach gemäßer Benutzung der Sonotrodenanordnung bzw. des Nullpunktlagers. Selbst für den Fall, dass ein Anwender beispielsweise den Fixierkörper nicht sachgemäß durch Ausüben einer vorgegebenen Fixierkraft bzw. eines vorgegebenen Fixier drehmoments exakt an seiner vordefinierten Position fixiert, führt dies nicht zwangsläufig zu einer ungeeigneten Anpresskraft auf die Sonotrode.

Gemäß einer Ausführungsform ist der Anpresskörper des Anpresselements elastisch deformierbar und/oder an einem ersten Ende elastisch deformierbar an dem Lagerelement angebracht. An einem dem ersten Ende entgegengesetzten zweiten freitragenden Ende des Anpresskörpers ist dabei der Fixierkörper in seiner Fixierposition angebracht.

Anders ausgedrückt kann der Anpresskörper derart ausgestaltet sein und/oder derart an seinem ersten Ende mit dem Lagerelement mechanisch verbunden sein, dass eine elastische Deformation des Anpresskörpers und/oder der mechanischen Anbindung des Anpresskörpers an das Lagerelement möglich sind. Die elastische Deformation kann dabei dazu führen, dass das dem ersten Ende entgegengesetzte zweite Ende relativ zu dem Lagerelement zumindest geringfügig verlagert wird. An diesem zweiten, freitragenden Ende kann der Fixierkörper angebracht sein, wenn er in seiner vordefinierten Fixierposition ist. Dementsprechend kann durch die elastische Deformation auch eine Verlagerung des Fixierkörpers bewirkt werden. Umgekehrt kann auch eine Veränderung der Position des Fixierkörpers relativ zu dem zweiten Ende des Anpresskörpers dazu führen, dass der Anpresskörper und/oder dessen mechanische Anbindung an das Lagerelement elastisch deformiert werden.

Diese Eigenschaft kann dazu genutzt werden, eine mechanische Vorspannung auf den Fixierkörper zu bewirken, welche hauptsächlich von der Art und dem Ausmaß der elastischen Deformation und somit von Materialeigenschaften und/oder Geometrie eigenschaften der mitwirkenden Komponenten abhängt.

Beispielsweise kann der Fixierkörper aus einer anfänglichen Position durch Bewirken der Fixierkraft in seine vordefinierte Fixierposition an dem Anpresskörper verlagert werden und dabei aufgrund der Tatsache, dass das Fixierkörperende an der Mantelfläche der Sonotrode anliegt, eine Verlagerung des freitragenden Endes des Anpresskörpers weg von der Sonotrode bewirken. Die hierbei bewirkte elastische Deformation an dem Anpresselement kann zu der gewünschten mechanischen Vorspannung fuhren, mit der das Fixierkörperende durch Ausüben der Anpresskraft auf die Sonotrode wirkt.

Gemäß einer weiter konkretisierten Ausführungsform kann der Anpresskörper des Anpresselements dabei an seinem ersten Ende einstückig mit dem Lagerelement verbunden sein.

Anders ausgedrückt können zumindest Teile des Lagerelements und der Anpresskörper des Anpresselements aus einem gemeinsamen, einstückigen Bauteil gebildet sein. Ein solches Bauteil kann beispielsweise aus mechanisch belastbaren Metall, insbesondere aus Stahl, bestehen. Ein solches Bauteil kann sehr präzise gefertigt werden. Dabei können elastische Eigenschaften des Bauteils durch geeignetes Anpassen der Geometrie des Bauteils in gewünschter Weise eingestellt werden.

Gemäß einer Ausführungsform kann zwischen dem Anpresskörper des Anpress elements und dem Lagerelement ein sich von der ersten Anschlagfläche weg erstreckender Spalt ausgebildet sein und der Anpresskörper kann an dem Lagerelement angrenzend an ein Ende des Spalts angebunden sein.

Anders ausgedrückt kann das erste Ende des Anpresskörpers derart mit dem Lagerelement verbunden sein und der Anpresskörper derart ausgestaltet sein, dass sich angrenzend an dieses erste Ende ein Spalt zwischen dem Anpresskörper und dem Lagerelement ergibt. Eine Biegelänge des als Federelement wirkenden Anpresskörpers kann auf diese Weise vergrößert werden, sodass eine Kennlinie des durch elastische Deformation des Federelements bewirkten Kraftverlaufs flacher sein kann. Eine geometrische Ausgestaltung der Anbindung des Anpresskörpers an das Lagerelement sowie des resultierenden Spalts können dabei elastische Eigenschaften beeinflussen, mit denen sich das freitragende Ende des Anpresskörpers elastisch verlagern lassen. Mit anderen Worten kann eine Länge, eine Breite und/oder eine Form des sich zwischen dem Anpresskörper und dem Lagerelement erstreckenden Spalts derart gewählt sein, dass sich an dem freitragenden Ende des Anpresskörpers gewünschte elastische Eigenschaften ergeben, die eine Verlagerung des dort befestigten Fixierkörpers und somit eine mechanische Vorspannung auf den Fixierkörper bewirken können, die für die gewünschte Anpresskraft auf die Sonotrode sorgen kann.

Gemäß einer konkretisierten Ausführungsform kann dabei eine Geometrie des Spalts und eine Geometrie des Anpresskörpers abhängig von Materialeigenschaften des Anpresselements derart ausgestaltet sein, dass die Anpresskraft, mit der das Fixierkörperende gegen die Sonotrode gepresst wird, innerhalb eines vorgegebenen Auslenkungsbereichs von wenigstens 0,01 mm bezogen auf eine Abweichung einer tatsächlichen Position des Fixierkörpers von der vordefinierten Fixierposition weitgehend gleich bleibt, d.h. sich nur geringfügig verändert.

Die bei der Herstellung sehr genau zu fertigende Geometrie des Anpresskörpers und damit einhergehend die Geometrie des Spalts können somit als maßgebende Einflussfaktoren derart gewählt sein, dass die durch eine Deformation des Anpresskörpers bewirkte mechanische Vorspannung und die daraus resultierende Anpresskraft allenfalls schwach davon abhängen, ob der Fixierkörper tatsächlich genau an seiner vordefinierten Fixierposition fixiert wurde oder ob seine tatsächliche Position hiervon geringfügig abweicht.

Gemäß einer Ausführungsform weist der Fixierkörper eine fest vorgegebene Länge zwischen der vordefinierten Fixierposition an dem Anpresskörper und dem freitragenden Fixierkörperende auf.

Anders ausgedrückt kann der Fixierkörper derart mit einer festen Länge ausgestaltet sein, dass, wenn er in der vordefinierten Lixierposition an dem Anpresskörper angebracht ist, sein freitragenden Lixierkörperende in einem vorbestimmten Abstand von dem Anpresskörper angeordnet ist. Das freitragende Lixierkörperende kann somit mit einem definierten Abstand von dem Anpresskörper hinzu der Sonotrode abragen.

Am Beispiel einer Schraube als Lixierkörper kann dies bedeuten, dass die Schraube eine feste Länge hat und somit, wenn sie bis zu einem Anschlag, welcher die vordefinierte Lixierposition vorgibt, in ein an dem Anpresskörper vorgesehenes Gewinde eingeschraubt wurde, bis zu einem vorbestimmten Abstand über den Anpresskörper hinaus hin zu der Sonotrode ragt.

Ein Fixierkörper, insbesondere eine Schraube, kann verhältnismäßig einfach mit einer sehr hohen Genauigkeit mit einer vorgegebenen Länge hergestellt werden. Dementsprechend kann mit einem solchen Fixierkörper sehr genau festgelegt werden, wo dessen Fixierkörperende sich befindet, wenn der Fixierkörper in seiner vordefinierten Fixierposition an dem Anpresskörper fixiert wurde. Letztendlich kann hierdurch die durch elastische Vorspannung von dem Anpresskörper auf den Fixierkörper bewirkte Anpresskraft genau eingestellt werden.

Gemäß einer konkretisierten Ausführungsform kann der Fixierkörper eine Schraube sein. Dabei können an dem Anpresskörper ein Gewinde und ein Anschlag ausgebildet sein. Die Schraube kann durch Bewirken eines Drehmoments, durch das die mindestens zu bewirkenden Fixierkraft auf die Schraube ausgeübt wird, bis an den Anschlag in das Gewinde einschraubbar sein und dabei an dem Anpresskörper in der vordefinierten Fixierposition fixiert werden.

Bei diesem vorangehend bereits mehrfach erörterten Beispiel kann die als Fixierkörper dienende Schraube somit in ein Gewinde eingeschraubt werden, welches an dem freitragenden Ende des Anpresskörpers vorgesehen ist. Dabei können die Schraube und das Gewinde bzw. der Anpresskörper derart ausgestaltet sein, dass die Schraube bis zu einem Anschlag eingeschraubt werden kann. Um die Schraube bis zu diesem Anschlag einschrauben zu können, muss dabei mindestens ein vorbestimmtes Drehmoment bewirkt werden. Dieses Drehmoment entspricht der zuvor bereits genannten zu bewirkenden Fixierkraft, um die Schraube bis hin zu ihrer vordefinierten Fixierposition einschrauben zu können.

Bei einer solchen Ausgestaltung ist es selbst für einen ungeübten Anwender einfach, die Schraube bis zu ihrem Anschlag in den Anpresskörper zu schrauben. Selbst wenn hierbei ein größeres Drehmoment angewendet wird, als dies nötig wäre, ändert sich hierdurch die tatsächliche Position der Schraube an dem Anpresskörper nicht. Durch das Einschrauben der Schraube in den Anpresskörper und die Tatsache, dass das Schraubenende über den Anpresskörper hinzu der Sonotrode hinausragt und sich an der Mantelfläche der Sonotrode abstützt, kann bewirkt werden, dass das freitragenden Ende des Anpresskörpers elastisch deformiert wird und die mechanische Vorspannung auf die Schraube hierdurch aufgebaut wird. Diese mechanische Vorspannung hängt dabei tatsächlich von Materialeigenschaften und/oder Geometrieeigenschaften des Anschlagelements, nicht aber von dem Drehmoment, mit dem die Schraube eingeschraubt wird, ab.

Gemäß einer Ausführungsform weist das Lagerelement einen Lagerkörper und wenigstens einen Anschlagkörper auf. Die erste und/oder die zweite Anschlagfläche an dem Lagerelement sind hierbei jeweils mittels einem der Anschlagkörper gebildet. Der Anschlagkörper ist mit einem Material ausgebildet, welches ein kleineres Elastizitätsmodul aufweist als ein Material des Lagerkörpers.

Mit anderen Worten braucht das Lagerelement nicht einstückig sein, sondern kann aus mehreren Komponenten zusammengesetzt sein. Insbesondere kann das Lagerelement einen Lagerkörper und einen oder mehrere Anschlagkörper aufweisen. Die bereits genannte erste und/oder zweite Anschlagfläche an dem Lagerelement kann dabei statt an dem Lagerkörper von einem der Anschlagkörper gebildet werden. Vorzugsweise wird jede der Anschlagflächen von einem zugeordneten Anschlagkörper gebildet. Der jeweilige Anschlagkörper kann dabei beispielsweise plattenförmig sein. Insbesondere kann der jeweilige Anschlagkörper an seiner weg von dem Lagerkörper gerichteten Seite eben sein, um dort eine ebene Anschlagfläche zu bilden. Der Anschlagkörper kann an dem Lagerkörper befestigt sein, vorzugsweise in reversibler Weise.

Dabei kann es vorteilhaft sein, den Anschlagkörper mit einem Material auszubilden, das elastischer ist als das Material des Lagerkörpers. Beispielsweise kann der Elastizitäts modul des Materials des Anschlagkörpers um wenigstens 20%, wenigstens die Hälfte oder sogar um wenigstens eine Größenordnung kleiner sein als derjenige des Materials des Lagerkörpers.

Durch die Ausbildung des Lagerelements mit einem verhältnismäßig starren Lagerkörper und zumindest einem elastischeren Anschlagkörper kann bewirkt werden, dass insbesondere dynamische Kräfte, wie sie beispielsweise durch die an den Anschlagflächen anliegende Sonotrode ausgeübt werden, von dem elastischeren Anschlagkörper zumindest teilweise abgefedert werden. Dementsprechend können Schwingungen der Sonotrode von dem zwischen die Sonotrode und den Lagerkörper zwischengelagerten Anschlagkörper gedämpft werden, sodass sie allenfalls in geringem Maße an den Lagerkörper weitergeleitet werden. Bestenfalls kann hierdurch eine Art Tiefpassfilter generiert werden, der übertragene Schwingungsamplituden reduziert.

Anders ausgedrückt kann der zwischengelagerte Anschlagkörper dafür sorgen, dass die Ultraschall-schwingende Sonotrode ihre Schwingungen kaum an das Lagerelement des Nullpunktlagers überträgt. Hierdurch können unter anderem mechanische Belastungen auf Komponenten der Sonotrodenanordnung bzw. der damit ausgestatteten Ultraschallschweißeinrichtung minimiert werden.

Allerdings sollte eine Elastizität des Anschlagkörpers nicht zu groß bzw. der Elastizitätsmodul nicht zu klein sein. Insbesondere sollte der Anschlagkörper fest und belastbar genug sein, um den von der Sonotrode auf die Anschlagflächen ausgeübten statischen Kräften standhalten zu können, ohne sich signifikant zu verformen. Dadurch kann gewährleistet werden, dass die Sonotrode an die Anschlagflächen angelegt und dabei präzise von diesen positioniert werden kann.

Gemäß einer weiter konkretisierten Ausführungsform kann der Lagerkörper mit einem ersten Metall ausgebildet sein und der Anschlagkörper kann mit einem zweiten Metall oder einem Kunststoff, insbesondere einem glasfaserverstärkten Kunststoff, ausgebildet ist. Das erste Metall weist hierbei einen höheren Elastizitätsmodul auf als das zweite Metall bzw. der glasfaserverstärkte Kunststoff.

Beispielsweise kann der Lagerkörper aus einem sehr festen und wenig elastischen Metall wie beispielsweise Stahl gebildet sein. Der Lagerkörper lässt sich dabei sehr präzise und trotzdem relativ kostengünstig fertigen. Der Anschlagkörper kann aus einem elastischeren Metall wie beispielsweise einer Kupferbronze oder ähnlichem gebildet sein. Alternativ kann der Anschlagkörper aus einem Kunststoff, insbesondere einem verstärkten Kunststoff, beispielsweise einem glasfaserverstärkten Kunststoff (GFK), kohlefaserstärkten Kunststoff (CFK) oder glaskugelverstärkten Kunststoff, bestehen. Ein solcher Anschlagkörper kann ebenfalls kostengünstig und mit hoher Präzision gefertigt werden und dann an dem Lagerkörper befestigt werden.

Es wird daraufhingewiesen, dass mögliche Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung hierin teilweise mit Bezug auf eine erfindungsgemäß ausgestaltete Ultraschallschweißeinrichtung und teilweise mit Bezug auf eine Art und Weise, wie diese betrieben oder verwendet werden kann, beschrieben sind. Ein Fachmann wird erkennen, dass die für einzelne Ausführungsformen beschriebenen Merkmale in analoger Weise geeignet auf andere Ausführungsformen übertragen werden können, angepasst werden können und/oder ausgetauscht werden können, um zu weiteren Ausführungsformen der Erfindung und möglicherweise Synergieeffekten zu gelangen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Nachfolgend werden vorteilhafte Aus führungs formen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen weiter erläutert, wobei weder die Zeichnungen noch die Erläuterungen als die Erfindung in irgendeiner Weise einschränkend auszulegen sind.

Fig. 1 zeigt eine stark schematisierte Seitenansicht auf eine Ultraschallschweiß einrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht durch eine herkömmliche Sonotrodenanordnung.

Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht auf eine Sonotrodenanordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den verschiedenen Zeichnungen gleiche bzw. gleichwirkende Merkmale.

BESCHREIBUNG VON VORTEILHAFTEN AUSFUHRUNGSFORMEN

Fig. 1 zeigt in einer stark schematisierten Weise eine Ultraschallschweiß einrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Die Ultraschallschweißeinrichtung 1 umfasst eine Sonotrodenanordnung 3, bei der eine Sonotrode 5 in einem Nullpunktlager 7 gehalten und abgestützt ist. An einem proximalen Bereich 9 ist die Sonotrode 5 mit einem Schwingungsgeber 11 gekoppelt. Der Schwingungsgeber 11 kann einen Konverter und gegebenenfalls einen Booster umfassen. Von dem Schwingungsgeber 11 erzeugte Ultraschallschwingungen werden entlang der sich in z-Richtung erstreckenden Sonotrode 5 bis hin zu einem distalen Bereich 13 der Sonotrode 5 übertragen. An einer Nullpunktposition 29 zwischen dem proximalen Bereich 9 und dem distalen Bereich 13 ist an der Sonotrode 5 dabei einen Schwingungsknoten ausgebildet, sodass die Sonotrode 5 dort in der z-Richtung allenfalls minimal schwingt. Das Nullpunktlager 7 stützt die Sonotrode 5 an dieser Nullpunktposition 29 ab.

An dem distalen Ende 13 befindet sich ein Sonotrodenkopf 15, der aufgrund der weitergeleiteten Ultraschallschwingungen in z-Richtung schwingt. Eine Oberfläche 17 des Sonotrodenkopfs 15 ist hin zu einem Aufhahmeraum 19 gerichtet, in dem zu verschweißende Fügepartner 21 wie beispielsweise Litzen von Kabeln aufgenommen sein können. Gegenüber dem Sonotrodenkopf 15 ist ein Amboss 23 angeordnet. Der Amboss 23 kann in y-Richtung hin zu dem Sonotrodenkopf 15 verlagert werden, um den Aufnahmeraum 19 zu verkleinern und dabei die Fügepartner 21 aneinander zu pressen. Seitlich kann der Aufhahmeraum 19 von einem Touchierelement sowie einem verlagerbaren Seitenschieber (nicht dargestellt) begrenzt sein. Fig. 2 zeigt grob schematisch eine Schnittansicht durch eine herkömmliche Sonotrodenanordnung 3. Die Sonotrode 5 ist dabei an ihrer Nullpunktposition 29 von einem Nullpunktlager 7 in x-Richtung und in y-Richtung gehalten. Das herkömmlich ausgestaltete Nullpunktlager 7 verfugt hierbei über einen starren Rahmen 31 , der eine U-Form aufweist und nach oben hin offen ist. An dem Rahmen 31 kann eine Klemmschraube 33 in ein sich schräg durch den Rahmen 31 verlaufendes Gewinde 35 derart eingeschraubt werden, dass ein Schraubenende 37 sich schräg hin zu einer Mantelfläche 39 der Sonotrode 5 erstreckt und diese beklemmen kann. Die Sonotrode 5 wird hierdurch gegen eine untere, sich horizontal erstreckende Anschlagfläche 41 sowie gegen eine seitliche, sich vertikal erstreckende Anschlagfläche 43 gepresst und hierdurch genau positioniert.

Eine Anpresskraft, mit der die Klemmschraube 33 auf die Mantelfläche 39 presst, hängt dabei hauptsächlich davon ab, mit welchem Drehmoment die Klemmschraube 33 in das Gewinde 35 eingeschraubt wird. Somit wird die Anpresskraft maßgeblich davon beeinflusst, ob ein Anwender beim Festschrauben der Klemmschraube 33 tatsächlich ein vorgegebenes Drehmoment bewirkt. Wird ein zu kleines Drehmoment bewirkt, kann die Sonotrode 5 ungenau positioniert sein. Wird, wie im praktischen Einsatz häufig beobachtet, ein zu hohes Drehmoment bewirkt, kann ein Schwingungs verhalten der Sonotrode 5 negativ beeinflusst werden.

Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Sonotrodenanordnung 3 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Nullpunktlager 7, welches die Sonotrode 5 an ihrer Nullpunktposition 29 abstützt, kann dabei als aus einem Lagerelement 45 und einem Anpresselement 47 zusammengesetzt angesehen werden.

Das Lagerelement 45 ist hierbei mehrteilig aufgebaut und verfügt über einen Lagerkörper 49 sowie einen ersten, sich horizontal erstreckenden Anschlagkörper 51 und einen zweiten, sich vertikal erstreckenden Anschlagkörper 53. Der erste Anschlagkörper 51 bildet dabei eine sich in einer xz -Ebene erstreckende horizontale Anschlagfläche 41. Der zweite Anschlagkörper 53 bildet eine sich in einer yz -Ebene erstreckende vertikale Anschlagfläche 43. Der Lagerkörper 49 besteht aus einem Metall wie beispielsweise Stahl mit einem verhältnismäßig hohen Elastizitätsmodul. Insbesondere kann der Lagerkörper 49 Teil einer massiven Stahlplatte 55 sein. Die beiden Anschlagkörper 51 , 53 bestehen aus einem Material mit einem niedrigeren Elastizitätsmodul, beispielsweise aus einem weicheren Metall wie Kupferbronze oder einem Kunststoff, insbesondere einem glasfaserverstärkten Kunststoff.

Das Anpresselement 47 ist ebenfalls mehrteilig aufgebaut und verfügt über einen Anpresskörper 57 und einen Fixierkörper 59. Im dargestellten Beispiel ist der Anpresskörper 57 an einem unteren ersten Ende 61 an dem Lagerelement 45 angebracht. Insbesondere ist der Anpresskörper 57 des Anpresselements 47 einstückig mit dem Lagerkörper 49 des Lagerelements 45 ausgebildet. D.h., der Anpresskörper 57 und der Lagerkörper 49 können aus der gleichen Stahlplatte 55 gebildet sein.

An einem dem ersten Ende 61 entgegengesetzten freitragenden zweiten Ende 63 des Anpresskörpers 57 ist der Fixierkörper 59 angebracht. Im dargestellten Beispiel ist der Fixierkörper 59 eine Schraube 65. Die Schraube 65 verfügt über einen Schraubenkopf 67 und einen Schraubenschaft 69 mit einem Außengewinde, welcher ein in dem zweiten Ende 63 des Anpresskörpers 57 vorgesehenes Gewinde 71 eingeschraubt werden kann.

Die Schraube 65 kann dabei so weit eingeschraubt werden, bis sie beispielsweise mit ihrem Schraubenkopf 67 an einer einen Anschlag 79 bildenden Oberfläche des Anpresskörpers 57 anliegt. In dieser Konfiguration befindet sich die Schraube 65 in ihrer vordefinierten Fixierposition an dem Anpresskörper 57. Hierbei verläuft der Schraubenschaft 69 in einer Richtung schräg hin sowohl zu der horizontalen Anschlagfläche 41 als auch zu der vertikalen Anschlagfläche 43. Ein als Fixierkörperende 73 wirkendes distales Ende der Schraube 65 ragt dabei über eine zu der Sonotrode 5 hin gerichtete Oberfläche 75 des zweiten Endes 63 des Anpresskörpers 47 hinaus ab und presst gegen die Mantelfläche 39 der Sonotrode 5. Der Fixierkörper 59 presst hierdurch die Sonotrode 5 an die beiden Anschlag flächen 41, 43 an.

Im Gegensatz zu herkömmlich ausgestalteten Nullpunktlagem 7 hängt dabei die Anpresskraft, mit der der Fixierkörper 59 die Sonotrode 5 gegen die Anschlagflächen 41, 43 presst, nicht maßgeblich davon ab, mit welchem Drehmoment die als Fixierkörper 59 wirkende Schraube 65 in das Gewinde 71 eingeschraubt wurde. Stattdessen ist das Anpresselement 47 derart konfiguriert, dass der Fixierkörper 59 über den Anpresskörper 57 derart elastisch mit dem Lagerelement 45 verbunden ist, dass die mit dem Fixierkörperende 73 ausgeübte Anpresskraft überwiegend von Materialeigenschaften und Geometrie eigenschaften des Anpresselements 47 determiniert ist.

Hierzu ist die Stahlplatte 55, welche einerseits den Lagerkörper 49 und andererseits den Anpresskörper 57 bildet, derart aus gestaltet, dass sich zwischen dem Anpresskörper 57 und dem Lagerkörper 49 ein Spalt 77 erstreckt. Der Spalt 77 ist dabei von der ersten Anschlagfläche 51 weg gerichtet. Dementsprechend ist der Anpresskörper 57 mit seinem unteren ersten Ende 61 erst angrenzend an ein unteres Ende des Spalts 77 an den Lagerkörper 49 des Lagerelements 45 angebunden.

Die Geometrie des Spalts 77 ist hierbei derart ausgestaltet, dass abhängig von den Materialeigenschaften des Anpresselements 47, d.h. insbesondere abhängig von dem Elastizitätsmodul der für die Bildung des Anpresselements 47 verwendeten Stahlplatte 55, die Anpresskraft, mit der der an dem Anpresskörper 47 gehaltene Fixierkörper 59 bzw. dessen Fixierkörperende 73 gegen die Mantelfläche 75 der Sonotrode presst, im Wesentlichen gleich bleibt, unabhängig davon, ob der Fixierkörper 59 tatsächlich an seiner vordefinierten Fixierposition angeordnet ist oder ob er beispielsweise aufgrund von unsachgemäßer Handhabung um beispielsweise bis zu 0,1 mm von dieser vordefinierten Fixierposition entfernt ist.

Der Spalt 77 ist hierzu länglich und erstreckt sich zwischen dem die beiden Anschlagflächen 41, 43 bildenden Lagerelement 45 und dem den Fixierkörper 59 haltenden Anpresselement 47. Die Form und insbesondere die Länge des Spalts 77 wirken sich dabei darauf aus, wie sich das Anpresselement 47 elastisch relativ zu dem Lagerelement 45 verlagern lässt. Somit hängt die Anpresskraft, mit der der Fixierkörper 59 gegen die an dem Lagerelement 45 abgestützte Sonotrode 5 presst, maßgeblich von der Geometrie des Spalts 77 und den elastischen Eigenschaften der Stahlplatte 55, in welcher dieser Spalt 77 ausgebildet ist und welche den Lagerkörper 49 und den Anpresskörper 57 bildet, ab.

Zusammenfassend und mit geringfügig anderer Wortwahl können Merkmale einer möglichen Ausgestaltung der hier vorgeschlagenen Sonotrodenanordnung wie folgt beschrieben werden:

Bei Ultraschallschweißeinrichtungen mit einer herkömmlichen Sonotroden anordnung kann eine schwankende Klemmkraft der Sonotrode zu schwankenden Verlustleistungen im System führen, die auch zu unterschiedlichen Schweißergebnissen führen können. Bediener ignorieren manchmal die Angaben bzgl. Anzugsmomenten der Klemmschraube. Oft ist auch ein Drehmoment schlüssel nicht verfügbar. Dies kann zu schwankender Lebensdauer der Komponenten führen und kann auch zu starken Geräuschbelästigungen,

Quietschen etc. führen.

Es wird daher ein einfacher bzw. schneller Werkzeugwechsel mit konstantem Ergebnis auch für wenig geübte Bediener angestrebt. Eine falsche Klemmkraft bei Fehlbedienung sollte ausgeschlossen werden.

Bei der hier vorgeschlagenen Ausführungsform einer Sonotrodenanordnung hat die Klemmschraube eine konstante Länge, die sich prozesssicher genau herstellen lässt. Die Schraube wird auf Anschlag in das Nullpunktlager eingeschraubt. Dadurch wird der „federnde“ Arm des Nullpunktlagers um ein definiertes Maß aufgebogen. Die Klemmkraft auf die Sonotrode ist somit nur noch material- und nicht mehr anwenderabhängig. Die Klemmkraftschwankungen reduzieren sich deutlich. Eine falsche Klemmkraft wird techn. ausgeschlossen. Die Anlageflächen der Sonotrode im Nullpunktlager sind hier aus einem Material mit deutlich niedrigerem E-Modul als Stahl ausgeführt (hier beispielsweise Glasfaser verstärktes Harz =GFK). Durch diesen Übergang werden die Schwingungen weitestgehend nicht in das Nullpunktlager und die restliche Anlage übertragen. Diese Entkopplung führt zu gleichmäßigeren Schweißergebnissen mit gleichzeitig reduzierter Geräuschentwicklung.

Die Klemmkraft auf die Sonotrode ist somit nur noch materialabhängig (E-Modul und Fertigungstoleranzen) und nicht mehr anwenderabhängig. Die Entkopplung der Sonotrode führt zu gleichmäßigeren Schweißergebnissen mit gleichzeitig reduzierter Geräuschentwicklung. Gleichzeitig wird der Schwinger thermisch vom Rest der Anlage entkoppelt und ist somit thermisch besser zu auszuregeln.

Abschließend ist daraufhinzuweisen, dass Begriffe wie „aufweisend“, „umfassend“, etc. keine anderen Elemente oder Schritte ausschließen und Begriffe wie „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließen. Ferner sei daraufhingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als

Einschränkung anzusehen.

Bezugszeichenliste

1 Ultraschweiß einrichtung

3 Sonotrodenanordnung

5 Sonotrode

7 Nullpunktlager

9 proximaler Bereich der Sonotrode

11 S chwingungs geh er

13 distaler Bereich der Sonotrode

15 Sonotrodenkopf

17 Oberfläche des Sonotrodenkopfs

19 Aufnahmeraum

21 Fügepartner

23 Amboss

29 Nullpunktposition

31 Rahmen

33 Klemmschraube

35 Gewinde

37 Schraubenende

39 Mantelfläche

41 horizontale Anschlagfläche

43 vertikaler Anschlagfläche

45 Lagerelement

47 Anpresselement

49 Lagerkörper

51 erster Anschlagkörper

53 zweiter Anschlagkörper

55 Stahlplatte

57 Anpresskörper

59 Fixierkörper

61 erstes Ende des Anpresskörpers zweites Ende des Anpresskörpers Schraube Schraubenkopf Schraubenschaft Gewinde Fixierkörperende zu der Sonotrode gerichtete Oberfläche Spalt Anschlag