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Title:
ULTRASONIC WELDING APPARATUS WITH CLAMPING DEVICE AND METHOD FOR ULTRASONIC WELDING
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/216199
Kind Code:
A1
Abstract:
An ultrasonic welding apparatus (50) is disclosed, including a sonotrode (8) with a working surface (10), an anvil (4) with a working surface (11), which lies opposite the working surface (10) of the sonotrode (8), two side delimiters (5, 6) with respective side delimiting surfaces (12, 13), wherein the working surfaces (10, 11) of the sonotrode (8) and of the anvil (4) and the side delimiting surfaces (12, 13) delimit a compression chamber (9), which is designed for placing in particular elongated welding material (60) in a welding material direction (B), wherein the ultrasonic welding apparatus (50) has a clamping device (14), by means of which the anvil (4) can be clamped at least in a welding position (S) by a clamping force, which acts on at least part of a side (15) of the engaging surface (26) of the anvil (4) that lies opposite the working surface (11) of the anvil (4), in the direction of the sonotrode (8). A method for ultrasonic welding is also disclosed.

Inventors:
SOLENTHALER PETER (CH)
Application Number:
PCT/EP2017/064474
Publication Date:
December 21, 2017
Filing Date:
June 14, 2017
Export Citation:
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Assignee:
TELSONIC HOLDING AG (CH)
International Classes:
B23K20/10; H01R43/02
Foreign References:
JP2007149421A2007-06-14
DE102006021651B42008-02-14
EP1772223A12007-04-11
DE102006021651B42008-02-14
Attorney, Agent or Firm:
DR. BALLIEL-ZAKOWICZ, Stephan et al. (CH)
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Claims:
Patentansprüche

1. Ultraschallschweissvorrichtung (50), enthaltend

- eine Sonotrode (8) mit einer Arbeitsfläche (10),

- einen Amboss (4) mit einer Arbeitsfläche (11), die der Arbeitsfläche (10) der Sonotrode (8) gegenüberliegt,

- zwei Seitenbegrenzer (5, 6) mit jeweiligen Seitenbegrenzungsflächen (12, 13),

wobei die Arbeitsflächen (10, 11) der Sonotrode (8) und des Ambosses (4) und die Seitenbegrenzungsflächen (12, 13) einen Verdichtungsraum (9) begrenzen, der zum Einlegen von insbesondere länglichem Schweissgut (60) in einer Schweissgutrichtung (B) ausgebildet ist,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Ultraschallschweissvorrichtung (50) eine Spanneinrichtung (14) aufweist, mittels deren der Amboss (4) zu¬ mindest in einer Schweissposition (S) durch eine Spannkraft, die an zumindest einem Teil einer der Arbeitsflä¬ che (11) des Ambosses (4) gegenüberliegenden Angriffsflä¬ che (26) des Ambosses (4) einwirkt, in Richtung der Sono¬ trode (8) verspannbar ist.

2. Ultraschallschweissvorrichtung (50) gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass

die Angriffsfläche (26) durch eine der Arbeitsfläche (11) des Ambosses (4) gegenüberliegende Aussenseite (15) des Ambosses (4) oder durch einen Teil dieser Aussenseite (15) gebildet ist.

3. Ultraschallschweissvorrichtung (50) gemäss einem der vorangehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Spanneinrichtung (14) derart ausgebildet und angeord¬ net ist, dass der Amboss (4) zumindest in der Schweisspo¬ sition (S) durch eine im Wesentlichen an der gesamten Angriffsfläche (26), insbesondere an der gesamten gegen- überliegenden Aussenseite (15), einwirkende Spannkraft in Richtung der Sonotrode (8) verspannbar ist.

4. Ultraschallschweissvorrichtung (50) gemäss einem der vorangehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Spanneinrichtung (14) eine Schliesseinrichtung (1) aufweist, welche zumindest in der Schweissposition (S) in Kontakt mit zumindest einem Teil der Angriffsfläche (26), insbesondere mit der gesamten Angriffsfläche (26), bring¬ bar ist, um den Amboss (4) in Richtung der Sonotrode (8) zu verspannen.

5. Ultraschallschweissvorrichtung (50) gemäss Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass

die Schliesseinrichtung (1) relativ zur Sonotrode (8) in einer Schliessrichtung (R) , die parallel zur Arbeitsfläche (10) der Sonotrode (8) und senkrecht zur Schweissgut- richtung (B) verläuft, zwischen einer Öffnungspositi¬ on (0) und der Schweissposition (S) verschiebbar angeordnet ist.

6. Ultraschallschweissvorrichtung (50) gemäss Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass

die Schliesseinrichtung (1) in der Schliessrichtung (R) verschiebbar am Amboss (4) angeordnet ist.

7. Ultraschallschweissvorrichtung (50) gemäss einem der vorangehenden Ansprüche 4 bis 6,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Schliesseinrichtung (1) zumindest in der Schweissposition (S) an zwei gegenüberliegenden Enden (16, 17) gehalten ist.

8. Ultraschallschweissvorrichtung (50) gemäss einem der Ansprüche 4 bis 7,

dadurch gekennzeichnet, dass die Spanneinrichtung (14) mindestens eine Zugeinrichtung (2, 3) aufweist, welche relativ zur Sonotrode (8) in einer Richtung senkrecht zu deren Arbeitsfläche (10) ver¬ schiebbar angeordnet ist, wobei zumindest in der

Schweissposition (S) mittels eines ersten Zugteils (2) der Zugeinrichtung (2, 3) ein erstes Ende (16) der

Schliesseinrichtung (1) haltbar ist und mittels eines zweiten Zugteils (3) der Zugeinrichtung (2, 3) ein zweites Ende (17) der Schliesseinrichtung (1) haltbar ist.

9. Ultraschallschweissvorrichtung (50) gemäss Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass

der Amboss (4) in einer Schliessrichtung (R) , die parallel zur Arbeitsfläche (10) der Sonotrode (8) und senk¬ recht zur Schweissgutrichtung (B) verläuft, verschiebbar am ersten Zugteil (2) angeordnet ist.

10. Ultraschallschweissvorrichtung (50) gemäss einem der Ansprüche 8 und 9,

dadurch gekennzeichnet, dass

der erste Zugteil (2) enthält:

- einen parallel zur Schweissgutrichtung (B) verlaufenden Querbalken (18), welcher zumindest in der Schweissposition (S) zum Halten des ersten Endes (16) der Schliesseinrichtung (1) ausgebildet und angeordnet ist,

- mindestens zwei senkrecht zur Arbeitsfläche (10) der Sonotrode (8) verlaufende Längsbalken (20), welche den Querbalken (18) halten, insbesondere an dessen beiden Enden (19), und zwischen denen eine Öffnung (21) gebildet ist, durch welche der Amboss (4), ein erster Seitenbegrenzer (6) und die Schliesseinrichtung (1) in den zwischen den Zugteilen (2, 3) gebildeten Zwischenraum führbar sind.

11. Ultraschallschweissvorrichtung (50) gemäss einem der Ansprüche 8 bis 10,

dadurch gekennzeichnet, dass

der zweite Zugteil (3) enthält:

- einen parallel zur Schweissgutrichtung (B) verlaufenden Querbalken (22), welcher zumindest in der Schweis- sposition (S) zum Halten des zweiten Endes (17) der Schliesseinrichtung (1) ausgebildet und angeordnet ist,

- mindestens zwei senkrecht zur Arbeitsfläche (10) der Sonotrode (8) verlaufende Längsbalken (20), welche den Querbalken (22) halten, insbesondere an dessen beiden Enden (23) , und zwischen denen eine Öffnung (25) gebildet ist, durch welche ein zweiter Seitenbegrenzer (5) in den zwischen den Zugteilen (2, 3) gebildeten Zwischenraum führbar ist.

12. Ultraschallschweissvorrichtung (50) gemäss einem der Ansprüche 4 bis 11,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Schliesseinrichtung (1) über eine Temperiereinrichtung zur Temperierung, insbesondere zur Kühlung oder Heizung, der Schliesseinrichtung (1) und damit des Ambosses (4) verfügt.

13. Verfahren zum Ultraschallschweissen, insbesondere mit einer Ultraschallschweissvorrichtung (50) gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, enthaltend die Schritte a) Einlegen von insbesondere länglichem Schweiss- gut (60) in einer Schweissgutrichtung (B) in einen Verdichtungsraum (9) einer Ultraschallschweissvorrichtung (50) ; b) Schliessen des Verdichtungsraumes (9) zur Erreichung einer Schweissposition (S) ; c) Verspannen eines Ambosses (4) der Ultraschall- schweissvorrichtung (50) durch eine Spannkraft, die an zumindest einem Teil einer einer Arbeitsflä¬ che (11) des Ambosses (4) gegenüberliegenden An¬ griffsfläche (26) des Ambosses (4) einwirkt, in Richtung einer Sonotrode (8) der Ultraschall- schweissvorrichtung (50); d) Verschweissen des Schweissguts (60) durch Beauf¬ schlagung mit Ultraschall.

14. Verfahren gemäss Anspruch 13,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Amboss (4) im Schritt c) durch eine im Wesentlichen an der gesamten Angriffsfläche (26) einwirkende Spann¬ kraft in Richtung der Sonotrode (8) verspannt wird.

15. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 13 und 14,

dadurch gekennzeichnet, dass

im Schritt c) eine Schliesseinrichtung (1) in Kontakt mit zumindest einem Teil der Angriffsfläche (26), insbesonde¬ re mit der gesamten Angriffsfläche (26), gebracht wird, um den Amboss (4) in Richtung der Sonotrode (8) zu verspannen .

16. Verfahren gemäss Anspruch 15,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Schliesseinrichtung (1) im Schritt b) relativ zur Sonotrode (8) in einer Schliessrichtung (R) , die parallel zu einer Arbeitsfläche (10) der Sonotrode (8) und senk¬ recht zur Schweissgutrichtung (B) verläuft, von einer Öffnungsposition (0) in eine Schweissposition (S) verschoben wird.

17. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 13 bis 16,

dadurch gekennzeichnet, dass

im Schritt b) der Amboss (4) in einer Schliessrich- tung (R) verschoben wird, die parallel zu einer Arbeits¬ fläche (10) einer Sonotrode (8) der Ultraschallschweiss- vorrichtung (50) und senkrecht zur Schweissgutrich- tung (B) verläuft.

Description:
Ultraschallschweissvorrichtung mit Spanneinrichtung und Verfahren zum Ultraschallschweissen

Die vorliegende Erfindung befasst sich mit Ultraschall- schweissvorrichtungen mit einer Spanneinrichtung und Verfahren zum Ultraschallschweissen von insbesondere länglichem

Schweissgut, insbesondere von elektrischen Leitern wie bei ¬ spielsweise Litzen, oder von Terminals.

In EP 1 772 223 AI ist eine Vorrichtung zum Ultraschallverbinden von elektrischen Leitern offenbart, die ein Ambossteil enthält, welches mittels einer Führung quer zu einer Arbeits ¬ fläche einer Sonotrode verschiebbar ist. Die Führung erstreckt sich quer zur Arbeitsfläche über die Arbeitsfläche. Bei dieser bekannten Vorrichtung werden zwar Hebelkräfte und -momente reduziert, sodass der Verdichtungsraum besonders steif ausgebil ¬ det ist und nur geringen Verformungen unterliegt. Im Falle grosser Litzenquerschnitte, die einen Verdichtungsraum gewis ¬ ser Breite benötigen, kann es aber dennoch zum Aufbiegen des Ambossteils kommen, was unter Umständen zu qualitativ minderwertigen Schweissungen führen kann.

Die DE 10 2006 021 651 B4 betrifft eine Ultraschall-Schweiss- station und ein Verfahren zum Betreiben derselben. Die

Schweissstation enthält eine Sonotrode, eine Gegenelektrode (also mit anderen Worten einen Amboss) und zwei Seitenbegrenzer, die in an sich bekannter Weise einen Verdichtungsraum einschliessen und relativ zueinander beweglich sind. Die

Schweissstation enthält Spannmittel zum Verspannen der Gegenelektrode gegenüber dem ihr benachbarten Seitenbegrenzer. Im konkreten Ausführungsbeispiel sind die Spannmittel als Halte ¬ joch ausgebildet. Hierdurch wird während des Schweissens ein Luftspalt zwischen der Gegenelektrode und dem Seitenbegrenzer vermieden. Angeblich können hierdurch vergleichsweise grosse Kräfte oder Drücke in den Verdichtungsraum eingeleitet werden und vergleichsweise grössere und qualitativ hochwertigere Querschnitte im Schweissgut geschweisst werden, da die Lei ¬ terelemente besonders fest in Position gehalten werden können. Aber auch bei dieser Schweissstation kann ein Aufbiegen des Verdichtungsraums nicht effektiv verhindert werden, insbeson ¬ dere wenn grosse Litzenquerschnitte geschweisst werden.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ultraschallschweissvorrichtung und ein Verfahren zum Ultra- schallschweissen bereitzustellen, welche die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile nicht aufweisen. Insbesondere soll also das Aufbiegen des Verdichtungsraumes möglichst verhindert werden, selbst wenn Litzen mit vergleichsweise grossen Querschnitten geschweisst werden sollen.

In einem ersten Aspekt der Erfindung werden diese und weitere Aufgaben gelöst durch eine Ultraschallschweissvorrichtung, welche eine Sonotrode mit einer Arbeitsfläche, einen Amboss mit einer Arbeitsfläche und zwei Seitenbegrenzer mit jeweili ¬ gen Seitenbegrenzungsflächen enthält. Die Arbeitsfläche des Ambosses liegt der Arbeitsfläche der Sonotrode gegenüber. Die Arbeitsflächen der Sonotrode und des Ambosses und die Seiten ¬ begrenzungsflächen begrenzen einen Verdichtungsraum, der zum Einlegen von insbesondere länglichem Schweissgut in eine

Schweissgutrichtung ausgebildet ist. Bei dem Schweissgut kann es sich insbesondere um elektrische Leiter wie beispielsweise Litzen handeln. Es kann sich auch um Terminals handeln. Als Schweissgutrichtung wird hier und im Folgenden die Richtung des Schweissguts angesehen, insbesondere eine Längsrichtung des länglichen Schweissgutes .

Erfindungsgemäss weist die Ultraschallschweissvorrichtung eine Spanneinrichtung auf, mittels deren der Amboss zumindest in einer Schweissposition durch eine Spannkraft in Richtung der Sonotrode verspannbar ist. Dabei wirkt die Spannkraft an zu ¬ mindest einem Teil einer der Arbeitsfläche des Ambosses gegen ¬ überliegenden Angriffsfläche des Ambosses ein. Im Sinne der vorliegenden Erfindung liegt eine Angriffsfläche des Ambosses der Arbeitsfläche des Ambosses gegenüber, wenn die Flächennormalen der Arbeitsfläche und der Angriffsfläche einen stumpfen Winkel einschliessen und zumindest ein Teil der auf die Ebene der Arbeitsfläche senkrecht projizierten An ¬ griffsfläche zumindest teilweise innerhalb der Arbeitsfläche liegt. Als stumpfer Winkel wird dabei hier auch ein Winkel von 180° angesehen.

Aufgrund der Einwirkung der Spannkraft an einer der Arbeits ¬ fläche gegenüberliegende Angriffsfläche ist eine besonders vorteilhafte Krafteinleitung in den Amboss und damit auf das Schweissgut möglich. Hierdurch kann das Aufbiegen des Verdichtungsraumes effektiv verhindert werden. Bei geeigneter Anord ¬ nung der Angriffsfläche ist insbesondere eine symmetrische Krafteinleitung möglich. Ein Winkel zwischen den genannten Flächennormalen von 180° ist erfindungsgemäss bevorzugt, da dann eine besonders wirkungsvolle Krafteinleitung stattfinden kann .

In vorteilhaften Ausführungsformen ist die Angriffsfläche durch eine der Arbeitsfläche des Ambosses gegenüberliegende Aussenseite des Ambosses oder durch einen Teil dieser Aussenseite gebildet. Diese Ausführungsformen sind baulich besonders einfach zu realisieren. Eine der Arbeitsfläche des Ambosses gegenüberliegende Aussenseite kann auch mindestens eine Stufe aufweisen, wobei die Angriffsfläche nur durch eine der Ar ¬ beitsfläche gegenüberliegende Aussenseite der Stufe gebildet ist .

Alternativ ist es aber auch denkbar und liegt im Rahmen der Erfindung, dass die Angriffsfläche im Inneren des Ambosses an ¬ geordnet ist, also zwischen der Arbeitsfläche und der gegen ¬ überliegenden Aussenseite des Ambosses. Beispielsweise kann der Amboss mit Hilfe eines seitlich in ihn eindringenden Bolzens in Richtung der Sonotrode verspannt werden. Vorteilhafterweise ist die Spanneinrichtung derart ausgebildet und angeordnet, dass der Amboss zumindest in der Schweissposi- tion durch eine im Wesentlichen an der gesamten Angriffsfläche, insbesondere an der gesamten gegenüberliegenden Aussenseite, einwirkende Spannkraft in Richtung der Sonotrode ver ¬ spannbar ist. Hierdurch kann eine besonders effektive

Krafteinleitung bewirkt werden. Möglich ist es im Rahmen der Erfindung jedoch auch, dass die Spannkraft nur an einem Teil der Angriffsfläche einwirkt.

Bevorzugt weist die Spanneinrichtung eine Schliesseinrichtung auf, welche zumindest in der Schweissposition in Kontakt mit zumindest einem Teil der Angriffsfläche, insbesondere mit der gesamten Angriffsfläche, bringbar ist, um den Amboss in Richtung der Sonotrode zu verspannen. Die Spannkraft kann dann von der Schliesseinrichtung auf den Amboss übertragen werden. Die Schliesseinrichtung kann beispielsweise an der der Arbeitsfläche des Ambosses gegenüberliegenden Aussenseite angeordnet sein oder durch einen wie oben beschriebenen Bolzen gebildet sein. Die Schliesseinrichtung kann balkenförmig ausgebildet sein, was eine besonders gute Krafteinleitung erlaubt.

Bevorzugt ist die Schliesseinrichtung relativ zur Sonotrode in einer Schliessrichtung zwischen einer Öffnungsposition und der Schweissposition verschiebbar angeordnet, wobei die Schliess ¬ richtung parallel zur Arbeitsfläche der Sonotrode und senk ¬ recht zur Schweissgutrichtung verläuft. Dies erleichtert das Einlegen des Schweissgutes in der Schweissgutrichtung. In der Öffnungsposition muss die Schliesseinrichtung nicht zwingend in Kontakt mit der Angriffsfläche sein.

Mit Vorteil ist die Schliesseinrichtung in der Schliessrichtung verschiebbar am Amboss angeordnet. Hierdurch kann die Schliesseinrichtung präzisier relativ zum Amboss positioniert werden, was die Einleitung der Spannkraft vereinfacht. Alter ¬ nativ kann die Schliesseinrichtung aber auch an einem anderen Teil der Ultraschallschweissvorrichtung in der Schliessrich- tung verschiebbar angeordnet sein.

Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn zumindest in der Schweiss- position die Schliesseinrichtung an zwei gegenüberliegenden Enden gehalten ist. Auf diese Weise kann eine symmetrische Krafteinleitung in die Schliesseinrichtung und damit in den Amboss erreicht werden. Die Krafteinleitung geschieht hier al ¬ so nach einem „Portalprinzip".

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Spanneinrichtung mindestens eine Zugeinrichtung aufweist, welche relativ zur Sono- trode in einer Richtung senkrecht zu deren Arbeitsfläche ver ¬ schiebbar angeordnet ist, wobei zumindest in der Schweissposi- tion mittels eines ersten Zugteils der Zugeinrichtung ein erstes Ende der Schliesseinrichtung haltbar ist und mittels eines zweiten Zugteils der Zugeinrichtung ein zweites Ende der

Schliesseinrichtung haltbar ist. Durch Verschiebung der Zugeinrichtung senkrecht zur Arbeitsfläche der Sonotrode kann auf diese Weise die Höhe des Verdichtungsraumes eingestellt wer ¬ den. Zum Einlegen des Schweissgutes kann die Zugeinrichtung auf die Arbeitsfläche der Sonotrode zubewegt werden, wodurch die Sicht in den Verdichtungsraum erleichtert wird. Anschlies ¬ send kann die Zugeinrichtung von der Arbeitsfläche der Sonotrode wegbewegt werden, damit die Schliesseinrichtung den Verdichtungsraum oberhalb des eingelegten Schweissgutes schlies- sen kann. Der von der Zugeinrichtung zurückgelegte Verstellweg kann in Abhängigkeit vom Gesamtquerschnitt des eingelegten Schweissguts gewählt werden. Ist dieser Gesamtquerschnitt ver ¬ gleichsweise klein, so kann es genügen, die Zugeinrichtung nur einen Teil des maximal möglichen Verstellweges zu bewegen, wodurch die Prozesszeiten reduziert werden können. Daraufhin kann die Zugeinrichtung zum Verkleinern des Verdichtungsraumes und zum Schweissen wieder auf die Arbeitsfläche der Sonotrode zubewegt werden. Durch das Halten beider Enden der Schliesseinrichtung kann diese Bewegung symmetrisch erfolgen. Mit weiterem Vorteil ist der Amboss in der bereits oben er ¬ wähnten Schliessrichtung, die parallel zur Arbeitsfläche der Sonotrode und senkrecht zur Schweissgutrichtung verläuft, ver ¬ schiebbar am ersten Zugteil angeordnet. Auf diese Weise kann der Verdichtungsraum geöffnet und geschlossen werden.

Es ist zweckmässig, wenn der erste Zugteil einen parallel zur Schweissgutrichtung verlaufenden Querbalken und mindestens zwei senkrecht zur Arbeitsfläche der Sonotrode verlaufende Längsbalken enthält. Dabei ist der Querbalken zumindest in der Schweissposition zum Halten des ersten Endes der Schliessein- richtung ausgebildet, und die Längsbalken halten den Querbalken, insbesondere an dessen beiden Enden. Zwischen den Längsbalken ist eine Öffnung gebildet, durch welche der Amboss, ein erster Seitenbegrenzer und die Schliesseinrichtung in den zwischen den Zugteilen gebildeten Zwischenraum führbar sind. Die Durchführung des Ambosses, der Seitenbegrenzer und der

Schliesseinrichtung durch die zwischen den Längsbalken gebildete Öffnung sorgt für eine kompakte und symmetrische Bauwei ¬ se .

Ebenfalls zweckmässig ist es, wenn der zweite Zugteil einen parallel zur Schweissgutrichtung verlaufenden Querbalken und mindestens zwei senkrecht zur Arbeitsfläche der Sonotrode ver ¬ laufende Längsbalken enthält. Dabei ist der Querbalken zumindest in der Schweissposition zum Halten des zweiten Endes der Schliesseinrichtung ausgebildet und angeordnet, und die Längs ¬ balken halten den Querbalken, insbesondere an dessen beiden Enden. Zwischen den Längsbalken ist eine Öffnung gebildet, durch welche ein zweiter Seitenbegrenzer in den zwischen den Zugteilen gebildeten Zwischenraum führbar ist. Auch diese Durchführung sorgt für eine kompakte und symmetrische Bauwei ¬ se . Insgesamt kann somit über die Längsbalken, die Querbalken und die Schliesseinrichtung die Spannkraft in den Amboss eingelei ¬ tet werden.

Die Schliesseinrichtung kann auch über eine Temperiereinrichtung verfügen, mit der die Schliesseinrichtung und damit der Amboss temperiert werden können, insbesondere gekühlt oder ge ¬ heizt. Die Temperiereinrichtung kann einen Temperierkanal für ein Temperierfluid, insbesondere ein Kühlfluid oder ein Heiz- fluid, enthalten, das beispielsweise ein Gas oder eine Flüs ¬ sigkeit sein kann, wie etwa Wasser. Alternativ kann die Temperiereinrichtung ein Peltier-Element oder einen Heizdraht ent ¬ halten .

Zudem kann die Schliesseinrichtung mindestens einen Sensor enthalten, mit dem ein Schweissparameter bestimmt werden kann, beispielsweise eine Kraft, eine Temperatur oder eine Position. Insbesondere ein Kraftsensor ist bevorzugt in der Schliesseinrichtung angeordnet, da er sich dann im Kraftfluss befindet. Die genannten Sensoren können zur Qualitätskontrolle dienen. Hierdurch können insbesondere fehlende Einzeldrähte („missing Strands") detektiert werden.

Insgesamt weist die erfindungsgemässe Ultraschallschweissvor- richtung den Vorteil auf, dass sie robust und kompakt ist.

In einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Ultraschallschweissen, welches insbesondere mit einer wie oben beschriebenen Ultraschallschweissvorrichtung durchgeführt werden kann. Das Verfahren enthält die folgenden Schritte : a) Einlegen von insbesondere länglichem Schweissgut in einer Schweissgutrichtung in einen Verdichtungsraum einer Ultraschallschweissvorrichtung : b) Schliessen des Verdichtungsraumes zur Erreichung einer Schweissposition; c) Verspannen eines Ambosses der Ultraschallschweissvorrich- tung durch eine Spannkraft, die an zumindest einem Teil einer einer Arbeitsfläche des Ambosses gegenüberliegenden Angriffsfläche des Ambosses einwirkt, in Richtung einer Sonotrode der Ultraschallschweissvorrichtung; d) Verschweissen des Schweissguts (60) durch Beaufschlagung mit Ultraschall.

Wie oben bereits erläutert wurde, kann auf diese Weise ein Aufbiegen des Verdichtungsraumes weitgehend verhindert werden.

Vorteilhafterweise wird der Amboss im Schritt c) durch eine im Wesentlichen an der gesamten Angriffsfläche einwirkende Spannkraft in Richtung der Sonotrode verspannt.

Weiterhin von Vorteil ist es, wenn im Schritt c) eine

Schliesseinrichtung in Kontakt mit zumindest einem Teil der Angriffsfläche ist, insbesondere mit der gesamten Angriffsflä ¬ che, um den Amboss in Richtung der Sonotrode zu verspannen.

Zudem ist es zweckmässig, wenn die Schliesseinrichtung im Schritt b) relativ zur Sonotrode in einer Schliessrichtung, die parallel zu einer Arbeitsfläche der Sonotrode und senk ¬ recht zur Schweissgutrichtung verläuft, von einer Öffnungsposition in eine Schweissposition verschoben wird.

Vorteilhaft ist es überdies, wenn im Schritt b) der Amboss in der genannten Schliessrichtung verschoben wird.

Das erfindungsgemässe Verfahren eignet sich auch besonders für ein Kaskadenschweissen oder ein Sequenzschweissen, bei dem Schweissgut, insbesondere Litzen, aus verschiedenen Materia ¬ lien wie beispielsweise Kupfer oder Aluminium verschweisst wird. Vorteilhaft ist es beispielsweise, wenn zunächst eine oder mehrere Kupferlitzen mit einem ersten Satz von Schweiss- parametern geschweisst werden, anschliessend der Verdichtungs ¬ raum wieder geöffnet wird, dann eine oder mehrere Aluminiumlitzen zusätzlich eingelegt werden und dann alle Litzen zusammen mit einem zweiten Satz von Schweissparametern miteinander verschweisst werden.

Beim Ultraschallschweissen kann es sich um ein lineares oder ein torsionales Ultraschallschweissen handeln. Hierfür kann die Sonotrode in an sich bekannter Weise ausgebildet sein.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von mehreren Ausführungsbeispielen und Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen

Figur 1: eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäs- sen Ultraschallschweissvorrichtung in einer Öffnungsposition;

Figur 2: eine seitliche Ansicht der Ultraschallschweissvorrichtung in einer Schweissposition;

Figur 3: eine seitliche Ansicht der Ultraschallschweissvorrichtung in der Öffnungsposition mit eingelegtem Schweissgut ;

Figur 4: eine seitliche Ansicht der Ultraschallschweissvorrichtung in der Schweissposition mit eingelegtem Schweissgut .

Die in den Figuren 1 bis 4 dargestellte erfindungsgemässe Ul ¬ traschallschweissvorrichtung 50 enthält eine Sonotrode 8 mit einer Arbeitsfläche 10, einen Amboss 4 mit einer Arbeitsflä ¬ che 11, die der Arbeitsfläche 10 der Sonotrode 8 gegenüber ¬ liegt, sowie einem ersten Seitenbegrenzer 6 und einem zweiten Seitenbegrenzer 5 mit jeweiligen Seitenbegrenzungsflächen 12, 13. Die Arbeitsflächen 10, 11 der Sonotrode 8 und des Ambos ¬ ses 4 und die Seitenbegrenzungsflächen 12, 13 begrenzen einen Verdichtungsraum 9, der zum Einlegen von Schweissgut 60 in einer Schweissgutrichtung E ausgebildet ist.

Die Ultraschallschweissvorrichtung 50 weist ferner eine Spanneinrichtung 14 auf. Mittels dieser Spanneinrichtung 14 kann der Amboss 4 in der in den Figuren 2 und 4 dargestellten

Schweissposition S durch eine Spannkraft in Richtung der Sono- trode 8 verspannt werden. Die Spannkraft wirkt an einer An ¬ griffsfläche 26 des Ambosses 4 ein, die seiner Arbeitsflä ¬ che 11 gegenüberliegt. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Angriffsfläche 26 durch eine der Arbeitsfläche 11 gegenüber ¬ liegende Aussenseite 15 des Ambosses 4 gebildet. Die Flächen ¬ normale N der Arbeitsfläche 11 und die Flächennormale M der Angriffsfläche 26 schliessen also einen Winkel von 180° ein, und die auf die Ebene der Arbeitsfläche 11 senkrecht proji ¬ zierte Angriffsfläche 26 liegt teilweise innerhalb der Ar ¬ beitsfläche 11.

Die Spanneinrichtung 14 weist eine Zugeinrichtung 2, 3 auf, welche relativ zur Sonotrode 8 in einer Richtung senkrecht zu deren Arbeitsfläche 10 verschiebbar angeordnet ist. Weiterhin weist die Spanneinrichtung 14 eine balkenförmige Schliessein- richtung 1 auf, welche in der in den Figuren 2 und 4 dargestellten Schweissposition S in Kontakt mit der Angriffsfläche 26 ist, um den Amboss 4 in Richtung der Sonotrode 8 zu verspannen. In der Schweissposition S ist ein erstens Ende 16 der Schliesseinrichtung 1 mittels eines ersten Zugteils 2 der Zugeinrichtung haltbar, und mittels eines zweiten Zugteils 3 der Zugeinrichtung 2, 3 ist ein zweites Ende 17 der Schliesseinrichtung 1 haltbar.

Genauer enthält das erste Zugteil 2 einen parallel zur

Schweissgutrichtung E verlaufenden Querbalken 18, welcher in der Schweissposition S das erste Ende 16 der Schliesseinrichtung 1 hält. Zudem enthält der erste Zugteil 2 zwei senkrecht zur Arbeitsfläche 10 der Sonotrode 8 verlaufende Längsbai- ken 20, welche den Querbalken 18 halten, und zwar an dessen beiden Enden 19. Zwischen den Längsbalken 20 ist eine Öffnung 21 gebildet, durch welche der Amboss 4, der erste Seiten ¬ begrenzer 6 und die Schliesseinrichtung 1 in den zwischen den Zugteilen 2, 3 gebildeten Zwischenraum führbar sind.

Ähnlich enthält der zweite Zugteil 3 einen parallel zur

Schweissgutrichtung E verlaufenden Querbalken 22, welcher in der Schweissposition S das zweite Ende 17 der Schliesseinrichtung 1 hält. Zwei senkrecht zur Arbeitsfläche 10 der Sonotro- de 8 verlaufende Längsbalken 24 halten den Querbalken 22 an dessen beiden Enden 23. Zwischen den Längsbalken 20 ist eine Öffnung 25 gebildet, durch welche der zweite Seitenbegrenzer 5 in den zwischen den Zugteilen 2, 3 gebildeten Zwischenraum führbar ist, um den Verdichtungsraum 9 zu begrenzen.

Die Schliesseinrichtung 1 ist relativ zur Sonotrode 8 in einer Schliessrichtung R, die parallel zur Arbeitsfläche 10 der So ¬ notrode 8 und senkrecht zur Schweissgutrichtung E verläuft, zwischen einer in den Figuren 1 und 3 dargestellten Öffnungsposition 0 und der in den Figuren 2 und 4 wiedergegebenen Schweissposition S verschiebbar am Amboss 4 angeordnet. Der Amboss 4 ist seinerseits in der genannten Schliessrichtung R verschiebbar am ersten Zugteil 2 angeordnet. In der in den Figuren 2 und 4gezeigten Schweissposition S ist der Amboss 4 durch eine im Wesentlichen an der gesamten Angriffsfläche 26 einwirkende Spannkraft in Richtung der Sonotrode 8 verspannt.

Zum Ultraschallschweissen mit Hilfe dieser Ultraschall- schweissvorrichtung 50 kann in einem Schritt a) zunächst

Schweissgut 60, also beispielsweise zwei Litzen, in eine

Schweissgutrichtung E in den Verdichtungsraum 9 eingelegt werden. Anstelle der in den Figuren 3 und 4 gezeigten zwei Litzen 60 können natürlich auch drei oder mehr Litzen ver- schweisst werden. Um dieses Einlegen zu ermöglichen und zu erleichtern, werden zuvor der Amboss 4 wird zusammen mit der Schliesseinrichtung 1 durch die Öffnung 21 hindurch aus dem Zwischenraum zwischen den beiden Zugteilen 2, 3 herausgezogen, und die Zugeinrichtung 2, 3 in Richtung auf die Sonotrode 8 zubewegt. So ergibt sich die in Figur 3 dargestellte Öffnungs ¬ position 0. Die Anordnung der einzelnen Bauteile der Ultraschallschweissvorrichtung 50 in der Öffnungsposition 0 erlaubt dabei eine gute Sicht auf den Verdichtungsraum 9 und das

Schweissgut 60 von oben.

Anschliessend wird in einem Schritt b) der Verdichtungsraum 9 geschlossen, indem die Zugeinrichtung 2, 3 von der Sonotrode 8 wegbewegt wird. Der Verstellweg der Zugeinrichtung 2, 3 kann in Abhängigkeit des Gesamtquerschnitts der eingelegten Lit ¬ zen 60 gewählt werden. Anschliessend werden der Amboss 4 und die Schliesseinrichtung 1 relativ zur Sonotrode 8 in der

Schliessrichtung R durch die Öffnung 21 hindurch in den Zwischenraum zwischen den Zugteilen 2, 3 verschoben. Vorher, gleichzeitig oder nachher wird der zweite Seitenbegrenzer 5 durch die Öffnung 25 hindurch in den Zwischenraum eingeführt. Daraufhin wird die Zugeinrichtung 2, 3 wieder abgesenkt, und der Amboss 4 und der Seitenbegrenzer 5 können gegebenenfalls weiter verschoben werden. Insgesamt ergibt sich damit die in Figur 4 gezeigte Schweissposition S. In dieser Schweisspositi- on S wird der Amboss 4 durch eine Spannkraft in Richtung der Sonotrode 8 verspannt. Die Kraftübertragung erfolgt dabei über die Zugeinrichtung 2, 3, die Schliesseinrichtung 1 und den Amboss 4.

Aufgrund ihrer Bauweise ist die erfindungsgemässe Ultraschall ¬ schweissvorrichtung 50 besonders robust und kompakt, und es wir eine symmetrische Krafteinleitung erreicht. Hierdurch ist die Ultraschallschweissvorrichtung 50 besonders für das

Schweissen von Schweissgut, insbesondere von Litzen, mit gros ¬ sem Querschnitt senkrecht zur Einlegerichtung E geeignet.