GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ultraschallschweißeinrichtung. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Sonotrodenanordnung für eine Ultraschallschweißeinrichtung.

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 mit Kontaktteilen, Steckerteilen oder 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 Schwingeranordnung, welche einen Ultraschallschwingungs erzeuger und eine Sonotrode aufweist, erzeugt werden, in der Ultraschallschwingungen mit Frequenzen von typischerweise 20 kHz bis 50 kHz erzeugt und mithilfe einer Sonotrode 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 Fitzen von Kabeln bzw. einzelner Drähte oder Adern solcher Fitzen eingesetzt werden. Als Fügepartner können auch ein oder mehrere Fitzen bzw. Kabel mit einem Kontaktteil oder Steckerteil verschweißt werden. Es können auch Bleche miteinander oder mit andersartigen Fügepartnem durch Ultraschallschweißen verbunden werden. Hierzu werden die Fügepartner im Allgemeinen in einen Aufnahmeraum einer Ultraschallschweiß einrichtung eingelegt und anschließend zwischen einer Ultraschall-schwingenden Sonotrode und einem Amboss miteinander verschweißt.

Beim Ultraschallschweißen kommt es typischerweise insbesondere aufgrund des Eintrags von Ultraschallschwingungen sowie der durch diese bedingten Reibungen zwischen der Sonotrode und den Fügepartnem während eines Schweißvorgangs zu einer Erwärmung der Sonotrode. Teilbereiche der Sonotrode können dabei Temperaturen von weit über 100 °C, je nach Anwendungsfall temporär lokal sogar bis zu 300 °C erreichen. Allerdings können sich während eines Ultraschallschweiß Vorgangs einstellende erhöhte Temperaturen negativ auf eine Qualität einer zu erzeugenden Verschweißung zwischen Fügepartnem auswirken. Im Laufe mehrerer Verschweißungen können sich auch umliegende Komponenten erwärmen, wodurch eine Qualität der Schweißergebnisse ebenfalls beeinträchtigt werden kann.

Es wurden daher verschiedene Ansätze entwickelt, um die Sonotrode und/oder andere Komponenten einer Schwingeranordnung während eines Uhraschallschweißvorgangs zu kühlen. Beispielsweise wurden Sonotroden herkömmlich mit einem kühlenden Luftstrom umströmt, um ihre Temperatur zu senken. Es wurden auch Ansätze entwickelt, zumindest Teilbereiche einer Sonotrode durch eine Flüssigkeitskühlung zu kühlen.

Allerdings haben sich herkömmliche Ansätze für bestimmte Ultraschall- schweiß-Anwendungen, insbesondere für Anwendungen, bei denen voluminöse Fügepartner mit besonders hohen Energien und/oder über besonders lange Zeiträume hin verschweißt werden sollen und/oder bei denen eine große Anzahl von Verschweißungen nacheinander durchgeführt werden sollen, als nicht ausreichend effizient und/oder als technisch schwierig zu implementieren erwiesen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG UND VORTEILHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN

Es kann ein Bedarf an einer Sonotrodenanordnung sowie einer damit ausgestatteten Uhraschallschweißeinrichtung bestehen, bei denen Bereiche einer Schwingeranordnung effizient und/oder in technisch einfach zu realisierender Weise gekühlt werden können.

Einem solchen Bedarf kann mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche entsprochen werden. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung definiert. Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Sonotrodenanordnung für eine Ultraschallschweißeinrichtung beschrieben, wobei die Sonotrodenanordnung eine Schwingeranordnung und eine Kühleinrichtung aufweist. Die Kühleinrichtung weist wenigstens einen Kühlkörper auf. Der Kühlkörper ist in der Kühleinrichtung derart gelagert gehalten, dass der Kühlkörper zwischen einer anliegenden Position, in der eine Kontaktoberfläche des Kühlkörpers an einer Kontaktoberfläche der Schwingeranordnung anliegt, und einer beabstandeten Position, in der die Kontaktoberfläche des Kühlkörpers von der Kontaktoberfläche der Schwingeranordnung beabstandet ist, reversibel verlagerbar ist.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Uhraschallschweißeinrichtung beschrieben, welche eine Sonotrodenanordnung gemäß einer Ausführungsform des ersten Aspekts der Erfindung und 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.

Nachfolgend wird der Begriff „Sonotrodenanordnung“ für eine Gesamtheit aus einer Schwingeranordnung und einer zu deren Kühlung eingesetzten Kühl einrichtung verwendet. Die Schwingeranordnung umfasst dabei zumindest einen Uhraschallschwingungserzeuger und eine mit dem Ultraschallschwingungs- erzeuger gekoppelte Sonotrode. Als Uhraschallschwingungserzeuger wird hierbei eine Anordnung aus einer, zwei oder mehreren Komponenten verstanden, welche Uhraschallschwingungen generiert, eventuell modifiziert und letztendlich in die Sonotrode einkoppelt. Der Uhraschallschwingungserzeuger umfasst typischerweise einen Konverter, in dem elektrische Signale in Uhraschall schwingungen konvertiert werden, sowie in vielen Fällen einen Booster, in dem die Uhraschallschwingungen modifiziert werden, bevor sie an die angekoppelte Sonotrode weitergeleitet werden. Wie einleitend bereits angedeutet, sollte die Schwingeranordnung einer Ultraschallschweißeinrichtung gekühlt werden, um hohe Temperaturen während eines Ultraschallschweißvorgangs und daraus resultierende negative Einflüsse auf die bewirkte Verschweißung zwischen Fügepartnem zu vermeiden.

Bei einer herkömmlich hierzu eingesetzten Luftkühlung wird ein Strom aus Umgebungsluft oder in manchen Fällen speziell vorgekühlter Luft derart auf die Sonotrode gerichtet, dass der Luftstrom die Sonotrode umspült und dabei Wärme aus dieser ableitet. Eine solche Luftkühlung lässt sich verhältnismäßig einfach implementieren und beeinflusst eine Funktionalität der Sonotrode im Regelfall nicht wesentlich. Insbesondere wird ein Schwingungs verhalten der Sonotrode im Allgemeinen nicht beeinflusst. Allerdings ist eine Wärmekapazität von Luft verhältnismäßig gering, sodass insbesondere bei Anwendungen, bei denen viel Wärme in der Sonotrode frei wird, eine Kühlung allein durch Luftzirkulation unzureichend sein kann. Dies kann dazu führen, dass die Sonotrode zwischen zwei Schweiß Vorgängen relativ lange abkühlen muss, wodurch sich Taktzeiten für nacheinander durchzuführende Schweiß Vorgänge verlängern können.

Es wurde daher angestrebt, eine Flüssigkeitskühlung zu entwickeln, um die Sonotrode wirkungsvoller kühlen zu können. Beispielsweise wurde in WO 2017/001255 A2 vorgeschlagen, Kanäle in Sonotroden vorzusehen, durch welche eine Kühlflüssigkeit geleitet werden kann.

Allerdings wurde erkannt, dass es technisch schwierig zu implementieren sein kann, Kühlkanäle direkt beispielsweise in einer Sonotrode zu erzeugen und Kühlflüssigkeit durch diese zu leiten. Insbesondere wurde erkannt, dass die erzeugten Kühlkanäle und die durch diese hindurchgeleitete Kühlflüssigkeit ein Schwingungsverhalten der Sonotrode signifikant beeinflussen können. Dementsprechend kann es beispielsweise notwendig sein, die Geometrie der Sonotrode, der darin vorgesehenen Kühlkanäle, der zu leitenden Kühlflüssigkeit und/oder einer Anbindung der Sonotrode an einen Ultraschallschwingungs generator sowie an eine Kühlflüssigkeitsversorgung sehr sorgfältig zu konzipieren, wobei das Schwingungs verhalten der Sonotrode trotz einer solchen gezielten Konzipierung negativ beeinflusst sein kann im Vergleich zu einer herkömmlichen Sonotrode ohne eine solche integrierte Flüssigkeitskühlung.

Es wird daher vorgeschlagen, in einer Sonotrodenanordnung eine Kühleinrichtung vorzusehen, welche die Schwingeranordnung zwar effizient kühlen kann, darin erzeugte Ultraschallschwingungen während eines Schweiß Vorgangs jedoch vorzugsweise nicht oder allenfalls minimal beeinflusst.

Zu diesem Zweck verfügt die Kühleinrichtung über wenigstens einen Kühlkörper. Der Kühlkörper soll die Eigenschaft haben, während eines Betriebs der Ultraschallschweißeinrichtung eine geringere Temperatur aufzuweisen als die Schwingeranordnung und aufgrund dieses Temperaturunterschieds effizient Wärme aus der Schwingeranordnung ableiten zu können. Hierzu kann der Kühlkörper einerseits gegebenenfalls aktiv gekühlt werden, beispielsweise, wie weiter unten detaillierter beschrieben, mithilfe einer Fluidkühlung. Andererseits sollte der Kühlkörper zumindest bereichsweise aus einem Material bestehen, welches eine hohe Wärmeleitfähigkeit und vorzugsweise auch eine hohe Wärmekapazität aufweist. Beispielsweise kann der Kühlkörper zumindest bereichsweise aus einem Metall, insbesondere aus einem Metall mit überdurchschnittlicher Wärmeleitfähigkeit und/oder Wärmekapazität, bestehen.

Der Kühlkörper soll jedoch nicht in andauerndem mechanischem und somit wärmeleitendem Kontakt mit der Schwingeranordnung bzw. mit einer oder mehreren von deren Komponenten wie insbesondere der Sonotrode stehen. Stattdessen soll die Kühleinrichtung derart konfiguriert sein, dass der Kühlkörper zwischen einer anliegenden Position und einer beabstandeten Position verlagert werden kann. In der anliegenden Position soll eine Kontaktoberfläche des Kühlkörpers an einer Kontaktoberfläche der Schwingeranordnung anliegen, sodass zwischen beiden Kontaktoberflächen ein mechanischer und wärmeleitender Kontakt etabliert wird. In der beabstandeten Position hingegen sollen die Schwingeranordnung und der Kühlkörper derart voneinander beabstandet sein, dass sich deren Kontaktoberflächen nicht berühren. Die Kühleinrichtung kann prinzipiell lediglich einen Kühlkörper aufweisen. Es kann jedoch vorteilhaft sein, mehrere Kühlkörper vorzusehen, welche die Schwingeranordnung bzw. einzelne oder mehrere ihrer Komponenten beispielsweise von entgegengesetzten Seiten her kontaktieren können und/oder welche unterschiedliche Teilbereiche der Schwingeranordnung kontaktieren können.

Zwischen der anliegenden Position und der beabstandeten Position kann der Kühlkörper beispielsweise linear verlagert, um eine Drehachse schwenkend verlagert, entlang einer Kulisse verlagert oder in anderer Weise verlagert werden.

Durch eine verlagerbare Lagerung des Kühlkörpers kann der Kühlkörper in vorteilhafter Weise mit der Schwingeranordnung kühlend Zusammenwirken, ohne jedoch deren Ultraschallschwingungsverhalten während eines Schweiß Vorgangs negativ zu beeinflussen. Insbesondere kann der Kühlkörper lediglich zeitweise, d.h. während Phasen, in denen die Schwingeranordnung nicht zum Schweißen eingesetzt wird und somit nicht zu schwingen braucht, an die Schwingeranordnung durch Verlagern in die anliegende Position angelegt werden, um der Schwingeranordnung durch Wärmeleitung Wärme zu entziehen. Während Phasen, in denen die Schwingeranordnung jedoch Fügepartner schweißen soll und daher ultraschallschwingen muss, kann der Kühlkörper in die beabstandete Position verlagert werden, sodass die Schwingeranordnung nicht durch eine daran anliegende Masse des Kühlkörpers in ihrem Schwingungs verhalten beeinflusst wird.

Dementsprechend kann mithilfe der hierin vorgeschlagenen Kühleinrichtung eine effiziente Kühlung der Schwingeranordnung ermöglicht werden, ohne dass hierfür die Schwingeranordnung selbst signifikant modifiziert werden bräuchte. Insbesondere brauchen in der Schwingeranordnung und insbesondere in deren Sonotrode keine Kühlkanäle vorgesehen werden, welche das Schwingungs verhalten der Schwingeranordnung verändern könnten. Stattdessen können bei der hier vorgeschlagenen Sonotrodenanordnung herkömmliche Schwingeranordnungen eingesetzt werden und es braucht auch kein Entwicklungsaufwand getrieben werden, um diese zur Etablierung einer Kühlmöglichkeit zu modifizieren.

Die vorgeschlagene Sonotrodenanordnung ermöglicht somit ein effizientes Kühlen der Sonotrode, ohne jedoch deren Funktionalität während Ultraschal 1- schweißvorgängen negativ zu beeinflussen. Dabei ist die Kühleinrichtung der Sonotrodenanordnung verhältnismäßig einfach technisch zu realisieren.

Gemäß einer Ausführungsform kann die Kontaktoberfläche des Kühlkörpers zumindest bereichsweise eine Kontur aufweisen, die zu einem Teilbereich der Kontaktoberfläche der Schwingeranordnung komplementär geformt ist.

Anders ausgedrückt kann die Kontaktoberfläche des Kühlkörpers geometrisch derart ausgestaltet sein, dass sie sich zumindest bereichsweise flächig an die Kontakt oberfläche der Schwingeranordnung anlegen lässt. Zwischen beiden Kontaktoberflächen kann es somit in der anliegenden Position des Kühlkörpers zu einem flächigen und somit thermisch gut leitfähigen Kontakt kommen, über den viel Wärme aus der Schwingeranordnung abgeleitet werden kann.

Eine Geometrie der Kontaktoberflächen sowie gegebenenfalls des gesamten Kühlkörpers kann dabei beispielsweise abhängig von Eigenschaften der Schwingeranordnung so gewählt sein, dass mithilfe des mindestens einen Kühlkörpers ausreichend Wärme innerhalb kurzer Zeit aus der Schwingeranordnung abgeleitet werden kann. Dementsprechend kann eine Abkühlphase, innerhalb derer die Schwingeranordnung nicht zum Schweißen eingesetzt wird und stattdessen der Kühlkörper in seiner anliegenden Position zum Kühlen der Schwingeranordnung eingesetzt wird, kurz gehalten werden, sodass insgesamt Taktzeiten zwischen aufeinanderfolgenden Ultraschallschweißvorgängen verkürzt werden können.

Wie die Kontaktoberflächen für eine konkrete Sonotrodenanordnung gewählt werden sollten, kann dabei von verschiedenen Faktoren ab hängen wie beispielsweise (i) einer Leistung, mit der die Schwingeranordnung betrieben werden soll und die mit einer Wärmeerzeugung in der Schwingeranordnung korreliert, (ii) einem Material der Schwingeranordnung und/oder des Kühlkörpers und somit einer Wärmeleitfähigkeit und einer Wärmekapazität dieser beiden Komponenten,

(iii) einem beispielsweise durch eine aktive Kühlung des Kühlkörpers zu bewirkenden Temperaturunterschied zwischen der Schwingeranordnung und dem Kühlkörper, oder anderen Faktoren.

Beispielsweise kann die Kontaktoberfläche der Sonotrode, über die Wärme in den Kühlkörper abgeleitet wird, einen Anteil von beispielsweise zwischen 1 % und 99 %, vorzugsweise zwischen 10 % und 90 %, einer Gesamtoberfläche der Schwingeranordnung bzw. von deren Sonotrode ausmachen. Die Kontaktoberfläche der Schwingeranordnung bzw. von deren Sonotrode kann dabei mit einer einzelnen Kontaktoberfläche eines einzelnen Kühlkörpers oder vorzugsweise mit mehreren Kontaktoberflächen mehrerer Kühlkörper in Anlage gebracht werden. Die Kontakt oberfläche der Schwingeranordnung sollte dabei einerseits nicht zu klein sein, um einen ausreichenden Wärmetransfer zu dem Kühlkörper zu ermöglichen. Andererseits wirkt im Regelfall nicht die gesamte Oberfläche der Schwingeranordnung als Kontaktoberfläche, da Teilbereiche dieser Oberfläche beispielsweise schwierig zu erreichen sind, mechanisch empfindlich sind und/oder nicht kontaktierte Bereiche verbleiben müssen, da der bzw. die Kühlkörper Platz benötigen, um von ihrer anliegenden in ihrer beabstandete Position verlagert werden zu können.

Gemäß einer Ausführungsform kann der Kühlkörper an einer zu der Schwingeranordnung gerichteten Seite ein deformierbares Element aufweisen. Die Kontaktoberfläche des Kühlkörpers kann dabei von einer zu der Schwingeranordnung gerichteten Außenoberfläche des deformierbaren Elements gebildet sein. Alternativ oder ergänzend kann die Schwingeranordnung an einer zu dem Kühlkörper gerichteten Seite ein deformierbares Element aufweisen, wobei die Kontaktoberfläche der Schwingeranordnung von einer zu dem Kühlkörper gerichteten Außenoberfläche des deformierbaren Elements gebildet ist. Das deformierbare Element kann jeweils dazu konfiguriert sein, sich in der anliegenden Position derart zu deformieren, dass die Außenoberfläche des deformierbaren Elements sich an die gegenüberliegende Kontaktoberfläche der Schwingeranordnung bzw. des Kühlkörpers anschmiegt. Mit anderen Worten kann es vorteilhaft sein, den Kühlkörper und/oder die Schwingeranordnung derart auszubilden, dass deren jeweilige Kontaktoberfläche keine starre Kontur aufweist, sondern mit relativ geringen Kräften deformiert werden kann. Hierzu kann an dem Kühlkörper und/oder der Schwingeranordnung ein deformierbares Element ausgebildet sein, welches die Kontaktoberfläche hin zu der gegenüberliegenden Schwingeranordnung bzw. dem Kühlkörper bildet. Das deformierbare Element kann von einem Grundkörper des Kühlkörpers bzw. der Schwingeranordnung gehalten bzw. gestützt werden. Dabei kann das deformierbare Element eine ausreichend hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen und ausreichend mit dem Grundkörper in Kontakt stehen, um an der Kontaktoberfläche aufgenommene Wärme an den Grundkörper weitergeben zu können.

Ein solches deformierbares Element kann beispielsweise eine deformierbare Schicht und/oder eine deformierbare Struktur, insbesondere eine deformierbare Oberflächenstruktur, sein. Die deformierbare Schicht kann beispielsweise eine Schicht aus einem Material sein, welches sich im Vergleich zu einem Material, aus dem der Grundkörper des Kühlkörpers bzw. der Schwingeranordnung besteht, insbesondere im Vergleich zu einem massiven Metall, mit geringen Kräften deformieren lässt. Beispielsweise kann eine solche Schicht aus einem Elastomermaterial bestehen. Alternativ oder ergänzend kann eine deformierbare Struktur bzw. Oberflächenstruktur beispielsweise in Form von Lamellen, Noppen oder ähnlichem vorgesehen sein, die sich im Vergleich zu einer massiven Struktur mit geringen Kräften deformieren lässt. Als weitere Alternative kann das deformierbare Element beispielsweise mit einer Flüssigkeit oder einer Art Gel, welche in eine flexible Hülle eingebracht sind, ausgebildet sein. Das deformierbare Element kann elastisch und/oder plastisch deformierbar sein.

Aufgrund der Deformierbarkeit des die Kontaktoberfläche bildenden deformierbaren Elements kann sich der Kühlkörper in seiner anliegenden Position möglichst flächig an die Kontaktoberfläche der Schwingeranordnung anschmiegen. Auf diese Weise kann ein thermisch sehr gut leitfähiger Kontakt zwischen dem Kühlkörper und der Schwingeranordnung etabliert werden. Gemäß einer Ausführungsform kann die Kühleinrichtung wenigstens einen Kühlkörper mit Kühlkanälen und eine Kühlfluidfördereinrichtung aufweisen. Die Kühlfluidfordereinrichtung kann dabei dazu konfiguriert sein, ein Kühlfluid durch die Kühlkanäle des Kühlkörpers zu fördern.

Anders ausgedrückt kann die Kühleinrichtung derart konfiguriert sein, dass ihr Kühlkörper aktiv gekühlt werden kann. Die hierbei vorzusehende Kühlfluidförder einrichtung kann ein Kühlfluid, das heißt eine kühlende Flüssigkeit oder ein kühlendes Gas, durch Kühlkanäle in den Kühlkörper leiten. Das Kühlfluid kann hierzu vorher auf eine niedrigere Temperatur als diejenige des Kühlkörpers gebracht werden, sodass es beim Durchleiten durch die Kühlkanäle Wärme aus dem Kühlkörper ableiten kann.

Die Möglichkeit, den Kühlkörper aktiv kühlen zu können, schafft letztendlich indirekt die Möglichkeit, mithilfe des Kühlkörpers die Schwingeranordnung schnell und effizient kühlen zu können.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Ansätzen, bei denen ein Kühlfluid direkt durch Kühlkanäle in der Schwingeranordnung geleitet werden soll, soll bei der hier beschriebenen Aus führungs form jedoch das Kühlfluid durch den separaten Kühlkörper geleitet und dieser lediglich zeitweise in thermischen Kontakt mit der Schwingeranordnung gebracht werden.

Ein aktives Kühlen des Kühlkörpers durch Durchleiten von Kühlfluid kann dabei technisch deutlich einfacher zu realisieren sein als ein Kühlen der Schwingeranordnung durch Durchleiten von Kühlfluid direkt durch die Schwingeranordnung. Insbesondere kann der Kühlkörper ein verhältnismäßig einfach zu konzipierendes Bauteil sein, an das im Allgemeinen keine besonderen mechanischen Anforderungen zu stellen sind. Beispielsweise braucht der Kühlkörper im Gegensatz zur Schwingeranordnung keine bestimmten Schwingungseigenschaften, insbesondere Ultraschall- Schwingungs eigenschaften aufweisen, welche durch eine Geometrie von Kühlkanälen beeinflusst werden könnten. Außerdem ermöglicht der Ansatz, dass der Kühlkörper lediglich dann gegen die Schwingeranordnung gepresst wird, wenn diese zwischen zwei Schweiß Vorgängen nicht ultraschahschwingt, dass der Kühlkörper selbst während des Betriebs der Ultraschall- schweißeinrichtung keinen Ultraschahschwingungen ausgesetzt ist. Dies kann beispielsweise eine Anbindung der in dem Kühlkörper vorgesehenen Kühlkanäle an die Kühlfluidfördereinrichtung und/oder ein Abdichten des hierbei gebildeten Kühlkreislaufs signifikant vereinfachen.

Gemäß einer konkretisierten Ausführungsform können dabei die Kühlkanäle an dem Kühlkörper als sich durch den Kühlkörper erstreckende, allseitig umschlossene Durchgangskanäle ausgebildet sein.

Die Kühlkanäle können somit lediglich an ihren entgegengesetzten Enden, an denen sie beispielsweise mit der Kühlfluidfordereinrichtung verbunden sein können, offen sein und dazwischen ein fluiddicht geschlossenes System bilden. Dementsprechend kann Kühlfluid von der Kühlfluidfordereinrichtung durch die Kühlkanäle gepumpt werden. Insgesamt kann ein Kühlkreislauf gebildet werden, in dem Kühlfluid beim Durch strömen der Kühlkanäle Wärme aufhimmt und die Wärme anschließend, bevor es erneut von der Kühlfluidfördereinrichtung durch die Kühlkanäle gefördert wird, wieder abgibt. Die Kühlkanäle können sich durch den Kühlkörper beispielsweise als Durchgangs kanäle in Form von Durchgangsbohrungen erstrecken.

Dabei kann, gemäß einer Ausführungsform, die Kühlfluidfördereinrichtung dazu konfiguriert sein, eine Flüssigkeit durch die Kühlkanäle des Kühlkörpers zu fördern.

Anders ausgedrückt kann als Kühlfluid eine Flüssigkeit dienen und diese Flüssigkeit kann von der Kühlfluidfordereinrichtung durch die Kühlkanäle des Kühlkörpers gepumpt werden. Als Flüssigkeit kann beispielsweise Wasser, verschiedene Öle oder sonstige flüssige Kühlmittel eingesetzt werden.

Flüssigkeiten haben generell eine höhere Wärmekapazität und/oder eine höhere Wärmeleitfähigkeit als Gase und eignen sich somit für viele Anwendungszwecke besser zur Kühlung als beispielsweise Fuft. Alternativ oder ergänzend zu einer Ausgestaltung mit Durchgangskanälen für die zuvor beschriebene Flüssigkeitskühlung können die Kühlkanäle an dem Kühlkörper mit abragenden Kühlrippen ausgebildet sein.

Die Kühlrippen können dabei beispielsweise von dem Grundkörper des Kühlkörpers abragen. Die Kühlrippen können einstückig mit dem Grundkörper ausgebildet sein bzw. mit diesem in gutem Wärmekontakt stehen. Zwischen den Kühlrippen können Kühlkanäle ausgebildet sein, die zumindest zu einer Seite hin offen sein können. Durch diese einseitig offenen Kühlkanäle kann eine Kühlfluidfordereinrichtung ein Kühlfluid leiten, sodass insgesamt der Kühlkörper aktiv gekühlt werden kann.

Gemäß einer Ausführungsform kann die Kühlfluidfördereinrichtung dabei dazu konfiguriert sein, ein Gas, insbesondere Luft, durch die Kühlkanäle des Kühlkörpers zu fordern.

Das Gas kann dabei als Kühlfluid dienen, um beim Durchströmen der Kühlkanäle Wärme aus dem Kühlkörper abzuleiten. Obwohl Gase im Allgemeinen eine geringere Wärmekapazität und/oder eine geringere Wärmeleitfähigkeit als Flüssigkeiten aufweisen, kann eine Kühlung mithilfe von Gasen für manche Anwendungszwecke, insbesondere für Anwendungszwecke, bei denen keine besonders hohen Kühlleistungen nötig sind, vorteilhaft sein. Beispielsweise kann beim Einsatz eines Gases als Kühlfluid in vielen Fällen darauf verzichtet werden, den Kühlkreislauf als hermetisch dichten Kreislauf auszubilden. Dementsprechend kann auf das Vorsehen von speziellen Dichtungen oft verzichtet werden. Außerdem ist eine Kühlung mittels Kühlgasen meist technisch einfacher zu implementieren und/oder zu warten als eine Kühlung mittels Kühlflüssigkeiten. Beispielsweise brauchen meist keine speziellen Kühlfluid-Reservoirs vorgehalten werden und auch eine Gefahr von Leckagen ist in vielen Fällen vemachlässigbar.

Gasförmiges Kühlfluid, insbesondere Luft, kann beispielsweise einfach durch eine Art Gebläse oder Ventilator durch die von den Kühlrippen begrenzten Kühlkanäle gefördert werden. Gegebenenfalls kann Gas unter erhöhtem Druck, beispielsweise als Druckluft, durch solche Kanäle gefordert werden und dabei aufgrund hoher Strömungs geschwindigkeiten mehr Wärme ableiten.

Gemäß einer Ausführungsform kann die Kühleinrichtung zwei Kühlkörper aufweisen. Die Kühlkörper können dabei in der Kühleinrichtung derart gelagert gehalten sein, dass die Kühlkörper zwischen einer anliegenden Position, in der die beiden Kühlkörper jeweils mit einer Kontaktoberfläche an einander gegenüber liegenden Kontakt oberflächen an der Schwingeranordnung anliegen, und einer beabstandeten Position, in der die beiden Kühlkörper jeweils mit ihrer Kontaktoberfläche von den Kontaktoberflächen der Schwingeranordnung beabstandet sind, reversibel verlagerbar sind.

Anders ausgedrückt kann die Kühleinrichtung statt mit lediglich einem Kühlkörper mit wenigstens zwei Kühlkörpern ausgestattet sein. Die beiden Kühlkörper können dabei bei Bedarf von entgegengesetzten Seiten her an ihnen jeweils zugeordnete Kontakt oberflächen der Schwingeranordnung angelegt werden, um die Schwingeranordnung zu kühlen. Die Kontaktoberfläche jedes einzelnen der Kühlkörper kann dabei lediglich einen Teil der Oberfläche der Schwingeranordnung, insbesondere maximal die Hälfte der Oberfläche der Schwingeranordnung oder eines Teilbereichs der Schwingeranordnung, mechanisch und thermisch kontaktieren. Insgesamt können die beiden Kühlkörper dabei einen großen, vorzugsweise einen überwiegenden Anteil der Oberfläche der Schwingeranordnung bzw. eines Teilbereichs der Schwingeranordnung kontaktieren.

Während eines Schweiß Vorgangs können die beiden Kühlkörper jeweils in ihre beabstandete Position verlagert werden und somit die Schwingeranordnung freigeben, sodass diese ungehindert schwingen kann. Beispielsweise können die beiden Kühlkörper hierzu in entgegengesetzte Richtungen verlagert werden. Insbesondere können die beiden Kühlkörper linear voneinander weg gefahren oder schwenkend voneinander weg gespreizt werden. Gemäß einer Ausführungsform kann die Kühleinrichtung wenigstens einen Aktuator aufweisen, der dazu konfiguriert ist, den wenigstens einen Kühlkörper zwischen der anliegenden Position und der beabstandeten Position zu verlagern.

Der Aktuator kann auf verschiedenste Weise ausgebildet sein und direkt oder indirekt mit dem Kühlkörper gekoppelt sein. Dabei kann der Aktuator eine Verlagerung des Kühlkörpers zwischen der anliegenden und der beabstandeten Position durch von dem Aktuator elektrisch, elektromagnetisch, pneumatisch, hydraulisch oder in anderer Weise erzeugte Kräfte bewirken. Beispielsweise kann der Aktuator einen elektrischen Stellmotor, ein elektromagnetisches Stellglied, eine Pneumatik, eine Hydraulik oder Ähnliches aufweisen. Dabei kann der Aktuator dazu konfiguriert sein, den einen oder die mehreren Kühlkörper linear, schwenkend oder in anderer Weise zwischen der beabstandeten und der anliegenden Position reversibel verlagern zu können. Mithilfe des Aktuators kann die Kühleinrichtung den mindestens einen Kühlkörper somit automatisiert an die Schwingeranordnung anlegen bzw. von der Schwingeranordnung weg bewegen.

Gemäß einer Ausführungsform kann die Sonotrodenanordnung ferner eine Steuerung aufweisen, welche dazu konfiguriert ist, den wenigstens einen Aktuator dazu anzusteuem, den wenigstens einen Kühlkörper während einer Schweißphase, in der in der Schwingeranordnung Ultraschallschwingungen erzeugt werden, in die beabstandete Position zu verlagern und den wenigstens einen Kühlkörper während einer Ruhephase, in der in der Schwingeranordnung keine Ultraschallschwingungen erzeugt werden, in die anliegende Position zu verlagern.

Anders ausgedrückt kann eine Steuerung erkennen, ob in der Schwingeranordnung aktuell Ultraschallschwingungen erzeugt werden, um einen Ultraschallschweißvorgang durchzuführen, oder ob die Schwingeranordnung aktuell ohne Ultraschallschwingungen passiv ruht, beispielsweise um zwischen zwei Ultraschallschweißvorgängen abkühlen zu können. Die Steuerung kann je nach erkanntem aktuellem Zustand der Schwingeranordnung die Kühleinrichtung dazu ansteuem, mithilfe ihres wenigstens einen Aktuators den wenigstens einen Kühlkörper in seine anliegende Position oder in seine beabstandete Position zu verlagern. Während der Ruhephase wird dabei der Kühlkörper mithilfe des Aktuators gegen die Kontaktoberfläche der Schwingeranordnung gepresst, um Wärme ableiten zu können. Kurz bevor eine nächste Schweißphase begonnen wird, kann die Steuerung dann den Aktuator dazu ansteuem, den Kühlkörper von der Kontaktoberfläche weg zu verlagern. Mithilfe der Steuerung und des Aktuators kann somit ein Kühlvorgang, bei dem die Schwingeranordnung durch Anlegen des Kühlkörpers temporär entwärmt werden soll, automatisiert durchgeführt werden.

Gemäß einer Ausführungsform kann die Schwingeranordnung in einer ersten Richtung zwischen einer Ruheposition und einer Schweißposition verlagerbar sein. Der wenigstens eine Kühlkörper kann dabei in einer zweiten Richtung quer zu der ersten Richtung verlagerbar sein, um zwischen der anliegenden Position und der beabstandeten Position verlagert zu werden.

Mit anderen Worten kann die Schwingeranordnung nicht als stationär fixiertes Bauteil ausgestaltet sein, sondern zwischen der Ruheposition und der Schweißposition verlagert werden. In der Schweißposition kann ein Sonotrodenkopf dabei hin zu einem Amboss verlagert werden und dadurch den Aufhahmeraum zwischen diesen beiden Komponenten verkleinern und hierdurch in dem Aufhahmeraum aufgenommene Fügepartner zwischen dem Sonotrodenkopf und dem Amboss beklemmen. In dieser Schweißposition kann die Schwingeranordnung dann in Ultraschallschwingungen versetzt werden und der Ultraschallschweißvorgang durchgeführt werden. Anschließend an einen Ultraschallschweißvorgang kann die Schwingeranordnung in ihre Ruheposition verfahren werden, wobei der Aufnahmeraum wieder vergrößert wird, sodass die Fügepartner entnommen und gegebenenfalls neue Fügepartner für einen nachfolgenden Schweiß Vorgang eingeführt werden können. Derart ausgestaltete Ultraschallschweißeinrichtungen werden insbesondere häufig dazu eingesetzt, Litzen mit Kontaktelementen oder Bleche miteinander zu verschweißen.

Bei einer derart verlagerbar ausgeführten Schwingeranordnung kann die Kühleinrichtung der Sonotrodenanordnung derart ausgestaltet sein, dass ihr wenigstens einer Kühlkörper quer zu der Verlagerungsrichtung der Schwingeranordnung verlagert werden kann. Anders aus gedrückt können eine Verlagerungsrichtung der Schwingeranordnung und eine Verlagerungsrichtung des Kühlkörpers quer, insbesondere senkrecht, zueinander verlaufen. Beispielsweise kann die Verlagerungsrichtung der Schwingeranordnung vertikal verlaufen und die Verlagerungsrichtung des Kühlkörpers kann horizontal verlaufen. Die Verlagerungsrichtung des Kühlkörpers kann dabei geradlinig oder gekrümmt verlaufen. Beispielsweise kann der Kühlkörper um eine Achse gedreht oder geschwenkt werden.

Der Kühlkörper kann dabei in seiner anliegenden Position die sich in ihrer Ruheposition befindliche Schwingeranordnung zwar derart kontaktieren, dass diese nicht mehr verlagert werden könnte, in seiner beabstandeten Position die Schwingeranordnung jedoch derart ff eigeben, dass diese in ihre Schweißposition verfahren werden kann. Der Kühlkörper kann in seiner Verlagerungsbewegung dabei durch eine geeignete Führung geführt sein und/oder mithilfe eines geeigneten Aktuators bewegt werden.

Gemäß einer Ausführungsform kann die Sonotrode einen Sonotrodenkopf aufweisen und der Sonotrodenkopf eine Anpressfläche aufweisen, mit welcher während eines Schweißvorgangs Fügepartner gegen einen Amboss gepresst werden und Ultraschallschwingungen von dem Sonotrodenkopf auf die Fügepartner übertragen werden. Der zumindest eine Kühlkörper kann in diesem Fall derart ausgestaltet und verlagerbar sein, dass er in seiner anliegenden Position seitlich an dem Sonotrodenkopf anliegt.

Im Allgemeinen ist der Sonotrodenkopf einerseits derjenige Bereich der Sonotrode, der während eines Schweiß Vorgangs der größten Temperaturerhöhung ausgesetzt ist. Insbesondere wird der Sonotrodenkopf während des Ultraschall schweißens mit seiner Anpressfläche gegen Fügepartner gepresst, welche an ihrer entgegengesetzten Seite von dem Amboss abgestützt werden. Dabei kann sich der Sonotrodenkopf signifikant erwärmen und somit einen am meisten kühlungs bedürftigen Bereich der Schwingeranordnung darstellen. Andererseits stellt der Sonotrodenkopf meist denjenigen Bereich der Schwingeranordnung dar, der am empfindlichsten gegenüber Modifikationen an seiner Geometrie und/oder Berührungen durch an ihn angreifende Massen reagiert. Dementsprechend war es mit herkömmlichen Ansätzen wie beispielsweise einer integrierten Flüssigkeitskühlung schwierig, insbesondere diesen Sonotrodenkopf effizient zu kühlen, ohne dabei sein Schwingungs verhalten während eines Schweißvorgangs zu stören und letztendlich Schweißergebnisse zu verschlechtern.

Der hierin vorgestellte Ansatz eines verlagerbaren und an die Schwingeranordnung temporär anpressbaren Kühlkörpers kann zwar prinzipiell zum Kühlen jedes beliebigen Bereichs der Schwingeranordnung eingesetzt werden. Er eignet sich aber besonders zum Kühlen des ansonsten schwer zu kühlenden Sonotrodenkopfs.

Dabei kann der eine oder die mehreren Kühlkörper beispielsweise an eine oder mehrere einander entgegengesetzte Seitenflächen des Sonotrodenkopfs und/oder gegebenenfalls gegen eine freiliegende Stirnfläche des Sonotrodenkopfs angelagert werden. In bestimmten Anwendungsfällen ist es auch vorstellbar, einen oder mehrere Kühlkörper direkt gegen die Anpressfläche des Sonotrodenkopfs und/oder eine ihr entgegengesetzte rückseitige Oberfläche des Sonotrodenkopfs anzulagem.

Ausführungsformen der hierin beschriebenen Sonotrodenanordnung bzw. der damit ausgestatteten Ultraschallschweißeinrichtung können verschiedene Vorteile ermöglichen. Im Vergleich zu herkömmlichen Sonotrodenanordnungen beispiels weise mit einer Luftkühlung kann der Einsatz der hierin vorgeschlagenen, gegebenenfalls aktiv kühlbaren Kühleinrichtung kürzere Taktzeiten für aufeinanderfolgende Ultraschallschweißvorgänge ermöglichen, da die Schweißwerkzeuge, insbesondere die Sonotrode, zwischen zwei Ultraschall schweißvorgängen effizient gekühlt werden kann. Ferner kann eine räumlich und/oder zeitlich gleichmäßigere Temperatur in der Schwingeranordnung erreicht werden. Temperaturspitzen an der Sonotrode, insbesondere an deren Sonotrodenkopf, können geglättet werden. Insgesamt kann ein Werkzeugverschleiß gesenkt werden und/oder eine Energieeffizienz der gesamten Ultraschallschweißeinrichtung verbessert werden. Es wird daraufhingewiesen, dass mögliche Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung hierin teilweise mit Bezug auf eine erfindungsgemäß ausgestaltete Ultraschallschweißeinrichtung und deren Sonotrodenanordnung 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 Ansicht auf eine Ultraschallschweiß einrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht auf eine Sonotrodenanordnung für eine Ultraschallschweißeinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 3 zeigt eine perspektivische Teilansicht in der in Fig. 2 dargestellten Richtung A auf die Sonotrodenanordnung aus Fig. 2.

Fig. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht auf Teile der Kühleinrichtung der Sonotrodenanordnung aus Fig. 2. 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. In den Fign. 2 bis 4 sind eine Seitenansicht auf eine Sonotrodenanordnung 3 der Ultraschallschweißeinrichtung 1 sowie perspektivische Ansichten auf Teilbereiche dieser Sonotrodenanordnung 3, insbesondere auf deren Kühleinrichtung 15 und deren Schwingeranordnung 4, dargestellt.

Die Ultraschallschweißeinrichtung 1 umfasst die Sonotrodenanordnung 3 mit einer Schwingeranordnung 4 sowie einen Amboss 7. Die Schwingeranordnung 4 weist eine Sonotrode 5 und einen Ultraschallschwingungserzeuger 6 mit einem Konverter 13 und einem Booster 11 auf, wobei die Sonotrode 5 an einem Ende über den Booster 11 mit dem Konverter 13 gekoppelt ist und über diese in Ultraschallschwingungen versetzt werden kann. Die Sonotrode 5 weist einen Sonotrodenkopf 41 mit einer hin zu dem Amboss 7 gerichteten Anpressfläche 43 auf. Zwischen der Anpressfläche 43 und einer zu dem Sonotrodenkopf 41 gerichteten Oberfläche des Amboss 7 befindet sich ein Aufnahmeraum 8. Der Aufhahmeraum 8 kann durch weitere Komponenten wie beispielsweise einen oder mehrere Seitenschieber (aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt) seitlich begrenzt sein. In dem Aufnahmeraum 8 können Fügepartner 9 wie beispielsweise eine Litze und ein mit der Litze zu verschweißendes Kontaktelement aufgenommen sein. In alternativen Ausgestaltungen können auch zu verschweißende Bleche und/oder Litzen zu verschweißender Kabel oder Einzeldrähte einer verschweißend zu komprimierenden Litze in dem Aufhahmeraum aufgenommen sein. Die gesamte Sonotrodenanordnung 3 kann mithilfe eines Verlagerungsmechanismus (aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt) in einer ersten Richtung 37 verlagert werden, sodass sich die Schwingeranordnung 4 und insbesondere deren Sonotrodenkopf 41 hin zu dem Amboss 7 bewegt und dabei den Aufhahmeraum 8 verkleinert und somit die Fügepartner 9 beklemmt.

Während eines Ultraschallschweißvorgangs werden die Schwingeranordnung 4 und insbesondere deren Sonotrodenkopf 41 stark erwärmt. Um zu vermeiden, dass eine übermäßige Erwärmung zu einer Verschlechterung von Schweißergebnissen zwischen den Fügepartnem 9 führt, verfügt die Sonotrodenanordnung 3 über eine Kühleinrichtung 15.

Im dargestellten Beispiel verfügt die Kühleinrichtung 15 über mehrere Kühlkörper 17. Ein erstes Paar von Kühlkörpern 17‘ ist dabei an einem proximalen Ende der Sonotrode 5 in einem Bereich angeordnet, der sich zwischen dem Booster 11 und dem Sonotrodenkopf 41 erstreckt. Ein zweites Paar von Kühlkörpern 17“ ist im Bereich des Sonotrodenkopfs 41 vorgesehen (in Fig. 2 aus Übersichtlichkeits gründen nicht dargestellt). Ein drittes Paar von Kühlkörpern 17‘“ ist in einer Nähe eines distalen Endes der Schwingeranordnung 4 angeordnet. Alternativ oder ergänzend können Kühlkörper (nicht dargestellt) vorgesehen sein, um andere Komponenten der Schwingeranordnung 4 wie beispielsweise deren Booster 11 oder deren Konverter 13 kühlen zu können.

Bei dem beschriebenen Beispiel sollen die verschiedenen Kühlkörper 17 aktiv mithilfe einer Flüssigkeitskühlung gekühlt werden. Hierzu verfügt die Sonotrodenanordnung 3 über eine Kühlfluidfördereinrichtung 27. Die Kühlfluidfördereinrichtung 27 pumpt eine Kühlflüssigkeit durch Kühlkanäle 25 in Form von Durchgangskanälen 29, welche sich durch die verschiedenen Kühlkörper 17 erstrecken. Die Flüssigkeitskühlung kann dabei im Detail unterschiedlich ausgestaltet sein und ist in Fig. 1 lediglich schematisch dargestellt und in den anderen Figuren lediglich hinsichtlich der Kühlkanäle 25 veranschaulicht.

Die Kühlkörper 17 der Kühleinrichtung 15 sind dabei derart gelagert gehalten, dass jeder einzelne Kühlkörper 17 zwischen einer anliegenden Position und einer beabstandeten Position reversibel verlagert werden kann. In der anliegenden Position liegt hierbei eine Kontaktoberfläche 19 des jeweiligen Kühlkörpers 17 an einer benachbarten Kontaktoberfläche 21 der Schwingeranordnung 4 an. In der beabstandeten Position hingegen sind die beiden Kontaktflächen 19, 21 über einen Luftspalt voneinander beabstandet. Eine Breite des Luftspalts sollte dabei deutlich größer sein als eine Ultraschallschwingungsamplitude in radialer Richtung, mit der die Schwingeranordnung während des Schweiß Vorgangs schwingt. Beispielsweise kann der Luftspalt eine Breite von mehr als 1 mm aufweisen.

Die Kühleinrichtung 15 kann dabei zusammen mit dem Rest der Sonotroden anordnung 3 zum Schweißen in der Richtung 37 hin zu dem Amboss 7 verfahren werden und in Ruhephasen entgegen der Richtung 37 zurück verlagert werden.

Alternativ können die Kühlkörper 17 in ihrer beabstandeten Position derart weit von der Schwingeranordnung 4 beabstandet sein, dass die Schwingeranordnung 4 in der ersten Richtung 37, das heißt im dargestellten Beispiel vertikal, hin zu dem Amboss 7 verlagert werden kann.

Die Kühlkörper 17 können zwischen ihrer beabstandeten Position und ihrer anliegenden Position vorzugsweise in einer zweiten Richtung 39, welche quer, beispielsweise senkrecht, zu der ersten Richtung 37, d.h. im dargestellten Beispiel horizontal, verläuft, verlagert werden.

Hierzu verfügt die Sonotrodenanordnung 3 bzw. deren Kühleinrichtung 15 über einen oder mehrere Aktuatoren 33. Ein Aktuator 33 kann dabei einen oder mehrere Kühlkörper 17 reversibel zwischen ihrer anliegenden Position und ihrer beabstandeten Position hin und her bewegen. Die Aktuatoren 33 können von einer Steuerung 35 gesteuert werden.

Die Steuerung 35 kann die Aktuatoren 33 dabei dazu ansteuem, die Kühlkörper 17 während einer Schweißphase, in der die Schwingeranordnung 4 in Ultraschall schwingungen versetzt wird, in die beabstandete Position zu verlagern und die Kühlkörper 17 anschließend während einer Ruhephase, in der in der Schwingeranordnung 4 keine Ultraschallschwingungen erzeugt werden und stattdessen diese möglichst effizient gekühlt werden soll, in die anliegende Position zu verlagern.

In den Fign. 3 und 4 ist eine mögliche Ausgestaltung einer Kühleinrichtung 15 dargestellt, mithilfe derer ein zylindrischer Bereich einer Sonotrode 5 gekühlt werden kann. Die Kühlkörper 17a“ ‘ und 17b“‘ sind dabei an gegenüberliegenden Seiten der Sonotrode 5 angeordnet. Jeder der Kühlkörper 17a‘“ und 17b‘“ ist hierbei als eine Art Schale aus metallischem Material gebildet, bei der eine zu der Sonotrode 5 hin gerichtete Kontaktoberfläche 19 eine zu der Kontaktoberfläche 21 der Sonotrode 5 komplementär geformte Kontur hat. Im konkreten Fall ist die Kontaktoberfläche 19 der beiden Kühlkörper 17 jeweils zylindrisch konkav ausgebildet.

In jedem der Kühlkörper 17 verlaufen dabei mehrere Durchgangskanäle 29, durch die Kühlfluid geleitet werden kann und die somit als Kühlkanäle 25 wirken können.

Jeder der beiden Kühlkörper 17a“‘ und 17b“‘ ist dabei um eine jeweilige Schwenkachse 51 herum schwenkbar gelagert. Ein zugeordneter Aktuator 33 verfügt über einen Elektromagneten 45, mithilfe dessen der jeweilige Kühlkörper 17a‘“ und 17b“‘ hin zu einer Eisenplatte 47 und damit hin zu seiner beabstandeten Position gezogen werden kann. Ferner greift jeweils eine Feder 49 an jedem der Kühlkörper 17a“‘ und 17b“‘ an, um diesen, wenn der Elektromagnet 45 nicht betätigt ist, hin zu der anliegenden Position zu bewegen.

Lediglich schematisch und gestrichelt ist dabei an jedem der Kühlkörper 17a“‘ und 17b“‘ an einer zu der Sonotrode 5 hin gerichteten Seite ein optionales deformierbares Element 23 vorgesehen, dessen eine Oberfläche die Kontaktoberfläche 19 des Kühlkörpers bilden kann. Das deformierbare Element 23 kann beispielsweise eine Schicht aus einem elastischen Material wie beispielsweise einem Elastomer sein, wobei das Material vorzugsweise eine möglichst gute Wärmeleitfähigkeit aufweisen sollte. Das deformierbare Element 23 sollte dabei vorzugsweise derart nachgiebig sein, dass es sich großflächig an die Kontaktoberfläche 21 der Sonotrode 5 anschmiegen kann.

Ergänzend oder alternativ zu der in der beispielhaft dargestellten Ausführungs- form implementierten Flüssigkeitskühlung kann in der Kühleinrichtung 15 eine Luftkühlung zum Kühlen der Kühlkörper 17 eingesetzt werden. Zu diesem Zweck kann an jedem der Kühlkörper 17 beispielsweise an einer nach außen, d.h. entgegengesetzt zu der Kontaktoberfläche 19, gerichteten Oberfläche eine Struktur aus Kühlrippen (aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt) vorgesehen sein. Zwischen benachbarten Kühlrippen können sich dabei nach außen hin offene Kühlkanäle bilden, durch die hindurch ein Luftstrom bewirkt werden kann, um Wärme abzuleiten.

Aufgrund der für die hier vorgestellte Sonotrodenanordnung 3 vorgeschlagenen Kühleinrichtung 15 kann die Schwingeranordnung 4 zwischen aufeinanderfolgenden Ultraschallschweißvorgängen schnell und effizient abgekühlt werden. Hierdurch lassen sich Taktzeiten beim Ultraschallschweißen verkürzen, Verschleiß an Komponenten der Ultraschallschweißeinrichtung 1 verringern und/oder eine Qualität von Schweißerzeugnissen verbessern.

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

I Ultraschweiß einrichtung

3 Sonotrodenanordnung

4 Schwingeranordnung

5 Sonotrode

6 Ultraschallschwingungserzeuger

7 Amboss

8 Aufnahmeraum

9 Fügepartner

I I Booster

13 Konverter

15 Kühleinrichtung

17 Kühlkörper

19 Kontaktoberfläche des Kühlkörpers

21 Kontaktoberfläche der Sonotrode

23 deformierbares Element

25 Kühlkanäle

27 Kühlfluidfördereinrichtung

29 Durchgangskanäle

31 Kühlrippen

33 Aktuator

35 Steuerung

37 erste Richtung = Bewegungsrichtung der Sonotrode

39 zweite Richtung = Bewegungsrichtung des Kühlkörpers

41 Sonotrodenkopf

43 Anpressfläche

45 Elektromagnet

47 Eisenplatte

49 Feder

51 Schwenkachse