Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ultraschall-Schweißeinrichtung mit einer Ultraschallschwingungen übertragenden Sonotrode und einem auf einem Ambossträger angeordneten Amboss, wobei der Amboss auswechselbar auf dem Ambossträger angeordnet ist, derart, dass eine Auflagerfläche des Amboss mit einer durch eine Vorspanneinrichtung erzeugten Normalkraft gegen eine Stützfläche des Ambossträgers anliegt.

Aus dem Produktprospekt„STAPLA Ultraschall-Schweißsysteme

KOBRA" der Schunk Sonosystems GmbH mit Veröffentlichungsdatum 08/2007 ist eine Ultraschall-Schweißeinrichtung der eingangs genannten Art bekannt. Die bekannte, als Schweißzange ausgeführte Ultraschall- Schweißeinrichtung weist einen auf einem Ambossträger austauschbar angeordneten Amboss auf, der mittels einer Schraubverbindung, die eine als Normalkraft zwischen einer Stützfläche des Ambossträgers und einer Auflagerfläche des Amboss wirkende Vorspannkraft erzeugt, in einer Verbindungsebene zwischen der Auflagerfläche des Amboss und der Stützfläche des Ambossträgers fixiert gehalten wird, um zu verhindern, dass Längsschwingungen der Sonotrode, die durch die Auflagerfläche des Amboss auf die Stützfläche des Ambossträgers übertragen werden, zu Relativbewegungen zwischen dem Amboss und dem Ambossträger führen. Ein Auftreten derartiger Relativbewegungen könnte ansonsten dazu führen, dass es zwischen dem Amboss und dem Ambossträger in der Verbindungsebene zu lokalen Verschweißungen kommt, die eine für den Austausch des Amboss notwendige Trennung des Amboss vom Ambossträger verhindern würden.

In der Praxis hat sich nun herausgestellt, dass es bei einer Miniaturisierung des Ambosses und entsprechend klein dimensionierter Schraubver- bindung zwischen dem Amboss und dem Ambossträger nicht möglich ist, eine ausreichende Vorspannkraft zwischen dem Amboss und dem Ambossträger zu erzeugen, um die Unterdrückung der unerwünschten Relativbewegung zwischen dem Amboss und dem Ambossträger zu gewährleisten. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Ultraschall-Schweißeinrichtung vorzuschlagen, die eine wirksame

Fixierung des Amboss auf dem Ambossträger auch bei relativ geringen Normalkräften ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist die erfindungsgemäße Ultraschall- Schweißeinrichtung die Merkmale des Anspruchs 1 auf.

Erfindungsgemäß weist die Auflagerfläche des Amboss eine Oberflächenhärte auf, die größer ist als die Oberflächenhärte der Stützfläche des Ambossträgers, wobei die Auflagerfläche zumindest im Bereich einer Teilfläche eine Flächenstruktur aufweist, und wobei die Auflagerfläche zumindest im Bereich der Teilfläche eine Oberflächenrauheit mit

R _z /R _a > 2 aufweist.

Die unterschiedlich ausgebildete Oberflächenhärte mit einer gegenüber der Stützfläche des Ambossträgers vergleichsweise härter ausgebildeten Auflagerfläche des Amboss ermöglicht, dass eine zumindest in einer Teilfläche der Auflagerfläche ausgebildete Flächenstruktur sich unter Normalkrafteinwirkung in die Stützfläche einprägen kann, wenn die Auflagerfläche zumindest im Bereich der Teilfläche eine Oberflächenrauheit mit R _z /R _a > 2 aufweist. Bei diesem Verhältnis in der Oberflächenrauheit wird der Mittenrauwert R _a von der gemittelten Rautiefe R _z in ausreichendem Maße überschritten, um durch die Flächenstruktur ein wirksames Bewegungshindernis für eine Relativbewegung in Richtung der Längsschwingungen der Sonotrode auszubilden. Grundsätzlich wird von der Überlegung ausgegangen, dass eine Fixierung, also eine axiale Festlegung des Amboss gegenüber dem Ambossträger erreicht wird, wenn zumindest im Bereich einer Teilfläche eine Flächenstruktur ein Hindernis für eine Relativbewegung in Längsschwingungsrichtung der Sonotrode ausbildet. Wenn gemäß einer bevorzugten Ausführungsform die Flächenstruktur eine lineare Strukturkomponente mit einer zumindest abschnittsweise unter einem Anstellwinkel α gegenüber der Längsschwingungsrichtung der Sonotrode geneigten Ausrichtung aufweist, kann beispielsweise bereits eine einzelne linienförmige Struktur mit einer unter einem Win- kel α zur Längsschwingungsrichtung der Sonotrode als Linienabschnitt ausgebildeten Strukturkomponente ausreichend sein. Die Linienstruktur kann dabei geradlinig oder als Schlangenlinie ausgebildet sein.

Vorzugsweise weist die Stützfläche des Ambossträgers eine Oberflächenhärte kleiner als 58 HRC und die Auflagerfläche des Amboss eine Ober- flächenhärte größer als 59 HRC auf.

Obwohl zur grundsätzlichen Ausbildung eines Bewegungshindernisses, das einer Relativbewegung in Richtung der Längsschwingungen der Sonotrode entgegensteht, bereits eine lineare Strukturkomponente einen positiven Effekt bewirkt, der es ermöglicht, auch bei reduzierter Normal- kraft eine Relativbewegung wirksam entgegen zu wirken, hat es sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn die Flächenstruktur aus einem Linienraster gebildet ist, wobei vorzugsweise der Raster erhabene Rasterlinien aufweist mit einer durch R _z bestimmten Höhe. Eine reproduzierbare Ausgestaltung des Linienrasters wird möglich, wenn der Raster mittels Laserbeaufschlagung von zumindest einer

Teilfläche der Auflagerfläche erzeugt ist, wobei eine in einem Fräsverfahren bearbeitete Auflagerfläche des Amboss zur Erzeugung der Rasterlinien mit einem Laserstrahl in parallel zueinander angeordneten Vor- schubwegen gescannt werden kann.

Hierdurch sind beispielsweise Werte für die Oberflächenrauheit

R _z = 25 μιη, also entsprechend einer Fräsbearbeitung der Auflagerfläche, und R _a = 5 μιη, also entsprechend einer Laserbearbeitung der Auflageroberfläche, möglich. Eine vorteilhafte Ausgestaltung ist bereits erzielbar, wenn die Auflagerfläche zumindest im Bereich der Teilfläche eine Oberflächenrauheit mit R _z /R _a > 5 aufweist.

In Untersuchungen hat sich herausgestellt, dass weitere Verbesserungen möglich sind, wenn R _z > 8 μιη ist und noch weitere Verbesserungen, wenn R _z > 20 μιη ist.

Bei einer Oberflächenrauheit von R _z > 25 μιη, die wie vorstehend bereits beispielhaft erwähnt, durch eine Fräsbearbeitung der Auflagerfläche möglich ist, kann zur Erzielung des gewünschten Verhältnisses von R _a /R _z in besonders vorteilhafter Weise eine Laserbeaufschlagung der Auflager- fläche zur Ausbildung einer rasterförmigen Flächenstruktur eingesetzt werden.

Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine isometrische Darstellung einer als Schweißzange ausgeführten Ultraschall-Schweißeinrichtung mit in einem Zangengehäuse angeordneten, in Schließstellung befindlichen Schweißbacken;

Fig. 2 eine Darstellung der geöffneten Schweißbacken der in

Fig. 1 dargestellten Schweißzange mit einem auf einem Ambossträger angeordneten Amboss;

Fig. 3 den in Fig. 2 dargestellten Amboss in einer Unteransicht mit schematischer Darstellung einer in eine Auflagerfläche des Amboss ausgebildeten Flächenstruktur;

Fig. 4 eine beispielhafte Ausführung der Auflagerfläche mit in einer Teilfläche der Auflagerfläche als Linienraster ausgebildeten Flächenstruktur.

Fig. 1 zeigt in isometrischer Darstellung eine als Ultraschall-Schweißzange ausgebildete Ultraschall-Schweißeinrichtung 10 mit einem oberen Zangenteil 1 1 und einem unteren Zangenteil 12, die in einem gemeinsamen Zangengehäuse 13 angeordnet sind. Das obere Zangenteil 1 1 weist als wesentlichen Bestandteil eine Ultraschallschwingungseinrichtung mit einer am vorderen Ende der Ultraschallschwingungseinrichtung angeordneten Sonotrode 14 auf, die eine erste Schweißbacke ausbildet. An dem Zangengehäuse 13 ist gegenüber der Sonotrode 14 bewegbar gelagert ein Amboss 15 angeordnet, der mittels einer hier als Schraubverbindung 1 6 (Fig. 2) ausgebildeten Vorspanneinrichtung auswechselbar mit einem Ambossträger 17 verbunden ist.

Der Amboss 15 bildet eine zweite Schweißbacke aus, die mittels einer hier nicht näher dargestellten Betätigungseinrichtung um eine im hinteren Teil des Zangengehäuses 13 ausgebildete Schwenkachse 1 8 gegen die Sonotrode 14 verschwenkbar ist, derart, dass eine auf dem Amboss 15 ausgebildete Gegenfläche 19 gegen eine Arbeitsfläche 20 der im vorliegenden Fall Längsschwingungen ausführenden Sonotrode 14 bewegt wird.

Wie aus der Darstellung in Fig. 2 deutlich wird, ist der Amboss 15 so über die Schraubverbindung 16 mit dem Ambossträger 17 verbunden, dass eine die Unterseite des Amboss 15 ausbildende Auflagerfläche 21 (siehe auch Fig. 3) auf einer die Oberseite des Ambossträgers 17 ausbildenden Stützfläche 22 aufliegt. Im vorliegenden Fall ist der Ambossträger 17 an seinen Längsrändern mit Führungsstegen 23 , 24 versehen, die eine axiale Führungseinrichtung 25 ausbilden, derart, dass zum Auswechseln des Amboss 15 der Amboss 15 nach Lösen der im vorliegenden Fall zwei Bolzenverbindungen 26, 27 umfassenden Schraubverbindung 16 in Längsrichtung 28 der Sonotrode 14, die im vorliegenden Fall mit der Haupt-Schwingungsrichtung der Sonotrode 14 übereinstimmt, ent- nommen werden kann.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, dient die Schraubverbindung 16 zur Erzeugung einer Klemm- oder Normalkraft N, mit der die Auflagerfläche 21 zur Fixierung des Amboss 15 in Längsrichtung 28 gegen die Stützfläche 22 gepresst wird. Wie Fig. 3 zeigt, ist die Auflagerfläche 21 des Amboss, in der im dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Gewindebohrungen 29, 30 zur Ausführung der Bolzenverbindungen 26, 27 vorgesehen sind, im Bereich einer Teilfläche 3 1 mit einer, im vorliegenden Fall lediglich schematisch dargestellten Flächenstruktur 32 versehen, die eine Mehrzahl von, hier als Strukturlinien ausgebildeten Strukturkomponenten 33 versehen ist. Die Strukturkomponenten 33 bilden in der Auflagerfläche 21 zumindest teilweise oder abschnittsweise erhabene Rasterlinien 34 aus, die in dem in Fig. 2 dargestellten montierten Zustand des Amboss 15 gegen die Stützfläche 22 gerichtet und bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel unter einem Anstellwinkel α = 90° zur Längsrichtung geneigt sind. Der Amboss 15 sowie der Ambossträger 17 sind im vorliegenden Fall aus unterschiedlichen Materialien ausgebildet, so dass der Amboss 15 und der Ambossträger 17 zumindest im Bereich der Auflagerfläche 21 und der Stützfläche 22 unterschiedliche Oberflächenhärten aufweisen, die im vorliegenden Fall 62 HRC für den Amboss und 57 HRC für den Ambossträger 17 aufweisen.

Aufgrund der Ausbildung der erhabenen Rasterlinien 34 auf der Auflagerfläche 21 des Amboss 15 und der im Vergleich zur Stützfläche 22 des Ambossträgers 17 härter ausgebildeten Auflagerfläche 21 des Amboss 1 5 prägen sich die Rasterlinien 34 der Auflagerfläche 2 1 in die Stützfläche 22 des Ambossträgers 17 ein, so dass in einer Verbindungsebene 35 zwischen dem Amboss 1 5 und dem Ambossträger 17 bei Einwirkung einer genügend großen Normalkraft N eine Eingriffsverbindung ausgebildet ist, die eine Arretierung des Amboss 15 auf dem Ambossträger 17 in Längsrichtung 28 bewirkt, mit der Folge, dass über die Sonotrode 14 auf den Amboss 1 5 übertragene Längsschwingungen nicht zu Relativbewegungen zwischen dem Amboss 15 und dem Ambossträger 17 führen können.

Um eine Eingriffsverbindung zwischen dem Amboss 15 und dem Am- bossträger 1 7 zu gewährleisten, die den durch die Längsschwingungen der Sonotrode 14 verursachten, in der Verbindungsebene 35 wirkenden axialen Kräften F standhält, ist die Auflagerfläche 21 mit einer Oberfläche versehen, derart, dass R _z /R _a = 4 ist, also die gemittelte Rautiefe R _z das Vierfache des Mittenrauheitsgrads R _a beträgt. Fig. 4 zeigt eine Abbildung einer Auflagerfläche 36 eines Amboss 37 mit einer darin ausgebildeten Teilfläche 38 , die einen Linienraster 39 aufweist, der mittels einer Laserbeaufschlagung der Auflagerfläche 36 im Bereich der Teilfläche 38 erzeugt ist. Hierzu erfolgt bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel im Bereich der Teilfläche 38 eine Laserbeauf- schlagung der in Fräsbearbeitung hergestellten Auflagerfläche 36, derart, dass zur Ausbildung eines Linienrasters 39 mit in Y-Achsenrichtung verlaufenden Rasterlinien 40 durch die Laserbeaufschlagung längs parallel zueinander verlaufender Vorschubwege des Lasers zur Ausbildung von Rillen 41 ein Materialabtrag erfolgt.

Ein in X-Richtung durchgeführter Oberflächenscan hat im Bereich der Rillen 4 1 einen Mittenrauwert R _a = 6,3 μιη und im Bereich der Rasterlinien 40 eine gemittelte Rautiefe R _z = 25 μιη ergeben.