CH697295B1 - Verfahren zum Verschweissen von Teilen. - Google Patents

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CH697295B1 CH01760/05A CH17602005A CH697295B1 CH 697295 B1 CH697295 B1 CH 697295B1 CH 01760/05 A CH01760/05 A CH 01760/05A CH 17602005 A CH17602005 A CH 17602005A CH 697295 B1 CH697295 B1 CH 697295B1
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Schunk Ultraschalltechnik Gmbh
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Abstract

Bei einem Verfahren zum Ultraschallverschweissen von Teilen mittels einer zumindest einen Generator, einen Konverter und eine Sonotrode umfassenden Ultraschallschweissvorrichtung wird während des Verschweissens der Teile eine Ist-Kurve eines zeitabhängigen Parameters (P) gemessen und in einem Zeitraum zwischen Schweissanfangzeitpunkt (t<SUB>o</SUB>) und Schweissendpunkt (t<SUB>e</SUB>) mit einer Sollkurve (10) verglichen. In Abhängigkeit von bestehender Abweichung zwischen der Ist- und Sollkurve wird zumindest ein das Schweissen beeinflussender Prozessparameter derart verändert, dass bei weiterem Verschweissen eine Angleichung der Ist-Kurve an die Sollkurve durch einen Regelprozess erfolgt. Dadurch wird die Schweissung optimiert, wobei insbesondere Unterschiede zwischen einzelnen Schweissungen bedingt durch z.B. Material, Positionierung der Teile, Temperatur- oder Umwelteinflüsse kompensiert werden.

Description


  [0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ultraschallverschweissen von Teilen mittels einer zumindest einen Generator, einen Konverter und eine Sonotrode umfassenden Ultraschallschweissvorrichtung, insbesondere zum Verschweissen von Litzen, unter Zugrundelegung einer gestellten Anforderungen genügenden Schweissverbindung entsprechenden Soll-Kurve eines zeitabhängigen Schweissparameters, wobei die Schweissdauer entsprechend der Soll-Kurve zwischen einem Anfangszeitpunkt to und einem Endzeitpunkt te verläuft, während des Verschweissens der Teile eine Ist-Kurve des zeitabhängigen Parameters gemessen wird und im Zeitraum zwischen to und te die Ist-Kurve mit der Soll-Kurve verglichen wird.

[0002] Um Verbindungsteile ungleichartiger Materialien und ohne Vorversuche gut verschweissen zu können, ist nach der DE-A-19 810 509 vorgesehen,

   dass in das Schweissgut eingekoppelte Ultraschallwellen nach Wechselwirkung mit einer Fügeschicht als Messsignal erfasst werden, um sodann mittels eines Messdatenspeichers und einer Auswerteeinheit für den Schweissprozess charakteristische Kenngrössen mit anschliessender Ansteuerung der Sonotrode weiterzuverarbeiten.

[0003] Um Prozessparameter beim Ultraschallschweissen von Kunststoffteilen zu steuern bzw. zu regeln, sieht die DE-A-4 321 874 vor, dass zur Überwachung des Energieeintrags in die Fügestelle zwischen den zu verschweissenden Teilen die Fügekraft während des Schweissvorganges gemessen wird.

[0004] Nach der EP-B-0 567 426 wird die Schwingungsamplitude einer Kunststoffteile verschweissenden Sonotrode nach einem vorbestimmten Zeitintervall reduziert, um sodann während der verbleibenden Zeit des Verschweissens bei verringerter Schwingungsamplitude zu arbeiten.

   Ein diesbezügliches Steuersignal zum Reduzieren der Amplitude kann direkt oder indirekt auch in Abhängigkeit von der auf die zu verschweissenden Werkstücke übertragenen Leistung ausgelöst werden, wie dies z.B. der WO-A-98/49 009, der US-A-5 855 706, der US-A-5 658 408 oder der US-A-5 435 863 zu entnehmen ist.

[0005] Aus der WO-A-02/098 636 ist ein Verfahren zum Verschweissen von Kunststoffteilen bekannt, bei dem zur Optimierung des Schweissens während einer ersten Zeitspanne die Schwingungsamplitude einem vorgegebenen Verlauf folgend reduziert wird, um anschliessend mit einem charakteristischen Parameter des Werkstücks zu messen und sodann in Abhängigkeit vom Wert des gemessenen Parameters mit konstanter Amplitude einer Ultraschallenergie übertragenden Sonotrode den Schweissprozess zu beenden.

[0006] Um durch Ultraschall-Drahtbonden hergestellte Verbindungen zu prüfen,

   sieht die DE-A-10 110 048 eine Online-Überwachung unter Zugrundelegung von vorgegebenen bzw. gespeicherten Master-Werten vor, die Rückschlüsse auf die Festigkeit der Verbindung ermöglichen.

[0007] Bei einem Verfahren der eingangs genannten Art zum Verschweissen von Litzen werden in Abhängigkeit vom Summenquerschnitt der zu verschweissenden Leiter abgespeicherte prozessrelevante Daten wie Druck, Amplitude, Frequenz, Werkzeuggrösse und Energie abgerufen, sodann geschweisst, wobei anschliessend von einem Einrichter der erzielte Schweissknoten auf seine Güte überprüft wird.

   Genügt dieser den gestellten Anforderungen, wird unter Zugrundelegung der Zeitdauer (te- to mit te Schweissendzeitpunkt und to Schweissanfangszeitpunkt), innerhalb der die dem abgespeicherten Energiewert entsprechende Leistung abgegeben wurde, ein sich an den Schweissendzeitpunkt te anschliessendes Zeitfenster delta t festgelegt. Liegt der Schweissendpunkt beim Verschweissen von einen gleichen Summenquerschnitt aufweisenden Litzen vor dem Ende des Zeitfensters, also zwischen to und te + delta t, wird unterstellt, dass das Schweissergebnis ein gutes Ergebnis ist. Dabei beläuft sich das Zeitfenster auf eine Zeitspanne, die üblicherweise 10% bis 20% über der Zeitdauer liegt, die der abgespeicherten Zeitdauer des als ordnungsgemäss bewerteten Schweissknotens liegt.

   Ist die Schweissung, also der Energieeintrag nach dem Zeitfenster, also der Zeit tc + delta t abgeschlossen, so wird das Schweissergebnis als ungenügend bewertet.

[0008] Mit anderen Worten wird eine Leistungs-Zeitkurve festgelegt, dessen Fläche dem abgespeicherten Energieeintrag der zu verschweissenden Teile mit vorgegebenem Summenquerschnitt entspricht, wobei der Zeitendpunkt des Schweissens innerhalb der Soll-Kurve oder in einem nachfolgenden Zeitfenster liegen muss, um als verwertbares Schweissergebnis klassifiziert zu werden.

[0009] Werden ungeachtet gleichen Summenquerschnitts unterschiedliche Materialien benutzt oder die Litzen in dem Werkzeug, also zwischen Sonotrode und Amboss unterschiedlich positioniert oder treten Temperaturschwankungen oder Umwelteinflüsse auf,

   kann es gegebenenfalls zu Schwankungen in der Güte der Schweissergebnisse kommen.

[0010] Ein Verfahren zur Qualitätskontrolle beim Ultraschallschweissen der eingangs genannten Art ist der DE-A-3 429 776 zu entnehmen. Um eine verbesserte Qualitätskontrolle beim Ultraschallschweissen zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, abschnittsweise den Leistungsbedarf bzw. den Energieverlauf pro Zeiteinheit beim Schweissen zu erfassen und zu bewerten. Hierzu wird eine Ist-Kurve aufgenommen, die mit einer Soll-Kurve verglichen wird. Der Vergleich erfolgt dabei nach vorgegebenen Zeitintervallen. Liegt die Ist-Kurve ausserhalb eines Toleranzbereiches der Soll-Kurve, so wird das Schweissteil als schlecht qualifiziert aussortiert.

[0011] Die Literaturstelle "Ultraschallschweissmaschine mit Programmspeicher, 1.

   April 1989 (1989-04-01) Kunststoffe, Carl Hanser Verlag, München, DE, Seite 314" bezieht sich auf eine Überwachung des Schweissvorgangs mit Qualitätskontrolle. Hierzu werden Soll- und Ist-Kurve verglichen. Verlässt die Ist-Kurve ein vorgegebenes Toleranzband, wird dieses angezeigt.

[0012] Die Literaturstelle "Potente. H. et al.: Prozessoptimierung und Online-Prozessüberwachung beim Ultraschallschweissen, 1. Mai 1994 (1994-05-02), Plastverarbeiter, Zechner und Huefthig Verlag GmbH, Speyer/Rhein, DE, Seiten 68, 70, 73-74, 76" bezieht sich auf die Prozessoptimierung und Online-Prozessüberwachung beim Ultraschallschweissen. Dabei ist vorgesehen, dass an der Steuerung einer Ultraschallschweissmaschine qualitätsrelevante Soll-Grössen wie Energie, Triggerkraft und Schweisskraft variiert werden.

   Die Schweissungen selbst erfolgen mit Energievorgaben, wobei Einflussgrössen wie Triggerkraft, Schweisskraft und Energie variiert werden können.

[0013] Aus der DE-A-3 138 520 ist ein Verfahren zur Begrenzung der auf ein Werkstück übertragenen Schweissenergie beim Ultraschallplastfügen zu entnehmen. Dabei wird die eingekoppelte Energie bestimmt. Erreicht der eingekoppelte Energiewert einen vorgegebenen Grenzwert, so wird die Energiezufuhr unterbrochen.

[0014] Nach der EP-B-0 567 426 wird die Schwingungsamplitude einer Kunststoffteile verschweissenden Sonotrode einer Ultraschallschweissvorrichtung nach einem vorbestimmten Zeitintervall reduziert, um sodann während der verbleibenden Zeit des Verschweissens bei verringerter Schwingungsamplitude zu arbeiten.

[0015] Aus der US-A-4 631 685 ist ein Verfahren zum Schweissen von Kunststoff mittels Ultraschall bekannt.

   In einem Steuerprozess wird die Sonotrode über den Gesamtschweisszyklus verfolgt, um bei vorgegebener Verstellung der Sonotrode die Ultraschallenergie abzuschalten.

[0016] Ein Steuerprozess zum Verschweissen thermoplastischen Materials mittels Ultraschall ist der US-A-4 818 313 zu entnehmen.

[0017] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass ein weiterer Automatisierungsgrad und eine Optimierung der Schweissung ermöglicht wird, wobei insbesondere gleichmässige und reproduzierbare Schweissergebnisse erzielbar sein sollen, wobei insbesondere Unterschiede zwischen einzelnen Schweissungen bedingt durch z.B.

   Material, Positionierung der Teile, Temperatur- oder Umwelteinflüsse zu kompensieren sind.

[0018] Erfindungsgemäss wird die Aufgabe im Wesentlichen dadurch gelöst, dass in Abhängigkeit von bestehender Abweichung zwischen der Ist- und der Soll-Kurve zumindest ein das Schweissen beeinflussender Prozessparameter derart verändert wird, dass beim weiteren Verschweissen eine Anpassung der Ist-Kurve an die Soll-Kurve durch einen Regelprozess erfolgt, wobei als zu ändernder Prozessparameter Amplitude und/oder Frequenz der Sonotrode und/oder auf die zu verschweissenden Teile einwirkender Druck bzw. einwirkende Kraft und/oder Energieeintrag in die zu verschweissenden Teile gewählt wird.

[0019] Insbesondere werden zumindest bei einem Zeitpunkt t1 mit to < t1 < te die Soll- und die Ist-Werte verglichen.

   Ein Vergleich der Kurven kann aber auch bei Vorliegen eines gleichen Leistungswertes von Soll- und Ist-Kurve oder bei Vorliegen eines gleichen Anteils des Energieeintrags entsprechend gleicher Fläche der über der Zeit gemessenen Leistung erfolgen.

[0020] Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der oder die Prozessparameter in Abhängigkeit von zu verschiedenen Zeitpunkten t1, t2 ...tn mit n >= 2 erfolgenden Vergleichen zwischen Soll- und Ist-Kurve und den zu den entsprechenden Zeitpunkten auftretenden Abweichungen verändert werden.

[0021] Kann der zumindest eine Prozessparameter entsprechend gespeicherter Werte insbesondere schrittweise geändert werden, so besteht bevorzugterweise auch die Möglichkeit,

   eine Regelung des zumindest einen Prozessparameters in Abhängigkeit von den bestehenden Abweichungen zwischen der Soll- und der Ist-Kurve vorzunehmen.

[0022] Eine Änderung kann nicht nur unter Zugrundelegung gespeicherter Werte, z.B. aus Wertetabellen erfolgen, sondern auch aufgrund abgelegter mathematischer Funktionen berechnet werden.

[0023] Abweichend vom vorbekannten Stand der Technik, insbesondere zum Verschweissen von Metallteilen, aber auch von Kunststoffteilen, erfolgt nicht ein automatischer Schweissablauf derart, dass allein zuvor abgespeicherte Werte dem Schweissprozess zu Grunde gelegt werden, sondern dass ein Vergleich zwischen einer Soll- und einer Ist-Kurve erfolgt, um aufgrund der Abweichungen zumindest einen Prozessparameter,

   gegebenenfalls mehrere Prozessparameter zu verändern einschliesslich eines zu verändernden Energieeintrages in die zu verschweissenden Teile, um eine Optimierung zu erzielen.

[0024] Insbesondere ist vorgesehen, dass als zeitabhängiger Schweissparameter abgegebene bzw. aufgenommene Leistung der Ultraschallschweissvorrichtung gewählt wird. Als zu ändernder Prozessparameter können Amplitude der Sonotrode, auf die zu verschweissenden Teile einwirkender Druck bzw. Kraft und/oder Energieeintrag und/oder Frequenz der Sonotrode gewählt werden.

[0025] Bei einem Vergleich von Leistungs-Zeitkurven als Soll- bzw.

   Ist-Kurven kann erwähntermassen ein Vergleich auch in Abhängigkeit von erfolgtem Energieeintrag vorgenommen werden, der gleich dem integralen Wert der Leistungs-Zeitkurve zu einem bestimmten Zeitpunkt ist.

[0026] Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert.

[0027] Es zeigen:
<tb>Fig. 1<sep>Leistungs-Zeit-Kurven und deren Nutzung nach dem Stand der Technik für das Verschweissen von Litzen,


  <tb>Fig. 2<sep>Leistungs-Zeit-Kurven zur Regelung eines Schweissprozesses,


  <tb>Fig. 3<sep>Leistungs-Zeit-Kurven zur Regelung eines Schweissprozesses über Leistungswerte,


  <tb>Fig. 4<sep>Leistungs-Zeit-Kurven zur Regelung eines Schweissprozesses bei vorgegebener Energie,


  <tb>Fig. 5<sep>Leistungs-Zeit-Kurven zur Regelung eines Schweissprozesses unter Berücksichtigung eines Energieeintrages und


  <tb>Fig. 6<sep>eine Prinzipdarstellung eines Ultraschallschweissvorrichtung mit Peripherie.

[0028] Die Erfindung wird nachstehend anhand von zu verschweissenden Litzen erläutert, ohne dass hierdurch eine Einschränkung erfolgen soll. Vielmehr erstreckt sich die Erfindung auch u.a. auf das Verschweissen von Kunststoffteilen.

[0029] Um nach dem Stand der Technik Litzen mittels Ultraschall zu verschweissen, werden in Abhängigkeit von deren Summenquerschnitt in einem Speicher abgelegte Werte in Bezug auf z.B. Druck, Amplitude, Werkzeuggrösse und Energieeintrag abgerufen. Sodann erfolgt ein Verschweissen der Litzen, wobei eine Leistungs-Zeit-Kurve aufgenommen wird, die der Fig. 1 zu entnehmen und mit dem Bezugszeichen 10 gekennzeichnet ist.

   Die Fläche unter der entsprechenden durchgezogenen Kurve 10 entspricht folglich dem Energieeintrag
 <EMI ID=2.0> 
mit P = Leistung und t = Zeit.

[0030] Im Ausführungsbeispiel entspricht die Kurve 10 einer sogenannten Soll-Kurve, die zu einem befriedigenden Schweissergebnis der zu verschweissenden Litzen geführt hat. Unter Berücksichtigung des der Kurve 10 entsprechenden Schweissendes te werden sodann weitere einen gleichen Summenquerschnitt aufweisende Litzen verschweisst, wobei ein gleicher Energieeintrag erfolgt wie bei der der Soll-Kurve 10 entsprechenden Schweissung. Für jede Schweissung wird sodann eine entsprechende in der Fig. 1 mit den Bezugszeichen 12 (punkt-linierte Kurve) oder 14 (gestrichelte Kurve) gekennzeichnete Ist-Kurve ermittelt, deren jeweilige Fläche gleich der der Soll-Kurve 10 ist.

   Entsprechend dem jeweiligen Verlauf der Leistung P ist folglich der Schweissvorgang zu verschiedenen Zeitpunkten te1 bzw. te2 beendet. Aufgrund von empirisch gesammelten Daten werden sodann die Schweissungen, bei denen das Schweissende vor te der Soll-Kurve 10 oder in einem sich anschliessenden Zeitfenster delta t fällt, als gut befunden.

   Im vorliegenden Fall ist folglich die der Ist-Kurve 12 zuzuordnende Schweissung als ordnungsgemäss zu bewerten, da das Schweissen zum Zeitpunkt te1 abgeschlossen ist und dieser Zeitpunkt innerhalb te + delta t, im Ausführungsbeispiel im Zeitfenster delta t, liegt.

[0031] Demgegenüber liegt der Zeitendpunkt te2 der Ist-Kurve 14 nach dem Zeitendpunkt te + delta t der Soll-Kurve 10, so dass infolgedessen die Schweissung verworfen wird.

[0032] Das Zeitfenster delta t beträgt üblicherweise 10 bis 20% der Zeitdauer des Schweissens, der der Soll-Kurve 10 entspricht, also der Zeitdifferenz te-10.

[0033] Um sicherzustellen, dass eine Optimierung der Schweissung erfolgt, da unterschiedliche Materialien, Temperatur oder Umwelteinflüsse bzw.

   Positionierung der zu verschweissenden Litzen in dem von Sonotrode und Amboss gebildeten Verdichtungsraum die Schweissergebnisse beeinflussen, bzw. um auszuschliessen, dass eine Schweissung erst nach dem Zeitfenster delta t, also nach einer Gesamtschweisszeit te + delta t beendet ist, erfolgt erfindungsgemäss dem Grunde nach ein Regeln des Schweissprozesses unter Zugrundelegung einer ermittelten Soll-Kurve, die in Fig. 2 ebenfalls mit dem Bezugszeichen 10 gekennzeichnet ist.

[0034] Erfindungsgemäss erfolgt ein Vergleich zwischen der den Schweissungen gleichen Querschnitts bzw. Summenquerschnitts zu Grunde zu legenden Sollkurve 10 mit jeweiliger bei einer Schweissung ermittelter Ist-Kurve.

   Dabei kann der Vergleich bei zuvor festgelegten Zeitpunkten, bei Vorliegen gleichen Leistungswertes von Soll- und Ist-Kurve oder bei Vorliegen eines gleichen Anteils des Energieeintrages erfolgen, der gleicher Fläche der über der Zeit aufgetragenen Leistung entspricht.

[0035] Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 erfolgt zu Zeitpunkten t1 und t2 ein Vergleich zwischen der Soll-Kurve 10 und einer jeweils beim Schweissen ermittelten Ist-Kurve 16 bzw. 18. Die Ist-Kurve 16 verläuft zum Zeitpunkt t1 unterhalb der Soll-Kurve 10. Aufgrund von zuvor abgespeicherten aus Messungen ermittelten Werten werden sodann Schweissparameter geändert. So kann z.B.

   Amplitude der Sonotrode und/oder über die Sonotrode auf die zu verschweissenden Teile einwirkende Kraft im Vergleich zu dem den Werten der Sollkurve 10 entsprechenden Schweissvorgang verändert und -auf die der Ist-Kurve 10 entsprechenden Schweissung bezogen - erhöht werden.

[0036] Liegt folglich die Ist-Kurve unterhalb der Soll-Kurve erfolgt grundsätzlich eine Erhöhung der einstellbaren Schweissparameter, wohingegen dann, wenn die Ist-Kurve oberhalb der Soll-Kurve verläuft, ein Reduzieren erfolgt.

[0037] Hierdurch bedingt erfolgt eine Verlaufsanpassung der Ist-Kurve 16 an die Soll-Kurve 10, d.h. erstere nähert sich letzterer. Zu einem Zeitpunkt t2 erfolgt eine erneute Messung.

   Im vorliegenden Fall verläuft die Ist-Kurve 16 oberhalb der Soll-Kurve 10, so dass eine Anpassung z.B. durch Reduzierung der Amplitude und/oder Kraft erfolgen kann, ohne dass eine Änderung des Energiewertes erfolgen muss. Alternativ oder ergänzend kann gegebenenfalls auch der einzuleitende Gesamtenergieeintrag während der Schweissung verändert werden.

[0038] Anzumerken ist, dass die erfindungsgemässe Regelung bei verschiedenen Frequenzen  ¸ der Ultraschallschweissvorrichtung durchgeführt werden kann, so z.B. mit  ¸ = 20 kHz, 35 kHz, 40 kHz etc.

[0039] In Abhängigkeit von dem festgelegten bzw. geänderten Energiewert wird sodann die Schweissung beendet, und zwar im Ausführungsbeispiel zu einem Zeitpunkt te3, der nach dem Zeitendpunkt te der Soll-Kurve 10 liegt.

   Dabei ist es abweichend vom Stand der Technik gemäss der Fig. 1 nicht erforderlich, dass der Zeitpunkt te3 in oder vor einem nach dem Stand der Technik vorgegebenen Zeitfenster liegt. Vielmehr kann der Zeitendpunkt te3 grösser oder kleiner te sein. Selbstverständlich muss der Schweissvorgang vor einer definierten Endzeit abgeschlossen sein, um ein endloses Regeln zu vermeiden. Dieser Zeitendpunkt ist in Fig. 2 mit tmax gekennzeichnet.

[0040] In Fig. 2 ist des Weiteren eine zweite Ist-Kurve (linierte Kurve) eingezeichnet. Diese verläuft zum Zeitpunkt t1 oberhalb der Soll-Kurve 10. Demzufolge sind Schweissparameter zu verändern, d. h. zu reduzieren, um die Ist-Kurve 18 an die Soll-Kurve 10 anzunähern. Zum Zeitpunkt t2 stimmt die Sollkurve 10 mit der Ist-Kurve überein.

   In Abhängigkeit des zuvor abgespeicherten oder aufgrund der Abweichung zwischen Soll- und Ist-Kurve 10 bzw. 18 der zum Zeitpunkt t1 geänderten Schweissparameter wird der Schweissvorgang zu einem Zeitpunkt te1 beendet, der vor dem Zeitpunkt te der Soll-Kurve 10 liegt.

[0041] Ein Vergleich von Soll- und Ist-Kurven kann nicht nur zu bestimmten Zeitpunkten tn, sondern auch bei Vorliegen gleichen Leistungswertes oder erfolgtem gleichen Energieeintrags erfolgen. Dies ist ebenfalls rein prinzipiell der Fig. 2 zu entnehmen. So kann bei gleicher Fläche E1 von Soll-Kurve 10 und Ist-Kurven 16, 38 ein Vergleich erfolgen, um entsprechend der Abweichung die Schweissparameter in zuvor beschriebener Art zu verändern. Eine Änderung von einem oder mehreren Schweissparametern kann auch auf Grund eines Vergleichs der Kurven bei gleichem Leistungswert P1 erfolgen.

   Dies wird ebenfalls an Hand der Fig. 2 prinzipiell verdeutlicht.

[0042] Werden Soll- und Ist-Kurven 10, 16, 18 bei gleichem Leistungswert P1 verglichen, so wird erkennbar, dass der der Ist-Kurve 16 zugeordnete Schweissprozess dahingehend geändert werden muss, dass ein oder mehrere Schweissparameter zu erhöhen sind.

   Bezüglich der der Ist-Kurve 18 entsprechenden Schweissung erfolgt eine Reduzierung.

[0043] Hinsichtlich eines Vergleichs zwischen den Kurven 10, 16, 18 bei Vorliegen gleichen Energieeintrags E1 ergibt sich aus dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2, dass die der Ist-Kurve 16 entsprechende Schweissung dahingehend geändert werden muss, dass ein oder mehrere Schweissparameter erhöht und bezüglich der Schweissung nach der Ist-Kurve 18 reduziert werden müssen.

[0044] Den Fig. 3 bis 5 sind weitere Leistungs-Zeit-Kurven zu entnehmen, anhand der die erfindungsgemässe Lehre erläutert werden soll.

   Dabei sind die jeweils mit Ist-Kurven zu vergleichenden Soll-Kurven mit dem Bezugszeichen 10 entsprechend der Fig. 1 und 2 gekennzeichnet.

[0045] Wie im Zusammenhang mit der Fig. 2 bereits erläutert worden ist, kann eine Regelung des Schweissvorganges einer Ultraschallschweissvorrichtung in Abhängigkeit etwaiger Abweichungen zwischen der Soll-Kurve 10 und einer Ist-Kurve 20 bei vorgegebenen Leistungswerten P1 ... Pn erfolgen. Somit erfolgt ein Triggern in Abhängigkeit von der Abweichung zwischen der Soll-Kurve 10 und der Ist-Kurve 20 bei unterschiedlichen Leistungswerten P1 ... Pn. Werden z.B. Soll- und Ist-Kurve 10, 20 bei dem Leistungswert P2 verglichen, so sind ein oder mehrere Schweissparameter zu erhöhen, um eine Anpassung der Kurven 10, 20 zu erreichen.

   Unabhängig hiervon ist jedoch der Gesamtenergieeintrag von zu regelndem Schweissprozess und dem, der der Soll-Kurve 10 zu Grunde liegt, gleich. Der Zeitendpunkt tej, bei dem der Schweissvorgang entsprechend der Ist-Kurve 20 beendet ist, liegt zwischen t1 und tmax.

[0046] Die Fig. 4 soll verdeutlichen, dass eine Leistungsregelung zwischen der Soll-Kurve 10 und einer Ist-Kurve 22 ausschliesslich in Abhängigkeit des erfolgten Energieeintrags erfolgt. Weichen die Ist-Kurve 22 und die Soll-Kurve 10 in Bezug auf den zum jeweiligen Messzeitpunkt t1, t2 ... tn erfolgten Energieeintrag
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ab, so erfolgt entsprechend der erfindungsgemässen Lehre eine Veränderung der Schweissparameter.

   Unabhängig hiervon wird der Gesamtschweissvorgang dann beendet, wenn der Energieeintrag nach der Leistungs-Zeit-Ist-Kurve 22 gleich dem der Soll-Kurve 10 ist.

[0047] Abweichend von dem der Fig. 4 zu Grunde liegenden Regelungsprozess wird nach Fig. 5 zur Optimierung eines Schweissvorgangs, also dessen Regelung, nicht nur ein Prozessparameter wie Druck oder Amplitude verändert, sondern zusätzlich oder allein alternativ erfolgt eine Erhöhung des Energieeintrages. Dies wird dadurch verdeutlicht, dass dann, wenn das Integral unter der mit dem Bezugszeichen 24 versehenen Ist-Kurve gleich dem der Soll-Kurve 10 ist, ein weiterer Energieeintrag delta Ezus erfolgt, bevor der Schweissvorgang zum Zeitpunkt tx abgeschlossen ist.

   Ein Vergleich zwischen Ist- und Soll-Kurve 24 bzw. 10 erfolgt ebenfalls zu verschiedenen Zeitpunkten t1... tn.

[0048] Anzumerken ist in diesem Zusammenhang allerdings, dass nicht zwingend dann, wenn mehrere Schweissparameter zu verändern sind, diese sämtlichst erhöht bzw. reduziert werden müssen. Vielmehr erfolgt eine Abstimmung der Schweissparameter untereinander derart, dass eine Anpassung von Soll- und Ist-Kurve zur Erzielung eines optimierten Schweissergebnisses erfolgt.

[0049] Zur Bestimmung der Leistungs-Zeitkurve wird die Leistungsabgabe des Generators bzw. Leistungsaufnahme der Sonotrode bzw. des Schwingers über der Zeit ermittelt.

[0050] In der Fig. 6 ist rein prinzipiell eine Anordnung dargestellt, mittels der ein erfindungsgemäss geregelter Ultraschallschweissprozess durchgeführt werden kann.

   Hierzu ist eine Ultraschallschweissvorrichtung oder -maschine 26 vorgesehen, die in gewohnter Weise einen Konverter 26 ¾, ggf. einen Booster 28 sowie eine Sonotrode 30 umfasst. Der Sonotrode 30 bzw. einer Fläche dieser ist eine Gegenelektrode 32 zugeordnet, die entsprechend der Lehre der US-A-4 596 352 oder der US-A-4 869 419 mehrteilig ausgebildet sein kann, um einen im Querschnitt verstellbaren Verdichtungsraum, innerhalb dem die zu verschweissenden Elemente wie Leiter eingebracht werden, zur Verfügung zu stellen. Der Konverter 26 wird über eine Leitung 34 mit einem Generator 36 verbunden, der seinerseits über eine Leitung 38 mit einem Rechner (PC) 40 verbunden ist, um Schweissparameter bzw. Querschnitt von zu verschweissenden Leitern einzugeben.

   Die Leistungsabgabe des Generators 36 kann sodann bestimmt werden, um mittels eines in dem Rechner 40 abgespeicherten Programms die jeweilige Ist-Kurve eines Schweissprozesses zu bestimmen und mittels des Rechners 40 zu berechnen sowie mit einer zuvor festgelegten Soll-Kurve im Sinne der erfindungsgemässen Lehre zu vergleichen, um sodann regelnd den Schweissprozess zu beeinflussen.

Claims (11)

1. Verfahren zum Ultraschallverschweissen von Teilen mittels einer zumindest einen Generator, einen Konverter und eine Sonotrode umfassenden Ultraschallschweissvorrichtung, insbesondere zum Verschweissen von Litzen, unter Zugrundelegung einer gestellten Anforderungen genügenden Schweissverbindung entsprechenden Soll-Kurve eines zeitabhängigen Schweissparameters, wobei die Schweissdauer entsprechend der Soll-Kurve zwischen einem Anfangszeitpunkt to und einem Endzeitpunkt te verläuft, während des Verschweissens der Teile eine Ist-Kurve des zeitabhängigen Parameters gemessen wird und im Zeitraum zwischen to und te die Ist-Kurve mit der Soll-Kurve verglichen wird, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von bestehender Abweichung zwischen der Ist- und der Soll-Kurve zumindest ein das Schweissen beeinflussender Prozessparameter derart verändert wird,
dass beim weiteren Verschweissen eine Anpassung der Ist-Kurve an die Soll-Kurve durch einen Regelprozess erfolgt, wobei als zu ändernder Prozessparameter Amplitude und/oder Frequenz der Sonotrode und/oder auf die zu verschweissenden Teile einwirkender Druck bzw. einwirkende Kraft und/oder Energieeintrag in die zu verschweissenden Teile gewählt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einen Zeitpunkt t1 mit to < t1 < tc die Ist-Kurve mit der Soll-Kurve verglichen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ist-Kurve mit der Soll-Kurve bei einem gleichen Leistungswert verglichen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ist-Kurve mit der Soll-Kurve bei gleichem Energieeintrag ausgehend vom Beginn des Schweissens verglichen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von der Abweichung zwischen der Ist-Kurve und der Soll-Kurve zumindest ein Prozessparameter entsprechend gespeicherter Werte bzw. Funktionen geändert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Prozessparameter schrittweise geändert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Prozessparameter in Abhängigkeit von zu verschiedenen Zeitpunkten t1, t2 ... tn mit n >= 2 erfolgenden Vergleichen zwischen Soll- und Ist-Werten geändert wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regelung des zumindest einen Prozessparameters in Abhängigkeit von gegebenenen Abweichungen zwischen der Soll-Kurve und der Ist-Kurve zu den Zeitpunkten t1, t2 ...tn mit n >= 2 erfolgt.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als zeitabhängiger Schweissparameter abgegebene bzw. aufgenommene Leistung der Ultraschallschweissvorrichtung gewählt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Prozessparameter einzeln oder zusammen verändert werden.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschweissen über dessen Gesamtdauer oder zeitweise in Abhängigkeit von der jeweiligen momentanen Abweichung von Soll- und Ist-Kurve geregelt wird.
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