RS66666B1 - Postupak višestepenog zavarivanja čvorova pomoću ultrazvučnog uređaja za zavarivanje - Google Patents

Description

Opis

[0001] Predmetni pronalazak se odnosi na postupak zavarivanja čvorova pomoću ultrazvučnog uređaja za zavarivanje prema preambuli patentnog zahteva 1 (videti npr. JP 2007185706 A).

OBLAST PRONALASKA

[0002] Za širok spektar tehničkih primena, možda će biti potrebno povezati dve komponente na mehanički jak i/ili električno provodljiv način. Na primer, za različite primene može biti neophodno da se kablovi međusobno povežu na mehanički i električno provodljiv način. Ovo omogućava, na primer, proizvodnju kablovskih snopova ili snopova ožičenja koji se mogu koristiti za električno povezivanje električnih potrošača, na primer u vozilu, jedan sa drugim, sa izvorom energije i/ili sa kontrolnim sistemom. U cilju povezivanja električno provodljivih komponenti na način zaključavanja materijala i na taj način da se obezbedi mehanička elastičnost i dobra električna provodljivost, razvijeno je tzv. ultrazvučno zavarivanje. Ovo je poseban oblik zavarivanja trenjem u kome se komponente koje se vare dovode u dodir jedna sa drugom svojom površinom i pomeraju jedna naspram druge pod niskim pritiskom i visokofrekventnim mehaničkim vibracijama. Vibracije se mogu generisati pomoću sonotrode, u kojoj se generišu ultrazvučne vibracije sa frekvencijama od obično 20 kHz do 50 kHz i prenose do najmanje jednog od parova koji se spajaju. Putem plastičnog toka, spojni partneri se zatim mogu spojiti ili zakačiti jedan za drugi blizu površine, a da se materijali spojnih parova ne moraju nužno topiti. Ultrazvučno zavarivanje omogućava da se spojeni parovi spoje pažljivo, brzo i ekonomično. Zavareni spojevi u kojima je više električnih provodnika međusobno povezano nazivaju se i čvorovi.

[0003] Čvorovi za zavarivanje sa relativno velikim poprečnim presecima mogu biti teški jer se ultrazvučna energija koju uvodi sonotroda uglavnom samo unosi u ukupnu zapreminu čvora sa površine provodnika koji se zavaruju i koja je u kontaktu sa površinom sonotrode, što može dovesti do nehomogene distribucije ultrazvučne energije zavarivanja i na taj način do nehomogenog zavarivanja provodnika.

[0004] Za čvorove za zavarivanje sa relativno velikim poprečnim presecima, može se koristiti dvostepeni proces ultrazvučnog zavarivanja u kome se, na primer, prvo zavari manji čvor, a zatim se zavari u daljem koraku sa jednim ili više drugih električnih provodnika da bi se formirao veći čvor sa željenim ukupnim poprečnim presekom. Odgovarajući postupci opisani su, na primer, u WO 2015/007619 A1 i DE 2011014 801 B4.

[0005] U DE 112014 002 908 T5 opisan je, na primer, proces ultrazvučnog zavarivanja u kome se snop žice vari u nekoliko procesa zavarivanja i snop žice se rotira u odnosu na sonotrodu između dva procesa zavarivanja.

SUŠTINA PRONALASKA I POŽELJNO TEHNIČKO REŠENJE

[0006] Možda postoji potreba za postupkom zavarivanja čvora pomoću ultrazvučnog uređaja za zavarivanje pomoću kojeg se spojevi, posebno spojevi sa relativno velikim poprečnim presecima, mogu proizvoditi sa konstantno visokim kvalitetom. Štaviše, može da postoji potreba za snopom provodnika u kome je nekoliko električnih provodnika zavareno u čvor visokog kvaliteta. Takva potreba može se ispuniti predmetom nezavisnih patentnih zahteva. Pogodna tehnička rešenja definisana su u zavisnim patentnim zahtevima i opisu koji sledi.

[0007] Prvi aspekt pronalaska se odnosi na postupak zavarivanja čvora pomoću ultrazvučnog uređaja za zavarivanje prema patentnom zahtevu 1. Ultrazvučni uređaj za zavarivanje sadrži sonotrodu za generisanje ultrazvučnih vibracija, nakovanj, prvi bočni element, drugi bočni element i kompresionu komoru, čija je visina podešava promenom rastojanja između sonotrode i nakovnja i čija širina se može podesiti promenom rastojanja između prvog bočnog elementa i drugog bočnog elementa. Postupak se sastoji od sledećih koraka, koji se poželjno mogu izvesti datim redosledom: Raspoređivanje prvih segmenata provodnika od najmanje dva električna provodnika koji se zavaruju u kompresionu komoru; Podešavanje širine kompresione komore na unapred određenu vrednost za prvi proces zavarivanja; izvođenje prvog procesa zavarivanja aktiviranjem sonotrode i pritiskanjem prvih delova provodnika između sonotrode i nakovnja, pri čemu su prvi delovi provodnika zavareni u prvi čvor; Raspoređivanje drugog segmenta provodnika za zavarivanje, najmanje još jednog električnog provodnika i prvog čvora u kompresionoj komori; Podešavanje širine kompresione komore na unapred određenu vrednost za drugu operaciju zavarivanja, pri čemu je širina kompresione komore za drugu operaciju zavarivanja veća od širine kompresione komore za prvu operaciju zavarivanja za unapred određenu vrednost tolerancije; i izvođenje druge operacije zavarivanja ponovnim aktiviranjem sonotrode i pritiskanjem prvog čvora i drugog segmenta provodnika između sonotrode i nakovnja, pri čemu su prvi čvor i drugi segment provodnika zavareni da formiraju drugi čvor.

[0008] Sonotroda i nakovanj mogu biti raspoređeni u ultrazvučnom uređaju za zavarivanje tako da se mogu pomerati jedan prema drugom u najmanje jednom pravcu, na primer, da bi se povećala ili smanjila vertikalna i/ili horizontalna udaljenost između sonotrode i nakovnja. Na primer, sonotroda može biti fiksirana, a nakovanj pokretljiv. Međutim, takođe je moguće da je sonotroda pokretna, a nakovanj fiksiran. Alternativno, i sonotroda i nakovanj mogu biti pokretni.

[0009] Bočni element može biti, na primer, bočni klizač ili ploča za uočavanje. Prvi bočni element i drugi bočni element mogu se postaviti u ultrazvučni uređaj za zavarivanje tako da se mogu pomerati jedan prema drugom u najmanje jednom pravcu. Na primer, prvi bočni element može se pomerati u horizontalnom pravcu, dok drugi bočni element može biti fiksiran u horizontalnom pravcu, i obrnuto. Alternativno, oba bočna elementa mogu se pomerati u horizontalnom pravcu. Takođe je moguće da se najmanje jedan od dva bočna elementa dodatno pomera u vertikalnom pravcu.

[0010] Kompresiona komora može biti ograničena sonotrodom, nakovnjem, prvim bočnim elementom i drugim bočnim elementom na četiri različite strane, barem tokom operacije zavarivanja. Kompresiona komora može biti otvorena sa jedne ili više drugih strana. Na primer, kompresiona komora se može zatvoriti na vrhu pomoću nakovnja tokom procesa zavarivanja. Pomeranjem nakovnja, kompresiona komora se može otvoriti nagore, na primer, pre procesa zavarivanja kako bi se u kompresionu komoru ubacili električni provodnici koji se zavaruju, ili posle procesa zavarivanja kako bi se uklonili zavareni električni provodnici iz kompresione komore. Da bi se olakšalo umetanje ili uklanjanje, na primer, pored pomeranja nakovnja, najmanje jedan od dva bočna elementa može da se uvuče tako da se rastojanje povećava između prvog bočnog elementa i drugog bočnog elementa u skladu sa tim.

[0011] Električni provodnik može biti upletena žica, tj. kombinacija više pojedinačnih žica, ili jedna žica takvog snopa, tj. masivna pojedinačna žica. Električni provodnik može biti delimično prekriven električnim izolacionim materijalom. Shodno tome, segment provodnika koji se vari može biti deo električnog provodnika bez omotača, koji se može nalaziti na jednom kraju električnog provodnika ili između dva kraja električnog provodnika. Preseci provodnika koji se zavaruju mogu da imaju različite ili jednake površine poprečnog preseka. Električni provodnik može, na primer, da bude napravljen od metala ili drugog električno provodljivog materijala. Na primer, električni provodnik može biti i čvrsti deo kao što je priključni terminal, sabirnica ili slično.

[0012] Čvor se generalno može shvatiti kao spoj stvoren zavarivanjem najmanje dva spojna para. Na primer, u prvom procesu zavarivanja, nekoliko snopova, tj. nekoliko snopova žice je zavareno zajedno da bi se formirao prvi čvor. Međutim, takođe je moguće da se u prvom procesu zavarivanja pojedinačne žice jedne te iste žice zavare zajedno kako bi se formirao prvi čvor, koji se još naziva i zbijanje. U ovom slučaju, prvi čvor se može smatrati zbijenim delom ovog snopa. Drugim rečima, čvor može da sadrži samo jednu liniju (sastoji se od nekoliko pojedinačnih žica) ili nekoliko linija.

[0013] Kao deo postupka, prvi delovi provodnika od najmanje dva električna provodnika koja se zavaruju postavljaju se u kompresionu komoru. U tu svrhu, kompresiona komora se može otvoriti, na primer, pomeranjem nakovnja i/ili najmanje jednog od dva bočna elementa. Širina kompresione komore se može podesiti na navedenu vrednost za prvi proces zavarivanja. Kada je zatvorena, kompresiona komora može se ograničiti kako po visini sonotrodom i nakovnjem, tako i po širini pomoću dva bočna elementa.

[0014] Prvi čvor i/ili drugi čvor mogu imati pravougaoni oblik, tj. imaju najmanje približno pravougaoni presek. Pravougaoni ovde znači da je poprečni presek spljošten sa najmanje dve naspramne strane. Na primer, poprečni presek se može izravnati sa sve četiri strane. Međutim, moguć je i poprečni presek u obliku bureta. Dimenzije pravougaonog poprečnog preseka mogu, na primer, da odgovaraju dimenzijama kompresione komore u zatvorenom stanju nakon zavarivanja. Aktiviranjem sonotrode, sonotroda osciluje i energija zavarivanja se uvodi u delove provodnika koji se zavaruju.

[0015] Na primer, širina kompresione komore može biti podešena na nominalnu širinu prvog ili drugog čvora. Nominalna širina može biti željena maksimalna širina prvog ili drugog čvora.

[0016] Širina kompresione komore može ostati konstantna tokom celog procesa zavarivanja. Međutim, takođe je moguće da se širina kompresione komore promeni tokom zavarivanja.

[0017] Drugi električni provodnik može da bude još jedna pojedinačna žica ili drugi snop, tj. zavareni ili nezavareni kompozit dodatnih pojedinačnih žica. Takođe je moguće da je drugi segment provodnika još jedan čvor u kome je nekoliko drugih električnih provodnika zavareno zajedno. Dodatni čvor može, na primer, da bude napravljen ultrazvučnim zavarivanjem. Na primer, drugi čvor može da bude zavaren od prvog čvora, najmanje jedne nezavarene žice i/ili najmanje jedne zbijene žice/snopa.

[0018] Postupak obuhvata postavljanje širine kompresione komore na unapred određenu vrednost za drugu operaciju zavarivanja, pri čemu je širina kompresione komore za drugu operaciju zavarivanja veća od širine kompresione komore za prvu operaciju zavarivanja za unapred određenu vrednost tolerancije. Vrednost tolerancije se može izabrati tako da prvi čvor ima blagi zazor između prvog bočnog elementa i drugog bočnog elementa nakon podešavanja širine kompresione komore. Zazor sprečava da se prvi čvor naginje ili zaglavi u kompresionoj komori. Ovo omogućava da se u narednom procesu zavarivanja postigne definisana raspodela sile po celom poprečnom preseku prvog čvora. To znači da je vrlo homogena, tj. može se dobiti veoma izdržljiv i visoko provodljivi zavareni spoj. Zazor takođe može da smanji gubitke sile zavarivanja izbegavanjem direktnog kontakta između prvog čvora i dva bočna elementa. Vrednost tolerancije ne bi trebalo da bude prevelika tako da tokom narednog procesa zavarivanja nijedan materijal, kao što su pojedinačne žice, ne bude gurnut pored prvog čvora i/ili rezultirajući čvor nema preveliki stepenik(e).

[0019] Širina kompresione komore za drugi proces zavarivanja može da se podesi na isti način kao i za prvi proces zavarivanja. Na primer, moguće je da se drugi čvor, u zavisnosti od izabrane vrednosti tolerancije, podeli u pravcu svoje visine na dva čvorna preseka različite širine, od kojih svaki ima pravougaoni, tj. najmanje približno pravougaoni presek.

[0020] Testovi su pokazali da pored smanjenja lomova pojedinačnih žica i promene boje, može se povećati pouzdanost procesa, između ostalog i kao rezultat ujednačenije snage konektora. Takođe je primećena ravnomernija raspodela linija po širini čvora. Štaviše, struktura spoja se može lako reprodukovati.

[0021] Bez ograničavanja obima pronalaska na bilo koji način, ideje i moguće karakteristike za tehnička rešenja pronalaska mogu se smatrati zasnovanim, između ostalog, na razmatranjima i nalazima opisanim u daljem tekstu.

[0022] Prema jednom tehničkom rešenju, drugi segment provodnika je raspoređen između prvog čvora i sonotrode. Pre postavljanja drugog segmenta provodnika, prvi čvor se prvo može ukloniti iz kompresione komore. U tu svrhu, kompresiona komora se može otvoriti u skladu sa tim (vidi gore). Drugi segment provodnika se zatim može postaviti na sonotrodu. Prvi čvor se tada može postaviti na drugi segment provodnika, tako da se izbegava direktan kontakt između prvog spoja i sonotrode. U narednom procesu zavarivanja, energija zavarivanja se uvodi indirektno u prvi čvor preko drugog segmenta provodnika. Time se izbegava ponovni jak termički i mehanički stres na prvom čvoru. Između ostalog, ovo može sprečiti ili barem smanjiti lomljenje pojedinačnih žica ili nehomogena područja u metalu šava.

[0023] Prema pronalasku, unapred određena vrednost tolerancije je najmanje 0,01 mm. Prema alternativnom tehničkom rešenju, unapred određena vrednost tolerancije je najmanje 0,05 mm. Prema sledećem alternativnom tehničkom rešenju, unapred određena vrednost tolerancije je najmanje 0,1 mm.

[0024] Prema pronalasku, navedena vrednost tolerancije je maksimalno 5 mm.

[0025] Prema alternativnom tehničkom rešenju, unapred određena vrednost tolerancije je najviše 2 mm.

[0026] Korišćenjem vrednosti tolerancije u navedenom redosledu veličine, može se izbeći naginjanje ili zaglavljivanje prvog čvora u kompresionoj komori. S druge strane, može se izbeći da se materijal gura pored prvog čvora tokom drugog procesa zavarivanja, što može negativno da utiče na kvalitet zavarenog spoja i/ili da drugi čvor ima prevelike stepenike. Ovo pojednostavljuje dalju obradu snopa provodnika, kao što je pokrivanje drugog čvora steznom cevčicom.

[0027] Prema jednom tehničkom rešenju, drugi čvor ima površinu poprečnog preseka od najmanje 3 mm<2>. Prema alternativnom tehničkom rešenju, drugi čvor ima površinu poprečnog preseka od najmanje 20 mm<2>. Prema sledećem alternativnom tehničkom rešenju, drugi čvor ima površinu poprečnog preseka od najmanje 50 mm<2>.

[0028] Prema jednom tehničkom rešenju, drugi čvor ima nominalnu širinu od najmanje 2 mm. Prema alternativnom tehničkom rešenju, drugi čvor ima nominalnu širinu od najmanje 5 mm. Prema sledećem alternativnom tehničkom rešenju, drugi čvor ima nominalnu širinu od najmanje 10 mm.

[0029] Kao što je već navedeno, primećeno je da formiranje čvorova relativno velikog prečnika i/ili relativno složene strukture ultrazvučnim zavarivanjem može biti izazovno, jer može doći do nedovoljno homogenih veza između provodnika i/ili oštećenja provodnika, posebno blizu površina čvora. Ispitivanja su pokazala da je ovde predloženi postupak posebno pogodan za zavarivanje električnih provodnika sa relativno velikim poprečnim presecima, kao što su oni koji se koriste za priključke jake struje u električnim ili hibridnim vozilima.

[0030] Prema jednom tehničkom rešenju, širina kompresione komore za prvi proces zavarivanja jednaka je nominalnoj širini prvog čvora.

[0031] Prema jednom tehničkom rešenju, širina kompresione komore za drugi proces zavarivanja jednaka je nominalnoj širini drugog čvora.

[0032] Nominalna širina čvora se generalno može shvatiti kao željena maksimalna širina čvora. Postavljanjem širine kompresione komore na nominalnu širinu prvog ili drugog čvora, može se lako osigurati da prvi ili drugi čvor ne budu širi od ove nominalne širine na najširoj tački.

[0033] Prema jednom tehničkom rešenju, širina kompresione komore za prvi proces zavarivanja jednaka je razlici između nominalne širine drugog čvora i unapred određene vrednosti tolerancije. Drugim rečima, nominalna širina prvog čvora može se odrediti na osnovu nominalne širine drugog čvora. Razlika u širini između dva čvora može se izabrati dovoljno velika da se izbegne zaglavljivanje prvog čvora kada se postavi na drugi segment provodnika za zavarivanje drugog čvora.

[0034] U zavisnosti od tvrdoće materijala spojnih parova i parametara zavarivanja, spojni parovi se mogu spljoštiti tokom procesa zavarivanja ili na delu površine širine kompresione komore ili na celoj širini kompresione komore. U poslednjem slučaju, prvi ili drugi čvor se mogu kreirati vrlo lako i ponovljivo sa željenom konačnom širinom prilagođavanjem širine kompresione komore u skladu sa tim.

[0035] Prema jednom tehničkom rešenju, površina poprečnog preseka drugog segmenta provodnika je najmanje toliko velika kao odgovarajuća najmanja površina poprečnog preseka prvog segmenta provodnika. To znači da se relativno složen i/ili relativno veliki čvor može realizovati sa samo dva procesa zavarivanja.

[0036] Prema jednom tehničkom rešenju, postupak dalje obuhvata raspoređivanje trećeg segmenta provodnika od najmanje jednog dodatnog električnog provodnika i drugog čvora za zavarivanje u kompresionoj komori, postavljanje širine kompresione komore na unapred određenu vrednost za treći proces zavarivanja, pri čemu je širina kompresione komore za treći proces zavarivanja veća od širine kompresione komore za drugi proces zavarivanja za unapred određenu dodatnu vrednost tolerancije, i izvođenje trećeg procesa zavarivanja ponovnim aktiviranjem sonotrode i pritiskanjem drugog čvora i trećeg segmenta provodnika između sonotrode i nakovnja, pri čemu su drugi čvor i treći segment provodnika najmanje jednog dodatnog električnog provodnika zavareni da formiraju treći čvor. U nekim slučajevima, na primer, kada treba da se proizvedu čvorovi sa veoma velikom površinom poprečnog preseka i/ili veoma složenom konstrukcijom, zavarivanje u tri ili više koraka može biti neophodno kako bi se raspoloživa snaga zavarivanja iskoristila što je moguće efikasnije.

[0037] Na primer, treći segment provodnika može biti raspoređen između drugog čvora i sonotrode. Ovo izbegava direktan kontakt između drugog čvora i sonotrode. U narednom procesu zavarivanja, energija zavarivanja se uvodi indirektno u drugi čvor preko trećeg segmenta provodnika. Ovim se izbegava ponovni jak termički i mehanički stres na drugom čvoru. Između ostalog, ovo može sprečiti ili barem smanjiti lomljenje pojedinačnih žica ili nehomogenih područja u metalu šava.

[0038] Analogno gore pomenutoj vrednosti tolerancije, dodatna vrednost tolerancije se može izabrati tako da drugi čvor ima blagi zazor između prvog bočnog elementa i drugog bočnog elementa nakon podešavanja širine kompresione komore. Na ovaj način se može izbeći naginjanje ili zaglavljivanje drugog spoja u kompresionoj komori i obezbediti definisana raspodela sila po celom poprečnom preseku drugog čvora.

[0039] Prema jednom tehničkom rešenju, svaki od električnih provodnika je delimično obložena upletena žica, kao što je delimično ogoljeni kabl, a svaki od delova provodnika je deo upletene žice bez omotača. To znači, na primer, da se kablovski sklopovi ili snopovi pogodni za primene kod jake struje mogu proizvoditi veoma efikasno sa dugotrajnim, visoko provodljivim priključnim tačkama.

[0040] Alternativno, snop provodnika proizveden postupkom prema tehničkom rešenju prvog aspekta pronalaska možda nema takav korak(e).

[0041] Prema jednom tehničkom rešenju, čvor je napravljen ultrazvučnim zavarivanjem. To znači da se snop provodnika može proizvesti bez topljenja materijala provodnika i na taj način – u poređenju sa konvencionalnim procesima fuzionog zavarivanja – sa relativno malim proizvodnim naporom.

[0042] Prema jednom tehničkom rešenju, svaki od električnih provodnika je delimično obložena žica, sa neobloženim delovima žice koji su zavareni za čvor. Drugim rečima, svaki od električnih provodnika može biti delimično ogoljeni kabl. Svaki snop može da ima relativno veliki poprečni presek od, na primer, najmanje 10 mm<2>. To znači da se snop provodnika može koristiti za zaštićeni prenos ili distribuciju struja, posebno relativno jake struje od, na primer, od najmanje 100 A, kao što je kod električnih ili hibridnih vozila.

KRATAK OPIS CRTEŽA

[0043] Pogodna tehnička rešenja pronalaska su detaljnije objašnjene u daljem tekstu uz upućivanje na priložene crteže, pri čemu ni crteže ni objašnjenja ne treba tumačiti kao ograničavanje pronalaska na bilo koji način.

Slika 1 je šematski prikaz ultrazvučnog uređaja za zavarivanje sa otvorenom kompresionom komorom pre prvog procesa zavarivanja.

Slika 2 prikazuje ultrazvučni uređaj za zavarivanje sa Sl. 1 sa proširenim prvim bočnim elementom.

Slika 3 prikazuje ultrazvučni uređaj za zavarivanje sa Sl.1 sa zatvorenom kompresionom komorom tokom prvog procesa zavarivanja.

Slika 4 prikazuje ultrazvučni uređaj za zavarivanje sa Sl. 1 sa otvorenom kompresionom komorom posle prvog procesa zavarivanja i pre drugog procesa zavarivanja.

Slika 5 prikazuje ultrazvučni uređaj za zavarivanje sa Sl.1 sa zatvorenom kompresionom komorom tokom drugog procesa zavarivanja.

Slika 6 prikazuje dijagram toka postupka za zavarivanje čvora pomoću ultrazvučnog uređaja za zavarivanje prema jednom tehničkom rešenju predmetnog pronalaska.

Slika 7 je šematski prikaz snopa provodnika u poprečnom preseku.

Slika 8 prikazuje bočni pogled na snop provodnika sa Sl.7.

[0044] Slike su samo šematske i nisu u razmeri. Iste referentne oznake na različitim crtežima označavaju iste ili ekvivalentne karakteristike.

OPIS POŽELJNIH TEHNIČKIH REŠENJA

[0045] Slika 1 je šematski prikaz ultrazvučnog uređaja 100 za zavarivanje sa sonotrodom 102 za generisanje ultrazvučnih vibracija, nakovnjem 104, prvim bočnim elementom 106, kao što je bočni klizač, i drugim bočnim elementom 108, kao što je ploča za uočavanje. Sonotroda 102, nakovanj 104, prvi bočni element 106 i drugi bočni element 108 ograničavaju kompresionu komoru 110 u koju su umetnuti prvi segmenti 112 provodnika većeg broja električnih provodnika 114 koji se zavaruju. Alternativno, mogu se umetnuti samo prvi segmenti 112 provodnika jednog električnog provodnika 114, na primer za sabijanje.

[0046] Slika 1 prikazuje kompresionu komoru 110 kao primer u otvorenom stanju u kome je kompresiona komora 110 otvorena na stranu suprotnu sonotrodi 102 i ograničena je samo sa tri strane sonotrodom 102, prvim bočnim elementom 106 i drugim bočnim elementom 108. Prema tome, prvi segmenti 112 provodnika mogu biti umetnuti u kompresionu komoru 110 odozgo, na primer, ručno od strane operatera ili automatski pomoću hvataljke ili slično. Za razliku od šematskog prikaza na Sl. 1, bočni elementi 106, 108 se takođe mogu podesiti tako da prilikom umetanja postoji nešto prostora između prvih segmenata 112 provodnika i odgovarajućih krajnjih površina dva bočna elementa 106, 108. Alternativno, bočni klizač 106 se može podesiti na određenu širinu zavarivanja pre nego što se umetnu električni provodnici 114. Ovo u nekim slučajevima olakšava umetanje.

[0047] Kompresiona komora 110 može biti zatvorena, na primer, pomoću nakovnja 104 na strani suprotnoj od sonotrode 102, kao što je prikazano na slikama 3 i 5.

[0048] Širina B kompresione komore 110 je unapred određena rastojanjem u x-pravcu između prvog bočnog elementa 106 i drugog bočnog elementa 108 i može se menjati pomeranjem prvog bočnog elementa 106 i/ili drugog bočnog elementa 108 u x-pravcu. Na primer, na Slici 1 samo je prvi bočni element 106 pokretljiv u x-pravcu, dok je drugi bočni element 108 fiksiran u x-pravcu.

[0049] Visina H kompresione komore 110 je unapred određena rastojanjem u x-pravcu između sonotrode 102 i nakovnja 104 u zatvorenom stanju kompresione komore 110 i može se menjati pomeranjem sonotrode 102 i/ili nakovnja 104 u y-pravcu. Visina H je prikazana na slikama 3 i 5. Na primer, na Slici 1, samo je nakovanj 104 pokretljiv u y-pravcu, dok je sonotroda 102 fiksirana u y-pravcu. Na primer, drugi bočni element 108 može da se pomera u y-pravcu, pri čemu nakovanj 104 može biti mehanički spojen sa drugim bočnim elementom 108. Dakle, nakovanj 104 može da se pomera zajedno sa drugim bočnim elementom 108 u y-pravcu.

[0050] Električni provodnici 114 mogu biti pojedinačne žice jednog ili više kablova. Na primer, svaki od električnih provodnika 114 može biti delimično obložen izolacionim materijalom. Svaki od električnih provodnika 114 stoga može biti jedan kabl. Prvi segmenti 112 provodnika mogu biti delovi takvog kabla bez omotača. Alternativno, nekoliko električnih provodnika 114 se može kombinovati da formiraju jedan ili više snopova. Na primer, svi električni provodnici 114 se mogu kombinovati u jedan snop. Takav snop može zauzvrat delimično da bude prekriven izolacionim materijalom i tako da čini kabl.

[0051] Prvi segmenti 112 provodnika mogu biti raspoređeni u nekoliko slojeva na površini 116 sonotrode od sonotrode 102. Ultrazvučne vibracije se mogu spojiti na prve segmente 112 provodnika preko površine 116 sonotrode, što dovodi do toga da prvi segmenti 112 provodnika budu integralno povezani jedan sa drugim, tj. zavareni u čvor.

[0052] Ultrazvučni uređaj 100 za zavarivanje je dizajniran da zavari prve segmente 112 provodnika u dve uzastopne operacije zavarivanja.

[0053] U tu svrhu, prvi bočni element 106 može se malo produžiti nakon što su prvi segmenti 112 provodnika umetnuti da bi se širina B postavila na unapred određenu vrednost za prvi proces zavarivanja (videti Sliku 2).

[0054] Pored toga, na primer, nakovanj 104 se može spustiti u y-pravcu spuštanjem drugog bočnog elementa 108 i pomeriti u x-pravcu prema prvom bočnom elementu 106. Na primer, prvi bočni element 106 može delovati kao graničnik za nakovanj 104 u x-pravcu (videti Sliku 3).

[0055] Za zavarivanje, sonotroda 102 se aktivira i prvi segmenti 112 provodnika se pritiskaju zajedno pomoću sonotrode 102 i nakovnja 104. Kao rezultat, prvi segmenti 112 provodnika su zavareni da formiraju prvi čvor 300 (videti Sliku 3). Širina prvog čvora 300 može da odgovara širini B kompresione komore 110. To jest, nominalna širina prvog čvora 300 može biti unapred određena širinom B kompresione komore 110.

[0056] Nakon zavarivanja prvog čvora 300, kompresiona komora 110 se može ponovo otvoriti, na primer, uvlačenjem prvog bočnog elementa 106 i/ili nakovnja 104. Prvi čvor 300 se sada može ukloniti iz kompresione komore 110 i drugi segmenti 400 provodnika nekoliko daljih električnih provodnika 402 mogu se postaviti na površinu 116 sonotrode (videti Sliku 4). Drugi segmenti 400 provodnika mogu biti delovi jednog ili više drugih kablova bez omotača. Prvi čvor 300 je postavljen na druge segmente 400 provodnika tako da površina 116 sonotrode ima kontakt sa drugim segmentima 400 provodnika, ali ne i sa prvim čvorom 300.

[0057] Pre, tokom ili posle umetanja drugih segmenata 400 provodnika i prvog čvora 300, širina B se postavlja na unapred određenu vrednost za drugi proces zavarivanja. Navedena vrednost za drugi proces zavarivanja je veća od navedene vrednosti za prvi proces zavarivanja za navedenu vrednost tolerancije ΔB. Vrednost tolerancije ΔB je izabrana tako da prvi čvor 300 ima malo zazora između prvog bočnog elementa 106 i drugog bočnog elementa 108. Zazor sprečava da se prvi čvor 300 zaglavi ili nagne između prvog bočnog elementa 106 i drugog bočnog elementa 108 (videti Sliku 4).

[0058] Nakon toga, drugi segmenti 400 provodnika i prvi čvor 300 su zavareni u drugom procesu zavarivanja da bi se formirao homogeni, drugi čvor 500, koji može biti znatno veći od prvog čvora 300 (videti Sliku 5). Širina drugog čvora 500 može odgovarati širini B kompresione komore 110. To jest, nominalna širina drugog čvora 500 može biti unapred određena širinom B kompresione komore 110.

[0059] Moguće je da je drugi čvor 500 zavaren za treći čvor u trećem procesu zavarivanja analogno prvom i drugom procesu zavarivanja sa trećim delom provodnika od najmanje jednog dodatnog električnog provodnika.

[0060] Slika 6 prikazuje osnovni redosled postupka ultrazvučnog zavarivanja opisanog na slikama od 1 do 5.

[0061] U koraku S10, prvi segmenti 112 provodnika od najmanje dva električna provodnika 114 koji se zavaruju su raspoređeni u kompresionoj komori 110.

[0062] U koraku S20, širina B kompresione komore 110 se postavlja na unapred određenu vrednost za prvi proces zavarivanja.

[0063] U koraku S30, prvi proces zavarivanja se izvodi aktiviranjem sonotrode 102 i pritiskanjem prvih segmenata 112 provodnika zajedno između sonotrode 102 i nakovnja 104, pri čemu su prvi segmenti 112 provodnika zavareni u prvi čvor 300.

[0064] U koraku S40, drugi segmenti 400 provodnika od najmanje jednog dodatnog električnog provodnika 402 koga treba zavariti postavlja se u kompresionu komoru 110 između prvog čvora 300 i sonotrode 102.

[0065] U koraku S50, širina B kompresione komore 110 je postavljena na unapred određenu vrednost za drugi proces zavarivanja, pri čemu je širina B kompresione komore 110 za drugi proces zavarivanja veća od širine B kompresione komore 110 za prvi proces zavarivanja za unapred određenu vrednost tolerancije ΔB.

[0066] U koraku S60, drugi proces zavarivanja se izvodi ponovnim aktiviranjem sonotrode 102 i pritiskanjem prvog čvora 300 i drugog segmenta 400 provodnika zajedno između sonotrode 102 i nakovnja 104, pri čemu su prvi čvor 300 i drugi segment 400 provodnika zavareni za drugi čvor 500.

[0067] Drugi čvor 500 može da ima jednu ili dve stepenice na svojim bočnim površinama zbog različitih širina zavarivanja (videti takođe Sliku 7).

[0068] Slika 7 prikazuje poprečni presek kroz snop 700 provodnika duž linije preseka A-A prikazane na Slici 8. Snop 700 provodnika može, na primer, da se proizvede postupkom gore opisanim uz upućivanje na slike od 1 do 6 i može da sadrži provodnike 114, 402 koji su zavareni zajedno u drugom čvoru 500 (videti takođe Sliku 8).

[0069] Drugi čvor 500 je podeljen u pravcu svoje visine H’ na prvi čvorni deo 702 i drugi čvorni deo 704, od kojih svaki ima približno pravougaoni poprečni presek. Čvorni delovi 702, 704 odstupaju jedan od drugog u pravcu svoje širine B’ u proseku za najmanje 0,01 mm, poželjno za najmanje 0,1 mm.

[0070] Čvorni delovi 702, 704 mogu biti pomereni jedan od drugog u pravcu njihove širine B’ tako da se formira stepenik na jednoj ili obe strane drugog čvora 500. Na Slici 7, drugi čvor 500 ima, na primer, levi stepenik 706 i desni stepenik 706’, koji mogu imati različite širine u zavisnosti od pomeranja čvornih delova 702, 704. Zbir odgovarajućih širina stepenika 706, 706’ može, na primer, biti najmanje 0,2 mm. Stepenici 706, 706’ se stoga mogu videti golim okom.

[0071] Štaviše, sa Slike 8 se može videti da je svaki od električnih provodnika 114, 402 delimično obložena upredena žica i da su žice zavarene za drugi čvor 500 u oblasti bez omotača koja obuhvata segmente 112, 400 provodnika. Širina B’ najšireg čvornog dela 702, 704 može biti jednaka nominalnoj širini drugog čvora 500.

[0072] Visina H’ može biti jednaka nominalnoj visini drugog čvora 500.

Lista referentnih oznaka

[0073]

100 ultrazvučni uređaj za zavarivanje

102 sonotroda

104 nakovanj

106 prvi bočni element

108 drugi bočni element

110 kompresiona komora

112 prvi segment provodnika

114 električni provodnik

116 površina sonotrode

300 prvi čvor

400 drugi segment provodnika 402 dodatni električni provodnik 500 drugi čvor

700 snop provodnika

702 prvi čvorni deo

704 drugi čvorni deo

706 levi stepenik

706’ desni stepenik

B širina kompresione komore B’ širina drugog čvora

ΔB vrednost tolerancije

H visina kompresione komore H’ visina drugog čvora

x x-pravac

y y-pravac

Claims (11)

Patentni zahtevi

1. Postupak zavarivanja čvora (500) pomoću ultrazvučnog uređaja (100) za zavarivanje, pri čemu ultrazvučni uređaj (100) za zavarivanje ima sonotrodu (102) za generisanje ultrazvučnih vibracija, nakovanj (104), prvi bočni element (106), drugi bočni element (108) i kompresionu komoru (110), čija se visina (H) može podešavati promenom rastojanja između sonotrode (102) i nakovnja (104), i čija se širina (B) može podešavati promenom rastojanja između prvog bočnog elementa (106) i drugog bočnog elementa (108), pri čemu postupak obuhvata:

raspoređivanje prvih segmenata (112) provodnika za zavarivanje od najmanje dva električna provodnika (114) u kompresionoj komori (110);

podešavanje širine (B) kompresione komore (110) na unapred određenu vrednost za prvi proces zavarivanja;

izvođenje prvog procesa zavarivanja aktiviranjem sonotrode (102) i kompresovanje prvih segmenata (112) provodnika između sonotrode (102) i nakovnja (104), pri čemu se prvi segmenti (112) provodnika zavaruju da formiraju prvi čvor (300); raspoređivanje drugog segmenta (400) provodnika za zavarivanje od najmanje još jednog električnog provodnika (402) i prvog čvora (300) u kompresionoj komori (110);

naznačen time, što se:

podešava širina (B) kompresione komore (110) na unapred određenu vrednost za drugi proces zavarivanja, pri čemu je širina (B) kompresione komore (110) za drugi proces zavarivanja veća od širine (B) kompresione komore (110) za prvi proces zavarivanja za unapred određenu vrednost tolerancije (ΔB); i

izvodi drugi proces zavarivanja ponovnim aktiviranjem sonotrode (102) i kompresovanje prvog čvora (300) i drugog segmenta (400) provodnika između sonotrode (102) i nakovnja (104), pri čemu se prvi čvor (300) i drugi segment (400) provodnika zavaruju tako da formiraju drugi čvor (500),

pri čemu unapred određena vrednost tolerancije (ΔB) iznosi najmanje 0,01 mm, i pri čemu unapred određena vrednost tolerancije (ΔB) iznosi najviše 5 mm.

2. Postupak prema patentnom zahtevu 1,

pri čemu je drugi segment (400) provodnika raspoređen između prvog čvora (300) i sonotrode (102).

3. Postupak prema patentnom zahtevu 1 ili 2,

pri čemu unapred određena vrednost tolerancije (ΔB) iznosi najmanje 0,1 mm.

4. Postupak prema jednom od prethodnih patentnih zahteva,

pri čemu unapred određena vrednost tolerancije (ΔB) iznosi najviše 2 mm.

5. Postupak prema jednom od prethodnih patentnih zahteva,

pri čemu drugi čvor (500) ima površinu poprečnog preseka od najmanje 3 mm<2>; ili pri čemu drugi čvor (500) ima površinu poprečnog preseka od najmanje 50 mm<2>.

6. Postupak prema jednom od prethodnih patentnih zahteva,

pri čemu drugi čvor (500) ima nominalnu širinu od najmanje 2 mm; ili

pri čemu drugi čvor (500) ima nominalnu širinu od najmanje 10 mm.

7. Postupak prema jednom od prethodnih patentnih zahteva,

pri čemu je širina (B) kompresione komore (110) za prvi proces zavarivanja jednaka nominalnoj širini prvog čvora (300); i/ili

pri čemu je širina (B) kompresione komore (110) za drugi proces zavarivanja jednaka nominalnoj širini drugog čvora (500).

8. Postupak prema patentnom zahtevu 7,

pri čemu je širina (B) kompresione komore (110) za prvi proces zavarivanja jednaka razlici između nominalne širine drugog čvora (500) i unapred određene vrednosti tolerancije (ΔB).

9. Postupak prema jednom od prethodnih patentnih zahteva,

pri čemu je površina poprečnog preseka drugog segmenta (400) provodnika najmanje isto toliko velika kao odgovarajuća najmanja površina poprečnog preseka prvog segmenta (112) provodnika.

10. Postupak prema jednom od prethodnih patentnih zahteva, koji dalje obuhvata:

raspoređivanje trećeg segmenta provodnika za zavarivanje od najmanje jednog dodatnog električnog provodnika i drugog čvora (500) u kompresionoj komori (110); podešavanje širine (B) kompresione komore (110) na unapred određenu vrednost za treći proces zavarivanja, pri čemu je širina (B) kompresione komore (110) za treći proces zavarivanja veća od širine (B) kompresione komore (110) za drugi proces zavarivanja za unapred određenu dodatnu vrednost tolerancije; i

izvođenje trećeg procesa zavarivanja ponovnim aktiviranjem sonotrode (102) i kompresovanje drugog čvora (500) i trećeg segmenta provodnika između sonotrode (102) i nakovnja (104), pri čemu se drugi čvor (500) i drugi segment provodnika zavaruju tako da formiraju treći čvor.

11. Postupak prema jednom od prethodnih patentnih zahteva,

pri čemu je svaki od električnih provodnika (114, 402) delimično obložena žica i svaki od segmenata (112, 400) provodnika je segment žice koji nije obložen.