WO2019042765A1 - Ultraschall-schweisseinrichtung - Google Patents

Ultraschall-schweisseinrichtung Download PDF

Info

Publication number
WO2019042765A1
WO2019042765A1 PCT/EP2018/072049 EP2018072049W WO2019042765A1 WO 2019042765 A1 WO2019042765 A1 WO 2019042765A1 EP 2018072049 W EP2018072049 W EP 2018072049W WO 2019042765 A1 WO2019042765 A1 WO 2019042765A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
anvil
support
ultrasonic welding
welding device
support surface
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2018/072049
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Mueller
Rainer Wagenbach
Waldemar Werner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schunk Sonosystems GmbH
Original Assignee
Schunk Sonosystems GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=63490395&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=WO2019042765(A1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Schunk Sonosystems GmbH filed Critical Schunk Sonosystems GmbH
Priority to KR1020207006621A priority Critical patent/KR102574555B1/ko
Priority to CN201880057168.2A priority patent/CN111065484A/zh
Priority to EP18765012.2A priority patent/EP3678809A1/de
Priority to MX2020002387A priority patent/MX2020002387A/es
Priority to US16/641,856 priority patent/US11225033B2/en
Priority to JP2020512803A priority patent/JP7237937B2/ja
Publication of WO2019042765A1 publication Critical patent/WO2019042765A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/10Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating making use of vibrations, e.g. ultrasonic welding
    • B23K20/106Features related to sonotrodes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/10Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating making use of vibrations, e.g. ultrasonic welding
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K37/00Auxiliary devices or processes, not specially adapted for a procedure covered by only one of the other main groups of this subclass
    • B23K37/04Auxiliary devices or processes, not specially adapted for a procedure covered by only one of the other main groups of this subclass for holding or positioning work
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01RELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R43/00Apparatus or processes specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining, or repairing of line connectors or current collectors or for joining electric conductors
    • H01R43/02Apparatus or processes specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining, or repairing of line connectors or current collectors or for joining electric conductors for soldered or welded connections
    • H01R43/0207Ultrasonic-, H.F.-, cold- or impact welding
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/02Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure
    • B29C65/08Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using ultrasonic vibrations
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/80General aspects of machine operations or constructions and parts thereof
    • B29C66/81General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps
    • B29C66/812General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the composition, by the structure, by the intensive physical properties or by the optical properties of the material constituting the pressing elements, e.g. constituting the welding jaws or clamps
    • B29C66/8126General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the composition, by the structure, by the intensive physical properties or by the optical properties of the material constituting the pressing elements, e.g. constituting the welding jaws or clamps characterised by the intensive physical properties or by the optical properties of the material constituting the pressing elements, e.g. constituting the welding jaws or clamps
    • B29C66/81264Mechanical properties, e.g. hardness
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/80General aspects of machine operations or constructions and parts thereof
    • B29C66/81General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps
    • B29C66/812General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the composition, by the structure, by the intensive physical properties or by the optical properties of the material constituting the pressing elements, e.g. constituting the welding jaws or clamps
    • B29C66/8126General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the composition, by the structure, by the intensive physical properties or by the optical properties of the material constituting the pressing elements, e.g. constituting the welding jaws or clamps characterised by the intensive physical properties or by the optical properties of the material constituting the pressing elements, e.g. constituting the welding jaws or clamps
    • B29C66/81265Surface properties, e.g. surface roughness or rugosity
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/80General aspects of machine operations or constructions and parts thereof
    • B29C66/81General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps
    • B29C66/814General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the design of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps
    • B29C66/8141General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the design of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps characterised by the surface geometry of the part of the pressing elements, e.g. welding jaws or clamps, coming into contact with the parts to be joined
    • B29C66/81433General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the design of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps characterised by the surface geometry of the part of the pressing elements, e.g. welding jaws or clamps, coming into contact with the parts to be joined being toothed, i.e. comprising several teeth or pins, or being patterned
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/80General aspects of machine operations or constructions and parts thereof
    • B29C66/81General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps
    • B29C66/816General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the mounting of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps
    • B29C66/8167Quick change joining tools or surfaces

Definitions

  • the present invention relates to an ultrasonic welding device with a sonotrode transmitting ultrasonic vibrations and an anvil arranged on an anvil, the anvil being replaceably arranged on the anvil carrier, such that a bearing surface of the anvil with a normal force generated by a pretensioning device against a support surface of the anvil carrier is applied.
  • the known ultrasonic welding device designed as a welding tongs has an anvil which is arranged exchangeably on an anvil carrier and which by means of a screw connection, the one as a normal force between a support surface of the anvil support and a bearing surface of the anvil acting biasing force is held fixed in a connecting plane between the bearing surface of the anvil and the support surface of the anvil support, to prevent longitudinal vibrations of the sonotrode passing through the support surface of the anvil are transferred to the support surface of the anvil carrier, lead to relative movements between the anvil and the anvil carrier. Otherwise, the occurrence of such relative movements could lead to local welds between the anvil and the anvil carrier in the connection plane, which would prevent a separation of the anvil from the anvil carrier necessary for the replacement of the anvil.
  • the present invention is therefore based on the object to propose an ultrasonic welding device, the effective
  • the ultrasonic welding device has the features of claim 1.
  • the support surface of the anvil has a surface hardness which is greater than the surface hardness of the support surface of the anvil support, the support surface having a surface structure at least in the region of a partial surface, and wherein the support surface has a surface roughness at least in the region of the partial surface
  • the differently shaped surface hardness with a relative to the support surface of the anvil carrier comparatively harder formed bearing surface of the anvil allows that at least in one Part surface of the support surface formed surface structure can impress under normal force in the support surface, if the support surface has a surface roughness with R z / R a > 2 at least in the region of the partial surface.
  • the average roughness R a of the averaged roughness R z is sufficiently exceeded in order to form an effective obstacle to movement by the surface structure for a relative movement in the direction of the longitudinal vibrations of the sonotrode.
  • a fixation that is to say an axial fixing of the anvil with respect to the anvil carrier, is achieved if a surface structure forms an obstacle to a relative movement in the longitudinal direction of vibration of the sonotrode, at least in the region of a partial surface.
  • the surface structure has a linear structure component with an at least partially inclined at an angle ⁇ relative to the longitudinal direction of the sonotrode alignment, for example, already a single line-shaped structure with a ⁇ under an angle ⁇ to the longitudinal direction of the sonotrode formed as a line segment structural component be enough.
  • the line structure can be formed in a straight line or as a serpentine line.
  • the support surface of the anvil carrier has a surface hardness of less than 58 HRC and the bearing surface of the anvil has a surface hardness greater than 59 HRC.
  • the surface structure is formed from a line grid, wherein preferably the grid has raised grid lines with a height determined by R z .
  • a reproducible embodiment of the line grid is possible if the grid by means of laser irradiation of at least one
  • Partial surface of the bearing surface is generated, wherein a machined in a milling process bearing surface of the anvil for generating the grid lines can be scanned with a laser beam in parallel feed paths.
  • An advantageous embodiment can already be achieved if the bearing surface has a surface roughness with R z / R a > 5 at least in the region of the partial surface.
  • Figure 1 is an isometric view of a designed as a welding gun ultrasonic welding device arranged in a pliers housing, located in the closed position welding jaws.
  • Fig. 2 is an illustration of the open welding jaws of in
  • Fig. 1 illustrated welding gun with an anvil disposed on anvil
  • FIG. 3 shows the anvil illustrated in FIG. 2 in a bottom view with a schematic representation of a surface structure formed in a bearing surface of the anvil;
  • FIG 4 shows an exemplary embodiment of the support surface with a surface structure formed in a partial surface of the support surface as a line grid.
  • an ultrasonic welding device 10 designed as an ultrasonic welding gun with an upper tong part 11 and a lower tong part 12, which are arranged in a common tong housing 13.
  • the upper tong part 1 1 has as an essential part of an ultrasonic vibration device with a arranged at the front end of the ultrasonic vibrator sonotrode 14, which forms a first welding jaw.
  • the anvil 15 forms a second welding jaw, which is pivotable by means of an actuator not shown here around a formed in the rear part of the tong housing 13 pivot axis 1 8 against the sonotrode 14, such that one on the anvil 15th formed counter-surface 19 is moved against a working surface 20 of the longitudinal oscillations in the present case sonotrode 14.
  • the anvil 15 is connected to the anvil carrier 17 via the screw connection 16 in such a way that a support surface 21 forming the underside of the anvil 15 (see also FIG. 3) on a top side of the anvil carrier 17 forming support surface 22 rests.
  • the anvil support 17 is provided at its longitudinal edges with guide webs 23, 24, which form an axial guide device 25, such that for replacing the anvil 15 of the anvil 15 after loosening the two bolt connections 26, 27 in the present case screw 16 in Longitudinal direction 28 of the sonotrode 14, which in the present case coincides with the main direction of vibration of the sonotrode 14, can be taken.
  • the screw connection 16 serves to produce a clamping or normal force N, with which the support surface 21 for fixing the anvil 15 in the longitudinal direction 28 is pressed against the support surface 22.
  • the bearing surface 21 of the anvil in which two threaded bores 29, 30 are provided for the execution of the bolt connections 26, 27 in the illustrated embodiment, in the region of a partial surface 3 1 with a surface structure 32 only schematically shown in the present case provided, which is provided a plurality of, here as structure lines formed structural components 33.
  • the structural components 33 form in the support surface 21 at least partially or partially raised grid lines 34, which in the illustrated in Fig.
  • the anvil 15 and the anvil support 17 are formed in the present case of different materials, so that the anvil 15 and the anvil support 17 at least in the region of the support surface 21 and the support surface 22 have different surface hardness, in the present case 62 HRC for the anvil and 57 HRC for the anvil carrier 17 have.
  • 4 shows an illustration of a support surface 36 of an anvil 37 having a part surface 38 formed therein, which has a line grid 39 which is produced by means of a laser application of the support surface 36 in the region of the part surface 38.
  • a laser loading of the bearing surface 36 produced in milling machining takes place, such that the formation of a line screen 39 in the Y-axis direction extending raster lines 40 by the laser loading along parallel extending feed paths of the laser to form grooves 41 a material removal takes place.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
  • Lining Or Joining Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ultraschall-Schweißeinrichtung mit einer Ultraschallschwingungen übertragenden Sonotrode (14) und einem auf einem Ambossträger (17) angeordneten Amboss (15), wobei der Amboss (15) auswechselbar auf dem Ambossträger (17) angeordnet ist, derart, dass eine Auflagerfläche (21) des Amboss (15) mit einer durch eine Vorspanneinrichtung erzeugten Normalkraft gegen eine Stützfläche (22) des Ambossträgers (17) anliegt, wobei die Auflagerfläche (21) des Amboss (15) eine Oberflächenhärte aufweist, die größer ist als die Oberflächenhärte der Stützfläche (22) des Ambossträgers (17), wobei die Auflagerfläche (21) zumindest im Bereich einer Teilfläche eine Flächenstruktur aufweist, und wobei die Auflagerfläche (21) zumindest im Bereich der Teilfläche eine Oberflächenrauheit mit Rz/Ra ≥ 2 aufweist.

Description

Ultraschall-Schweißeinrichtung
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
Rz/Ra > 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 Rz/Ra > 2 aufweist. Bei diesem Verhältnis in der Oberflächenrauheit wird der Mittenrauwert Ra von der gemittelten Rautiefe Rz 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 Rz 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
Rz = 25 μιη, also entsprechend einer Fräsbearbeitung der Auflagerfläche, und Ra = 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 Rz/Ra > 5 aufweist.
In Untersuchungen hat sich herausgestellt, dass weitere Verbesserungen möglich sind, wenn Rz > 8 μιη ist und noch weitere Verbesserungen, wenn Rz > 20 μιη ist.
Bei einer Oberflächenrauheit von Rz > 25 μιη, die wie vorstehend bereits beispielhaft erwähnt, durch eine Fräsbearbeitung der Auflagerfläche möglich ist, kann zur Erzielung des gewünschten Verhältnisses von Ra/Rz 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 Rz/Ra = 4 ist, also die gemittelte Rautiefe Rz das Vierfache des Mittenrauheitsgrads Ra 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 Ra = 6,3 μιη und im Bereich der Rasterlinien 40 eine gemittelte Rautiefe Rz = 25 μιη ergeben.

Claims

Patentansprüche
1. Ultraschall-Schweißeinrichtung (10) mit einer Ultraschallschwingungen übertragenden Sonotrode (14) und einem auf einem Ambossträger (17) angeordneten Amboss (15, 37), wobei der Amboss (15, 37) auswechselbar auf dem Ambossträger (17) angeordnet ist, derart, dass eine Auflagerfläche (21, 36) des Amboss (15, 37) mit einer durch ei- ne Vorspanneinrichtung erzeugten Normalkraft gegen eine Stützfläche (22) des Ambossträgers (17) anliegt,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Auflagerfläche (21, 36) des Amboss (15, 37) eine Oberflächenhärte aufweist, die größer ist als die Oberflächenhärte der Stütz- fläche (22) des Ambossträgers (17), wobei die Auflagerfläche (21,
36) zumindest im Bereich einer Teilfläche (31, 38) eine Flächenstruktur (32) aufweist, und wobei die Auflagerfläche (21, 36) zumindest im Bereich der Teilfläche (31, 38) eine Oberflächenrauheit mit Rz/Ra > 2 aufweist.
2. Ultraschall-Schweißeinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Flächenstruktur (32) einer lineare Strukturkomponente (33) mit einer zumindest abschnittsweise unter einem Anstellwinkel α gegenüber der Längsrichtung (28) der Sonotrode (14) geneigten Ausrichtung aufweist.
3. Ultraschall-Schweißeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Stützfläche (22) des Ambossträgers (17) eine Oberflächenhärte kleiner als 58 HRC und die Auflagerfläche (21, 36) des Amboss (15, 37) eine Oberflächenhärte größer als 59 HRC aufweist.
4. Ultraschall-Schweißeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
dass die Flächenstruktur aus einem Linienraster (39) gebildet ist.
5. Ultraschall-Schweißeinrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Linienraster (39) zumindest abschnittsweise erhabene Rasterlinien (40) aufweist mit einer durch Rz bestimmten maximalen Höhe.
6. Ultraschall-Schweißeinrichtung nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Linienraster (39) mittels Laserbeaufschlagung von zumindest einer Teilfläche (38) der Auflagerfläche erzeugt ist.
7. Ultraschall-Schweißeinrichtung nach einem der vorangehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Auflagerfläche (21, 36) zumindest im Bereich der Teilfläche (31, 38) eine Oberflächenrauheit mit Rz/Ra > 5 aufweist.
8. Ultraschall-Schweißeinrichtung nach einem der vorangehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass Rz > 8 μιη ist.
9. Ultraschall-Schweißeinrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass Rz > 20 μιη ist.
10. Ultraschall-Schweißeinrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass Rz > 25 μιη ist.
PCT/EP2018/072049 2017-09-04 2018-08-14 Ultraschall-schweisseinrichtung Ceased WO2019042765A1 (de)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020207006621A KR102574555B1 (ko) 2017-09-04 2018-08-14 초음파 용접 장치
CN201880057168.2A CN111065484A (zh) 2017-09-04 2018-08-14 超声波焊接装置
EP18765012.2A EP3678809A1 (de) 2017-09-04 2018-08-14 Ultraschall-schweisseinrichtung
MX2020002387A MX2020002387A (es) 2017-09-04 2018-08-14 Dispositivo de soldadura ultrasonica.
US16/641,856 US11225033B2 (en) 2017-09-04 2018-08-14 Ultrasonic welding device
JP2020512803A JP7237937B2 (ja) 2017-09-04 2018-08-14 超音波溶接デバイス

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017215483.7 2017-09-04
DE102017215483.7A DE102017215483B4 (de) 2017-09-04 2017-09-04 Ultraschall-Schweißeinrichtung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019042765A1 true WO2019042765A1 (de) 2019-03-07

Family

ID=63490395

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2018/072049 Ceased WO2019042765A1 (de) 2017-09-04 2018-08-14 Ultraschall-schweisseinrichtung

Country Status (8)

Country Link
US (1) US11225033B2 (de)
EP (1) EP3678809A1 (de)
JP (1) JP7237937B2 (de)
KR (1) KR102574555B1 (de)
CN (1) CN111065484A (de)
DE (1) DE102017215483B4 (de)
MX (1) MX2020002387A (de)
WO (1) WO2019042765A1 (de)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021117169A1 (de) 2021-07-02 2023-01-05 Herrmann Ultraschalltechnik Gmbh & Co. Kg Ultraschallschweißanlage sowie Verfahren zur schweißenden Bearbeitung von Materialien
US12617037B2 (en) * 2021-12-16 2026-05-05 Schunk Sonosystems Gmbh Ultrasonic welding device comprising a sonotrode carrier and a sonotrode fastened thereto
US20240010265A1 (en) 2022-07-11 2024-01-11 Steering Solutions Ip Holding Corporation Laser textured friction surface for interfacing components
EP4371691B1 (de) * 2022-09-27 2026-03-11 Jiangsu Contemporary Amperex Technology Limited Ultraschallschweisseinheit

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4410383A (en) * 1981-08-27 1983-10-18 Rai Research Corporation Method for the manufacture of thermoplastic tubular members
US5368464A (en) * 1992-12-31 1994-11-29 Eastman Kodak Company Ultrasonic apparatus for cutting and placing individual chips of light lock material
DE202011005326U1 (de) * 2011-04-07 2011-09-01 Widmann Maschinen E.K. Ultraschallschweißvorrichtung

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6155051A (ja) * 1984-08-23 1986-03-19 Fuji Photo Film Co Ltd 検索装置のフイルム送り機構
JP3218748B2 (ja) * 1992-11-24 2001-10-15 ソニー株式会社 金属箔の超音波接合方法
JP4013691B2 (ja) * 2002-07-31 2007-11-28 住友電装株式会社 フレキシブルフラットケーブルの接続方法および超音波溶接機
DE10330431B3 (de) 2003-07-04 2005-01-05 Schunk Ultraschalltechnik Gmbh Schweißvorrichtung
DE10360623B3 (de) 2003-12-19 2005-06-30 Stapla Ultraschall-Technik Gmbh Vorrichtung zum fluiden Abdichten eines Rohrabschnitts
CN100522449C (zh) 2005-01-28 2009-08-05 日产自动车株式会社 超声波接合装置及接合构造体
JP2009022977A (ja) 2007-07-19 2009-02-05 Nec Tokin Corp 超音波溶接装置及びそれを用いたリチウムイオン二次電池の製造方法
JP2009043538A (ja) 2007-08-08 2009-02-26 Yazaki Corp 超音波接合方法及び超音波接合装置
JP5838637B2 (ja) 2011-08-02 2016-01-06 日産自動車株式会社 超音波溶接装置及び超音波溶接装置で使用される超音波接合工具のローレット面加工方法
JP5985849B2 (ja) 2012-03-23 2016-09-06 株式会社豊田中央研究所 接合体、その製造方法および被接合部材
DE102017216988A1 (de) * 2017-09-25 2019-03-28 Schunk Sonosystems Gmbh Verfahren zur Positionierung von Schweißgut in einer Ultraschall-Schweißeinrichtung sowie Ultraschall-Schweißeinrichtung
DE102017220079A1 (de) * 2017-11-10 2019-05-16 Schunk Sonosystems Gmbh Ultraschall-Schweißeinrichtung

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4410383A (en) * 1981-08-27 1983-10-18 Rai Research Corporation Method for the manufacture of thermoplastic tubular members
US5368464A (en) * 1992-12-31 1994-11-29 Eastman Kodak Company Ultrasonic apparatus for cutting and placing individual chips of light lock material
DE202011005326U1 (de) * 2011-04-07 2011-09-01 Widmann Maschinen E.K. Ultraschallschweißvorrichtung

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
J-P MASSON: "Rauheitsvergleich von Oberfl?chen", 1 March 2014 (2014-03-01), XP055210701, Retrieved from the Internet <URL:http://zimob.de/wp-content/uploads/2014/04/Rauheitsvergleich-A3.pdf> [retrieved on 20150902] *

Also Published As

Publication number Publication date
KR20200051613A (ko) 2020-05-13
US11225033B2 (en) 2022-01-18
JP2020532430A (ja) 2020-11-12
DE102017215483A1 (de) 2019-03-07
KR102574555B1 (ko) 2023-09-04
US20210154948A1 (en) 2021-05-27
MX2020002387A (es) 2020-07-22
DE102017215483B4 (de) 2019-03-28
EP3678809A1 (de) 2020-07-15
CN111065484A (zh) 2020-04-24
JP7237937B2 (ja) 2023-03-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3678809A1 (de) Ultraschall-schweisseinrichtung
WO2012171523A2 (de) Schweisswerkzeug mit drehender sonde, schweissverfahren sowie werkstück
DE202008007251U1 (de) Elektrodenfräswerkzeug mit durch Aussparungen unterbrochenen Fräskanten
EP2701860B1 (de) Werkzeughalterung für abkantpresse
DE202017006112U1 (de) Vorrichtung zum nahezu verzögerungsfreien Ändern der Schweißrichtung der einer Anlage zum Rührreibschweißen wenn die geometrische Anordnung der zu verschweißenden Fügepartner oder Materialunebenheiten dies erfordern
EP3093088B1 (de) Werkstückspannvorrichtung mit stirnseitenmitnehmer
EP2813314A1 (de) Reibrührwerkzeug und Reibrührverfahren für ein Werkstück mit Oberflächenbeschichtung
EP2106305A1 (de) Vorrichtung zum flammrichten
EP3172012B1 (de) Finishvorrichtung
EP3242764B1 (de) Trägerwerkzeug
DE4236370A1 (de) Spanabhebendes Werkzeug, insbesondere Stecheinsatz
EP1611287B1 (de) Vorrichtung zur montage von schienenklemmen
DE19827778A1 (de) Kurzklemmhalter mit radialer Feinverstellung
DE102005027836B4 (de) Vorrichtung zum Laserstrahlschneiden
WO2018224212A1 (de) Verfahren zur herstellung eines bauteilverbundes und bauteilverbund
DE102017117078B4 (de) Sonotrode sowie Verfahren zur Beeinflussung des Schwingungsverhaltens einer Sonotrode
DE10137055B4 (de) Kupplungsvorrichtung für das Verbinden einer Spindel mit einem Werkzeughalter
DE102017121286B3 (de) Spannbacke
EP2173513A1 (de) Schweissvorrichtung mit mechanischem nahtverfolgungssystem
DE102024003749B4 (de) Niederhaltervorrichtung, Laserstrahlschweißvorrichtung und Verfahren zum Laserstrahlschweißen
DE202015103064U1 (de) Kappenfräser zum Befräsen von Punktschweißelektroden mit einer Fräseinheit und mit einer Vorschubeinheit
DE102018104776B4 (de) Vorrichtung zum Schwenkbiegen eines Bleches
EP3095534B1 (de) Biegemaschine
DE10228053A1 (de) Element und Verfahren zu seiner Herstellung, bei dem zwei in Bezug zu mindestens einer Justierachse positionierte Körper stoffschlüssig miteinander verbunden sind
EP4178738B1 (de) Biegevorrichtung mit durchbiegungsausgleich

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18765012

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2020512803

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2018765012

Country of ref document: EP

Effective date: 20200406