專利名稱：用于焊接工件的焊接裝置以及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種焊接裝置，尤其是超聲焊接裝置，其包括多個(gè)傳力連接的、通過連接面相互鄰接的構(gòu)件如聲極和升壓器，升壓器和轉(zhuǎn)化器，聲極和聲極頭或者一種限定壓實(shí)腔的多件式的鐵砧的支承件和工作零件。此外本發(fā)明還涉及一種借助于超聲焊接裝置用于焊接長形的如繩索形的工件的方法，該超聲焊接裝置包括一個(gè)接收工件的壓實(shí)腔，該壓實(shí)腔由一個(gè)聲極段、一個(gè)對置的鐵砧段以及側(cè)面的限制構(gòu)件限定，其中一個(gè)構(gòu)件可以調(diào)整來調(diào)整壓實(shí)腔的寬度，其中當(dāng)壓實(shí)腔并不由鐵砧段覆蓋住，或者幾乎不覆蓋時(shí)使工件首先裝入壓實(shí)腔，然后將壓實(shí)腔調(diào)整到所要焊接工件的總的橫截面，接著通過激勵(lì)聲極對工件進(jìn)行焊接。
由DE-C-37 00 257中已知一種有聲極的超聲焊接裝置，聲極通過楔形連接面接通并借助于螺釘連接實(shí)現(xiàn)傳力連接。
在EP-B-0 761 370中描述了一種具有聲極的超聲焊接裝置和在相應(yīng)端部上限定該聲極的升壓器，后者通過環(huán)形圓面相互接觸。通過螺釘實(shí)現(xiàn)傳力連接。
在DE.Z.超聲金屬焊接，技術(shù)叢書，卷108，現(xiàn)代工業(yè)出版社Landsbarg/Lech，1995(DE.Z.Ultraschall-Metallschweiβen，DieBibliothek der Technik，Band 108，Velag Moderne IndustricLandsberg/Lech 1995)，第34頁敘述了超聲焊接裝置的構(gòu)造。同時(shí)敘述了連接面在升壓器和轉(zhuǎn)化器或者聲極之間必須是平的而且研磨的，以便在能量傳遞時(shí)盡可能不產(chǎn)生損失。若不重視的話會(huì)造成不希望的發(fā)熱、產(chǎn)生噪聲和有可能的自損傷。
尤其對于多件式的聲極或多件式的鐵砧來說必須為所需要的傳力連接產(chǎn)生大的力，以便通過引入橫向力而使幾何形狀不發(fā)生改變。
由于連接面是平的，因此必需在裝配時(shí)在構(gòu)件之間準(zhǔn)確地對準(zhǔn)，以確保可再現(xiàn)的焊接結(jié)果。
由US～A-6,299,052已知一種借助于超聲來焊接導(dǎo)電體的方法，在該方法中使用了一種超聲焊接裝置，它具有高度和寬度可以調(diào)整的壓實(shí)腔。當(dāng)放入導(dǎo)體時(shí)壓實(shí)腔的寬度始終這樣調(diào)整，使柱形式的導(dǎo)體相互疊置定位。受此產(chǎn)生的缺點(diǎn)為尤其是當(dāng)大量導(dǎo)體要相互焊接在一起時(shí)，那么置入就很費(fèi)事，從而使相互緊隨著的焊接之間的時(shí)間間隔就變得較大，而這是不期望的。
由DE-A-44 29 694可知一種用于壓縮并然后焊接電導(dǎo)體的方法。壓實(shí)腔由一個(gè)滑板限定，該滑板通過螺釘傳力連接地與一個(gè)基礎(chǔ)構(gòu)件連接。
由DE-A-195 40 860已知同樣也是超聲焊接裝置的在高度和寬度上可以調(diào)整的壓實(shí)腔。限定壓實(shí)腔的構(gòu)件如滑板和鐵砧基本上由多個(gè)零件組成，這些零件相互通過螺釘傳力連接。
一種按DE-A-38 07 154所述的高頻諧振器通過螺釘連接與一個(gè)升壓器或轉(zhuǎn)化器連接。
超聲焊接裝置的壓實(shí)腔的由支承零件和工作零件組成的限制構(gòu)件已由DE-U-200 20 525獲知。支承零件和工作零件之間通過螺釘實(shí)現(xiàn)連接。
本發(fā)明的任務(wù)是要提供一種開頭所述形式的焊接裝置，從而一方面在構(gòu)件之間實(shí)現(xiàn)足夠牢固的連接，然而同時(shí)在裝配這些構(gòu)件時(shí)又進(jìn)行了裝配的簡化。而且應(yīng)該能夠容易地接收所引入的橫向力。
按照本發(fā)明該任務(wù)基本上通過一種開頭所述形式的焊接裝置如下來解決至少有一些傳力連接的構(gòu)件在其相互疊置的連接面里進(jìn)行構(gòu)造用以實(shí)現(xiàn)形狀配合連接。
與以前所知的現(xiàn)有技術(shù)不同，規(guī)定連接面或者接觸面可以在相互要傳力連接的構(gòu)件之間形成一種形狀配合連接，因此在裝配時(shí)實(shí)現(xiàn)了自定心。同時(shí)形狀配合連接的優(yōu)點(diǎn)為一方面使接觸面加大，另一方面可以接受橫向力，因此使對于傳力連接所必需的力與已知的超聲焊接裝置相比減小了。
尤其規(guī)定使連接面通過線形突起進(jìn)行構(gòu)造，這些突起由空隙限定，這些空隙設(shè)計(jì)成與所要配合的連接面的突起幾何形狀全等。在此尤其規(guī)定了線形突起相互平行布置，其中可以設(shè)有相互平行布置的第一和相互平行布置的第二線形突起，它們最好相交成一個(gè)90°角或者以大約90°角相交。
也可以使線性突起沿著同心布置的圓延伸。
也可以按如下進(jìn)行構(gòu)造連接面用角錐體形或截角錐臺(tái)形或圓錐形或截錐形突起進(jìn)行構(gòu)造，其中鄰接的空隙全等于所要配合的連接面的突起幾何特征。
在本發(fā)明的改進(jìn)方案中規(guī)定，突起的截面具有一種三角形幾何形狀，尤其是等邊三角形的幾何形狀。邊的夾角α可以是最好大約60°或者大約90°。但也可以是一種梯形的幾何形狀，其中其側(cè)邊的夾角同樣也應(yīng)該最好是大約60°或者大約90°。
同樣也可以是其它的適合于實(shí)現(xiàn)所希望的形狀配合連接的連接面的幾何形狀。因此突起的截面可以具有一種鋸齒形幾何形狀或者波浪形幾何形狀，其中優(yōu)選一種正弦形的變化曲線。
更為優(yōu)選地，若突起的側(cè)面在基底相交，那么按照本發(fā)明的一種改進(jìn)方案就可以使突起通過平行于由連接面所占據(jù)的平面的連接面段而相互間隔開。
通過按照本發(fā)明構(gòu)造連接面以實(shí)現(xiàn)一種形狀配合連接的優(yōu)點(diǎn)為可以使所要連接的構(gòu)件實(shí)現(xiàn)彼此唯一的定位。同時(shí)可以使通過連接構(gòu)件如螺釘而傳入的、用于連接所必需的力減小。通過形狀配合連接尤其在焊接時(shí)接受橫向力，因而確保了在相互連接構(gòu)件之間的尺寸精確度。
一種開頭所述形式的、用于焊接長的繩索形工件，尤其導(dǎo)線的方法，其特征在于，當(dāng)M個(gè)工件焊接時(shí)調(diào)整壓實(shí)腔的寬度，其中M≤4，使這些工件上下疊置地在壓實(shí)腔里定位，而且當(dāng)有N個(gè)工件焊接時(shí)，使工件既相互并排也相互上下疊置地定位，其中N＞4。
通過按照本發(fā)明的方法可以使壓實(shí)腔在裝入導(dǎo)體時(shí)最佳地針對導(dǎo)線的數(shù)量。因此若有許多導(dǎo)線要相互焊在一起，那就可以使側(cè)面的限制構(gòu)件相互最大地間隔開。在裝入導(dǎo)線之后就使壓實(shí)腔的寬度減小，因而使導(dǎo)線在必需的范圍內(nèi)壓實(shí)。這尤其在同時(shí)地通過鐵砧段將壓實(shí)腔封閉起來時(shí)進(jìn)行。在壓實(shí)腔具有所希望的寬度之后使鐵砧在聲極方向上運(yùn)動(dòng)。當(dāng)達(dá)到壓力-或行程-或者力-額定值之后就使聲極激勵(lì)。
相反如果只要焊接少量的繩索形工件如導(dǎo)線，那么通過調(diào)整壓實(shí)腔的寬度使這些工件強(qiáng)制地上下疊置布置，以便確保最佳的焊接。
根據(jù)所要焊接的導(dǎo)線的數(shù)量對壓實(shí)腔寬度的調(diào)整按程序控制或者人工進(jìn)行。
本發(fā)明的其它細(xì)節(jié)、優(yōu)點(diǎn)和特征不僅可見權(quán)利要求書，即由權(quán)利要求書中可見的特征(本身和/或組合)，而且可見以下對于優(yōu)選的實(shí)施例的附圖的說明。附圖所示為

圖1超聲焊接裝置的用于構(gòu)成一個(gè)壓實(shí)腔的構(gòu)件的原理圖；圖2具有擰緊的工作零件的可調(diào)整的鐵砧的原理圖；圖3超聲焊接裝置的兩個(gè)相互連接的構(gòu)件；圖4超聲焊接裝置的在其連接面上進(jìn)行構(gòu)造的構(gòu)件的第一實(shí)施例；圖5按圖4所示連接面的俯視圖；圖6具有進(jìn)行構(gòu)造的連接面的構(gòu)件的第二實(shí)施方式；圖7按圖6所示連接面的俯視圖；圖8具有一個(gè)進(jìn)行構(gòu)造的連接面的構(gòu)件的第三實(shí)施方式；圖9按圖8所示連接面的俯視圖；圖10連接面的第一實(shí)施方式的部分截面；圖11連接面的第二實(shí)施方式的部分截面；圖12連接面的第三實(shí)施方式的部分截面；圖13連接面的第四實(shí)施方式的部分截面；圖14連接面的第五實(shí)施方式的部分截面。
圖1中純原理地主要表示了超聲焊接裝置的限定一個(gè)壓實(shí)腔10的構(gòu)件，用于將長的繩索形工件，如導(dǎo)線12，14，16壓實(shí)并焊接。壓實(shí)腔10在實(shí)施例中底面由聲極18的一個(gè)工作面限住。與聲極18對置的是一個(gè)鐵砧20，它可以升降(雙箭頭22)以及平行于聲極18的工作面(雙箭頭24)可以移動(dòng)。鐵砧20以一個(gè)支架或者柱26為基準(zhǔn)，這些支架或柱用一個(gè)段構(gòu)成了壓實(shí)腔10的右側(cè)邊界面。在其對面可以調(diào)整地(雙箭頭32)設(shè)有一個(gè)滑板30，滑板以一個(gè)支架34為基準(zhǔn)。通過調(diào)整滑板30或者支架34就可以調(diào)整壓實(shí)腔10的寬度。對應(yīng)于壓實(shí)腔10的寬度自動(dòng)地對鐵砧20的位于聲極18工作面對面的工作面進(jìn)行調(diào)整。針對工件14，16整個(gè)橫截面的壓實(shí)腔10的高度可以通過鐵砧20的柱或支架26的移動(dòng)來進(jìn)行調(diào)整。
圖1還表示出，滑板30與支架34通過螺釘36，38傳力連接。此外滑板30和支架34的連接面40，42這樣構(gòu)造，從而附帶地形成一種形狀配合連接。
但是不僅在滑板30和支架34之間可以建立一種傳力連接和形狀配合連接，而且原則上在所有要連接的超聲焊接裝置的構(gòu)件之間產(chǎn)生傳力連接和形狀配合連接，尤其是受到由焊接引起的力作用的構(gòu)件。因此在圖2中表示了一個(gè)鐵砧44或者說鐵砧滑塊的一個(gè)原理圖，鐵砧由一個(gè)長方形的基體46和一個(gè)工作零件48組成，后者最好在對置側(cè)具有工作面50，52，其中一個(gè)工作面對應(yīng)于按圖1的說明構(gòu)成壓實(shí)腔的分界面。
基體46與工作零件48通過螺釘54傳力連接起來。為了附帶地實(shí)現(xiàn)形狀配合連接，無論是基體46還是鐵砧在其連接面56，58上都進(jìn)行構(gòu)造。相應(yīng)地可以設(shè)有一個(gè)聲極，它有具有一個(gè)或多個(gè)工作面的聲極頭。也可以使各自執(zhí)行聲極頭功能的多個(gè)工作零件與聲極的基體對應(yīng)于按照本發(fā)明的理論連接起來。
在圖3中表示了例如升壓器60和聲極基體62的段，它們通過螺柱64形成傳力連接。此外使相互貼靠的連接面66，68進(jìn)行構(gòu)造，從而形成一種合適的形狀配合連接。通過這些措施加大了連接面，使所要連接的構(gòu)件60，62自動(dòng)定心并且承受所作用的橫向力。
有目的地設(shè)計(jì)用于一種形狀配合連接的連接面40，42，56，58或66，68的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以通過一種所希望的表面幾何構(gòu)造來實(shí)現(xiàn)，實(shí)例由圖4-14中可見。因此連接面70可具有相互平行的隆起72，74，它們通過對應(yīng)的溝槽76相互分開。若相互放于一起的連接面結(jié)構(gòu)相同，那么溝槽的幾何形狀全等于隆起72，因此使對應(yīng)的連接面具有一種對應(yīng)于面70的幾何形狀。
當(dāng)然也可以使相互放于一起的連接面具有不同的結(jié)構(gòu)。但在這種情況下必須對該結(jié)構(gòu)有一種補(bǔ)充，以達(dá)到所希望的要實(shí)現(xiàn)的形狀配合連接。
如果在圖4和5的實(shí)施例中線形隆起74，76僅相互平行布置的話，那么按照圖6和7所示的實(shí)施例就可以使一個(gè)連接面77的隆起78，80，82相互交叉地布置，尤其如圖7所表示的原理圖那樣。
但是也可以使線形隆起84，86在一個(gè)連接面83里成同心設(shè)置，如圖8和9中原理性所示那樣。
由圖10-14可見連接面的最好是線形隆起的優(yōu)選橫截面幾何形狀。但必須注意到，不一定非要線形隆起進(jìn)行構(gòu)造并用來實(shí)現(xiàn)形狀配合連接。而也可以設(shè)計(jì)角錐體形或截角錐臺(tái)形或者圓錐形或者截錐形隆起和相應(yīng)鄰接的溝槽來形成所述結(jié)構(gòu)。
按照圖10所示實(shí)施例，一個(gè)連接面87的隆起88，90在截面中具有一種等腰三角形的幾何形狀，其中其兩腰92，94夾角α，例如為60°或90°或者大約60°或90°。尖和尖之間在隆起88，90之間的距離在圖10中用“T“表示，最好為0.5mm至5mm范圍內(nèi)。突起88，90的高度可達(dá)0.5mm至2.5mm。
按圖11所示，形成連接面93的一種結(jié)構(gòu)的突起94，96的截面為梯形幾何形狀，其中側(cè)邊98，100的夾角α例如可為60°或90°。隆起在底部側(cè)相互過渡，以使這些隆起被V形槽102分界。突起之間的間距T最好為0.5mm至5mm。高度尤其為0.5mm至2.5mm。
按圖12所示一種連接面110的突起104，106具有一種同樣也是在截面中為梯形的幾何形狀。突起104，106通過平的底段108分界，后者平行于由連接面110占據(jù)的平面而布置，或者是該平面的一部分。
突起104，106之間的間距最好為0.7mm至6mm。突起104，106另外還具有一個(gè)高臺(tái)狀平坦的外表面，其寬度A為0.1mm至3mm。底段108的寬度B為0.1mm至3mm。此時(shí)應(yīng)該設(shè)計(jì)所述結(jié)構(gòu)，使寬度A和B分別小于間距T。突起104，106的高度可達(dá)0.5mm至2.5mm。
按照圖13連接面112可以具有一種鋸齒形結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)為不等腰三角形的突起114，116，其間距T為0.5mm至5mm。突起114，116的兩邊為118，120，其夾角α最好為45°≤α≤75°。邊118與連接面112的垂線的夾角γ最好為15°≤γ≤45°，邊120與垂線的夾角β最好為15°≤β≤45°。突起114，116之間的間距T為0.5mm≤T≤5mm。高度可選為0.5mm至2.5mm。
但也可以是對應(yīng)于圖14所示，連接面122具有波浪形幾何形狀，以便在彼此放置的連接面之間形成所希望的形狀配合連接。波浪形幾何形狀最好為正弦曲線，其中當(dāng)然突起122或者低凹或低谷124的曲率半徑R1，R2相互可以不同。相互緊隨的突起124，128之間的距離0.5mm≤T≤5mm。
為了與導(dǎo)線的數(shù)量無關(guān)地最佳地實(shí)現(xiàn)導(dǎo)線焊接，本發(fā)明的建議是根據(jù)導(dǎo)線12，14，16的數(shù)量在裝入工件12，14，16時(shí)調(diào)整壓實(shí)腔10至一個(gè)預(yù)先規(guī)定的寬度，該寬度可以緊接著使最佳的焊接過程得以實(shí)現(xiàn)。如果要相互焊接兩個(gè)或三個(gè)導(dǎo)線，那就應(yīng)該調(diào)整壓實(shí)腔10至一個(gè)寬度，此寬度確保使導(dǎo)線成柱列狀疊置布置在壓實(shí)腔10里，如由圖1和滑板30的虛線圖所表示的那樣。當(dāng)裝入工件12，14，16時(shí)鐵砧20向右移動(dòng)，以便使壓實(shí)腔10從上面敞開(擋鐵20的虛線圖示)。
相反如果要將四個(gè)以上工件相互焊接起來，那么使壓實(shí)腔10最佳地用于裝入工件(實(shí)線圖)地打開。在此情況下寬度由最大的由聲極18提供的壓實(shí)腔10的分界面來規(guī)定。在將這些導(dǎo)線裝入一個(gè)打開到對應(yīng)寬的壓實(shí)腔10里之后，使滑板30在支架或柱26的方向上移動(dòng)。然后使鐵砧20在聲極18的方向上降下。同時(shí)使聲極18激勵(lì)，以實(shí)施焊接。
權(quán)利要求
1.焊接裝置，尤其是超聲焊接裝置，其包括多個(gè)傳力連接的、通過連接面(40，42，56，58，66，68)相互鄰接的構(gòu)件如聲極(16)和升壓器(60)，升壓器和轉(zhuǎn)化器，聲極和聲極頭或者限定一個(gè)壓實(shí)腔(10)的多件式的鐵砧的工作零件，其特征在于，至少一些傳力連接的構(gòu)件(30，34，46，48，60，62)在其相互貼靠的連接面(40，42，56，58，66，68)上進(jìn)行構(gòu)造用來實(shí)現(xiàn)形狀配合連接。
2.按權(quán)利要求1所述的焊接裝置，其特征在于，連接面(70，77，83)通過線形突起(72，74，78，80，84，86)進(jìn)行構(gòu)造，它們由空隙(76，82)限定，這些空隙設(shè)計(jì)成全等于所要配合的連接面的突起的幾何形狀。
3.按權(quán)利要求2所述的焊接裝置，其特征在于，線形突起(72，74，78，80；82)相互平行地布置。
4.按至少權(quán)利要求2所述的焊接裝置，其特征在于，連接面(83)具有相互平行分布的第一和第二線形突起(78，80，82)，其中第一和第二線形突起最好相交成90°角。
5.按至少權(quán)利要求2所述的焊接裝置，其特征在于，線形突起(84，86)沿著同心分布的圓延伸。
6.按至少權(quán)利要求1所述的焊接裝置，其特征在于，連接面通過角錐體形或截角錐臺(tái)形或圓錐形或截錐體形突起(88，90)和相鄰的空隙而進(jìn)行構(gòu)造，其中空隙的幾何形狀對應(yīng)于所要配合的連接面的突起。
7.按權(quán)利要求6所述的焊接裝置，其特征在于，突起(88，90)的橫截面具有三角形幾何形狀，最好是一個(gè)等腰三角形。
8.按權(quán)利要求7所述的焊接裝置，其特征在于，截面是三角形幾何形狀的突起(88，90)的邊(92，94)夾有一個(gè)角度α，最好α＝60°或α＝90°。
9.按至少權(quán)利要求1所述的焊接裝置，其特征在于，連接面(40，42，56，58，66，68)通過突起(94，96)進(jìn)行構(gòu)造，這些突起在截面中具有一種梯形的幾何形狀，其中側(cè)邊的夾角α最好為α＝60°或α＝90°。
10.按至少權(quán)利要求1所述的焊接裝置，其特征在于，連接面(40，42，56，58，66，68)通過突起(114，116)進(jìn)行構(gòu)造，這些突起在截面中為鋸齒形幾何形狀。
11.按至少權(quán)利要求1所述的焊接裝置，其特征在于，連接面(40，42，56，58，66，68)通過突起(124，128)進(jìn)行構(gòu)造，這些突起具有波浪形幾何形狀。
12.按至少權(quán)利要求11所述的焊接裝置，其特征在于，突起(124，128)在截面里為一種正弦曲線。
13.按至少權(quán)利要求1所述的焊接裝置，其特征在于，連接面(40，42，56，58，66，68)通過突起(104，106)進(jìn)行構(gòu)造，這些突起平行于由連接面(110，112)所占據(jù)的平面分布的連接面的段相互間隔地設(shè)置。
14.借助于一種超聲焊接裝置焊接長的如繩索形工件的方法，該超聲焊接裝置包括一個(gè)接收工件的壓實(shí)腔，該壓實(shí)腔由一聲極段、一對置的鐵砧段以及側(cè)面的限制構(gòu)件限定，其中的一個(gè)可以調(diào)整來調(diào)整壓實(shí)腔的寬度，其中工件在壓實(shí)腔沒有被鐵砧段覆蓋住或者基本沒有蓋住時(shí)首先裝入壓實(shí)腔，然后將壓實(shí)腔調(diào)整至所要焊接工件的整個(gè)橫截面并接著通過激勵(lì)聲極而對工件進(jìn)行焊接，其特征在于，當(dāng)焊接M個(gè)工件時(shí)調(diào)整壓實(shí)腔的寬度，使工件在裝入時(shí)疊置地定位于壓實(shí)腔里，其中M≤4；而當(dāng)焊接N個(gè)工件時(shí)調(diào)整壓實(shí)腔的寬度，使得工件在裝入時(shí)既并排地又疊置地定位，其中N＞4。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種超聲焊接裝置，其包括多個(gè)傳力連接的通過連接面相互鄰接的構(gòu)件。為了能夠在同時(shí)簡化裝配的情況下在這些構(gòu)件之間實(shí)現(xiàn)充分牢固的連接，建議使至少一些傳力連接的構(gòu)件(30，34)在其相互貼靠的連接面(40，42)里進(jìn)行構(gòu)造用于實(shí)現(xiàn)一種形狀配合連接。
文檔編號(hào)H01R43/02GK1816414SQ200480018928
公開日2006年8月9日 申請日期2004年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月4日
發(fā)明者H·迪特爾勒, P·瓦納 申請人:申克超聲波技術(shù)有限責(zé)任公司