DE3719083C2 - Verfahren zum Verbinden elektrischer Leiter und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verbinden elektrischer Leiter wie Litzen mittels Ultraschall in einem querschnittsveränderbaren Verdichtungsraum, der durch eine etwa horizontale Sonotrodenfläche und drei relativ dazu teils in horizontaler und teils in vertikaler Richtung ver­ schiebbare Amboßflächen begrenzt ist, wobei zunächst die elektrischen Leiter in den nach einer Seite hin geöffneten Verdichtungsraum eingelegt werden, worauf der Verdichtungs­ raum durch Verschieben der ersten Amboßfläche geschlossen wird, wonach die Höhe des Verdichtungsraums durch gemein­ sames vertikales Verschieben der zweiten Amboßfläche, die der Sonotrodenfläche gegenüberliegt, und der dritten Am­ boßfläche, die der ersten Amboßfläche gegenüberliegt, unter Verdichtung der elektrischen Leiter verringert wird, wobei die Ultraschalleinwirkung während der Verdichtung vorgenom­ men wird, worauf schließlich der Verdichtungsraum durch Verschieben aller Amboßflächen in ihrer Ausgangslage ge­ öffnet und die verbundenen Leiter daraus entnommen werden. Die Erfindung schließt auch Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens ein.

Für die Durchführung des vorstehenden Verfahrens geeignete Vorrichtungen sind bekannt (DE-OS 35 08 122, DE-OS 35 29 943). Nach dem Stande der Technik werden die durch Ultraschall­ schweißung zu verbindenden elektrischen Leiter nach dem Einlegen in den auf den gewünschten Querschnitt eingestellten Verdichtungsraum und dem Schließen desselben durch Horizontal­ verschiebung eines ersten Amboßteils (DE-OS 35 08 122) bzw. durch Vertikalverschiebung eines Riegels (DE-OS 35 29 943) ohne Veränderung der Breite des Verdichtungsraums durch Vertikalverschiebung der zweiten und dritten Amboßfläche verdichtet und dabei den von der den Verdichtungsraum von unten begrenzenden Sonotrodenfläche ausgehenden Ultraschall­ schwingungen ausgesetzt.

Der hierdurch erzielte Leiterknoten besitzt den Querschnitt eines liegenden Rechtecks. Bei geeigneter Festlegung der Querschnittsabmessungsverhältnisse und richtiger Verfahrens­ führung werden mit dem bekannten Verfahren gute Schweiß­ ergebnisse erzielt. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß die Verdichtung der Leiter über den Knotenquerschnitt nicht vollständig gleichmäßig ist. lnsbesondere hängt der erziel­ bare Verdichtungsgrad von der Höhenlage der betrachteten Querschnittsstelle im Leiterknoten ab.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und besonders zur Verfahrensdurchführung geeignete Vorrichtungen bereitzustellen, mit dessen bzw. deren Hilfe eine weitere Vergleichmäßigung der Leiterverdichtung im Knotenquerschnitt erreichbar ist.

Die gestellte Aufgabe wird ausgehend von der eingangs angege­ benen Verfahrensgattung dadurch gelöst, daß nach einer ersten Verdichtungsphase für die Leiter durch gemeinsames vertikales Verschieben der zweiten und dritten Amboßfläche eine zweite Verdichtungsphase durch gemeinsames horizontales Verschieben der ersten und zweiten Amboßfläche bei gleichzeitiger Fort­ setzung der gemeinsamen Vertikalverschiebung der zweiten und dritten Amboßfläche durchgeführt wird, wobei die Ultraschall­ einwirkung während der zweiten Verdichtungsphase vorgenom­ men wird.

Die Besonderheit des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber dem Verfahren nach dem Stande der Technik besteht in der Aufteilung des Leiterverdichtungsvorganges in zwei unter­ schiedliche Verdichtungsphasen, wobei in der ersten Verdich­ tungsphase die Verdichtungsbewegung in senkrechter Richtung und ohne Ultraschalleinwirkung erfolgt, während in der zweiten Verdichtungsphase die Verdichtungsbewegung eine überlagerte Bewegung ist, die sowohl in senkrechter als auch in horizontaler Richtung, und zwar bei Ultraschalleinwirkung erfolgt. ln der zweiten Verdichtungsphase nimmt demgemäß sowohl die Höhe als auch die Breite des Leiterknotens ab. Es wurde gefunden, daß hiermit eine im wesentlichen über den vollen Leiterquerschnitt reichende sehr gleichmäßige Leiter­ verdichtung erhalten wird. Dementsprechend ist die Qualität der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ultraschallge­ schweißten Leiterknoten ausgezeichnet.

Die Verschiebungen der drei Amboßflächen können zweckmäßig durch mechanische Kopplung vorgenommen werden. Vorzugsweise werden beim erfindungsgemäßen Verfahren die drei Amboßflächen jedoch entsprechend einer Programmsteuerung verschoben.

Zur Erleichterung und Beschleunigung des Einlegens der elek­ trischen Leiter in den Verdichtungsraum und der Entnahme des fertigen Leiterknotens ist es von Vorteil, wenn die zweite Amboßfläche anfangs verschoben wird, bis sie sich außerhalb des Verdichtungsraums befindet, d. h. der Sonotro­ denfläche nicht mehr gegenüberliegt. Auf diese Weise steht für den Einlege- bzw. Entnahmevorgang die volle Anfangs­ breite des Verdichtungsraums, d. h. praktisch die Breite der Sonotrodenarbeitsfläche zur Verfügung. Nach dem Einlegen der Leiter wird die zweite Amboßfläche als obere Begrenzung des Verdichtungsraums vorgeschoben. Dies kann vor der Ver­ schiebung der ersten Amboßfläche oder gleichzeitig damit, aber auch nach Verschiebung der ersten Amboßfläche erfolgen. In jedem Falle wird durch diesen Bewegungsablauf der Ver­ dichtungsraum nach oben hin geschlossen.

Vom Stande der Technik (DE-OS 35 08 122) ausgehend umfaßt eine insbesondere zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung zum Verbinden elektrischer Leiter wie Litzen durch Ultraschall eine Ultraschallschwingungen erzeugende Sonotrode, einen als Gegenwerkzeug dienenden mehrteiligen Amboß und einen von drei Amboßflächen und einer Sonotroden­ fläche begrenzten querschnittsveränderbaren Verdichtungsraum für die elektrischen Leiter, dessen Längsachse parallel zu den zu verbindenden Leitern verläuft und dessen Stirnseiten zum Durchführen der Leiter geöffnet sind, wobei ein die erste Amboßfläche aufweisendes erstes Amboßteil parallel zu der Sonotrodenfläche und diese mit engem Luftspalt überlappend verschiebbar gelagert ist, während die zweite und dritte Amboßfläche an einem zweiten Amboßteil vorgesehen sind, welches entlang der der ersten Amboßfläche gegenüberliegenden dritten Amboßfläche unter Einhaltung eines engen Luftspalts zu einer ihr benachbarten parallelen Fläche der Sonotrode verschiebbar gelagert ist, und mit einem Querhaupt verbunden ist, an welchem sich die der Sonotrodenfläche gegenüberliegende zweite Amboßfläche und eine Anschlagfläche für die erste Amboßfläche befinden, wobei beide Amboßteile mit einer An­ triebsvorrichtung für die Schiebebewegungen in Verbindung stehen.

Hiervon ausgehend ist die erfindungsgemäße Vorrichtung da­ durch gekennzeichnet, daß das Querhaupt parallel zur Sono­ trodenfläche verschiebbar an dem zweiten Amboßteil gelagert ist und mit einer in Schieberichtung wirksamen Antriebsvor­ richtung verbunden ist. Diese Ausgestaltung der Vorrichtung ermöglicht bei der Durchführung des angegebenen Verfahrens eine von der Verschiebung des ersten Amboßteils erzwungene gleichgerichtete Verschiebung des Querhaupts während der zweiten Verdichtungsphase des Verfahrens.

Für die mechanische Verschiebungskopplung der drei Amboß­ flächen ist die Vorrichtung vorteilhaft so ausgebildet, daß die Antriebsvorrichtung eine fest mit dem Querhaupt verbunde­ ne Mitnehmereinrichtung ist, auf die das erste Amboßteil oder ein zusammen mit dem ersten Amboßteil verschiebbares Bauteil auftrifft, bevor die erste Amboßfläche kraftschlüssig an die Anschlagfläche des Querhaupts angedrückt werden kann. Bei dieser Vorrichtungsausgestaltung wird das Querhaupt von der Mitnehmereinrichtung in Verschieberichtung des ersten Amboßteils mitgenommen, sobald das erste Amboßteil auf die Mitnehmereinrichtung auftrifft. Um eine zu hohe Reibung zwi­ schen der ersten Amboßfläche und der Anschlagfläche am Quer­ haupt zu vermeiden geschieht die Bewegungsankopplung des Querhaupts vor einer kraftschlüssigen Andrückung der ersten Amboßfläche an die erwähnte Anschlagfläche. Diese beiden Flächen müssen zur Schließung des Verdichtungsraums lediglich drucklos aneinanderliegen.

Um nach dem Ultraschallschweißvorgang das Querhaupt wieder in die Ausgangslage bewegen zu können, ist das Querhaupt zweckmäßig aus seiner den Verdichtungsraum begrenzenden Stel­ lung gegen die Kraft einer Rückstellfeder verschiebbar.

Zur Koordinierung der Verschiebebewegungen der beiden Amboß­ teile ist bei mechanischer Kopplung die Anordnung mit Vorteil so getroffen, daß das erste Amboßteil und das zweite Amboß­ teil eine gemeinsame Antriebsvorrichtung aufweisen, die an ein bewegbar gelagertes Steuerglied angreift, welches mit zwei Stellelementen versehen ist, die mit jeweils zugeordneten Gegenelementen am ersten und zweiten Amboßteil eingreifen. Hierbei bestimmt die Bewegung des von nur einer Antriebs­ vorrichtung angetriebenen Steuergliedes die Schiebebewegun­ gen der beiden Amboßteile und damit auch des am zweiten Am­ boßteil verschiebbar gelagerten Querhaupts.

In einer Ausführungsform kann das Steuerglied ein parallel zur Längsachse des Verdichtungsraums verschiebbar gelagerter Winkelschieber sein, dessen einer Schenkel dem ersten Amboß­ teil und dessen anderer Schenkel dem zweiten Amboßteil zuge­ kehrt ist, wobei in beiden Schenkeln als Stellelemente aus­ gebildete Steuerschlitze vorgesehen sind, in welche an den beiden Amboßteilen oder an mit den Amboßteilen verbundenen Bauteilen befestigte als Kulissengleitbolzen ausgebildete Gegenelemente eingreifen. Durch entsprechende abknickende Gestaltung der Steuerschlitze kann die mit dem erfindungsge­ mäßen Verfahren angegebene Bewegungscharakteristik erzielt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Antriebsvorrichtung für das Querhaupt ein nachlauffreier elektrischer Stellmotor, der mit einer antreibbaren Stellgewindespindel in eine am Querhaupt befestig­ te Stellgewindemutter eingreift. Diese Ausführungsform erlaubt eine völlig unabhängige Verschiebung des Querhaupts von den Schiebebewegungen der beiden Amboßteile und eignet sich daher besonders für die Programmsteuerung der Schiebebewegungen der beiden Amboßteile und des Querhaupts, insbesondere dann, wenn auch dem ersten und dem zweiten Amboßteil jeweils ein nachlauffreier elektrischer Stellmotor als Antriebsvor­ richtung für die Schiebebewegungen zugeordnet ist, der mit einer antreibbaren Stellgewindespindel in eine am zugeordneten Amboßteil oder einem damit verbundenen Bauteil befestigten Stellgewindemutter eingreift.

Diese Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung eignet sich für die Durchführung des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens, wobei die Bewegungen der drei Amboßflächen ent­ sprechend einem festgelegten veränderbaren Programm gesteuert werden. Die Programmsteuerung kann sowohl die zeitliche Ab­ folge der Verschiebebewegungen als auch die jeweiligen Schie­ bewege einschließen.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnungen, die teil­ weise die Vorrichtungseinzelteile schematisiert angeben, näher beschrieben. Darin zeigt:.

Fig. 1a-1d zur Veranschaulichung des Verfahrensablaufs die den Verdichtungsraum umgebenden Vorrichtungsteile in unter­ schiedlichen Relativstellungen, teils in perspektivischer Darstellung und teils in Vor­ deransicht,

Fig. 2 eine weitere Vorderansicht der den Verdichtungsraum um­ gebenden Werkzeugteile bei außerhalb des Verdichtungs­ raums befindlichem Querhaupt,

Fig. 3 eine erste Ausführungsform der Ultraschallschweißvorrichtung in Vorderansicht,

Fig. 4 das Steuerglied der Vorrichtung gemäß Fig. 3 in perspektivischer Darstellung,

Fig. 5 eine zweite Ausführungsform der Ultraschallschweißvorrichtung in Vorderansicht und

Fig. 6 eine dritte Ausführungsform der Ultraschallschweißvorrichtung mit einer Darstellung der wesentlichen Vorrichtungsteile in Vorderansicht.

Zur Erläuterung der den Verdichtungsraum umgebenden und bildenden Werkzeugteile der Vorrichtung wird zunächst auf die schematischen Darstellungen gemäß Fig. 1a bis 1d Bezug genommen. Von einer Sonotrode 1 ist dort nur der Sonotroden­ kopf und die etwa horizontale Sonotrodenfläche 2 als Arbeits­ fläche der Sonotrode dargestellt. Im übrigen ist die Sono­ trode 1 so ausgebildet, wie das bei derartigen Ultraschall­ schweißvorrichtungen üblich ist. Oberhalb der Sonotroden­ fläche 2 befindet sich ein an beiden Stirnseiten offener Verdichtungsraum 3, der während des Schweiß- und Verdich­ tungsvorganges seine Abmessungen und seine Gestalt ändert, wie die Fig. 1a bis 1d zeigen. Gegenüber der als fest­ stehend anzusehenden Sonotrode 1 sind die übrigen Werkzeug­ teile teils horizontal und teils vertikal verschiebbar, wie nachfolgend erläutert wird.

Unmittelbar oberhalb der Sonotrodenfläche 2 und diese in allen Stellungen mit engem Luftspalt überlappend ist ein erstes Amboßteil 4 horizontal verschiebbar, d. h. parallel zur Sonotrodenfläche 2 verschiebbar, angeordnet, an welchem sich eine erste Amboßfläche 5 befindet. Eine zweite Amboß­ fläche 6 liegt der Sonotrodenfläche 2 planparallel gegenüber und befindet sich an einem Querhaupt 7, welches horizontal verschiebbar an einem zweiten Amboßteil 8 gelagert ist. Das zweite Amboßteil 8 besitzt eine der ersten Amboßfläche 5 planparallel gegenüberliegende dritte Amboßfläche 9. Das zweite Amboßteil 8 ist unter Einhaltung eines engen Luft­ spalts zu der ihr benachbarten Sonotrodenfläche vertikal verschiebbar gelagert. Weitere Vorrichtungseinzelheiten wer­ den bei Beschreibung der Ausführungsformen der Vorrichtung weiter unten noch näher beschrieben.

Vor Beginn des Schweiß- und Verdichtungsvorganges befinden sich die Werkzeugteile in der in Fig. 1a gezeigten Stellung, in welcher das erste Amboßteil 4 bezogen auf die zeichne­ rische Darstellung maximal nach links verschoben ist, so daß zwischen der ersten Amboßfläche 5 und einer ihr planparallel gegenüberliegenden Anschlagfläche 10 am Querhaupt 7 ein Einlegespalt 11 gebildet ist. Das zweite Amboßteil 8 mit dem daran verschiebbar gelagerten Querhaupt 7 befinden sich in ihrer angehobenen Stellung, in welcher zwischen der Sono­ trodenfläche 2 und der zweiten Amboßfläche 6 der größte und ggf. einstellbare vertikale Abstand besteht.

Nach dem Einlegen der zu verschweißenden Leiter durch den Einlegespalt 11 hindurch wird der Verdichtungsraum 3 durch horizontales Verschieben des ersten Amboßteils 4 bis zur drucklosen Anlage der ersten Amboßfläche 5 an die Anschlag­ fläche 10 geschlossen. Danach beginnt die erste Verdichtungs­ phase des Verfahrens durch Abwärtsbewegung des zweiten Am­ boßteils 8 zusammen mit dem Querhaupt 7 bei stillstehendem ersten Amboßteil 4. Die Stellung der Werkzeugteile, die diese etwa bei Abschluß der ersten Verdichtungsphase ein­ nehmen, ist in Fig. 1c dargestellt. Wie durch Vergleich von Fig. 1b mit Fig. 1c ersichtlich ist, wird die Höhe des Verdichtungsraums 3 während der ersten Verdichtungsphase bei gleichbleibender Breite bereits erheblich verringert.

Etwa mit der in Fig. 1c gezeigten Stellung der Werkzeug­ teile beginnt die zweite Verdichtungsphase, bei welcher eine Bewegungsüberlagerung stattfindet. Einerseits setzen das zweite Amboßteil 8 und das damit verbundene Querhaupt ihre Abwärtsbewegung noch fort, wie der vertikal eingezeichnete Pfeil in Fig. 1d veranschaulicht, und andererseits bewegen sich jetzt das erste Amboßteil 4 und das Querhaupt 7 bezogen auf die Zeichnung gemeinsam nach rechts. Dadurch wird sowohl das Höhenmaß als auch das Breitenmaß des Verdichtungsraums 3 verringert. Während dieser zweiten Verdichtungsphase erfol­ gen gleichzeitig vertikale und horizontale Verdichtungsein­ wirkungen auf die im Verdichtungsraum 3 eingeschlossenen Lei­ ter. Während der zweiten Verdichtungsphase wird die Ultra­ schallenergie aktiviert, so daß die eingeschlossenen Leiter miteinander verschweißen.

Bei der in Fig. 2 gezeigten Stellung der Werkzeugteile ist das Querhaupt 7 bezüglich der Zeichnung soweit nach rechts verschoben, daß seine Anschlagfläche 10 nicht mehr über die dritte Amboßfläche 9 vorsteht. Auf diese Weise wird ein sehr breiter Einlegespalt 11′ erhalten, der praktisch die Breite der Sonotrodenfläche 2 aufweist und das Einlegen der Leiter vor dem Verdichtungs- und Schweißvorgang wie auch das Entnehmen des geschweißten Leiterknotens aus dem Ver­ dichtungsraum wesentlich erleichtert. Wenn die Ausbildung der Ultraschallschweißvorrichtung die in Fig. 2 gezeigte Stellung der Werkzeugteile zuläßt, so beginnt der Arbeitszyklus mit der in Fig. 2 gezeigten Stellung der Teile. Nach dem Ultra­ schallschweißvorgang wird der Verdichtungsraum 3 durch ent­ sprechende Rückbewegung der Werkzeugteile in die in Fig. 1a bzw. in Fig. 2 gezeigte Stellung geöffnet, so daß der fertige Leiterknoten entnommen werden kann.

Zur Erläuterung einer ersten Ausführungsform der Gesamtvor­ richtung wird nunmehr auf Fig. 3 in Verbindung mit Fig. 4 Bezug genommen. Basisteil der Vorrichtung ist ein Montage­ block 12, an welchem die Amboßteile 4 und 8 verschiebbar gelagert sind. Zu diesem Zweck ist das Amboßteil 4 mit einem Querschlitten 13 verschraubt, der an einem Führungsbett 14 des Montageblocks 12 horizontal verschiebbar geführt ist. An einem weiteren senkrecht ausgerichteten Führungsbett 15 ist das zweite Amboßteil vertikal verschiebbar geführt. Das Querhaupt 7 ist an einem Führungsbett 16 des zweiten Amboß­ teils 8 horizontal verschiebbar geführt. Die Luftspalte 17 und 18 zwischen dem ersten Amboßteil 4 und der Sonotrode 1 bzw. dem zweiten Amboßteil 8 und der Sonotrode 1 sind in den Zeichnungen übertrieben groß dargestellt. Tatsächlich ist die Spaltbreite so gering, daß auch beim Verschweißen feiner Litzen keine Litzen in die Luftspalte eintreten können.

Die Schiebebewegung des Querhaupts 7 wird bei dem ersten Aus­ führungsbeispiel gemäß Fig. 3 durch eine Antriebsvorrichtung bewirkt. Diese Antriebsvorrichtung besteht im wesentlichen aus einer Mitnehmereinrichtung 19, welche die vertikalen Bewegungen des zweiten Amboßteils 8 und des Querhaupts 7 mitmacht. An ein fest mit dem Querhaupt 7 verbundenen Steg 22 schließt ein nach unten gerichtetes Brückenteil 20 an, an dessen untere Ende eine sich bezogen auf die Zeichnung nach links erstreckende Anschlagstange 23 befestigt ist, welche vor dem Querschlitten 13 mit einem Anschlag 24 endet. An der Anschlagstange 23 befindet sich ein Vorsprung 25, dem mit Abstand ein am zweiten Amboßteil 8 befestigtes Gegenlager 26 gegenübersteht. Zwischen dem Vorsprung 25 und dem Gegenlager 26 ist eine als Schrauben­ druckfeder ausgebildete Rückstellfeder 27 eingespannt. In der dargestellten Öffnungsstellung des Verdichtungsraums 3 wird die mit Bezug auf die Zeichnung nach links gerichtete Rückstellverschiebung des Querhaupts 7 durch einen am Montageblock 12 befestigten Anschlag 28 begrenzt. Die Anordnung ist so getroffen, daß beim Schließen des Verdichtungsraums 3, d. h. bei der Verschiebung des ersten Amboßteils 4 nach rechts der Querschlitten 13 auf den Anschlag 24 der Anschlag­ stange 23 auftrifft, bevor sich die erste Amboßfläche 5 fest gegen die Anschlagfläche 10 des Querhaupts 7 legen kann. Bei fortgesetzter Verschiebung des ersten Amboßteils 4 nach rechts wird das Querhaupt 7 über die Mitnehmereinrichtung 19 ebenfalls nach rechts verschoben. Diese gemeinsame Horizontal­ bewegung des ersten Amboßteils 4 und des Querhaupts 7 ent­ spricht der zweiten Verdichtungsphase des geschilderten Ver­ fahrens.

Bei der in den Fig. 3 und 4 dargestellten ersten Ausführungs­ form der Vorrichtung ist für das erste Amboßteil 4 und das zweite Amboßteil 8 eine gemeinsame Antriebsvorrichtung vor­ gesehen, beispielsweise in Fig. 4 schematisch angedeutete Pneumatikzylinder- und -kolbenanordnung 29, deren Kolben­ stange 30 fest mit einem Winkelschieber 31 verbunden ist, während deren Zylinder in fester nicht dargestellter Ver­ bindung mit dem Montageblock 12 steht. Der Winkelschieber 31 steuert die koordinierten Bewegungen des ersten Amboß­ teils 4 und des zweiten Amboßteils 8. Zu diesem Zweck be­ sitzt er zwei Schenkel 32 und 33, von denen der Schenkel 32 dem ersten Amboßteil 4 und der Schenkel 33 dem zweiten Amboßteil 8 zugekehrt ist. Am Schenkel 33 befindet sich ein Führungsvorsprung 34, mit welchem der Winkelschieber 31 an einem Führungsbett 35 des Montageblocks 12 horizontal verschiebbar gelagert ist. Das Führungsbett 35 ist recht­ winklig zu den Führungsbetten 14 und 15 ausgerichtet.

An den Außenflächen der Schenkel 32 und 33 befinden sich Steuerschlitze 36 bzw. 37. In die Steuerschlitze 36 und 37 greifen Kulissengleitbolzen 38 bzw. 39 ein, von denen der Bolzen 38 am Querschlitten 13 und der Bolzen 39 am zweiten Amboßteil befestigt ist.

Wird der Winkelschieber 31 ausgehend von der in Fig. 3 ge­ zeigten Stellung der Werkzeugteile in Richtung des Pfeils 40 in Fig. 4 durch entsprechend Druckluftbeaufschlagung der Pneumatikzylinder- und -kolbenanordnung 29 verschoben, so ergibt sich für die Werkzeugteile aufgrund der Ausbildung der Steuerschlitze 36 und 37 die verfahrensgemäße Bewegungs­ charakteristik. Zu diesem Zweck ist der Steuerschlitz 36 aus drei Schlitzabschnitten 41, 42 und 43 zusammengesetzt, während der Steuerschlitz 37 nur aus zwei Schlitzabschnitten 44 und 45 gebildet ist. Bei geöffnetem Verdichtungsraum ent­ sprechend Fig. 3 befindet sich der Kulissengleitbolzen 38 im Schlitzabschnitt 41, während sich der Kulisssengleitbolzen 39 im Schlitzabschnitt 44 befindet. Wird die Kolbenstange 30 in Richtung des Pfeils 40 bewegt, so gleitet der Kulissen­ gleitbolzen 38 im schräg zur Bewegungsrichtung ausgerichteten Schlitzabschnitt 41, wodurch der Querschlitten 13 und damit das erste Amboßteil 4 mit Bezug auf die Darstellung in Fig. 3 nach rechts verschoben werden. Da der Schlitzabschnitt 44 parallel zur Schieberichtung des Winkelschiebers 31 verläuft, bleiben der Kulissengleitbolzen 39 und damit das zweite Amboßteil 8 zunächst in der in den Fig. 1b und 3 gezeigten Lage. Wenn der Querschlitten 13 an den Anschlag 24 der Mit­ nehmereinrichtung anschlägt, hat der Kulissengleitbolzen 38 den schräggestellten Schlitzabschnitt 41 verlassen und be­ findet sich am Anfang des zur Schieberichtung des Winkel­ schiebers 31 parallelen Schlitzabschnitts 42. Bei fortgesetzter Verschiebung des Winkelschiebers 31 bleibt daher der Kulissen­ gleitbolzen 38 und damit das erste Amboßteil 4 in der er­ reichten Schließlage für den Verdichtungsraum, wie sie durch die Fig. 1b und 1c repräsentiert ist. Gleichzeitig tritt aber der Kulissengleitbolzen 39 in den gegenüber der Schieberichtung des Winkelschiebers 31 schräggestellten Schlitzabschnitt 45 ein, womit bei fortgesetzter Verschiebung des Winkelschiebers in Richtung des Pfeils 40 die Abwärts­ verschiebung des zweiten Amboßteils 8 beginnt. Wenn bei weiterhin fortgesetzter Verschiebung des Winkelschiebers 31 in derselben Richtung der Kulissengleitbolzen 38 in den wiederum zur Schieberichtung schräggestellten Schlitzab­ schnitt 43 eintritt, verschiebt sich der Querschlitten 13 und damit auch das erste Amboßteil 4 weiter nach rechts. Gleichzeitig aber wird die Abwärtsbewegung des zweiten Amboßteils 8 fortgesetzt, weil sich der Kulissengleitbolzen 39 noch in dem schräggestellten Schlitzabschnitt 45 befindet. Zusammen mit der in dieser zweiten Verdichtungsphase er­ folgenden Verschiebung des ersten Amboßteils 4 nach rechts wird auch das Querhaupt 7 über die Mitnehmereinrichtung 19 nach rechts verschoben.

Die in Fig. 5 dargestellte zweite Ausführungsform der Vor­ richtung hat mit der in Fig. 6 gezeigten dritten Ausführungs­ form der Vorrichtung die Gemeinsamkeit, daß das Querhaupt 7 und die beiden Amboßteile 4 und 8 jeweils mit einer getrennten Antriebsvorrichtung verbunden sind, wodurch die Schiebebewegungen dieser drei Werkzeugteile in ge­ wünschter Weise durch eine geeignete Programmschaltung auf­ einander abgestimmt werden können, wodurch jede gewünschte Bewegungscharakteristik der beiden Amboßteile 4 und 8 und des Querhaupts 7 ermöglicht wird, einschließlich der mit Bezug auf die Fig. 1a bis 1d und 2 angegebenen Bewegungs­ charakteristik.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 ist den beiden Amboß­ teilen 4 und 8 sowie dem Querhaupt 7 jeweils ein nachlauf­ freier elektrischer Stellmotor 57 bzw. 58 bzw. 59 zugeordnet. Die Stellmotoren sind fest mit dem Montageblock 12 verbunden. ln dem Querschlitten 13, dem zweiten Amboßteil 8 und dem Querhaupt 7 befindet sich jeweils eine Sackbohrung 60 bzw. 61 bzw. 62, die jeweils durch eine Stellgewindemutter 63 bzw. 64 bzw. 65 nach außen geschlossen ist. In jede Stell­ gewindemutter ist eine von dem zugehörigen Stellmotor drehend in beiden Drehrichtungen antreibbare Stellgewindespindel 66 bzw. 67 bzw. 68 eingeschraubt. Die Stellmotoren erlauben auch sehr kleine Drehwinkelbeträge, wodurch entsprechend geringe Schiebeweglängen für die angeschlossenen Werkzeug­ teile ermöglicht werden. Andererseits können aber auch entsprechend lange Schiebewege durch entsprechende Umdrehungs­ anzahl der Stellgewindespindeln erreicht werden. Diese Aus­ führungsform der Vorrichtung erlaubt ebenso wie die mit Bezug auf Fig. 6 zu beschreibende Ausführungsform eine Ver­ schiebung des Querhaupts 7 in die in Fig. 2 gezeigte Stellung.

Bei der in Fig. 6 dargestellten dritten Ausführungsform der Vorrichtung sind sämtliche Stellmotoren 57, 58 und 59 der Ausführungsform gemäß Fig. 5 ersetzt durch pneumatisch oder hydraulisch zu betätigende Zylinder- und -kolbenanordnungen 69, 70 und 71. Die zugehörigen Kolbenstangen 72, 73 und 74 sind mit dem Querschlitten 13 bzw. dem zweiten Amboßteil 8 bzw. dem Querhaupt 7 fest verbunden. Zum individuellen Antrieb der drei Werkzeugteile können auch teils Stellmotoren und teils Zylinder- und -kolbenanordnungen eingesetzt werden.

Claims (12)

1. Verfahren zum Verbinden elektrischer Leiter wie Litzen mittels Ultraschall in einem querschnittsveränderbaren Verdichtungsraum, der durch eine etwa horizontale Sonotroden­ fläche und drei relativ dazu teils in horizontaler und teils in vertikaler Richtung verschiebbare Amboßflächen begrenzt ist, wobei zunächst die elektrischen Leiter in den nach einer Seite hin geöffneten Verdichtungsraum eingelegt wer­ den, worauf der Verdichtungsraum durch Verschieben der er­ sten Amboßfläche geschlossen wird, wonach die Höhe des Verdichtungsraums durch gemeinsames vertikales Verschieben der zweiten Amboßfläche, die der Sonotrodenfläche gegenüber­ liegt, und der dritten Amboßfläche, die der ersten Amboß­ fläche gegenüberliegt, unter Verdichtung der elektrischen Leiter verringert wird, wobei die Ultraschalleinwirkung während der Verdichtung vorgenommen wird, worauf schließlich der Verdichtungsraum durch Verschieben aller Amboßflächen in ihrer Ausgangslage geöffnet und die verbundenen Leiter daraus entnommen werden, dadurch gekennzeichnet, daß nach einer ersten Verdichtungsphase für die Leiter durch gemein­ sames vertikales Verschieben der zweiten und dritten Amboß­ fläche eine zweite Verdichtungsphase durch gemeinsames horizontales Verschieben der ersten und zweiten Amboßfläche bei gleichzeitiger Fortsetzung der gemeinsamen Vertikal­ verschiebung der zweiten und dritten Amboßfläche durchge­ führt wird, wobei die Ultraschalleinwirkung während der zweiten Verdichtungsphase vorgenommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebungen der drei Amboßflächen durch mechanische Kopplung vorgenommen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Amboßflächen entsprechend einer Programmsteuerung verschoben werden.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zum Einlegen und Entnehmen der Leiter in den bzw. aus dem Verdichtungsraum die zweite Amboßfläche so­ weit verschoben wird, bis sie sich außerhalb des Verdich­ tungsraums befindet.

5. Vorrichtung zum Verbinden elektrischer Leiter wie Litzen durch Ultraschall zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, umfassend eine Ultraschallschwingungen erzeugende Sonotrode, einen als Gegenwerkzeug dienenden mehrteiligen Amboß und einen von drei Amboßflächen und einer Sonotrodenfläche begrenzten querschnittsveränderbaren Verdichtungsraum für die elek­ trischen Leiter, dessen Längsachse parallel zu den zu ver­ bindenden Leitern verläuft und dessen Stirnseiten zum Durch­ führen der Leiter geöffnet sind, wobei ein die erste Amboß­ fläche aufweisendes erstes Amboßteil parallel zu der Sono­ trodenfläche und diese mit engem Luftspalt überlappend verschiebbar gelagert ist, während die zweite und dritte Amboßfläche an einem zweiten Amboßteil vorgesehen sind, welches entlang der der ersten Amboßfläche gegenüberlie­ genden dritten Amboßfläche unter Einhaltung eines engen Luftspalts zu einer ihr benachbarten parallelen Fläche der Sonotrode verschiebbar gelagert ist, und mit einem Querhaupt verbunden ist, an welchem sich die der Sonotroden­ fläche gegenüberliegende zweite Amboßfläche und eine Anschlagfläche für die erste Amboßfläche befinden, wobei beide Amboßteile mit einer Antriebsvorrichtung für die Schiebebewegungen in Verbindung stehen, dadurch gekennzeich­ net, daß das Querhaupt (7) parallel zur Sonotrodenfläche (2) verschiebbar an dem zweiten Amboßteil (8) gelagert ist und mit einer in Schieberichtung wirksamen Antriebsvorrichtung (19; 59, 68, 65; 71, 74) verbunden ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtung eine fest mit dem Querhaupt (7) verbundene Mitnehmereinrichtung (19) ist, auf die das erste Amboßteil (4) oder ein zusammen mit dem ersten Amboßteil verschiebbares Bauteil (13) auftrifft, bevor die erste Amboß­ fläche (5) kraftschlüssig an die Anschlagfläche (10) des Querhaupts (7) angedrückt werden kann.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Querhaupt (7) aus einer den Verdichtungsraum (3) begrenzenden Stellung gegen die Kraft einer Rückstellfeder (27) verschiebbar ist.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Amboßteil (4) und das zweite Amboßteil (8) eine gemeinsame Antriebsvorrichtung (29, 30; 51, 50) aufweisen, die an ein bewegbar gelagertes Steuer­ glied (31; 46) angreift, welches mit zwei Stellelementen (36, 37; 52, 53) versehen ist, die mit jeweils zugeordneten Gegenelementen (38, 39; 54, 55) am ersten und zweiten Amboßteil (4, 8) eingreifen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerglied ein parallel zur Längsachse des Verdich­ tungsraums (3) verschiebbar gelagerter Winkelschieber (31) ist, dessen einer Schenkel (32) dem ersten Amboßteil (4) und dessen anderer Schenkel (33) dem zweiten Amboßteil (8) zugekehrt ist, wobei in beiden Schenkeln als Stellelemente ausgebildete Steuerschlitze (36, 37) vorgesehen sind, in welche an den beiden Amboßteilen (4, 8) oder an mit den Amboßteilen verbundenen Bauteilen (13) befestigte als Kulissengleitbolzen (38, 39) ausgebildete Gegenelemente ein­ greifen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtung für das Querhaupt (7) ein nach­ lauffreier elektrischer Stellmotor (59) ist, der mit einer antreibbaren Stellgewindespindel (68) in eine am Querhaupt befestigte Stellgewindemutter (65) eingreift.

11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß auch dem ersten und dem zweiten Amboß­ teil (4, 8) jeweils ein nachlauffreier elektrischer Stell­ motor (57, 58) als Antriebsvorrichtung für die Schiebebe­ wegungen zugeordnet ist, der mit einer antreibbaren Stell­ gewindespindel (66, 67) in eine am zugeordneten Amboßteil oder einem damit verbundenen Bauteil befestigten Stellgewinde­ mutter (63, 64) eingreift.

12. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5, 10 und 11, da­ durch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtung für das Querhaupt (7) und/oder die Antriebsvorrichtung für mindestens eines der Amboßteile (4, 8) als Druckmittelzylinder- und -kolbenanordnung ausgebildet ist.