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Lacon Electronic GmbH

SAB Bröckskes GmbH & Co KG

MES Electronic Connect GmbH & Co. KG

Wilde Schwingungen erzeugen Wärme, die zusammenschweißt

Der ultrahochfrequente Schwingungsvorgang erzeugt Reibungswärme, durch welche die abisolierten Kabellitzen zusammengeschweißt werden. Die Schwingungen werden auf eine sogenannte Sonotrode übertragen, wodurch die Litzen unter einem definierten Anpressdruck verdichtet werden. Mit der Sonotrode wird ein großer Querschnittsbereich erreicht und damit ein breites Einsatzspektrum.

Es besteht die Möglichkeit der Kombination mit verschiedenen Materialien. In diesem Zusammenhang ermöglicht das Ultraschallverdichten innovative Verbindungstopologien. In Abhängigkeit von der Kabelqualität bietet die von Lacon eingesetzte Ultraschall-Metallschweißanlage das stufenlose Verschweißen von Kabellitzen mit Verbindungsquerschnitten von 0,26 bis 15 mm² an. Das Schweißmodul verfügt über ein programmgesteuertes, variables Ambosssystem.

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Die für den Ultraschallschweißprozess benötigte, hochfrequente Spannung über 20 kHz wird mittels eines Hochfrequenzgenerators erzeugt. Der Generator ist in ein 19-Zoll-Einschubgehäuse integriert. Mittels eines piezoelektrischen Schallwandlers wird die elektrische Schwingung in eine mechanische umgewandelt. Unter dem Piezoeffekt versteht man die Fähigkeit der Induktion elektrischer Ladung an die Oberfläche unter mechanischer Spannung, welche bei bestimmten kristallinen Materialien auftritt.

Die Technologie der Ultraschallverschweißung beruht auf dem System der Resonanzfrequenz des Schwinger-Systems, das heißt, dass alle Komponenten aufeinander abgestimmt sein müssen, um die größtmögliche Wirkungsweise zu erzielen.

In der Funktionsdarstellung zum Wirkprinzip des Ultraschallschweißens werden die zwei zu verdichten Litzen unter geringem Druck an ihren Berührungsflächen gegeneinander gerieben, indem sich die längsschwingende Sonotrode zum Amboss bewegt, welcher sich relativ ruhig über der Tuschierplatte hin und her bewegt.

Die Fügeteile werden aneinander angenähert, indem sich der Seitenschieber je nach Größe des Litzenquerschnitts nach rechts Richtung Tuschierplatte bewegt, und diese gleichzeitig nach unten gezogen wird Richtung längsschwingender Sonotrode. Um ein Aufeinandertreffen der Profile (Seitenschieber und Sonotrode) zu verhindern, kann ein Spaltmaß zwischen 0,02 bis 0,05 mm eingestellt werden, je nach Litzenquerschnitt.

Aktivierung der Oberflächen und Austausch von Elektronen

Durch die Molekular- und Grenzflächenreibung und die plastische Verformung entsteht Wärme, die jedoch nicht stark genug ist für das Aufschmelzen der Stoffe. Bei einem Abstand der Kontaktflächen im Bereich von 4 bis 5 Å (0,5 nm) kommt es zu einer Aktivierung der Oberflächen und Austausch von Elektronen, wodurch eine feste, metallische Verbindung entsteht.

Durch die Übertragung der hohen Frequenzen auf die Litzen-Drähte kommt es nicht nur zur Reibung, sondern im ersten Moment auch zur Bewegung von Einzel-Drähten in Längsrichtung. Besonders bei kurzen Litzen, wie sie typisch für den Schaltschrankbau sind, kommt es zum Austreten („schießen“) von Einzeldrähten aus dem Litzen-Verbund bis zu mehreren Millimetern bis Zentimetern Länge. Um diesen Effekten, aber auch dem Stress zwischen Werkzeug und Litzen-Drähten vorzubeugen, befindet sich an den Werkzeugen ein Profil, um die Einzeldrähte besser fixieren, bzw. dämpfen zu können.

Dieses Profil muss mit den werksseitig angegebenen Abständen aufeinander eingestellt werden. Zusätzlich gibt es noch eine Neigung auf der Sonotrode, um das Spalt-Maß für kleinere Litzen-Querschnitte zu minimieren, wenn der Seitenschieber weiter zufährt.

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