AT519175B1

AT519175B1 - Ultraschallverschweissen eines litzenleiters mit einem kontaktteil

Info

Publication number: AT519175B1
Application number: ATA50705/2016A
Authority: AT
Original assignee: Gebauer & Griller Kabelwerke Ges M B H
Priority date: 2016-08-03
Filing date: 2016-08-03
Publication date: 2019-01-15
Also published as: AT519175A1; WO2018024715A1

Abstract

Verfahren zum Ultraschallverschweißen eines Litzenleiters (1) mit einem Kontaktteil (4), wobei ein abgemantelter Abschnitt (5) des Litzenleiters (1) mit mindestens einer Litze (2), welche mehrere, vorzugsweise verdrillte, Einzeldrähte (3) aufweist, auf einem Schweißabschnitt (6) des Kontaktteils (4) angeordnet wird. Um eine Beschädigung der Einzeldrähte zu vermeiden und so eine gleichbleibende Stromtragfähigkeit zu gewährleisten, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: - Anordnen eines Kontaktplättchens (7) auf dem abgemantelten Abschnitt (5) derart, dass ein Verbindungsabschnitt (8) des abgemantelten Abschnitts (5) zwischen dem Kontaktplättchen (7) und dem Schweißabschnitt (6) angeordnet ist; - Gegeneinanderdrücken mindestens einer Sonotrode und mindestens eines der mindestens einen Sonotrode gegenüberliegenden Widerlagers, wobei die Sonotrode gegen das Kontaktplättchen (7) und/oder gegen das Kontaktteil (4) in Richtung des Verbindungsabschnitts (8) gedrückt wird; - Ultraschallverschweißen mittels der mindestens einen Sonotrode.

Description

Beschreibung

ULTRASCHALLVERSCHWEISSEN EINES LITZENLEITERS MIT EINEM KONTAKTTEIL

GEBIET DER ERFINDUNG

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ultraschallverschweißen eines Litzenleiters mit einem Kontaktteil, wobei ein abgemantelter Abschnitt des Litzenleiters mit mindestens einer Litze, welche mehrere, vorzugsweise verdrillte, Einzeldrähte aufweist, auf einem Schweißabschnitt des Kontaktteils angeordnet wird.

[0002] Weiters betrifft die vorliegende Erfindung ein System zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

STAND DER TECHNIK

[0003] Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass die elektrische Verbindung zwischen einem elektrischen Leiter, der insbesondere als Litzenleiter mit einer Litze oder mehreren Litzen aus, vorzugsweise verdrillten, Einzeldrähten ausgebildet sein kann, und einem Kontaktteil über einen Ultraschallschweißvorgang hergestellt werden kann. Um die elektrische Verbindung herzustellen, wird der Litzenleiter auf eine für die Schweißung vorbereitete Fläche des Kontaktteils aufgelegt und werden beide Kontaktpartner zwischen Amboss und Sonotrode eines Ultraschallschweißwerkzeugs eingespannt. In der Regel liegt das Kontaktteil auf dem Amboss (ruhendes Werkzeug), und der abgemantelte Litzenleiter ist der Sonotrode zugewandt.

[0004] Der Schweißvorgang wird vorgenommen, indem die Sonotrode mit einer definierten Kraft auf die positionierten Kontaktpartner einwirkt und eine oszillierende Bewegung mit ausreichender Geschwindigkeit vollzieht und damit die Einzeldrähte des Litzenleiters in Relativbewegung zueinander und zum Kontaktteil versetzt. Die durch vorhandene Reibung zwischen den bewegten Teilen entstehende Wärme wird genutzt, um die Einzeldrähte untereinander und die Litze(n) mit dem Kontaktteil zu verschweißen. Die Energie ist dabei so gestaltet, dass nur in den Kontaktpunkten Diffusionsvorgänge stattfinden, nicht jedoch eine Schmelze erzeugt wird.

[0005] Um die Einzeldrähte besonders effizient in Bewegung versetzen zu können, kann die Sonotrode mit einem speziellen Profil, welches meist Rillen und/oder Zacken aufweist, ausgestattet sein. Hierdurch wird verhindert, dass an der obersten Lage der Einzeldrähte (d.h. an jener Lage von Einzeldrähten, welche die Sonotrode kontaktieren) eine Relativbewegung zwischen diesen Einzeldrähten und der Sonotrode entsteht. Eine solche Relativbewegung würde die obersten Einzeldrähte mit der Sonotrode verschweißen, was ungewollt ist. Die konkret verwendeten Profile sind typischerweise herstellerspezifisch und sind üblicherweise im Hinblick auf das Material der Litzen bzw. auf die Härte dieses Materials optimiert.

[0006] Das besagte Profil und die beim Schweißvorgang erzeugte Erwärmung führen jedoch zu einer sehr starken Deformation und mechanischen Schädigung der obersten Einzeldrahtlage. Die Einzeldrähte der obersten Lage weisen dadurch keine ausreichende Widerstandsfähigkeit gegenüber Zug- und Biegebelastungen der Litzenleitung auf, was in der Folge zu Drahtbrüchen und damit zu einer verminderten Stromtragfähigkeit des Litzenleiters führen kann.

AUFGABE DER ERFINDUNG

[0007] Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Ultraschallschweißverfahren und ein System zu dessen Durchführung zur Verfügung zu stellen, wobei die oben genannten Nachteile vermieden werden sollen. Insbesondere sollen die Einzeldrähte des zu verschweißenden Litzenleiters beim Ultraschallverschweißen möglichst nicht beschädigt werden, sodass eine gleichbleibende Stromtragfähigkeit gewährleistet werden kann.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

[0008] Zur Lösung der genannten Aufgabe ist es bei einem Verfahren zum Ultraschallverschweißen eines Litzenleiters mit einem Kontaktteil, wobei ein abgemantelter Abschnitt des Litzenleiters mit mindestens einer Litze, welche mehrere, vorzugsweise verdrillte, Einzeldrähte aufweist, auf einem Schweißabschnitt des Kontaktteils angeordnet wird, erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: [0009] - Anordnen eines Kontaktplättchens auf dem abgemantelten Abschnitt derart, dass ein Verbindungsabschnitt des abgemantelten Abschnitts zwischen dem Kontaktplättchen und dem Schweißabschnitt angeordnet ist; [0010] - Gegeneinanderdrücken mindestens einer Sonotrode und mindestens eines der mindestens einen Sonotrode gegenüberliegenden Widerlagers, wobei die Sonotrode gegen das Kontaktplättchen und/oder gegen das Kontaktteil in Richtung des Verbindungsabschnitts gedrückt wird; [0011] - Ultraschallverschweißen mittels der mindestens einen Sonotrode.

[0012] Durch das Kontaktplättchen wird eine oberste Lage der Einzeldrähte der mindestens einen Litze vor dem direkten Kontakt mit der Sonotrode und insbesondere vor einem Profil einer Arbeitsfläche der Sonotrode geschützt. Als oberste Lage wird dabei jene Lage von Einzeldrähten bezeichnet, deren Einzeldrähte in der Litze ganz außen liegen und in direktem Kontakt mit dem Kontaktplättchen stehen. Gemäß dem Stand der Technik würde die oberste Lage mit der Sonotrode kontaktiert.

[0013] Dabei haben aufwendige Versuche überraschenderweise gezeigt, dass es beim Ultraschallverschweißen zwischen dem Kontaktplättchen und den Einzeldrähten der obersten Lage zu einer Relativbewegung kommt, die völlig analog zur Relativbewegung der Einzeldrähte zueinander beim Ultraschallverschweißen ohne Kontaktplättchen gemäß dem Stand der Technik ist. Dadurch überträgt das Kontaktplättchen die mittels der Sonotrode eingebrachte Energie auf die Einzeldrähte der Litze und stellt eine Reibschweißung, wie sie bei konventionellen Ultraschallverschweißungen auftritt, sicher. D.h. die Einzeldrähte werden untereinander sowie mit dem Kontaktteil und dem Kontaktplättchen verschweißt.

[0014] Gleichzeitig bewirkt das Kontaktplättchen eine besonders gleichmäßige Verteilung der Reibenergie auf die Einzeldrähte, insbesondere auf die oberste Lage der Einzeldrähte. Dies bewirkt eine besonders gleichmäßige Verschweißung aller Einzeldrähte und verhindert eine unzulässige Deformation der Einzeldrähte. Es kann lediglich eine gleichmäßige Verformung der Einzeldrähte auftreten, die jedoch für die oberste Lage völlig analog zur untersten Lage ausfällt, wobei als unterste Lage jene Lage von Einzeldrähten bezeichnet wird, deren Einzeldrähte in der Litze ganz außen liegen und in direktem Kontakt mit dem Kontaktteil stehen. Die mechanische Stabilität und Festigkeit der Einzeldrähte bleibt somit gewahrt, sodass alle Einzeldrähte in vollem Umfang zur Stromtragfähigkeit des Litzenleiters beitragen können. Die verschweißten Einzeldrähte haben dabei alle im Wesentlichen die gleiche mechanische Festigkeit.

[0015] Beim genannten Gegeneinanderdrücken kann der Druck prinzipiell von der Seite der Sonotrode aufgebracht werden oder von der Seite des Widerlagers oder von beiden Seiten. Die beschriebene Anordnung von Kontaktplättchen, Verbindungsabschnitt und Schweißabschnitt ist dabei zwischen der mindestens einen Sonotrode und dem mindestens einen Widerlager angeordnet.

[0016] Das Gegeneinanderdrücken und das Ultraschallverschweißen können nacheinander und/oder gleichzeitig erfolgen.

[0017] Insbesondere kann derselbe Druck, der beim Gegeneinanderdrücken aufgebaut wird, beim Ultraschallverschweißen aufrechterhalten werden.

[0018] Als Widerlager kann in an sich bekannter Weise ein im Wesentlichen unbewegliches Element, das auch als Amboss bezeichnet wird, verwendet werden. Denkbar ist aber auch, eine weitere Sonotrode als Widerlager zu verwenden. In diesem Fall würden sowohl das Kontakt- plättchen als auch das Kontaktteil von jeweils zumindest einer Sonotrode kontaktiert werden.

[0019] Schließlich wäre es auch möglich, dass die Sonotrode das Kontaktteil kontaktiert und das Widerlager das Kontaktplättchen. In diesem Fall übernimmt beim Ultraschallverschweißen das Kontaktplättchen die Rolle des Kontaktteils und umgekehrt.

[0020] Der Prozess des Ultraschallverschweißens mittels der mindestens einen Sonotrode erfolgt schließlich in an sich bekannter Weise.

[0021] Schließlich sei bemerkt, das der Schweißabschnitt des Kontaktteils ein Abschnitt ist, der zur Verschweißung mit den Einzeldrähten vorgesehen ist.

[0022] Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass die mindestens eine Sonotrode eine ein Profil aufweisende Arbeitsfläche umfasst, mit der die Sonotrode gegen eine Kontaktfläche des Kontaktplättchens und/oder des Kontaktteils gedrückt wird, wobei die Sonotrode so stark gegen das Kontaktplättchen und/oder das Kontaktteil gedrückt wird, dass in die Kontaktfläche ein dem Profil entsprechendes Gegenprofil geprägt wird.

[0023] Hierdurch wird eine Relativbewegung zwischen Kontaktfläche und der Sonotrode praktisch vollends verhindert, da nicht nur ein Kraftschluss (durch das Gegeneinanderdrücken), sondern auch ein Formschluss (durch das Profil und das Gegenprofil) gegeben ist. Eine unerwünschte Verschweißung der Kontaktfläche, insbesondere der Kontaktfläche des Kontaktplättchens, mit der Sonotrode kann somit ausgeschlossen werden.

[0024] Stattdessen findet eine optimale Energieübertragung von der Sonotrode auf die Kontaktfläche statt. Wenn es sich bei der Kontaktfläche um die Kontaktfläche des Kontaktplättchens handelt, dann wird hierdurch eine besonders gleichmäßige Relativbewegung der Einzeldrähte zum Kontaktplättchen und eine entsprechend besonders gleichmäßige Verschweißung der Einzeldrähte mit dem Kontaktplättchen - aber auch untereinander - sichergestellt. Eine unerwünschte Deformation der Einzeldrähte der obersten Lage wird dabei besonders wirkungsvoll unterbunden.

[0025] Die Prägung des Gegenprofils in der Kontaktfläche, insbesondere in der Kontaktfläche des Kontaktplättchens, wird also im Wesentlichen beim Gegeneinanderdrücken vollzogen, also unmittelbar vor und/oder während des Ultraschallverschweißens. Theoretisch wäre es denkbar, dass das Gegenprofil in der Kontaktfläche bereits vorgefertigt ist. Die Erzeugung während des erfindungsgemäßen Verfahrens stellt jedoch einen perfekten Formschluss sicher und ist zudem kostengünstiger, da auf die Vorbearbeitung der Kontaktfläche, insbesondere der Kontaktfläche des Kontaktplättchens, verzichtet werden kann.

[0026] Vorzugsweise weist daher das Kontaktplättchen zunächst eine glatte Oberfläche, insbesondere eine glatte Kontaktfläche, auf, wobei auch die der Kontaktfläche gegenüberliegende Oberfläche des Kontaktplättchens glatt sein kann.

[0027] Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass das mindestens eine Widerlager eine ein Profil aufweisende Arbeitsfläche umfasst, mit der das Widerlager gegen eine Kontaktfläche des Kontaktteils und/oder des Kontaktplättchens gedrückt wird, wobei das Widerlager so stark gegen das Kontaktteil und/oder das Kontaktplättchen gedrückt wird, dass in die Kontaktfläche ein dem Profil entsprechendes Gegenprofil geprägt wird.

[0028] Hierdurch wird eine Relativbewegung zwischen Kontaktfläche und dem Widerlager praktisch vollends verhindert, da nicht nur ein Kraftschluss (durch das Gegeneinanderdrücken), sondern auch ein Formschluss (durch das Profil und das Gegenprofil) gegeben ist. Eine unerwünschte Verschweißung der Kontaktfläche, insbesondere der Kontaktfläche des Kontaktteils, mit dem Widerlager kann somit ausgeschlossen werden.

[0029] Wenn es sich bei der Kontaktfläche um die Kontaktfläche des Kontaktteils handelt, dann wird bei einem im Wesentlichen starren Widerlager hierdurch wiederum eine gleichmäßige Relativbewegung der Einzeldrähte zum Kontaktteil beim Ultraschallverschweißen und eine entsprechend gleichmäßige Verschweißung der Einzeldrähte mit dem Kontaktteil sichergestellt. Eine unerwünschte Deformation der Einzeldrähte der untersten Lage wird dabei besonders wirkungsvoll unterbunden.

[0030] Die Prägung des Gegenprofils in der Kontaktfläche, insbesondere in der Kontaktfläche des Kontaktteils, wird also im Wesentlichen beim Gegeneinanderdrücken vollzogen, also unmittelbar vor und/oder während des Ultraschallverschweißens. Theoretisch wäre es denkbar, dass das Gegenprofil in der Kontaktfläche bereits vorgefertigt ist. Die Erzeugung während des erfindungsgemäßen Verfahrens stellt jedoch einen perfekten Formschluss sicher und ist zudem kostengünstiger, da auf die Vorbearbeitung der Kontaktfläche, insbesondere der Kontaktfläche des Kontaktteils, verzichtet werden kann.

[0031] Vorzugsweise weist daher das Kontaktteil zunächst eine glatte Oberfläche, insbesondere eine glatte Kontaktfläche, auf, wobei auch die der Kontaktfläche gegenüberliegende Oberfläche des Kontaktteils glatt sein kann.

[0032] Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass die Einzeldrähte aus einem Metall gefertigt sind und dass das Kontaktplättchen aus demselben Metall oder einer Legierung desselben Metalls gefertigt ist. Unter Metall sind wie üblich nicht nur die einzelnen metallbildenden Elemente, sondern auch deren Legierungen zu verstehen. Die Einzeldrähte können insbesondere gefertigt sein aus: Aluminium, einer Aluminiumlegierung, Kupfer, einer Kupferlegierung. Indem das Kontaktplättchen aus demselben oder einem ähnlichen Metall wie die mindestens eine Litze bzw. wie die Einzeldrähte gefertigt ist, werden unterschiedliche Elektronegativitäten des Kontaktplättchens und der Einzeldrähte vermieden. Dabei können unterschiedliche Elektronegativitäten zu elektrochemischer Korrosion führen, was durch besagte Materialwahl vermieden wird, um eine dauerhaft zuverlässige Verbindung zu ermöglichen.

[0033] Das Kontaktteil ist typischerweise aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gefertigt, kann aber auch aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gefertigt sein. Das Material des Kontaktteils kann eine höhere Festigkeit als das Material der Einzeldrähte aufweisen. Üblicherweise weist das Kontaktteil jedenfalls eine höhere mechanische Festigkeit als die Einzeldrähte auf.

[0034] Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass das Kontaktplättchen eine Dicke aufweist, die im Bereich vom 1-fachen bis 3-fachen eines Durchmessers der Einzeldrähte liegt. Besonders bevorzugt liegt der Durchmesser der Einzeldrähte in einem Bereich von 0,05 mm bis 2 mm, vorzugsweise von 0,1 mm bis 1 mm. Durch diese Dickenwahl wird ein ausreichendes Volumen des Kontaktplättchens garantiert, um unzulässigen Deformationen der Einzeldrähte der mindestens einen Litze besonders wirkungsvoll entgegenwirken zu können. Darüberhinaus kann eine Breite des Kontaktplättchens an eine Breite und/oder einen Durchmesser der mindestens einen Litze, insbesondere des Verbindungsabschnitts, angepasst werden. Bzw. kann eine Länge des Kontaktplättchens an eine Länge des Verbindungsabschnitts angepasst werden. Die Länge des Kontaktplättchens wird dabei entlang einer Längsachse des Kontaktplättchens gemessen, die parallel zu einer Längsrichtung verläuft, und die Breite des Kontaktplättchens entlang einer normal auf die Längsrichtung stehenden Richtung. Wenn das Kontaktplättchen gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren auf dem abgemantelten Abschnitt bzw. auf dem Verbindungsabschnitt angeordnet ist, wird die Länge des Verbindungsabschnitts entlang derselben Richtung gemessen wie die Länge des Kontaktplättchens und die Breite des Verbindungsabschnitts entlang derselben Richtung wie die Breite des Kontaktplättchens.

[0035] Die Breite des Kontaktplättchens kann insbesondere an eine Breite des Schweißwerkzeuges, insbesondere der Sonotrode und/oder des Amboss‘, angepasst sein und dieser entsprechen. Dabei können zur Führung des Kontaktplättchens seitliche Abstützkörper, die als bewegliche Anschläge fungieren, vorgesehen sein.

[0036] Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass in einer Längsrichtung entlang einer Längsachse des Kontaktplättchens ge- sehen das Kontaktplättchen in einem Endbereich eine Auslaufzone aufweist, die beim Ultraschallverschweißen vorzugsweise einem ummantelten Abschnitt des Litzenleiters zugewandt ist, wobei das Ultraschallverschweißen, und vorzugsweise auch das Gegeneinanderdrücken, in Längsrichtung gesehen nur in einem vor der Auslaufzone angeordneten Schweißabschnitt des Kontaktplättchens stattfindet. D.h. in Längsrichtung gesehen ist der ummantelte Abschnitt hinter der Auslaufzone angeordnet, wobei im Allgemeinen der abgemantelte Abschnitt abschnittsweise auch zwischen der Auslaufzone und dem Kontaktteil angeordnet sein kann.

[0037] Mechanische Belastungen, z.B. durch Vibrationen verursachte Zug- und Biegebelastungen, greifen an den Einzeldrähten insbesondere im Endbereich des Kontaktplättchens an. Die Einzeldrähte werden beim Ultraschallverschweißen im Schweißabschnitt des Kontaktplättchens einer gewissen Wärme ausgesetzt, was sich auf die mechanischen Eigenschaften der Einzeldrähte negativ auswirken kann. Indem die Einzeldrähte in der Auslaufzone, d.h. im besagten Endbereich des Kontaktplättchens, nicht verschweißt werden, wird in diesem Bereich eine Art Puffer gegenüber den verschweißten Einzeldrähten im Schweißabschnitt des Kontaktplättchens - genauer: gegenüber jenen Abschnitten der Einzeldrähte, die im Schweißabschnitt des Kontaktplättchens angeordnet und verschweißt sind - gebildet. Insbesondere können die Einzeldrähte in der Auslaufzone eine gewisse Beweglichkeit bzw. Elastizität aufweisen, die deutlich größer ist als im Schweißabschnitt des Kontaktplättchens, wo die Einzeldrähte verschweißt sind. Diese Elastizität begünstigt die Puffer- bzw. Dämpfungswirkung.

[0038] Indem zudem auf das Gegeneinanderdrücken in der Auslaufzone verzichtet wird, wird sichergestellt, dass die Einzeldrähte in der Auslaufzone durch das Gegeneinanderdrücken nicht derart verformt bzw. deformiert werden können, dass es zu einer gewissen mechanischen Schwächung der Einzeldrähte kommt. Es wird somit garantiert, dass die Einzeldrähte in der Auslaufzone optimale mechanische Eigenschaften aufweisen, um mechanische Belastungen aufnehmen und gegenüber den Einzeldrähten im Schweißabschnitt des Kontaktplättchens -genauer: gegenüber jenen Abschnitten der Einzeldrähte, die im Schweißabschnitt des Kontaktplättchens angeordnet und verschweißt sind - puffern oder dämpfen zu können.

[0039] Bei einer konstruktiv besonders einfach und damit kostengünstig zu verwirklichenden Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das Ultraschallverschweißen mittels genau einer Sonotrode erfolgt, wobei die Sonotrode gegen das Kontaktplättchen gedrückt wird. Vorzugsweise ist dabei als Widerlager ein Amboss vorgesehen.

[0040] Analog zum oben Gesagten ist erfindungsgemäß ein System zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, das System umfassend einen Litzenleiter mit mindestens einer Litze, welche mehrere, vorzugsweise verdrillte, Einzeldrähte aufweist, wobei der Litzenleiter einen abgemantelten Abschnitt aufweist, das System weiters umfassend ein Kontaktteil mit einem Schweißabschnitt, auf dem der abgemantelte Abschnitt anordenbar ist, sowie ein Kontaktplättchen, wobei das System derart ausgelegt ist, dass das Kontaktplättchen während des Verfahrens auf dem abgemantelten Abschnitt anordenbar ist, um beim Ultraschallverschweißen einen Verbindungsabschnitt des abgemantelten Abschnitts zwischen sich und dem Schweißabschnitt aufzunehmen. Vorzugsweise kann hierzu das Kontaktplättchen auf den Litzenleiter und das Kontaktteil abgestimmt sein. Insbesondere kann das Kontaktplättchen in seiner Materialwahl und/oder Geometrie und/oder Dimensionierung an den Litzenleiter und/oder das Kontaktteil angepasst sein, wie dies obenstehend im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und dessen bevorzugten Ausführungsformen geschildert ist.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

[0041] Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnungen sind beispielhaft und sollen den Erfindungsgedanken zwar darlegen, ihn aber keinesfalls einengen oder gar abschließend wiedergeben.

[0042] Dabei zeigt: [0043] Fig. 1 eine axonometrische Ansicht eines Litzenleiters, der mit einem Kontaktteil durch ein erfindungsgemäßes Verfahren verschweißt ist, von schräg oben [0044] Fig. 2 eine axonometrische Ansicht analog zu Fig. 1 von schräg unten [0045] Fig. 3 eine Schnittansicht des mit dem Kontaktteil verschweißten Litzenleiters aus Fig. 1

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

[0046] In der axonometrischen Ansicht der Fig. 1 ist ein Litzenleiter 1 erkennbar, der mit einem Kontaktteil 4 mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens ultraschallverschweißt ist. Der Litzenleiter 1 weist einen ummantelten Abschnitt 12 auf, in welchem einen Litze 2 von einem elektrisch isolierenden Mantel 16, der beispielsweise aus Kunststoff gefertigt sein kann, umgeben ist. Die Litze 2 besteht aus einer Vielzahl von Einzeldrähten 3, welche verdrillt sind. Die Einzeldrähte 3 bestehen aus einem Metall, beispielsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung oder aus Kupfer oder einer Kupferlegierung. Die Litze 2 ist in einem abgemantelten Abschnitt 5 (vgl. Fig. 3) des Litzenleiters 1 freigelegt, d.h. im abgemantelten Abschnitt 5 fehlt der Mantel 16 bzw. wurde dieser entfernt.

[0047] Der Kontaktteil 4 besteht ebenfalls aus einem Metall, typischerweise aus Kupfer oder einer Kupferlegierung oder aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Das Kontaktteil 4 weist einen Schweißabschnitt 6 (vgl. Fig. 3) auf, der im dargestellten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen eben und rechteckig ausgeführt ist. Auf diesem Schweißabschnitt 6 wird der abgemantelte Abschnitt 5, genauer ein Verbindungsabschnitt 8 des abgemantelten Abschnitts 5, aufgelegt. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird sodann ein Kontaktplättchen 7, das aus demselben oder einem ähnlichen Metall wie die Einzeldrähte 3 besteht, auf dem Verbindungsabschnitt 8, genauer auf einer dem Kontaktteil 4 gegenüberliegenden Seite des Verbindungsabschnitts 8, angeordnet. Es ergibt sich die in Fig. 1 erkennbare Anordnung von Kontaktteil 4, Verbindungsabschnitt 8 und Kontaktplättchen 7, wobei der Verbindungsabschnitt 8 zwischen Kontaktteil 4 und Kontaktplättchen 7 liegt.

[0048] Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt ein Gegeneinanderdrücken einer an sich bekannten Sonotrode (nicht dargestellt) und eines der Sonotrode gegenüberliegenden Widerlagers, welches als an sich bekannter Amboss (nicht dargestellt) ausgeführt sein kann. Dabei wird die Sonotrode gegen eine Kontaktfläche 9a des Kontaktplättchens 7 in Richtung des Verbindungsabschnitts 8 gedrückt, wobei die Kontaktfläche 9a vom Verbindungsabschnitt 8 sowie vom Kontaktteil 4 bzw. von dessen Schweißabschnitt 6 weg weist.

[0049] Die Litze 2 hat zunächst einen runden Querschnitt und wird durch das Gegeneinanderdrücken verflacht bzw. flach gedrückt oder gepresst, wie in Fig. 1 erkennbar ist.

[0050] Das Ultraschallverschweißen erfolgt schließlich mittels der Sonotrode - in Zusammenwirkung mit dem Amboss - in an sich bekannter Weise. Dabei können das Gegeneinanderdrücken und das Ultraschallverschweißen nacheinander und/oder gleichzeitig erfolgen. Durch das Kontaktplättchen 7 wird jedenfalls eine oberste Lage der Einzeldrähte 3 vor dem direkten Kontakt mit der Sonotrode, insbesondere vor dem Profil der Arbeitsfläche der Sonotrode, geschützt. Als oberste Lage wird dabei jene Lage von Einzeldrähten 3 bezeichnet, deren Einzeldrähte 3 in der Litze 2 ganz außen liegen und in direktem Kontakt mit dem Kontaktplättchen 7 stehen.

[0051] Dabei haben aufwendige Versuche überraschenderweise gezeigt, dass es zwischen dem Kontaktplättchen 7 und den Einzeldrähten 3 der obersten Lage zu einer Relativbewegung kommt, die völlig analog zur Relativbewegung der Einzeldrähte 3 zueinander beim Ultraschallverschweißen ohne Kontaktplättchen 7 gemäß dem Stand der Technik ist. Dadurch überträgt das Kontaktplättchen 7 die mittels der Sonotrode eingebrachte Energie auf die Einzeldrähte 3 der Litze 2 und stellt eine Reibschweißung, wie sie bei konventionellen Ultraschallverschweißungen auftritt, sicher. D.h. die Einzeldrähte 3 werden untereinander sowie mit dem Kontaktteil 4 und dem Kontaktplättchen 7 verschweißt.

[0052] Gleichzeitig bewirkt das Kontaktplättchen 7 eine besonders gleichmäßige Verteilung der Reibenergie auf die Einzeldrähte 3, insbesondere auf die oberste Lage der Einzeldrähte 3. Dies bewirkt eine besonders gleichmäßige Verschweißung aller Einzeldrähte 3 und verhindert eine unzulässige Deformation der Einzeldrähte 3. Es kann lediglich eine gleichmäßige Verformung der Einzeldrähte 3 auftreten, die jedoch für die oberste Lage völlig analog zur untersten Lage ausfällt, wobei als unterste Lage jene Lage von Einzeldrähten 3 bezeichnet wird, deren Einzeldrähte 3 in der Litze 2 ganz außen liegen und in direktem Kontakt mit dem Kontaktteil 4 stehen. Die mechanische Stabilität und Festigkeit der Einzeldrähte 3 bleibt somit gewahrt, sodass alle Einzeldrähte 3 in vollem Umfang zur Stromtragfähigkeit des Litzenleiters 1 beitragen können. Die verschweißten Einzeldrähte 3 haben dabei alle im Wesentlichen die gleiche mechanische Festigkeit.

[0053] Durch das Gegeneinanderdrücken wird das Kontaktplättchen 7 kraftschlüssig mit der Sonotrode verbunden. Um eine Relativbewegung zwischen dem Kontaktplättchen 7 und der Sonotrode möglichst vollständig ausschließen zu können, wird zusätzlich ein Formschluss erzeugt. Eine unerwünschte Verschweißung der Kontaktfläche 9a des Kontaktplättchens 7 mit der Sonotrode kann somit ausgeschlossen werden. Die Erzeugung des zusätzlichen Formschlusses geschieht, indem die Sonotrode eine ein Profil aufweisende Arbeitsfläche aufweist, mit der sie gegen die Kontaktfläche 9a des Kontaktplättchens 7 gedrückt wird, wobei die Sonotrode so stark gegen das Kontaktplättchen 7 gedrückt wird, dass in die Kontaktfläche 9a ein dem Profil entsprechendes Gegenprofil 10a geprägt wird. Dieses Gegenprofil 10a ist in Fig. 1 erkennbar und besteht im darstellten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen aus Rillen, die in die Kontaktfläche 9a des Kontaktplättchens 7 geprägt sind.

[0054] Durch das Gegeneinanderdrücken wird völlig analog zum oben Gesagten das Kontaktteil 4 kraftschlüssig mit dem Widerlager bzw. dem Amboss verbunden. Um eine Relativbewegung zwischen dem Kontaktteil 4 und dem Amboss möglichst vollständig ausschließen zu können, wird zusätzlich ein Formschluss erzeugt. Eine unerwünschte Verschweißung des Kontaktteils 4 mit dem Amboss kann somit ausgeschlossen werden. Die Erzeugung des zusätzlichen Formschlusses geschieht, indem der Amboss eine ein Profil aufweisende Arbeitsfläche aufweist, mit der er gegen eine Kontaktfläche 9b des Kontaktteils 4 gedrückt wird, wobei der Amboss so stark gegen das Kontaktteil 4 gedrückt wird, dass in die Kontaktfläche 9b des Kontaktteils 4 ein dem Profil entsprechendes Gegenprofil 10b geprägt wird. Dieses Gegenprofil 10b ist in Fig. 2 erkennbar und besteht im darstellten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen aus Rillen, die in die Kontaktfläche 9b des Kontaktteils 4 geprägt sind.

[0055] Wie insbesondere in Fig. 3 gut erkennbar ist, weist das Kontaktplättchen 7 in der dargestellten Ausführungsform in einer Längsrichtung 14 entlang einer Längsachse 13 des Kontaktplättchens 7 gesehen in einem Endbereich eine Auslaufzone 11 auf. In dieser Auslaufzone 11, die dem ummantelten Abschnitt 12 zugewandt ist, findet kein Ultraschallverschweißen und im dargestellten Ausführungsbeispiel auch kein Gegeneinanderdrücken statt.

[0056] Daher ist im Bereich der Auslaufzone 11 auf den Kontaktflächen 9a, 9b auch praktisch kein Gegenprofil 10a, 10b erkennbar, vgl. Fig. 1 und Fig. 2. In Längsrichtung 14 gesehen ist vor der Auslaufzone 11 ein Schweißabschnitt 15 des Kontaktplättchens 7 angeordnet, in welchem das Ultraschallverschweißen und das Gegeneinanderdrücken jedenfalls stattfinden.

[0057] In der Auslaufzone 11 werden Einzeldrähte 3 in der dargestellten Ausführungsform weder durch Wärme, die beim Verschweißen entsteht, noch durch Verformung, wie sie beim Gegeneinanderdrücken entstehen kann, belastet. Es wird somit garantiert, dass die Einzeldrähte 3 in der Auslaufzone 11 optimale mechanische Eigenschaften aufweisen, um mechanische Belastungen, wie sie z.B. durch Vibrationen verursacht werden können, aufnehmen und gegenüber den Einzeldrähten 3 im Schweißabschnitt 15 des Kontaktplättchens 7 - genauer: gegenüber jenen Abschnitten der Einzeldrähte 3, die im Schweißabschnitt 15 des Kontaktplättchens 7 angeordnet und verschweißt sind - puffern oder dämpfen zu können. Durch diese Puffer- bzw. Dämpfungsfunktion trägt die Auslaufzone 11 also maßgeblich zur dauerhaften Gewährleistung der vollen Funktionalität, insbesondere Stromtragfähigkeit, eines Systems umfassend Litzenleiter 1, Kontaktteil 4 und Kontaktplättchen 7 im verschweißten Zustand bei.

BEZUGSZEICHENLISTE 1 Litzenleiter 2 Litze 3 Einzeldraht 4 Kontaktteil 5 Abgemantelter Abschnitt des Litzenleiters 6 Schweißabschnitt des Kontaktteils 7 Kontaktplättchen 8 Verbindungsabschnitt des abgemantelten Abschnitts 9a, 9b Kontaktfläche 10a, 10b Gegenprofil 11 Auslaufzone 12 Ummantelter Abschnitt des Litzenleiters 13 Längsachse des Kontaktplättchens 14 Längsrichtung 15 Schweißabschnitt des Kontaktplättchens 16 Mantel

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Ultraschallverschweißen eines Litzenleiters (1) mit einem Kontaktteil (4), wobei ein abgemantelter Abschnitt (5) des Litzenleiters (1) mit mindestens einer Litze (2), welche mehrere, vorzugsweise verdrillte, Einzeldrähte (3) aufweist, auf einem Schweißabschnitt (6) des Kontaktteils (4) angeordnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: - Anordnen eines Kontaktplättchens (7) auf dem abgemantelten Abschnitt (5) derart, dass ein Verbindungsabschnitt (8) des abgemantelten Abschnitts (5) zwischen dem Kontaktplättchen (7) und dem Schweißabschnitt (6) angeordnet ist; - Gegeneinanderdrücken mindestens einer Sonotrode und mindestens eines der mindestens einen Sonotrode gegenüberliegenden Widerlagers, wobei die Sonotrode gegen das Kontaktplättchen (7) und/oder gegen das Kontaktteil (4) in Richtung des Verbindungsabschnitts (8) gedrückt wird; - Ultraschallverschweißen mittels der mindestens einen Sonotrode.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Sonotrode eine ein Profil aufweisende Arbeitsfläche umfasst, mit der die Sonotrode gegen eine Kontaktfläche (9a, 9b) des Kontaktplättchens (7) und/oder des Kontaktteils (4) gedrückt wird, wobei die Sonotrode so stark gegen das Kontaktplättchen (7) und/oder das Kontaktteil (4) gedrückt wird, dass in die Kontaktfläche (9a, 9b) ein dem Profil entsprechendes Gegenprofil (10a, 10b) geprägt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Widerlager eine ein Profil aufweisende Arbeitsfläche umfasst, mit der das Widerlager gegen eine Kontaktfläche (9b, 9a) des Kontaktteils (4) und/oder des Kontaktplättchens (7) gedrückt wird, wobei das Widerlager so stark gegen das Kontaktteil (4) und/oder das Kontaktplättchen (7) gedrückt wird, dass in die Kontaktfläche (9b, 9a) ein dem Profil entsprechendes Gegenprofil (10b, 10a) geprägt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzeldrähte (3) aus einem Metall gefertigt sind und dass das Kontaktplättchen (7) aus demselben Metall oder einer Legierung desselben Metalls gefertigt ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktplättchen (7) eine Dicke aufweist, die im Bereich vom 1-fachen bis 3-fachen eines Durchmessers der Einzeldrähte (3) liegt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Längsrichtung (14) entlang einer Längsachse (13) des Kontaktplättchens (7) gesehen das Kontaktplättchen (7) in einem Endbereich eine Auslaufzone (11) aufweist, die beim Ultraschallverschweißen vorzugsweise einem ummantelten Abschnitt (12) des Litzenleiters (1) zugewandt ist, wobei das Ultraschallverschweißen, und vorzugsweise auch das Gegeneinanderdrücken, in Längsrichtung (14) gesehen nur in einem vor der Auslaufzone (11) angeordneten Schweißabschnitt (15) des Kontaktplättchens (7) stattfindet.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ultraschallverschweißen mittels genau einer Sonotrode erfolgt, wobei die Sonotrode gegen das Kontaktplättchen (7) gedrückt wird.
8. System zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, das System umfassend einen Litzenleiter (1) mit mindestens einer Litze (2), welche mehrere, vorzugsweise verdrillte, Einzeldrähte (3) aufweist, wobei der Litzenleiter (1) einen abgemantelten Abschnitt (5) aufweist, das System weiters umfassend ein Kontaktteil (4) mit einem Schweißabschnitt (6), auf dem der abgemantelte Abschnitt (5) anordenbar ist, sowie ein Kontaktplättchen (7), wobei das Kontaktplättchen (7) während des Verfahrens auf dem ab-gemantelten Abschnitt (5) angeordnet ist, um beim Ultraschallverschweißen einen Verbin- dungsabschnitt (8) des abgemantelten Abschnitts (5) zwischen sich und dem Schweißabschnitt (6) aufzunehmen.