[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Verdichten und/oder Verschweissen von elektrischen Leitern, insbesondere zur Herstellung von Durchgangs- oder Endknoten von Litzen, umfassend eine erste Elektrode, von der ein Abschnitt eine erste Begrenzungsfläche eines die Leiter aufnehmenden Verdichtungsraums, ist, der des Weiteren von einem eine zweite Begrenzungsfläche bildenden Abschnitt einer Gegenelektrode wie Amboss sowie zumindest einer weiteren von einem Begrenzungselement gebildeten dritten Begrenzungsfläche begrenzt ist, wobei von dem Begrenzungselement verschiebbar die Gegenelektrode ausgeht.
[0002] Aus der DE-A- 3 151 151 ist eine Ultraschallschweissvorrichtung bekannt, mit der erstmalig Leiter verschweisst werden können, ohne dass übliche die Knotenstellen umgebende Hülsen erforderlich sind.
Hierzu werden die Leiter in einen Verdichtungsraum eingelegt, der von einem Abschnitt einer Sonotrode und einem Abschnitt einer Gegenelektrode - auch Amboss genannt - begrenzt ist.
[0003] In der EP-B-0 143 936 wird eine Ultraschallschweissvorrichtung beschrieben, bei der ein Verdichtungsraum von vier Elementen begrenzt wird, um den Verdichtungsraum insbesondere in Höhe und Breite verstellen zu können.
Hierzu sind neben der Sonotrode und der Gegenelektrode bzw. des Ambosses zwei seitliche Begrenzungselemente vorgesehen, von denen zumindest eines verstell- wie verschiebbar ist.
[0004] Der EP-B-0 723 713 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kompaktieren und anschliessenden Schweissen von elektrischen Leitern zu entnehmen, wobei nach dem Kompaktieren der Leiter eine charakteristische Grösse des Verdichtungsraums gemessen wird, um sodann unter Zugrundelegung dieser Grösse abgelegte Schweissparameter abzurufen.
[0005] Auch ist es bekannt, Leiter mittels Widerstands- bzw.
Pressschweissung zu verbinden.
[0006] Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zu Grunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart auszubilden, dass insbesondere die von einer Schweissvorrichtung mit in zwei senkrecht zueinander verlaufenden Richtungen verstellbarem Verdichtungsraum gegebenen Vorteile unverändert beibehalten werden, gleichzeitig jedoch eine konstruktive Vereinfachung gegeben ist.
[0007] Zur Lösung des Problems sieht die Erfindung insbesondere vor, dass der Verdichtungsraum einen im Wesentlichen dreieckförmigen offenen Querschnitt aufweist, der von den relativ zueinander verstellbaren Abschnitten der ersten Elektrode, des Begrenzungselementes und der Gegenelektrode umgeben ist, und dass die Gegenelektrode derart beim Verstellen des Begrenzungselementes zwangsgeführt ist,
dass der ersten Elektrode naheliegender Rand der Gegenelektrode entlang der ersten Begrenzungsfläche unter Einhaltung eines konstanten oder nahezu konstanten Spaltes während des Verdichtens bzw. Verschweissens der Leiter verstellbar ist.
[0008] Abweichend vom vorbekannten Stand der Technik wird der Verdichtungsraum allein von drei zueinander verstellbaren Elementen umgeben, so dass sich eine kompakte Einheit ergibt.
Gegebenenfalls kann zusätzlich ein Zwischenelement wie Zwischenplatte vorgesehen sein, insbesondere zwischen der ersten Elektrode und dem zu dieser verschiebbaren Begrenzungselement.
[0009] Zur Erzielung eines dreieckförrnigen Querschnitts ist insbesondere vorgesehen, dass der die erste Begrenzungsfläche bildende Abschnitt der ersten Elektrode zur von der Gegenelektrode gebildeten zweiten Begrenzungsfläche einen Winkel alpha mit alpha 90 , 0 , insbesondere 30 deg. < alpha < 60 deg.
beschreibt und dass die zweite Begrenzungsfläche unter Einhaltung eines Spaltes in die erste Begrenzungsfläche übergeht.
[0010] Erfindungsgemäss verlaufen die Begrenzungsflächen von der ersten Elektrode und der Gegenelektrode in einem spitzen Winkel zueinander, wobei die Gegenelektrode entlang der ersten Elektrode unter Einhaltung eines konstanten oder nahezu konstanten Spaltes verstellt wird.
[0011] Um ein diesbezügliches Verstellen mit konstruktiven einfachen Massnahmen zu realisieren, kann die Gegenelektrode von dem seitlichen und in der Praxis vertikal verschiebbaren Begrenzungselement ausgehen, wie dies zum Beispiel beim Ultraschallschweissen aus der DE-C- 3 719 083 bekannt ist.
Auf die diesbezügliche Offenbarung wird ausdrücklich verwiesen.
[0012] Beim Verringern des Querschnitts des Verdichtungsraums, also beim Verstellen des Begrenzungselementes entlang der ersten Elektrode wird gleichzeitig die Gegenelektrode zurückgefahren, wobei eine Zwangsführung derart erfolgt, dass die Gegenelektrode in Bezug auf ihren zur von der ersten Elektrode gebildeten ersten Begrenzungsfläche angrenzenden Randbereich einen konstanten oder nahezu konstanten Abstand einhält, dessen Abmessungen denen von veränderbaren Verdichtungsräumen her bekannten entsprechen.
Die Zwangsführung kann dabei mechanisch oder motorisch gesteuert erfolgen.
[0013] Insbesondere ist vorgesehen, dass von der Gegenelektrode zumindest ein Vorsprung abragt, der mit zumindest einer zumindest abschnittsweise einer Kurve oder Geraden folgenden Führung, die ggf. auch als Nut- oder Kulissenschlitz ausgebildet sein kann, zusammenwirkt.
Dabei weist die Zwangsführung zumindest abschnittsweise einen Verlauf auf, der dem der ersten Begrenzungsfläche entspricht, wodurch der konstante oder nahezu konstante Spalt zwischen der Gegenelektrode und der ersten Begrenzungsfläche sichergestellt ist.
[0014] In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die von der Gegenelektrode gebildete zweite Begrenzungsfläche zu der von dem Begrenzungselement gebildeten dritten Begrenzungsfläche einen Winkel gamma mit gamma = 90 deg. oder gamma > 90 deg. einschliesst.
[0015] Insbesondere ist die Bewegungsrichtung der Gegenelektrode zu der des Begrenzungselementes derart gewählt, dass diese in Bezug auf den Verdichtungsraum einen stumpfen Winkel einschliessen, wodurch eine leichte Bewegbarkeit der Gegenelektrode sichergestellt ist.
Der stumpfe Winkel kann zum Beispiel im Bereich zwischen 91 deg. und 93 deg. liegen.
[0016] Die erste Elektrode kann eine Sonotrode einer Ultraschallschweissvorrichtung sein. Es besteht aber auch die Möglichkeit, die erfindungsgemässe Lehre im Zusammenhang mit dem Widerstands- bzw. Pressschweissen zu nutzen. Somit können die erste Elektrode und die Gegenelektrode Elektroden einer Widerstandsschweissvorrichtung sein. In diesem Fall kann das Begrenzungselement aus elektrisch isolierendem Material bestehen.
Alternativ besteht die Möglichkeit, dass zwischen dem Begrenzungselement und der ersten Elektrode ein elektrisch isolierender Spalt verläuft.
[0017] Sofern sich die Erfindung auf eine Ultraschallschweissvorrichtung bezieht, ist nach einem besonders hervorzuhebenden Vorschlag vorgesehen, dass sämtliche Begrenzungsflächen strukturiert sind, so dass bei der Ausbildung eines Knotens dieser ebenfalls voll umfangsseitig strukturiert ist.
[0018] Des Weiteren kann zur Erzielung einer gewünschten Geometrie des auszubildenden Knotens die erste Begrenzungsfläche in Bezug auf den Verdichtungsraum einen zumindest abschnittsweise konkaven Verlauf aufweisen. Eine entsprechende Geometrie muss sodann die Zwangsführung für die Gegenelektrode zeigen.
[0019] Um eine erste Elektrode bzw.
Sonotrode mit hohen Standzeiten zu erzielen, ist vorgesehen, dass die erste Elektrode oder Sonotrode mehrere erste Begrenzungsflächen umfasst, wobei die erste Elektrode oder Sonotrode in ihrem die Begrenzungsflächen aufweisenden Bereich einen Querschnitt eines Vielecks wie Achtecks aufweist. Hierdurch ist eine optimale Nutzung der erstem Elektrode bzw. Sonotrode gegeben.
[0020] Des Weiteren ist vorgesehen, dass die Gegenelektrode derart zwangsgeführt ist, dass beim Einlegen der Leiter in den Verdichtungsraum die Gegenelektrode ausserhalb des Verdichtungsraums verläuft. Hierdurch ist eine Vereinfachung des Einbringens der Leiter gegeben, da die Gegenelektrode zu einer Behinderung nicht führt.
Dieses vollständige Zurückziehen der Gegenelektrode aus dem Verdichtungsraum kann ebenfalls durch die Zwangsführung erfolgen.
[0021] Um auszuschliessen, dass ein herzustellender Knoten scharfe Kanten aufweist, sieht eine ebenfalls hervorzuhebende Ausgestaltung der Erfindung vor, dass der an dem Begrenzungselement angrenzende Rand der ersten Elektrode und/oder der an der Gegenelektrode angrenzende Rand des Begrenzungselementes und/oder der an der ersten Elektrode angrenzende Rand der Gegenelektrode derart geformt ist, dass der Querschnitt des Verdichtungsraums entsprechend abgerundete Ecke bzw.
Ecken aufweist.
[0022] Insbesondere zeichnet sich die Erfindung auch durch ein Verfahren zum Kompaktieren und anschliessenden Verschweissen von elektrischen Leitern wie Litzen aus, wobei die Leiter in einen in zwei sich schneidenden Richtungen zur Veränderung des Querschnitts verstellbaren Verdichtungsraum eingebracht und die Leiter durch Verkleinern des Querschnitts zunächst kompaktiert werden, wobei nach dem Kompaktieren eine charakteristische Grösse des Verdichtungsraums ermittelt und unter Zugrundelegung der Grösse in einem Speicher abgelegte Schweissparameter abgerufen und sodann die Leiter verschweisst werden.
Dabei wird als Verdichtungsraum ein solcher mit einem eine Durchgangsöffnung für die Leiter bildenden im Wesentlichen dreieckförmigen Querschnitt mit drei Begrenzungsflächen verwendet, wobei während des Verschweissens jede auf die Leiter wirksame Begrenzungsfläche verkleinert wird. Als charakteristische Grösse kann Länge einer Begrenzungsfläche quer zur Durchgangsöffnung des Verdichtungsraums gewählt werden.
[0023] Durch die diesbezüglichen Massnahmen kann leiterquerschnittsunabhängig ein definiertes Schweissen durchgeführt werden, wobei insbesondere die Möglichkeit besteht, in willkürlicher Reihenfolge Leiter mit voneinander abweichenden Querschnitten nacheinander verschweissen zu können.
Es wird durch die erfindungsgemässe Lehre ein selbstregulierender Schweissablauf ermöglicht, der durch eine definierte Kompaktierung der zu verschweissenden Leiter initiiert wird, wobei der Verdichtungsraum am Ende des Verdichtens unabhängig von den zu verschweissenden Leiterquerschnitten ein vorgegebenes Höhen-Breiten-Verhältnis aufweist. Anstellen des Höhen- und Breitenverhältnisses kann selbstverständlich auch ein anderes Mass des Verdichtungsraums wie Länge einer Begrenzungsfläche quer zur Leiterlängsachse gewählt werden.
Nach Abschluss der Vorverdichtung ist es sodann nur noch erforderlich, nach Erfassen der charakteristischen Grösse die vorher abgespeicherten der charakteristische Grösse zugeordneten Schweissparameter wie Schweissenergie, Schweissamplitude, Schweisszeit und/oder Schweissdruck abzurufen und zu applizieren.
[0024] Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen - für sich und/oder in Kombination - , sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung von der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispielen.
[0025] Es zeigen:
<tb>Fig. 1<sep>eine Prinzipdarstellung einer ersten Ausführungsform eines Verdichtungsraums einer Ultraschallschweissvorrichtung,
<tb>Fig. 2<sep>eine zweite Ausführungsform eines Verdichtungsraums,
<tb>Fig. 3<sep>eine dritte Ausführungsform eines Verdichtungsraums,
<tb>Fig. 4<sep>einen Querschnitt durch einen Knoten,
<tb>Fig. 5<sep>eine vierte Ausführungsform eines Verdichtungsraums,
<tb>Fig. 6<sep> eine fünfte Ausführungsform eines Verdichtungsraums,
<tb>Fig. 7<sep>eine sechste Ausführungsform eines Verdichtungsraums,
<tb>Fig. 8<sep>eine Prinzipdarstellung einer ersten Ausführungsform einer Elektrodenanordnung einer Widerstandsschweissvorrichtung und
<tb>Fig. 9<sep>eine zweite Ausführungsform einer Elektrodenanordnung einer Widerstandsschweissvorrichtung.
[0026] In den Figuren werden prinzipiell Elektrodenanordnungen von Ultraschallschweissvorrichtungen (Fig. 1 bis 7) und Widerstands- bzw. Pressschweissvorrichtungen (Fig. 8 und 9) dargestellt, mit denen elektrische Leiter wie Litzen verdichtet und verschweisst werden sollen, um z.B. Durchgangs- oder Endknoten herzustellen. Die Verdichtungsräume nach den Fig. 1 bis 7 werden dabei von Elementen einer Ultraschallschweissvorrichtung begrenzt, wie diese z.B. aus der EP-B- 0 723 713 oder der DE-A- 3 719 083 bekannt ist. Auf die entsprechenden Ausführungen insbesondere in Bezug auf die Funktion einer Ultraschallschweissvorrichtung wird nachdrücklich verwiesen.
[0027] Um eine optimale Verdichtung bzw.
Verschweissung von Leitern 10 unabhängig von deren Querschnitt sicherzustellen, muss der jeweilige Verdichtungsraum auf den Querschnitt der Leiter 10 bzw. der Anzahl der Leiter 10 einstellbar sein. Dabei wurde erstmalig in der DE-A- 3 335 254 vorgeschlagen, einen Verdichtungsraum in zwei senkrecht zueinander verlaufenden Richtungen verstellbar auszubilden.
[0028] Sind nach dem Stand der Technik vier Elemente erforderlich, um einen Verdichtungsraum entsprechend verändern zu können, so sind nach der erfindungsgemässen Lehre nur noch drei Elemente notwendig, die von Abschnitten einer Ultraschallschwingungen erzeugenden Sonotrode 12, einer Gegenelektrode - nachstehend Amboss 14 genannt - und einem seitlichen Begrenzungselement 16 gebildet werden.
[0029] Die Sonotrode 12 bildet dabei eine erste Begrenzungsfläche 18 eines Verdichtungsraums 20.
Eine zweite Begrenzungsfläche 22 wird von dem Amboss 14 zur Verfügung gestellt, der verschiebbar von dem Begrenzungselement 16 ausgeht, das seinerseits eine dritte Begrenzungsfläche 24 zur Verfügung stellt.
[0030] Amboss 14 und Begrenzungselement 16 sind dabei in gewohnter Weise miteinander verbunden, wobei der Amboss 14 senkrecht zur Verschieberichtung (Pfeil 26) des Begrenzungselementes 16 nach den Ausführungsbeispielen der Fig. 1, 2, 3, 5 und 7 verstellbar ist, also in einer Art wie diese z.B. der DE-A-3 719 083 zu entnehmen ist. Die Bewegungsrichtung des Ambosses 14 ist in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 28 gekennzeichnet.
[0031] Wie die Darstellung in Fig. 1 verdeutlicht, verläuft die Begrenzungsfläche 18 der Sonotrode 12 geneigt zu den Begrenzungsflächen 22, 24 des Ambosses 14 und des Begrenzungselementes 16.
Somit weist der Verdichtungsraum 20 einen dreieckförmigen offenen Querschnitt auf. Dreieckförmig schliesst dabei auch eine hiervon abweichende Geometrie wie in etwa Trapezform ein. Eine Spitze des Dreiecks bildet dabei Boden bzw. Bodenbereich des Verdichtungsraums 20.
[0032] Die Begrenzungsfläche 18 der Sonotrode 12 schliesst zu der Begrenzungsfläche 22 des Ambosses 14 einen Winkel alpha ein, der vorzugsweise zwischen 30 deg. und 60 deg. liegt. Zwischen der Sonotrodenbegrenzungsfläche 18 und der Begrenzungsfläche 24 des Begrenzungselementes 16 verläuft ein Winkel beta , der zwischen 60 deg. und 30 deg. liegen sollte.
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 beschreibt die Begrenzungsfläche 22 des Ambosses 14 zu der Begrenzungsfläche 24 des Begrenzungselementes 16 einen rechten Winkel.
[0033] Damit beim Verstellen der Verdichtungsraum 22, also beim Verdichten und Verschweissen der Leiter 10 ein gleichbleibender Abstand zwischen dem Amboss 14, d. h. dessen sonotrodennah verlaufendem Querrand 30 und der Begrenzungsfläche 18 der Sonotrode 12 eingehalten wird, wird beim Verstellen des Begrenzungselementes 16 der Amboss 14 derart zwangsgeführt, dass Bewegungsrichtung (Pfeil 32) des Querrands 30 parallel zu der Begrenzungsfläche 18 verläuft. Dabei kann eine mechanische oder elektromotorische Zwangsführung erfolgen.
Andere technisch gleichwirkende Lösungen sind gleichfalls möglich.
[0034] Rein prinzipiell ist hierzu nach Fig. 1 vorgesehen, dass von dem Amboss 14 ein Vorsprung 34 abragt, der mit einer Zwangsführung 36 zusammenwirkt, die ggf. als linienförmiger Vorsprung, als Kulissenschlitz o.Ä. ausgebildet sein kann.
[0035] Die Zwangsführung 36 verläuft dabei parallel zu der Begrenzungsfläche 18 der Sonotrode 12 in dem Bereich, in dem der Amboss 14 mit seinem Rand 30 entlang der Begrenzungsfläche 18 während der Querschnittsveränderung des Verdichtungsraums 20 verstellt wird.
[0036] Um Leiter 10 in den Verdichtungsraum 20 problemlos einzulegen, wird das Begrenzungselement 16 angehoben.
Durch den Verlauf der Zwangsführung 36 bedingt wird sodann der Amboss 14 vollständig aus dem Verdichtungsraum 20 zurückgezogen, wie durch den Verlauf der Zwangsführung 36 in Fig. 1 verdeutlicht wird.
[0037] Weitere Ausgestaltungen und Ausbildungen des erfindungsgemäss ausgebildeten Verdichtungsraums 20 sind den Fig. 2 bis 7 zu entnehmen, wobei für gleiche Elemente grundsätzlich gleiche Bezugszeichen benutzt werden.
[0038] Um einen Knoten umfangsseitig zu strukturieren, ist nach dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 der Verdichtungsraum 28 selbst umfangsseitig strukturiert, d.h. die Begrenzungsflächen 18, 22, 24 weisen eine Struktur in Form von Wellen, Waffeln, Rippen oder Ähnliches auf.
Die entsprechende Strukturierung ist mit dem Bezugszeichen 38 gekennzeichnet.
[0039] Des Weiteren besteht die Möglichkeit, dass die Begrenzungsfläche 18 der Sonotrode 12 in Bezug auf den Verdichtungsraum 20 einen konkaven Verlauf aufweist. Dies soll durch die strichpunktierte Kurve 40 angedeutet werden.
In diesem Fall muss entsprechend die Zwangsführung 36 einen angepassten Verlauf aufweisen (Kurve 42), damit sichergestellt ist, dass zwischen dem Amboss 14, d.h. seinem sonotrodennahen Querrand 30 und den durch die Kurve 40 symbolisierte Verlauf der Begrenzungsfläche weiterhin ein gleichbleibender Abstand gegeben ist.
[0040] Um zu ermöglichen, dass ein mit der erfindungsgemässen Vorrichtung ausgebildeter Knoten 44 abgerundete Längskanten 46, 48, 50 aufweist, ist nach dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 vorgesehen, dass die Ränder von der Sonotrode 12, dem Amboss 14 und dem Begrenzungselement 16 einen in Richtung der jeweiligen angrenzenden Begrenzungsfläche 18, 22, 24 einen gebogenen Verlauf aufweist. Die entsprechenden vorspringenden Randabschnitte sind in der Fig. 3 mit den Bezugszeichen 52, 54, 56 gekennzeichnet.
Durch die Randabschnitte 52, 54, 56 bedingt weisen die Begrenzungsflächen 18, 22, 24 in Bezug auf den Verdichtungsraum 20 im Eckbereich einen konkaven Verlauf auf.
[0041] Mit anderen Worten sind die die Ecken des Verdichtungsraums 22 begrenzenden Querränder 52, 54, 56 der Begrenzungsflächen 18, 22, 24 als in Richtung der angrenzenden Begrenzungsfläche 18, 22, 24 sich erstreckende Vorsprünge ausgebildet.
[0042] Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 5 erstreckt sich zwischen der Sonotrode 12 und dem Begrenzungselement 16 ein Zwischenelement wie eine Zwischenplatte 58, die von der Vorrichtung ausgeht, also in Bezug auf den Verdichtungsraum 20 stationär ist.
Durch diese Massnahmen ergibt sich der Vorteil, dass der entsprechende Kantenbereich des dem Verdichtungsraum 20 zu entnehmenden verschweissten Knotens 44 abgeflacht ist.
[0043] Um eine reibungsarme Zwangsführung des Ambosses 14 zu ermöglichen, ist nach dem Ausführungsbeispiel der Fig. 6 - in übertriebener Darstellung - vorgesehen, dass der Amboss 14 nicht senkrecht zum Verstellweg 26 des Begrenzungselementes 16 verschiebbar ist, sondern unter einem Winkel delta , der zwischen 87 deg. und 89 deg. liegen kann, ohne dass hierdurch die erfindungsgemässe Lehre verlassen wird. Durch diese Massnahme ergibt sich der Vorteil, dass das Verstellen des Ambosses 14 beim Verkleinern des Querschnitts des Verdichtungsraums 20 mit weniger Kraftaufwand ermöglicht wird.
Unabhängig hiervon wird jedoch sonotrodennaheliegender Querrand 30 des Ambosses 14 parallel zur Begrenzungsfläche 18 der Sonotrode 12 beim Verändern des Querschnitts des Verdichtungsraums 20 verstellt. Dies wird durch den Doppelpfeil 32 symbolisiert.
[0044] Wie bereits prinzipiell in der Fig. 6 angedeutet worden ist, kann die Sonotrode mehrere Begrenzungsflächen 18 aufweisen.
Um eine optimale Nutzung zu ermöglichen, kann die Sonotrode 12 in ihrem die Begrenzungsflächen 18 aufweisenden Bereich als Vieleck, insbesondere Achteck, ausgebildet sein, wie sich dies aus der Fig. 7 ergibt.
[0045] Erfindungsgemäss und in Abweichung vom vorbekannten Stand der Technik wird der Verdichtungsraum 20 einzig und allein von drei zueinander verstellbaren bzw. in Schwingung versetzten Elementen begrenzt, und zwar in den Ausführungsbeispielen von der Sonotrode 12, der Gegenelektrode oder dem Amboss 14 sowie dem seitlichen Begrenzungselement 16.
Sollte zusätzlich entsprechend dem Ausführungsbeispiel der Fig. 5 ein Zwischenelement 58 vorgesehen sein, so fallt eine solche Ausführungsform gleichfalls unter den Gedanken, dass der Verdichtungsraum 20 allein von drei Elementen derart begrenzt wird, dass im gewünschten Umfang der Verdichtungsraum in zwei senkrecht zueinander verlaufenden Richtungen verstellbar ist.
[0046] Dadurch, dass der Verdichtungsraum 20 eine Dreieckgeometrie aufweist, wobei eine Ecke des Dreiecks tiefster Punkt des Verdichtungsraums 20 ist, ergibt sich des Weiteren der Vorteil, dass problemlos auch eine geringe Anzahl von Leitern 10 verdichtet und verschweisst werden können, da diese auf Grund der Geometrie des Verdichtungsraums 20 quasi übereinander und nicht nebeneinander angeordnet werden.
Es erfolgt demzufolge ein Stapeln der Leiter 10.
[0047] Des Weiteren können sämtliche Begrenzungsflächen 18, 22, 24 strukturiert sein, ein Vorteil, der bei den bekannten Ultraschallschweissvorrichtungen mit im Querschnitt verstellbarem Verdichtungsraum grundsätzlich nicht gegeben ist.
[0048] Durch die dreieckförmige Geometrie des Verdichtungsraums ist auch der Vorteil gegeben, dass die von der Sonotrode 12 gebildete Begrenzungsfläche 18 in Bezug auf den Verdichtungsraum nicht eben, sondern gekrümmt, vorzugsweise konkav, gegebenenfalls aber auch konvex ausgebildet sein könnte, da durch die Zwangsführung des Ambosses 14 sichergestellt ist, dass dieser zu der Begrenzungsfläche 18 einen konstanten oder nahezu konstanten Spalt beim Verstellen aufweist.
[0049] Des Weiteren verdeutlichen die Fig.
1 bis 3 und 5 bis 7, dass die von der Sonotrode 12 gebildete erste Begrenzungsfläche 18 zur Horizontalen geneigt verläuft, und zwar unter dem Winkel alpha .
[0050] Den Fig. 8 und 9 sind prinzipiell Elektrodenanordnungen einer Widerstands- bzw. Pressschweissvorrichtung zu entnehmen, um entsprechend der Erläuterungen zu den Fig. 1 bis 7 Leiter zu verschweissen. Dabei weisen die entsprechenden Elektroden eine entsprechende Zuordnung zur Bildung eines Verdichtungsraums im Wesentlichen dreieckförmigen Querschnitts aus, der veränderbar ist.
[0051] So ist in der Fig. 8 eine der Sonotrode 12 entsprechende erste Elektrode 112 mit schräg zu deren Längsachse verlaufender ersten Begrenzungsfläche 118 dargestellt.
Der ersten Elektrode 112 ist eine Gegenelektrode 114 zugeordnet, die verschiebbar von einem als Begrenzungselement dienenden Isolator 116 ausgeht, wie die Pfeildarstellungen verdeutlichen. Die zweite Elektrode 114 bildet eine zweite Begrenzungsfläche 122 und das Begrenzungselement bzw. der Isolator 116 eine dritte Begrenzungsfläche 124 für einen von diesen zu begrenzenden Verdichtungsraum 120.
Der Isolator 116 geht von einem Träger 130 aus, der unter Einhaltung eines Spaltes 132 zur ersten Elektrode 312 verstellbar ist (siehe Doppelpfeil 126).
[0052] Entsprechend der Fig. 9 kann der mit dem gleichen Bezugszeichen gekennzeichnete Verdichtungsraum 120 auch von insgesamt 3 Elektroden begrenzt sein, und zwar von der ersten Elektrode 112, der zweiten Elektrode 114 sowie einer den Isolator 116 nach Fig. 8 ersetzenden dritten Elektrode 134, die jedoch auf dem gleichen Potenzial wie die zweite Elektrode 114 liegt. Die dritte Elektrode 134 ist sodann über einen Isolator 136 mit dem Träger 130 entsprechend der Fig. 8 verbunden. Auch verläuft zwischen der ersten Elektrode 112 und der dritten Elektrode 134 ein elektrisch isolierender Spalt 138.
[0053] Mit entsprechenden Elektrodenanordnungen können Leiter mittels Widerstands- bzw.
Pressschweissens verschweisst werden, um einen im Schnitt dreieckförmigen Durchgangs- oder Endknoten herzustellen. Dabei können die Elektroden 112, 114, 116, 134 bzw. deren Begrenzungsflächen 118, 122, 124 in ihren den Verdichtungsraum 120 begrenzenden Endbereichen in Richtung des Verdichtungsraums 120 sich erstreckende Begrenzungsränder aufweisen, um eine Scharfkantigkeit des Knotens abzuschliessen.
[0054] Entsprechend der Fig. 8 und 9 verläuft die Begrenzungsfläche 118 der stationären Elektrode 112 geneigt zur Horizontalen entsprechend der Begrenzungsfläche 18 der Sonotrode 12.
[0055] Die erfindungsgemässen Lehren bieten des Weiteren die Möglichkeit, einen selbstregulierenden Schweissablauf durchzuführen, da der Vorteil gegeben, dass dann, wenn nach dem Verdichten bzw.
Kompaktieren der Leiter eine charakteristische Grösse des Verdichtungsraums wie Höhe bestimmt wird, unmittelbar der Querschnitt des Verdichtungsraums mit der Folge bekannt ist, dass in einem Speicher abgelegte Schweissparameter unter Zugrundelegung der charakteristischen Grösse abgerufen werden können, um einen optimalen Schweissprozess durchzuführen. Mit anderen Worten wird der Grundgedanke der Lehre der EP-B-0 723 713 genutzt, jedoch einfacher durchgeführt.
The invention relates to a device for compressing and / or welding of electrical conductors, in particular for the production of passage or end nodes of strands, comprising a first electrode, of which a portion is a first boundary surface of a conductor receiving the compression space which is further bounded by a second boundary surface forming portion of a counter electrode such as anvil and at least one further formed by a limiting element third boundary surface, wherein displaceably emanating from the limiting element, the counter electrode.
From DE-A-3 151 151 an ultrasonic welding device is known, can be welded with the first time ladder without the usual surrounding the nodes pods are required.
For this purpose, the conductors are inserted into a compression space, which is bounded by a portion of a sonotrode and a portion of a counter electrode - also called anvil.
In EP-B-0 143 936 an ultrasonic welding device is described in which a compression space of four elements is limited in order to adjust the compression space in particular in height and width can.
For this purpose, in addition to the sonotrode and the counter-electrode or the anvil, two lateral limiting elements are provided, of which at least one is adjustable and displaceable.
EP-B-0 723 713 discloses a method and a device for compacting and subsequent welding of electrical conductors, wherein after compacting the conductor, a characteristic size of the compression space is measured in order then to deposit welding parameters on the basis of this quantity retrieve.
It is also known conductor by means of resistance or
Press welding to connect.
The present invention is based on the problem, a device of the type mentioned in such a way that in particular the given by a welding device in two mutually perpendicular directions compression space given advantages are maintained unchanged, but at the same time a structural simplification is given.
To solve the problem, the invention provides, in particular, that the compression space has a substantially triangular open cross section, which is surrounded by the relatively adjustable portions of the first electrode, the limiting element and the counter electrode, and that the counter electrode during adjustment the limiting element is forcibly guided,
that the first electrode near the edge of the counter electrode along the first boundary surface is adjustable while maintaining a constant or nearly constant gap during the compression or welding of the conductor.
Notwithstanding the prior art, the compression space is surrounded by three mutually adjustable elements alone, so that there is a compact unit.
Optionally, in addition, an intermediate element such as intermediate plate may be provided, in particular between the first electrode and the limiting element displaceable to this.
In order to obtain a triangular cross-section, provision is made in particular for the section of the first electrode forming the first boundary surface to form the second boundary surface formed by the counterelectrode at an angle alpha with alpha 90, 0, in particular 30 °. <alpha <60 deg.
describes and that the second boundary surface passes in compliance with a gap in the first boundary surface.
According to the invention, the boundary surfaces of the first electrode and the counter electrode extend at an acute angle to each other, wherein the counter electrode along the first electrode is adjusted while maintaining a constant or nearly constant gap.
In order to realize a relevant adjustment with constructive simple measures, the counter electrode can emanate from the lateral and in practice vertically displaceable limiting element, as is known for example from the ultrasonic welding of DE-C-3 719 083.
The relevant disclosure is expressly referred to.
When reducing the cross-section of the compression space, ie when adjusting the limiting element along the first electrode, the counter electrode is moved back simultaneously, whereby a positive guidance is carried out such that the counter electrode with respect to their bordering to the first boundary surface formed by the first boundary area a constant or nearly constant distance, the dimensions of which correspond to those known from variable compression chambers ago.
The forced operation can be done mechanically or by motor control.
In particular, it is provided that protrudes from the counter electrode at least one projection which cooperates with at least one at least partially a curve or straight line following guide, which may optionally be formed as a groove or slot slot.
In this case, the positive guide at least in sections on a curve corresponding to that of the first boundary surface, whereby the constant or almost constant gap between the counter electrode and the first boundary surface is ensured.
In a further development of the invention it is provided that the second boundary surface formed by the counter electrode to the third boundary surface formed by the limiting element an angle gamma with gamma = 90 deg. or gamma> 90 deg. includes.
In particular, the direction of movement of the counter electrode to that of the limiting element is chosen such that they include an obtuse angle with respect to the compression space, whereby an easy mobility of the counter electrode is ensured.
The obtuse angle may, for example, in the range between 91 deg. and 93 deg. lie.
The first electrode may be a sonotrode of an ultrasonic welding device. But it is also possible to use the teaching of the invention in connection with the resistance or pressure welding. Thus, the first electrode and the counter electrode may be electrodes of a resistance welding device. In this case, the limiting element may consist of electrically insulating material.
Alternatively, there is the possibility that an electrically insulating gap extends between the limiting element and the first electrode.
If the invention relates to an ultrasonic welding device, is provided for a particular highlighting proposal that all boundary surfaces are structured so that in the formation of a node this is also fully circumferentially structured.
Furthermore, to achieve a desired geometry of the node to be formed, the first boundary surface with respect to the compression space have an at least partially concave profile. A corresponding geometry must then show the positive guidance for the counter electrode.
To a first electrode or
To achieve sonotrode with a long service life, it is provided that the first electrode or sonotrode comprises a plurality of first boundary surfaces, wherein the first electrode or sonotrode has in its boundary surfaces having a cross section of a polygon such as octagons. This ensures optimal use of the first electrode or sonotrode.
Furthermore, it is provided that the counter electrode is forcibly guided so that when inserting the conductor into the compression space, the counter electrode extends outside the compression space. As a result, a simplification of the introduction of the conductor is given because the counter electrode does not lead to a disability.
This complete retraction of the counter electrode from the compression space can also be done by the forced operation.
To rule out that a knot to be produced has sharp edges, a likewise to be emphasized embodiment of the invention, that of the boundary element adjacent edge of the first electrode and / or adjacent to the counter electrode edge of the limiting element and / or on the the first electrode adjacent edge of the counter electrode is shaped such that the cross section of the compression space corresponding rounded corner or
Has corners.
In particular, the invention is also characterized by a method for compacting and subsequent welding of electrical conductors such as strands, wherein the conductor is introduced into an adjustable in two intersecting directions for changing the cross-section compression space and the conductor by compacting the cross-section initially compacted are, after compacting a characteristic size of the compression chamber determined and retrieved based on the size stored in a memory welding parameters and then the conductors are welded.
In this case, the compression space used is one having a passage opening for the conductors forming a substantially triangular cross-section with three boundary surfaces, wherein during the welding each effective on the conductor boundary surface is reduced. As a characteristic variable, the length of a boundary surface can be selected transversely to the passage opening of the compression space.
Due to the relevant measures, conductor cross-section-independent, a defined welding can be carried out, in particular the possibility exists to be able to weld conductors with different cross sections one after the other in an arbitrary order.
It is possible by the teaching of the invention, a self-regulating welding process, which is initiated by a defined compaction of the conductors to be welded, wherein the compression space at the end of the compression, regardless of the conductor cross-sections to be welded has a predetermined height-width ratio. Adjustment of the height and width ratio can of course also a different measure of the compression space as length of a boundary surface are selected transversely to the conductor longitudinal axis.
After completion of the precompression, it is then only necessary to retrieve and apply the previously stored characteristic parameters associated with the characteristic size welding parameter such as welding energy, welding amplitude, welding time and / or welding pressure after detecting the characteristic size.
Further details, advantages and features of the invention will become apparent not only from the claims, the features to be taken these features - alone and / or in combination - but also from the following description of the drawing to be taken preferred embodiments.
In the drawings:
<Tb> FIG. 1 <sep> is a schematic diagram of a first embodiment of a compression chamber of an ultrasonic welding device,
<Tb> FIG. 2 <sep> a second embodiment of a compression space,
<Tb> FIG. 3 <sep> a third embodiment of a compression space,
<Tb> FIG. 4 <sep> a cross section through a node,
<Tb> FIG. 5 <sep> a fourth embodiment of a compression space,
<Tb> FIG. 6 <sep> a fifth embodiment of a compression space,
<Tb> FIG. 7 shows a sixth embodiment of a compression chamber,
<Tb> FIG. 8 <sep> is a schematic representation of a first embodiment of an electrode arrangement of a resistance welding device and
<Tb> FIG. 9 shows a second embodiment of an electrode arrangement of a resistance welding device.
In the figures, electrode arrangements of ultrasonic welding devices (FIGS. 1 to 7) and resistance welding or pressure welding devices (FIGS. 8 and 9) are shown in principle, with which electrical conductors such as strands are to be compacted and welded in order, for example. Make passage or end nodes. The compaction spaces according to FIGS. 1 to 7 are thereby bounded by elements of an ultrasonic welding apparatus, such as e.g. from EP-B-0 723 713 or DE-A-3 719 083. Reference is made expressly to the corresponding embodiments, in particular with regard to the function of an ultrasonic welding device.
In order to achieve optimal compression or
Ensuring welding of conductors 10 regardless of their cross-section, the respective compression space must be adjustable to the cross section of the conductor 10 and the number of conductors 10. It was proposed for the first time in DE-A-3 335 254 to make a compression space adjustable in two mutually perpendicular directions.
Are in the prior art, four elements required to change a compression space according to the teaching of the invention only three elements are necessary, the sonotrode of sections of an ultrasonic vibration generating 12, a counter electrode - hereinafter called anvil 14 - and a lateral limiting element 16 are formed.
The sonotrode 12 forms a first boundary surface 18 of a compression space 20.
A second boundary surface 22 is provided by the anvil 14 which slidably extends from the confining element 16, which in turn provides a third boundary surface 24.
Anvil 14 and limiting element 16 are connected to each other in the usual way, the anvil 14 perpendicular to the direction of displacement (arrow 26) of the limiting element 16 according to the embodiments of FIGS. 1, 2, 3, 5 and 7 is adjustable, ie in of a kind like this, for example DE-A-3 719 083 can be seen. The direction of movement of the anvil 14 is indicated in FIG. 1 by the reference numeral 28.
As the illustration in Fig. 1 illustrates, the boundary surface 18 of the sonotrode 12 is inclined to the boundary surfaces 22, 24 of the anvil 14 and the limiting element sixteenth
Thus, the compression space 20 has a triangular open cross-section. Triangular shape also includes a deviating geometry, such as a trapezoidal shape. A tip of the triangle forms the bottom or bottom region of the compression space 20.
The boundary surface 18 of the sonotrode 12 encloses the boundary surface 22 of the anvil 14 an angle alpha, preferably between 30 °. and 60 deg. lies. Between the Sonotrodenbegrenzungsfläche 18 and the boundary surface 24 of the limiting element 16 extends an angle beta, which is between 60 °. and 30 deg. should lie.
In the embodiment of FIG. 1, the boundary surface 22 of the anvil 14 to the boundary surface 24 of the limiting element 16 describes a right angle.
Thus, when adjusting the compression space 22, so when compressing and welding the conductor 10 a constant distance between the anvil 14, d. H. its sonotrodennah extending transverse edge 30 and the boundary surface 18 of the sonotrode 12 is maintained, the anvil 14 is forced so that the movement direction (arrow 32) of the transverse edge 30 is parallel to the boundary surface 18 during adjustment of the limiting element 16. In this case, a mechanical or electromotive forced operation can take place.
Other technically equivalent solutions are also possible.
Purely in principle is provided for this purpose according to FIG. 1, that protrudes from the anvil 14, a projection 34 which cooperates with a positive guide 36, which, if necessary, as a linear projection, as a sliding slot o.Ä. can be trained.
The positive guide 36 extends parallel to the boundary surface 18 of the sonotrode 12 in the region in which the anvil 14 is adjusted with its edge 30 along the boundary surface 18 during the change in cross section of the compression space 20.
In order to easily insert conductor 10 into the compression space 20, the limiting element 16 is raised.
Due to the course of the forced operation 36 conditionally the anvil 14 is completely withdrawn from the compression space 20, as is illustrated by the course of the positive guide 36 in Fig. 1.
Further embodiments and embodiments of the present invention formed compression space 20 are shown in FIGS. 2 to 7, wherein the same reference numerals are used for the same elements in principle.
To structure a node circumferentially, according to the embodiment of FIG. 2, the compression space 28 itself is circumferentially structured, i. E. the boundary surfaces 18, 22, 24 have a structure in the form of waves, waffles, ribs or the like.
The corresponding structuring is identified by the reference numeral 38.
Furthermore, there is the possibility that the boundary surface 18 of the sonotrode 12 with respect to the compression space 20 has a concave profile. This should be indicated by the dot-dashed curve 40.
In this case, correspondingly, the positive guide 36 must have an adapted course (curve 42) in order to ensure that between the anvil 14, i. his sonotrodennahen transverse edge 30 and symbolized by the curve 40 course of the boundary surface continues to be given a constant distance.
In order to make it possible for a node 44 formed with the device according to the invention to have rounded longitudinal edges 46, 48, 50, according to the exemplary embodiment of FIG. 3, the edges of the sonotrode 12, the anvil 14 and the delimiting element 16 are provided one in the direction of the respective adjacent boundary surface 18, 22, 24 has a curved course. The corresponding projecting edge portions are indicated in FIG. 3 by the reference numerals 52, 54, 56.
Due to the edge portions 52, 54, 56 conditionally, the boundary surfaces 18, 22, 24 in relation to the compression space 20 in the corner on a concave profile.
In other words, the corners of the compression space 22 bounding transverse edges 52, 54, 56 of the boundary surfaces 18, 22, 24 as in the direction of the adjacent boundary surface 18, 22, 24 extending projections are formed.
In the embodiment of Fig. 5 extends between the sonotrode 12 and the limiting element 16, an intermediate element such as an intermediate plate 58, which emanates from the device, that is stationary with respect to the compression space 20.
By these measures, there is the advantage that the corresponding edge region of the compacting space 20 to be removed welded node 44 is flattened.
In order to allow a low-friction positive guidance of the anvil 14, according to the embodiment of FIG. 6 - provided in exaggerated representation - that the anvil 14 is not perpendicular to the adjustment 26 of the limiting element 16 displaceable, but at an angle delta, the between 87 deg. and 89 deg. can lie, without thereby leaving the teaching of the invention. By this measure, there is the advantage that the adjustment of the anvil 14 when reducing the cross-section of the compression space 20 is made possible with less effort.
Irrespective of this, however, sonotrodennaheliegender transverse edge 30 of the anvil 14 is adjusted parallel to the boundary surface 18 of the sonotrode 12 when changing the cross section of the compression space 20. This is symbolized by the double arrow 32.
As has already been indicated in principle in FIG. 6, the sonotrode can have a plurality of boundary surfaces 18.
In order to allow optimal use, the sonotrode 12 may be formed in its area having the boundary surfaces 18 as a polygon, in particular an octagon, as can be seen from FIG. 7.
According to the invention and in deviation from the prior art, the compression space 20 is limited solely by three mutually adjustable or oscillated elements, in the embodiments of the sonotrode 12, the counter electrode or the anvil 14 and the lateral Limiting element 16.
If, in addition, according to the exemplary embodiment of FIG. 5, an intermediate element 58 is provided, such an embodiment likewise falls under the consideration that the compression space 20 is limited solely by three elements such that the compression space can be adjusted to the desired extent in two mutually perpendicular directions is.
Characterized in that the compression space 20 has a triangular geometry, wherein a corner of the triangle is the lowest point of the compression space 20, there is the further advantage that even a small number of conductors 10 can be compacted and welded without any problems, as these Reason the geometry of the compression space 20 quasi one above the other and not adjacent to each other.
Consequently, stacking of the conductors 10 takes place.
Furthermore, all the boundary surfaces 18, 22, 24 may be structured, an advantage that is fundamentally not given in the known ultrasonic welding devices with a compression chamber that is adjustable in cross-section.
Due to the triangular geometry of the compression space also has the advantage that the boundary surface 18 formed by the sonotrode 18 with respect to the compression space not flat, but curved, preferably concave, but possibly also convex, since by the forced operation of the anvil 14 is ensured that it has a constant or almost constant gap to the boundary surface 18 during adjustment.
Furthermore, FIGS.
1 to 3 and 5 to 7, that the first boundary surface 18 formed by the sonotrode 12 extends inclined to the horizontal, namely at the angle alpha.
8 and 9 are in principle electrode arrangements of a resistance or pressure welding device to refer to according to the explanation of FIGS. 1 to 7 conductors to be welded. In this case, the corresponding electrodes have a corresponding assignment to form a compression space of substantially triangular cross-section, which is variable.
Thus, in FIG. 8, a first electrode 112 corresponding to the sonotrode 12 is shown with first boundary surface 118 running obliquely to its longitudinal axis.
Associated with the first electrode 112 is a counterelectrode 114, which extends displaceably from an isolator 116 serving as a limiting element, as illustrated by the arrow representations. The second electrode 114 forms a second boundary surface 122, and the boundary element or insulator 116 forms a third boundary surface 124 for a compression space 120 to be bounded by these.
The insulator 116 is based on a carrier 130, which is adjustable while maintaining a gap 132 to the first electrode 312 (see double arrow 126).
According to FIG. 9, the compaction space 120 identified by the same reference number can also be delimited by a total of 3 electrodes, namely by the first electrode 112, the second electrode 114 and a third electrode 134 replacing the insulator 116 according to FIG. 8 which, however, is at the same potential as the second electrode 114. The third electrode 134 is then connected to the carrier 130 according to FIG. 8 via an insulator 136. Also, an electrically insulating gap 138 extends between the first electrode 112 and the third electrode 134.
With appropriate electrode arrangements, conductors can by means of resistance or
Press welded to be welded to produce a cut triangular passage or end node. In this case, the electrodes 112, 114, 116, 134 or their boundary surfaces 118, 122, 124 may have boundary edges extending in the direction of the compression space 120 in their end regions delimiting the compression space 120, in order to complete a sharp edge of the node.
Referring to FIGS. 8 and 9, the boundary surface 118 of the stationary electrode 112 is inclined to the horizontal corresponding to the boundary surface 18 of the sonotrode 12th
Furthermore, the teachings according to the invention offer the possibility of carrying out a self-regulating welding procedure, since the advantage is given that when, after compression or
Compacting the conductors a characteristic size of the compression space as height is determined, immediately the cross-section of the compression space is known with the result that stored in a memory welding parameters can be retrieved based on the characteristic size to perform an optimal welding process. In other words, the basic idea of the teaching of EP-B-0 723 713 is used, but carried out more easily.