CN100524975C - 用于将至少一条导线连接到接触元件上的方法 - Google Patents

用于将至少一条导线连接到接触元件上的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于将至少一条导线连接到接触元件上从而将导线连接到电源上的方法，所述方法包括以下步骤：a)提供包括用于接收至少一条导线的凹槽的接触元件；b)将所述导线插入到所述接触元件的凹槽中；c)将电极降低到所述接触元件上；以及d)借助所述电极对环绕所述凹槽的区域进行加热；同时使环绕所述凹槽的区域产生形变，由此嵌固住位于所述凹槽中的导线。

Description

用于将至少一条导线连接到接触元件上的方法
技术领域
本发明涉及一种用于将至少一条导线连接到接触元件上从而有利于将导线连接到电源上的方法，所述方法包括以下步骤：制备装配有用于接收导线的凹槽的接触元件，其中所述凹槽的深度优选大于导线的直径，将所述至少一条导线被插入到接触元件的凹槽中，以及将电极降低到所述接触元件上。
背景技术
在US 5,674,588中描述了这样一种连接方法，通过采用所述连接方法，接触元件，即叉形接触插头，被插入到焊接套中用以嵌固导线。为了实现良好的电接触，有必要使得在叉形腿部之间形成的凹槽的宽度小于导线的直径，从而确保获得良好的冷态连接。然而，这也意味着导线的截面面积发生改变或变得更小，这样就限制了通过所述导线的电流流动。在US 5,269,713中描述一种相类似的方法。需要两个手动步骤以将导线连接到接触元件上。首先，通过相对较大的努力借助机械冷作使铆钉头发生形变形成所需形状。为此采用一种特别形式的摆动技术，所述摆动技术使铆钉锤头旋转和/或离心移动，这样就造成铆钉头的两个相对的表面被打弯形成凹槽，进而将导线捕获在所述凹槽中。该旋转移动实现了朝向所述导线的侧向移动，这对于实现良好的接触而言是有利的。然而，采用这种方法，所述导线要受到较大的力的作用使得其可能会产生形变。与该方法相关的扁平化作用使得所述导线截面区域的相对较小的接触表面区域产生形变并减小了所述接触表面区域的大小。在第二步骤中，扁平电极被放置在扁平的或略微圆拱的铆钉头上。如果铆钉头和电极的形状都是扁平的话，那自然是有利的，这是因为铆钉头越扁平，电极与铆钉头之间的接触表面越大，这有利于随后传送较大的电流。在电极与接触表面之间可能存在的定位偏差也能得到更好地补偿。由电阻焊接引起的电流流动产生热量，所述热量可致使导线用漆发生熔化和蒸发。然而，由于在焊接工艺前导线被完全密封住，因此阻止了导线用漆发生软化，所述软化可能会导致在导线与铆钉头之间的边界区域中产生夹杂。
US 3,093,887披露了一种用于将部件紧固到板上的方法。使用带有具有一定结构的包层如带凹槽的表面的铆钉。在所述包层的头部中是用于接收导线的狭缝。
US 6,064,026披露了一种被插入在叉形接收器中的导线，其中叉形支柱随后被压在一起从而捕获住导线并且穿透任何可能的绝缘材料。当导线截面外形轮廓发生形变时，电流通过焊接电极被引至叉形支柱从而产生电连接。所述导线没有被嵌固住。
CH 612,489披露了一种能够应用加热线圈焊接技术的由热塑性材料制成的焊接套。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于将导线连接到接触元件上从而在与导线形成的表面接合处确保低电流和高电流稳定性得到改进的方法。
根据本发明，所述目的通过根据下述方法而得以实现。在下文中对所述方法的优选实施方式和与支座本体的连接应用进行了描述。
根据本发明，提供了一种用于将至少一条导线连接到接触元件上从而将导线连接到电源上的方法，包括：
第一步骤：制备装配有用于接收至少一条导线的凹槽的接触元件；
第二步骤：将所述导线定位在所述接触元件的凹槽中；
第三步骤：将电极降低到所述接触元件上；
其特征在于，
第四步骤：借助所述电极加热环绕所述凹槽的区域；同时通过电极仅使热强度降低的环绕所述凹槽的区域产生机械形变，由此对所述凹槽中的导线加压，使所述导线的截面面积不受损伤并且使所述导线与所述接触元件形成电接触，并且完全嵌固住所述导线。
根据本发明，随着导线被插入到所述接触元件的凹槽中，将电极降低到接触元件上从而对凹槽周围的区域进行加热。同时，凹槽周围的区域产生机械形变，由此对所述凹槽中的导线加压，使所述导线的截面面积基本上不受损伤并且使所述导线与所述接触元件形成电接触，从而将导线完全嵌固在所述凹槽中。所述方法，即热压焊接方法的一种变型，有利于使不能被焊接在一起的材料之间产生电接触。可对漆包线和非漆包线二者进行处理。漆包线意味着具有至少一层非导体层的单层或多层套状导体。相对应地，非漆包线包括单层或多层导体材料，其中至少外层是导体。所述导线的截面不一定是圆形的，且如果要嵌固扁平电缆的话，所述导线的截面例如可以是矩形的。
在所述方法的一个优选实施例中，当电极降低到接触元件上时，在所述接触元件与所述电极之间形成点接触、线接触或最小限度的面接触。按照这种方式，由此减小了对专用于所述方法的电极的机械和电气影响且使得电极的使用寿命增长。
优选的是，在凹槽周围的区域发生形变后冷却发生形变的接触元件且导线被嵌固住。
优选地，所述凹槽的深度大于所述导线的直径，虽然这对于实施根据本发明所述的方法并不是必要的。然而，优选的是，确保所述导线不保持与所述电极永久接触。特别是漆包线将会污染电极并且缩短电极的使用寿命。如果使得仅一半的导线位于所述凹槽中就足够了，这是因为将在下文中进行描述的特定的电极设计将使来自接触元件的材料产生移动并将其推到所述导线上。
在一种特定的应用中，两条或更多条导线或导线端部可被置于凹槽中从而在所述导线或者导线端部之间产生电接触。按照这种方式，有可能在难熔的或不能进行焊接的材料之间产生电连接。
所述接触元件可根据所需进行构造。所述凹槽例如可具有矩形、半圆形或V形形状的截面，并且具有是光滑的、呈扇壳形状的或呈波纹状的内表面。此外，所述凹槽可被成形为凸状或沿纵向方向呈线性，或是水平的或是倾斜的或是凹形的。
所述接触元件可包括一种单一的材料或者可包括经过涂覆的金属基体。所述金属基体例如可包括铜、铝或钢，所述金属基体上至少部分地涂覆有低熔点金属或导电材料。对于铜或铝而言适合的涂层例如是锌或锡。对于钢而言适合的涂层是铜。也可以使用这些金属的合金以及改进了要进行嵌固的导线的瞬态响应性能的低共熔混合物。有可能使用多个这些材料的涂层。
在一个优选实施例中，所述凹槽由至少一对两个相对的叉形接柱形成。
一对叉形接柱可彼此基本平行地进行布置。然而，还有可能的是一对叉形接柱彼此成一定角度进行布置，从而形成类似V形的凹槽。
所述接触元件的特征还可在于：插头形本体，在所述插头形本体的一个暴露端部处形成凹槽。这种插头形本体特别适于插入到支座本体(carrierbody)的通道入口中。
为了确保紧固，包括至少一个部件的凸缘沿周向被装配在插头形本体周围，所述凸缘例如是环形凸缘、具有多边形周边的凸缘或分段的凸缘，其中所述形状对应于通道开口中相应的接收区域。
可用于实施根据本发明所述的方法的电极，其特征在于，利于附接到接触元件上的凹形。这里，“凹形”不仅意味着半球形状，而且还意味着圆柱形、锥形、多边形或扁平环形形状。该形状确保能够与所述接触元件形成所需的点接触、线接触或最小限度的面接触。还适当地选择一定形状，当电极被放置在接触元件上时所述形状将对电极产生一定的对中或定位效应。
在进行焊接后，电极的相反外形轮廓被形成在所述接触插头的表面上。通过构造所述电极的内表面可利用这一事实以便将特征形状赋予在焊接之后形成的郁金香形状。根据本发明所述的方法不要求进行机械精整以改变接触元件表面的形状，所述精整不影响连接质量。
用于实施根据本发明所述的方法的电极不必是凹形的。如果接触元件适当地预成形，那么该接触元件还有可能结合扁平电极使用。
由热塑性合成材料制成的装配有至少一个能够接收接触元件的通道开口的上述支座本体可以是焊接本体，如套、托架、受限配件、T形件或鞍形座。当使用加热线圈焊接技术时，支座本体应优选由热塑性合成材料制成。用于支座本体的材料可以部分地或完全是热塑性材料。部分热塑性材料包括例如包含增强剂的复合材料，如玻璃纤维、芳纶纤维或颜料。合适的热塑性材料包括聚乙烯、聚丙烯或聚酰胺。
由于其形状的原因，所述接触元件被牢固地保持在通道开口中适当的位置处，但是在电和机械连接过程中，所述接触元件可用于将接触插头支承在电极的相对侧面上。通过伸入到所述通道开口中的台肩将接触元件的摩擦附着拉至所述通道开口是足够的。在下文中将要进行描述的特定实施例中，所述本体中的其它部件的外形轮廓也可以与所述通道开口相一致。
至少在所使用的接触元件上的凹槽区域中，选择通道开口直径大于所述接触元件的直径是适合的。按照这种方式，在借助电极引入电能时，合成材料不会在凹槽区域中产生熔化。
附图说明
下面，结合附图对本发明进行更详细地描述，其中：
图1是配有用于实施根据本发明所述的方法的用作接触元件的接触插头的用作支座本体的焊接套的局部剖视示意图；
图2是示出了被插入到接收开口中的接触插头的与图1相类似的视图；
图3是示出了在焊接套中处于其最终位置的接触插头的与图2相类似的视图；
图4是配有接触插头的焊接套和正在接近的电极的视图；
图5是落在接触插头上的电极的视图；
图6是图解说明热压焊接工艺的视图；
图7是示出了正在进行的热压焊接工艺的与图6相类似的视图；
图8是示出了热压焊接工艺几乎结束时这一阶段的与图7相类似的视图；
图9是示出了被嵌固的导线的与图8相类似的视图；
图10是图解说明冷却工艺的视图；
图11是正在退出的电极和完全嵌固的导线的视图；
图12是一种采用实心本体(solid body)的变型；
图13示出了多种可能的凹槽形状；
图14示出了叉形接柱形状的多种变型；和
图15是采用根据本发明所述的方法制造得到的接触点的研磨图形。
具体实施方式
下面，结合在焊接套中用作支座本体的接触插头对根据本发明所述的方法进行描述。然而，这并不是唯一可能的实施方式。还可以使用其它类型的支座本体，例如托架、受限配件、T形件、鞍形座以及特别是在加热线圈焊接技术中使用的焊接本体。还有可能的是：在不使用支座本体或使用非金属支座本体的情况下实施接触元件与导线之间的完全接触。优选地，漆包线与金属支座本体结合使用。还有可能的是：使导线直接与接触元件如接触插头相连，其后将导线一体结合在例如由热塑性材料制成的支座本体中。可以使用导线端部或连续导线。如果截断器被直接装配在电极上的话，那么所述导线可被截短。导线材料例如可以是铝、铜、铁、康铜、合金以及其它类似材料。
图1(a)是焊接套10的局部剖视示意图，该焊接套优选由热塑性合成材料例如聚丙烯或聚乙烯制成。焊接套10具有许多用以附接导线20的接触点，图中仅示出了一个接触点和一条导线。导线20搁置在接收槽道12上，所述接收槽道延伸至限定出在焊接套10外壁的方向上延伸的台肩的接收开口16。接收开口16受到焊接套上的环形凸缘18的限制，且这里仅示出所述接收开口的一部分，可能是其四分之一进入到焊接套10中。不需要凸缘18的其它设计也是有可能的。接收槽道12和接收开口16形成通道开口，仅如图1所示，接触插头30被插入到所述通道开口中。根据本发明，该接触插头30必须与导线20形成无电阻接合，并且该接触插头30必须连接至电源。如图1中所示，导线20刚好搁置在焊接套10的内部空间上，以使得能够例如通过相机以光学方式观察到导线的位置。
图1(b)示出了导线20是如何横跨在接收槽道12上的。根据本发明所述的方法是比较宽松的，使得该优选实施方式的其它变型不会不利地影响所述方法的实施。例如，所述导线还可以呈对角线位于接收槽道12的开口上或位于接收槽道12内部，呈波纹形或受到压缩。
还有可能的是：本体上的区域36如此成形，从而使得它与叉形接柱42，44相对齐或以其它方式呈阶梯状。如图3所示，起到隔热层作用的环带区域38是必要的。
图2示出了接触插头30，所述接触插头30的本体32被引入到焊接套10的接收开口16中。本体32的直径明显小于接收开口16的直径。然而，本体32上装配有周向环形凸缘34，所述周向环形凸缘的大小使得接触插头30仍然是可移动的但是又被紧紧地定位从而防止在接收开口16中存在摩擦。在周向环形凸缘34上面，在接触插头上存在一个区域36，所述区域的直径与接收槽道12的直径相对应。该更大的区域36上装配有两个彼此相对设置由此在二者间形成凹槽的叉形接柱42，44，导线20之后将被插入到所述凹槽中。
图3(a)示出了接触插头30在焊接套10中的最终位置。所述接触插头30的本体32上的周向环形凸缘34落在接收开口16的台肩14上，这里如图中所示，所述凸缘可以是圈闭的，但也可以是分段的。周向环形凸缘34上面的更大的区域36紧密地装配在接收槽道12中并且占据其高度的大约一半。在通向叉形接柱的过渡区域中，存在台阶38，所述台阶允许叉形接柱42，44与在其周围环绕的焊接套10之间保持一定距离，由此形成的环带区域38之后将保护焊接套10的环绕合成材料在焊接工艺过程中不会受到所不希望的热损伤。叉形接柱42，44在焊接套10的内表面上面进行延伸，由此形成定位辅助装置，在下文中将结合图5对此进行更详细地讨论。叉形接柱42，44或多或少位于接收槽道12内部的其它一些实施方式也是有可能的。确切的设计取决于导线20相对于焊接套10或接触插头30而言的所需位置。
图3(b)示出了导线20是如何宽松地被置于叉形接柱42，44之间的。将导线嵌固住从而实施根据本发明所述的方法既不是必要的，也不是所希望的。将导线20宽松定位确保了接触后导线的截面外形轮廓得以保持。按照这种方式，在导线与接触插头之间形成的表面接合处或通过根据本发明的方法形成的触点实现了理想的低电流和高电流稳定性。
图4示出了被附接在保持装置50上的电极52是如何摆放在接触插头30的端部上的，所述端部从焊接套10内伸出从而与叉形接柱对齐。最后，如图5所示，通过降低电极52而降低保持装置50，直至凹形内表面54落在叉形接柱42，44上形成线接触，如图中示意性地示出并用字母A表示。这里，术语“线接触”意味着在电极52与叉形接柱42，44之间形成的狭窄的边界区域，所述狭窄的边界区域允许流过更大的电流从而使得叉形接柱42，44的温度大小由于机械能和/或产生的电能而升高。这样就降低了叉形接柱42，44的稳定性，导致叉形接柱变软和易于发生形变。这可在图6中更好地观察到。对于产生电流而言，至少一个点的接触是必要的，而多点接触则更佳和更理想。应该形成上述线接触或面接触，由此减小了对专用于所述方法的电极的机械和电气影响且使得电极的使用寿命增长。根据对叉形接柱42，44设计和材料的选择情况得到调节的一个或多个电流或电流脉冲的应用使得叉形接柱42，44产生形变。在接触插头30和导线20的实施例中提出的设计和材料要求在峰值功率为5kW和有效功率为2kW的条件下持续约0.5秒(可能存在的偏差为+/-0.3秒)，电功为0.2Wh。叉形接柱42，44产生形变，由此，由于电极52的凹形内表面54，因此促进了凹槽40中叉形接柱材料的移动。随着电致形变持续进行，可从图7中看到，导线20被保持在叉形接柱42，44之间且最终，如图8所示，导线20被完全嵌固在其中。图9示出了最终的形变过程，从图中可以看到：导线20的截面区域被保持在当前发生形变的叉形接柱42，44之间。以前暴露的叉形接柱端部42，44已被彼此焊接在一起，由此使得实际上没有可能使所述导线无意松脱。
最后，如图10所示，如短划线箭头B所示，开始进行最佳冷却工艺，然后，如图11所示，电极52被移去。焊接套10中的接触插头30现在具有牢固嵌固的导线20。图中还示出在接触插头30与导线20之间不存在可量测到的接触电阻，尽管由于通过安装而形成接触，根据本发明所述的方法能够对不能进行焊接的材料进行处理，其中该系统中诱导产生的能量及其热影响有益于在此所述的方法。
图12示出了一种变型，其中导线20被安装在实心材料60中，这就意味着一些实心材料承担了在如图1-11所示的实施例中具体为接触插头30的接触元件的功能。
导线20宽松地置于相应的凹槽中且随后在如图4所示当电极下降时与实心材料安装在一起。
图13示出了凹槽40的多种可能的形状。凹槽40的底面x可以是凸面或凹面，可以为一直线或呈扇壳形状或上面装配有锯齿。这同样适用于凹槽侧壁y，所述侧壁垂直于向外或向内倾斜的底面x进行设置，且可能具有不同的表面结构。在凹槽40的纵向z上，可能存在多种设计变型，例如具有锯齿和没有锯齿的凹形形状、直线型设计或不规则的外形轮廓或凸形形状。类似地，所述凹槽半径r和凹槽边缘q可能具有多种不同的设计。在附图中所示出的这些变型仅为实例。
最后，图14示出了叉形接柱42，44的可能形状的多种变型。叉形接柱的内表面-这里图中仅示出了叉形接柱42-适于与凹槽40的所需形状相配合。叉形接柱42的外表面可具有多种形状，所述形状取决于环绕区域的条件和叉形接柱42材料的弯曲行为。在部分(a)的截面图中示出：例如如小图(1)和小图(2)所示，叉形接柱例如可具有凹形截面或不同的厚度，如小图(3)所示，叉形接柱可能是呈直角的，或者如小图(4)和小图(5)所示，叉形接柱可能偏转远离所述沟槽。如小图(6)和小图(7)所示，叉形接柱的暴露端部不一定是水平的，而是还可以朝向或远离所述凹槽产生倾斜。在部分(b)的图中示出了叉形接柱端面的顶视图，如小图(8)、(9)和(10)所示，叉形接柱可具有不规则的外形轮廓。
所述各种形状的组合都是有可能的。
图15是采用根据本发明所述的方法制造得到的接触点的研磨图形。由于存在机械和电所致的形变，因此已嵌固住导线20的接触点处的叉形接柱被成形为类似于郁金香形状。
在以上说明书、附图和权利要求书中所披露的本发明的技术特征可能对于以单独或组合方式实现本发明而言是重要的。

Claims (22)

1.用于将至少一条导线(20)连接到接触元件(30)上从而将导线连接到电源上的方法，所述方法包括以下步骤：
第一步骤：制备装配有用于接收至少一条导线(20)的凹槽(40)的接触元件(30)；
第二步骤：将所述导线(20)定位在所述接触元件(30)的凹槽(40)中；
第三步骤：将电极(52)降低到所述接触元件(30)上；
其特征在于，
第四步骤：借助所述电极(52)加热环绕所述凹槽(40)的区域；同时通过电极(52)仅使热强度降低的环绕所述凹槽(40)的区域产生机械形变，由此对所述凹槽(40)中的导线加压，使所述导线的截面面积不受损伤并且使所述导线与所述接触元件(30)形成电接触，并且完全嵌固住所述导线。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述第三步骤中，在所述接触元件(30)与所述电极(52)之间形成点接触、线接触或最小限度的面接触。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述电极(52)上配有用于附接到接触元件(30)上的凹面。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述第四步骤之后进行第五步骤，即冷却发生了形变的所述接触元件(30)。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述凹槽(40)的深度大于所述导线(20)的直径。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，两条或更多条导线(20)或者导线端部被置于凹槽(40)中，从而在所述导线或者导线端部之间产生电接触。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述凹槽(40)具有矩形、半圆形或V形形状的截面。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述凹槽(40)的内表面是光滑的、呈扇壳形状或呈波纹状的。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述凹槽(40)被成形为沿纵向方向呈凸形地延伸。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述凹槽(40)被成形为沿纵向方向呈直线形地延伸。
11.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述凹槽(40)被成形为沿纵向方向水平地延伸。
12.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述凹槽(40)被成形为沿纵向方向倾斜地延伸。
13.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述凹槽(40)被成形为凹入地延伸。
14.根据权利要求7所述的方法，所述方法借助接触元件(30)进行实施，其中所述凹槽(40)由至少一对彼此相对设置的叉形接柱(42，44)形成。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述一对叉形接柱(42，44)是一对彼此平行地进行布置的叉形接柱。
16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述一对叉形接柱(42，44)构造成一对彼此成一定角度进行布置的叉形接柱。
17.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述接触元件装配有插头形本体(32，36)，在所述本体的一个暴露端部处形成凹槽(40)。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，在所述插头形本体(32，36)的周围设置凸缘(34)。
19.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述接触元件(30)包括金属基体，在所述金属基体上至少部分地涂覆有低熔点的或导电性得到改进的金属涂层。
20.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接触元件(30)被装入由热塑性合成材料制成的支座本体的通道开口(12，16)中，其中至少在围绕所使用的接触元件(30)上的凹槽(40)的区域中，通道开口(12)的直径大于接触元件(30)的直径。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述接触元件(30)由于其形状构造而被紧固地保持在所述通道开口(12，16)中。
22.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述通道开口(12，16)上装配有伸入到通道开口中的台肩(14)。
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