CN101282815A - 用于通过超声波焊接方法在电导体之间建立焊连接的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在至少一个第一电导体(16)与至少一个第二电导体(20，24)之间建立至少一个焊连接的方法，其中将导体加入到一个由相互间可相对调整的限制部件包围的压缩室里面并且在这个压缩室中通过置于超声波振荡中的形成限制部件的超声波焊接装置的声波头焊接。为了以所期望的范围使第一导体(16)可以与第二导体(20，24)通过超声波焊接连接，其中与第一电导体连接的第二电导体的总横截面可能要大于通常通过所使用的超声波焊接装置焊接的导体横截面，建议使第一导体在压缩室中先后与两个或多个第二导体焊接。

Description

用于通过超声波焊接方法在电导体之间建立焊连接的方法

本发明涉及一种用于在至少一个第一电导体、例如自身刚性的平面载体与至少一个第二电导体、如导线之间建立至少一个焊连接的方法，其中将导体加入到一个由相互间可相对调整的限制部件包围的压缩室里面并且在这个压缩室中通过超声波焊接装置的置于超声波振荡中的形成限制部件之一的声波头(Sonotrode)焊接。

为了使导线通过超声波焊接在载体上，按照DE-C-34 37 749规定，侧面限制压缩室的滑板沿着载体可以调整，其中滑板的净间距对准浸入到压缩室里面的星形声波头截段的宽度。载体本身支承在对应电极、也称为砧上。

由DE-Z：技术图书馆，108卷：Ultraschall-Metallschweiβen(超声波金属焊接)，现代工业出版社，86895Landberg，1995，第43页得出在具有U形几何形状的电缆靴与电导体之间的焊接。在此利用超声波焊接装置，其中在一个压缩室中加入要被焊接的导体，它以公知的方式由声波头的截段和砧以及侧面相对于砧可调整的滑板限制。

由WO-A-95/10866已知通过超声波在适配于导体的以宽度调整高度的压缩室中压实并接着焊接电导体、尤其是导线的方法，其中首先压实要被焊接的导体然后焊接。在此将压缩室与要被焊接的导体横截面无关地调整到给定的高-宽比。

由EP-B-0 143 936或DE-A-37 19 083同样得出超声波焊接装置的在高度和宽度上可调整的压缩室。

进入使用的超声波焊接装置的功率按照要被焊接的导体的最大横截面设计。一般如果例如要使控制导线与连接体、也称为端子连接，则使进入使用的超声波焊接装置在功率上按照要被焊接的控制导线的横截面设计。如果还要连接地线，则在传统的技术中使地线与端子通过螺栓或插头连接。相应的连接存在缺陷，可能产生接触电阻，它们可能干扰控制导线上的信号。

但是如果要使超声波焊接装置的功率足够在连接体上例如使地线或电源线与控制导线一起焊接，则进一步产生缺陷，不能实现足够好的过程监控；因为在焊接较大横截面导体时允许的误差经常大于控制导线的横截面，结果是可能产生其在过程监控的范围中不能确定的组合误差。

本发明的目的是，这样改进上述形式的方法，在所期望的范围使第一导体与第二导体通过超声波焊接连接，其中与第一电导体连接的第二电导体的总横截面必要时能够大于通常通过使用的超声波焊接装置能够焊接的导体横截面。也存在这种可能性，使第一导体与大或小横截面的第二导体工艺可靠地连接，由此尤其不产生不期望的接触电阻。

按照本发明这个目的主要由此得以实现，即第一导体在压缩室中先后与两个或多个第二导体焊接。

按照本发明公开了这种方案，使一个第一导体与一个总横截面的第二导体焊接，该总横截大于通常通过所使用的超声波焊接装置在焊接过程中可以焊接的导体横截面。此外根据按照本发明的理论保证，使具有大和小横截面的第二导体与第一导体工艺可靠地焊接，因为较大横截面的第二导体不同时与较小横截面的导体焊接，由此可以实现良好的过程监控。通过这些措施给出方案，在所期望的范围内使第二导体与第一导体焊接，而不必更换超声波焊接装置。可以使用在功率上按照各要与第一导体焊接的单个第二导体的最大横截面设计的超声波焊接装置，其中可以在考虑各导体横截面的条件下实现特殊的过程监控。

本方法特别有利的是，附加地对在第一与第二导体之间存在的连接能够连接另一第二导体，而不必考虑常见的连接形式如螺栓或插头。由此不会产生不期望的可能导致干扰的接触电阻。因此可以毫无问题地使控制导线和地线或电源与连接体连接，如同在布线时尤其在汽车技术中进行的那样。

最好规定，在相互衔接的焊接过程中使第一导体相对于压缩室调整。最好使第一导体相对于压缩室调整。但是也存在这种可能性，使超声波焊接装置，即压缩室沿着第一导体调整，用于使第二导体依次地与第一导体焊接。

如果压缩室在横截面上可以在需要的范围内调整，则存在这种可能性，使第二导体上下地焊接在第一导体上。由此实现依次的焊接，首先使第二导体与第一导体焊接，然后使另一第二导体焊接在与第一导体焊接的第二导体上而且是立刻焊接。也可以实现同时使多个第二导体与第一导体焊接，其中至少另一第二导体在单独的焊接过程中与第一导体焊接。

优选使第二导体与第一导体和/或第二导体组以相互间隔的范围焊接。在此存在这种可能性，使第一导体由通过台阶相互间隔的截段组成，其中在沿着第一导体纵向延伸的截段上焊接第二导体。

如果第二导体在第一导体上的焊接最好在其纵向上相互间隔的范围中实现，则也存在这种可能性，使两个第二导体并排地在垂直于第一导体的纵轴线延伸的部位中焊接在第一导体上。

同样能够使第二导体在第一导体上的焊接在第一导体的对置侧面上进行。

作为第一第二导体使地线或电源线和作为第二第二导体使控制导线与第一导体焊接。

由此可以使超声波焊接装置在功率上这样设计，使得与第一导体焊接的第二导体在一个焊接过程中总体上不焊接。

此外通过先后使第二导体与第一导体焊接的优点是，分别使在焊接过程中要被焊接的第二导体与第一导体工艺可靠地连接；因为假如例如使横截面在6至35mm²或16至70mm²的地线或电源线同时与横截面在0.22至6mm²的控制导线焊接，则地线或电源线方面的误差将可能覆盖与控制导线有缺陷的焊接，由此可能产生有缺陷的焊接，而不能确认它们。

此外本发明规定，在利用具有从第一导体伸出的固定段如卡片时在与第一导体焊接最后的第二导体期间或以后使固定段在声波头在第二导体方向上超声波激励时为了固定第二导体而弯曲。

也存在这种可能性，在结束焊接后通过收缩软管作为绝缘或者作为绝缘和机械加固包围焊接部位。

按照本发明实现这种方案，一个第一导体与多个第二导体焊接，而不产生不期望的接触电阻，其中第二导体的总横截面大于通常通过所使用的超声波焊接装置可焊接的横截面。能够毫无问题地通过阶梯的焊接部位以最佳的焊接参数加工大和小的横截面。

不仅由权利要求、由权利要求得出的特征本身和/或组合而且由下面的给出优选实施例的附图描述中给出本发明的其它细节、优点和特征。

附图中：

图1示出超声波焊接系统的原理图，

图2示出超声波焊接装置与要被焊接的第一和第二导体的局部图，

图3示出与第二导体焊接的第一导体，

图4示出按照图2的超声波焊接装置在第一导体与另一第二导体焊接前的局部图，

图5示出与两个第二导体焊接的第一导体，

图6示出由图2至4得出的第一导体的立体图，

图7示出按照图6的第二导体的俯视图，

图8示出按照图6和7的第二导体侧视图，

图9示出第二导体的另一实施例的俯视图，

图10示出按照图9的第一导体，它与第二导体焊接，

图11示出按照图10的第一和第二导体的侧视图，

图12示出第一导体的另一实施例

图13示出按照图12的第一导体的侧视图，

图14示出按照图12和13的第一导体的俯视图，

图15示出第一导体的另一实施例，它与两个第二导体焊接，

图16示出与第二导体焊接的按照图15的第一导体的侧视图。

在图1中以纯原理示出一个系统，通过下面相应的解释使自身刚性的平面的载体作为第一导体与绞合线如电缆或导线作为电的第二导体通过超声波焊接。该系统包括一个超声波焊接装置或设备110，它通常包括一个转换器112、必要时一个升压器114以及一个声波头116。对声波头116或这个声波头的表面附设一个多体的对应电极118(也称为砧)以及一个滑块120，如同DE-C-37 19 083或WO-A-95/10866所得到的那样，请详细参阅其公开内容。声波头116或其表面、对应电极118以及滑块120限定一个在横截面上可调整的压缩室，在其中加入要被焊接的第一和第二导体。

所述转换器112通过导线122与激励器124连接，它本身通过导线126导引到一个PC128，通过它实现焊接过程的控制并且在其中输入焊接参数或第一和第二电导体的横截面或宽度或者从其中调出相应的存储值。

按照本发明使用一个相应的超声波焊接装置，其功率按照导体的横截面设计，该横截面小于按照本发明的理论在第一导体上要被焊接的第二导体的总横截面。为此按照本发明多个第二导体与第一导体先后焊接。通过使第二导体先后与第一导体焊接，但是每个第二导体分别具有一个在功率上可以由超声波焊接装置焊接的最大的横截面，得到一个总体焊连接，它保证第一与第二导体之间在最小接触电阻的情况下可靠的连接。

在图2中示出由图1得出的超声波焊接装置的局部图，其中压缩室10由声波头116、两体的对应电极118以及侧面滑块120包围。在此两体的砧118由沿着声波头116可移动的支架12和平行于由声波头116构成的限制面移动的横梁14组成。

在打开的压缩室10中首先加入具有一个外部截段18的第一导体16。下面为了简化将第一导体16称为载体或接触体。然后将绞合线20的去掉绝缘的端部作为第二电导体置于载体16的截段18上。然后关闭压缩室10并且在声波头116(箭头22)的方向上调整砧118，用于将所需的压力施加到要被焊接的部件、即载体16和绞合线20上。同时以超声波振动激励声波头116，用于执行所需的焊接过程。在焊接后打开压缩室10并且得到在载体16与绞合线20之间的连接，而且在载体16的截段18上，如图3所示的那样。然后使载体16相对于压缩室10调整，使得通过一个台阶与截段18间隔的截段22位于压缩室10里面。在此该截段22平行于外部截段18延伸。在载体16的截段22定位在压缩室10里面以后在本实施例中将一组绞合线24作为第二电导体在压缩室中敷设在截段22上，用于以前面所述的方式进行焊接。结果是得到一个焊接部件，如同在图5中看到的那样。由此使载体16在其截段18，22中分别与第二电导体或一组第二电导体、也就是与绞合线20和绞合线组24焊接。在此第二电导体的总横截面大于通常地通过超声波焊接装置可以焊接的电导体的横截面。

具有功率直到3kW的超声波焊接装置例如能够焊接总横截面35mm²的绞合线。根据按照本发明的理论具有总体较大的横截面的第二导体可以与第一导体焊接。但是为此的前提是，在每个与第一导体的焊接过程中使第二导体以最大总横截面焊接，它等于或小于35mm²，只要以事先给出的值为基础。

按照本发明的方法的优点是，不同横截面的第二导体与第一导体先后焊接，由此对于各要被焊接的导体横截面可以实现最佳的过程监控。

在图6中以立体图再一次示出载体或接触体16。可以看出由圈环构成的要与接头连接的前端截段26以及与这个截段在平行延伸的平面中延伸的截段18，22。由图7和8的视图同样看出。在此附加地可以在由圈环构成的截段26上焊接另一第二电导体。

在图9至11中示出一个相应的接触体的变型方案并且配有附图标记28。该载体或接触体28与载体16的不同之处是，要与绞合线30，32焊接的截段34，36不仅通过台阶相互间隔，而且也具有不同的宽度。在本实施例中外部截段36窄于中间截段38，该中间截段又窄于前端的截段或圈环截段40。

由图12至14示出的接触体42作为第一电导体在端部具有所谓的固定片或卡片44，46，它们在第二电导体与载体42焊接后在焊接上的第二电导体方向上通过超声波弯曲，用于实现附加的机械固定。此外存在这种可能性，将一个收缩软管推到焊接位置上，用于实现绝缘，它提供附加的机械强度。

如果在上述的实施例中第一电导体如接触体、载体或端子分别只在一面上与多个第二电导体连接，则也存在这种可能性，使第二电导体焊接在第一电导体的对置侧上，其中第二电导体先后与第一电导体对应于按照本发明的理论焊接。由图15和16可以看出，一个接触体48作为第一电导体在其对置侧上分别与第二电导体50，52连接，它们本身可以由两个和多个上下焊接的绞合线组成。

Claims (13)

1.用于在至少一个第一电导体、例如自身刚性的平面载体与至少一个第二电导体、如绞合线之间建立至少一个焊连接的方法，其中将导体置入到由相互间可相对调整的限制部件包围的压缩室里面并且在这个压缩室中通过置于超声波振荡中的形成限制部件之一的超声波焊接装置的声波头焊接，其特征在于，使第一导体在压缩室中先后与两个或多个第二导体焊接。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在相互衔接的焊接过程中使第一导体相对于压缩室调整。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，使第一导体相对于压缩室调整。

4.如上述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，使具有相同和/或不同横截面的第二导体与第一导体焊接。

5.如上述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，使第二导体上下地焊接在第一导体上。

6.如上述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，使第二导体与第一导体以相互间隔的区域焊接。

7.如上述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，使第二导体焊接在第一导体的在相互不同的平面中延伸的部位上。

8.如上述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，使第二导体焊接在第一导体的在相互间隔且相互平行延伸的平面中延伸的部位上。

9.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，作为第一第二导体使地线和电源线和作为第二第二导体使控制导线与第一导体焊接。

10.如上述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，至少两个第二导体并排地在垂直于第一导体的纵轴线延伸的区域中焊接在其上。

11.如上述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，使第二导体组和第二导体或第二导体组先后与第一导体焊接。

12.如上述权利要求中至少一项所述的方法，其中从第一导体伸出固定段如卡片，其特征在于，在将第一导体与最后的第二导体焊接期间或以后使固定段在声波头超声波激励时在第二导体方向上为了固定第二导体被弯曲。

13.如上述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，在功率上设计超声波焊接装置，使要与第一导体焊接的第二导体在一个焊接过程中不能总体上焊接或者不能工艺可靠地焊接。

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