CN109314360A - 用于压接连接元件的装置和方法、以及压接连接 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于压接连接元件(2)的装置(1)。装置(1)包括机架(5)、至少一个冲头、驱动组件、至少一个砧座(17)和工作室(31)。冲头(3)优选地相对于机架(5)以可移动的方式布置。冲头(3)包含至少一个工作表面(4)，用于使连接元件(2)变形。用于移动冲头(3)的驱动组件连接到冲头。砧座(17)连接到机架(5)并且具有用于连接元件(2)的接收表面(8)。工作室位于冲头和砧座之间，并且可以通过冲头和砧座之间的相对运动来打开和关闭。该装置具有至少一个超声波发生器，通过该超声波发生器可以为砧座(17)的接收表面(8)提供超声波。

Description

用于压接连接元件的装置和方法、以及压接连接

技术领域

本发明涉及一种根据独立权利要求的前序部分的用于连接元件的压接的装置和方法、以及压接连接。

背景技术

压接是一种结合方法，其中绝缘部剥离的电缆结合到连接元件。由于连接元件，剥离的电缆可以连接到其他电气或电子部件。在压接期间，电缆放置在连接元件中，并且连接元件通常塑性变形。由于塑性变形，连接元件压靠在电缆或电缆的电导体上。连接元件围绕绝缘部剥离的(即裸露的)导体部分(芯压接)和导体绝缘部(绝缘压接)。芯压接用于电气连接，绝缘压接用于承受拉力和固定绝缘部。由于这种封闭，电能可以从电缆传递到连接元件以及更远处。

从DE 10 2013 219 150 A1中已知一种用于在电导体和导电部件之间产生导电连接的方法。在该文献中，包围单个导体的压接元件的一部分变形，然后结合到单个导体的一部分。此外，该文献提出使用超声波发生器利用超声波焊接工艺连接单个导体的一部分。该文献示出了包含两个工艺步骤的工艺。在第一工艺步骤中，完成压接，以及在第二工艺步骤中，利用第二个装置进行超声波焊接工艺。

DE 30 17 364 A1公开了一种用于将导体连接到扁平插头的方法和装置。在该方法中，在单个生产步骤中执行压接工艺和超声波焊接工艺。其实现方式是上压花模具被设计为超声波焊接单元的超声波发生器端部。以这种方式，材料被软化并且在压花模具(超声波发生器)的下降期间减少了必要的力施加。因此，可以减小压接元件变形所需的力。

在DE 103 36 408 B4中公开了用于将接触元件连接到电缆的另一种方法。在该方法中，通过一对压接连接片将接触元件均匀地径向向内夹紧。然后通过具有超声波振动的另一工具焊接该连接。这里也使用单独的压接和超声波机器。

因此，本发明要解决的问题是克服现有技术的缺点。特别地，应该提供一种设计简单并且以简单的方式产生耐用的压接连接的装置。

本发明的另一个问题是改善压接连接的强度。

本发明的另一个问题是改善压接连接的耐久性并改善压接连接的耐化学性。本发明的另一个问题是增加压接连接的导电性。

这些问题通过独立专利权利要求中定义的装置、独立专利权利要求中定义的方法、独立专利权利要求中限定的砧座以及独立权利要求中定义的压接连接来解决。在从属权利要求中公开了其他实施例。

发明内容

本发明的第一方面涉及一种用于压接连接元件的装置。通常，连接元件利用铜或铝绞合导体压接。该装置通常包括机架、至少一个模具、驱动组件、至少一个砧座和工作区域。模具优选地相对于砧座、特别地相对于机架以可移动的方式布置。模具优选地包括用于使压接片变形的凹部。模具包含用于使连接元件变形的至少一个工作表面。用于移动模具的驱动组件连接到模具。砧座具有用于连接元件的接收表面并且优选地连接到机架。工作区域位于模具和砧座之间，并且可以通过模具和砧座之间的相对运动来打开和关闭。该装置具有至少一个超声波发生器，借助于该超声波发生器，可以向砧座的接收表面提供超声波。

机架在这里是指机器部件可以固定在其上的框架。机架的示例是壳体、框架或其他固定装置，例如压力机，其适于支撑机器的部件。

模具是适合于使另一部件变形的部件。变形可以发生在模具对要变形的部件施加压力时。模具例如保持在压接模具接收装置中，例如压力机的可移动部分。

在压接期间，模具向砧座移动。砧座处于固定位置。连接部件上的力通常由模具施加。

工作表面优选地位于凹部中。该凹部优选地是U形的。凹部优选地比接收表面宽。凹部优选地比连接元件宽。优选地，超声波不能被引入到模具中。

用于移动模具的驱动组件优选地是气动的、液压的或电动的。模具优选地沿着线性移动方向移动。驱动组件可适于行进给定距离或施加给定力或引入给定量的能量。用于移动模具的驱动组件例如是压力机，尤其是偏心压力机。

砧座被理解为模具的配合件。连接元件在砧座和模具之间变形。砧座优选地连接到机架。

超声波发生器在这里是指一种组件，其优选地设计成以15-50kHz的频率振动。超声波发生器可以扭转地、线性地或纵向地振动。

根据本发明的装置具有的优点是，超声波发生器可以特别容易地集成到压接装置中。只需进行一些设计修改即可将超声波发生器集成到装置中。此外，通过引入超声波，可以破坏连接元件被压接的导体边缘处的氧化物层。特别地，绞合导体的单个导体可以通过超声波彼此结合。另一个好处是需要较小的力通过模具施加。另一个好处是改进了压接工艺监控。

另一个好处是，只需一个装置就可以同时进行压接和超声波焊接。用这种装置制成的压接连接具有特殊的质量，因为它们具有机械耐用性和导电性。

在优选实施例中，该装置适合于将多个绞合导体压接到连接元件。特别优选的连接元件是双停止件，其中两个绞合导体结合到连接元件。在双停止件中，两个铝绞合导体(铝/铝)、两个铜绞合导体(铜/铜)或混合物(铜/铝)可以结合到连接元件。双停止件可以在一行中配置，也可以一个在另一个之上配置。

优选地，该装置包括两个接收表面、芯压接区域和绝缘压接区域。这些区域可能是单件砧座的一部分，每个部件都具有两个砧座。通过振动，砧座彼此分离。每个砧座具有用于压接的接收表面。至少一个接收表面，优选地仅一个表面，可以经受超声波。

以这种方式，可以在每个接收表面上进行压接。例如，具有多个压接部分的连接元件可能会变形。可替换地，可以压接几种不同的元件。通常，连接元件的一部分被压接在导体的绝缘部上，而连接元件的另一部分压接在电导体上。优选地，仅将电导体超声焊接到连接元件。因此，优选地，仅用于导电压接的砧座经受超声波。

特别优选地，砧座以一间隔通过振动彼此分离。可替换地，也可以通过位于砧座之间的诸如箔的阻尼材料来使砧座关于振动分离。

在一个替代实施例中，该装置仅包括单个砧座。特别优选地，单个砧座包含两个接收表面。

对于可以组合进行超声波焊接和压接的机器来说，这是一个特别简单的实施例。

在一个优选实施例中，至少一个砧座可以可释放地连接到超声波发生器。在特别优选的实施例中，砧座可以冷缩配合在超声波发生器上。可替换地，砧座可以通过螺纹或插头连接件连接到超声波发生器。

最特别优选的是，每个超声波发生器可以可释放地连接到一个或多个砧座。可替换地，也可以仅将单个超声波发生器可释放地连接到一个或多个砧座。

以这种方式，砧座可以互换。例如，如果接收表面磨损，则仅需要更换砧座并且可以继续使用超声波发生器。

在一个优选的替代实施例中，超声波发生器至少部分地形成砧座。

在一个替代实施例中，超声波发生器与砧座接触，但没有固定到砧座。在该实施例中，砧座的更换特别简单。

在该实施例中，超声波发生器形成砧座。如果该装置包含多个砧座，则超声波发生器可以形成仅单个砧座、几个砧座或所有砧座。

这能够用少的部件实现简单的设计。

在一个优选实施例中，接收表面可以经受围绕垂直于接收表面的轴线的扭转振动。特别优选地，接收表面是弯曲的并且可以暴露于围绕沿着模具的移动方向的轴线的振动。

扭转超声波焊接的优点是在连接元件上不会发生脆化。此外，可以特别有效地引入超声能量。

通常，在压接装置旁边存在其他装置，例如用于加工或进一步传送的装置。扭转超声波振荡器可以垂直于连接元件的传送方向安装。因此，可以在空间方面更容易地集成扭转超声波焊接，而不需要修改其他装置。

在一个替代实施例中，接收表面可以沿着平行于接收表面的轴线经受纵向振动。优选地，纵向振动沿导体的纵轴或垂直于导体的纵轴振动。

特别地，如果扭转振荡器不能集成在装置中，例如出于空间的原因，则可以使用纵向振动。

在另一替代实施例中，接收表面可经受与模具的移动方向平行的纵向振动。

在一个优选实施例中，至少暴露于振动的砧座部分关于振动与机架分离，并且砧座在该工艺中不能相对于机架移动。优选地，砧座不能相对于机架移动。

用于安装通过振动分离的砧座的一个示例是利用法兰的零点安装。

以这种方式，在压接工艺期间只需要移动模具。因此，由于不需要移动包括驱动器和超声波发生器的超声波系统，因此移动容易执行。另一个好处是超声波振动不会从砧座传递到机架。

这里不可移动意味着允许振动，特别是超声波振动，但没有其他平移或旋转运动。

在一个优选实施例中，工作表面是弯曲的，以使得模具和砧座之间的接触表面最小化。

当接触表面较小时，较少的振动从砧座传递到模具。因此，模具可以更牢固地保持并且更抵抗超声波振动，因此更耐用。

优选地，频率可以适应关闭工艺的持续时间。例如，在短暂的关闭运动的情况下，可以使用高频率。以这种方式，仍然引入了足够数量的振动。

特别优选地，超声波发生器以大于或等于20kHz的频率振动。

在压接工艺期间，短时间(例如约200ms)引入力。在高频率下，可以更有效地引入超声波。在另一个特别优选的实施例中，超声波发生器以30kHz或35kHz振动。

该装置还可以另外用于压缩绞合导体，尤其是铜或铝绞合导体。

本发明的另一方面涉及一种用于在电导体、优选地铜或铝导体和连接元件之间产生连接的方法。首先，将连接元件引入打开的工作区域，该工作区域由砧座和可移动模具限定。电导体的一端插入连接元件中。工作区域由可移动模具关闭。在关闭期间，模具的至少一个工作表面和砧座的至少一个接收表面使电导体变形，特别是塑性变形，使得在电导体和连接元件之间产生力配合接触。在压接工艺期间和/或之后，通过超声波发生器将超声波引入到砧座的接收表面中。优选地，工作区域由模具中的凹部和砧座形成。

这种方法的优点是超声波发生器在压接期间不需要移动。另一个好处是，可以在单个装置中仅通过单个工艺步骤同时进行压接和超声波焊接。

通过砧座引入超声波能够更有效地引入超声波振动，因为在压接期间，砧板在更大的表面上与连接元件连续接触。以这种方式，与单独的超声波焊接和压接相比，可以实现更短的加工时间和/或可以将更多的能量引入连接件中。

另一个好处是振动可以更直接地引入电缆的单个导体中。

在一种优选的方法中，甚至在压接工艺之前，借助于超声波发生器将超声波引入接收表面。

在一种优选方法中，模具不暴露于超声波。以这种方式，由于超声波引起的模具上的负载较小并且模具上的磨损减少。

在一种优选方法中，通过引入超声波来破坏电导体上的氧化物层。

通过破坏氧化物层，改善了连接元件和电导体之间的导电。特别地，铝导体具有外部氧化物层，这降低了导电性。这种层被超声波振动破坏。

在一个优选方法中，可移动模具包括第一工作表面，并且砧座包括第一接收表面。在关闭工作区域时，连接元件的第一段通过第一接收表面和第一工作表面连接到电导体的优选导电部分。可移动模具包括第二工作表面，并且砧座包括第二接收表面。在关闭工作区域时，连接元件的第二段通过第二接收表面和第二工作表面连接到电导体，优选地连接到导体的绝缘部。

以这种方式，通过第一压接可以产生高导电性，而第二压接确保稳定的机械连接。

在一种优选的方法中，将超声波引入第一工作表面，优选地仅引入第一工作表面。

以这种方式，在超声焊接期间需要施加更少的能量并且可以更有效地利用能量。

在一种优选方法中，超声扭转振动被引入连接元件中。

优选地，超声波超声脉冲至少特别优选地仅在模具的最大力闭合瞬间传输到连接元件。

在最大力闭合时，超声波将最有效地传递到连接元件和/或绞合导体中。还可以想到，在压接之前、期间和之后连续地引入超声波。

可以连续地或以脉冲形式引入超声波。

本发明的另一方面涉及一种压接连接，该压接连接通过根据权利要求之一的用于在电导体之间产生连接的方法产生。

使用这种方法制造的压接连接具有特殊的质量，因为它们具有机械耐用性和导电性。特别地，绞合导体的单个导体可以通过超声波结合在一起，并且可以至少部分地磨掉氧化物层。此外，通过施加的压力和引入的超声波对单独的绞合导体进行冷焊。引入的振动促进了连接工艺，减少了整体所需的力，同时比传统的压接工艺更好地磨掉了可能的氧化层。

本发明的另一方面涉及一种用于超声波压接工艺的砧座。砧座具有用于连接元件的接收表面和接口。砧座可以可释放地连接到超声波发生器。

以这种方式，超声波发生器可以连接到砧座以进行压接，并且连接元件可以利用工具压接并经受超声波。此外，砧座是可更换的，因此在磨损时可以容易且经济地更换。优选地，砧座是冷缩配合的。可替换地，可以通过螺纹或插头连接件来连接砧座。

附图说明

下面借助于附图更详细地解释本发明，附图仅示出了示例性实施例。附图示意性示出：

图1：用于压接的装置的透视图。

图2：用于压接的装置的模具和砧座的横截面。

图3：用于压接的装置的透视详细视图。

图4：用于压接的装置的透视图。

图5：用于压接的装置的下部机器部分的透视图。

图6：用于压接的装置的侧视图。

具体实施方式

图1中的透视图示出了用于压接的装置1。在图1中，装置1被示出为处于打开位置。上部机器部分26(见图2)已沿方向30向上推动。

图1示出了该装置的下部机器部分25。多个连接元件2在下部机器部分25中传送。连接元件2分别连接到用于连接元件2的承载带9。在连接元件2和承载带9之间提供接触。连接元件2本身包含用于围绕电导体(未示出)的压接的第一对压接片10和用于围绕导体的绝缘部的承受拉力的压接的第二对压接片11。此外，每个连接元件2包含端子部件12，然后导体可以通过端子部件12连接到端子。承载带9将连接元件2沿着传送方向21传送到压接装置1中。

装置1包括机架5，所有机器部分通过机架5连接。连接元件在下部工具7和模具3处压接(参见图2)。工具7和模具3位于用于连接元件2的承载带9的保持表面28和用于端子部件的支承表面29上。具有两个砧座17、18的工具7位于这两个表面之间。

当模具3(参见图2)抵靠工具7移动时，带有承载带9的保持表面28被迫向下。承载带9和连接元件2之间的接触由弹簧加载的刀片切断。以这种方式，承载带9和连接元件2之间的接触被中断。在压接工艺之后，模具3远离工具7移动，并且具有连接元件的导体从工作区域31移除。此后，新的连接元件2被供应到工作区域31中，承载带9沿方向21推动连接元件9。

图2示出了装置1在由连接元件21的传送方向和垂直方向30形成的平面中的切口的横截面。在图2中，示出了在第一对压接片10处的压接工艺。在该工艺之前，电导体在一端剥去其绝缘部。这释放了绞合导体的单个导体23。在该工艺的第一步骤中，连接元件2放置在工作区域31中。工作区域31由模具3和砧座7形成。连接元件2由承载带9引入到工作区域31中。绞合导体的自由端由凹坑32(参见图5)引入连接元件2中，使得自由单个导体23位于第一对压接片10之间，并且导体的绝缘部位于第二对压接片11(未示出)之间。然后，上部机器部分26的模具3在工具7的方向上移动。模具3由偏心压力机驱动。模具3具有工作表面4。工作表面4使连接元件2变形。所示的工作表面4产生所谓的B形压接。此外，工作表面4具有弯曲部20，第一对压接片10抵靠该弯曲部20滑动并且变形。通过工作表面4，压接片首先向内弯曲然后向下弯曲。压接片的变形是塑性的。在变形期间，单个导体23通过压接片10彼此压靠。单个导体23彼此压靠，使得在各个单个导体23之间存在很少或没有自由间隙。此外，连接元件2通过模具3的压力将其压在砧座的接收表面8上。

当连接元件2通过模具3塑性变形时，同时超声波通过接收表面8被引入连接元件2和单个导体23中。工具7围绕轴线27在振动方向22上振动。振动从砧座18传递到接收表面8并从接收表面8传递到连接元件2和单个导体23。这种超声频率的振动在各个单个导体23之间以及在压接片10和单个导体23之间产生摩擦。摩擦引起焊接并破坏导体外部的氧化层。以这种方式，单个导体23被焊接，并且减小了单个导体23与连接元件2之间的接合处的电阻。

图3示出了压接装置1的详细视图。在图3中，可以详细地看到保持表面28、支承表面29和接收表面8。工具7包括用于绝缘压接的第一砧座17和用于导体压接的第二砧座18。用于绝缘压接的砧座17压接第二对压接片11。用于导体压接的砧座18压接第一对压接片10。因此，模具3具有两个砧座17、18，压接片10、11利用这两个砧座变形。

图4示意性地示出了用于产生扭转超声波振动的系统。该系统包括两个超声波转换器13。超声波转换器13连接到扭转振荡器14。扭转振荡器14是圆柱形主体，转换器13的壳体表面在相对侧连接。转换器13以推拉方式振动。以这种方式，围绕转换器自身的轴线27产生扭转运动。

扭转振荡器14由具有凸缘35的零点安装件保持。凸缘35在扭转振荡器14的振荡节点处冷缩配合在扭转振动器上。凸缘35通过靠在梁36上来保持扭转振荡器14。同时，凸缘35通过夹紧装置37从上方压靠在梁36上。

扭转振荡器连接到转换件24，转换件24根据期望的振动幅度配置。转换件24通过超声波发生器19结合，形成砧座18以进行压接。

图5示出了压接装置1的另一示意图。在图5中，示出了用于砧座18的一个可想到的高度调节。通过激活，即通过转动轮15，砧座17在轴线27的方向上位移。

图6示出了压接装置1的侧视图。在装置1中，砧座17、18由间隙33分离并且不接触。该间隙比砧座18振动的振动幅度宽。砧座18同样通过第二间隙34在振动中与机架5分离。另外，砧座通过具有凸缘的零点安装件连接到机架(参见图4)。

Claims (15)

1.一种用于优选地利用铜或铝绞合导体压接连接元件(2)的装置(1)，其中所述装置包括：

-至少一个模具(3)，特别地具有用于使压接片变形的凹部，具有用于使连接元件(2)变形的至少一个工作表面(4)，

-用于移动所述模具的驱动组件(6)，

-至少一个砧座(17,18)，其中所述砧座具有用于所述连接元件的接收表面(8)，

-所述模具(3)和所述砧座(17,18)之间的工作区域(31)，其能够通过所述模具(3)和所述砧座(17,18)之间的相对运动打开和关闭，

其特征在于，所述装置具有至少一个超声波发生器(19)，通过所述超声波发生器至少能够向所述砧座(7)的接收表面(8)供应超声波。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置包括单个砧座或至少两个砧座(17,18)，其中所述砧座(17,18)通过振动彼此分离，以及其中所述砧座(17,18)中的每一个具有用于压接的接收表面，其中所述接收表面(8)中的至少一个、优选地仅一个能够经受超声波。

3.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述至少一个砧座(18)能够可释放地连接至所述超声波发生器(19)，优选地，所述砧座能够冷缩配合在所述超声波发生器(19)上。

4.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述超声波发生器(19)至少部分地形成所述砧座(18)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述接收表面(8)能够经受围绕垂直于所述接收表面(8)的轴线的扭转振动(22)或沿着平行于或横向于所述接收表面的轴线的纵向振动，其中所述超声波发生器(19)特别地以大于或等于20kHz的频率振动。

6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述砧座(17,18)的至少一部分关于振动与机架(5)分离，并且所述砧座在工艺期间不能相对于所述机架(5)移动。

7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述工作表面(4)是弯曲的，使得所述模具(3)和所述砧座(17,18)之间的接触表面最小化。

8.根据前述权利要求中任一项所述的装置的用于压缩绞合导体(23)、尤其是铜或铝绞合导体的用途。

9.一种用于优选地利用根据权利要求1至8中任一项所述的装置在电导体、优选地铜或铝导体与连接元件(2)之间产生连接的方法，包括以下步骤：

-将连接元件(2)引入打开的工作区域，所述工作区域由砧座(17,18)和可移动模具(3)限定，其中所述模具优选地通过凹部定义，所述凹部用于利用至少一个工作表面(4)使压接片变形，

-将电导体的一端插入所述连接元件，

-利用所述可移动模具(3)关闭所述工作区域，

-其中在关闭期间，所述模具(3)的至少一个工作表面(4)和所述砧座(17,18)的至少一个接收表面(8)使所述连接元件变形，以使得在电线和所述连接元件之间产生力配合接触，

-在压接工艺期间和/或之后，通过超声波发生器(19)将超声波、优选地连续地或脉冲地引入到所述砧座(17,18)的接收表面(8)中，其中优选地通过引入所述超声波来破坏在所述电导体上的氧化物层。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在关闭所述工作区域(31)时，所述连接元件(2)的第一段(11)通过所述砧座(18)的第一接收表面和所述模具(3)的第一工作表面(4)连接到所述电线的优选导电部分，并且在关闭所述工作区域(31)时，所述连接元件(2)的第二段(10)通过所述砧座(17)的第二接收表面或第二砧座的接收表面和所述模具(3)的第二工作表面或第二模具的工作表面连接到所述电线。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，超声波被引入第一接收表面(8)、优选地仅第一接收表面(8)中。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，其特征在于，扭转超声波振动被引入到所述连接元件(2)中。

13.根据权利要求9至12中任一项所述的方法，其特征在于，超声脉冲至少并且优选地仅在所述模具(3)和所述连接元件(2)之间施加最大力时传输到所述连接元件(2)中。

14.一种通过根据权利要求9至13中任一项所述的方法产生的压接连接。

15.一种用于在电导体、优选地铜或铝导体与连接元件之间产生连接的方法的砧座，优选地根据权利要求9至13中任一项所述的方法，其中所述砧座具有用于所述连接元件的接收表面，其特征在于，所述砧座具有接口，通过所述接口，所述砧座能够可释放地连接到超声波发生器。