CN114981032B - 用于在导体与连接件之间产生材料配合连接的焊接装置以及焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在导体(10)与连接件(8)之间产生材料配合连接的焊接装置以及焊接方法，该焊接装置具有至少一个超声波焊接工具(4)，其中，连接件(8)的接触面(18)的至少一部分与超声波焊接工具(4)的接触面(16)的至少一部分接触。

Description

用于在导体与连接件之间产生材料配合连接的焊接装置以及 焊接方法
技术领域
本发明涉及一种用于在导体与连接件之间产生材料配合连接的焊接装置以及焊接方法，该焊接装置具有至少一个超声波焊接工具，尤其是具有至少一个超声波焊接头或至少一个铁砧，其中，连接件的接触面的至少一部分与超声波焊接工具的接触面的至少一部分接触。导体与连接件之间的上述焊接连接特别用于汽车应用中，优选用于将导体、特别是扁平导体与连接件、特别是扁平件连接。
背景技术
借助超声波焊接方法将导体和连接件彼此焊接是充分已知的。在超声波焊接方法中，通过超声波焊接头将超声波振动引入到其中一个待相互焊接的部件中。这种超声波振动导致两个待焊接的部件在它们的接触面上彼此相对运动。通过该相对运动产生摩擦并且最终导致两个待焊接的部件的表面在焊接表面上相互焊接。
这种焊接方式尤其在焊接铝接触件时是有意义的，因为在借助超声波焊接时在待焊接的部件之间的接触面上的氧化铝层破裂。通过超声波焊接，两个待相互焊接的部件中的至少一个在接触面上塑化并且产生材料配合。
在由现有技术公开的超声波焊接方法以及超声波焊接装置中，通常首先将连接件布置在超声波焊接工具上，尤其是布置在超声波焊接头上或布置在铁砧上，接着借助力配合将连接件固定在超声波焊接工具上,尤其是固定在下部的超声波焊接工具上。然而，这种方法的缺点在于，由于生产原因，其只能在较小的程度上补偿连接件的制造公差。待焊接的连接件的在生产技术上产生的制造公差导致，连接件在超声波焊接工具上的可重复的定位仅不充分地实现。
此外，对于连接件和导体的焊接，可以根据焊接路径选择所使用的焊接方法。在此，焊接路径可被定义为超声波焊接工具从与导体和/或连接件的首次接触到焊接周期的结束所经过的距离。在此，焊接路径可以根据所使用的接合对象的硬度和刚性例如低至0.2mm。由于连接件和/或导体的与生产相关的制造公差，与具有完全平坦的接触面的连接件和/或具有完全平坦的接触面的导体相比，焊接路径可以偏差最多0.3mm。因此，对于超声波焊接过程的过程安全性和过程可重复性来说关键的是，避免焊接路径的这种偏差。
此外，通常连接件通过力配合固定在超声波焊接工具上。这通常借助于夹紧连接元件来实现，其中连接件的至少两个不需要焊接的表面借助于挤压装置夹紧。连接装置的这些表面同样不是完全平坦的，而是具有一定的过程相关的制造公差和/或表面粗糙度，从而由此进一步增强连接件在超声波工具上的位置相关的偏差。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种焊接装置以及一种焊接方法，利用该焊接装置和该焊接方法能够实现连接件与导体的可重复的并且过程安全的焊接。
该目的根据本发明通过根据权利要求1所述的焊接装置和根据权利要求8所述的焊接方法来实现。
充分已知一种焊接装置，用于在导体与连接件之间建立材料配合的连接，其具有至少一个超声波焊接工具，其中，连接件的接触面的至少一部分接触超声波焊接工具的接触面的至少一部分。
在这种装置中，超声波焊接工具、尤其是超声波焊接头或铁砧运动到另一个超声波焊接工具、尤其是铁砧或超声波焊接头上。超声波焊接头通过超声波转换器和可选的增压器以超声波振动激励。借助超声波焊接头或铁砧在连接件或导体上的压紧力，超声波振动被引入到连接件或导体中。在连接件和导体的处于接触的接触面的区域中产生焊接。
为了施加用来实现超声波振动的引入的压紧力，借助于进给装置使超声波焊接头朝铁砧的方向运动。也可能的是，超声波焊接头是固定的并且铁砧向超声波焊接头的方向运动。就此而言，提出一种进给装置，借助于所述进给装置，所述超声波焊接头和所述铁砧可相对彼此运动。进给装置的线性运动优选导致两个终端位置，即打开位置和最终焊接位置。在这两个位置之间，超声波焊接头和铁砧可相对彼此运动。
在此，将构造成与超声波焊接工具或连接件接触的表面定义为连接件和超声波焊接工具的接触面。这些接触面的至少部分构造为使得它们具有基本上彼此对应的纹路和/或构造为使得它们可以至少部分形状配合地彼此啮合。
在本申请的意义上，纹路是超声波焊接工具和/或连接件的接触面的通常的表面公差和/或通常的表面粗糙度之外的任何表面特征。在此优选的是，连接件和超声波焊接工具的纹路构造为使得纹路至少部分形状配合地相互啮合和/或基本上相互对应。
由此，与连接件和超声波焊接工具的由现有技术已知的平坦的接触面相比，连接件与超声波焊接工具之间的有效的、处于接触中的表面能够在焊接过程期间扩大，从而可以提高焊接过程的过程精度。特别是由于彼此对应的纹路和/或通过连接件和超声波焊接工具的形状配合的相互啮合，可以提供一种焊接方法或一种焊接装置，其针对连接件的由生产决定的制造公差是稳固的。特别地，可以减少焊接路径的变化，使得连接件和导体能够实现过程安全和可靠的焊接。
在此优选的是，连接件的接触面的至少一部分与超声波焊接工具的接触面的至少一部分的彼此对应的纹路这样设计，使得纹路可以过程有利地制造并且此外在焊接连接件和导体时得到较高的过程精度。例如，纹路可以锯齿形地构成和/或三角形地构成。
根据一个实施例建议，纹路通过连接件和超声波焊接工具的接触面的至少一部分的基本上彼此对应的波浪形纹路构成。波浪形纹路在结构方面能够有利地制造并且导致连接件能够以可靠的方式布置在超声波焊接工具上，由此能够实现连接件与导体之间的过程安全的焊接。
根据一个实施例建议，所述纹路通过连接件和超声波焊接工具的接触面的至少一部分的基本上彼此对应的、带槽的纹路形成。从结构方面看，带槽的纹路可以有利地制造，并且导致连接元件可以可靠地布置在超声波焊接工具上，由此实现连接件和导体之间的过程安全的焊接。
根据一个实施例建议，导体是扁平导体或母线，和/或连接件是扁平件。扁平导体和/或扁平件优选具有带有两个窄侧和两个宽侧的基本上矩形的横截面。连接件例如可以设计为电缆接线座、压接触点、接线片或者同样设计为导体。此外优选的是，导体、特别是扁平导体具有绝缘区域和去绝缘区域，其中，导体的去绝缘区域的至少一部分与连接件焊接。
根据一个实施例建议，连接件由铝材料或铜材料制成，尤其是连接件由复合材料制成。此外优选地，导体是铝绞合线。超声波焊接方法尤其在至少部分地包括铝的接合对象中是有利的，因为在借助超声波焊接时在待焊接的部件之间的接触面上的氧化铝层破裂。
根据一个实施例建议，焊接装置具有另外的超声波焊接工具，另外的超声波焊接工具的接触面的至少一部分接触导体的接触面的至少一部分，并且另外的超声波焊接工具的接触面的至少一部分和/或导体的接触面的至少一部分具有另外的纹路。所述另外的超声波焊接工具在此可以是超声波焊接头或铁砧。通过设置一个纹路和/或多个纹路可以提供可重复的焊接方法，该焊接方法具有足够的过程安全性。在分别在另外的超声波焊接工具的接触面的至少一部分上和在导体的接触面的至少一部分上设置多个纹路时，优选的是，纹路基本上彼此对应和/或能够形状配合地彼此啮合。
根据一个实施例建议，所述另外的一个和/或多个纹路通过波浪形的纹路、通过锯齿状的纹路或通过带槽的纹路构成。锯齿状的、带槽的或波浪形的纹路从结构方面看可以有利地制造并且导致连接元件可以以可靠的方式布置在超声波焊接工具上，由此能够实现连接件与导体之间的过程安全的焊接。
根据一个实施例建议，将连接件力配合地固定在超声波焊接工具上。由此能够实现连接件在超声波焊接工具上的精确定位，由此能够实现附加的过程精确性。
附图说明
下面借助示出实施例的附图进一步阐述本发明。附图中示出了：
图1以示意图示出本发明的焊接装置的一个实施方式，和
图2以示意图示出本发明的焊接装置的另一实施方式。
具体实施方式
图1以示意图示出了焊接装置2，其具有下部的超声波焊接工具4以及上部的超声波焊接工具6。下部的超声波焊接工具4例如可以构造为超声波焊接头并且上部的超声波焊接工具6可以构造为铁砧。同样也可以将下部的超声波焊接工具4例如构造为铁砧，而将上部的超声波焊接工具6构造为超声波焊接头。在下部的超声波焊接工具4上布置有连接件8，该连接件8与导体10焊接。导体10具有绝缘区域12和去绝缘区域14。
连接件8和下部的超声波焊接工具4在它们的彼此面对的表面上具有接触面16和18。连接件8和下部的超声波焊接工具4在接触面16和18的至少一部分上具有彼此对应的纹路20和22。纹路20和22波浪形地构造并且导致连接件8和下部的超声波焊接工具4的形状配合的彼此啮合，由此可以改善在焊接方法期间的过程精度。
图2以示意图示出了焊接装置2的另一实施例。导体10设计为扁平导体并且具有带有绝缘部13的绞合导体11，其中，绝缘部13在待与连接件8焊接的侧面上被去除。在接触面16和18的至少一部分上，连接件8和下部的超声波焊接工具4具有彼此对应的纹路24和26，其中，纹路24和26以带槽的方式形成。
在将连接件8布置在下部的超声波焊接工具4上之后，连接件8借助于挤压装置29力配合地固定。上部的超声波焊接工具6在其接触面28的至少一部分上具有锯齿状的纹路30，导体10借助其可以在焊接过程中额外地固定。

Claims (6)

1.一种用于在导体(10)与连接件(8)之间产生材料配合连接的焊接装置，其中所述导体(10)是扁平导体或母线，并且所述连接件(8)是扁平件，其具有
至少一个超声波焊接工具(4)，挤压装置(29)和至少一个连接件(8)，
其中，所述连接件(8)的接触面(18)的至少一部分接触所述超声波焊接工具(4)的接触面(16)的至少一部分，
其特征在于，
所述连接件(8)的接触面(18)的所述至少一部分和所述超声波焊接工具(4)的接触面(16)的所述至少一部分具有基本上彼此对应的纹路(20，22，24，26)，并且
所述挤压装置(29)设置用于力配合地将所述连接件通过连接件的至少两个不需要焊接的表面固定在所述超声波焊接工具(4)上，
所述焊接装置(2)具有另外的超声波焊接工具(6)，
所述另外的超声波焊接工具(6)的接触面(28)的至少一部分与所述导体(10)的接触面的至少一部分接触，并且
所述另外的超声波焊接工具(6)的接触面(28)的所述至少一部分和/或所述导体(10)的接触面的所述至少一部分具有另外的纹路(30)。
2.根据权利要求1所述的焊接装置，
其特征在于，
所述纹路(20，22，24，26)通过连接件(8)和超声波焊接工具(4)的接触面(16，18)的至少一部分的基本上彼此对应的波浪形纹路(20，22)形成。
3.根据权利要求1所述的焊接装置，
其特征在于，
所述纹路(20，22，24，26)通过连接件(8)和超声波焊接工具(4)的接触面(16，18)的至少一部分的基本上彼此对应的、带槽的纹路(24，26)形成。
4.根据权利要求1所述的焊接装置，
其特征在于，
连接件(8)由铝材料或铜材料制成，特别是连接件(8)由复合材料制成。
5.根据权利要求1所述的焊接装置，
其特征在于，
所述至少一个另外的纹路(30)和/或所述多个另外的纹路通过波浪形的纹路、通过锯齿状的纹路或通过带槽的纹路构成。
6.一种用于在导体(10)与连接件(8)之间产生材料配合连接的焊接方法，其中所述导体(10)是扁平导体或母线，并且所述连接件(8)是扁平件，
其中，所述连接件(8)布置在至少一个超声波焊接工具(4)上，
其中，所述超声波焊接工具(4)的接触面的至少一部分和所述连接件(8)的接触面的至少一部分彼此接触，
其中，所述连接件(8)的接触面的至少一部分和所述超声波焊接工具(4)的接触面的至少一部分具有彼此对应的纹路，其中，所述连接件(8)的至少一个区域借助超声波焊接工具(4)与导体(10)焊接，
其特征在于，
所述连接件(8)的接触面的所述至少一部分和所述超声波焊接工具(4)的接触面的所述至少一部分至少部分彼此形状配合地啮合，并且
所述连接件(8)力配合地通过所述连接件的至少两个不需要焊接的表面借助于挤压装置(29)固定在所述超声波焊接工具(4)上，
所述焊接装置(2)具有另外的超声波焊接工具(6)，
所述另外的超声波焊接工具(6)的接触面(28)的至少一部分与所述导体(10)的接触面的至少一部分接触，并且
所述另外的超声波焊接工具(6)的接触面(28)的所述至少一部分和/或所述导体(10)的接触面的所述至少一部分具有另外的纹路(30)。
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