DE102004044480A1 - Verfahren zur Herstellung einer Schweißverbindung sowie Schweißverbindung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anordnung zum Ultraschall-Verschweißen von Litzen (10) mit einem vorzugsweise quaderförmigen Träger (12), die gemeinsam in einen Verdichtungsraum (16) eingebracht werden, deren Breite auf die des Trägers eingestellt wird.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Schweißverbindung zwischen elektrischen Leitern wie Litzen mit einem flächigen eigensteifen Träger wie einem elektrischen Anschlusselement oder einem Abschnitt eines solchen, insbesondere Abschnitt eines Erdungskontakts, Kontaktmessers oder Kabelschuhs, wobei die Leiter mit dem Träger in einem von vier Begrenzungsflächen begrenzten im Querschnitt insbesondere rechteckförmigen Verdichtungsraum verschweißt werden, der beim Schweißen in seinem Querschnitt verkleinert wird, wobei eine erste Begrenzungsfläche von einer ersten Elektrode wie Sonotrode, ein parallel oder in etwa parallel zu der ersten Begrenzungsfläche verlaufende zweite Begrenzungsfläche von einer zu der ersten Elektrode verstellbaren Gegenelektrode wie Amboss und verbleibende dritte und vierte Begrenzungsflächen von einem ersten und einem zweiten Begrenzungselement gebildet werden, die relativ zu der ersten Elektrode verstellt werden. Ferner nimmt die Erfindung Bezug auf eine Schweißverbindung, insbesondere eine durch Ultraschall- oder Widerstandsschweißen hergestellte Schweißverbindung, bestehend aus einem einen Träger wie Abschnitt eines elektrischen Anschlusselementes, insbesondere in Form eines Erdungskontaktes, eines Kontaktmessers oder Kabelschuhs, und mit dem Träger verschweißten Leitern.
  • Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist aus der DE-A-199 06 088 (= EP-B-101 255) bekannt. Dabei wird zunächst ein Strang eines Kabels zu einem flachen Ende zusammengedrückt und auf die Sonotrode gelegt. Dabei sind die seitlichen Begrenzungselemente beabstandet zu der Sonotrode angeordnet. Anschließend wird ein als Kontaktstück zu bezeichnender Träger auf den Strang gelegt. Das Kontaktstück weist in diesem Bereich eine in Draufsicht V-förmige Geometrie auf. Die als Backen bezeichneten Begrenzungselemente werden sodann seitlich an den Strang herangefahren. Auf das Kontaktstück wird schließlich ein als Gegenelektrode wirkender Stempel abgesenkt. Dieser muss folglich eine auf den Abstand der Backen abgestimmte Breitenerstreckung aufweisen. so dass sich eine Konstruktion ergibt, wie diese der DE-C-34 37 749 entspricht.
  • Ein weiteres Verfahren zum Verschweißen elektrischer Leiter mit einem im Schnitt U-förmigen Träger eines elektrischen Anschlusselementes ist aus der DE.Z.: Die Bibliothek der Technik, Band 108: Ultraschall-Metallschweißen, Verlag Moderne Industrie, 86895 Landsberg, 1995, Seite 43, beschrieben. Dort ist ein in eine Öse übergehender Kabelschuh dargestellt, mit dem Litzen mittels Ultraschallschweißen verbunden sind. Der Kabelschuh weist dabei im Schnitt eine U-förmige Geometrie auf, wobei die Litzen mit der Innenfläche des Querschenkels des Kabelschuhs verschweißt werden. Hierzu sind Ultraschallschweißvorrichtungen bekannt, bei denen der Kabelschuh auf einer Gegenelektrode abgestützt wird. Seitlich zu dem Kabelschuh verschiebbar und sich entlang den Seitenschenkel erstreckend sind Begrenzungselemente angeordnet, zwischen denen eine Sonotrode, d. h. deren Sonotrodenkopf mit Schweißfläche in Richtung der Gegenelektrode absenkbar ist, um die Leiter mit dem Kabelschuh zu verschweißen. Um die Verstellbarkeit der Sonotrode sicherzustellen und Maßtoleranzen des Kabelschuhs zu berücksichtigen, verlaufen die Seitenbegrenzungen mit geringem Abstand entlang der Außenflächen der Seitenschenkel. Hierdurch bedingt können beim Schweißen auftretende Querkräfte dazu führen, dass die Seitenschenkel auseinander gebogen werden. Dabei ist die Schweißfläche plan ausgebildet, d. h. diese weist im Schnitt eine Gerade auf, die parallel oder im Wesentlichen parallel zu der Abstützfläche der Gegenelektrode verläuft.
  • Nachteilig der bekannten Anordnung ist des Weiteren, dass das Füllvolumen durch die Höhe der Seitenschenkel des Kabelschuhs vorgegeben wird, wobei der Kabelschuh nur in einem Umfang mit zu verschweißenden Litzen gefüllt werden darf, dass beim Absenken der Sonotrode ausgeschlossen ist, dass Litzen aus dem Kabelschuh herausgedrückt werden können.
  • Zu den oben beschriebenen Verfahren zum mechanischen und elektrischen Verbinden elektrischer Leiter wie Litzen mit einem einen flachen oder U-förmigen Träger aufweisenden elektrischen Anschlusselement sind speziell für diesen Zweck ausgebildete Ultraschallschweißvorrichtungen notwendig. Zur Herstellung von Durchgangs- oder Endknoten von Litzen sind diese Ultraschallschweißvorrichtungen nicht geeignet. Dieses Problem zeigt sich insbesondere bei der Endmontage eines in einer Montagevorrichtung eingespannten kundenspezifischen Kabelbaums, bei dem unterschiedliche Litzenkombinationen sowie Anschlusselemente mit unterschiedlichen Flachträgern zum Einsatz kommen. Bei den Verfahren nach dem Stand der Technik können derartige Anforderungen nur durch einen kosten- und zeitaufwändigen Werkzeugtausch realisiert werden.
    •
  • Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zu Grunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass Schweißverbindungen der eingangs erläuterten Art auf eine besonders flexible und kostengünstige Art hergestellt werden können.
  • Das Problem wird erfindungsgemäß im Wesentlichen dadurch gelöst, dass als Träger ein solcher verwendet wird, der parallel oder nahezu parallel zueinander verlaufende Längsseitenränder aufweist, dass der Verdichtungsraum in seinem Querschnitt dadurch verändert wird, dass das erste Begrenzungselement mit Spalt entlang der ersten Begrenzungsfläche in Richtung des als Halterung für die Gegenelektrode ausgebildeten zweiten Begrenzungselements verstellt wird, das seinerseits unter Einhaltung eines Spalts ausschließlich senkrecht oder nahezu senkrecht zu der ersten Begrenzungsfläche verstellt wird, dass bei geöffnetem und von der ersten Begrenzungsfläche, der innerhalb des Wirkbereichs der ersten Begrenzungsfläche verlaufenden dritten Begrenzungsfläche und der vierten Begrenzungsfläche begrenzten Verdichtungsraum in diesen die Leiter und der Träger eingelegt werden, dass das erste Begrenzungselement in Richtung des zweiten Begrenzungselements derart verstellt wird, dass Abstand der dritten und der vierten Begrenzungsfläche auf lichten Abstand zwischen den Längsseitenrändern des Trägers abgestimmt wird und dass sodann die Gegenelektrode in Richtung der ersten Elektrode durch Verstellen des zweiten Begrenzungselements verstellt wird.
  • Abweichend vom vorbekannten Stand der Technik ist die aus dem flachen, im Querschnitt im Wesentlichen rechteckigen Träger und den elektrischen Leitern gebildete quaderförmige Geometrie vollständig in dem Verdichtungsraum enthalten. Es kann somit eine Verdichtung und Verschweißung mit aus dem Stand der Technik bisher nur zum Verschweißen von Durchgangs- und Endknoten verwendeten Ultraschallschweißmaschinen erfolgen. Dadurch wird erreicht, dass zur Endmontage eines kundenspezifischen Kabelbaums mit unterschiedlichen Litzenkombinationen sowie Anschlusselementen mit unterschiedliche Querschnitte aufweisenden Trägern ein Werkzeugtausch nicht notwendig ist. Der Verdichtungsraum kann problemlos stufenlos an die aus flachem Träger und elektrischen Leitern gebildete Geometrie angepasst werden.
  • Kann als Träger ein eben flächiges oder gekrümmt flächiges Element verwendet werden, so werden die Litzen insbesondere bei nicht zusammengedrückten Drähten in den Verdichtungsraum eingelegt, also nicht bereits vorverdichtet.
  • Insbesondere durch die Abstimmung des Abstandes der dritten und vierten Begrenzungsflächen zueinander, also der Begrenzungselemente und somit der Breite des Verdichtungsraums ist sichergestellt, dass die Litzen im erforderlichen Umfang mit dem Träger verschweißt werden, ohne dass die Gefahr besteht, dass Litzen seitlich herausgedrückt werden. Dabei ist das Einlegen der Litzen problemlos durchführbar, da der Verdichtungsraum im Bodenbereich, auf den die Litzen gelegt werden, umfangsseitig geschlossen ist, also quasi eine rinnen- oder kanalförmige Aufnahme bei entfernter oder weitgehend entfernter Gegenelektrode frei zugänglich ist.
  • Um eine besonders feste Schweißverbindung zu ermöglichen, wobei gleichzeitig sichergestellt ist, dass beim Stromdurchgang unerwünschte Erwärmungen nicht auftreten, sieht eine hervorzuhebende Ausgestaltung der Erfindung vor, dass in den Verdichtungsraum Leiter mit einem Gesamtquerschnitt eingebracht werden, dass Querschnitt der verdichteten und mit dem Träger verschweißten Leiter gleich oder in etwa gleich Querschnitt des Trägers ist.
  • Auch zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass in den geöffneten Verdichtungsraum die Leiter auf die erste Begrenzungsfläche gelegt werden und sodann auf die Leiter der Träger gelegt wird, und dass anschließend das entlang der ersten Begrenzungsfläche verstellbare erste Begrenzungselement entweder an zugewandten Längsseitenrand des Trägers angefahren wird, wobei gegenüberliegender Längsseitenrand des Trägers an der vierten Begrenzungsfläche anliegt, oder bis auf einen Abstand zwischen der dritten Begrenzungsfläche zu der vierten Begrenzungsfläche verstellt wird. der gleich oder geringfügig kleiner als lichter Abstand zwischen den Längsseitenrändern des Trägers ist.
  • Insbesondere zeichnet sich die Erfindung durch folgende Verfahrensschritte aus:
    • – Einlegen der zu verschweißenden Leiter auf die erste Elektrode bei geöffnetem Verdichtungsraum,
    • – Auflegen des im Wesentlichen einen rechteckförmigen Querschnitt QT aufweisenden Trägers auf die Leiter,
    • – Verschieben des ersten Begrenzungselementes in Richtung des zweiten Begrenzungselementes bis auf einen Abstand b zwischen der dritten und vierten Begrenzungsfläche, wobei der Abstand b auf lichten Abstand zwischen den Längsseitenrändern des Trägers abgestimmt wird,
    • – Kompaktieren der Leiter zwischen dem Träger und der ersten Elektrode durch Absenken der Gegenelektrode auf den Träger und Kraftbeaufschlagen des Trägers in Richtung der ersten Elektrode,
    • – Bestimmung der Höhe oder Breite oder zumindest einer anderen charakteristischen Größe des Verdichtungsraums nach Abschluss der Kompaktierung,
    • – Abrufen von abgelegten Schweißparametern unter Zugrundelegung der Höhe oder Breite bzw. der charakteristischen Größe des Verdichtungsraums,
    • – Verschweißung der kompaktierten Leiter mit dem Träger bei gleichzeitiger Veränderung des Abstands zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode,
    • – Öffnen des Verdichtungsraums durch Anheben der zweiten Elektrode und Beabstanden des ersten Begrenzungselements zu dem zweiten Begrenzungselement und
    • – Entfernen der aus den mit dem Träger verschweißten Leiter gebildeten Schweißverbindung aus dem Verdichtungsraum.
  • Eine weitere bevorzugte Verfahrensweise sieht vor, dass die Schweißparameter in Abhängigkeit des Querschnitts QT des flachen Trägers und des Querschnitts QL der elektrischen Leiter bestimmt bzw. ausgewählt werden.
  • Das obige Verfahren erlaubt die Verwendung eines Anschlusselementes mit einem einfachen, flachen Träger bzw. Terminal. Diese sind im Vergleich zu den im Stand der Technik verwendeten und einen U-förmigen Träger aufweisenden Anschlusselementen kostengünstiger, da keine Biegeoperationen erforderlich sind und weniger Verschnitt anfällt.
  • Auch ist bei der Verwendung eines Anschlusselementes mit einem flachen Träger ein Verbiegen von Seitenschenkeln nicht möglich, wie dies bei U-förmigen Trägern nach dem Stand der Technik möglich war. Da die seitlichen Begrenzungsflächen eng an den diesen zugewandten seitlichen Flächen des flachen Trägers anliegen, ist zudem ausgeschlossen, dass einzelne Litzen der Leiter bei dem Schweißvorgang nicht erfasst werden.
  • Ferner ist es nicht erforderlich, dass der flache Träger eine spezielle Geometrie wie V-Geometrie aufweisen muss. Vielmehr weist der Träger erfindungsgemäß eine Flachquader-Geometrie, also in Draufsicht eine Rechteckgeometrie auf.
  • Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf eine Schweißverbindung, insbesondere auf eine durch Ultraschall- oder Widerstandsschweißen hergestellte Schweißverbindung, bestehend aus einem Träger wie Abschnitt eines elektrischen Anschlusselementes insbesondere in Form eines Erdungskontaktes, Kontaktmessers oder Kabelschuhs, und mit dem Träger verschweißten Leitern und zeichnet sich dadurch aus, dass die Schweißverbindung eine Quaderform aufweist, die sich aus dem Träger eines Querschnitts QT mit den mit diesem verschweißten einen Gesamtquerschnitt QL aufweisenden Leitern zusammensetzt. wobei der Gesamtquerschnitt QL der verschweißten Leiter gleich dem Querschnitt QT des Trägers oder in etwa gleich dem Querschnitt des Trägers ist. Dabei beläuft sich der Querschnitt des "Trägers vorzugsweise im Bereich von 0,5 mm2 und 100 mm2 und entsprechend der Querschnitt der verschweißten Leiter im gleichen Wertebereich.
    •
  • 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 eines der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispiels.
  • Es zeigen:
  • 1 einen im Querschnitt veränderbaren Verdichtungsraum einer Ultraschallschweißvorrichtung in einer ersten Stellung,
  • 2 den Verdichtungsraum gemäß 1 in einer zweiten Stellung,
  • 3 den Verdichtungsraum gemäß der 1 und 2 in einer dritten Stellung,
  • 4 einen weitere Ausführungsform eines im Querschnitt veränderbaren Verdichtungsraum einer Ultraschallschweißvorrichtung,
  • 5 eine weitere Ausführungsform eines in seinem Querschnitt veränderbaren Verdichtungsraums einer Ultraschallschweißvorrichtung,
  • 6 in perspektivischer Darstellung ein elektrisches Anschlusselement mit angeschweißten Litzen,
  • 7 einen Schnitt entlang der Linie VI-VI in 6 und
  • 8 eine Prinzipdarstellung einer Ultraschallschweißanordnung.
  • In 8 ist rein prinzipiell eine Anordnung dargestellt, mit der elektrische Leiter mit einem eigensteifen flächigen Träger mittels Ultraschall verschweißt werden. Die Anordnung umfasst eine Ultraschallschweißvorrichtung oder -maschine 110, die in gewohnter Weise einen Konverter 112, gegebenenfalls einen Booster 114 sowie eine Sonotrode 16 umfasst. Der Sonotrode 116 bzw. eine Fläche dieser sind eine mehrteilige Gegenelektrode 118 – auch Amboss genannt- sowie ein Schieber 120 zugeordnet, wie dies der DE-C-37 19 083 zu entnehmen ist, auf dessen Offenbarung ausdrücklich verwiesen wird. Die Sonotrode 116 bzw. deren Fläche, die Gegenelektrode 118 sowie der Schieber 120 begrenzen einen im Querschnitt verstellbaren Verdichtungsraum, der anhand der 1–5 näher erläutert wird. In den Verdichtungsraum werden die zu verschweißenden Elemente eingebracht.
  • Der Konverter 112 ist über eine Leitung 122 mit einem Generator 124 verbunden, der seinerseits über eine Leitung l26 zu einem PC 128 führt, über den eine Steuerung des Schweißprozesses erfolgt und in den Schweißparameter bzw. Querschnitt bzw. Breite des Trägers sowie der mit diesem zu verschweißenden Leiter eingegeben bzw. entsprechend abgespeicherte Werte abgerufen werden können.
  • Der 1 ist im Ausschnitt eine prinzipiell der 8 zu entnehmende Ultraschallschweißvorrichtung dargestellt, soweit der Verdichtungsraum betroffen ist. Mittels der Ultraschallschweißvorrichtung wird eine mechanische und elektrisch leitende Verbindung von elektrischen Leitern 10 wie Litzen, die zuvor nicht zusammengedrückt sein müssen, mit einem flächigen eigensteifen einen Querschnitt QT aufweisenden Träger 12 hergestellt. der Abschnitt eines Anschlusselementes 14 wie Erdungskontakt oder Kabelschuh sein kann. Hierzu werden die Leiter 10 und der Träger 12 in einen Verdichtungsraum 16 eingebracht.
  • Der Verdichtungsraum 16 weist – sowohl im Querschnitt als auch im Längsschnitt – eine rechteckförmige Geometrie auf und ist stirnseitig offen, um das Kabel der Litzen herauszuführen.
  • Der Verdichtungsraum umfasst eine erste Begrenzungsfläche 20, die von einem Abschnitt einer Sonotrode 26 gebildet wird. Gegenübeliegend zu der Fläche 18 erstreckt sich eine zweite Begrenzungsfläche 24, die von einem die Funktion einer Gegenelektrode oder eines Ambosses 34 ausübenden Querhaupt gebildet wird, der im Ausführungsbeispiel der 1 bis 3 von einem Begrenzungselement 32 ausgeht.
  • Seitlich wird der Verdichtungsraum 16 von einem als Schieber 30 zu bezeichnenden ersten Begrenzungselement begrenzt, der eine senkrecht zu der ersten Begrenzungsfläche 20 und der zweiten Begrenzungsfläche 24 verlaufende dritte Begrenzungsfläche 18 bildet. Die gegenüberliegende vierte Begrenzungsfläche 22 wird von dem ausschließlich senkrecht oder nahezu senkrecht zu der ersten Begrenzungsfläche 18 verschiebbaren Begrenzungselement 32 gebildet, das auch als zweites Begrenzungselement bezeichnet werden kann. Das zweite Begrenzungselement 32 und das Querhaupt 34 bilden demzufolge eine mehrteilige Gegenelektrode, wie diese aus dem Stand der Technik z. B. in Form der DE-C-35 08 122 zu entnehmen ist, auf deren Offenbarung ausdrücklich Bezug genommen wird.
  • Die Bewegungsrichtung des Schiebers 30, des Begrenzungselementes 32 und des Ambosses 34 wird durch die Doppelpfeile S1, S2, und S3 symbolisiert.
  • Um die Leiter 10 mit dem Träger 12 zu verschweißen, werden diese in den Verdichtungsraum 16 eingelegt. Dabei ist der Verdichtungsraum 16 geöffnet. Hierzu ist der Amboss 34 bzw. das Querhaupt in der Zeichnung nach rechts verschoben, so dass der Verdichtungsraum 16 von oben zugänglich ist, ohne dass jedoch die Litzen 10 seitlich aus dem Verdichtungsraum 16 herausgleiten können; denn der Schieber 30 befindet sich mit seiner Begrenzungsfläche 18 im Wirkbereich der Begrenzungsfläche 18 der Sonotrode 26.
  • Erfindungsgemäß erfolgt das Verschweißen der Leiter 10 mit dem Träger 12 in dem vorzugsweise stufenlos im Querschnitt verstellbaren Verdichtungsraum 16, wobei dieser in seiner Breite, also im Abstand zwischen der dritten und vierten Begrenzungsfläche 18, 22 auf die Breite des Trägers 12, also den lichten Abstand seiner Längsseitenränder 36, 38 einstellbar ist.
  • Der bevorzugten Verfahrensweise entsprechend werden zunächst die zu verschweißenden Leiter 10 in den Verdichtungsraum 16 eingelegt, also auf die erste Begrenzungsfläche 20. Sodann wird der Träger 12 eingebracht, wobei dessen flächige Erstreckung entlang der ersten Begrenzungsfläche 20, also in etwa senkrecht zu der dritten und vierten Begrenzungsfläche 18, 22 verläuft. Der Seitenschieber 30 wird sodann in Richtung des zweiten Begrenzungselementes 32 in Richtung des Pfeils S1 in einem Umfang bewegt, dass der Abstand zwischen der dritten und vierten Begrenzungsfläche 18, 22 gleich oder geringfügig kleiner als der lichte Abstand zwischen den Längsseitenrändern 36, 38 des Trägers 12 ist. Dies kann automatisch erfolgen oder aber dadurch, dass beim Bewegen des Schiebers 30 der Träger 12 in Richtung des zweiten Begrenzungselementes 32 verschoben wird, so dass der Träger 12 von den Begrenzungsflächen 18 und 22 quasi erfasst wird, folglich deren Abstand dem lichten Abstand der Längsseitenränder 36, 38 des Trägers 12 entspricht. Sodann wird das zweite Begrenzungselement 22 entlang der Sonotrode 26 (Pfeilrichtung S2) verstellt. Gleichzeitig wird das Querhaupt oder der Amboss 34 in Richtung der dritten Begrenzungsfläche 18 verschoben, so dass der Verdichtungsraum 16 sich schließt, wie anhand der 3 ersichtlich wird.
  • Die Breite b des Verdichtungsraums wird erwähntermaßen entweder durch einen mechanischen Anschlag entsprechend der vorgegebenen Breite des Trägers 12 oder durch diesen selbst begrenzt. Folglich ist die Breite b des Verdichtungsraums 16 im Wesentlichen durch die Breite des Trägers 12 bestimmt.
  • Nachdem der Verdichtungsraum 16 geschlossen ist, wird das Begrenzungselement 32 und somit der Amboss 34 in Richtung der Sonotrode 26 verstellt. Dies kann z. B. pneumatisch erfolgen. Dabei erfolgt ein Verdichten der Leiter 10. Nach Abschluss der Verdichtung weist der Verdichtungsraum 16 eine Höhe h auf. Die Höhe h kann mittels eines dem zweiten Begrenzungselement 32 zugeordneten Wegaufnehmers bestimmt werden, um sodann unter Zugrundelegung des Höhenmaßes oder einer anderen charakteristischen Größe des Verdichtungsraums 16 zuvor abgelegte Schweißparameter wie Schweißenergie, Schweißamplitude, Schweißzeit und Schweißdruck abzurufen, um bei Ultraschallerregung der Sonotrode 26 und über den Amboss 34 erfolgende Krafteinwirkung auf die Leiter 10 und den Träger 12 bei gleichzeitiger Verringerung der Höhe h die Leiter 10 und den Träger 12 zu verschweißen. Nach Abschluss des Schweißprozesses wird der Amboss 34 zurückgefahren. Entsprechend der zeichnerischen Darstellung wird der Schieber 30 in Richtung links bewegt. Sodann kann die Schweißverbindung bestehend aus den Leitern 10 und dem Träger 12 aus dem Verdichtungsraum 16 herausgenommen werden.
  • Der Querschnitt der in den Verdichtungsraum 16 eingelegten Leiter 10 sollte dabei derart ausgelegt sein, dass der Gesamtquerschnitt der mit dem Träger 12 verschweißten Leiter dem des Trägers 12 entspricht.
  • Den 4 und 5 sind weitere Ausführungsformen von Verdichtungsräumen von Ultraschallschweißvorrichtungen zu entnehmen, um entsprechend der erfindungsgemäßen Lehre die Leiter 10 mit einem eigensteifen flächigen Träger 12 zu verschweißen.
  • Abweichend vom Ausführungsbeispiel der 1 und 3 sind Amboss 34' und zweites Begrenzungselement 32' einteilig ausgebildet. Dabei ist der in Richtung des Schiebers 30 vorspringende Abschnitt des Amboss 34' auf die Breite des einzustellenden Verdichtungsraums 16 abgestellt, also dem lichten Abstand der Längsseitenränder 36, 38 des Trägers 12. Der Verfahrensablauf zum Verschweißen der Leiter 10 mit dem Träger 12 erfolgt sodann in zuvor beschriebener Weise.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch auch realisierbar, wenn der entlang der Sonotrode 26 vorspringende Bereich des Ambosses 34 geringer als lichter Abstand der Längsseitenränder 36, 38 des Trägers 12 ist, wie sich anhand der 5 ergibt. Allerdings sollte der vorspringende, mit dem zweiten Begrenzungselement 32' eine Einheit bildende Abschnitt des Amboss 34' eine Erstreckung aufweisen, die sicherstellt, dass beim Verschweißen der Leiter 10 mit dem Träger 12 dieser nicht in dem Verdichtungsraum 16 wegkippen kann.
  • 6 zeigt eine perspektivische Ansicht des einen flachen Träger 12 aufweisenden Anschlusselementes 14, an dem Leiter 10 elektrischer Leitungen 42 verschweißt sind.
  • 7 in der ein Querschnitt entlang der Schnittlinie VI gemäß 6 dargestellt ist, zeigt, dass der Querschnitt der Schweißverbindung, insbesondere Ultraschall- oder Widerstandsschweißverbindung im Wesentlichen rechteckförmig ausgebildet ist, wobei die Breite des Querschnitts durch die Breite b des Trägers 12 vorgegeben bzw. bestimmt ist.
  • Das Anschlusselement 14 ist vorzugsweise als flaches Stanzelement aus einem leitenden Metall wie Kupfer ausgebildet, wobei der flache Träger 12 einen Querschnitt QT derart aufweist, dass dieser im Wesentlichen dem von den Leitern 10 in kompaktiertem Zustand gebildeten Querschnitt QL entspricht. Das erfindungsgemäße Verfahren kann sowohl bei Anschlusselementen mit Isolationskrimp als auch bei Anschlusselementen ohne Isolationskrimp angewendet werden.
  • Bei Verwendung eines Anschlusselementes 14 ohne Isolationskrimp kann die Übergangsstelle zwischen flachem Träger 12 und den Leitungen 42 mittels eines Schrumpfschlauchs isoliert und abgedichtet werden. Der Schrumpfschlauch dient zur Isolation ggf. wasserdichten Isolation und kann zudem Quer- und Längskräfte optimal aufnehmen. Der Schrumpfschlauch kann zudem mit einer Füllmasse wie Schmelzkleber ausgefüllt sein.
  • Es besteht z. B. auch die Möglichkeit, die Schweißverbindung mittels eines den Träger umschließenden Kabelbinders zu sichern.
  • Gegenüber dem Stand der Technik zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere dadurch aus, dass zur Kontaktierung einfache und flache Anschlusselemente eingesetzt werden können, die in ihrer Herstellung kostengünstig sind, da keine Biegeoperationen erforderlich und weniger Verschnitt anfällt, wie dies beispielsweise bei den Uförmigen Anschlussklemmen nach dem Stand der Technik der Fall war. Auch besteht die Möglichkeit, eine Anschlussfahne 42 mit Bohrung 44 des Anschlusselementes 14 partiell mit einem Überzug wie beispielsweise Zinn zu versehen.
  • Im Vergleich zum Stand der Technik ist der Querschnitt QT des flachen Abschnitts 12 des Anschlusselementes vergrößert, um einerseits eine mechanische Stabilität und andererseits eine elektrische Leitfähigkeit zu erreichen. Auch können Verstärkungsrippen im Übergang zwischen dem flachen Träger 12 und der Anschlussfahne 42 vorgesehen sein.
  • Als besonderer Vorteil ist jedoch hervorzuheben, dass das beschriebene Verfahren mit Standard-Litzenschweißmaschinen möglich ist, welche nach dem Stand der Technik zur Durchführung von End- und Durchgangsknoten verwendet wurden. Somit ist auch ein Einsatz in Endmontagen beispielsweise von kundenspezifischen Kabelbäumen möglich, wobei unterschiedliche Litzenkombinationen sowie unterschiedliche Anschlussbreiten von flachen Trägern verwendet werden, ohne dass ein Werkzeugtausch erfolgen muss.

Claims (15)

  1. Verfahren zum Herstellen einer Schweißverbindung zwischen elektrischen Leitern wie Litzen mit einem flächigen eigensteifen Träger wie einem elektrischen Anschlusselement oder einem Abschnitt eines solchen, insbesondere Abschnitt eines Erdungskontakts, Kontaktmessers oder Kabelschuhs, wobei die Leiter mit dem Träger in einem von vier Begrenzungsflächen begrenzten im Querschnitt vorzugsweise rechteckförmigen Verdichtungsraum verschweißt werden, der beim Schweißen in seinem Querschnitt verkleinert wird, wobei eine erste Begrenzungsfläche von einer ersten Elektrode wie Sonotrode, ein parallel oder in etwa parallel zu der ersten Begrenzungsfläche verlaufende zweite Begrenzungsfläche von einer zu der ersten Elektrode verstellbaren Gegenelektrode wie Amboss und verbleibende dritte und vierte Begrenzungsflächen von einem ersten und einem zweiten Begrenzungselement gebildet werden, die relativ zu der ersten Elektrode verstellt werden, dadurch gekennzeichnet, dass als Träger ein solcher verwendet wird, der parallel oder nahezu parallel zueinander verlaufende Längsseitenränder aufweist, dass der Verdichtungsraum in seinem Querschnitt dadurch verändert wird, dass das erste Begrenzungselement mit Spalt entlang der ersten Begrenzungsfläche in Richtung des als Halterung für die Gegenelektrode ausgebildeten zweiten Begrenzungselements verstellt wird, das seinerseits unter Einhaltung eines Spalts ausschließlich senkrecht oder nahezu senkrecht zu der ersten Begrenzungsfläche verstellt wird, dass bei geöffnetem und von der ersten Begrenzungsfläche, von der innerhalb des Wirkbereichs der ersten Begrenzungsfläche verlaufenden dritten Begrenzungsfläche und von der vierten Begrenzungsfläche begrenzten Verdichtungsraum in diesen die Leiter und der Träger eingelegt werden, dass das erste Begrenzungselement in Richtung des zweiten Begrenzungselements derart verstellt wird, dass Abstand der dritten und der vierten Begrenzungsfläche auf lichten Abstand zwischen den Längsseitenrändern des Trägers abgestimmt wird und dass sodann die Gegenelektrode in Richtung der ersten Elektrode durch Verstellen des zweiten Begrenzungselements verstellt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Träger ein eben flächiges oder gekrümmt flächiges Element verwendet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Litzen unzusammengedrückt in den offenen Verdichtungsraum eingelegt werden.
  4. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den geöffneten Verdichtungsraum die Leiter auf die erste Begrenzungsfläche gelegt werden und sodann auf die Leiter der Träger gelegt werden und dass anschließend das entlang der ersten Begrenzungsfläche verstellbare erste Begrenzungselement entweder an zugewandten Längsseitenrand des Trägers angefahren wird, wobei gegenüberliegender Längsseitenrand des Trägers an der dritten Begrenzungsfläche anliegt, oder bis auf einen Abstand zwischen der dritten Begrenzungsfläche zu der vierten Begrenzungsfläche verstellt wird, der gleich oder geringfügig kleiner als lichter Abstand zwischen den Längsseitenrändern des Trägers ist.
  5. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Verdichtungsraum Leiter mit einem Gesamtquerschnitt eingebracht werden, dass Querschnitt der verdichteten und mit dem Träger verschweißten Leiter gleich oder in etwa gleich Querschnitt des Trägers ist.
  6. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der dritten und der vierten Begrenzungsfläche auf zuvor festgelegten Wert eingestellt wird, der auf den lichten Abstand der Längsseitenränder des Trägers abgestimmt ist.
  7. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der dritten und vierten Begrenzungsfläche auf einen Wert derart eingestellt wird, dass der Träger bei Krafteinwirkung durch die Gegenelektrode in Richtung der Elektrode bewegbar und parallel zu der vierten Begrenzungsfläche ausgerichtet wird.
  8. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichtungsraum stufenlos an die aus dem Träger und den elektrischen Leitern gebildete Geometrie anpassbar ist.
  9. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist: – Einlegen der zu verschweißenden Leiter auf die erste Elektrode bei geöffnetem Verdichtungsraum, – Einlegen des im Wesentlichen einen rechteckförmigen Querschnitt QT aufweisenden Trägers auf die Leiter, – Verschieben des ersten Begrenzungselementes (30, 32, 34) in Richtung des zweiten Begrenzungselementes bis auf einen Abstand b zwischen der dritten und vierten Begrenzungsfläche, wobei der Abstand b auf lichten Abstand zwischen den Längsseitenrändern des Trägers abgestimmt wird, – Kompaktieren der Leiter zwischen dem Träger und der ersten Elektrode durch Absenken der Gegenelektrode auf den Träger und Kraftbeaufschlagen des Trägers in Richtung der ersten Elektrode, – Bestimmung der Höhe h oder Breite b oder zumindest einer anderen charakteristischen Größe des Verdichtungsraums nach Abschluss der Kompaktierung, – Abrufen von abgelegten Schweißparametern unter Zugrundelegung der Höhe h oder Breite b bzw. der charakteristischen Größe des Verdichtungsraums, – Verschweißung der kompaktierten Leiter mit dem Träger bei gleichzeitiger Veränderung des Abstands zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode, – Öffnen des Verdichtungsraums durch Anheben der zweiten Elektrode und Beabstanden des ersten Begrenzungselements zu dem zweiten Begrenzungselement und – Entfernen der aus den mit dem Träger verschweißten Leiter gebildeten Schweißverbindung aus dem Verdichtungsraum.
  10. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißparameter in Abhängigkeit des Querschnitts QT des Trägers und/oder des Gesamtquerschnittes der Leiter bestimmt bzw. ausgewählt werden.
  11. Schweißverbindung, insbesondere Ultraschall- oder Widerstandsschweißverbindung, bestehend aus einem einen Träger (12) wie Abschnitt eines elektrischen Anschlusselements, insbesondere in Form eines Erdungskontaktes, Kontaktmessers oder Kabelschuhs, und mit dem Träger verschweißten Leitern (10), dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißverbindung eine Quaderform aufweist, die sich aus dem Träger (12) mit den mit darin verschweißten einen Gesamtquerschnitt QL aufweisende Leitern (10) zusammensetzt, wobei der Gesamtquerschnitt QL der verschweißten Leiter gleich dem Querschnitt QT des Trägers ist.
  12. Schweißverbindung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (12) einen rechteckförmigen Querschnitt QT mit 0,15 mm2 bis 100 mm2 ≤ Qt ≤ 100 mm2 aufweist.
  13. Schweißverbindung nach Anspruch 11. dadurch gekennzeichnet, dass der Gesamtquerschnitt QL der Leiter (10) beträgt von 0,15 mm2 ≤ QL ≤ 100 mm2 liegt.
  14. Schweißverbindung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißverbindung mittels eines Schrumpfschlauchs ggf. unter Verwendung einer Füllmasse wie Schmelzkleber isoliert, abgedichtet und gegen Längsund Querkräfte gesichert ist.
  15. Schweißverbindung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißverbindung mittels eines den Träger umschließenden Kabelbinders gesichert ist.
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