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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Verbindung eines elektrischen Übertragungselements mit einem
Kontaktelement, wobei das elektrische Übertragungselement wenigstens
einen elektrischen Leiter aufweist, der von einer Aderhülle umgeben
ist.
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Nach
einem bekannten Verfahren zur Verbindung eines elektrischen Übertragungselements, beispielsweise
in Form eines elektrischen Kabels, mit einem Kontaktelement werden
ein freigelegter elektrischer Leiter des Übertragungselements einerseits und
eine Aderhülle
des Übertragungselements,
beispielsweise in Form einer elektrischen Isolierung, andererseits
je mit dem Kontaktelement verbunden, indem sie mittels je eines
gesonderten Crimpbereichs des Kontaktelements vercrimpt werden.
Bei einem solchen Crimpvorgang wird einerseits ein Leitercrimpbereich
des Kontaktelements mit dem elektrischen Leiter des Übertragungselements
in Press- oder Quetschkontakt gebracht und wird andererseits die
Aderhülle,
beispielsweise in Form einer Isolierung, des elektrischen Übertragungselements
mit einem Isolationscrimpbereich des Kontaktelements in Press- bzw.
Quetschkontakt gebracht, um das Übertragungselement
am Kontaktelement zu befestigen.
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In
DE 103 58 153 A1 sind
ein Verbindungsverfahren und eine Verbindungsanordnung eines elektrischen
Kabels mit einem Kontaktelement beschrieben. Gemäß dem Verbindungsverfahren
zur Verbindung des elektrischen Kabels mit einem Kontaktelement
werden, nachdem ein Leiter des elektrischen Kabels vercrimpt wurde,
um mit einem Leitercrimpabschnitt des Kontaktelements verbunden
zu werden, der Leiter und der Leitercrimpabschnitt verschweißt, indem
ein Laserstrahl auf eine Bodenwand des Leitercrimpabschnitts geleitet
wird. Zu diesem Zweck muss das elektrische Kabel zunächst einem Leitercrimpbereich
zugeführt
werden, der zunächst den
Leiter des elektrischen Kabels mit dem Leitercrimpabschnitt des
Kontaktelements sowie den Kabelmantel des Kabels mit dem Isolationscrimpbereich
vercrimpt. Danach wird die so hergestellte Verbindungsanordnung
aus elektrischem Kabel und Kontaktelement einer Laser-Schweißvorrichtung
zugeführt,
welche den Laserstrahl zur Herstellung der Schweißverbindung
auf eine Bodenwand des Kabelcrimpabschnitts leitet. Bei einer derartigen
Vorgehensweise werden das elektrische Kabel und das Kontaktelement
zur Durchführung
des Crimpvorgangs zunächst
der Crimpvorrichtung zugeführt,
anschließend
muss die hergestellte Verbindungsanordnung der Crimpvorrichtung
entnommen werden, bevor sie der Laser-Schweißvorrichtung zugeführt wird, um
in einem separaten Arbeitsvorgang den Schweißvorgang durchzuführen. Ein
derartiges Verbindungsverfahren in mehreren separaten Arbeitsvorgängen erfordert
einen vergleichsweise hohen Zeitaufwand bei der Durchführung des
Verbindungsverfahrens und erfordert mehrere Verarbeitungsstationen
mit entsprechend hohem Geräteaufwand.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
und eine Vorrichtung zur Verbindung eines elektrischen Übertragungselements
mit einem Kontaktelement anzugeben, das bzw. die dazu geeig net ist,
den Zeitbedarf und den Geräteaufwand
zur Durchführung
des Verbindungsverfahrens vergleichsweise gering zu halten.
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Die
Aufgabe betreffend das Verfahren wird gelöst durch ein Verfahren zur
Verbindung eines elektrischen Übertragungselements
mit einem Kontaktelement gemäß Patentanspruch
1. Die Aufgabe betreffend die Vorrichtung wird gelöst durch
eine Vorrichtung zur Verbindung eines elektrischen Übertragungselements
mit einem Kontaktelement gemäß Patentanspruch
11.
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Nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren zur
Verbindung eines elektrischen Übertragungselements
mit einem Kontaktelement werden das elektrische Übertragungselement und das
Kontaktelement zur Herstellung einer Verbindung einer Arbeitsstation zugeführt und
verbleiben für
einen Arbeitsvorgang mit einer bestimmten Verweildauer in der Arbeitsstation,
bevor sie der Arbeitsstation wieder entnommen werden. In der Arbeitsstation
wird die Aderhülle
des elektrischen Übertragungselements,
die einen elektrischen Leiter umgibt, mit wenigstens einem Crimpelement
des Kontaktelements vercrimpt. Während derselben
Verweildauer des Kontaktelementes in der Arbeitsstation oder während desselben
Arbeitstaktes der Arbeitsstation wird der elektrische Leiter des Übertragungselements
mit einem Kontaktbereich des Kontaktelements verschweißt. Nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren
werden also der Crimpvorgang und der Schweißvorgang zur Herstellung der
Verbindung zwischen dem elektrischen Übertragungselement und dem
Kontaktelement in einem zum selben Arbeitstakt bzw. zur selben Verweildauer gehörenden gemeinsamen
Arbeitsvorgang innerhalb einer gemeinsamen Arbeitsstation durchgeführt, so dass
für beide
Vorgänge
eine gemeinsa me Arbeitsstation verwendet werden kann. Damit lässt sich
eine deutliche Reduzierung einer Zykluszeit für die Herstellung einer Verbindung
zwischen einem Übertragungselement
und einem Kontaktelement erreichen, da der Transportvorgang der
gebildeten Verbindungsanordnung aus einer Crimpvorrichtung in eine separate
Schweißvorrichtung
erfindungsgemäß entfallen
kann.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Verbindung eines elektrischen Übertragungselements mit einem
Kontaktelement enthält
eine Zuführeinrichtung
zur Zuführung
eines Kontaktelements und eines elektrischen Übertragungselements sowie eine
Arbeitsstation, der das Kontaktelement und das elektrische Übertragungselement
durch die Zuführeinrichtung
zugeführt
werden. Die Arbeitsstation ist dabei derart ausgebildet, dass die
zu verbindenden Elemente für
einen Arbeitsvorgang mit einer bestimmten Verweildauer in der Arbeitsstation
verbleiben, bevor sie der Arbeitsstation wieder entnommen werden. Die
Arbeitsstation umfasst eine Crimpeinrichtung, die dazu ausgebildet
und betreibbar ist, die Aderhülle des
elektrischen Übertragungselements
mit wenigstens einem Crimpelement des Kontaktelements zu vercrimpen.
Weiterhin umfasst die Arbeitsstation eine Schweißvorrichtung, die dazu ausgebildet
und betreibbar ist, den elektrischen Leiter mit einem Kontaktbereich
des Kontaktelements zu verschweißen. Die Crimpeinrichtung und
die Schweißvorrichtung sind
dazu eingerichtet, in einem zum selben Arbeitstakt bzw. zur selben
Verweildauer gehörenden
gemeinsamen Arbeitsvorgang für
einen Crimpvorgang und einen Schweißvorgang betätigt zu
werden.
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Für den Anwendungsfall,
dass das elektrische Übertragungselement
mehrere elektrische Leiter aufweist, insbesondere eine Litzendrahtanord nung,
die von einer gemeinsamen Aderhülle
umgeben sind, wird in der Arbeitsstation wenigstens ein Teil der
elektrischen Leiter mit einem Kontaktbereich des Kontaktelements
verschweißt.
Dabei werden wenigstens mehrere der elektrischen Leiter untereinander
kompaktiert, d.h. die einzelnen Drähte des Litzenbündels werden
miteinander zu einem Bündel
verschweißt.
Vorzugsweise wird bei dem kompaktierenden Schweißvorgang das kompaktierte Litzenbündel auch
an das Kontaktelement angeschweißt.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung wird der elektrische Leiter mit dem Kontaktbereich
des Kontaktelements verschweißt,
während sich
das Isolationscrimpwerkzeug in Crimpposition befindet. Dazu wird
insbesondere eine Crimpeinrichtung geschlossen, so dass die Aderhülle des
elektrischen Übertragungselements
mit dem Crimpbereich des Kontaktelements vercrimpt wird. Während des selben
Arbeitstaktes oder derselben Verweildauer des Kontaktelementes in
der Arbeitsstation wird der elektrische Leiter mit dem Kontaktbereich
des Kontaktelements verschweißt,
beispielsweise mittels eines Widerstandsschweißverfahrens, bei welchem eine
erste Schweißelektrode
und eine zweite Schweißelektrode
von gegenüberliegenden
Seiten die zu verschweißenden
Elemente kontaktieren. Während
des Schweißvorgangs
wird das Übertragungselement
von der Crimpeinrichtung festgehalten. Nach dem Beenden des Schweißprozesses
wird die Crimpeinrichtung wieder gelöst, so dass die so gebildete
Verbindungsanordnung freigegeben wird.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung wird der elektrische Leiter während des Schweißvorgangs
von einer Stützeinrichtung
der Arbeitsstation gegen eine Ausweichtendenz bewirkende Kräfte gehalten.
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Beispielsweise
weist die Stützeinrichtung seitlich
zu den zu verschweißenden
Elementen paarweise angeordnete Stützelemente auf, wobei ein erstes
der Stützelemente
auf einer ersten Seite und ein zweites der Stützelemente auf einer gegenüberliegenden
zweiten Seite der zu verschweißenden
Elemente angeordnet werden. Die Stützelemente sind beispielsweise
als Keramikbacken ausgeführt,
die beidseits neben die zu verschweißenden Elemente in Position
gebracht werden. In einer Stützposition
sind die Stützelemente
bevorzugt derart angeordnet, dass sie ohne seitlichen Abstand an
der jeweiligen Seite der zu verschweißenden Elemente anliegen.
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Um
die Stützeinrichtung
an die zu verschweißenden
Elemente anzunähern,
ist die Stützeinrichtung
vorzugsweise entlang einer zweiten Achse verfahrbar, die näherungsweise
orthogonal zu einer ersten Achse verläuft, entlang welcher die Schweißvorrichtung
zur Annäherung
an die zu verschweißenden Elemente
verfahren wird, um durch eine Energiezufuhr den Schweißvorgang
durchzuführen.
Beispielsweise ist die Schweißvorrichtung
entlang einer vertikalen Achse verfahrbar, wohingegen die einzelnen Stützelemente
der Stützeinrichtung
entlang einer horizontalen Achse seitlich an die zu verschweißenden Elemente
angenähert
werden.
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Insbesondere
für den
Fall, in welchem mehrere Kontaktelemente aufgereiht und intermittierend der
Arbeitsstation zugeführt
werden, ist die Stützeinrichtung
des weiteren entlang einer dritten Achse verfahrbar, die näherungsweise
orthogonal zu den genannten beiden anderen Achsen angeordnet ist.
Gemäß einer
Ausführungsform
des Verbindungsverfahrens wird die Stützeinrichtung vor dem Schweißvorgang
entlang dieser dritten Achse verfahren, um die Stützeinrichtung
zwischen die aufgereihten Kontaktelemente zu bringen. Anschließend wird
die Stützeinrichtung
entlang der zweiten Achse an die zu verschweißenden Elemente seitlich angenähert, um
die Stützposition
einzunehmen.
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Alternativ
oder zusätzlich
zu der Bewegung entlang der dritten Achse kann die Stützeinrichtung
in einer mindestens näherungsweise
parallel zur ersten Achse verlaufenden Richtung verfahren werden,
bevor die Stützelemente
entlang der zweiten Achse zu den zu verschweißenden Elementen herangefahren werden.
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Bei
einer Ausführungsform
der Erfindung werden zur Aufnahme der beim Schweißvorgang entstehenden
seitlichen Kräfte
die beiden seitlichen Stützelemente
der Stützeinrichtung über eine
Spange oder ein spangenartiges Verriegelungselement verriegelt.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist in der Arbeitsstation eine Abtrenneinrichtung
enthalten, um das zu verschweißende
Kontaktelement von einem Trägerelement
zu trennen, an welchem mehrere zu verarbeitende Kontaktelemente angebracht
sind. Beispielsweise sind mehrere Kontaktelemente in einer Reihe
einseitig mit einem Trägerstreifen
verbunden, der in der Arbeitsstation vom zu verbindenden Kontaktelement
abgetrennt wird. Bevorzugt wird die Abtrenneinrichtung mit dem gleichen
Verfahrvorgang in eine Abtrennposition gebracht, in welchem die
Crimpeinrichtung in Crimpposition gebracht wird, um die Aderhülle mit
dem Crimpelement des Kontaktelements zu vercrimpen. Dadurch lässt sich
wiederum eine deutliche Zeitersparnis während des Ver bindungsprozesses
erzielen, da mit dem ohnehin durchzuführenden Crimpprozess gleichzeitig
der Abtrennprozess durchgeführt
wird.
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In
einer Weiterbildung der Erfindung weist die Abtrenneinrichtung ein
Messer und einen verfahrbaren Stößel auf,
der in einer Stoßrichtung
auf das Messer einwirkt und dieses in der Stoßrichtung bewegt, um das Trägerelement
vom Kontaktelement abzutrennen. Vorzugsweise wird der Stößel mit
der Crimpeinrichtung verbunden, so dass der Stößel und die Crimpeinrichtung
in einem Verfahrvorgang zur Annäherung
an das Messer bzw. an das Kontaktelement synchron zueinander bewegt
werden.
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In
einer Weiterbildung der Erfindung ist die erfindungsgemäße Arbeitsstation
in einem Modulgestell anordenbar und darin als austauschbares Wechselwerkzeug
ausgebildet. Damit ist es ermöglicht, eine
Anpassung an verschiedenartige Kontaktelemente und/oder verschiedenartige
elektrische Übertragungselemente
einer Herstellungslinie vorzunehmen. Wird beispielsweise nach einer
Serie von mehreren zugeführten
Kontaktelementen einer ersten Art der Arbeitsstation eine weitere
Serie dazu unterschiedlicher Kontaktelemente zugeführt, so
ist es mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ermöglicht,
die Arbeitsstation zur Bearbeitung der ersten Serie von Kontaktelementen
gegen eine Arbeitsstation zur Bearbeitung der zweiten Serie von
Kontaktelementen mit kurzer Demontage- bzw. Montagezeit auszutauschen.
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Zu
diesem Zweck befindet sich die Arbeitsstation beispielsweise auf
einer Trägerplatte,
welche mittels einer Schnellspanneinrichtung an dem Modulgestell
montierbar und von diesem demontierbar ist. Auf diese Art ist es
ermöglicht,
eine erste Arbeitsstation schnell zu demontieren und gegen eine
zweite Arbeitsstation auszutauschen.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren
und der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist es grundsätzlich
möglich,
verschiedene Arten von elektrischen Übertragungselementen mit verschiedenen
Arten von Kontaktelementen zu verbinden. Beispielsweise ist das
elektrische Übertragungselement
als elektrisches Kabel ausgebildet, bei welchem ein elektrischer
Leiter von einem Kabelmantel als Aderhülle umgeben ist. Des weiteren
kann das elektrische Übertragungselement
als einzelne elektrische Ader innerhalb eines Bündels mehrerer elektrischer Übertragungselemente
ausgebildet sein, wobei das Bündel
von einem gemeinsamen Kabelmantel umgeben ist. In letzterem Fall
ist der elektrische Leiter eines Übertragungselements lediglich
von einer Isolierung als Aderhülle
umgeben. Der elektrische Leiter wiederum kann in einer Ausführungsform,
wie oben bereits beschrieben, als einheitlicher Draht oder als Litzendrahtanordnung
mit mehreren verseilten, elektrisch leitfähigen Drähten ausgeführt sein.
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Weitere
vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten
Figuren, die Ausführungsformen
einer erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung
darstellen, näher
erläutert.
Es zeigen
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1 eine
Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Verbindung eines elektrischen Übertragungsele ments mit einem
Kontaktelement mit einer Arbeitsstation in einer dreidimensionalen
Ansicht,
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2 eine
Detaildarstellung einzelner Elemente der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung
in einer Seitenansicht,
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3 eine
weitere Detaildarstellung einzelner Elemente der Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
in einer dreidimensionalen Ansicht,
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4 eine
Darstellung einzelner Elemente der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung
in einer dreidimensionalen Ansicht,
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5 eine
Darstellung einzelner Elemente der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung
in einer Frontalansicht,
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6 eine
weitere Detailansicht von Elementen der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung
in einer dreidimensionalen Darstellung,
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7 eine
weitere Detailansicht von Elementen der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung
in einer dreidimensionalen Darstellung,
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8 eine
Detailansicht einer Kühlvorrichtung
der Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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9 eine
Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
mit einer Arbeitsstation, die in einem Modulgestell angeordnet ist.
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Anhand
der 1 bis 3 wird im Folgenden der Aufbau
einer Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Verbindung eines elektrischen Übertragungselements mit einem
Kontaktelement näher
erläutert.
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1 zeigt
in einer dreidimensionalen Ansicht eine Ausführungsform einer Arbeitsstation 2, der
mehrere Kontaktelemente 5, die einseitig mit einem Trägerstreifen 53 verbunden
sind, über
eine Zuführeinrichtung
zugeführt
werden, um jeweils mit einem elektrischen Übertragungselement 6 verbunden zu
werden. 2 und 3 zeigen
jeweilige Detaildarstellungen der Arbeitsstation 2 gemäß 1.
Wie anhand von 2 näher dargestellt, wird der Arbeitsstation 2 durch
die Zuführeinrichtung
ein elektrisches Übertragungselement 6 zugeführt, das
einen elektrischen Leiter 61 innerhalb einer Aderhülle 62 aufweist.
Die Aderhülle 62 ist
beispielsweise als Isolierung ausgebildet, der elektrische Leiter 61 umfasst beispielsweise
eine Litzendrahtanordnung, bei der mehrere einzelne elektrisch leitfähige Litzen
zu einem elektrischen Leiter verseilt sind. Das Übertragungselement 6 mit
dem freiliegenden Leiter 61 wird auf einer Fläche eines
Tragmessers 30 platziert, oberhalb eines Kontaktelements 5,
mit dem es verbunden werden soll. Das Kontaktelement 5 weist
im vorliegenden Ausführungsbeispiel
zwei Crimpelemente in Form von Crimplaschen 51 auf, wie
insbesondere anhand von 3 näher dargestellt. Diese Crimplaschen 51 dienen
dazu, die Aderhülle 62 des Übertra gungselements 6 mit
dem Kontaktelement 5 zu verbinden, indem die Crimplaschen 51 mit
der Aderhülle 62 vercrimpt
werden, so dass ein Press- oder Quetschkontakt zwischen den Crimplaschen 51 und
der Aderhülle 62 hergestellt
ist. In diesem Zusammenhang ist es prinzipiell auch möglich, als Crimpelement
lediglich nur eine Crimplasche vorzusehen, die mit der Aderhülle inQuetschkontakt
gebracht wird.
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Die
Kontaktelemente 5, die an dem Trägerstreifen 53 befestigt
sind, werden von links nach rechts mittels einer Führungsschiene 72,
die auf einer Zuführungsplatte 73 angeordnet
ist und zwischen sich und der Zuführungsplatte 73 einen
Zuführungsspalt
bildet, dem nachfolgenden Bearbeitungsvorgang zur Verbindung mit
dem elektrischen Übertragungselement 6 zugeführt. Der
Trägerstreifen 53 weist
zu diesem Zweck Transportöffnungen 54 auf (siehe
beispielsweise 5), in welche ein Vorschubfinger 70 eingreift,
um den Trägerstreifen 53 mit
einer intermittierenden Bewegung von links nach rechts zu bewegen.
Der Vorschubfinger 70 wird zu diesem Zweck entlang der
Führungsschiene 72 (5)
geführt,
die auf der Zuführungsplatte 73 befestigt
ist. Zur Bewegung des Vorschubfingers 70 dient ein pneumatischer
Vorschub 74, der sich intermittierend von links nach rechts
bewegt und mit einer Rückführbewegung
in eine neue Transportöffnung 54 mittels
des Vorschubfingers 70 eingreift.
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Die
Arbeitsstation 2 weist eine Crimpeinrichtung auf, die mehrere
Komponenten umfasst. Ein Crimpwerkzeug 10 dient dazu, die
Crimplaschen 51 des Kontaktelements 5 in Quetschkontakt
mit der Aderhülle 62 des Übertragungselements 6 zu
bringen. Dazu wird das Crimpwerkzeug 10 in einem Verfahrweg
senkrecht nach unten bewegt, wobei anhand des vor gegebenen Profils
des unteren Endes des Crimpwerkzeugs 10 die Crimplaschen 51 nach innen
gebogen werden, um den Quetschkontakt herzustellen. Zur Bewegung
des Crimpwerkzeugs 10 dient ein Hubzylinder 13,
mit dem eine Befestigungsplatte 11 für das Crimpwerkzeug 10 bewegt
wird, so dass mit der Befestigungsplatte 11 das Crimpwerkzeug 10 für einen
Crimpvorgang nach unten verfahren wird. Das Crimpwerkzeug 10 ist über eine
Crimphöhenverstellung 12 mit
der Befestigungsplatte 11 verbunden, die dazu dient, das
Crimpwerkzeug in der Endposition in seiner Höhe genau einzustellen, so dass
eine Anpassung an verschiedene Durchmesser von Übertragungselementen ermöglicht ist.
Die Crimphöhenverstellung 12 ist
in Form eines Excenters ausgebildet, der entsprechend verdreht wird,
um das Crimpwerkzeug 10 mit der gewünschten Höhe einzustellen. Beim Niederdrücken der
Crimplaschen 51 durch das Crimpwerkzeug 10 wird
eine Gegenkraft durch den Amboss 14 aufgebaut, der das
elektrische Kontaktelement 5 an der Position der Crimplaschen 51 gegen
das Crimpwerkzeug 10 abstützt.
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Die
Arbeitsstation 2 enthält
des weiteren eine Schweißvorrichtung,
die als Schweißvorrichtung
zur Durchführung
eines Widerstandsschweißverfahrens ausgebildet
ist. Sie besitzt eine obere Schweißelektrode 22 und
eine untere Schweißelektrode 23,
die mit einer elektrischen Versorgungsspannung beaufschlagt werden,
um einen Schweißstrom
zu erzeugen. Das Kontaktelement 5 wird mit dem Kontaktbereich 52 zwischen
den Elektroden 22 und 23 angeordnet. Die obere
Elektrode 22 wird von dem Elektrodenhalter 21 gehalten,
der auf die jeweils verwendete Schweißelektrode abgestimmt ist und
seinerseits an einer Klemmung 20 für den Elektrodenhalter befestigt
ist (9). Wie anhand von 9 weiter
dargestellt, ist der Elektrodenhalter 21 über die
Klemmung 20 mit einer Schweißkopfanordnung 4 verbunden. Diese
Schweißkopfanordnung 4 dient
zur vertikalen Positionierung der oberen Schweißelektrode 22. Der Schweißstrom wird
extern erzeugt und den Schweißelektroden 22 und 23 über (in
den Figuren nicht gezeigte) Verbindungsleitungen zugeführt. Gemäß 2 ist
der Amboss 14 für
das Crimpwerkzeug 10 durch eine Isolierung 15 gegenüber der
unteren Elektrode 23 isoliert. Neben der unteren Elektrode 23 ist eine
Kontaktabstützung 24,
vorzugsweise aus elektrisch nicht leitendem Material, vorgesehen,
um das Kontaktelement 5 während des Schweißvorgangs nach
unten hin abzustützen.
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Die
obere Elektrode 22 mit dem Elektrodenhalter 21 ist
entlang einer ersten Achse 81 an die zu verschweißenden Elemente
in Form des elektrischen Leiters 61 und des Kontaktbereichs 52 annäherbar. Die
Achse 81 befindet sich in vorliegender Ausführungsform
in vertikaler Anordnung. Ist die obere Elektrode 22 an
die zu verschweißenden
Elemente 61 und 52 herangeführt, werden die Elektroden 22 und 23 mit
einer elektrischen Versorgungsspannung beaufschlagt, so dass ein
Schweißstrom
durch die zu verschweißenden
Komponenten 52 und 61 fließt. Diese bilden einen elektrischen
Widerstand für
den Schweißstrom,
so dass die zu verschweißenden
Elemente stark erhitzen und somit eine Verschweißung, d.h. eine innige Verbindung
zwischen dem elektrischen Leiter 61 und dem Kontaktbereich 52 des
elektrischen Kontaktelements 5 herbeigeführt wird.
Handelt es sich bei dem elektrischen Leiter 61 um eine Litzendrahtanordnung
aus mehreren miteinander verseilten Drahtlitzen, so wird wenigstens
ein Teil dieser Drahtlitzen mit dem Kontaktbereich 52 verschweißt und wird
mindestens ein Teil der Drahtlitzen miteinander kompaktiert, d.h.
die einzelnen Drähte des
Litzenbündels
werden miteinander zu einem Bündel
verschweißt.
Dadurch wird eine innige Verbin dung zwischen den Drahtlitzen hergestellt,
so dass insgesamt ein guter Kontakt zwischen der Litzendrahtanordnung
und dem Kontaktelement hergestellt wird.
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Im
Gegensatz zu dem Verbindungsverfahren gemäß
DE 103 58 153 A1 wird keine
Vercrimpung des elektrischen Leiters
61 bzw. der Litzendrahtanordnung
61 mit
einem Leitercrimbereich des Kontaktelements
5 durchgeführt. Dadurch
ist es ermöglicht, den
gesamten Kontaktbereich
52 über dessen gesamte Länge hinweg
für eine
innige Schweißverbindung
mit dem bzw. den elektrischen Leitern zu nutzen.
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Erfindungsgemäß sind also
die Schweißvorrichtung
und Crimpeinrichtung für
die Verbindung des elektrischen Übertragungselements
mit dem Kontaktelement in einer gemeinsamen Arbeitsstation 2 enthalten,
der das Kontaktelement 5 und das elektrische Übertragungselement 6 intermittierend
zugeführt werden.
Diese verbleiben für
einen Arbeitsvorgang mit einer bestimmten Verweildauer in der Arbeitsstation 2,
bevor sie als Verbindungsanordnung der Arbeitsstation wieder entnommen
werden. Der Crimpvorgang und der Schweißvorgang werden in der gemeinsamen
Arbeitsstation 2 in einem Arbeitsvorgang durchgeführt, so
dass ein Transportvorgang von einem Crimpwerkzeug in ein separates
Schweißwerkzeug
entfällt.
Dadurch kann die Gesamtzeit (Zykluszeit für das gemeinsame Isolationscrimpen
und Leiterdrahtschweißen
pro Kontaktelement auf ca. 1000 bis 1500 ms beträchtlich reduziert werden.
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Anhand
der Darstellungen der 4 bis 7 wird im
weiteren Verlauf der weitere Aufbau einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung
näher erläutert.
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In
der Arbeitsstation 2 ist neben den bereits beschriebenen
Komponenten weiterhin eine Stützeinrichtung 40 vorgesehen,
die dazu dient, die zu verschweißenden Elemente 52 und 61 während des Schweißvorgangs
gegen Kräfte
abzustützen,
die durch den Schweißvorgang
auf die zu verschweißenden
Elemente ausgeübt
werden und eine Ausweichtendenz des Schweißgutes zur Seite hin bewirken. Die
Stützeinrichtung 40 weist
seitlich zu den zu verschweißenden
Elementen 52 und 61 paarweise angeordnete Stützelemente 41 in
Form von Keramikbacken auf, wobei ein erster Keramikbacken 41 auf
einer Seite und ein zweiter Keramikbacken 41 auf einer gegenüberliegenden
Seite der zu verschweißenden Elemente 52 und 61 angeordnet
werden. Die Verwendung von Keramik ist in diesem Zusammenhang von
Vorteil, weil es ein Isoliermaterial darstellt, das verhindert,
dass der Schweißstrom
durch die Stützeinrichtung
hindurch fließt.
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Zur
Annäherung
an die zu verschweißenden Elemente 52 und 61 sind
die Keramikbacken 41 entlang der zweiten Achse 82 verfahrbar,
welche zur ersten Achse 81 näherungsweise orthogonal angeordnet
ist. Das bedeutet bei der vorliegenden Ausführungsform, dass die Keramikbacken 41 entlang
einer waagrechten Achse seitlich an die zu verschweißenden Elemente 52 und 61 angenähert werden.
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Die
Keramikbacken 41 werden von Haltern 42 geführt, die
ihrerseits an Parallel-Greifern 43 befestigt sind. Ein
Vorschubzylinder 45 dient zur Bewegung, genauer für den Vor-
und Rückschub
der Parallel-Greifer 43. Über einen Zylinder 46 ist
ein Verriegelungsbügel 44 bewegbar,
der als bügel-
oder spangenartiges Verriegelungselement vorgesehen ist, um die
paarweise angeordneten Keramikbacken 41 in ihrer Stützposition
gegen in Stützrichtung
seitlich wirkende Kräfte
abzustützen,
die in Folge des Schweißvorgangs
entstehen. Dadurch ist es ermöglicht,
die Keramikbacken 41 filigraner auszuführen, so dass sie zwischen
den Kontaktelementen 5, die noch am Trägerstreifen 53 befestigt
sind, leichter bewegt werden können.
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Vor
einem Schweißvorgang
wird die Stützeinrichtung 40 mit
den Keramikbacken 41, den Haltern 42 und den Parallel-Greifern 43 entlang
einer dritten Achse 83 in Richtung zum Trägerstreifen 53 verfahren,
wobei die dritte Achse 83 näherungsweise orthogonal zu
der ersten Achse 81 und zu der zweiten Achse 82 angeordnet
ist. Die Parallel-Greifer 43 werden zu diesem Zweck durch
den Vorschubzylinder 45 bewegt. Dadurch werden die Keramikbacken 41 in
eine seitliche Position zu den zu verschweißenden Elementen 52 und 61 gebracht,
so dass sie anschließend
entlang der zweiten Achse 82 an die zu verschweißenden Elemente
herangeführt
werden können.
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Wie
insbesondere anhand der 1 bis 3 deutlicher
ersichtlich, enthält
die Arbeitsstation 2 weiterhin eine Abtrenneinrichtung,
die dazu dient, das zu verschweißende Kontaktelement 5 von
dem Trägerstreifen 53 zu
trennen, an welchem mehrere zu verarbeitende Kontaktelemente 5 nebeneinander angebracht
sind. Die Abtrenneinrichtung weist ein sowohl als Trennmesser als
auch als Kabelträger dienendes
Tragmesser 30 und einen Stößel 31 auf, der für einen
Abtrennvorgang nach unten bewegt wird. In dieser Stoßrichtung
wirkt der verfahrbare Stößel 31 auf
das Tragmesser 30 ein, und zwar auf den erhöhten, links
angeordneten Vorsprung des Tragmessers 30, so dass das
Tragmesser 30 an dieser Stelle durch den Stößel 31 nach
unten gedrückt
wird. Somit wird das Tragmesser 30 in Stoßrichtung
des Stößels 31 nach
unten bewegt, so dass der Trägerstreifen 53 durch
das Tragmesser 30 vom Kontaktelement 5 abgetrennt
wird.
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Gemäß der vorliegenden
Ausführungsform ist
der Stößel 31 über eine
Befestigungsschraube 32 mit dem Crimpwerkzeug 10 verbunden.
Damit werden der Stößel 31 und
das Crimpwerkzeug 10 in einem Verfahrvorgang zur Annäherung an
das Tragmesser 30 bzw. zur Annäherung an das Kontaktelement 5 synchron
zueinander bewegt.
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Im
Folgenden wird der Ablauf eines Verbindungsprozesses zur Verbindung
eines elektrischen Übertragungselements 6 mit
einem Kontaktelement 5 zusammenhängend näher beschrieben.
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Die
einzelnen Kontaktelemente 5 werden durch den beschriebenen
Zuführmechanismus
intermittierend zu der Arbeitsstation 2 gefördert, wobei das
jeweils zu verbindende Kontaktelement 5 in den Schweiß-/Crimpbereich
der beschriebenen Arbeitsstation 2 gelangt, wo es von der
Kontaktabstützung 24 abgestützt wird.
Das Übertragungselement 6 wird von
vorne (1) bzw. von links (2) an das
Kontaktelement 5 angenähert
und kommt auf dem rechten Oberflächenteil
des Tragmessers 30 zu liegen. Nachfolgend wird das Crimpwerkzeug 10 geschlossen,
in dem es auf den Amboss 14 abgesenkt wird. Durch diesen
Vorgang werden die Crimplaschen 51 zu einem Quetschkontakt
auf die Aderhülle 62 gedrückt und
synchron dazu wird das Kontaktelement 5 vom Trägerstreifen 53 abgetrennt
mittels des Tragmessers 30, das von dem Stößel 31 nach
unten gedrückt
wird.
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Nachfolgend
werden die Keramikbacken 41 entlang der Achse 83 beidseits
neben dem Kontaktelement 5 in Position gebracht und entlang
der Achse 82 geschlossen, um ohne seitlichen Abstand an
der jeweiligen Seite des Kontaktelements 5 anzuliegen. Dazu
werden die Halter 42 für
die Keramikbacken 41 von hinten nach vorne vorgefahren,
indem die Parallel-Greifer 43 mittels des Vorschubzylinders 45 nach vorne
bewegt werden. Hierbei sind die Halter 42 für die Keramikbacken 41 noch
im geöffneten
Zustand, bis sie sich beidseits des jeweils positionierten Kontaktelements 5 befinden.
Sodann werden die Keramikbacken 41 entlang der Achse 82 seitwärts an die beiden
Längsseiten
des Kontaktelements 5 heranbewegt, bis sie daran anliegen.
Vor dem Verschweißvorgang
wird der Verriegelungsbügel 44 über die
in Schließposition
befindlichen Keramikbackenhalter 42 gestülpt, um
ein seitliches Ausweichen der Keramikbacken 41 in Folge
der Schweißkräfte zu verhindern. Während des
Schweißvorgangs
ist das Crimpwerkzeug 10 in geschlossenem Zustand, um das Übertragungselement 6 in
Position festzuhalten.
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Für den Schweißvorgang
wird die obere Schweißelektrode 22 zur
feststehenden unteren Schweißelektrode 23 hin
herabbewegt. Während
des Schweißvorgangs
werden die Litzen der Litzendrahtanordnung 61 seitlich
von den Keramikbacken 41 abgestützt. Nach dem Schweißvorgang
werden die Keramikbacken 41 entlang der Achse 82 geöffnet sowie
das Crimpwerkzeug 10 und die obere Schweißelektrode 22 entlang
der Achse 81 nach oben gefahren, so dass das Übertragungselement 6 mit
dem daran angeschweißten
und angecrimpten Kontaktelement 5 aus der Arbeitsstation 2 entnommen
werden kann.
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Um
die einzelnen Komponenten der Arbeitsstation 2 während des
Schweißvorgangs
nicht zu stark erhitzen zu lassen, ist gemäß 8 eine Kühlvorrichtung 75 vorgesehen,
die mehrere Rohre enthält,
in denen beispielsweise Kühlmedium
in Form eines Kühlfluids
beispielsweise in Form von Kühlluft oder
Kühlwasser
geführt
werden kann. Geht man beispielsweise von einer Ausführungsform
mit Kühlwasser
als Kühlmedium
aus, wird das Kühlwasser
beispielsweise an dem Kühlwassereinlass 76 in
die Kühlvorrichtung 75 eingeführt und
an dem Kühlwasserauslass 77 der
Kühlvorrichtung 75 wieder
entnommen. Dadurch wird bewirkt, dass sich die Trägerplatte 71,
auf welcher die Arbeitsstation 2 angeordnet ist, in Folge
des Schweißvorgangs
nicht zu stark erhitzt und sich somit verformt.
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In 9 ist
eine Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 mit
einer Arbeitsstation 2, wie anhand der 1 bis 8 näher beschrieben,
in einem Modulgestell näher
gezeigt. Die Arbeitsstation 2 (so genannter Applikator)
ist auf einer Trägerplatte 71 (siehe
beispielsweise 1) angeordnet, welche mittels
einer nicht näher
dargestellten Schnellspanneinrichtung an einem Modulgestell 3 montierbar
und von diesem demontierbar ist. Somit ist die Arbeitsstation 2 in
dem Modulgestell 3 als austauschbares Wechselwerkzeug angeordnet
und von diesem mit geringem Aufwand demontierbar. Damit kann eine
Anpassung an verschiedenartige Kontaktelemente und Übertragungselemente
erfolgen. Die Schweißkopfanordnung 4 mit
servomotorischem Schweißkopf
mit Schweißparameterüberwachung bleibt
dabei mit dem Modulgestell 3 fest verbunden. Das Modulgestell 3 ist
seinerseits auf einer entsprechenden Herstellungsvorrichtung montiert.
Bei der Auswechslung der Arbeitsstation 2 werden gemäß dieser
Ausführungsform
die Schweißelek troden 22 und 23 mit
gewechselt, so dass eine geeignete Schnittstelle zum Modulgestell 3 bzw.
zur Schweißkopfanordnung 4 vorgesehen
werden muss, mit der die Schweißelektroden
mit einer Spannungsversorgung koppelbar sind.