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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Elektrode und eine Vorrichtung
zum Widerstandsschweißen
eines ersten elektrischen Leiters an einen zweiten elektrischen
Leiter.
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Nach
einem üblichen
Verfahren zur Verbindung eines elektrischen Übertragungselements, beispielsweise
in Form eines elektrischen Kabels, mit einem zweiten elektrischen
Leiter, etwa in Form eines Kontaktelements, werden der freigelegte
elektrische Leiter des Übertragungselements
einerseits und eine Aderhülle
des Übertragungselements,
beispielsweise in Form einer elektrischen Isolierung, andererseits je
mit dem Kontaktelement verbunden. Beispielsweise wird die Isolierung
des Übertragungselements
mit dem Kontaktelement vercrimpt. Bei einem solchen Crimpvorgang
wird die Aderhülle
des elektrischen Übertragungselements
mit einem Isolationscrimpbereich des Kontaktelements in Press- bzw.
Quetschkontakt gebracht, um das Übertragungselement
am Kontaktelement zu befestigen. Üblicherweise wird nachfolgend
die so vercrimpte Verbindungsanordnung aus Übertragungselement und Kontaktelement einer
Schweißvorrichtung
zugeführt,
die beispielsweise als Widerstands-Schweißvorrichtung ausgeführt ist
und welche zur Herstellung einer Schweißverbindung zwischen dem herausgeführten Draht des Übertragungselements
und dem Kontaktelement dient.
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Hierbei
ist es üblich,
die Kontaktelemente an die Schweißstelle zu leiten, wo dann
eine Stirnfläche einer
Schweißelektrode
den herausgeführten
Draht des Übertragungselements
an das Kontaktelement andrückt
und kontaktiert, um den herausgeführten Draht an dem Kontaktelement
festzuschweißen.
Zum Verschweißen
dieser beiden elektrischen Leiter dient eine Schweißvorrichtung
mit einem verstellbaren Schweißkopf,
in welchem beispielsweise eine obere Elektrode beweglich angeordnet
ist. Außerdem
ist in dem Bereich des Kontaktelements eine untere Elektrode so
angeordnet, dass sie das Kontaktelement an dessen Rückseite
kontaktiert. Die obere und die untere Schweißelektrode werden, wenn die
obere Elektrode an den herausgeführten
Draht des Übertragungselements
angenähert
ist, mit einer elektrischen Versorgungsspannung beaufschlagt, um
einen Schweißstrom
zu erzeugen. Hierbei ist die Anordnung aus herausgeführtem Draht
des Übertragungselements
und Kontaktelement zwischen den Elektroden angeordnet. Sobald die
Elektroden mit einer elektrischen Versorgungsspannung beaufschlagt werden,
fließt
ein Schweißstrom
durch die zu verschweißenden
Komponenten, wobei diese einen elektrischen Widerstand für den Schweißstrom bilden,
so dass die zu verschweißenden
Elemente stark erhitzen und somit eine Verschweißung zwischen dem elektrischen
Leiter des Übertragungselements und
dem Kontaktbereich des Kontaktelements herbeigeführt wird.
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In
einer üblichen
Ausführungsform
einer Stirnfläche
einer Elektrode, die zum Andrücken
und Kontaktieren des elektrischen Leiters des Übertragungselements an das
Kontaktelement dient, ist die Stirnfläche in einer geraden bzw. ebenen
Kontur ausgeführt,
d.h. dass der elektrische Leiter des Übertragungselements von einer
ebenen Stirnfläche
der Elektrode gleichmäßig kontaktiert
wird. Wird beispielsweise ein Litzenbündel des Übertragungselements mit einem
Kontaktelement verschweißt,
werden infolge des Andrückens
und Kontraktierens durch die obere Elektrode wenigstens mehrere
der Litzen untereinander kompaktiert, d.h., die einzelnen Litzendrähte des
Litzenbündels
werden komprimiert und miteinander zu einem Bündel verschweißt. Dabei
entsteht insbesondere an der Randbegrenzung der Stirnfläche der
oberen Elektrode, welche das Litzenbündel andrückt und kompaktiert, ein scharfer Übergang
zwischen den kompaktierten und verschweißten Litzen und den unverschweißten Litzen des
Litzenbündels.
Hierbei besteht das Problem, dass bei Bewegung, insbesondere bei
Vibration, des Übertragungselements
bzw. der einzelnen Litzen es zu einem Bruch an dieser Übergangsstelle
kommen kann.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Elektrode
zum Widerstandsschweißen
eines ersten elektrischen Leiters an einen zweiten elektrischen
Leiter bereitzustellen, die dazu geeignet ist, einen Bruch an einer Übergangsstelle
von einer verschweißten
Stelle zum ungeschweißten
Teil eines elektrischen Leiters zu vermeiden.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Elektrode zum Widerstandsschweißen eines
ersten elektrischen Leiters an einen zweiten elektrischen Leiter gemäß den Merkmalen
des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Die
Elektrode gemäß der Erfindung
weist eine Stirnfläche
zum Andrücken
und Kontaktieren des ersten elektrischen Leiters gegenüber dem
zweiten elektrischen Leiter auf. Die Stirnfläche weist einen ersten Bereich
auf, der den ersten elektrischen Leiter in einer ersten Schweißzone kontaktiert
sowie wenigstens einen Randbereich, der in Bezug auf den ersten
Bereich der Stirnfläche
derart ausgebildet und angeordnet, dass in einer Schweißposition
der Elektrode der erste elektrische Leiter an der zweiten Schweißzone weniger
stark komprimiert wird als an der ersten Schweißzone. Wird beispielsweise
als erster elektrischer Leiter ein Litzenbündel an ein Kontaktelement
angeschweißt,
wird das Litzenbündel
durch den Randbereich der Stirnfläche weniger stark komprimiert
als durch den ersten Bereich der Stirnfläche. Dadurch entsteht kein
scharfer Übergang
zwischen kompaktierten Litzen an der verschweißten Stelle und nicht kompaktierten
Litzen des ungeschweißten Teils
des Litzenbündels,
so dass einem Bruch vorgebeugt werden kann, da keine scharfe Sollbruchstelle an
einer solchen Übergangsstelle
geschaffen wird.
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Insbesondere
weist die Stirnfläche
der erfindungsgemäßen Elektrode,
die in einer Annäherungsrichtung
an den ersten elektrischen Leiter annäherbar ist, wenigstens einen
Randbereich auf, der sich entgegen der Annäherungsrichtung auslaufend
erstreckt und seitlich neben dem ersten Bereich angeordnet ist.
Damit wird eine Elektrode mit einer dreidimensional geformten Stirnfläche bereitgestellt,
die mit Hilfe des auslaufend bzw. in Bezug zur Annäherungsrichtung
schräg
verlaufend geformten Randbereichs dazu beiträgt, einen Bruch an einer Übergangsstelle
von einer verschweißten
Stelle zum ungeschweißten
Teil eines elektrischen Leiters zu vermeiden. Dies wird dadurch
erreicht, dass mit Hilfe des auslaufenden Randbereichs der Stirnfläche die Verschweißung in
der zweiten Schweißzone
unterschiedlich zur Verschweißung
in der ersten Schweißzone ausgestaltet
ist, so dass unterschiedlichen Anforderungen in den jeweiligen Schweißzonen Rechnung
getragen werden kann. Insbesondere kann durch geeignete Formgebung
des ersten Bereichs der Stirnfläche
erreicht werden, dass der erste elektrische Leiter ausreichend an
den zweiten elektrischen Leiter angeschweißt wird, wohingegen der Randbereich
der Stirnfläche
derart ausgestaltet werden kann, dass eine weniger scharfe Übergangsstelle
von der verschweißten
Stelle zum ungeschweißten Teil
des elektrischen Leiters geschaffen wird. Dadurch kann ein Bruch
des elektrischen Leiters an der Übergangsstelle
vermieden werden.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung weist die Stirnfläche
wenigstens einen ersten erfindungsgemäß geformten Randbereich auf,
der den ersten elektrischen Leiter in einer zweiten Schweißzone kontaktiert,
sowie wenigstens einen zweiten erfindungsgemäß geformten Randbereich, der
den ersten elektrischen Leiter in einer dritten Schweißzone kontaktiert.
Hierbei sind der erste Randbereich und der zweite Randbereich der
Stirnfläche
an gegenüberliegenden
Seiten des ersten Bereichs der Stirnfläche angeordnet. Dadurch ist
es ermöglicht,
beidseits der verschweißten
Stelle des ersten elektrischen Leiters jeweils einen sanften Übergang
zum jeweils unverschweißten
Teil des elektrischen Leiters zu schaffen. Dadurch wird einerseits ein
Bruch an einer der Übergangsstellen,
wie oben beschrieben, vermieden, wohingegen an der anderen gegenüberliegenden Übergangsstelle
einem Aufspleißen
mehrerer Litzen eines verschweißten
Litzenbündels
entgegengewirkt werden kann. Vorzugsweise sind der erste und der
zweite Randbereich der Stirnfläche
in Bezug auf den zentralen ersten Bereich symmetrisch geformt.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Elektrode
weist die Stirnfläche eine
ballige Form auf, wobei durch eine solche Form sanft auslaufende Übergangsbereiche
zwischen der verschweißten
Stelle und den jeweils unverschweißten Teilen des elektrischen
Leiters geschaffen werden können.
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Bei
einer erfindungsgemäßen Elektrode
mit einer dreidimensional geformten Stirnfläche sollte berücksichtigt
werden, dass die Standzeit, d.h. die Betriebs zeit, in welcher die
Elektrode betrieben wird, im Allgemeinen kürzer ist als die Standzeit
einer herkömmlichen,
mit einer ebenen Stirnfläche
versehenen Elektrode. Dies rührt
daher, dass eine erfindungsgemäße Elektrode
mit unterschiedlich ausgeformten Bereichen der Stirnfläche zunächst mit
einer kleineren Fläche
innerhalb des ersten Bereichs der Stirnfläche auf dem Schweißgut aufsetzt.
Dadurch wird dieser Bereich stärker
beansprucht als die sich anschließenden Randbereiche der Stirnfläche, so dass
sich die Elektrode in diesem Bereich schneller abnutzt als eine
flache Elektrode mit einer ebenen Stirnfläche.
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Um
die Standzeit der erfindungsgemäßen Elektrode
zu erhöhen,
ist in einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung vorgesehen,
die Elektrode mit mehreren Teilelektroden mit einer jeweiligen Stirnfläche zum
Andrücken
und Kontaktieren des ersten elektrischen Leiters gegenüber dem
zweiten elektrischen Leiter auszustatten. Hierbei ist die Elektrode
derart ausgebildet und bewegbar angeordnet, dass für einen
Schweißvorgang
in einer Wechselbewegung der Elektrode eine der Teilelektroden gegen eine
andere der Teilelektroden wechselbar ist. Damit ist die Elektrode
als eine Mehrfachelektrode ausgelegt, wobei eine der Teilelektroden
gegen eine andere der Teilelektroden nach Ablauf der Standzeit der
jeweiligen Teilelektrode ausgetauscht werden kann. Dadurch kann
die Elektrode nach Ablauf der Standzeit einer der Teilelektroden
durch Einsatz einer anderen der Teilelektroden weiterverwendet werden,
so dass insgesamt die Standzeit der Elektrode erhöht wird.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung wird die Wechselbewegung durch eine Drehbewegung der
Elektrode eingeleitet, so dass durch einfaches Drehen eine der Teilelektroden
durch eine andere der Teilelektroden austauschbar ist. Insbesondere
sind die Teilelektroden an einem Umfang eines Elektrodenkörpers der
Elektrode an unterschiedlichen Umfangspositionen angeordnet. Der
Elektrodenkörper
ist beispielsweise rotationssymmetrisch ausgebildet und die Teilelektroden
sind beispielsweise am Umfang des Elektrodenkörpers in näherungsweise gleichen Abständen an
unterschiedlichen Umfangspositionen angeordnet. Damit kann eine
der Teilelektroden durch gleichmäßiges, intervallartiges Drehen
des Elektrodenkörpers
gegen eine andere der Teilelektroden ausgetauscht werden.
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Eine
derart ausgeführte
Elektrode kann manuell oder auch automatisch zur Ausführung der Wechselbewegung
betätigt
werden. Soll ein automatischer Wechselvorgang ermöglicht werden,
ist gemäß einer
Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Elektrode
diese durch eine Wechseleinrichtung ansteuerbar, durch welche die
Wechselbewegung automatisch eingeleitet wird.
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Die
vorbeschriebene Ausführungsform
einer Elektrode als eine Mehrfachelektrode ist grundsätzlich auch
mit mehreren Teilelektroden ausführbar,
deren Stirnflächen
im Wesentlichen eine gerade, flache Form aufweisen.
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Wird
insbesondere die Standzeit einer Elektrode zum Widerstandsschweißen zweier
elektrischer Leiter durch gezielte Formgebung einer Stirnfläche zum
Andrücken
und Kontaktieren eines der elektrischen Leiter verkürzt, wie
oben dargelegt, ist es Ziel, die Standzeit der Elektrode möglichst
vollständig
auszunutzen.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird zu diesem Zweck
eine Vorrichtung zum Widerstandsschweißen eines ersten elektrischen
Leiters an einen zweiten elektrischen Leiter mit einer Elektrode
und mit einer Überwachungseinrichtung
bereitgestellt, in der ein vorgegebener Wert gespeichert ist, der
in Zusammenhang mit einer Standzeit der Elektrode steht, und die
einen Schweißvorgang
im Hinblick auf die Einhaltung der Standzeit überwacht. Hierbei generiert
die Überwachungseinrichtung
im Betrieb der Vorrichtung bei Erreichen oder Überschreiten des vorgegebenen
Werts ein entsprechendes Informationssignal. Dadurch kann eine Warnmeldung
generiert werden, wenn die Standzeit der Elektrode erreicht oder überschritten wird.
Mit Hilfe des Informationssignals kann die Aufforderung ausgesprochen
werden, einen Elektrodenwechsel durchzuführen. Erst dann muss die Elektrode
ausgetauscht werden, so dass die Standzeit vollständig ausgenutzt
wird.
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Als
vorgegebener Wert wird beispielsweise eine durchschnittliche Standzeit
der Elektrode gespeichert, die beispielsweise durch Tests ermittelt wird
und vorzugsweise mit einem Sicherheitsfaktor belegt wird. Ein solcher
Wert einer Standzeit kann in einer entsprechenden Elektronik der Überwachungseinrichtung
durch Vorsehen geeigneter Hardware gespeichert werden, oder ein
solcher Wert wird in einer Software zum Betrieb der Überwachungseinrichtung gespeichert.
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Gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung ist die Elektrode mit mehreren Teilelektroden
versehen. Desweiteren ist eine Wechseleinrichtung vorgesehen, die
durch das Informationssignal der Überwachungseinrichtung ansteuerbar
ist. Hierbei wird durch die Wechseleinrichtung bei aktiviertem Informationssignal
eine automatische Wechselbewegung der Elektrode zum Wechseln einer
der Teilelektroden gegen eine andere der Teilelektroden eingeleitet.
Damit ist es ermöglicht,
eine der Teilelektroden nach Ablauf der jeweiligen Standzeit gegen
eine andere der Teilelektroden automatisch zu wechseln, so dass
die jeweiligen Standzeiten der Teilelektroden und somit die gesamte
Standzeit der Mehrfachelektrode optimal ausgenutzt werden können.
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Weitere
vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung sind in den
Unteransprüchen
angegeben.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten
Figuren, die Ausführungsformen
einer erfindungsgemäßen Elektrode und
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum Widerstandsschweißen
zweier elektrischer Leiter zeigen, näher erläutert.
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1 zeigt Darstellungen einer Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Elektrode
und einer zu verschweißenden
Verbindungsanordnung in einer von der Verbindungsanordnung entfernten
Position der Elektrode und in einer an die Verbindungsanordnung
angenäherten
Position der Elektrode,
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2 zeigt
eine Detailansicht einer Ausführungsform
der Elektrodenstirn fläche
gemäß der Erfindung,
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3 zeigt
eine weitere Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Elektrode
in Ansichten von zwei unterschiedlichen Seiten,
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4 zeigt
eine weitere Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Elektrode,
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5 zeigt
eine Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum Widerstandsschweißen
von elektrischen Leitern.
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In 1 sind zwei Darstellungen einer Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Elektrode und
einer zu verschweißenden
Verbindungsanordnung gezeigt. Hierbei zeigt die 1a die
Elektrode 1, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel als obere Elektrode
ausgeführt
ist, in einer von der Verbindungsanordnung entfernten Position,
während 1b die
Elektrode gemäß der Erfindung
in einer an die Verbindungsanordnung angenäherten Position zeigt. Die
zu verschweißende
Verbindungsanordnung umfasst ein elektrisches Übertragungselement 14,
das einen elektrischen Leiter 11 innerhalb einer Aderhülle aufweist.
Die Aderhülle
des Übertragungselements 14 ist
beispielsweise als Isolierung ausgebildet, der elektrische Leiter 11 umfasst
beispielsweise eine Litzendrahtanordnung, bei der mehrere einzelne
elektrisch leitfähige
Litzen zu einem elektrischen Leiter verseilt sind. Als ein zweiter
elektrischer Leiter ist ein Kontaktelement 12 vorgesehen,
das im Kontaktbereich 15 mit dem elektrischen Leiter 11 verschweißt werden
soll. Das Kontaktelement 12 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel
ferner Crimplaschen 13 auf, die dazu dienen, die Aderhülle des Übertragungselements 14 mit
dem Kontaktelement 12 zu verbinden, indem die Crimplaschen 13 mit
der Aderhülle
des Übertragungselements 14 vercrimpt werden.
Damit wird ein Press- oder Quetschkontakt zwischen den Crimplaschen 13 und
der Aderhülle des Übertragungselements 14 hergestellt.
In diesem Zusammenhang ist es prinzipiell auch möglich, als Crimpelement lediglich
nur eine Crimplasche vorzusehen, die mit der Aderhülle in Quetschkontakt
gebracht wird.
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Die
in
1 dargestellte Schweißvorrichtung
ist zur Durchführung
eines Widerstandsschweißverfahrens
ausgebildet. Sie weist die obere Schweißelektro
de 1 und eine untere Schweißelektrode
2 auf,
die mit einer elektrischen Versorgungsspannung beaufschlagt werden,
um einen Schweißstrom zu
erzeugen. Das Kontaktelement
12 wird mit dem Kontaktbereich
15 zwischen
den Elektroden
1 und
2 angeordnet, um mit dem
elektrischen Leiter
11 verschweißt zu werden. Die obere Elektrode
1 ist über einen
nicht gezeigten Elektrodenhalter entlang einer Annäherungsachse
an die zu verschweißenden
Elemente annäherbar.
Hierbei wird die Elektrode
1, wie im Zusammenhang mit
1 b dargestellt, in einer Annäherungsrichtung
40 an
die zu verschweißenden Elemente
angenähert.
Die Achse zur Vorgabe der Annäherungsrichtung
40 befindet
sich in vorliegender Ausführungsform
in einer vertikalen Anordnung. Ist die obere Elektrode
1 an
die zu verschweißenden Elemente
11 und
12 herangeführt, werden
die Elektroden
1 und
2 mit einer elektrischen
Versorgungsspannung beaufschlagt, so dass ein Schweißstrom durch
die zu verschweißenden
Komponenten
11 und
12 fließt. Diese bilden einen elektrischen
Widerstand für
den Schweißstrom,
so dass die zu verschweißenden
Elemente stark erhitzen und somit eine Verschweißung, das heißt eine
innige Verbindung zwischen dem elektrischen Leiter
11 und
dem Kontaktbereich
15 des elektrischen Kontaktelements
12 herbeigeführt wird.
Handelt es sich bei dem elektrischen Leiter
11 um eine
Litzendrahtanordnung aus mehreren miteinander verseilten Drahtlitzen,
so wird wenigstens ein Teil dieser Drahtlitzen mit dem Kontaktbereich
15 verschweißt und wird
mindestens ein Teil der Drahtlitzen miteinander kompaktiert, das
heißt die
einzelnen Drähte
des Litzenbündels
werden miteinander zu einem Bündel
verschweißt.
Dadurch wird eine innige Verbindung zwischen den Drahtlitzen hergestellt,
so dass insgesamt ein guter Kontakt zwischen der Litzendrahtanordnung
und dem Kontaktelement hergestellt wird.
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In 2 ist
eine Detailansicht der in 1b gezeigten
Schweißanordnung
an der mit B bezeichneten Stelle gezeigt. Die obere Elektrode 1 weist
eine Stirnfläche 20 auf,
die zum Andrücken
und Kontaktieren des als Litzenbündel
ausgeführten
elektrischen Leiters 11 gegenüber dem Kontaktelement 12 dient. Hierbei
ist die Stirnfläche 20 der
Elektrode 1 bereits derart in der Annäherungsrichtung 40 angenähert, dass
das Litzenbündel 11 bereits
zu einem gewissen Teil komprimiert ist und an den Kontaktbereich 15 des Kontaktelements 12 angedrückt wird.
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Die
Stirnfläche 20 weist
im vorliegenden Ausführungsbeispiel
einen ersten Randbereich 22 auf, der entgegen der Annäherungsrichtung 40 auslaufend
geformt und seitlich zu einem ersten zentralen Bereich 21 angeordnet
ist. Hierbei kontaktiert der zentrale Bereich 21 das Litzenbündel 11 in
einer ersten Schweißzone 31,
wohingegen der erste Randbereich 22 das Litzenbündel 11 in
einer zweiten Schweißzone 32 kontaktiert.
Der zentrale Bereich 21 der Stirnfläche 20 ist derart
ausgebildet, dass in der ersten Schweißzone 31 ein Kompaktierschweißen der
Litzendrahtanordnung 11 durchführbar ist. Die durch den Randbereich 22 definierte
zweite Schweißzone 32 schließt sich
seitlich an die Kompaktierschweißzone 31 der Elektrode 1 an.
Desweiteren weist die Stirnfläche 20 einen
zweiten Randbereich 23 auf, der sich gleichsam entgegen
der Annäherungsrichtung 40 auslaufend
an den zentralen Bereich 21 der Stirnfläche 20 anschließt und das
Litzenbündel 11 in
einer dritten Schweißzone 33 kontaktiert.
Somit sind die Randbereiche 22 und 23 der Stirnfläche 20 an
gegenüberliegenden
Seiten des zentralen Bereichs 21 der Stirnfläche angeordnet. Entgegen
der Annäherungsrichtung 40 auslaufend bedeutet
hierbei insbesondere, dass die Stirnfläche 20 bei geradem
Verlauf sich schräg
(vorliegend schräg
nach oben) zur Annäherungsrichtung 40 erstreckt
bzw. bei gerundetem Verlauf eine Tangente aufweist, die sich schräg (vorliegend
schräg
nach oben) zur Annäherungsrichtung 40 erstreckt.
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Die
Randbereiche 22 und 23 der Stirnfläche sind
in Bezug auf den zentralen Bereich 21 der Stirnfläche derart
ausgebildet und angeordnet, dass in der gezeigten Schweißposition
das Litzenbündel 11 an der
zweiten Schweißzone 32 und
an der dritten Schweißzone 33 weniger
stark komprimiert wird als an der Kompaktierschweißzone 31.
Damit wird ein jeweiliger Übergangsbereich
von der verschweißten Stelle
des Litzenbündels 11 zum
ungeschweißten Teil
des Litzenbündels
linker Hand und rechter Hand der Elektrode 1 geschaffen,
der durch einen vergleichsweise sanften Übergang charakterisiert ist. Dadurch
kann einem Bruch an der Übergangsstelle zwischen
Aderhülle
und verschweißtem
Litzenbündel 11 einerseits
und einem Aufspleissen der einzelnen Litzen des Litzenbündels 11 an
der gegenüberliegenden,
zur Aderhülle
entfernt angeordneten Stelle des Litzenbündels 11 andererseits
vorgebeugt werden. Wäre demgegenüber die
Stirnfläche 20 der
Elektrode 1 waagrecht auslaufend, d.h. mit einer ebenen,
flachen, senkrecht zur Annäherungsrichtung 40 sich
erstreckenden Stirnfläche 20 versehen,
würde nach dem
Schweißen
ein scharfer Übergang
beidseits der Elektrode 1 am kompaktierten Litzenbündel 11 entstehen.
Bei einer Bewegung bzw. Vibration des Übertragungselements 14 bzw.
der Litzen des Litzenbündels 11 könnte es
dann an den bezeichneten Übergangsstellen
zu einem Bruch bzw. zu einem Aufspleissen (insbesondere wenn die
Enden des Litzenbündels
nicht bündig
mit der Elektrode 1 abschließen) kommen.
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In
einer anderen Ausführungsform
der Elektrode 1 wäre
es auch denkbar, nur einen der Randbereiche, vorzugsweise den Randbereich 22,
neben dem Bereich 21 der Stirnfläche 20 vorzusehen,
um insbesondere einem Bruch des Litzenbündels 11 an der Übergangsstelle
vorzubeugen. In diesem Fall wäre
die Stirnfläche
im Randbereich 23 beispielsweise senkrecht zur Annäherungsrichtung 40 verlaufend geformt,
so dass sich in diesem Bereich eine waagrechte Stirnfläche 20 ergäbe.
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Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel
weist die Stirnfläche 20,
insbesondere im Bereich 21, eine ballige Form auf. Der
erste und der zweite Randbereich 22, 23 der Stirnfläche 20 sind
in Bezug auf den zentralen Bereich 21 symmetrisch geformt.
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Die
Stirnfläche 20 weist
in dem Randbereich 22 und 23 jeweils einen spitzen
Auslaufwinkel α zur Querschnittsebene 34 der
Elektrode 1 auf, die sich senkrecht zur Annäherungsrichtung 40 erstreckt.
In einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung umfasst der spitze Auslaufwinkel α näherungsweise Werte zwischen
15° bis
30°. Gemäß einer
anderen Ausführungsform
kann die Stirnfläche 20 in
den Randbereichen 22 und 23 derart geformt sein,
dass sie einen näherungsweise
geraden Auslauf aufweist, wie in 2 gezeigt.
Im Gegensatz dazu weist die Stirnfläche 20 im Bereich 21 eine
ballige Form auf. Beispielsweise weisen die Randbereiche 22 und 23 sowie
der zentrale Bereich 21 der Stirnfläche 20 näherungsweise
jeweils eine gleiche Erstreckung d1, d2 bzw. d3 in der Querschnittsebene 34 auf.
Damit wären
die Schweißzonen 31-33 im
Wesentlichen gleich breit geformt. Durch die gerade auslaufende
Form der Stirnfläche
an den Randbereichen 22 und 23 wird ein definierter
Auslauf und damit eine definierte Übergangsstelle beidseits der
Elektrode 1 geschaffen. Alternativ zu der balligen Form
der Stirnfläche 20 im zentralen
Bereich 21 ist auch eine gerade bzw. waagrechte Stirnfläche im Bereich 21 denkbar.
Es kann auch ein Übergang 24 der
Stirnfläche 20 vom
ersten Bereich 21 in wenigstens einen der Randbereiche 22, 23 vorgesehen
sein, der unstetig ist, so dass sich an dieser Übergangsstelle ein unstetiger
Knick in der Stirnfläche
ergibt.
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Der
oben beschriebene Schweißprozess nach
der Annäherung
der Elektrode 1 an die zu verschweißende Verbindungsanordnung
wird über
den zentralen Bereich 21 der Stirnfläche 20 eingeleitet,
so dass der Schweißstrom
zunächst
innerhalb der Kompaktierschweißzone 31 durch
die zu verschweißenden
Komponenten fließt.
Infolge der dadurch verkleinerten wirksamen Stirnfläche 20 der
Elektrode 1 fließt
der vorgegebene Schweißstrom
mit höherer Dichte
durch die zu verschweißenden
Komponenten, so dass diese in der Kompaktierschweißzone 31 vergleichsweise
gut kompaktiert und mit dem Kontaktbereich 15 des Kontaktelements 12 verschweißt werden.
Die zu verschweißenden
Komponenten werden in der Kompaktierschweißzone 31 stärker erhitzt
und somit die Verschweißung
intensiviert, so dass eine Kompaktierung und eine innige Verbindung
zwischen den zu verschweißenden
Komponenten herbeigeführt
werden kann. Da die Elektrode 1 mit einer kleineren Stirnfläche auf
dem Schweißgut
aufsetzt, wird die Stirnfläche 20 der
Elektrode 1 im zentralen Bereich 21 stärker beansprucht
und abgenützt,
als in den Randbereichen 22 und 23 der Stirnfläche. Eine derartige
Elektrode nützt
sich im zentralen Bereich 21 außerdem
schneller ab als eine Elektrode mit waagrechter Stirnfläche, so
dass die Standzeit der erfindungsgemäßen Formelektrode im Allgemeinen
kürzer
ist als die einer herkömmlichen
Elektrode mit waagrechter Stirnfläche.
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In 3 ist
eine weitere Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Elektrode
in zwei unterschiedlichen Ansichten gezeigt. Die Elektrode 5 weist mehrere
Teilelektroden 51-56 auf, die eine jeweilige Stirnfläche 20 zum
Andrücken
und Kontaktieren eines ersten elektrischen Leiters gegenüber einem zweiten
elektrischen Leiter aufweisen. In der vorliegenden Ausführungsform
sind die je weiligen Stirnflächen 20 in
gleicher oder ähnlicher
Art und Weise ausgeführt,
wie anhand der vorstehend beschriebenen 1 und 2 erläutert. Im
linken Bildteil der 3 ist beispielhaft dargestellt,
wie die Teilelektrode 53 mit ihrer ballig geformten Stirnfläche 20 an
die zu verschweißende
Verbindungsanordnung aus Übertragungselement 14 und
Kontaktelement 12 angenähert ist
und das Litzenbündel 11 gegenüber dem
Kontaktbereich 15 des Kontaktelements 12 andrückt und kontaktiert.
Gleichsam wie die Teilelektrode 53 ist jede der übrigen Teilelektroden 51, 52 und 54-56 geeignet,
die beschriebenen Komponenten der Verbindungsanordnung miteinander
zu verschweißen.
Die jeweiligen Stirnflächen 20 der
einzelnen Teilelektroden 51-56 weisen näherungsweise
gleiche Abmessungen und eine gleiche Formgebung auf. Alternativ zu
der in 3 gezeigten Formgebung der Stirnflächen 20 können auch
abweichende Formgebungen der jeweiligen Stirnflächen vorgesehen werden, beispielsweise
auch waagrechte Stirnflächen 20 herkömmlicher
Art senkrecht zur Annäherungsrichtung 40.
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Mit
der in 3 dargestellten Elektrode 5 kann in einer
Wechselbewegung 41 eine der Teilelektroden 51-56 gegen
eine andere der Teilelektroden 51-56 ausgetauscht
werden. Hierzu ist die Elektrode im vorliegenden Ausführungsbeispiel
an einer Rotationsachse 59 drehbar gelagert, so dass die
Wechselbewegung durch eine Drehbewegung 41 der Elektrode 5 eingeleitet
wird. Die Elektrode 5 umfasst einen Elektrodenkörper 57,
der bezüglich
der Rotationsachse 59 rotationssymmetrisch ausgebildet
ist. Die einzelnen Teilelektroden 51-56 sind an
dem Umfang 58 des Elektrodenkörpers 57 an unterschiedlichen Umfangspositionen
angeordnet, insbesondere in näherungsweise
gleichen Abständen.
Damit kann durch eine gleichmäßige, intervallartige
und schnelle Drehbewegung 41 beispielsweise die Teilelektrode 53 gegen
die Teilelektrode 54 ausgetauscht werden.
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Mit
der in 3 gezeigten Art einer Elektrode 5 kann
die Standzeit einer Elektrode für
das Widerstandsschweißen
zweiter elektrischer Leiter deutlich erhöht werden, da sich die Standzeit
der Elektrode 5 aus der Summe der Standzeiten der einzelnen Teilelektroden 51-56 ergibt.
Ist für
eine der Teilelektroden die jeweilige Standzeit erreicht bzw. überschritten,
kann die Elektrode 5 manuell oder auch automatisch mit
einer Drehbewegung 41 gedreht werden und somit weiterverwendet
werden. Hierbei wird eine der Teilelektroden durch eine andere der
Teilelektroden, die näherungsweise
gleiche Abmessungen und eine gleiche Formgebung aufweist, ersetzt.
Alternativ wäre
es auch denkbar, die Teilelektroden mit unterschiedlichen Abmessungen
und/oder unterschiedlicher Formgebung auszustatten, so dass je nach
Anforderung und geometrischen Verhältnissen der jeweiligen Verbindungsanordnung
mit entsprechender Drehbewegung diejenige der Teilelektroden mit
geeigneten Abmessungen und geeigneter Formgebung ausgewählt werden
kann. Beispielsweise kann auf diese Art eine Teilelektrode mit größerer Stirnfläche gegen
eine Teilelektrode mit kleinerer Stirnfläche ausgetauscht werden.
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Mit
einer Elektrode nach der Art gemäß 3 ist
es nicht mehr notwendig, eine abgenutzte Stirnfläche einer Elektrode etwa durch
Nachschleifen nach Ablauf der Standzeit nachzubessern. Vielmehr kann
in einer einfachen, intervallartigen Wechselbewegung eine abgenutzte
Stirnfläche
einer Teilelektrode gegen eine intakte Stirnfläche einer anderen Teilelektrode
ausgetauscht werden. Dies ist insbesondere bei Verwendung von dreidimensional
geformten Elektrodenstirnflächen
von Vorteil, da diese im Allgemeinen nur erschwert nachgeschliffen
werden können,
ohne die jeweilige Formgebung nachteilig zu beeinflussen.
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Wie
in 3 angedeutet, weisen die Stirnflächen 20 der
jeweiligen Teilelektroden 51-56 eine Formgebung
auf, die insbesondere anhand von 2 näher beschrieben
wurde. Dabei ist es auch denkbar, Formgebungen der jeweiligen Stirnflächen 20 vorzusehen,
die im Zusammenhang mit 2 als alternative Lösungen beschrieben
wurden. Wie insbesondere anhand der linken Darstellung von 3 verdeutlicht,
sind gemäß dieser
Ausführungsform
einer Elektrode 5 der zentrale Bereich 21 und
die Randbereiche 22 und 23 (2)
in Richtung der Rotationsachse 59 des Elektrodenkörpers 57 nebeneinander
angeordnet.
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In 4 ist
demgegenüber
eine zu 3 alternative Ausführungsform
einer Elektrode 6 gezeigt, die mehrere Teilelektroden 61-66 an
einem Umfang 68 eines Elektrodenkörpers 67 an unterschiedlichen Umfangspositionen
aufweist. Die Formgebung der jeweiligen Stirnflächen 20 gleicht hierbei
wiederum der Formgebung einer Stirnfläche 20 gemäß 2. Im
Unterschied zu der Elektrode 5 gemäß 3 sind der
zentrale Bereich 21 und die Randbereiche 22 und 23 (2)
in Richtung senkrecht zu der Rotationsachse 69 des Elektrodenkörpers 67 nebeneinander angeordnet.
Im Übrigen
gleicht die Anordnung und der Aufbau der Elektrode 6 im
Wesentlichen der Anordnung und dem Aufbau der Elektrode 5,
wie vorstehend beschrieben.
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In 5 ist
eine Ausführung
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum Widerstandsschweißen
zweier elektrischer Leiter gezeigt. Die Vorrichtung 10 umfasst
im vorliegenden Ausführungsbeispiel
eine Elektrode 5, wie anhand von 3 näher beschrieben.
Die Elektrode 5 ist hierbei über eine Welle entlang der
Rotationsachse 59 durch eine Wechseleinrichtung 7 ansteuerbar,
durch welche die Drehbewegung 41 zum Wechseln einer der Teilelektroden 51-56 gegen
eine andere der Teilelektroden 51-56 eingeleitet
wird. Auf diese Art ist es möglich,
die Elektrode 5 mittels der Wechseleinrichtung 7 automatisch
in eine Drehbewegung zu versetzen, um eine Teilelektrode automatisch
gegen eine andere Teilelektrode auszutauschen.
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Ferner
weist die Vorrichtung 10 gemäß 5 eine Überwachungseinrichtung 8 auf,
in der ein vorgegebener Wert einer Standzeit 82 der Elektrode 5 in
einem Speicher 83 der Überwachungseinrichtung 8 gespeichert
ist. Als vorgegebener Wert 82 wird beispielsweise eine
durchschnittliche Standzeit einer Teilelektrode gespeichert, die
durch Tests ermittelt und mit einem Sicherheitsfaktor belegt wird. Ein
solcher Wert einer Standzeit wird über die Eingabe 84 in
die Überwachungseinrichtung 8 eingegeben. Diese überwacht
einen Schweißvorgang
im Hinblick auf die Einhaltung der Standzeit einer Teilelektrode, im
gezeigten Zustand des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Teilelektrode 53 der
Elektrode 5. Wird im Betrieb der Vorrichtung 10 der
vorgegebene Wert der Standzeit 82 der Teilelektrode 53 erreicht oder überschritten,
generiert die Überwachungseinrichtung 8 ein
Informationssignal 81 beispielsweise zur Ausgabe einer
Warnmeldung 85. Diese beinhaltet eine Aufforderung, einen
Wechsel der Teilelektrode 53 gegen eine andere der Teilelektroden 51-56 vorzunehmen.
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In
einer alternativen Ausführungsform
ist, wie in 5 dargestellt, die Wechseleinrichtung 7 zusätzlich oder
alternativ durch das Informationssignal 81 ansteuerbar.
Hierbei leitet die Wechseleinrichtung 7 bei aktiviertem
Informationssignal 81 eine automatische Wechselbewegung 41 der
Elektrode 5 zum Wechseln der Teilelektrode 53 gegen
eine andere der Teilelektrode 51-56 ein. Dadurch
können
die Teilelektroden automatisch gewechselt werden.
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Auch
bei der anhand von 5 beschriebenen Vorrichtung
zum Widerstandsschweißen
zweier elektrischer Leiter ist es denkbar, eine andere Ausführungsform
einer Elektrode zu verwenden, die beispielsweise anders geformte
Stirnflächen 20 der
jeweiligen Teilelektroden aufweist. Außerdem ist es möglich, die Überwachungseinrichtung 8 auf
eine Elektrode 1 einer Vorrichtung, wie anhand von 1 und 2 beschrieben,
anzuwenden, wobei die Überwachungseinrichtung 8 über die
Warnmeldung 85 anzeigt, dass die Elektrode manuell gewechselt werden
muss. Grundsätzlich
ist die Überwachungseinrichtung 8 im
Zusammenhang mit jeder Art von Elektrode zum Widerstandsschweißen zweier
elektrischer Leiter anwendbar, um eine automatische Elektrodenstandzeit-Überwachung
durchzuführen.