DE102005014731B4 - Elektrode, deren Verwendung sowie Vorrichtung zum Widerstandsschweißen eines ersten elektrischen Leiters an einen zweiten elektrischen Leiter - Google Patents

Abstract

Elektrode zum Widerstandsschweißen eines ersten elektrischen Leiters an einen zweiten elektrischen Leiter,
mit mehreren Teilelektroden (51–56; 61–66) mit einer jeweiligen Stirnfläche (20) zum Andrücken und Kontaktieren des ersten elektrischen Leiters (11) gegenüber dem zweiten elektrischen Leiter (12), wobei die jeweiligen Stirnflächen (20) der Teilelektroden (51–56; 61–66) näherungsweise gleiche Abmessungen und eine gleiche Formgebung aufweisen,
bei der die Teilelektroden (51–56; 61–66) an einem Umfang (58, 68) eines drehbaren Elektrodenkörpers (57, 67) der Elektrode an unterschiedlichen Umfangspositionen angeordnet sind,
bei der die Stirnfläche (20) einer jeweiligen Teilelektrode (51–56; 61–66) einen ersten Bereich (21) aufweist, der beim Widerstandsschweissen den ersten elektrischen Leiter (11) in einer ersten Schweißzone (31) kontaktiert,
bei der die Stirnfläche (20) einer jeweiligen Teilelektrode (51–56; 61–66) wenigstens einen Randbereich (22, 23) aufweist, der beim Widerstandsschweissen den ersten elektrischen Leiter (11) in einer zweiten Schweißzone (32, 33) kontaktiert und
bei der der Randbereich (22, 23) in...

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektrode, deren Verwendung und eine Vorrichtung zum Widerstandsschweißen eines ersten elektrischen Leiters an einen zweiten elektrischen Leiter.
• 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.
• 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.
• 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.
• DE 41 17 697 C2 betrifft eine Vorrichtung zum Verschweißen der Adern von Litzen zu einem festen und gasdichten Anschlussknoten, wobei ein absenkbarer Elektrodenhalter in einem Drehkörper Oberelektroden unterschiedlicher Breite aufweist, die in Verbindung mit einer Verstellung des Anschlages (Distanzschieber) wahlweise in Wirkstellung bringbar sind. Dadurch lässt sich die Oberelektrode leicht auswählen, da die unterschiedlich ausgestalteten Oberelektroden gemeinsam in einem revolverartig betätigbaren Drehkörper vorgesehen sind und die jeweils gewünschte Oberelektrode sich durch einfaches Verdrehen dieses Drehkörpers in Arbeitsstellung bringen lässt.
• Aus den Druckschriften US 1 618 764 , DE 28 09 197 A1 , DE-PS 976 390 und US 2 701 834 sind jeweils Widerstandsschweißelektroden bekannt, deren Stirnfläche eine im Wesentlichen ballige Form aufweist.
• 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 und eine höhere Standzeit zu erzielen. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Widerstandsschweissen eines ersten elektrischen Leiters an einen zweiten elektrischen Leiter mit einer solchen Elektrode bereitzustellen sowie eine geeignete Verwendung der Elektrode anzugeben.
• Diese Aufgabe wird durch eine Elektrode zum Widerstandsschweißen eines ersten elektrischen Leiters an einen zweiten elektrischen Leiter gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Verwendung der Elektrode nach Patentanspruch 14 sowie eine Vorrichtung zum Widerstandsschweissen nach Patentanspruch 15.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• Um die Standzeit der erfindungsgemäßen Elektrode zu erhöhen, ist 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.
• Die Wechselbewegung wird durch eine Drehbewegung der Elektrode eingeleitet, so dass durch einfaches Drehen eine der Teilelektroden durch eine andere der Teilelektroden austauschbar ist. Hierbei 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• Des weiteren 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.
• Weitere vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
• 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.
• 1 zeigt Detail-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,
• 2 zeigt eine Detailansicht einer Ausführungsform der Elektrodenstirnfläche gemäß der Erfindung,
• 3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Elektrode in Ansichten von zwei unterschiedlichen Seiten,
• 4 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Elektrode,
• 5 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Widerstandsschweißen von elektrischen Leitern.
• 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.
• 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 1b 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.

Claims (19)

1. Elektrode zum Widerstandsschweißen eines ersten elektrischen Leiters an einen zweiten elektrischen Leiter, mit mehreren Teilelektroden (51–56; 61–66) mit einer jeweiligen Stirnfläche (20) zum Andrücken und Kontaktieren des ersten elektrischen Leiters (11) gegenüber dem zweiten elektrischen Leiter (12), wobei die jeweiligen Stirnflächen (20) der Teilelektroden (51–56; 61–66) näherungsweise gleiche Abmessungen und eine gleiche Formgebung aufweisen, bei der die Teilelektroden (51–56; 61–66) an einem Umfang (58, 68) eines drehbaren Elektrodenkörpers (57, 67) der Elektrode an unterschiedlichen Umfangspositionen angeordnet sind, bei der die Stirnfläche (20) einer jeweiligen Teilelektrode (51–56; 61–66) einen ersten Bereich (21) aufweist, der beim Widerstandsschweissen den ersten elektrischen Leiter (11) in einer ersten Schweißzone (31) kontaktiert, bei der die Stirnfläche (20) einer jeweiligen Teilelektrode (51–56; 61–66) wenigstens einen Randbereich (22, 23) aufweist, der beim Widerstandsschweissen den ersten elektrischen Leiter (11) in einer zweiten Schweißzone (32, 33) kontaktiert und bei der der Randbereich (22, 23) in Bezug auf den ersten Bereich (21) der Stirnfläche (20) derart ausgebildet ist, dass in einer Schweißposition der erste elektrische Leiter (11) an der zweiten Schweißzone (32, 33) weniger stark komprimierbar ist als an der ersten Schweißzone (31).
2. Elektrode nach Anspruch 1, bei der wenigstens ein Randbereich (22, 23) der Stirnfläche (20) sich seitlich an den ersten Bereich (21) anschließt und entgegen der Annäherungsrichtung (40) an die zu verschweißenden Leiter auslaufend geformt ist.
3. Elektrode nach Anspruch 1 oder 2, bei der die jeweilige Stirnfläche (20) wenigstens einen ersten Randbereich (22) aufweist, der beim Widerstandsschweissen den ersten elektrischen Leiter (11) in einer zweiten Schweißzone (32) kontaktiert, die jeweilige Stirnfläche (20) wenigstens einen zweiten Randbereich (23) aufweist, der beim Widerstandsschweissen den ersten elektrischen Leiter (11) in einer dritten Schweißzone (33) kontaktiert, wobei der erste Randbereich (22) und der zweite Randbereich (23) der jeweiligen Stirnfläche an gegenüberliegenden Seiten des ersten Bereichs (21) der Stirnfläche angeordnet sind.
4. Elektrode nach Anspruch 3, bei der der erste und zweite Randbereich (22, 23) der jeweiligen Stirnfläche (20) in Bezug auf den ersten Bereich (21) der Stirnfläche (20) symmetrisch geformt sind.
5. Elektrode nach Anspruch 3 oder 4, bei der der erste und der zweite Randbereich (22, 23) sowie der erste Bereich (21) der jeweiligen Stirnfläche näherungsweise jeweils eine gleiche Erstreckung (d1, d2, d3) in Querschnittsebene (34) der Elektrode senkrecht zu einer Annäherungsrichtung (40) der jeweiligen Teilelektrode aufweisen.
6. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die jeweilige Stirnfläche (20) im ersten Bereich (21) eine ballige Form aufweist.
7. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der ein Übergang (24) der jeweiligen Stirnfläche (20) vom ersten Bereich (21) in den wenigstens einen Randbereich (22, 23) unstetig ist.
8. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die jeweilige Stirnfläche (20) im wenigstens einen Randbereich (22, 23) einen näherungsweise geraden Auslauf aufweist.
9. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der die jeweilige Stirnfläche (20) im wenigstens einen Randbereich (22, 23) einen spitzen Auslaufwinkel (α), insbesondere von näherungsweise 15° bis 30°, zur Quer schnittsebene (34) der Elektrode senkrecht zu einer Annäherungsrichtung (40) der jeweiligen Teilelektrode aufweist.
10. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der die Teilelektroden (51–56; 61–66) am Umfang des Elektrodenkörpers (57, 67) in näherungsweise gleichen Abständen an unterschiedlichen Umfangspositionen angeordnet sind.
11. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der der Elektrodenkörper (57, 67) rotationssymmetrisch ausgebildet ist.
12. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei der der erste Bereich (21) und der Randbereich (22, 23) der jeweiligen Stirnfläche in Richtung einer Rotationsachse (59) des Elektrodenkörpers (57) nebeneinander angeordnet sind.
13. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei der der erste Bereich (21) und der Randbereich (22, 23) der jeweiligen Stirnfläche in Richtung senkrecht zu einer Rotationsachse (69) des Elektrodenkörpers (67) nebeneinander angeordnet sind.
14. Verwendung der Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei in der ersten Schweißzone (31) ein Kompaktierschweißen einer Litzendrahtanordnung (11) des ersten elektrischen Leiters durchführbar ist.
15. Vorrichtung zum Widerstandsschweißen eines ersten elektrischen Leiters an einen zweiten elektrischen Leiter mit einer Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Elektrode (5, 6) derart ausgebildet und bewegbar angeordnet ist, dass für einen Schweißvorgang in einer Wechselbewegung (41) der Elektrode eine der Teilelektroden (51–56; 61–66) gegen eine andere der Teilelektroden (51–56; 61–66) wechselbar ist, mit einer Überwachungseinrichtung (8), in der ein vorgegebener Wert (82) gespeichert ist, der in Zusammenhang mit einer Standzeit der Elektrode (5) steht, und die einen Schweißvorgang in Hinblick auf die Einhaltung der Standzeit überwacht, wobei die Überwachungseinrichtung (8) im Betrieb der Vorrichtung (10) bei Erreichen oder Überschreiten des vorgegebenen Werts (82) ein Informationssignal (81) generiert.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, bei der als vorgegebener Wert (82) eine durchschnittliche Standzeit der Elektrode gespeichert ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, bei der eine Wechseleinrichtung (7) für die Elektrode (5) durch das Informationssignal (81) ansteuerbar ist, und bei der die Wechseleinrichtung (7) bei aktiviertem Informationssignal (81) eine automatische Wechselbewegung (41) der Elektrode zum Wechseln einer der Teilelektroden (51–56) gegen eine andere der Teilelektroden (51–56) einleitet.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17 bei der die Wechselbewegung durch eine Drehbewegung (41) der Elektrode (5, 6) einleitbar ist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, bei der die Elektrode (5) durch eine Wechseleinrichtung (7) ansteuerbar ist, durch welche die Wechselbewegung (41) automatisch einleitbar ist.