DE102007027208A1

DE102007027208A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Kompaktierschweißen

Info

Publication number: DE102007027208A1
Application number: DE102007027208A
Authority: DE
Inventors: Uwe Blümmel
Original assignee: Tyco Electronics AMP GmbH
Current assignee: TE Connectivity Germany GmbH
Priority date: 2007-06-13
Filing date: 2007-06-13
Publication date: 2008-12-18
Also published as: WO2008152000A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kompaktierschweißen eines elektrischen Anschlusskontakts (10), insbesondere für widerstandsüberwachte Schaltkreise eines Kraftfahrzeugs, mit zwei Schweißwerkzeugen (40; 410, 420), zwischen welchen der elektrische Anschlusskontakt (10) und eine elektrische Leitung (304) zum gegenseitigen Verschweißen vorsehbar sind (I), und mit zwei Schweißbacken (50, 50), zwischen welchen die elektrische Leitung (304) beim Verschweißen einklemmbar ist (III, IV), wobei wenigstens eine Schweißbacke (50) auf derjenigen Seite des elektrischen Anschlusskontakts (10) ansetzbar ist (II), auf welcher die elektrische Leitung (304) vorsehbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kompaktierschweißen einer elektrischen Leitung an einen elektrischen Anschlusskontakt, wie z. B. einen elektrischen Stift- oder Buchsenkontakt, insbesondere für widerstandsüberwachte Schaltkreise in einem Kraftfahrzeug.
In der Automobilindustrie ist ein einfaches, schnelles und massentaugliches Verbinden von elektrischen Leitungen mit elektrischen Endverbindern (Terminals) für das Bordnetz wünschenswert. Ein solches bekanntes Verfahren ist das sogenannte Kompaktierschweißen einer elektrischen Leitung an einen elektrischen Anschlusskontakt. Beim Kompaktierschweißen findet gleichzeitig ein Kompaktieren der Einzeldrähte der Leitung und das gleichzeitige Aufschweißen eines solchen Leitungspakets auf den Anschlusskontakt (Endverbinder) statt. Ferner wird dabei ein Herstellen eines Isolationscrimps realisiert. Hierdurch erreicht man eine hohe Effizienz, Sicherheit und geringe Kosten je Schweißvorgang.
Bekannte Kompaktierschweißverfahren haben jedoch den Nachteil, dass eine Breite einer elektrischen Anschlusszone am Anschlusskontakt auf eine Größe einer elektrisch anzuschließenden Leitung eng abzustimmen ist. Hierdurch verlieren die bekannten Kompaktierschweißverfahren an Flexibilität, da ohne ein Umrüsten einer Vorrichtung zum Kompaktierschweißen im Wesentlichen nur eine einzige Paarung einer Leitung mit einem Anschlusskontakt verarbeitet werden kann. Hierdurch ergeben sich Durchsatzeinbußen bei einer solchen Vorrichtung sowie Kostennachteile.
Bei einer bekannten Vorrichtung zum elektrischen Kompaktierschweißen wird ein Schweißgesenk durch Keramikbacken be grenzt, wobei die Keramikbacken beim Schweißvorgang seitlich an einer Unterelektrode der Vorrichtung anstehen. Eine Anschlusszone des elektrischen Anschlusskontakts ist dabei an eine Breite der Elektroden (Ober- und Unterelektrode) bzw. die Breite der Elektroden an eine Breite der Anschlusszone angepasst.
Die aus einer Vielzahl von Einzeldrähten bestehende elektrische Innenleitung eines Kabels wird durch eine bewegliche Oberelektrode, die geringfügig schmäler als die Unterelektrode ist, auf die Anschlusszone des elektrischen Anschlusskontakts aufgedrückt und verteilt sich dabei über die gesamte Breite der elektrischen Anschlusszone. Soll nun eine vergleichsweise dünne Innenleitung an eine vergleichsweise große Anschlusszone angeschlossen werden, so ist ein herkömmliches Verfahren zum Kompaktierschweißverfahren nicht mehr ordnungsgemäß durchführbar.
Bei alternativen Kompaktierschweißverfahren wird in einem vorgeschalteten Arbeitsgang die aus einer Vielzahl von Einzeldrähten bestehende Innenleitung des elektrischen Kabels zu einem massiven Block kompaktiert und erst dann aufgeschweißt. Nachteilig bei einem solchen Verfahren ist ein zusätzlicher, kostenintensiver Arbeitsgang, um das gewünschte Ergebnis zu erhalten.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum Kompaktierschweißen einer elektrischen Leitung an einen elektrischen Anschlusskontakt zur Verfügung zu stellen. Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kompaktierschweißen zur Verfügung zu stellen, welches bzw. welche es ermöglicht – ohne ein Umrüsten der Vorrichtung zum Kompaktierschweißen – unterschiedliche Anschlusskontakte mit unterschiedlichen Kabeln mechanisch fest und elektrisch leitend zu verbinden. Dies soll bevorzugt für einen großen Bereich unterschiedlich großer Leitungen mit ei ner variablen Breite ihrer Schweißzone an den Anschlusskontakt mit einer bestimmten Breite seiner Anschlusszone realisiert werden.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und mittels einer Vorrichtung gemäß Anspruch 7 gelöst.
Gemäß der Erfindung wird eine elektrische Anschlusszone eines Anschlusskontakts mit einer elektrischen Innenleitung eines Kabels verschweißt, wobei die Innenleitung kompaktiert wird. Hierbei kann z. B. der elektrische Anschlusskontakt ein Steck-/Buchsenkontakt, ein Terminal oder ein elektrischer Anschluss an einem Stanzgitter sein. Zum Kompaktieren und Verschweißen werden die Anschlusszone des Anschlusskontakts und die Leitung des Kabels mittels vier Schweißwerkzeugen verarbeitet. Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnen sich dadurch aus, dass wenigstens ein Schweißwerkzeug, beim Kompaktieren und Verschweißen der Leitung mit der Anschlusszone, auf derjenigen Seite des Anschlusskontakts aufsitzt, auf welcher auch die Leitung für das Kompaktieren und Verschweißen angeordnet wird.
Hierdurch lässt sich erfindungsgemäß eine Breite des kompaktieren und verschweißten Abschnitts der elektrischen Leitung mit der Anschlusszone des elektrischen Anschlusskontakts beeinflussen. D. h. erfindungsgemäß ist es möglich, eine vergleichsweise dünne Leitung an eine vergleichsweise breite Anschlusszone mittels eines Kompaktierschweißverfahrens anzuschweißen.
Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, bei unterschiedlich dicken elektrischen Leitungen eine identische Schweißfläche zu realisieren bzw. je nach Größenverhältnissen der Leitung (Querschnitt) und der elektrischen Anschlusszone (Fläche) eine Schweißfläche anzupassen. Dies ist insbesondere für elektri sche Signalkontakte, z. B. eines Airbags oder eines Sensoranschlusses in einem Kraftfahrzeug, von Vorteil, da solche Schaltkreise meist widerstandsüberwacht sind und erfindungsgemäß ein elektrischer Widerstand genau eingestellt werden kann. Somit werden Ausfälle oder Fehlfunktionen der betreffenden elektrischen bzw. elektronischen Einrichtung vermieden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden zwei einander gegenüberliegende Schweißwerkzeuge auf derjenigen Seite des elektrischen Anschlusskontakts angesetzt, auf welcher die elektrische Leitung zum Verschweißen mit dem Anschlusskontakt angeordnet wird. Hierdurch ist der Schweißbereich auf der Anschlusszone von zwei Seiten aus beeinflussbar, wodurch sich insbesondere eine in Bezug auf die Anschlusszone mittige Ausbildung eines Schweißbereichs realisieren lässt.
In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann ein Schweißwerkzeug seitlich an der elektrischen Anschlusszone und somit bevorzugt auch seitlich am zu kompaktierenden Abschnitt der elektrischen Leitung ansetzen. Darüber hinaus ist es bei einer solchen Ausführungsform auch möglich, dass dieses Schweißwerkzeug an oder mit einem gewissen Abstand zu einem Schweißwerkzeug anliegt, welches direkt für eine Verschweißung (z. B. Elektrode oder Amboss) verantwortlich ist.
In einer Ausführungsform der Erfindung sind die für eine Begrenzung der elektrischen Leitung auf der elektrischen Anschlusszone des Anschlusskontakts verantwortlichen Schweißwerkzeuge Schweißbacken, die bevorzugt wenigstens teilweise aus Keramik hergestellt sind. Hierbei sind die Schweißbacken einander gegenüberliegend angeordnet und bestimmen eine Breite des kompaktierten Abschnitts der Leitung.
Die dazu korrespondierenden Schweißwerkzeuge, welche für die eigentliche Verschweißung der elektrischen Leitung mit der elektrischen Anschlusszone verantwortlich sind, begrenzen beim Verschweißen der Anschlusszone mit der Leitung im Wesentlichen die beiden übrigen, freien Seiten des Verbunds aus Anschlusszone (Anschlusskontakt) und Leitung. D. h. ein Schweißwerkzeug liegt bevorzugt flächig am Anschlusskontakt und das andere Schweißwerkzeug liegt bevorzugt flächig an der Leitung an.
Wenigstens eine der Schweißbacken begrenzt eine Seite des zu kompaktierenden Abschnitts der elektrischen Leitung und sitzt dabei gleichzeitig an derjenigen Seite (Anschlusszone) des elektrischen Anschlusskontakts an, auf welcher auch die Leitung angeordnet ist. Die andere Schweißbacke kann dabei in einer ähnlichen Weise gegenüberliegend zur ersten auf der Anschlusszone ansitzen, oder begrenzt darüber hinaus die Anschlusszone seitlich, und kann des Weiteren auch seitlich an einem für die Schweißung verantwortlichen Schweißwerkzeug ansitzen oder mit einem kleinen Abstand dazu beabstandet sein.
In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wird beim erfindungsgemäßen Kompaktierschweißverfahren ein elektrisches Widerstandsschweißverfahren oder ein Ultraschallschweißverfahren durchgeführt. Hierfür sind entsprechend zwei Schweißwerkzeuge als Elektroden oder Sonotroden bzw. eines als eine Sonotrode und das andere als ein Amboss ausgebildet. Ferner kann ein Schweißwerkzeug als Schieber ausgebildet sein.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden der elektrische Anschlusskontakt und die elektrische Leitung zwischen zwei Schweißwerkzeugen zum gegenseitigen Verschweißen vorgesehen. Ferner wird die Leitung zwischen zwei Schweißbacken zum Verschweißen eingeklemmt, wobei wenigstens eine Schweißbacke auf derjenigen Seite des Anschlusskontakts angesetzt wird, auf welcher auch die Leitung vorgesehen wird.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Kompaktierschweißen ist der elektrische Anschlusskontakt und die elektrische Lei tung zum gegenseitigen Verschweißen zwischen zwei Schweißwerkzeugen und zwischen zwei Schweißbacken vorsehbar, wobei die beiden Schweißbacken seitlich direkt benachbart zu den beiden Schweißwerkzeugen liegen. Wenigstens eine Schweißbacke ist auf derjenigen Seite am Anschlusskontakt ansetzbar, auf welcher auch die Leitung vorsehbar ist. Zeitlich daran anschließend ist ein Schweißvorgang durchführbar, wobei die Leitung mit dem Anschlusskontakt kompaktierbar und verschweißbar ist.
Erfindungsgemäß können gleiche elektrische Anschlusszonen durch Anpassung einer Schweißbreite für einen weiten Bereich verschiedener elektrischer Leitungen verwendet werden, bzw. ein bisher hierfür erforderlicher, vorgeschalteter Kompaktiervorgang der Leitung entfällt.
Beim Anwenden der Erfindung auf ein elektrisches Widerstandsschweißverfahren kann eine Elektrode, insbesondere eine Unterelektrode massiver als im Stand der Technik ausgeführt werden, wodurch sich eine höhere Standzeit für die Unterelektrode ergibt. Das Realisieren verschiedener Schweißbreiten auf der elektrischen Anschlusszone wird durch einen Austausch nur einer einzigen Elektrode, insbesondere einer Oberelektrode, realisiert. Ein Anpassen der übrigen Komponenten, insbesondere der Unterelektrode, entfällt.
Erfindungsgemäß ergibt sich ein geringerer Umrüstaufwand für die Vorrichtung zum Kompaktierschweißen beim Umstellen einer Produktion. Ferner ergibt sich ein schnelleres Anpassen dadurch, dass nur die Oberelektrode austauschbar zu gestalten ist, zumal die Unterelektrode auch eine höhere Standzeit aufweist.
Zusätzliche Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen abhängigen Ansprüchen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte, schematische Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1 einen prinzipiellen Aufbau einer Vorrichtung zum Kompaktierschweißen einer elektrischen Leitung an einen elektrischen Anschlusskontakt, sowie einen Ablauf eines entsprechenden Verfahrens;
2 eine Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik zum Kompaktierschweißen sowie einen dazugehörigen Verfahrensablauf (Schritte I bis VI);
3 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Kompaktierschweißen sowie einen dazugehörigen, erfindungsgemäßen Verfahrensablauf (Schritte I bis VI);
4 eine zusätzliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Kompaktierschweißen; und
5 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Kompaktierschweißen.
In den folgenden Ausführungen wird die Erfindung ausgehend vom in 2 dargestellten Stand der Technik anhand einer Vorrichtung und anhand eines Verfahrens zum Kompaktierschweißen einer elektrischen Leitung an einen elektrischen Anschlusskontakt eines Buchsenkontakts näher erläutert. Die Erfindung soll jedoch nicht auf einen solchen Anschlusskontakt eines Buchsenkontakts beschränkt sein, sondern generell Anschlusskontakte umfassen. Dies betrifft z. B. einen Anschlusskontakt an einem elektrischen Stiftkontakt, einem Terminal oder einem elektrischen Stanzgitter. Darüber hinaus ist die Erfindung nicht auf Anwendungen im Automobilbereich beschränkt.
Ferner wird die Erfindung anhand eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum elektrischen Widerstands-Kompaktierschweißen näher erläutert. Die Erfindung soll jedoch nicht auf eine solche Vorrichtung bzw. ein solches Verfahren beschränkt sein, sondern kann auch auf andere Schweißvorrichtungen bzw. Schweißverfahren angewendet werden. So ist es z. B. möglich, die Erfindung auf eine Vorrichtung bzw. auf ein Verfahren zum Ultraschallschweißen anzuwenden.
1 zeigt in einer dreidimensionalen Ansicht einen prinzipiellen Aufbau einer Vorrichtung 1 zum Kompaktierschweißen. Der Vorrichtung 1 werden eine Vielzahl von elektrischen Anschlusskontakten 10 (im vorliegenden Fall als Buchsenkontakte 10 ausgebildet) von links kommend (in Bezug auf die 1) über eine Zuführeinrichtung zugeführt, um jeweils mit einem elektrischen Kabel 30 elektrisch verbunden zu werden. Für einen Weitertransport der zusammenhängenden Anschlusskontakte 10 weist ein Trägerstreifen 110 der Anschlusskontakte 10 Transportöffnungen 112 auf, mittels welcher der Trägerstreifen 110 in einen Schweißbereich der Kompaktierschweißvorrichtung 1 vorbewegbar ist.
Befindet sich der elektrische Anschlusskontakt 10 im Schweißbereich der Vorrichtung 1 zum Kompaktierschweißen so wird zunächst ein Endabschnitt des Kabels 30 auf einem hinteren Abschnitt des Anschlusskontakts 10 platziert, wobei ein abisolierter Endabschnitt der elektrischen Leitung 304 des Kabels 30 auf einer elektrischen Anschlusszone 104 des Anschlusskontakts 10 zu liegen kommt. Hierbei liegt ein nach wie vor elektrisch isolierter Bereich des Kabels 30 im Bereich zweier Crimplaschen 102 des Anschlusskontakts 10.
Zunächst werden die Crimplaschen 102 mittels eines Crimpwerkzeugs 20, das z. B. als Biegestempel ausgebildet sein kann, geschlossen, wodurch sich eine mechanisch feste Verbindung des Kabels 30 über dessen elektrische Isolierung 302 mit dem elektrischen Anschlusskontakt 10 ergibt. Ferner wird im selben Arbeitsgang der elektrische Anschlusskontakt 10 von seinem Trägerstreifen 110 getrennt, d. h. das Crimpwerkzeug 20 trennt den Trägerstreifen 110 vom Anschlusskontakt 10. Darauf folgend werden zwei Schweißbacken 50 (Schweißwerkzeuge) und zwei Elektroden 40 (Schweißwerkzeuge) an den zu verschweißenden Bereich zwischen der elektrischen Leitung 304 des Kabels 30 und der elektrischen Anschlusszone 104 des Anschlusskontakts 10 vorbewegt.
Befinden sich die beiden Schweißbacken 50 und die beiden Elektroden 40 in ihrer jeweiligen Arbeitsposition, so wird der freie Endabschnitt der elektrischen Leitung 304 kompaktiert und mit der elektrischen Anschlusszone 104 des Anschlusskontakts 10 verschweißt. Anschließend wird das mittels der Crimplaschen 102 reibschlüssig und mittels der Kompaktierschweißung stofflich einstückig mit dem elektrischen Anschlusskontakt 10 verbundene elektrische Kabel 30 aus der Kompaktierschweißvorrichtung 1 entnommen und einer Weiterverarbeitung zugeführt werden. Darauf folgend wird ein weiterer elektrischer Anschlusskontakt 10 in die Kompaktierschweißvorrichtung 1 eingebracht.
Die 2-I bis 2-VI zeigen eine Kompaktierschweißvorrichtung 1 sowie ein dazugehöriges Verfahren (Schritte I bis VI) zum Kompaktierschweißen gemäß dem Stand der Technik.
In einem ersten Schritt I wird in einem Bereich zweier gegenüberliegender Elektroden 40 (Oberelektrode 410 und Unterelektrode 420) der elektrische Anschlusskontakt 10 und der freie, abisolierte Endabschnitt der elektrischen Leitung 304 des Kabels 30 eingebracht, was durch die beiden Pfeile in 2-I verdeutlicht ist. Hierbei wird der Anschlusskontakt 10 auf der Unterelektrode 420 platziert, wobei die elektrische Anschlusszone 104 des Anschlusskontakts 10 der Unterelektrode 420 abgewandt ist. Auf die Anschlusszone 104 wird der freie Endabschnitt der Leitung 304 gelegt, wobei sich auf der der Anschlusszone 104 abgewandten Seite der Leitung 304 die Oberelektrode 410 befindet. D. h. ein mechanischer Kontaktbereich zwischen der Anschlusszone 104 und der Leitung 304 befindet sich zwischen den beiden Elektroden 40.
In einem folgenden Schritt II werden nun die beiden Schweißbacken 50 in ihre jeweilige Arbeitsposition vorbewegt. Hierzu werden die beiden Schweißbacken 50 nach unten (in Bezug auf 2-II) bewegt und anschließend mit einem Abschnitt an die Unterelektrode 420 und den elektrischen Anschlusskontakt 10 angelegt (Seitwärtsbewegung). Im Stand der Technik ist der Anschlusskontakt 10 im Schweißbereich mit der elektrischen Leitung 304 ungefähr genauso breit wie die Unterelektrode 420 ausgebildet. D. h., dass die Unterelektrode 420 an eine Breite des Anschlusskontakts 10 im Bereich dessen elektrischer Anschlusszone 104 abgestimmt werden muss. D. h. auch, dass, falls unterschiedlich breite Anschlusszonen 104 verwendet werden sollen, die Unterelektrode 420 angepasst werden muss, also auszuwechseln ist. Die Bewegung der jeweiligen Schweißbacke 50 ist wiederum mit Pfeilen verdeutlicht.
In einem darauf folgenden Schritt III wird die elektrische Leitung 304 mittels der beweglichen Oberelektrode 410 mechanisch vorverdichtet. D. h. die Oberelektrode 410 bewegt sich auf die Unterelektrode 420 zu und klemmt die Leitung 304 zwischen sich und der elektrischen Anschlusszone 104 des Anschlusskontakts 10 ein. Hierbei wird eine evtl. vorhandene Luft zwischen dem elektrischen Anschlusskontakt 10 und der Unterelektrode 420 eliminiert, sodass die Unterelektrode 420, der Anschlusskontakt 10, die Leitung 304 und die Oberelektrode 410 mit Druck aneinander anliegen, wobei die beiden Elektroden 40 die Leitung 304 und den Anschlusskontakt 10 zwischen sich einklemmen.
Dabei findet eine Klemmung der elektrischen Leitung 304 in einer im Wesentlichen 90°-Richtung dazu statt, sodass eine seitliche Herausbewegung der elektrischen Leitung 304 aus dem Schweißbereich aufgrund der Schweißbacken 50 unmöglich ist. Beim mechanischen Vorverdichten wird ein anfänglich im Wesentlichen kreisrunder, aus einer Vielzahl von Einzeldrähten bestehender, elektrischer Litzenleiter zusammengedrückt und erhält eine immer rechteckigere Form. Das mechanische Vorverdichten der elektrischen Leitung 304 wird über eine Aufsetzhöhe h_A kontrolliert. D. h., ist die Aufsetzhöhe erreicht, so wird das mechanische Vorverdichten gestoppt (siehe 2-III) und der eigentliche Kompaktierschweißvorgang kann erfolgen.
Dieser ist in 2-IV dargestellt. Zwischen der Ober- 410 und der Unterelektrode 420 wird eine Schweißspannung U₄₀ für eine Zeitspanne Δt₄₀ angelegt. Hierbei drückt wiederum die Oberelektrode 410 mit einer Kraft in Richtung auf die Unterelektrode 420, sodass eine Querschnittsverkleinerung der elektrischen Leitung 304 aufgrund eines Aufschmelzens der Leitung 304 im Schweißbereich kompensiert werden kann. Während des Schweißvorgangs bewegt sich die Oberelektrode 410 um einen Betrag Δh₄₀ in Richtung auf die Unterelektrode 420 zu. Überschreitet der Wert Δh₄₀ einen gewissen Wert, so wird der Schweißvorgang unterbrochen (Setzwegabschaltung). Eine Kontrolle findet über die Schweißzeit Δt₄₀ statt.
Beim Schweißen findet ein elektrischer Stromfluss von der Oberelektrode 410 über deren Schweißfläche 412 zum freien Endabschnitt der elektrischen Leitung 304 und von dort aus zur elektrischen Anschlusszone 104 des Anschlusskontakts 10 statt, wobei der elektrische Strom von der elektrischen Anschlusszone 104 über das Material des Anschlusskontakts 10 zur Schweißfläche 422 der Unterelektrode 420 und anschließend in diese geleitet wird.
Direkt nach dem Schweißvorgang wird noch eine gewisse Zeit gewartet, in welcher die Oberelektrode 410 nach wie vor mit einer Kraft in Richtung auf die Unterelektrode 420 beaufschlagt ist. Dies ist in 2-V dargestellt. Innerhalb dieser Nachhaltezeit findet eine Kontrolle über einen Setzweg Δh_s statt. D. h. nach dem Schweißen setzt sich die Oberelektrode 410 noch eine gewisse Strecke. Ist der vorbestimmte Setzweg Δh_s erreicht, so ist die erwünschte Schweißqualität erreicht, und darauf folgend kann das an den elektrischen Anschlusskontakt 10 geschweißte elektrische Kabel 30 aus der Kompaktierschweißvorrichtung 1 entnommen werden.
Dies ist in 2-VI dargestellt, wobei die Schweißbacken 50 und die Oberelektrode 410 in ihre in 2-I dargestellte Ausgangsposition fahren und anschließend der elektrische Anschlusskontakt 10 bzw. das elektrische Kabel 30 aus der Kompaktierschweißvorrichtung 1 entnommen werden können. Danach fährt das Verfahren bei Schritt I fort, wobei ein nächster Anschlusskontakt 10 mit einem Kabel 30 verbunden wird.
Das in 3 dargestellte erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum Kompaktierschweißen unterscheiden sich vom Stand der Technik im Wesentlichen darin, dass die Schweißbacken 50 an einer anderen Position ansetzen (3-II); eine Unterelektrode 420 verwendet werden kann, die in ihrer Breite nicht mehr auf die elektrische Anschlusszone 104 des Anschlusskontakts 10 abgestimmt werden muss; und die bevorzugt auswechselbar vorgesehene Oberelektrode 410 in ihrer Breite nur noch auf eine Breite B₃₀₅ (siehe hierzu 4 und 5) eines zu kompaktierenden Abschnitts 305 der elektrischen Leitung 304 abgestimmt werden muss. D. h. in Bezug auf Letzteres auch, dass, falls die Breite B₃₀₅ des kompaktierten Abschnitts 305 beliebig ist, dann keine bestimmte Oberelektrode 410 vorgesehen sein muss. Hierdurch ist die erfindungsgemäße Kompaktierschweißvorrichtung 1 einfacher zu handhaben und das erfindungsgemäße Verfahren einfacher und schneller durchzuführen. Ferner ergeben sich erfindungsgemäß weniger Fehler bei der Herstellung der Schweißverbindung als im Stand der Technik; ein Ausschuss ist daher geringer.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 und das erfindungsgemäße Verfahren zum Kompaktierschweißen sind nun derart ausgebildet, dass die Schweißbacken 50 nicht mehr seitlich an die Unterelektrode 420 bzw. seitlich an die elektrische Anschlusszone 104 des Anschlusskontakts 10 herangefahren werden (siehe 2-II), sondern die beiden Schweißbacken 50 oben bzw. an bzw. auf der elektrischen Anschlusszone 104 ansitzen (siehe 3-II).
Hierbei soll unter elektrischer Anschlusszone 104 nur derjenige Flächenbereich des Anschlusskontakts 10 verstanden werden, auf welchem der freie abisolierte Abschnitt der elektrischen Leitung 304 zu liegen kommen kann. D. h. bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel nach 1 ist die Anschlusszone 104 eine im Wesentlichen rechteckige Fläche oben auf dem elektrischen Anschlusskontakt 10, wobei die Anschlusszone 104 ein Abschnitt einer der beiden großen Längsseiten 11, 12 (siehe 1, 4 und 5) des Anschlusskontakts 10 ist, und wobei diejenige Längsseite 11 gewählt ist, auf welcher sich auch der elektrische Kontaktbereich (elektrischer Kontaktkasten eines Buchsenkontakts oder elektrischer Kontaktstift eines Stiftkontakts) befindet. D. h. auch, dass gemäß der Erfindung die Schweißbacken 50 nicht mehr seitlich (Querenden bzw. kurze Kanten) am Anschlusskontakt 10 ansitzen.
Dadurch, dass die Schweißbacken 50 auf dem elektrischen Anschlusskontakt 10 aufsitzen, ist es möglich, die Breite B₃₀₅ des kompaktierten Abschnitts 305 der elektrischen Leitung 304 zwischen quasi Null und einer Breite B₁₀₄ der elektrischen Anschlusszone 104 des Anschlusskontakts 10 nahezu beliebig zu wählen. Ist eine gewisse Breite B₃₀₅ des kompaktierten Abschnitts 305 der elektrischen Leitung 304 notwendig, so ist diese durch eine bestimmte Oberelektrode 410 realisierbar, wobei sich die Schweißbacken 50 in ihre entsprechende Position auf der Anschlusszone 104 vorbewegen. Die Unterelektrode 420 bleibt davon unberührt. Bevorzugt ist die Unterelektrode 420 breiter als die elektrische Anschlusszone 104 bzw. breiter als der elektrische Anschlusskontakt 10 ausgebildet, was deren Standzeit erhöht.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Kompaktierschweißen – siehe 3-I bis 3-VI – findet, abgesehen von obigen Ausfüh rungen, wie im Stand der Technik statt, wobei es jedoch nicht unbedingt notwendig ist, die Schweißbacken 50 seitlich zur Oberelektrode 410 bewegbar auszugestalten. D. h. für eine solche Ausführungsform der Erfindung ist die jeweilige Schweißbacke 50 im Betrieb der Kompaktierschweißvorrichtung 1 nur mehr noch in eine Richtung translatorisch auf und ab (in Bezug auf 3) bewegbar. Bei anderen Ausführungsformen der Erfindung – so wie eine in 3 dargestellt ist – sind jedoch die Schweißbacken 50 sowohl auf und ab, als auch seitlich zur Oberelektrode 410 bewegbar.
Mittels der Erfindung ist es insbesondere möglich, elektrische Leitungen 304 mit einer geringen Anzahl von Einzeldrähten an eine vergleichsweise große bzw. breite elektrische Anschlusszone 104 eines Anschlusskontakts 10 anzuschweißen. Hierfür muss lediglich der gegenseitige Abstand der Schweißbacken 50 auf der Anschlusszone 104 derart gewählt werden, dass wenigstens eine einzige Lage von Einzeldrähten auf der Anschlusszone 104 zwischen den beiden Schweißbacken 50 herstellbar ist. Bevorzugt sind jedoch wenigstens zwei übereinander liegende Lagen von Einzeldrähten (siehe hierzu auch 3-III) herstellbar.
Erfindungsgemäß wird eine Einrichtung und ein Verfahren zum Schweißanschluss eines aus mehreren Einzeldrähten bestehenden elektrischen Leiters mit einem elektrischen Kontaktteil in variabler Schweißbreite realisiert.
Es ist erfindungsgemäß nicht notwendig, beide Schweißbacken 50 auf derselben Seite an der elektrischen Anschlusszone 104 des Anschlusskontakts 10 ansitzen zu lassen. Solche Ausführungsformen der Erfindung sind in der 4 und der 5 dargestellt.
Bei solchen Ausführungsformen lässt sich zwar meist kein bezüglich einer Mittellinie M des elektrischen Anschlusskontakts 10 symmetrisch liegender, kompaktierter Abschnitt 305 der elektrischen Leitung 304 erreichen, was auch nicht zwingend notwendig ist und lediglich ästhetische Aspekte betrifft.
So zeigt 4 eine Schweißbacke 50 (links in Bezug auf 4), welche seitlich am elektrischen Anschlusskontakt 10 bzw. seitlich an der elektrischen Anschlusszone 104 ansitzt. Die ihr gegenüberliegende Schweißbacke 50 sitzt dann, wie oben gelehrt, oben (in Bezug auf die 4) auf der Anschlusszone 104 des Anschlusskontakts 10 an. Hierdurch ergibt sich zeitlich nach dem erfindungsgemäßen Schweißverfahren ein auf die elektrische Anschlusszone 104 geschweißter kompaktierter Abschnitt 305, der nicht mehr symmetrisch zur Mittellinie M des elektrischen Anschlusskontakts 10 liegt.
Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Kompaktierschweißen nach 4 ist es auch möglich, dass die Schweißbacke 50 mit einer Seite an der Unterelektrode 420, bevorzugt an deren Schweißfläche 422, ansitzt. Dies ist in 4 mit der punktierten Linie verdeutlicht. Es ist jedoch auch möglich – so wie in 4 dargestellt – einen Freiraum zwischen der Schweißfläche 422 der Unterelektrode 420 und der Schweißbacke 50 vorzusehen.
Vorteilhaft bei einer Ausführungsform nach 4 ist, dass die Unterelektrode 420 und eine Schweißbacke 50, nämlich die seitlich am elektrischen Anschlusskontakt 10 anliegende Schweißbacke 50, feststehend ausgebildet werden können. D. h. mit Bezug auf die 4 werden der elektrische Anschlusskontakt 10 und das elektrische Kabel 30 mit seinem freien, abisolierten Endabschnitt 304 von rechts kommend auf der Unterelektrode 420 platziert, wobei der Anschlusskontakt 10 so weit vorbewegt wird, bis er an der Schweißbacke 50 anstößt. Anschließend bewegt sich die andere Schweißbacke 50 in ihre Arbeitsposition, woran anschließend mit der mechanischen Vorverdichtung der elektrischen Leitung 304 und anschließend dem eigentlichen Schweißvorgang fortgefahren werden kann. Ein Entnehmen des Anschlusskontakts 10 erfolgt entsprechend nach rechts bzw. nach oben.
Eine der 4 ähnliche Ausführungsform zeigt 5, bei welcher eine Schweißbacke 50 nicht nur seitlich am elektrischen Anschlusskontakt 10 und der elektrischen Leitung 304, sondern auch seitlich an der Unterelektrode 420 anliegt. D. h. zeitlich nach dem erfindungsgemäßen Schweißverfahren liegen der kompaktierte Abschnitt 305 der elektrischen Leitung 304, der elektrische Anschlusskontakt 10 in einem Bereich seiner Anschlusszone 104 und die Unterelektrode 420 bündig an der Schweißbacke 50 an. Hierbei kann eine Schweißbacke 50 auch einstückig mit der Unterelektrode 420 verbunden bzw. ausgebildet sein.
Ferner zeigen die 4 und 5 einen elektrischen Anschlusskontakt 10 eines Stanzgitters 15, wobei das restliche Stanzgitter 15 schematisch durch gestrichelte Linien dargestellt ist.
Erfindungsgemäß ist es möglich, statt einem elektrischen Widerstandsschweißverfahren ein Ultraschallschweißverfahren mit einer entsprechenden erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Ultraschallschweißen durchzuführen. Hierbei sind die Schweißwerkzeuge 40 keine Elektroden 40 mehr, sondern Sonotroden 40 (Schweißhörner) bzw. ein mit einer Sonotrode 40 zusammenwirkender Amboss 40.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 und das erfindungsgemäße Verfahren zum Kompaktierschweißen eignen sich insbesondere für (eng) widerstandsüberwachte Schaltkreise in einem Kraftfahrzeug, z. B. für einen Airbag, einen Sensoranschluss, einen Hochdrucksensorkontakt etc.

1: Vorrichtung zum Kompaktierschweißen, z. B. Widerstands- oder Ultraschallschweißvorrichtung; Arbeitsstation
10: elektrischer (Signal-)Anschlusskontakt, z. B. Stift-/Buchsenkontakt, Terminal oder elektrischer Anschluss an einem Stanzgitter
11: Längsseite, Schweißseite
12: Längsseite, der Schweißseite abgewandte Seite
15: Stanzgitter
102: Crimplaschen
104: elektrische Anschlusszone
110: Trägerstreifen
112: Transportöffnung
20: Crimpwerkzeug, Biegestempel
30: elektrisches Kabel, Leitung
302: elektrische Isolierung
304: elektrische (Innen-)Leitung, bevorzugt Litzenleiter mit einer Vielzahl von Einzeldrähten
305: kompaktierter Abschnitt des elektrischen Leiters 304
40: Schweißwerkzeug, z. B. Elektrode, Sonotrode, Amboss, Schweißhorn
410: oberes Schweißwerkzeug, z. B. Oberelektrode, Sonotrode
412: Schweißfläche des oberen Schweißwerkzeugs 410
420: unteres Schweißwerkzeug, z. B. Unterelektrode, Amboss
422: Schweißfläche des unteren Schweißwerkzeugs 420
50: Schweißwerkzeug, Schweißbacke, insbesondere Keramikbacke; Schieber
M: Mittellinie des elektrischen Anschlusskontakts 10
B₁₀₄: Breite des elektrischen Anschlusskontakts 10 im Bereich seiner elektrischen Anschlusszone 104
B₃₀₅: Breite des kompaktierten Abschnitts 305 des elektrischen Kabels 30
U₄₀: Schweißspannung zwischen Elektroden 40; 410, 420
Δh₄₀: Setzweg des oberen Schweißwerkzeugs 410 während des Schweißens
h_A: Kontrolle: Aufsetzhöhe
Δt₄₀: Kontrolle: Schweißzeit
Δh_s: Kontrolle: Setzweg
I: Einsetzvorgang: Einsetzten des elektrischen Kontakts 10 und des elektrischen Innenleiters 34; Ausgangsposition
II: Ansetzen der Schweißbacken 200
III: elektrischen Innenleiter 34 mechanisch vorverdichten (optional)
IV: (Kompaktier-)Schweißvorgang
V: Nachhaltevorgang (optional)
VI: Entanhmevorgang => weiter mit I

Claims

Verfahren zum Kompaktierschweißen eines elektrischen Anschlusskontakts (10), insbesondere für widerstandsüberwachte Schaltkreise in einem Kraftfahrzeug, wobei der elektrische Anschlusskontakt (10) und eine elektrische Leitung (304) zum gegenseitigen Verschweißen zwischen zwei Schweißwerkzeugen (40; 410, 420) und zwischen zwei Schweißbacken (50), die seitlich zu den zwei Schweißwerkzeugen (40; 410, 420) liegen, angeordnet werden (I, II/II, I), wobei wenigstens eine Schweißbacke (50) auf derjenigen Seite am elektrischen Anschlusskontakt (10) angesetzt wird, auf welcher auch die elektrische Leitung (10) angeordnet wird, und zeitlich daran anschließend ein Schweißvorgang durchgeführt wird (IV), wobei der elektrische Anschlusskontakt (10) mit der elektrischen Leitung (304) kompaktiert und verschweißt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei ein Schweißwerkzeug (40; 410, 420), bevorzugt ein unteres Schweißwerkzeug (40; 420), breiter ausgebildet ist, als der elektrische Anschlusskontakt (10).
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei beide Schweißbacken (50, 50) auf derjenigen Seite des elektrischen Anschlusskontakts (10) ansetzt werden (II), auf welcher die elektrische Leitung (304) zum Verschweißen mit dem elektrischen Anschlusskontakt (10) angeordnet wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei beide Schweißbacken (50, 50) derart auf dem elektrischen Anschlusskontakt (10) ansetzt werden (II), dass ihr jeweiliger Abstand zu einer Mittellinie (M) des elektrischen Anschlusskontakts (10) im Wesentlichen gleich ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei beim Durchführen des Verfahrens wenigstens eine Schweißbacke (50) nur einen einzigen translatorischen Freiheitsgrad besitzt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Schweißvorgang ein Widerstands- oder Ultraschallschweißvorgang ist.
Vorrichtung zum Kompaktierschweißen eines elektrischen Anschlusskontakts (10), insbesondere für widerstandsüberwachte Schaltkreise eines Kraftfahrzeugs, mit zwei Schweißwerkzeugen (40; 410, 420), zwischen welchen der elektrische Anschlusskontakt (10) und eine elektrische Leitung (304) zum gegenseitigen Verschweißen vorsehbar sind (I), und mit zwei Schweißbacken (50, 50), zwischen welchen die elektrische Leitung (304) beim Verschweißen einklemmbar ist (III, IV), wobei wenigstens eine Schweißbacke (50) auf derjenigen Seite des elektrischen Anschlusskontakts (10) ansetzbar ist (II), auf welcher die elektrische Leitung (304) vorsehbar ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 7, wobei ein Schweißwerkzeug (40; 410, 420), bevorzugt ein unteres Schweißwerkzeug (40; 420), breiter ausgebildet ist, als der elektrische Anschlusskontakt (10).
Vorrichtung gemäß Anspruch 7 oder 8, wobei beide Schweißbacken (50, 50) auf derjenigen Seite des elektrischen Anschlusskontakts (10) ansetzbar sind (II), auf welcher die elektrische Leitung (304) zum Verschweißen mit dem elektrischen Anschlusskontakt (10) vorsehbar ist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei beide Schweißbacken (50, 50) derart auf dem elektrischen Anschlusskontakt (10) ansetzbar sind (II), dass ihr jeweiliger Abstand zu einer Mittellinie (M) des elektrischen Anschlusskontakts (10) im Wesentlichen gleich ist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei im Betrieb der Vorrichtung wenigstens eine Schweißbacke (50) nur einen einzigen translatorischen Freiheitsgrad besitzt.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei die Vorrichtung eine Widerstands- oder Ultraschallschweißvorrichtung ist.