DE102010028772A1

DE102010028772A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Verbinden zweier Drahtenden

Info

Publication number: DE102010028772A1
Application number: DE102010028772A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-05-07
Filing date: 2010-05-07
Publication date: 2011-11-10
Also published as: WO2011138465A1; DE112011101589A5

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum stoffschlüssigen Verbinden von zwei Drahtenden, wobei die Querschnitte der Drahtenden zum Verbinden an einer Verbindungsposition stumpf aneinandergesetzt werden. Die beiden Drahtenden werden in ein hülsenartig ausgebildetes Halteelement vor einer Anwendung des Verbindungsverfahrens eingeführt, wobei die beiden Drahtenden in dem hülsenartig ausgebildeten Halteelement geführt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum stoffschlüssigen Verbinden zweier Drahtenden nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Außerdem betrifft die Erfindung ein Halteelement für ein stoffschlüssiges Verbinden zweier Drahtenden nach dem Oberbegriff des Anspruchs 7.
Aus dem Stand des Technik ist bekannt, dass Drähte, die elektrisch leitfähig sind, entweder durch elektrisches Widerstandsschweißen oder durch Laserstrahlschweißen stoffschlüssig verbunden werden können. Dazu werden zuvor die beiden Drahtenden stumpf aneinandergeführt. Bei beiden Verfahren entstehen jedoch an der Schweißstelle Verdickungen (Wülste), die für viele Anwendungen nachträglich entfernt werden müssen, da sie störend wirken. Außerdem ist es insbesondere bei dünnen Drähten besonders aufwändig, die Drähte exakt zueinander zu positionieren und diese stumpf aneinander zu führen. Zum Widerstandsschweißen ist ein Stauchdruck der beiden aneinandergeführten Teile vorteilhaft, was ebenfalls besonders bei dünnen Drähten kaum zu realisieren ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und/oder ein Halteelement der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, mit dem die beiden Drahtenden auf einfache Weise ordnungsgemäß und belastungsfähig miteinander verbunden werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die beiden Drahtenden vor der Verbindung der beiden Drahtenden in ein hülsenartig ausgebildetes Halteelement eingeführt werden, wobei die beiden Drahtenden in dem hülsenartig ausgebildeten Halteelement geführt werden.
Das hülsenartig ausgebildete Halteelement stellt damit nicht nur ein Halteelement sondern auch ein Führungselement zur einfachen Führung und Ausrichtung der beiden Drahtenden dar, so dass die Drahtenden anschließend bevorzugt durch Widerstandsschweißen oder Laserstrahlschweißen problemlos und ordnungsgemäß stoffschlüssig verbunden werden können. Die beiden Schweißverfahren benötigen in der Regel keinen Zusatzwerkstoff zum Verbinden. Mit dem Innendurchmesser des hülsenartigen Haltelements kann der Außendurchmesser der Schweißnaht kalibriert werden. Er kann dem Drahtdurchmesser entsprechen, er kann aber auch größer, insbesondere geringfügig größer sein. Zum Beispiel kann bei einem Drahtdurchmesser von 0,12 mm der Innendurchmesser des Halteelements zwischen 0,12 mm und 0,16 mm, insbesondere 0,14 mm betragen, d. h. das Halteelement kann einen um ca. 10% bis 20% größeren Innendurchmesser aufweisen. Dadurch können die Drahtenden in einem stumpfen Winkel zueinander in das Halteelement eingeführt sein, sie können auch achsparallel, d. h. mit einem kleinen Versatz zueinander positioniert sein. Sie können aber auch koaxial, insbesondere passgenau in dem Halteelementgeführt sein. Das hülsenartig ausgebildete Halteelement stellt mit den beiden Drahtenden also einen Schiebesitz für die beiden Drahtenden dar.
So können im hülsenartig ausgebildeten Halteelement vorteilhafterweise saubere und belastungsfähige Schweißnähte durch die oben genannten Schweißverfahren erzeugt werden. Sogar der insbesondere beim Widerstandsschweißen vorteilhafte Stauchdruck (beidseitiges Aneinanderdrücken der beiden Drahtenden zueinander) kann leicht aufgebaut werden, ohne dass sich die beiden Drahtenden beim Aufschmelzen in Richtung zueinander verschieben. Der Innendurchmesser des hülsenartig ausgebildeten Halteelements bestimmt einen kalibrierten, gewünschten Durchmesser der Schweißnaht. Verdickungen (Wülste) an der Schweißnaht können so verhindert werden. Durch den gewählten, größeren Innendurchmesser des Halteelements wird ein gewünschtes Maß für die Verdickung der Schweißnaht erreicht, die nach dem stoffschlüssigen Verbinden bspw. durch Hämmern oder Walzen kaltverfestigt werden kann. Dies trägt zur zusätzlichen Stabilität und Robustheit der Schweißnaht bei.
Vorteilhaft ist außerdem, dass das hülsenartig ausgebildete Halteelement aus einem Hartstoff hergestellt ist. Hartstoffe sind Materialien, die sich, wie z. B. Glas, durch eine besonders hohe Härte bei oftmals gleichzeitig einhergehender Sprödigkeit auszeichnen. Ein besonderer Nutzen wird darin gesehen, dass bei der Führung der Drahtenden verhindert wird, dass sich scharfe Drahtenden in eine Innenwandung des Halteelements beim Einführen in das Halteelement eingraben und dadurch für den nachfolgenden Schweißvorgang nicht mehr optimal positioniert sind. Eine bevorzugt glatte Oberfläche der Innenwandung, so wie sie beispielsweise Glas aufweist, unterstützt das Einführen der Drahtenden zudem. Für das hülsenartig ausgebildete Halteelement wird ein sprödes, hartes und glattes Material bevorzugt.
Ferner ist von Vorteil, dass das hülsenartig ausgebildete Halteelement nach dem Verbinden zerstört wird. Dies kann geschehen, ohne dass die Schweißnaht bzw. der Draht beschädigt wird, bspw. mit einem Hammerschlag oder durch starke Hitzeeinwirkung auf das Haltelement. Nach dem abgeschlossenen Schweißvorgang zum stoffschlüssigen Verbinden übt das Halteelement keine Funktion mehr aus und kann deshalb entfernt werden.
Bei der Anwendung von Laserstrahlschweißen zum stoffschlüssigen Verbinden der Drahtenden, ist es vorteilhaft, wenn das hülsenartig ausgebildete Halteelement aus einem lasertransparenten Material hergestellt ist. Ein Laserstrahl dringt durch ein solches Material ohne wesentliche Erwärmung des Materials hindurch und erzeugt erst beim Auftreffen auf den laserabsorbierenden und damit wärmeerzeugenden Draht eine Schmelze. Durch das anschließende Zusammenfließen der beiden Materialien entsteht die Schweißnaht. Glas ist bspw. ein solches laserabsorbierendes Material.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den beigefügten Figuren.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung erfindungswesentlich sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
In der Zeichnung zeigen, jeweils in schematischer Form:
1 zwei Drahtenden mit einem hülsenartig ausgebildeten Halteelement an einer Verbindungsposition; und
2 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
1 zeigt zwei Drahtenden 10 und 12, die von zwei Seiten in ein hülsenartig ausgebildetes Halteelement 14 passgenau, d. h. in radialer Richtung zentriert und geführt, also koaxial eingeführt sind. Eine Berührungsposition (Verbindungsposition) 16 der beiden Drahtenden 10 und 12 liegt im Innern des Halteelements 14. Zur besseren Verdeutlichung ist in 1 ein Zustand kurz vor dem Zusammentreffen der beiden Drahtenden 10 und 12 dargestellt. Das Halteelement 14 ist aus einem Hartstoff, bevorzugt aus Glas, hergestellt. Bei Hartstoffen kann es sich aber auch um Ausbildungen intermetallischer Phasen, häufig Metallkarbide, oder auch um Keramiken, in denen ein hoher Anteil metallischen Bindungscharakters besteht, handeln. Das Haltelement 14 dient zum leichtgängigen Führen und exakten Positionieren der Drahtenden 10 und 12 für ein anschließendes stoffschlüssiges Verbinden der beiden Drahtenden 10 und 12. Das stoffschlüssige Verbinden wird bevorzugt durch Widerstandsschweißen oder durch Laserschweißen durchgeführt.
Zum Widerstandsschweißen werden die zwei miteinander zu verbindenden elektrisch leitfähigen Drahtenden 10 und 12 fest aneinander gedrückt (aufgebauter Stauchdruck). Danach wird ein elektrischer Strom in angemessener Höhe durch die aneinandergedrückten Drahtenden 10 und 12 und somit auch durch die Verbindungsposition 16 geleitet. Gegebenenfalls können die beiden Drahtenden 10 und 12 auch geringfügig auseinandergezogen werden, so dass ein Lichtbogen zur Zündung entsteht. Dadurch erfolgt ein Aufschmelzen des elektrisch leitfähigen Werkstoffs an der Stelle des größten elektrischen Widerstandes, d. h. in der Regel an der Verbindungsposition 16. Danach werden die Drahtenden 10 und 12 wieder in Richtung aufeinander gepresst und die Drahtenden 10 und 12 miteinander verschmolzen.
Alternativ wird beim Laserstrahlschweißen eine Laserstrahlung mittels einer Optik fokussiert. Die Verbindungsposition 16 der zu verschweißenden Drahtenden 10 und 12 muss sich im Fokus des Laserstrahls befinden. Dabei kann der Laserstrahl zunächst durch ein lasertransparentes Material, z. B. Glas des hülsenartig ausgebildeten Halteelements 14, ohne wesentliche Erwärmung des Materials oder Absorption des Laserstrahls hindurchdringen und erzeugt erst beim Auftreffen auf ein laserabsorbierendes und damit wärmeerzeugendes Material (den Draht) eine Schmelze. Durch das anschließende Zusammenfließen der beiden Materialien der Drahtenden 10 und 12 entsteht die Schweißnaht.
Da das hülsenartig ausgebildete Halteelement 14 die beiden Drahtenden 10 und 12 passgenau umschließt, verhindert die Anordnung bei beiden Schweißverfahren eine Ausbildung einer verdickten, wulstigen Schweißnaht. Die beiden Drahtenden sind also spiegelverschweißt.
Alternativ kann in einer nicht dargestellten Anordnung der Innendurchmesser des hülsenartigen Haltelements auch geringfügig größer sein als ein Drahtdurchmesser. Dadurch können die Drahtenden in einem stumpfen Winkel zueinander im Halteelement gelagert sein, sie können auch achsparallel, d. h. mit einem kleinen radialen Versatz zueinander positioniert, oder, wie oben erwähnt koaxial ausgerichtet sein. Durch eine solche Anordnung kann eine gezielte Verdickung der Schweißnaht erreicht werden, die nach dem stoffschlüssigen Verbinden bspw. durch Hämmern oder Walzen zusätzlich kaltverfestigt werden kann.
Das Halteelement 14 kann konusförmige Einführschrägen aufweisen und besitzt in seinem mittleren Bereich einen Innendurchmesser, der dem Durchmesser der beiden Drahtenden 10 und 12 entspricht. Hierdurch wird die Reibung beim Einführen der beiden Drahtenden 10 und 12 verringert und es wird gewährleistet, dass die beiden Drahtenden 10 und 12 ohne Umfangswulst miteinander verschweißt werden.
2 zeigt ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens. In Schritt 100 werden die beiden Drahtenden 10 und 12 in das hülsenartig ausgebildete Halteelement 14 bis zur gegenseitigen Berührung eingeführt und gegebenenfalls ein Stauchdruck aufgebaut. Der Innendurchmesser des hülsenartig ausgebildeten Halteelements 14 ist an die Dicke der Drahtenden 10 und 14 angepasst, so dass das Halteelement 14 passgenau die beiden Drahtenden 10 und 12 umschließt.
Danach werden in Schritt 110 die beiden Drahtenden 10 und 12 entweder mittels Widerstandsschweißen oder Laserstrahlschweißen stoffschlüssig verbunden.
Abschließend wird in Schritt 120 das hülsenartig ausgebildete Halteelement 14 z. B. mit einem Hammerschlag bzw. durch starke Hitzeeinwirkung zerstört.
Wie bereits erwähnt, können die beiden Drahtenden 10 und 12 beim Widerstandsschweißen auch geringfügig auseinandergezogen werden, so dass ein Lichtbogen entsteht und die beiden Drahtenden 10 und 12 aufschmelzen können.

Claims

Verfahren zum stoffschlüssigen Verbinden zweier Drahtenden (10, 12), wobei die Querschnitte der Drahtenden (10, 12) zum Verbinden an einer Verbindungsposition (16) stumpf aneinandergesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Drahtenden (10, 12) vor der Verbindung der beiden Drahtenden (10, 12) in ein hülsenartig ausgebildetes Halteelement (14) eingeführt werden, wobei die beiden Drahtenden (10, 12) in dem hülsenartig ausgebildeten Halteelement (14) geführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Drahtenden (10, 14) achsparallel in das hülsenartig ausgebildete Halteelement (14) eingeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Drahtenden (10, 14) koaxial, insbesondere passgenau in das hülsenartig ausgebildete Halteelement (14) eingeführt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Drahtenden (10, 14) durch Widerstandsschweißen oder durch Laserstrahlschweißen verbunden werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das hülsenartig ausgebildete Halteelement (14) nach dem Verbinden zerstört wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine durch Widerstandsschweißen oder durch Laserstrahlschweißen erzeugte Schweißnaht insbesondere durch Hämmern und/oder Walzen kaltverfestigt wird.
Halteelement (14) für ein stoffschlüssiges Verbinden zweier Drahtenden (10, 14), insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die an einer Verbindungsposition (16) stumpf aneinandergesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (14) hülsenartig ausgebildet ist und mit den darin beidseitig eingeführten Drahtenden (10, 14) vor der Verbindung der beiden Drahtenden (10, 12) im Bereich der Verbindungsposition (16) einen Schiebesitz bildet, wobei das hülsenartig ausgebildete Halteelement (14) die zwei Drahtenden (10) 14) führt.
Halteelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (14) bei einem Verfahren gemäß der Ansprüche 2 bis 6 einsetzbar ist.
Halteelement nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (14) aus einem Hartstoff hergestellt ist.
Halteelement nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (14) aus einem lasertransparenten Material, insbesondere aus Glas, hergestellt ist.
Halteelement nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass es durch Hitzeeinwirkung oder Druck zerstörbar ist.
Halteelement nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass es aus einem spröden Werkstoff besteht.
Halteelement nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Innenquerschnitt jeweils von den Enden zur Mitte verkleinert.
Halteelement nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenquerschnitt im mittleren Bereich zylindrisch ist und einen dem Durchmesser der Drahtenden (10) 14) entsprechenden Durchmesser aufweist.