DE102016118517B3

DE102016118517B3 - Method and device for electrically connecting two metallic conductors

Info

Publication number: DE102016118517B3
Application number: DE102016118517.5A
Authority: DE
Inventors: Peter Köchling; Robert Babezki
Original assignee: Phoenix Contact eMobility GmbH
Current assignee: Phoenix Contact eMobility GmbH
Priority date: 2016-09-29
Filing date: 2016-09-29
Publication date: 2017-10-26
Anticipated expiration: 2036-09-30
Also published as: WO2018060198A1

Abstract

Dargestellt und beschrieben ist ein Verfahren zum elektrischen Verbinden von zwei drehsymmetrischen metallischen Leitern (2, 3) durch Verschweißen, mit einem drehsymmetrischen Umlaufwerkzeug (4), das folgende Schritte aufweist:
• Zusammenfügen des Verbindungsabschnitts (5) des ersten Leiters (2) mit dem Verbindungsabschnitt (6) des zweiten Leiters (3), wobei der Verbindungsabschnitt (6) des zweiten Leiter (3) den Verbindungsabschnitt (5) des ersten Leiters (2) konzentrisch umschließt,
• Andrücken des Umlaufwerkzeugs (4) an einen Bereich des Verbindungsabschnitts (6) des zweiten Leiters (3),
• Einbringen von Energie durch das Umlaufwerkzeug (4) in die Verbindungsabschnitte (5, 6) der beiden Leiter (2, 3), wobei sich das Umlaufwerkzeugs (4) um seine eigene Langsachse dreht und sich die beiden Leiter (2, 3) zusammen ebenfalls um ihre Längsachse jedoch entgegengesetzt zum Umlaufwerkzeugs (4) drehen.Shown and described is a method for electrically connecting two rotationally symmetrical metallic conductors (2, 3) by welding, with a rotationally symmetrical circulating tool (4), comprising the following steps:
Assembling the connecting portion (5) of the first conductor (2) with the connecting portion (6) of the second conductor (3), wherein the connecting portion (6) of the second conductor (3) concentrically surrounds the connecting portion (5) of the first conductor (2) encloses
Pressing the circulation tool (4) against a region of the connection section (6) of the second conductor (3),
• Introducing energy through the rotary tool (4) in the connecting portions (5, 6) of the two conductors (2, 3), wherein the rotary tool (4) rotates about its own longitudinal axis and the two conductors (2, 3) together also turn around its longitudinal axis but opposite to the circulation tool (4).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrischen Verbinden von zwei metallischen Leitern durch Verscheißen mit einem drehsymmetrischen Umlaufwerkzeug sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for electrically connecting two metallic conductors by Verschscheißen with a rotationally symmetrical rotary tool and an apparatus for performing the method.

Zur Verbindung von zwei metallischen Leitern werden diese häufig miteinander verschweißt oder verlötet, wobei unterschiedlichste Schweißverfahren oder Lötverfahren zum Herstellen der mechanischen und elektrischen Verbindungen zwischen den Leitern bekannt sind. Die verschiedenen Schweißverfahren richten sich u. a. nach der Art des Schweißvorganges – Verbinden der Fügeteile mit oder ohne zusätzlichen Kraftaufwand – und der Wärmequelle – beispielsweise Erwärmung durch Strom, mechanische Schwingungen oder Reibung.To connect two metallic conductors, these are often welded or soldered together, with a variety of welding or soldering processes for making the mechanical and electrical connections between the conductors are known. The different welding methods are u. a. according to the type of welding process - connecting the parts to be joined with or without additional effort - and the heat source - for example, heating by electricity, mechanical vibrations or friction.

Beim Widerstandspressschweißen werden die beiden miteinander zu verbindenden Leiter flächig aneinander gepresst und jeweils einer der beiden Leiter von einer Elektrode kontaktiert. Bei entsprechender Bestromung der beiden entgegengesetzt gepolten Elektroden tritt infolge des Stromdurchgangs durch die Leiter eine ausreichende Erwärmung der Leiter ein, so dass nach Erreichen der Schweißtemperatur beide Leiter fest und dauerhaft miteinander vereinigt werden. Eine Art des Widerstandspresschweißens ist das sogenannte Punktschweißen. Auch beim Punktschweißen müssen die beiden Leiter flächig übereinandergelegt und jeweils von oben und von unten mit einer Elektrode kontaktiert werden. Damit ist es erforderlich, dass die Verbindungsstelle der beiden Leiter von oben und unten frei zugänglich sind.In resistance-pressure welding, the two conductors to be connected to one another are pressed flat against one another and one of the two conductors is contacted by one electrode in each case. With appropriate energization of the two oppositely poled electrodes occurs as a result of the passage of current through the conductor sufficient heating of the conductors, so that after reaching the welding temperature both conductors are firmly and permanently combined. One type of resistance-welding is the so-called spot welding. Even when spot welding, the two conductors must be superimposed flat and each contacted from above and from below with an electrode. Thus, it is necessary that the junction of the two conductors are freely accessible from above and below.

Eine spezielle Art des Widerstandspressschweißen ist das Widerstandsrollennahtschweißverfahren, bei dem zwei Elektroden zu einer Abrollbewegung am Schweißgut angeordnet sind. Die als Rollen ausgebildeten Elektroden pressen das flächige Schweißgut zusammen und leiten den Schweißstrom konzentriert in das Schweißgut ein. Das Widerstandsrollennahtschweißen wird insbesondere in der blechverarbeitenden Industrie, beim Bau kleiner Behälter oder im Karosserie- und Waggonbau eingesetzt.A special type of resistance pressure welding is the resistance roll seam welding process, in which two electrodes are arranged for a rolling movement on the weld metal. The electrodes designed as rollers compress the planar weld metal and introduce the welding current concentrated into the weld metal. Resistance roll seam welding is used in particular in the sheet metal processing industry, in the construction of small containers or in body and wagon construction.

Aus der EP 0 816 003 ist ein Verfahren zum elektrischen Verbinden eines Kontaktelementes eines Steckverbinders mit einer flachen Anschlussleitung bekannt. Dabei wird eine Anschlussleitung über ein flaches Kontaktelement eines Steckverbinders gelegt, so dass die Anschlussleitung parallel zum Kontaktelement verläuft und auf diesem flächig aufliegt. Anschließend werden zwei axial zueinander beabstandete und entgegengesetzt gepolte Elektroden auf die Oberseite der Anschlussleitung aufgesetzt. Durch eine Bestromung der beiden Elektroden wird die Anschlussleitung mit dem darunter angeordneten Kontaktelement verschweißt bzw. bei entsprechender Oberflächenbehandlung verlötet. Das durch diese Druckschrift beschriebene Spaltschweißverfahren weist den Vorteil auf, dass die Anschlussleitung und das Kontaktelement nur von einer Seite, der Oberseite aus zugänglich sein muss. Nachteilig ist hierbei jedoch, dass dieses Verfahren nur bei flachen Leitern eingesetzt werden kann, die flächig aufeinander gelegt werden können. Um mit diesem Verfahren einen runden Leiter mit dem Kontaktelement verbinden zu können, müsste zunächst das als Verbindungsbereich dienende Ende des Leiters entsprechend bearbeitet werden, was mit zusätzlichem Aufwand verbunden ist.From the EP 0 816 003 For example, a method for electrically connecting a contact element of a connector to a flat connection line is known. In this case, a connecting line is placed over a flat contact element of a connector, so that the connecting line runs parallel to the contact element and rests flat on this. Subsequently, two axially spaced and oppositely poled electrodes are placed on the top of the connecting cable. By energizing the two electrodes, the connecting cable is welded to the contact element arranged underneath or soldered with appropriate surface treatment. The gap-welding method described by this document has the advantage that the connection line and the contact element only from one side, the top must be accessible. The disadvantage here, however, that this method can only be used in flat ladders that can be laid flat on each other. In order to be able to connect a round conductor to the contact element with this method, the end of the conductor serving as the connection region would first have to be processed accordingly, which is associated with additional expenditure.

Die DE 10 2012 000 137 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Hochvoltkabels und ein entsprechendes Hochvoltkabel, bei dem die Schirmung des Kabels an einer auf das Kabel aufgeschobenen Hülse mittels Widerstandsschweißen oder Ultraschallschweißen befestigt wird. Das elektrische Kabel weist dabei einen Innenleiter, eine den Innenleiter umschließende Primärisolation und eine die Primärisolation umschließende elektrische Schirmung auf. Die elektrische Schirmung wird von einer Sekundärisolation umschlossen. Gemäß dem Verfahren wird zunächst die Sekundärisolation an einem Ende des Kabels entfernt, damit die Schirmung abisoliert ist. Anschließend wird über die Schirmung eine Hülse geschoben und ein in Richtung des Endes des Kabels über die Hülse hinausragender Teil der Schirmung über die Hülse gestülpt. Der über die Hülse gestülpte Teil der Schirmung wird dann mittels Widerstandsschweißen oder Ultraschallschweißen mit der Hülse verbunden.The DE 10 2012 000 137 discloses a method for producing a high-voltage cable and a corresponding high-voltage cable, in which the shield of the cable is fastened to a sleeve pushed onto the cable by means of resistance welding or ultrasonic welding. In this case, the electrical cable has an inner conductor, a primary insulation surrounding the inner conductor, and an electrical shield enclosing the primary insulation. The electrical shielding is enclosed by a secondary insulation. According to the method, first the secondary insulation at one end of the cable is removed so that the shield is stripped. Subsequently, a sleeve is pushed over the shield and slipped over in the direction of the end of the cable on the sleeve projecting part of the shielding over the sleeve. The slipped over the sleeve part of the shield is then connected by means of resistance welding or ultrasonic welding to the sleeve.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Verbinden von zwei drehsymmetrischen metallischen Leitern zur Verfügung zu stellen, welches bei möglichst geringem Aufwand eine sichere und gute elektrische Verbindung zwischen den beiden Leitern gewährleistet.The present invention has for its object to provide a method for connecting two rotationally symmetrical metallic conductors available, which ensures a safe and good electrical connection between the two conductors with the least possible effort.

Diese Aufgabe ist bei dem eingangs genannten Verfahren gemäß dem Patentanspruch 1 durch folgende Schritte gelöst:

• Zusammenfügen des Verbindungsabschnitts des ersten Leiters mit dem Verbindungsabschnitt des zweiten Leiters, wobei der Verbindungsabschnitt des zweiten Leiter den Verbindungsabschnitt des ersten Leiters konzentrisch umschließt,
• Andrücken des Umlaufwerkzeugs an einen Bereich des Verbindungsabschnitts des zweiten Leiters, und
• Einbringen von Energie in die Verbindungsabschnitte der beiden Leiter durch das Umlaufwerkzeug, wobei sich das Umlaufwerkzeugs um seine eigene Längsachse dreht und sich die beiden Leiter zusammen ebenfalls um ihre Längsachse jedoch entgegengesetzt zum Umlaufwerkzeugs drehen.

This object is achieved in the method mentioned in claim 1 by the following steps:

Assembling the connecting portion of the first conductor with the connecting portion of the second conductor, wherein the connecting portion of the second conductor concentrically surrounds the connecting portion of the first conductor,
Pressing the rotary tool against a region of the connecting section of the second conductor, and
• Introducing energy into the connecting sections of the two conductors through the rotary tool, wherein the circulating tool to its own longitudinal axis rotates and the two conductors also rotate together about their longitudinal axis but opposite to the revolving tool.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich somit zunächst dadurch aus, dass mit ihm drehsymmetrische metallische Leiter, d. h. runde Leiter, miteinander verbunden werden können, ohne dass die Verbindungsabschnitte der Leiter zunächst durch Fräsen oder Stanzen bearbeitet werden müssen, um flächige Verbindungsabschnitte zu erhalten. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die beiden Leiter mit ihren Verbindungsabschnitten so zusammengefügt, dass der Verbindungsabschnitt des einen Leiters den Verbindungsabschnitt des anderen Leiters konzentrisch umschließt, so dass die beiden Längsachsen der beiden Leiter zusammenfallen.The inventive method is thus characterized initially by the fact that with him rotationally symmetrical metallic conductors, d. H. round conductors can be connected to each other, without the connecting portions of the conductors must first be machined by milling or punching to obtain flat connecting sections. In the method according to the invention, the two conductors are joined together with their connecting portions so that the connecting portion of the one conductor concentrically surrounds the connecting portion of the other conductor, so that the two longitudinal axes of the two conductors coincide.

Bei dem einen Leiter handelt es sich dabei vorzugsweise um ein drehsymmetrisches Kontaktelement, beispielsweise einen Kontaktstift oder eine Kontaktbuchse, und bei dem anderen Leiter um einen Litzenleiter. Die einzelnen Litzen des Litzenleiters sind dabei im Verbindungsabschnitt rohrförmig aufgefächert bzw. aufgeweitet, so dass der Verbindungsabschnitt des Kontaktelements mit seinem freien Ende zwischen die Litzen eingesteckt werden kann. Um das Einstecken des Verbindungsabschnitts des ersten Leiters in den von den aufgefächerten Litzen gebildeten Verbindungsabschnitt des zweiten Leiters zu erleichtern, weißt der Verbindungsabschnitt des ersten Leiters vorzugsweise einen sich in Längsrichtung verjüngenden Endabschnitt auf.The one conductor is preferably a rotationally symmetrical contact element, for example a contact pin or a contact socket, and the other conductor is a stranded conductor. The individual strands of the stranded conductor are fanned tubular or expanded in the connecting section, so that the connecting portion of the contact element can be inserted with its free end between the strands. In order to facilitate the insertion of the connecting portion of the first conductor into the connecting portion of the second conductor formed by the fanned strands, the connecting portion of the first conductor preferably has a longitudinally tapered end portion.

Nach dem Zusammenfügen bzw. Zusammenstecken der Verbindungsabschnitte der beiden Leiter wird das Umlaufwerkzeug radial von Außen an einen Bereich des Verbindungsanschnitts des zweiten Leiters angedrückt, wobei die beiden zusammengefügten Leiter in ihrer Position fixiert sind, so dass sie durch das Umlaufwerkzeug nicht weggedrückt werden können. Beim Verbinden bzw. Verschweißen der beiden Leiter drehen sich sowohl das Umlaufwerkzeug als auch die beiden Leiter jeweils um ihre Langsachse, wobei die Drehrichtung der zusammengefügten Leiter entgegengesetzt zur Drehrichtung des Umlaufwerkzeugs ist.After joining the connecting portions of the two conductors, the circulating tool is pressed radially from outside to a portion of the connecting portion of the second conductor, wherein the two joined conductors are fixed in position so that they can not be pushed away by the circulating tool. When connecting or welding the two conductors, both the revolving tool and the two conductors rotate about their longitudinal axis, wherein the direction of rotation of the joined conductors is opposite to the direction of rotation of the revolving tool.

Das Verschweißen der beiden Leiter in deren Verbindungsabschnitten kann auf unterschiedliche Art und Weise bewirkt werden. Beispielsweise kann das Schweißen durch einen Stromfluss vom Umlaufwerkzeug durch die zusammengefügten Leiter und die dadurch verursachte Erwärmung der beiden Leiter in ihren Verbindungsabschnitten erfolgen. Das Umlaufwerkzeug ist dabei als Rollenelektrode ausgebildet, wobei dann vorzugsweise eine zweite Elektrode als Gegenelektrode vorgesehen ist, die auch als Gegenlager wirkt.The welding of the two conductors in their connecting portions can be effected in different ways. For example, the welding can be done by a flow of current from the rotary tool through the joined conductors and the resulting heating of the two conductors in their connecting sections. The circulating tool is designed as a roller electrode, in which case preferably a second electrode is provided as a counter electrode, which also acts as an abutment.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Umlaufwerkzeug eine Sonotrode verwendet, durch die hochfrequente mechanische Schwingungen (Ultraschall) in die zusammengefügten Leiter eingeleitet werden, so dass die Verbindung der beiden Leiter durch Ultraschallschweißen erfolgt. Auch bei Verwendung einer Sonotrode als Umlaufwerkzeug ist vorzugsweise mindestens ein Gegenlager vorgesehen, gegen das der Verbindungsabschnitt des zweiten Leiters nach dem Zusammenfügen der beiden Leiter gedrückt wird. Hierzu drückt das Umlaufwerkzeug mit einer vorgegebenen Kraft auf die zusammengefügten Leiter.According to a preferred embodiment of the method according to the invention, a sonotrode is used as a circulating tool, are introduced by the high-frequency mechanical vibrations (ultrasound) in the assembled conductors, so that the connection of the two conductors is carried out by ultrasonic welding. Even when using a sonotrode as a rotary tool at least one counter-bearing is preferably provided, against which the connecting portion of the second conductor is pressed after the joining of the two conductors. For this purpose, the rotary tool presses with a predetermined force on the assembled conductor.

Dadurch, dass sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die zusammengefügten Leiter beim Schweißvorgang relativ zum Umlaufwerkzeug um ihre Längsachse drehen – unabhängig davon, ob es sich bei dem Umlaufwerkzeug um eine Sonotrode oder eine Rollenelektrode handelt – erfolgt stets ein Rollennahtschweißen der beiden Leiter, so dass die beiden Leiter nicht nur punktförmig, sondern über ihren gesamten Umfang miteinander verschweißt werden. Hierdurch wird die verbundene Fläche zwischen den beiden Leitern deutlich erhöht, was den elektrischen und thermischen Übergangswiderstand zwischen den beiden Leitern verringert.Due to the fact that, in the method according to the invention, the joined conductors rotate about their longitudinal axis during the welding process relative to the rotary tool - irrespective of whether the rotary tool is a sonotrode or a roller electrode - a roller seam welding of the two conductors always takes place, so that the two Ladder not only punctiform, but are welded together over their entire circumference. As a result, the connected area between the two conductors is significantly increased, which reduces the electrical and thermal contact resistance between the two conductors.

Wie zuvor bereits ausgeführt worden ist, ist vorzugsweise mindestens ein Gegenlager vorgesehen, gegen das die beiden zusammengefügten Leiter mit dem Verbindungsabschnitt des zweiten Leiters gedrückt werden. Während des Schweißvorgangs sind dann die beiden zusammengefügten Leiter mit ihren Verbindungsabschnitten zwischen dem Umlaufwerkzeug und dem mindestens einen Gegenlager eingespannt, so dass der Verbindungsabschnitt des zweiten Leiters gegen den Verbindungsabschnitt des ersten Leiters gepresst wird.As has already been stated above, at least one counter-bearing is preferably provided, against which the two joined conductors are pressed with the connecting portion of the second conductor. During the welding operation, the two joined conductors are then clamped with their connecting portions between the circulating tool and the at least one abutment, so that the connecting portion of the second conductor is pressed against the connecting portion of the first conductor.

Gemäß einer Ausführungsvariante des Verfahrens dreht sich das mindestens eine Gegenlager beim Schweißvorgang um seine Längsachse, so dass es sich beim Gegenlager um mindestens ein, vorzugsweise um zwei Rollenlager handelt. Die Drehrichtung des Gegenlagers entspricht dabei der Drehrichtung des Umlaufwerkzeugs. Während des Schweißvorgangs erfolgt somit eine Drehung des Umlaufwerkzeugs, der zusammengefügten Leiter und des mindestens einen Gegenlagers, jeweils um ihre eigene Längsachse. Vorzugsweise werden dabei das Gegenlager und/oder die Leiter aktiv angetrieben, während das Umlaufwerkzeug nur drehbar gelagert ist, selber jedoch nicht aktiv angetrieben wird, sondern sich nur durch die Drehung der Leiter – entgegengesetzt zur Drehrichtung der Leiter – dreht. Grundsatzlich kann jedoch – alternativ oder zusätzlich – auch das Umlaufwerkzeug angetrieben werden.According to one embodiment variant of the method, the at least one anvil rotates during the welding process about its longitudinal axis, so that the abutment is at least one, preferably two roller bearings. The direction of rotation of the thrust bearing corresponds to the direction of rotation of the rotary tool. During the welding process, rotation of the revolving tool, the joined conductor and the at least one abutment takes place, in each case about their own longitudinal axis. Preferably, the abutment and / or the conductors are actively driven while the revolving tool is only rotatably mounted, but is not actively driven, but only by the rotation of the conductor - opposite to the direction of rotation of the conductor - rotates. However, in principle, alternatively or additionally, the circulating tool can also be driven.

Bei einer alternativen Ausgestaltung des Verfahrens ist das Gegenlager nicht als Drehlager, sondern als eine Art Amboss mit einer ebenen Anlagefläche ausgebildet, wobei das Gegenlager senkrecht zur Längsachse der verbundenen Leiter, linear verschiebbar ausgebildet ist. Beim Schweißvorgang werden dann die beiden zusammengefügten Leiter durch das Umlaufwerkzeug in ihrem Verbindungsabschnitt gegen die ebene Anlagefläche des Gegenlagers gepresst, wobei sich sowohl das Umlaufwerkzeug als auch die beiden zusammengefügten Leiter jeweils um ihre Längsachse drehen, während sich das Gegenlager unter den Leitern linear verschiebt bzw. linear verschoben wird. In an alternative embodiment of the method, the abutment is not designed as a pivot bearing, but as a kind of anvil with a flat contact surface, wherein the abutment is perpendicular to the longitudinal axis of the connected conductors, linearly displaceable. During the welding process, the two joined conductors are then pressed by the rotary tool in its connecting portion against the flat contact surface of the thrust bearing, wherein both the rotary tool and the two joined conductors rotate about their longitudinal axis, while the anvil moves linearly under the conductors or is linearly shifted.

Unabhängig davon, wie im Einzelnen das Gegenlager ausgebildet ist, wird durch die Verwendung eines Gegenlagers der Verbindungsvorgang der beiden Leiter vereinfacht, da die beiden zu verbindenden Leiter durch das Gegenlager in einer Raumrichtung lagefixiert werden. Das drehsymmetrische Umlaufwerkzeug kann dann mit einer definierten Kraft gegen die zusammengefügten Leiter gefahren werden, bevor der eigentliche Schweißvorgang begonnen wird, indem beispielsweise Ultraschallschwingungen von dem als Sonotrode ausgebildeten Umlaufwerkzeug in die zu verbindenden Leiter eingeleitet werden. Die Schwingungsrichtung des Umlaufwerkzeugs ist dabei vorzugsweise in Längsrichtung der Längsachse der Leiter bzw. der Längsachse des Umlaufwerkzeugs.Regardless of how the counter-bearing is formed in detail, the connection process of the two conductors is simplified by the use of an abutment, since the two conductors to be connected are fixed in position by the abutment in a spatial direction. The rotationally symmetric rotary tool can then be moved with a defined force against the joined conductors, before the actual welding operation is started by, for example, ultrasonic vibrations are introduced from the designed as a sonotrode circulating tool in the conductors to be connected. The oscillation direction of the rotary tool is preferably in the longitudinal direction of the longitudinal axis of the conductor or the longitudinal axis of the rotary tool.

Um die Güte der intermetallischen Verbindung zwischen den beiden Leitern weiter zu verbessern, ist gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens vorgesehen, dass die beiden Leiter um mehr als 360° um ihre Längsachse gedreht werden, insbesondere um das n-fache von 360°. Die kontinuierliche Verbindungsbildung zwischen den beiden Leitern erfolgt somit in einem oder mehreren Umläufen. Dabei können einzelne den Schweißvorgang bestimmende Prozessparameter in den einzelnen Umlaufen der Leiter verändert werden. Zur Vorfixierung der beiden Leiter können beispielsweise die Anpresskraft, mit der das Umlaufwerkzeug gegen die Leiter drückt, oder die Stromstärke bzw. die Schwingungsamplitude oder die Schwingungsfrequenz, mit der Energie in die zu verbindenden Leiter eingebracht wird, verringert sein. Bei nächsten Umlauf werden dann die ensprechenden Prozessparameter verändert, beispielsweise die Anpresskraft und Schwingungsamplitude erhöht, um eine sichere und gute intermetallische Verbindung zwischen den beiden Leitern zu erreichen.In order to further improve the quality of the intermetallic compound between the two conductors, it is provided according to an advantageous embodiment of the method that the two conductors are rotated by more than 360 ° about their longitudinal axis, in particular by n times of 360 °. The continuous connection formation between the two conductors thus takes place in one or more cycles. In this case, individual process parameters determining the welding process can be changed in the individual circulations of the conductors. To pre-fix the two conductors, for example, the contact force with which the rotary tool presses against the conductor, or the current intensity or the oscillation amplitude or the oscillation frequency, is introduced with the energy in the conductor to be connected, be reduced. During the next cycle, the corresponding process parameters are changed, for example, the contact pressure and vibration amplitude are increased in order to achieve a secure and good intermetallic connection between the two conductors.

Zur Gewährleistung einer hohen Güte der Verbindung zwischen den beiden Leitern werden gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens die den Schweißvorgang bestimmenden Prozessparameter von einer Überwachungseinrichtung kontinuierlich oder in bestimmten Zeitabständen überwacht. Bei Verwendung einer Sonotrode als Umlaufwerkzeug, handelt es sich bei den Prozessparametern neben der Anpresskraft insbesondere um die Frequenz und um die Amplitude der Ultraschallschwingungen.To ensure a high quality of the connection between the two conductors, according to a further advantageous embodiment of the method according to the invention, the process parameters determining the welding process are monitored by a monitoring device continuously or at certain time intervals. When using a sonotrode as a rotary tool, the process parameters in addition to the contact pressure in particular the frequency and the amplitude of the ultrasonic vibrations.

Die zuvor genannte Aufgabe wird auch durch eine Vorrichtung zum elektrischen Verbinden von zwei drehsymmetrischen metallischen Leitern durch Verschweißen gelöst, die ein drehsymmetrisches Umlaufwerkzeug und mindestens ein Gegenlager aufweist. Nach dem Zusammenfügen der beiden Leiter kann der Verbindungsabschnitt des zweiten Leiters durch das Umlaufwerkzeug an das mindestens eine Gegenlager angedrückt werden. Außerdem ist das drehsymmetrische Umlaufwerkzeug mit einer Kraft an einen Bereich des Verbindungsabschnitts des zweiten Leiters andrückbar. Das Umlaufwerkzeug ist dabei derart angeordnet, dass es während des Schweißvorgangs um die eigene Längsachse drehbar ist.The aforementioned object is also achieved by a device for electrically connecting two rotationally symmetrical metallic conductors by welding, which has a rotationally symmetrical circulating tool and at least one counter-bearing. After joining the two conductors of the connecting portion of the second conductor can be pressed by the rotary tool to the at least one anvil. In addition, the rotationally symmetric rotary tool is pressed with a force to a portion of the connecting portion of the second conductor. The circulating tool is arranged such that it is rotatable about its own longitudinal axis during the welding process.

Bei der Vorrichtung, die sich zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet, ist das mindestens eine Gegenlager vorzugsweise um seine Längsachse drehbar angeordnet. Wie zuvor bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erläutert worden ist, kommt es so beim Schweißvorgang zu einer Drehung des Umlaufwerkzeugs, der zusammengefügten beiden Leiter und des mindestens einen Drehlagers, wobei die Drehrichtung des Drehlagers der Drehrichtung des Umlaufwerkzeugs entspricht. Zur Erzeugung der Drehung der einzelnen Teile ist vorzugsweise das mindestens eine Gegenlager mit einem entsprechenden Antrieb verbunden. Alternativ oder zusätzlich können auch das Umlaufwerkzeug oder die Leiter mit einem Antrieb verbunden sein.In the apparatus which is suitable for carrying out the method according to the invention, the at least one abutment is preferably arranged to be rotatable about its longitudinal axis. As has already been explained in connection with the method according to the invention, during the welding operation, the rotary tool, the joined two conductors and the at least one rotary bearing rotate, the direction of rotation of the rotary bearing corresponding to the direction of rotation of the rotary tool. To generate the rotation of the individual parts, the at least one counter bearing is preferably connected to a corresponding drive. Alternatively or additionally, the rotary tool or the ladder can also be connected to a drive.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung ist das Umlaufwerkzeug als Sonotrode ausgebildet, über die Ultraschallschwingungen in die Fügezone der beiden zu verbindenden Leiter eingeleitet werden. Die Schwingungsrichtung der Sonotrode ist dabei vorzugsweise quer zur Fügefläche gerichtet, so dass die beiden Leiter in der Fügezone aneinander reiben.According to a further advantageous embodiment of the device, the circulating tool is designed as a sonotrode, are introduced via the ultrasonic vibrations in the joining zone of the two conductors to be connected. The oscillation direction of the sonotrode is preferably directed transversely to the joining surface, so that the two conductors rub against each other in the joining zone.

Im Einzelnen gibt es nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen sowohl auf die den Patentansprüchen 1 und 10 nachgeordneten Patentansprüche als auch auf die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigenIn particular, there are a multitude of possibilities for designing and developing the method according to the invention and the device according to the invention. Reference is made to both the patent claims 1 and 10 subordinate claims as well as to the following description of preferred embodiments in conjunction with the drawings. In the drawing show

1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Verbinden von zwei metallischen Leitern, in einer perspektivischen Darstellung, 1 a schematic representation of an embodiment of an apparatus for Connecting two metallic conductors, in a perspective view,

2 die Vorrichtung gemäß 1, in einer Schnittdarstellung, 2 the device according to 1 in a sectional view,

3 eine perspektivische Darstellung von zwei zu verbindender Leitern, 3 a perspective view of two conductors to be connected,

4 die beinden Leiter im zusammengefügten Zustand nach dem ersten Verfahrensschritt, 4 the ladders in the assembled state after the first method step,

5 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Verbinden von zwei metallischen Leitern, in einer perspektivischen Darstellung, und 5 a schematic representation of another embodiment of an apparatus for connecting two metallic conductors, in a perspective view, and

6 die Vorrichtung gemäß 5, in einer Schnittdarstellung. 6 the device according to 5 , in a sectional view.

1 zeigt eine schematische und vereinfachte Darstellung einer Vorrichtung 1 zum intermetallischen Verbinden von zwei drehsymmetrischen Leitern 2, 3. Die Verbindung der beiden Leiter 2, 3 erfolgt mit Hilfe eines drehsymmetrischen Umlaufwerkzeugs 4. Die Leiter 2, 3 weisen jeweils einen Verbindungsabschnitt 5, 6 auf, in dem die beiden Leiter 2, 3 durch Verschweißen miteinander verbunden werden. Die Vorrichtung 1 weist darüber hinaus noch zwei drehbare Gegenlager 7, 8 auf, gegen die die zusammengefügten Leiter 2, 3 von dem drehsymmetrischen Umlaufwerkzeug 4 gedrückt werden. Die Leiter 2, 3 liegen somit mit ihren ineinander geschobenen bzw. zusammengefügten Verbindungsabschnitten 5, 6 auf den beiden drehbahren Gegenlagern 7, 8 auf und werden von dem oberhalb der beiden Gegenlager 7, 8 drehbar angeordneten Umlaufwerkzeug 4 gegen die Gegenlager 7, 8 gedrückt, wodurch auch der Verbindungsabschnitt 6 des zweiten Leiters 3 gegen den Verbindungsabschnitt 5 des ersten Leiters 2 gedrückt wird. 1 shows a schematic and simplified representation of a device 1 for the intermetallic connection of two rotationally symmetric conductors 2 . 3 , The connection of the two conductors 2 . 3 takes place with the aid of a rotationally symmetrical circulating tool 4 , The ladder 2 . 3 each have a connecting portion 5 . 6 on, in which the two leaders 2 . 3 be joined together by welding. The device 1 also has two rotatable counter bearings 7 . 8th on, against which the assembled ladder 2 . 3 from the rotationally symmetric rotary tool 4 be pressed. The ladder 2 . 3 are thus with their nested or assembled connection sections 5 . 6 on the two rotating struts counter bearings 7 . 8th on and off of the above two counter bearings 7 . 8th rotatably mounted circulating tool 4 against the counter bearings 7 . 8th pressed, which also causes the connecting section 6 of the second conductor 3 against the connecting section 5 of the first leader 2 is pressed.

Aus der Darstellung gemäß 2 ist ersichtlich, dass das drehsymmetrische Umlaufwerkzeug 4 an den ineinander gesteckten Verbindungsabschnitten 5, 6 der Leiter 2, 3 anliegt, wobei es einen definierte Kraft auf die Leiter 2, 3 in Richtung der Gegenlager 7, 8 ausübt. Durch das als Rotationssonotrode ausgebildeten Umlaufwerkzeug 4 werden Ultraschallschwingungen in die Leiter 2, 3 eingeleitet, so dass es in der Füge- und Kontaktzone zu einer dauerhaften intermetallischen Verbindung zwischen den Verbindungsabschnitten 5, 6 der beiden Leiter 2, 3 kommt. Durch die Drehung der Rotationssontrode 4 und der zusammengefügten Leiter 2, 3 erfolgt ein Verschweißen der beiden Leiter 2, 3 über deren gesamten Umfang, so dass eine feste und homogene Verbindung zwischen den Leitern 2, 3 erzielt wird. Dabei kann das Verschweißen der Leiter 2, 3 während einer Umdrehung oder im Laufe von mehreren Umdrehungen erfolgen.From the illustration according to 2 it can be seen that the rotationally symmetrical rotating tool 4 at the nested connection sections 5 . 6 the leader 2 . 3 is applied, where there is a defined force on the ladder 2 . 3 in the direction of the counter bearing 7 . 8th exercises. By trained as Rotationsssonotrode circulating tool 4 ultrasonic vibrations are in the ladder 2 . 3 initiated so that it in the joining and contact zone to a permanent intermetallic connection between the connecting sections 5 . 6 the two leaders 2 . 3 comes. By the rotation of the rotation Kontrode 4 and the assembled ladder 2 . 3 a welding of the two conductors takes place 2 . 3 over its entire circumference, allowing a firm and homogeneous connection between the conductors 2 . 3 is achieved. In this case, the welding of the conductors 2 . 3 during one revolution or over several revolutions.

Gemäß 2 rotiert dabei das Umlaufwerkzeug 4 um seine Längsachse im Uhrzeigersinn, während sich die zusammengefügten Leiter 2, 3 ebenfalls um ihre Längsachse drehen, die Drehrichtung jedoch entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn gerichtet ist. Auch die Gegenlager 7, 8 drehen sich um ihre Längsachse, wobei die Drehrichtung der beiden Gegenlager 7, 8 der Drehrichtung des Umlaufwerkzeugs 4 entspricht, so dass sich die beiden Gegenlager 7, 8 im Uhrzeigersinn drehen. Die Leiter 2, 3 rollen dabei auf den Gegenlagern 7, 8 ab. Bei dem in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 1 sind somit das Umlaufwerkzeug 4, die Leiter 2, 3 und die Gegenlager 7, 8 alle um ihre jeweilige Längsachse drehbar, jedoch örtlich stationär fixiert.According to 2 rotates while the rotary tool 4 around its longitudinal axis in a clockwise direction while the joined ladder 2 . 3 also rotate about its longitudinal axis, but the direction of rotation is directed counterclockwise. Also the counter bearings 7 . 8th rotate about its longitudinal axis, with the direction of rotation of the two counter bearings 7 . 8th the direction of rotation of the rotary tool 4 corresponds, so that the two counter bearings 7 . 8th rotate clockwise. The ladder 2 . 3 roll while on the counter bearings 7 . 8th from. In the in the 1 and 2 illustrated embodiment of the device 1 are thus the revolving tool 4 , the ladder 2 . 3 and the counter-bearings 7 . 8th all rotatable about their respective longitudinal axis, but fixed locally stationary.

3 zeigt die beiden zu verbindenden Leiter 2, 3 mit ihren Verbindungsabschnitten 5, 6 im noch nicht zusammengefügten Zustand. Der erste Leiter 2 ist dabei – wie auch in den anderen Figuren – als Stiftkontakt 10 ausgebildet, während der zweite Leiter 3 von einem Litzenleiter 11 mit mehreren Litzen 12 gebildet wird. Im Verbindungsbereich 6 des Litzenleiters 11 ist dabei die Isolation 13 des Litzenleiters 11 entfernt. Darüber hinaus sind die Litzen 12 rohrförmig aufgefächert bzw. aufgeweitet, so dass sie beim Zusammenfügen mit dem Verbindungsbereich 5 des ersten Leiters 2 diesen konzentrisch umschließen (4). Ersichtlich ist dabei, dass die drehsymmetrische Grundform des ersten Leiters 2 in seinem Verbindungsbereich 5 nicht verändert werden muss, der Verbindungsbereich 5 insbesondere nicht durch Fräsarbeiten oder andere Umformschritte in eine flächigen Verbindungsbereich umgeformt werden muss. Der erste Leiter 2 könnte daher auch als Buchsenkontakt ausgebildet sein, der dabei einen identischen drehsymmetrischen, runden Verbindungsbereich 5 aufweisen würde. Um das Einstecken des Verbindungsbereichs 5 des ersten Leiters 2 in den Verbindungsbereich 6 des Litzenleiters 11 zu erleichtern, weist der Verbindungsbereichs 5 des ersten Leiters 2 einen sich in Längsrichtung verjüngenden Endabschnitt 14 auf, der auch als Einführspitze bezeichnet werden kann. 3 shows the two conductors to be connected 2 . 3 with their connecting sections 5 . 6 in the unassembled state. The first leader 2 is - as in the other figures - as a pin contact 10 trained while the second conductor 3 from a stranded conductor 11 with several strands 12 is formed. In the connection area 6 of the stranded conductor 11 is the isolation 13 of the stranded conductor 11 away. In addition, the strands are 12 fanned tubular or widened, so that when joining with the connection area 5 of the first leader 2 enclose this concentrically ( 4 ). It is apparent that the rotationally symmetric basic shape of the first conductor 2 in his connection area 5 does not need to be changed, the connection area 5 in particular must not be transformed by milling or other forming steps in a flat connection area. The first leader 2 could therefore be designed as a socket contact, the case an identical rotationally symmetric, round connection area 5 would have. To plug in the connection area 5 of the first leader 2 in the connection area 6 of the stranded conductor 11 To facilitate, the connection area points 5 of the first leader 2 a longitudinally tapered end portion 14 on, which can also be referred to as Einführspitze.

Wie aus 4 ersichtlich ist, umschließen die Litzen 12 des Litzenleiters 11 im zusammengefügten Zustand den Verbindungsabschnitt 5 des Stiftkontakts 10. Die Litzen 12 sind dabei so aufgefächert, dass sie sich möglichst gleichmäßig um den Verbindungsbereich 5 des ersten Leiters 2 legen. Dadurch wird eine homogene Stromverteilung im Übergangsbereich zwischen den beiden Leitern 2, 3 ermöglicht. Außerdem wird dadurch die Anzahl der in radialer Richtung übereinander angeordneten Litzen 12 minimiert, wodurch die Güte der Verbindung zwischen dem Verbindungsbereich 6 des Litenleiters 11 und dem Verbindungsbereich 5 der Stiftkontakts 10 weiter erhöht wird.How out 4 can be seen, enclose the strands 12 of the stranded conductor 11 in the assembled state, the connecting portion 5 of the pin contact 10 , The strands 12 are fanned out so that they are as evenly as possible around the connection area 5 of the first leader 2 lay. This results in a homogeneous current distribution in the transition region between the two conductors 2 . 3 allows. In addition, this is the number of superimposed in the radial direction strands 12 minimized, reducing the quality of the connection between the connection area 6 of the Litenleiters 11 and the connection area 5 the pin contact 10 is further increased.

Die 5 und 6 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum elektrischen Verbinden von zwei metallischen Leitern 2, 3. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel gemäß den 1 und 2 ist hierbei jedoch nur ein Gegenlager 9 vorgesehen, dass eine ebene Anlagefläche 15 für die zusammengefügten Leiter 2, 3 aufweist. Das Gegenlager 9 ist außerdem nicht drehbar, sondern linear verschiebbar angeordnet. Aus der Darstellung gemäß 6 ist ersichtlich, dass sich das Gegenlager 9 beim Schweißvorgang linear unter den beiden zusammengefügten Leitern 2, 3 verschiebt, wie durch den eingezeichneten Pfeil angedeutet ist. Sowohl das Umlaufwerkzeug 4 als auch die beiden zusammengefügten Leiter 2, 3 sind wiederum drehbar gelagert, so dass sie sich beim Schweißvorgang um ihre Längsachse drehen, wobei die Drehrichtung des Umlaufwerkzeugs 4 entgegengesetzt zur Drehrichtung der beiden Leiter 2, 3 ist. Auch dies ist – ebenso wie in 2 – durch die eingezeichneten Pfeile angedeutet.The 5 and 6 show a second embodiment of a device according to the invention 1 for electrically connecting two metallic conductors 2 . 3 , In contrast to the embodiment according to the 1 and 2 However, here is only an abutment 9 provided that a flat contact surface 15 for the assembled ladder 2 . 3 having. The counter bearing 9 is also not rotatable, but arranged linearly displaceable. From the illustration according to 6 it can be seen that the counter bearing 9 during the welding process linearly under the two joined conductors 2 . 3 shifts, as indicated by the arrow. Both the rotary tool 4 as well as the two assembled leaders 2 . 3 are in turn rotatably mounted so that they rotate during the welding process about its longitudinal axis, wherein the direction of rotation of the rotary tool 4 opposite to the direction of rotation of the two conductors 2 . 3 is. Again, this is - as well as in 2 - indicated by the arrows.

Claims

Method for electrically connecting two rotationally symmetrical metallic conductors ( 2 . 3 ) by welding, with a rotationally symmetrical rotary tool ( 4 ), characterized by the following steps, • merging of the connection section ( 5 ) of the first leader ( 2 ) with the connecting section ( 6 ) of the second conductor ( 3 ), wherein the connecting section ( 6 ) of the second conductor ( 3 ) the connecting section ( 5 ) of the first leader ( 2 ) concentrically enclosing, • pressing the rotary tool ( 4 ) to an area of the connection section ( 6 ) of the second conductor ( 3 ), • introducing energy through the rotary tool ( 4 ) in the connecting sections ( 5 . 6 ) of the two leaders ( 2 . 3 ), whereby the rotary tool ( 4 ) rotates about its own longitudinal axis and the two conductors ( 2 . 3 ) also about their longitudinal axis but opposite to the rotary tool ( 4 ) rotate.

A method according to claim 1, characterized in that as a rotary tool ( 4 ) a sonotrode is used so that the connection of the two conductors ( 2 . 3 ) is done by ultrasonic welding.

Method according to claim 1 or 2, characterized in that the connecting section ( 6 ) of the second conductor ( 3 ) after joining the two conductors ( 2 . 3 ) to at least one abutment ( 7 . 8th . 9 ) is pressed.

A method according to claim 3, characterized in that the at least one counter bearing ( 7 . 8th ) rotates about its longitudinal axis.

A method according to claim 3, characterized in that the at least one counter bearing ( 9 ) relative to the assembled conductors ( 2 . 3 ) moves linearly.

Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the two conductors ( 2 . 3 ) rotate more than 360 ° about its longitudinal axis, in particular by n times of 360 °.

Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the welding process determining process parameters are monitored by a monitoring device.

Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that individual process parameters are changed during the welding operation, in particular with several revolutions of the conductor ( 2 . 3 ).

Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that the first conductor ( 2 ) a rotationally symmetrical contact element ( 10 ) and the second conductor ( 3 ) a stranded conductor ( 11 ), wherein the connecting portion ( 5 ) of the first leader ( 2 ) preferably a longitudinally tapering end portion (FIG. 14 ) having.

Contraption ( 1 ) for electrically connecting two rotationally symmetrical metallic conductors ( 2 . 3 ) by welding according to the method of any one of claims 1 to 9, with a rotationally symmetrical rotary tool ( 4 ) and with at least one abutment ( 7 . 8th . 9 ), wherein the connecting section ( 6 ) of the second conductor ( 3 ) after joining the two conductors ( 2 . 3 ) to the at least one counter bearing ( 7 . 8th . 9 ) and the rotationally symmetrical rotary tool ( 4 ) with a force to a region of the connecting portion ( 6 ) of the second conductor ( 3 ) and rotatable about its own longitudinal axis.

Contraption ( 1 ) according to claim 10, characterized in that the at least one counter bearing ( 7 . 8th ) is rotatable about its longitudinal axis.

Contraption ( 1 ) according to claim 10 or 11, characterized in that the rotary tool ( 4 ) is designed as a sonotrode, so that the connection of the two conductors ( 2 . 3 ) is done by ultrasonic welding.

Contraption ( 1 ) according to one of claims 10 to 12, characterized in that a monitoring device is provided which the the Welding process determining process parameters monitored.

Contraption ( 1 ) according to any one of claims 10 to 13, characterized in that at least one drive is provided which the at least one abutment ( 7 . 8th ) the ladder ( 2 . 3 ) or the rotary tool ( 4 ) drives.