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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anschweißen einer Litze an ein Kontaktelement, beispielsweise eines Steckverbinders. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Verwendung einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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Elektrische Steckverbinder weisen in der Regel mindestens ein Kontaktelement auf, das bei einer Montage des Steckverbinders an ein Kabel mit einem Leiter des Kabels verbunden wird. Dieses geschieht häufig außerhalb eines Gehäuses des Steckverbinders. Die Kontaktelemente werden häufig dann erst nach dem Verbinden mit den Leitern in das Gehäuse eingesetzt, beispielsweise eingeschoben, und verrasten in einer im Gehäuse ausgebildeten Aufnahme.
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Eine dabei häufig benutzte Methode, um den Leiter mit dem Kontaktelement zu verbinden, stellt das sog. „Vercrimpen“ dar. Dabei wird ein passend geformter Anschlussabschnitt des Kontaktelements so gebogen, dass er einen abisolierten Teil des Leiters ganz oder teilweise umschließt und einklemmt. Das Vercrimpen führt zu einem guten elektrischen Kontakt, der Verbindungsbereich zwischen Leiter und Kontakt weist jedoch durch das Umfalten des Anschlussabschnitts um den Leiter einen relativ großen Querschnitt auf. Dieses kann bei miniaturisierten Steckverbindern zu einer Beschränkung der erzielbaren Kontaktdichte führen. Vorteilhaft am Vercrimpen ist, dass es auch mit einem Litzenleiter, abkürzend auch Litze genannt, durchführbar ist, also einem Leiter, der eine Vielzahl von Einzeldrähten aufweist.
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Weiter ist bekannt, einen Leiter über Widerstandsschweißen mit dem Anschlussabschnitt des Kontakts zu verbinden. Im Fall von starren, einadrigen Leitern ist dieses Verfahren bekannt und gut etabliert. Wenn Litzen über Widerstandsschweißen mit einem Kontakt verbunden werden sollen, wird üblicherweise zunächst ein abisolierter Bereich der Litze kompaktiert, d. h. die Einzeldrähte werden in einer entsprechenden Vorrichtung aufeinandergepresst und durch Widerstandsschweißen zu einem einzelnen Leiterelement verbunden. Der so kompaktierte Litzenleiter kann dann wie ein einadriger Leiter auf das Kontaktelement aufgeschweißt werden.
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Eine zum Kompaktieren des abisolierten Abschnitts des Litzenleiters geeignete Vorrichtung ist beispielsweise aus der Druckschrift
EP 2 047 936 B1 bekannt. Bei dieser Vorrichtung werden vier Backen so zueinander angeordnet und gegeneinander bewegt, dass ihre Außenflächen Innenflächen eines Kompaktierraums bilden, in den der abisolierte Abschnitt des Litzenleiters eingeführt werden kann. Der Innenraum wird durch Bewegen der vier Backen verkleinert, wobei er im Wesentlichen einen quadratischen Querschnitt beibehält. Zwei der gegenüberliegenden Backen sind als Elektroden ausgebildet, die mit Spannung zum Widerstandsverschweißen der Einzeldrähte beaufschlagt werden können.
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Die Druckschrift
DE 41 22 777 A1 beschreibt eine alternative Verbindungtechnik, mit der in einem Arbeitsschritt ein Litzenleiter mit einem Anschlussbereich eines Kontakts durch Widerstandsschweißen verbunden werden kann. Bei diesem Verfahren ist der Anschlussbereich des Kontakts rinnenförmig ausgebildet, wodurch eingelegte Einzeldrähte einer Litze beim Widerstandsschweißen nicht seitlich ausweichen können. Die Elektrode, in die der rinnenförmige Teil des Kontakts eingelegt wird und auch die Gegenelektrode müssen entsprechend geformt sein, um diesen Vorgang durchführen zu können. Das Verfahren wird deswegen auch als „Formelektrodenschweißen“ bezeichnet.
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Dabei besteht in der praktischen Durchführung die Schwierigkeit, die Formen so gut aneinander anzupassen, dass möglichst alle Einzeldrähte der eingelegten Litze von den Elektroden erfasst werden und gleichzeitig während des Widerstandsschweißens kein direkter Kontakt zwischen beiden Elektroden oder zwischen der Gegenelektrode und dem rinnenförmigen Anschlussabschnitt auftritt. Insbesondere für Leiter mit einem geringen Querschnitt stellt sich das Verfahren daher in der Praxis als problematisch dar.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Verbinden von Litzenleitern mit Kontakten zu schaffen, das in einem einzelnen Verfahrensschritt zuverlässig durchgeführt werden kann. Es ist eine weitere Aufgabe, die Verwendung einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu beschreiben.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren und eine Verwendung einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit den Merkmalen des jeweiligen unabhängigen Anspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Anschweißen einer Litze an ein Kontaktelement weist die folgenden Schritte auf: Es wird ein vorderer Abschnitt der Litze abisoliert, so dass Einzeldrähte der Litze freigelegt werden. Weiter wird ein Kontaktelement bereitgestellt, das einen Anschlussstift aufweist. Dann werden die freigelegten Einzeldrähte der Litze und der Anschlussstift in einen Kompaktierraum einer Kompaktiervorrichtung eingebracht, wobei der Kompaktierraum durch mindestens zwei Elektroden begrenzt wird. Schließlich wird ein Querschnitt des Kompaktierraums verringert und die Einzeldrähte werden untereinander und mit dem Kontaktstift durch Widerstandsschweißen mithilfe der mindestens zwei Elektroden verschweißt.
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Wenn der Querschnitt des Kompaktierraums verringert wird, positionieren sich die Einzeldrähte und der Anschlussstift so, dass die Zwischenräume zwischen ihnen möglichst klein sind. Durch die Ausgestaltung des Anschlussbereichs des Kontaktelements als Stift verhält sich dieser Kompaktierraum ähnlich wie ein Einzeldraht, so dass sich die Einzeldrähte nahezu geordnet um den Anschlussstift herum anordnen und entsprechend mit diesem verschweißen. Es wird auf diese Weise in einem Arbeitsgang sowohl die Litze kompaktiert, als auch mit dem Anschlussstift verbunden. Anders als im Stand der Technik müssen Kompaktieren und Verbinden nicht in separaten Schritten nacheinander vorgenommen werden und es wird auch keine spezielle, z.B. rinnenförmige Ausgestaltung des Anschlussbereichs des Kontaktelements benötigt, in der sich die einzelnen Drähte einer Litze sammeln können.
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Der Verbindungsbereich ist zudem sehr kompakt und ragt in seitlicher Richtung nur unwesentlich über die radiale Ausdehnung des Anschlussstifts selbst hinaus. So kann in einem Steckverbinder ein geringer Abstand zwischen zwei Kontaktelementen umgesetzt werden, wodurch eine hohe Kontaktelementdichte bezogen auf die Steckfläche erzielt wird.
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Letztlich kann damit aufgrund der gewählten stiftförmigen Ausgestaltung des Anschlussbereichs des Kontaktelements eine Kompaktiervorrichtung aus dem Stand der Technik, die eigentlich lediglich dem Kompaktieren eines abisolierten Abschnitts einer Litze dient, auch verwendet werden, um die Verbindung der Litze mit dem Kontaktelement herzustellen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens weist der Anschlussstift einen runden Querschnitt auf. Dadurch wird die möglichst lückenlose Anordnung der Einzeldrähte am Anschlussstift weiter unterstützt. Andere Querschnitte des Anschlussstifts, wie beispielsweise ein halbrunder Querschnitt oder ein mehreckiger Querschnitt, sind ebenfalls denkbar.
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Weiter vorteilhaft wird der Kompaktierraum an vier Seiten von zwei Elektroden und zwei isolierenden Führungsblöcken begrenzt. Bevorzugt weist er einen quadratischen Querschnitt auf, der durch eine koordinierte Bewegung der Elektroden und der Führungsblöcke verkleinert wird. Dabei kann der Querschnitt des Kompaktierraums seine quadratische Form während des Verkleinerns beibehalten.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ragen die Einzeldrähte von einer und der Anschlussstift von einer gegenüberliegenden Seite in den Kompaktierraum herein. So wird das Kontaktelement, wie in einem Steckverbinder benötigt, als Verlängerung der Litze an deren Ende montiert.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mithilfe von Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen:
- 1 eine schematische isometrische Darstellung einer Vorrichtung zum Verbinden einer Litze mit einem Kontaktelement;
- 2 eine schematische Ansicht ähnlich zu 1, wobei Teile der Vorrichtung entfernt sind;
- 3 die Vorrichtung der 1 und 2 in verschiedenen Betriebszuständen während eines Verbindungsvorgangs.
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In den 1 und 2 ist in jeweils einer isometrischen Darstellung eine Verbindungsvorrichtung 10 zur Verbindung eines Litzenleiters 2 (Litze 2) mit einem Kontaktelement 5 gezeigt.
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Beide Figuren sind insofern schematisch, als dass von der Verbindungsvorrichtung 10 lediglich zwei Elektroden 11 und zwei Führungsblöcke 12 dargestellt sind. In einer Realisierung der Verbindungsvorrichtung 10 sind die Elektroden 11 und die Führungsblöcke 12 mit einer Bewegungsmechanik verbunden, die eine nachfolgend noch näher erläuterte Bewegung dieser Komponenten zueinander ermöglicht.
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Weiter basiert die durch die Verbindungsvorrichtung vorgenommene Verbindung zwischen der Litze 2 und dem Kontaktelement 5 auf einem Widerstandsschweißvorgang. Zu diesem Zweck werden die Elektroden 11 im Verbindungsvorgang zu einem geeigneten Zeitpunkt mit einer geeigneten Spannung beaufschlagt, die zu einem Stromfluss führt, durch den ein Schweißvorgang zwischen Einzeldrähten 4 der Litze 2 untereinander und mit dem Kontaktelement 5 herbeigeführt wird. Das Widerstandsschweißen als solches sowie die Auswahl geeigneter Parameter dafür sind bekannt und werden von daher im Rahmen dieser Anmeldung nicht näher erläutert.
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Im dargestellten Beispiel der 1 und 2 weist ein Kabel 1 eine Mehrzahl von Litzen 2 auf, die in einem vorderen Abschnitt 3 abisoliert sind. Rein beispielhaft sind bei dem Kabel 1 fünf Litzen 2 dargestellt. Zur einfacheren Darstellung sind die abisolierten Abschnitte 3 bei mehreren der Litzen 2 nur schematisch angedeutet. Lediglich an der Litze 2, der im dargestellten Beispiel der 1 und 2 mit dem Kontaktelement 5 verbunden wird, ist der abisolierte Abschnitt 3 detaillierter dargestellt, so dass die Vielzahl der Einzeldrähten 4 erkennbar ist.
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Das Kontaktelement 5 ist somit eines von ggf. mehreren solcher Kontaktelemente, die jeweils verbunden mit einer der Litzen 2 in einem nachfolgenden Schritt in ein Gehäuse eines Steckverbinders eingesetzt werden, so dass letztendlich am Ende des Kabels 1 ein Steckverbinder montiert wird.
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Ein jeweiliger Kontaktabschnitt 6 der Kontaktelemente 5 weist innerhalb des Gehäuses eines Steckverbinders in Einsteckrichtung nach vorne und dient der Kontaktierung von korrespondierenden Kontakten eines Steckpartners, in den der Steckverbinder eingesteckt wird. Im dargestellten Beispiel ist der Steckabschnitt 6 röhrenförmig mit einer seitlichen Kontaktlasche ausgebildet. Es versteht sich, dass auch andere bekannte Ausgestaltungen von Steckabschnitten von Kontaktelementen umgesetzt sein können, beispielsweise Tulpenkontakte.
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Das in Einsteckrichtung gesehen hintere Ende des Kontaktelements 5 ist durch einen Anschlussstift 7 mit rundem Querschnitt gebildet. Abgesehen von einem etwas größeren Durchmesser als ihn die Einzeldrähte 4 haben, unterscheidet sich von der Grundgeometrie her der Anschlussstift 7 damit nicht von den Einzeldrähten 4, wodurch sich Vorteile für den weiteren Verbindungsvorgang ergeben.
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Bei der Verbindungsvorrichtung 10 sind die Elektroden 11 bzw. die Führungsblöcke 12 so angeordnet, dass ein im Querschnitt quadratischer Innenraum als Kompaktierraum 13 gebildet ist, in den die Einzeldrähte 4 einer der Litzen 2 von einer und der Anschlussstift 7 des Kontaktelements 5 von der anderen Seite eingeführt ist.
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Die Elektroden 11 liegen sich gegenüber, ebenso wie die Führungsblöcke 12. Anders als die Elektroden 11 sind die Führungsblöcke 12 aus einem isolierenden Material gefertigt. Im dargestellten Beispiel sind die Elektroden 11 vertikal übereinander angeordnet und die Führungsblöcke 12 seitlich. In einer alternativen Ausgestaltung kann diese Anordnung jedoch auch so ausgeführt sein, dass die Elektroden 11 seitlich und die Führungsblöcke 12 oben bzw. unten liegen. Weiter ist es denkbar, dass auch die Führungsblöcke 12 als Elektroden ausgebildet sind, so dass zwei Paare von sich gegenüberliegenden Elektroden vorhanden sind. Eine elektrische Verbindung von nicht paarweise zusammengehörenden Elektroden kann dann durch isolierende Flächen, auf denen die Elektroden aufeinanderliegen, verhindert werden.
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In 2 ist einer der Führungsblöcke 12 entfernt, so dass Einblick in den Kompaktierraum 13 zwischen den Elektroden 11 bzw. den Führungsblöcken 12 gegeben wird.
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3 zeigt die Bewegung der Elektroden 11 bzw. Führungsblöcke 12 während der Durchführung eines Verfahrens zum Verbinden der Litze 2 mit dem Anschlussstift 7 des Kontaktelements 5.
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Die Elektroden 11 bzw. Führungsblöcke 12 werden aneinander gleitend aufeinander zubewegt, so dass der Querschnitt des Kompaktierraums 13 seinen quadratischen Querschnitt beibehält, während die Elektroden 11 bzw. die Führungsblöcke 12 aufeinander zu fahren. Der Querschnitt verkleinert sich, wodurch die Einzeldrähte 4 zusammen mit dem Anschlussstift 7 kompaktiert und miteinander verbunden werden. Dadurch, dass sowohl die Einzeldrähte 4 als auch der Anschlussstift 7 einen runden Querschnitt haben, ordnen sich beim Verkleinern des Kompaktierraums 13 die Einzeldrähte 4 in einer nahezu gleichmäßigen Verteilung rund um den Anschlussstift 7 des Kontaktelements 5 an.
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Es wird so in einem Arbeitsgang sowohl die Litze 2 kompaktiert als auch mit dem Anschlussstift 7 verbunden. Anders als im Stand der Technik müssen Kompaktieren und Verbinden nicht in separaten Schritten nacheinander vorgenommen werden und es wird auch keine spezielle, rinnenförmige Ausgestaltung des Anschlussbereichs des Kontaktelements benötigt, in der sich die einzelnen Drähte einer Litze sammeln können.
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Vorteilhaft kann so als Verbindungsvorrichtung 10 eine ansonsten für das reine Kompaktieren eines Litzenleiters ausgebildete Vorrichtung eingesetzt werden, um die Litze zu kompaktieren und gleichzeitig mit dem Kontaktelement zu verbinden. Es entsteht eine gut leitende und mechanisch feste Verbindung zwischen den Einzeldrähten 4 und dem Anschlussstift 7. Die Verbindung bzw. der Verbindungsbereich ist zudem sehr kompakt und ragt in seitlicher Richtung nur unwesentlich über die radiale Ausdehnung des Anschlussstifts 7 selbst hinaus. So kann im Steckverbinder ein geringer Abstand zwischen zwei Kontaktelementen 5 umgesetzt werden, wodurch eine hohe Kontaktelementdichte bezogen auf die Steckfläche erzielt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kabel
- 2
- Litzenleiter (Litze)
- 3
- abisolierter Abschnitt
- 4
- Einzeldraht
- 5
- Kontaktelement
- 6
- Steckabschnitt
- 7
- Anschlussstift
- 10
- Verbindungsvorrichtung
- 11
- Elektrode
- 12
- Führungsblock
- 13
- Kompaktierraum
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2047936 B1 [0005]
- DE 4122777 A1 [0006]
