DE10260897B4

DE10260897B4 - Method for connecting electrical conductors and ultrasonic welding device

Info

Publication number: DE10260897B4
Application number: DE2002160897
Authority: DE
Inventors: Dieter Stroh; Heiko Stroh
Original assignee: Schunk Ultraschalltechnik GmbH
Current assignee: Schunk Ultraschalltechnik GmbH
Priority date: 2002-12-20
Filing date: 2002-12-20
Publication date: 2007-06-21
Anticipated expiration: 2022-12-21
Also published as: DE10260897A1

Abstract

Verfahren zum Verschweißen von ersten elektrischen Leitern in Form von von Außenisolationen umgebenen elektrischen Leitern eines Flachleiters mit einem oder mehreren zweiten elektrischen Leitern in Form von von Außenisolationen umgebenen elektrischen Leitern eines weiteren Flachleiters oder eines elektrischen Leiters insbesondere in Form eines Flachmaterials oder Rundmaterials, wobei vor dem Verschweißen Außenisolation des oder der Flachleiter zumindest bereichsweise entfernt wird und die zu verschweißenden ersten und zweiten Leiter zwischen Schweißflächen einer Sonotrode und einer Gegenelektrode einer Ultraschallschweißvorrichtung angeordnet und durch in Ultraschallschwingungen versetzter Sonotrode abschnittsweise verschweißt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenisolation des oder der Flachleiter mittels Abstrahlen zumindest bereichsweise entfernt und/oder mittels der in Ultraschallschwingungen versetzten Sonotrode aufgeschmolzen und/oder verdrängt wird und dass die ersten und die zweiten Leiter unter Einwirkung von durch punktuelle und/oder wellenförmige Erhebungen gebildete Struktur von zumindest einer der Schweißflächen auf die zu verschweißenden Leiter eingeleiteten Kräften punktuell oder linienförmig verschweißt werden.method for welding of first electrical conductors in the form of external insulation surrounded electrical conductors of a flat conductor with one or a plurality of second electrical conductors in the form of external insulation surrounded electrical conductors of another flat conductor or an electrical conductor, in particular in the form of a flat material or round material, wherein prior to welding external insulation of the or the flat conductor is at least partially removed and the first to be welded and second conductor between welding surfaces of a sonotrode and a Counter electrode of an ultrasonic welding device arranged and by ultrasonically vibrated sonotrode in sections welded be, characterized in that the outer insulation of the or the flat conductor by means of Abstrahling at least partially removed and / or by means of ultrasonically vibrated sonotrode melted and / or repressed and that the first and second conductors are under action of punctiform and / or wavy elevations formed Structure of at least one of the welding surfaces on the conductors to be welded initiated forces selectively or linear welded become.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verschweißen von ersten elektrischen Leitern in Form von von Außenisolationen umgebenen elektrischen Leitern eines Flachleiters mit einem oder mehreren zweiten elektrischen Leitern in Form von von Außenisolationen umgebenen elektrischen Leitern eines weiteren Flachleiters oder eines elektrischen Leiters insbesondere in Form eines Flachmaterials oder Rundmaterials, wobei vor dem Verschweißen Außenisolation des oder der Flachleiter zumindest bereichsweise entfernt wird und die zu verschweißenden ersten und zweiten Leiter zwischen Schweißflächen einer Sonotrode und einer Gegenelektrode einer Ultraschallschweißvorrichtung angeordnet und durch in Ultraschallschwingungen versetzter Sonotrode abschnittsweise verschweißt werden.The The invention relates to a method for welding first electrical conductors in the form of electrical insulation surrounded by external insulation Ladders of a flat conductor with one or more second electrical Ladders in the form of external insulation surrounded electrical conductors of another flat conductor or an electrical conductor, in particular in the form of a flat material or Round material, wherein prior to welding external insulation of the or the flat conductor is at least partially removed and the first to be welded and second conductor between welding surfaces of a sonotrode and a Counter electrode of an ultrasonic welding device arranged and by ultrasonically vibrated sonotrode in sections welded become.

Insbesondere bei Kraftfahrzeugen gelangen in verstärkten Umfang Flachleiter (FPC = flexible printed cable; FLC = flexible laminated cable; FFC = flexible flat cable; EFFC = extruded flexible flat cable) zur Bordnetzverdrahtung zum Einsatz. Hohe Flexibilität, geringer Platzbedarf sowie Gewichtsersparnis zeichnen entsprechende auch als Leiterfolien bezeichnete Flachleiter aus.Especially In motor vehicles, flat conductors (FPC = flexible printed cable; FLC = flexible laminated cable; FFC = flexible flat cable; EFFC = extruded flexible flat cable) for wiring for use. High flexibility, small space requirement and weight saving draw appropriate also referred to as conductor foils flat conductor.

Werden Flachleiter untereinander verbunden, so muss sichergestellt sein, dass die Kontaktstellen mechanischen Belastungen Stand halten, um die erforderliche Strom- bzw. Signalleistung zu gewährleisten. Dabei ist es häufig erforderlich, dass auf engstem Raum elektrische Leiter von sich überlappenden Flachleitern elektrisch leitend verbunden werden müssen. Auch ist es zum Teil erforderlich, Flachleiter mit sonstigen Leitern insbesondere aus Flachmaterial wie Steckern, Brücken oder Stanzgittern zu verbinden.Become Flat conductor interconnected, so it must be ensured that the contact points withstand mechanical stresses to the to ensure required power or signal power. It is often necessary that in a confined space electrical conductors of overlapping Flat conductors must be electrically connected. Also it is partly necessary, flat conductor with other conductors especially from flat material such as plugs, bridges or lead frames.

In der EP-A-1 014 515 ist ein Verfahren zum Verbinden von Flachleitern mittels Ultraschallschweißens beschrieben. Auch eine Verbindung mit sonstigem aus Flachmaterial bestehenden Leitern mittels Ultraschallschweißens ist möglich. Vor dem Verschweißen werden die Isolierungen insbesondere mittels Laserlichts oder durch Abziehen mittels Messer entfernt.In EP-A-1 014 515 is a method for connecting flat conductors by ultrasonic welding described. Also a connection with other from flat material existing conductors by means of ultrasonic welding is possible. Before welding the insulation in particular by means of laser light or by peeling removed by knife.

Ein Verschweißen von Flachleitern ist auch aus der DE-A-100 64 696 bekannt. Dabei kann ein Abisolieren ebenfalls durch Laser erfolgen. Auch ein sogenanntes Piercen von Fachleitern ist bekannt, um einerseits die Isolierung zu zerstören und andererseits eine elektrisch leitende Verbindung herzustellen. Als weitere Alternative ist das hinlänglich bekannte Crimpen zu nennen.One weld together Flat conductors is also known from DE-A-100 64 696. there Stripping can also be done by laser. Also a so-called Piercings by specialists are known, on the one hand, the insulation to destroy and on the other hand to make an electrically conductive connection. As a further alternative, the well-known crimping is too call.

Aus der DE-A-102 11 264 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verschweißen von sich unter einem rechten Winkel schneidenden Drähten bekannt, die eine Außenisolation aufweisen. Auch nach der US-B-6 255 599 werden eine Außenisolation aufweisende Drähte durch Ultraschallschweißen miteinander verbunden, wobei die Drähte parallel zueinander verlaufen.Out DE-A-102 11 264 discloses a method and an apparatus for the weld together known by wires cutting at right angles, the one outside insulation exhibit. Also according to US-B-6 255 599 an external insulation having wires by ultrasonic welding connected to each other, wherein the wires are parallel to each other.

Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, Leiter eines Flachleiters mit Leitern eines anderen Flachleiters oder sonstigem Leiter sicher zu verbinden, wobei eine hohe mechanische Stabilität gewährleistet sein soll. Auch soll mit einfachen Maßnahmen ein Abisolieren gezielt in den Bereichen erfolgen, in dem das Verschweißen mittels Ultraschall erfolgt.Of the The present invention is based on the problem, head of a Flat conductor with conductors of another flat conductor or other To connect conductor safely, ensuring a high mechanical stability should be. It should also be targeted by simple measures stripping take place in the areas where the welding is done by means of ultrasound.

Verfahrensmäßig wird das Problem dadurch gelöst, dass die Außenisolation des oder der Flachleiter mittels Abstrahlen zumindest bereichsweise entfernt und/oder mittels der in Ultraschallschwingungen versetzten Sonotrode aufgeschmolzen und/oder verdrängt wird und dass die ersten und die zweiten Leiter unter Einwirkung von durch punktuelle und/oder wellenförmige Erhebungen gebildete Struktur von zumindest einer der Schweißflächen auf die zu verschweißenden Leiter eingeleiteten Kräften punktuell oder linienförmig verschweißt werden.Procedurally solved the problem by that the outer insulation the or the flat conductor by emitting at least partially removed and / or by means of the ultrasound oscillated sonotrode melted and / or displaced and that the first and second conductors are under action of punctiform and / or wavy elevations formed Structure of at least one of the welding surfaces on the conductors to be welded initiated forces selectively or linear welded become.

Insbesondere ist vorgesehen, dass der bzw. die Leiter zunächst grob abisoliert wird bzw. werden und sodann mittels Abstrahlen mit z. B. Metallpulver nahezu vollständig in den zu verschweißenden Bereichen abisoliert wird bzw. werden.Especially is provided that the conductor or the first is roughly stripped or be and then by blasting with z. B. metal powder almost Completely in the to be welded Stripped areas are or will be.

Um eine gezielte Abisolierung in den gewünschten Bereichen zu erzielen. sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, dass auf die Außenisolierung eine Öffnungen aufweisende Maske angeordnet und sodann mit Strahlmaterial wie Metallpulver beaufschlagt wird. Insbesondere wird dann, wenn es sich bei den Leitern um Kupferleitern handelt, Kupferpulver zum Strahlen verwendet.Around to achieve a targeted stripping in the desired areas. provides a development of the invention that on the outer insulation an openings arranged mask and then with blasting material such as metal powder is charged. In particular, when it comes to the Ladders are about copper conductors, copper powder used for blasting.

Sofern eine Abisolation durch Schmelzen bzw. Verdrängen der Außenisolation mittels Ultraschall erfolgt, ist vorgesehen, dass auf die Leiter einwirkende Kraft bzw. einwirkender Druck während des Aufschmelzens bzw. Verdrängens der Außenisolation geringer als beim Ultraschallschweißen einwirkende Kraft ist. Während des Aufschmelzens bzw. Verdrängens (erste Bearbeitungsstufe) wird der Druck auf in etwa 60 % bis 80 % des beim eine zweite Bearbeitungsstufe darstellenden Verschweißen einwirkenden Drucks eingestellt.Provided a stripping by melting or displacement of the outer insulation by means of ultrasound carried out, it is provided that acting on the conductor force or acting pressure during of melting or displacing the external insulation is less than the force acting on the ultrasonic welding force. While of melting or displacing (first processing stage) will pressure on in about 60% to 80 % of acting in a second processing stage welding acting Pressure adjusted.

Insbesondere ist vorgesehen, dass in der ersten Bearbeitungsstufe ein Druck von in etwa 75% des in der zweiten Bearbeitungsstufe einwirkenden Drucks eingestellt wird. Dabei kann der Druck in der zweiten Bearbeitungsstufe in etwa 1,5 bar bis 2,5 bar, insbesondere in etwa 2 bar betragen.In particular, it is provided that in the first processing stage, a pressure of approximately 75% of the pressure acting in the second processing stage is set. The pressure in the second processing stage in about 1.5 bar to 2.5 bar, in particular about 2 bar.

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass Schwingungsamplitude der Sonotrode während der ersten Bearbeitungsstufe kleiner als in der zweiten Bearbeitungsstufe gewählt wird. Dabei kann die Schwingungsamplitude in der ersten Bearbeitungsstufe in etwa 40% bis 70% der in der zweiten Stufe betragen. Bevorzugterweise sollte die Amplitude in der ersten Bearbeitungsstufe auf einen Wert von in etwa 60% von der in der zweiten Bearbeitungsstufe eingestellt werden, wobei die Schwingungsamplituden in der zweiten Bearbeitungsstufe in etwa 15 bis 30 μm, insbesondere 20 bis 25 μm betragen kann.In Further development of the invention is proposed that oscillation amplitude the sonotrode during the first processing level smaller than in the second processing level chosen becomes. In this case, the oscillation amplitude in the first processing stage in about 40% to 70% of the second stage amount. preferably, In the first processing step, the amplitude should be set to a value of in about 60% of that set in the second processing stage be, wherein the vibration amplitudes in the second processing stage in about 15 to 30 μm, in particular 20 to 25 microns can amount.

Auch wenn bevorzugterweise Flachleiter bzw. deren Leiter (Leiterbahnen) untereinander verschweißt werden, besteht nach der erfindungsgemäßen Lehre gleichfalls die Möglichkeit, ein Flachmaterial wie Stecker, Brücke oder Stanzgitter mit einem oder mehreren Leitern des und/oder eines weiteren Flachleiters zu verschweißen.Also if preferably flat conductor or its conductor (conductor tracks) welded together are, according to the teaching of the invention also the possibility a flat material such as plug, bridge or punched grid with one or to weld several conductors of the and / or another flat conductor.

Insbesondere ist auf Grund der erfindungsgemäßen Lehre die Möglichkeit gegeben, Leiter von Flachleitern untereinander oder mit Leitern von verschiedenen Flachleitern zu verschalten. Hierzu sieht die Erfindung vor, dass die Leiter eines Flachleiters über einen elektrischen Leiter aus Flach- oder Rundmaterial im gewünschten Umfang elektrisch leitend verbunden werden, um sodann über den Leiter die elektrischen Leiter eines weiteren Flachleiters zu verbinden. Sodann werden die Flachleiter übereinander angeordnet, wobei zu Vermeidung von Kurzschlüssen zwischen den umgebogenen Abschnitten des elektrischen Leiters ein Isoliermaterial angeordnet wird. Somit ergibt sich eine kompakte Baueinheit von untereinander verschalteten Flachleitern.Especially is due to the teaching of the invention the possibility given, conductors of flat conductors with each other or with conductors to interconnect different flat conductors. This sees the Invention that the head of a flat conductor over a electrical conductor made of flat or round material in the desired Circumference electrically conductively connected to then over the Head to connect the electrical conductors of another flat conductor. Then the flat conductors are arranged one above the other, being to avoid short circuits between the bent portions of the electrical conductor Insulating material is arranged. This results in a compact Unit of interconnected flat conductors.

Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung kann der Flachleiter im Bereich der Schweiß- bzw. Verbindungsstellen mit einem Isolationsmaterial abgedeckt und mit diesem verbunden werden. Dies erfolge durch Wärmeeinwirkung, insbesondere mittels Ultraschallschweißens. Auch ein Laminieren ist möglich.To Another proposal of the invention, the flat conductor in the area the welding or Connection points covered with an insulating material and with connected to this. This is done by heat, in particular by ultrasonic welding. Also a lamination is possible.

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die gegebenenfalls abisolierten Leiter zweier Flachleiter übereinander angeordnet und nach gegebenenfalls erforderlichem Aufschmelzen bzw. Verdrängen von vorhandenem Isolationsmaterial die Leiter punktuell bzw. linienförmig verschweißt werden, wobei vor oder nach dem Verschweißen der Leiter ein Flachleiter zu dem anderen Flachleiter vorzugsweise um 90° in einer Ebene abgewinkelt wird. Somit liegen die zu verschweißenden Flachleiter im Bereich ihrer Schweißstellen aufeinander, um sodann in einem sich anschließenden Abschnitt um 90° zueinander versetzt zu verlaufen. Gegebenenfalls können die Leiterbahnen eines Flachleiters untereinander und mit denen eines weiteren Flachleiters mit einem elektrischen Leiter wie Rundleiter größerer Dimensionierungen verbunden, d. h. verschweißt werden.In Further development of the invention is proposed that the optionally stripped conductor of two flat conductors arranged one above the other and after possibly necessary melting or displacement of existing insulation material, the conductors are welded selectively or linearly, wherein before or after the welding of the conductor is a flat conductor preferably angled 90 ° to the other flat conductor in a plane becomes. Thus, the flat conductors to be welded are in the range their welds on each other, then in a subsequent section by 90 ° to each other to get lost. Optionally, the tracks of a Flat conductor with each other and with those of another flat conductor connected to an electrical conductor such as round conductors of larger dimensions, d. H. welded become.

Anzumerken ist des Weiteren, dass die das punktuelle Verschweißen ermöglichenden Vorsprünge bzw. Wellenstruktur eines der Werkzeuge, insbesondere des Ambosses derart ausgebildet sein können, dass endseitige Erhebungen bzw. Wellen im Vergleich zu den zwischen diesen verlaufenden zurückversetzt sind. Dies führt dazu, dass in den Endbereichen das Isolationsmaterial der Flachleiter aufgeschmolzen wird, um den ansonsten mit den Leiterbahnen zu verschweißenden Leiter einzuschmelzen, wodurch eine Zugentlastung gegeben ist. Diese Maßnahmen sind insbesondere dann von Vorteil, wenn ein Flachleiter mit extrudiertem Kunststoffmantel zum Einsatz gelangt, also ein solcher, der eine relativ große Dicke aufweist.It should be noted Furthermore, that allows the selective welding projections or wave structure of one of the tools, in particular of the anvil be formed in such a way that end elevations or waves compared to the between retracing this course are. this leads to in addition to that in the end areas the insulation material of the flat conductors is melted to the otherwise to be welded to the conductors to conductors melt, whereby a strain relief is given. These measures are particularly advantageous when a flat conductor with extruded Plastic jacket comes used, so one that uses a relatively large Thickness.

Eine Ultraschallschweißvorrichtung der eingangs genannten Art zeichnet sich dadurch aus, dass die Struktur der zumindest einen Schweißfläche aus wellenförmigen und/oder punktuellen Erhebungen besteht, die einen Abstand derart zueinander aufweisen, dass die ersten und zweiten Leiter über zumindest zueinander beabstandet und über über Außenisolationsmaterial getrennte Schweißpunkte oder -linien miteinander verschweißt sind.A Ultrasonic welding device The type mentioned above is characterized in that the structure the at least one welding surface wavy and / or punctual surveys, which is a distance such to each other, that the first and second conductors over at least spaced apart and over over outer insulation material separate welds or lines welded together are.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert.The Invention will be taken below with reference to the drawing preferred embodiments explained in more detail.

Es zeigen:It demonstrate:

1 einen Querschnitt durch einen Flachleiter, 1 a cross section through a flat conductor,

2 eine Draufsicht auf einen Flachleiter mit aufgelegter Maske, 2 a top view of a flat conductor with an attached mask,

3 eine Prinzipdarstellung einer Anordnung zum Verbinden eines Flachleiters mit einem Draht, 3 a schematic diagram of an arrangement for connecting a flat conductor with a wire,

4 die Anordnung gem. 3 um 90° gedreht, 4 the arrangement acc. 3 turned by 90 degrees,

5 eine weitere Prinzipdarstellung einer Anordnung zum Verschweißen von Leitern, 5 a further schematic representation of an arrangement for welding conductors,

6 eine Prinzipdarstellung einer Anordnung zum Verschweißen von Flachleitern, 6 a schematic diagram of an arrangement for welding flat conductors,

7 die Anordnung gem. 6 um 90° gedreht, 7 the arrangement acc. 6 at 90 ° rotates,

8 verschweißte Flachleiter gem. 6 bzw. 7, 8th welded flat conductor acc. 6 respectively. 7 .

9 eine Ausgestaltung der verschweißten Flachleiter gemäß 8, 9 an embodiment of the welded flat conductor according to 8th .

10 verschaltete Leiter eines Flachleiters mit zwei Stellen abdeckender Isolierung, 10 interconnected conductors of a flat conductor with two places covering insulation,

11 über elektrische Leiter verschaltete Flachleiter, 11 Flat conductors connected via electrical conductors,

12 einen Schnitt entlang der Linie XII-XII in 11 und 12 a section along the line XII-XII in 11 and

13 die verschalteten Flachleiter gemäß 11 in Nutzdarstellung. 13 the interconnected flat conductor according to 11 in useful representation.

In 1 ist rein prinzipiell ein Querschnitt durch einen Flachleiter 10 dargestellt. Dieser besteht aus vorzugsweise aus Kupfer bestehenden Leitern 12, 14, 16, 18 die beidseitig von einer Außenisolierung 20 umgeben sind. Um entsprechende Flachleiter 10, d. h. deren elektrischen Leiter 12, 14, 16, 18 mit anderen Leitern wie Flachleitern oder Flachmaterial wie Stecker, Brücken, Stanzgitter oder Drähten zu verschweißen, kann zunächst in den Bereichen, in denen die Leiter 12, 14, 16, 18, 20 verbunden werden sollen, das Außenisolationsmaterial 20 entfernt werden. Dabei kann zunächst ein entsprechender Bereich grob abisoliert werden, und sodann gezielt in den Bereichen, in denen das Verschweißen erfolgt, vorhandene Isolationsreste, Kleber oder sonstige Rückstände auf den Leitern 12, 14, 16, 18 mittels Strahlen zu entfernen. Hierzu kann zum Strahlen Metallpulver wie z. B. Kupferpulver bei Leitern 12, 14, 16, 18 aus Kupfer benutzt werden.In 1 is purely in principle a cross section through a flat conductor 10 shown. This consists of preferably made of copper conductors 12 . 14 . 16 . 18 the two sides of an external insulation 20 are surrounded. To corresponding flat conductor 10 ie their electrical conductors 12 . 14 . 16 . 18 To weld with other conductors such as flat conductors or flat material such as plugs, bridges, stamped grid or wires, can first in the areas where the conductors 12 . 14 . 16 . 18 . 20 to be connected, the outer insulation material 20 be removed. In this case, initially a corresponding area can be roughly stripped, and then selectively in the areas where the welding takes place, existing insulation residues, adhesive or other residues on the ladders 12 . 14 . 16 . 18 to remove by means of rays. For this purpose, for blasting metal powder such. B. Copper powder in conductors 12 . 14 . 16 . 18 made of copper.

Um erwähntermaßen gezielt allein die Bereiche abzuisolieren, die später mit einem oder mehreren Leitern verbunden werden soll, wird entsprechend der Ausführungsform der 2 eine Öffnungen 20, 22, 24 aufweisende Maske 26 auf einen entsprechenden Flachleiter 28 mit elektrischen Leiter 30, 32 aufgelegt. Sodann kann die Maske 26 mit dem geeigneten Material beaufschlagt werden, wodurch der unterhalb der Löcher 20, 22, 24 liegende Bereich an Isolationsmaterial bzw. Resten oder Kleber oder Ähnlichem sicher entfernt wird. Sodann kann ein entsprechender bereichsweise abisolierter Flachleiter 28 mit weiteren Leitern mittels Ultraschallschweißens verbunden werden, wobei durch Ausbildung der Ultraschallschweißwerkzeuge, d. h. Sonotrode 34 bzw. Gegenelektrode oder Amboß 36 gezielt eine punktuelle Schweißkrafteinleitung erfolgen kann in den Bereichen, in denen die Leiter 32, 34 abisoliert sind. Hierzu kann die Auflage- bzw. Berührungsfläche von Amboß 36 bzw. Sonotrode 34 entsprechend strukturiert sein. Dies sei beispielhaft anhand der 3 verdeutlicht.In order to deliberately strip only the areas which are to be connected to one or more conductors, as mentioned above, according to the embodiment of FIG 2 an openings 20 . 22 . 24 having mask 26 on a corresponding flat conductor 28 with electrical conductor 30 . 32 hung up. Then the mask 26 be subjected to the appropriate material, causing the below the holes 20 . 22 . 24 lying area of insulation material or residues or adhesive or the like is removed safely. Then, a corresponding partially stripped flat conductor 28 be connected to other conductors by means of ultrasonic welding, wherein by forming the ultrasonic welding tools, ie sonotrode 34 or counter electrode or anvil 36 targeted a selective introduction of welding force can be made in the areas where the ladder 32 . 34 are stripped. For this purpose, the support or contact surface of anvil 36 or sonotrode 34 be structured accordingly. This is exemplified by the 3 clarified.

So weist die Auflagefläche 38 des Ambosses 36 eine Wellenstruktur derart auf, dass quasi ein punktueller bzw. linienförmiger Kontakt zu einem Flachleiter 40 in Abhängigkeit dessen Ausrichtung zu der Struktur erfolgt, der im Ausführungsbeispiel mit einem U-fömig gebogenen Draht 42 verschweißt werden soll. Die Sonotrode 34 weist in ihrer den zu verschweißenden Leitern zugewandten Fläche 40 eine übliche Struktur wie Riefen auf. Erfolgt nun ein Zusammenfahren von Sonotrode 34 und Amboß 36 und eine Ultraschallerregung der Sonotrode 34, so wird aufgrund der Oberflächenstruktur des Ambosses 36 punktuell Kraft eingeleitet, und zwar im Bereich von Erhebungen 44, 46, 48, 50 der Fläche 38 des Ambosses 36. Die Erhebungen 44, 46, 48, 50 können z.B. einen Abstand von 3 mm aufweisen. In diesen Bereichen erfolgt sodann ein Verschweißen von elektrischen Leitern 52 des Flachleiters 40 mit dem Draht 42. Dabei ist es entsprechend der erfindungsgemäßen Lehre noch nicht einmal erforderlich, dass zuvor die Außenisolation 54 des Flachleiters 40 entfernt wird. Vielmehr kann durch gezielte Krafteinleitung zunächst ein Erweichen und Verdrängen der drahtseitig verlaufenden Außenisolation 56 erfolgen, wie rein prinzipiell der 4 zu entnehmen ist. Dabei ist die auf die Leiter einwirkende Kraft beim "Abisolieren" also Aufschmelzen bzw. Verdrängen der Außenisolation 54 geringer als beim eigentlichen Schweißvorgang.So has the bearing surface 38 of the anvil 36 a wave structure on such that virtually a punctual or linear contact to a flat conductor 40 depending on its orientation to the structure, which in the embodiment with a U-shaped bent wire 42 should be welded. The sonotrode 34 has in its facing the conductors to be welded surface 40 a common structure like scratches on. Now occurs a collapse of sonotrode 34 and anvil 36 and an ultrasonic excitation of the sonotrode 34 This is due to the surface structure of the anvil 36 forcefully initiated, in the area of surveys 44 . 46 . 48 . 50 the area 38 of the anvil 36 , The surveys 44 . 46 . 48 . 50 may have a distance of 3 mm, for example. In these areas, then a welding of electrical conductors 52 of the flat conductor 40 with the wire 42 , It is according to the teaching of the invention not even required that previously the external insulation 54 of the flat conductor 40 Will get removed. Rather, by targeted introduction of force, first a softening and displacing the wire-side outer insulation 56 done, how purely in principle the 4 can be seen. The force acting on the conductors during "stripping" is therefore melting or displacement of the outer insulation 54 less than during the actual welding process.

Verlaufen die Spitzen der Erhebungen 44, 46, 48, 50 vorzugsweise in einer gemeinsamen Ebene, so besteht die Möglichkeit, dass die äußeren Erhebungen 44, 50 zurückversetzt sind, so dass in diesen Bereichen dem Grunde nach allein ein Aufschmelzen von Kunststoffmaterial erfolgt, in dem der Draht 42 eingeschmolzen wird. Hierdurch wird eine Stabilisierung und Zugentlastung im Bereich der Verbindung erreicht.Run the tops of the surveys 44 . 46 . 48 . 50 preferably in a common plane, so there is a possibility that the outer elevations 44 . 50 are set back so that in these areas basically only a melting of plastic material takes place, in which the wire 42 is melted down. As a result, stabilization and strain relief in the area of the connection is achieved.

Bevorzugterweise reichen drei bis vier Schweißpunkte pro Verbindung aus, um einerseits die erforderliche mechanische Stabilität und andererseits den notwendigen elektrischen Übergang sicherzustellen, ohne dass unerwünschte Übergangswiderstände auftreten.preferably, three to four welds are enough per connection, on the one hand the required mechanical stability and on the other hand to ensure the necessary electrical transition, without that undesirable contact resistances occur.

Ist nach dem Ausführungsbeispiel der 3 und 4 die Sonotrode 36 bzw. dessen leiterseitige Fläche 38 mit einer Wellenstruktur versehen, so reicht zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens auch eine Strukturierung einer der Werkzeuge – im Ausführungsbeispiel nach der 5 des Ambosses 56 – dahingehend, dass ein einziger punktueller oder linienförmig verlaufender Vorsprung 58 als Abstützung für zu verschweißende Leiter 60, 62 dient, um auf diese Weise die gewünschte punktuelle bzw. linienförmige Krafteinleitung zumindest für das Ultraschallverschweißen, ggf. auch für das Erweichen bzw. Verdrängen von Außenisolationsmaterial sicherzustellen.Is the embodiment of the 3 and 4 the sonotrode 36 or its conductor-side surface 38 provided with a wave structure, as sufficient to carry out the method according to the invention also a structuring of the tools - in the embodiment of the 5 of the anvil 56 - To the effect that a single punctiform or linear projection 58 as a support for conductors to be welded 60 . 62 serves to make the desired punctual or line-shaped force introduction at least for the ultrasonic welding, possibly also for the softening or displacement of external insulation material.

Die Erhebungen 44, 46, 48, 50 der Fläche 38 des Ambosses 36 sollten einen mittleren Abstand zueinander aufweisen, der im Bereich zwischen 2 und 4 mm, vorzugsweise 3 mm liegt, also einen Abstand, der in Bezug auf bekannte Strukturierungen erhebliche größer ist. Diese belaufen sich zwischen 0,5 und 1 mm und dienen nicht dazu, punktuelle Verschweißungen durchzuführen. Vielmehr soll durch die entsprechende Struktur allein ein Erfassen der zu verschweißenden Leiter ermöglicht werden.The surveys 44 . 46 . 48 . 50 the area 38 of the anvil 36 should have a mean distance to each other, which is in the range between 2 and 4 mm, preferably 3 mm, that is, a distance which is considerably greater in relation to known structuring. These amount to between 0.5 and 1 mm and are not used to perform selective welding. Rather, it should be made possible by the corresponding structure alone capturing the conductor to be welded.

Der Druck, der auf die zu verschweißenden Leiter während des Aufschmelzens bzw. Verdrängens des Isolationsmaterials ausgeübt wird, sollte in etwa 75 % desjenigen belaufen, bei dem die abisolierten Leiter verschweißt werden. Beim eigentlichen Schweißvorgang beläuft sich der Druck in etwa auf 2 bar.Of the Pressure applied to the conductor to be welded while of melting or displacing of the insulating material should be about 75% of that at which the stripped Conductor welded become. The actual welding process amounts to the pressure in about 2 bar.

Bezüglich der Amplitude beim Aufschmelzen bzw. Verdrängen ist anzumerken, dass diese sich auf 60 % derjenigen Amplituden belaufen sollte, die beim eigentlichen Schweißvorgang auftritt. Diese liegt im Bereich zwischen 20 μm und 25 μm.Regarding the Amplitude when melting or displacing is to be noted that this should amount to 60% of those amplitudes that are the actual welding occurs. This is in the range between 20 microns and 25 microns.

Bezüglich der mit den Leitern der Leiterbahnen zu verbindenden elektrischen Leiter in Form von Flachmaterial bzw. Rundummaterial ist anzumerken, dass im Falle eines Drahtes dieser einen Druchmesser von in etwa 400 μm aufweisen kann. wohingegen die Leiterbah nen eine Dicke von 76 μm zeigen. Mit anderen Worten ist der die Leiterbahnen verbindende elektrische Leiter viel dicker als die Leiterbahn selbst.Regarding the with the conductors of the conductors to be connected electrical conductors in the form of flat or Rundummaterial is to be noted that in the case of a wire, these have a diameter of approximately 400 μm can. whereas the Leiterbah NEN show a thickness of 76 microns. In other words, the electrical interconnecting the tracks Head much thicker than the track itself.

Anhand der 6 bis 8 soll die erfindungsgemäße Lehre von zu verschweißenden Flachleitern 64, 66 bzw. deren elektrischen Leitern 68, 70, 72, 74 näher erläutert werden.Based on 6 to 8th should the teaching of the invention to be welded flat conductors 64 . 66 or their electrical conductors 68 . 70 . 72 . 74 be explained in more detail.

Die zu verschweißenden Flachleiter 64, 66 werden in einem Abschnitt 76 übereinander derart angeordnet, dass deren elektrischen Leiter 68, 70, 72, 74 zueinander fluchten. Die so zueinander ausgerichteten Flachleiter 64, 66 werden zwischen einer Sonotrode 78 und einem Amboß 80 einer Ultraschallschweißvorrichtung angeordnet. Der Amboß weist eine Oberlfächenstruktur mit punktuellen Erhebungen 82, 84, 86 auf, die in den Bereichen verlaufen, in denen die elektrischen Leiter 68, 70, 72 der Flachleiter 64, 66 miteinander verbunden werden sollen.The flat conductors to be welded 64 . 66 be in a section 76 arranged one above the other such that their electrical conductors 68 . 70 . 72 . 74 aligned with each other. The so aligned flat conductor 64 . 66 be between a sonotrode 78 and an anvil 80 an ultrasonic welding device arranged. The anvil has a Oberlfächenstruktur with punctual elevations 82 . 84 . 86 on, which run in the areas where the electrical conductors 68 . 70 . 72 the flat conductor 64 . 66 to be connected to each other.

Nach dem Ausführungsbeispiel entsprechend der 8 sind insgesamt neun Erhebungen 82, 84, 86 vorgesehen, um die Flachleiter 64, 66 bzw. deren elektrischen Leiter 68, 70, 72, 74 entsprechend zu verschweißen. Die entsprechenden Schweißpunkte sind rein beispielhaft in der 8 mit dem Bezugszeichen 88, 90, 92 gekennzeichnet.According to the embodiment according to the 8th are a total of nine surveys 82 . 84 . 86 provided to the flat conductor 64 . 66 or their electrical conductor 68 . 70 . 72 . 74 to be welded accordingly. The corresponding welds are purely exemplary in the 8th with the reference number 88 . 90 . 92 characterized.

Anstelle von punktförmigen Erhebungen 82, 84, 86 kann der Amboß auch parallel zueinander verlaufende linienförmige Erhebungen aufweisen, so dass dann, wenn die elektrischen Leiter 70, 72, 74 parallel zu den entsprechenden Erhebungen verlaufen, die in 8 dargestellten einzelnen Schweißpunkte zu Linien verschmelzen. Eine punktuelle Verbindung ergibt sich weiterhin, sofern die elektrischen Leiter 68, 70, 72, 74 die linienförmigen Erhebungen eines entsprechend ausgebildeten Ambosses senkrecht oder unter einem von 0° abweichenden Winkel schneiden.Instead of punctiform elevations 82 . 84 . 86 The anvil may also have mutually parallel line-shaped elevations, so that when the electrical conductors 70 . 72 . 74 parallel to the relevant surveys, which are published in 8th merged individual weld points to form lines. A punctual connection continues, provided the electrical conductors 68 . 70 . 72 . 74 Cut the line-shaped elevations of a suitably formed anvil perpendicular or at an angle deviating from 0 °.

Den 9 bis 13 sind weitere bevorzugte Anwendungen bzw. Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Lehre zu entnehmen. Dabei stellt die 9 eine Weiterbildung der Ausführungsform der 8 dahingehend dar. dass die Flachleiter 64, 66, von denen Leiterbahnen 94, 96 und 98, 100 über U-förmig gebogene elektrische Leiter 102, 104 verschaltet sind, im Bereich ihrer Schweißstellen 88, 90, 92 mit einem flächigen Isolations material abgedeckt sind, das seinerseits mit dem Isolationsmaterial der Flachleiter 64, 66 vorzugsweise durch Wärmeeinwirkung verschweißt ist. Dies erfolgt vorzugsweise mittels Ultraschall. Die Isolierungen dienen gleichzeitig als Verstärkungen. Bezüglich der Ausgestaltung bzw. der Verbindung der Isolationen 106 mit den Flachleitern 64, 66 wird nachdrücklich auf den Offenbarungsgehalt der DE 100 64 696 A1 verwiesen.The 9 to 13 are further preferred applications or embodiments of the teaching of the invention can be seen. It represents the 9 a development of the embodiment of 8th to the effect that the flat conductor 64 . 66 , of which conductor tracks 94 . 96 and 98 . 100 via U-shaped bent electrical conductors 102 . 104 are interconnected, in the area of their welds 88 . 90 . 92 are covered with a flat insulation material, in turn, with the insulation material of the flat conductor 64 . 66 is preferably welded by the action of heat. This is preferably done by means of ultrasound. The insulations also serve as reinforcements. Regarding the design or the connection of the insulation 106 with the flat conductors 64 . 66 is emphatically on the disclosure of the DE 100 64 696 A1 directed.

Durch das Abdichten bzw. Abzweigen der Flachleiter 64, 66 zueinander sind Abgänge möglich, die ein Verlegen von Flachleitern erleichtern.By sealing or branching the flat conductor 64 . 66 Departures are possible to each other, which facilitate laying of flat conductors.

Anhand der 10 soll noch einmal rein prinzipiell verdeutlicht werden, dass ein Flachleiter 108 mit Leiterbahnen 110, 112, 114, 116 mit einem im Ausführungsbeispiel S-förmig gebogenen weiteren Leiter 118 im gewünschten Umfang verschaltet werden kann. So werden durch den Leiter 118 die Leiterbahnen 110, 112 und 116 elektrisch leitend miteinander verschaltet, wobei entsprechend der erfindungsgemäßen Lehre der Leiter 118 mit den einzelnen Leiterbahnen 110, 112, 116 punktuell verschweißt wird (beispielhaft Schweißpunkte 122, 124).Based on 10 should once again be clarified in principle that a flat conductor 108 with tracks 110 . 112 . 114 . 116 with a further conductor which is bent in an S-shape in the exemplary embodiment 118 can be interconnected to the desired extent. So be by the conductor 118 the tracks 110 . 112 and 116 interconnected electrically conductive, wherein according to the teaching of the invention, the conductor 118 with the individual tracks 110 . 112 . 116 is welded selectively (example welds 122 . 124 ).

Der Flachleiter 108 kann des Weiteren im Bereich des Leiters 118 mit einer aus elektrisch isolierendem Material bestehenden Schicht bzw. einem Abschnitt eines flächigen Isoliermaterials abgedeckt werden. Die entsprechende mit dem Bezugszeichen versehene im Ausführungsbeispiel eine Rechteckgeometrie aufweisende Isolation 126 kann mit dem Flachleiter 108 vorzugsweise mittels Ultraschallschweißen verbunden werden. Auch besteht die Möglichkeit eines Laminierens. Bevorzugterweise sind beide Seite des Flachleiters 108 mit einer entsprechenden Isolation 126 versehen. Insoweit wird ebenfalls auf den Offenbarungsgehalt der DE 100 64 696 A1 verwiesen.The flat conductor 108 can furthermore in the area of the head 118 be covered with a layer consisting of electrically insulating material or a portion of a sheet-like insulating material. The corresponding provided with the reference numeral in the embodiment a rectangular geometry having insulation 126 can with the flat conductor 108 preferably be connected by means of ultrasonic welding. Also exists the Possibility of lamination. Preferably, both sides of the flat conductor 108 with a corresponding isolation 126 Mistake. In that regard is also on the disclosure of the DE 100 64 696 A1 directed.

Die 11 bis 13 verdeutlichen, dass Flachleiter 128, 130 untereinander über im Ausführungsbeispiel Leiter 130, 132 in Form von Rundmaterial verschaltet werden. Dabei werden die Leiterbahnen 136, 138 des Flachleiters 128 mit Leiterbahnen 140, 142 des Flachleiters 130 entsprechend der erfindungsgemäßen Lehre verschweißt. Sodann werden die Flachleiter 128 nach dem Verschweißen gefaltet (13), wobei zwischen den sodann aufein anderliegenden Abschnitten der Leiter 132, 134 ein Isolationsmaterial angeordnet wird, das in 13 mit dem Bezugszeichen 144 gekennzeichnet ist.The 11 to 13 clarify that flat conductor 128 . 130 with each other over in the embodiment ladder 130 . 132 be interconnected in the form of round material. This will be the tracks 136 . 138 of the flat conductor 128 with tracks 140 . 142 of the flat conductor 130 welded according to the teaching of the invention. Then the flat conductors 128 folded after welding ( 13 ), Between the then aufein other lying sections of the ladder 132 . 134 an insulating material is placed in 13 with the reference number 144 is marked.

Durch die entsprechenden Maßnahmen kann in einfacher Weise eine Verschaltung von Flachleitern erfolgen, wobei jeweils getrennt zunächst die Leiterbahnen eines jeden Flachleiters mit dem entsprechenden die Verschaltung ermöglichenden Leiter nach der erfindungsgemäßen Lehre verschweißt werden.By the appropriate measures can in a simple way an interconnection of flat conductors, each being separated first the tracks of each lead with the corresponding enable the interconnection Ladder according to the teaching of the invention welded become.

Durch die erfindungsgemäße Lehre ergibt sich eine sichere Verbindung zwischen zu verschweißenden Leitern, wobei ggf. ein vorheriges Abisolieren nicht erforderlich ist. Vielmehr werden durch Aufschmelzen bzw. Verdrängen von Isolationsmaterial die zu verschweißenden Leiter freigelegt, um sodann mittels Ultraschall verschweißt zu werden.By the teaching of the invention results in a secure connection between conductors to be welded, if necessary, a previous stripping is not required. Much more are by melting or displacement of insulation material the to be welded Ladder exposed, then to be welded by means of ultrasound.

Ist in den Ausführungsbeispielen der Amboß mit einer besonderen die punktuellen bzw. linienförmigen Schweißverbindungen sicherstellenden Struktur versehen, so kann entsprechend auch die Sonotrode ausgebildet sein. Gegebenenfalls können Sonotrode oder Amboß entsprechende Strukturen zeigen.is in the embodiments the anvil with a special the punctual or linear welded joints ensuring structure provided, so can the corresponding Sonotrode be formed. If necessary, sonotrode or anvil may be appropriate Show structures.

Claims

A method for welding first electrical conductors in the form of external conductors surrounded by electrical conductors of a flat conductor with one or more second electrical conductors in the form of surrounded by external insulation electrical conductors of another flat conductor or an electrical conductor, in particular in the form of a sheet or round material, wherein before the Welding external insulation of the or the flat conductor is at least partially removed and to be welded first and second conductor between welding surfaces of a sonotrode and a counter electrode of an ultrasonic welding arranged and welded by ultrasonically vibrated sonotrode sections, characterized in that the outer insulation of the or the flat conductor by means of blasting at least partially removed and / or melted and / or displaced by means of the ultrasound oscillated sonotrode and that the first and second conductors are selectively or linearly welded under the action of punctiform and / or wave-shaped elevations by at least one of the welding surfaces on the conductors to be welded.

Method according to claim 1, characterized in that that the conductors are at least roughly stripped and then by means of Radiating completely or almost complete be stripped off.

Method according to claim 1 or 2, characterized that on the insulation on at least partially stripped Conductor aligned openings arranged mask and then with blasting material such as metal powder is charged.

Method according to at least one of the preceding Claims, characterized in that acting on the conductor pressure during the one first processing stage forming melting or displacing the Insulation lower than in a second processing stage forming welding the conductor is acting pressure.

Method according to claim 4, characterized in that that the pressure acting in the first processing stage on in about 60% to 80% of the second processing stage Pressure is adjusted.

Method according to claim 5, characterized in that that the pressure acting in the first processing stage on in about 75% of the pressure applied in the second processing stage is set.

Method according to at least Claim 4, characterized that the pressure in the second processing stage to about 1.5 bar is set to 2.5, in particular about 2 bar.

Method according to at least Claim 4, characterized that oscillation amplitude of the sonotrode during the first processing stage smaller is selected as in the second processing stage.

Method according to claim 8, characterized in that that the oscillation amplitude of the sonotrode in the first processing stage to a value in about 40% to 70% of the vibration amplitude in the second processing level is set.

Method according to claim 9, characterized in that that the oscillation amplitude of the sonotrode in the first processing stage to a value of about 60% of the oscillation amplitude in the second Processing level is set.

Method according to at least Claim 8, characterized that the oscillation amplitude in the second processing stage on in about 15 microns up to 30 μm, in particular 20 microns up to 25 μm is set.

Method according to at least claim 1, characterized in that that a flat material such as plug, bridge or punched grid than the second electrical conductor with one or more electrical conductors of the flat conductor is welded as the first electrical conductor.

Method according to at least claim 1, characterized in that that the optionally stripped conductor two flat conductors as the first and second electrical conductors are arranged one above the other and after any necessary melting or displacement of at least between the first and second electrical conductors existing Insulating material, the first and second electrical conductors selectively or linear welded become.

Method according to at least claim 1, characterized in that that the flat conductor in the connection area with the welded further flat conductor or electrical conductor with an insulation or reinforcement electrically insulating material is covered, the or with laminated to the flat conductor or by heat, in particular by means of Ultrasonic plastic welding is connected.

Method according to at least claim 1, characterized in that that traces of at least two flat conductors as the first and second electrical conductor over be interconnected at least one other third conductor. in which after the respective welding the at least one third conductor with the conductor tracks of the respective Flat conductor, the flat conductor on top of each other arranged or one above the other aligned with each other.

Method according to claim 16, characterized in that that before stacking the Flat conductor between the then to be folded at least a third Head of an insulating material is arranged.

Method according to at least Claim 15, characterized the elevations of the at least one welding surface are formed in such a way that that about external elevations a melting of the insulating material and melting of the third Ladder for stabilization in the connection area or to its Strain relief takes place.

An ultrasonic welding apparatus comprising an ultrasonic vibration generating converter, a sonotrode connected thereto via a booster having a first welding surface and a sonotrode associated counter electrode having a second welding surface, the first and / or second welding surfaces having a structure and being first between the first and second welding surfaces and second conductors may be arranged, of which at least one is a flat conductor having electrical conductors surrounding outer insulation, characterized in that the structure of the at least one welding surface ( 38 ) from undulating and / or punctiform surveys ( 44 . 46 . 48 . 50 ) spaced apart from one another such that the first and second conductors are at least spaced apart from one another and welded together over welds or lines separated by external insulation material.

Ultrasonic welding device according to claim 18, characterized in that the waves or elevations ( 44 . 46 . 48 . 50 ) of the counter electrode or the sonotrode have a distance of approximately 2 to 4 mm, in particular of approximately 3 mm.

Method according to claim 18 or 19, characterized in that outer waves or elevations ( 44 . 50 ) extend to lie between them lying waves or surveys such that arranged on the flat conductor another conductor z. B. from round material in the insulation of the flat conductor can be fused while avoiding or largely avoiding welding to a conductor of the flat conductor.