DE1465513B2 - Verfahren und vorrichtung zum zusammenschweissen zweier durch ein thermoplastisches isoliermaterial getrennter elektrischer leiter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zusammenschweißen zweier durch ein thermoplastisches Isoliermaterial getrennter elektrischer Leiter, insbesondere Leiter von Flachkabeln, bei dem ein bestimmter Druck auf die zwei Leiter aufgeübt wird, um die beiden Leiter derart gegeneinander zu drücken, daß wenigstens einer der Leiter in das Isoliermaterial eindringt, um in Berührung mit dem anderen Leiter zu kommen, um mit diesem eine galvanische Verbindung herzustellen, und bei dem dann ein elektrischer Strom durch diese Verbindung geleitet wird, um die beiden Leiter miteinander zu verschweißen.

Flachkabel finden eine weite Verbreitung in der elektrischen und elektronischen Industrie, da sie zahlreiche vorteilhafte Eigenschaften, einschließlich der flachen Form sowie der Elastizität, besitzen. Flachkabel bestehen im wesentlichen aus einem langgestreckten Streifen oder Band aus Kunststoff, in dem elektrisch leitfähige Drähte oder Elemente eingebettet oder »eingedruckt« sind. Da viele Verfahren zur Herstellung von Flachkabeln ein Weichmachen oder einen Einbettungsvorgang einschließen, wird als Material für den Kunststoffstreifen in der Regel ein thermoplastischer Stoff, z. B. ein Vinyl- oder Polyäthylen-Kunststoff verwendet.

Damit das Flachkabel im Zusammenhang mit einer elektrischen Schaltung verwendet oder in diese eingebaut werden kann, ist es erforderlich, zwischen den verschiedenen Leitern des Flachkabels und den umliegenden Schaltungen elektrische und mechanische Anschlüsse bzw. Verbindungen vorzunehmen. Zu diesem Zweck sind bereits verschiedene Verfahren entwickelt worden, um die Anschlußklemmen an den Leitern des Flachkabels zu befestigen. Bei einem solchen Verfahren wird die Isolation entlang einer schmalen Fläche an der einen oder an beiden Seiten des Flachkabels entfernt und anschließend wird die Anschlußklemme an die blanken oder abisolierten Leiter oder gedruckten Leiterbahnen angelötet. Dieses Verfahren führt jedoch insofern zu Schwierigkeiten, als die Entfernung des Kunststoffes umständlich ist, verhältnismäßig viel Zeit beansprucht und unzweckmäßig ist. Ein anderes bekanntes Verfahren verwendet Anschlußklemmen mit Stechnasen, die unmittelbar durch den Kunststoff des Flachkabels gedrückt werden können und einen elektrischen und mechanischen Kontakt mit den leitfähigen Teilen des Flachkabels herstellen. Die Probleme, die dieses Verfahren mit sich bringt, bestehen darin, daß eine genaue Ausrichtung der Stechnasen zu den elektrisch leitfähigen Teilen des Flachkabels erforderlich ist.

Bei einem bekannten weiteren Verfahren (USA.-Patentschrift 2 977 672) wird zunächst ein vorbestimmter Druck so lange auf die beiden isolierten Leiter ausgeübt, bis der eine Leiter das Isoliermaterial, das aus einem Polyamid besteht, durchdrungen und Berührung mit dem anderen Leiter hat, dann beginnt die Verschweißung der beiden Leiter, wobei die Einschaltung des Schweißstroms zur Verbindung der beiden Leiter wegabhängig erfolgt, d. h., nachdem die Vorrichtung zur Ausübung des vorbestimmten Druckes eine bestimmte Wegstrecke zurückgelegt hat, wird ein im Schweißstroinkrcis liegender Schalter mechanisch geschlossen. Diese wegabhängige Einschaltung des Schweißstromes ist jedoch relativ ungenau, da die Verformung des einen Leiters sowie das Durchdringen des Isoliermaterial von der jeweiligen Matcrialbcschaffcnhcit abhang ist und »cwissen Schwankungen unterliegen kann. Zur Verbindung der Leiter von Flachkabeln, die einen relativ dünnen Querschnitt haben, ist die wegabhängige Einschaltung des Schweißstroms wegen des geringen, hierfür zur Verfügung stehenden Weges besonders problematisch.

Bei einem Verfahren zum Verschweißen eines mit Isoliermaterial überzogenen Leiters mit dem Sockel einer Glühlampe (USA.-Patentschrift 1 613 957) ist

ίο es ferner bekannt, das Isoliermaterial an der vorgesehenen Schweißstelle vor dem Verschweißen zu erwärmen, um einen einwandfreien Durchgang des Schweißstromes zu ermöglichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren zum Zusammenschweißen zweier durch ein thermoplastisches Isoliermaterial getrennter elektrischer Leiter den Zeitpunkt der galvanischen Verbindung dieser Leiter und damit die Hindurchschickung des Schweißstromes genauer als bisher anzuzeigen, um eine einwandfreie Verschweißung unabhängig von Material- und Dimensionsschwankungen zu erreichen.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs bezeichneten Art dadurch gelöst, daß wenigstens einem der Leiter Wärme zugeführt wird, um das Isoliermaterial zwischen den Leitern zu erweichen und ein vorbestimmter Wert einer elektrischen Größe angezeigt wird und in Abhängigkeit von dieser Anzeige der elektrische Strom in Form einer Entladung durch die galvanische Verbindung hindurchgeschickt wird, um die Leiter im Bereich der galvanischen Verbindung miteinander zu verschweißen. Der Zeitpunkt, an dem die elektrische Verschweißung durchgeführt werden kann, wird auf diese Weise zuverlässig und stets genau festgelegt, und zwar unabhängig von Schwankungen in der Zusammensetzung der Materialien der Isolierungen oder deren Dimensionen. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß der ohmsche Widerstand die elektrische Größe ist, welche angezeigt wird.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Impedanz die elektrische Größe sein, welche angezeigt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren basiert im wesentlichen auf der Anordnung eines Flachkabels zwischen einer Schweißelektrode und einer Anschlußklemme, die mit dem Flachkabel zu verbinden ist. Die aus der Schweißelektrode bestehende Heizquelle ist unmittelbar neben dem Flachkabel angeordnet, und da das Flachkabel aus einem thermopastischen Werkstoff besteht, kann die Elektrode schnell in das Flachkabel eindringen, und zwar so weit, bis sie auf ein leitfähiges Element des Flachkabels trifft. Die Wärme von der Schweißelektrode dringt dann zu der Anschlußklemme hindurch, die sich neben der entgegengesetzten Seite des Flachkabels befindet.

Die Anschlußklemme durchdringt relativ leicht die durch die Erwärmung weichgemachte Isolation, bis sie ebenfalls einen körperlichen Kontakt mit dem Leiter des Flachkabel herstellt, um eine dreiteilige metallische Verbindung zu schaffen. Zu diesem Zeitpunkt wird über die vorerwähnte metallische Verbindung eine Kondensatorentladung durchgeführt, um eine Schweißverbindung oder Verschweißung zu erzeugen. Die Kondensatorentladung wird durch eine elektrische Meßschaltung gesteuert, die den Widerstand zwischen der Anschlußklemme und der

Schweißelektrode oder zwischen der Anschlußklemme und dem besonderen Flachkabel mißt. Die Kondensatorentladung findet dann statt, wenn der Widerstand niedrig genug ist, um die Herstellung einer Schweißung zu ermöglichen. Dadurch wird ferner angezeigt, wann die Schweißung durchgeführt worden ist. .

Die Erfindung wird anschließend an Hand der Zeichnungen mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 schematisch ein aufgeschnittenes Flachkabel, das zwischen einer angehobenen Schweißelektrode und einer Anschlußklemme eingelegt ist, sowie einen mit der Anschlußklemme verbundenen Kondensator-Entladekreis,

F i g. 2 eine vergrößerte Ansicht eines Teils der in Fig. 1 gezeigten Anordnung, die einen einleitenden Arbeitsschritt des Verfahrens darstellt, wobei die Schweißelektrode derart in Berührung mit dem Flachkabel gebracht ist, daß sie die Vorderseite des Flachkabels durchdringt und in Berührung mit einem elektrisch leitfähigen Teil des Flachkabels kommt,

F i g. 3 eine der F i g. 2 ähnliche Ansicht, in der jedoch ein weiterer Arbeitsschritt des Verfahrens dargestellt ist, bei dem die Wärme von der Schweißelektrode über das leitfähige Teil des Flachkabels weiter durchgedrungen ist und die Isolation an der entgegengesetzten Seite des Flachkabels weichgemacht hat, um die Anschlußklemme, insbesondere einen von diesem abstehenden Ansatz so zu erwärmen, daß dieser durch die Isolation hindurchdringen und in Berührung mit dem leitfähigen Teil des Flachkabels kommen kann,

F i g. 4 eine schematische Schnittansicht, der mit dem Flachkabel fest verbundenen Anschlußklemme,

F i g. 5 eine der F i g. 1 in etwa ähnlicher Ansicht, in der jedoch eine geänderte Schweißelektrode zusammen mit der Anschlußklemme gezeigt ist, die ihrerseits einen geringfügig abgeänderten Ansatz aufweist,

F i g. 6 eine Darstellung des Abschlußschrittes des in F i g. 5 angedeuteten Verfahrens, der in etwa dem in F i g. 3 angedeuteten Verfahrensschritt entspricht und

F i g. 7 eine vergrößerte Ansicht der nach dem Verfahren nach F i g. 5 hergestellten Verschweißung.

Die Vorrichtung, mit der das Verfahren durchgeführt wird, ist in F i g. 1 mit der Bezugszahl 10 bezeichnet. Wie in F i g. 1 weiter dargestellt ist, ist eine Anschlußklemme 12 mit einem Ansatz 14 so vorbereitet, daß sie elektrisch und mechanisch mit einem Flachkabel 16 verbunden ist, welches Leiterelemente 18 besitzt, die auch in Fig. 7 gezeigt sind. Der Ansatz 14 der Anschlußklemme 12 erleichtert das. Ein- und Durchdringen der Anschlußklemme in und durch das thermoplastische Isoliermaterial des Flachkabels. Bei einer bevorzugten Ausführungsform hat der Ansatz 14 einen Durchmesser von etwa 0,762 mm sowie eine Höhe von 0,508 mm.

Zur Durchführung des Verfahrens ist es erforderlich, eine Schweißelektrode 20 vorzusehen, die von bekannter Ausführung sein kann und im Ausführungsbeispiel im wesentlichen aus einem Schaft 22 besteht, von dem eine Heiznase 24 nach unten absteht. Mit der Schweißelektrode 20 sind Vorrichtungen (nicht gezeigt) zur Zuführung von Wärme zu der Heiznasc 24 verbunden, die z. B. aus einer elektrischen Widerstandsheizung einer Induktionsheizung oder anderen bekannten Heizungen bestehen können. Wie in Fig. 1 weiter dargestellt ist, ist der Heiznase 24 ein thermoelektrisches Element 26 mit einer Thermostatanordnung zugeordnet, die die Heiznase 24 auf einer genauen Temperatur hält.

Wie ebenfalls Fig. 1 zeigt, ist mit der Anschlußklemme 12 und dem Leiterelement 18 des Flachkabels ein Kondensatorentladekreis verbunden. Der Kondensatorentladekreis umfaßt im wesentlichen eine einregulierbare Spannungsquelle, einen Widerstand 28, einen Schalter 30, an dem eine Widerstandsmeßeinrichtung über einen Schalter 31 angeschlossen sein kann, sowie drei parallel geschaltete Kondensatoren 32, 34 und 36 von je 100 μΡ. Ein Leiter 38 verbindet den Schalter 30 mit der Anschlußklemme 12 und zwei Leiter 40 und 41 stellen die Verbindung der Schweißelektrode 20 und des Schalters 31 zu dem Widerstand vor der Spannungsquelle her. Die Kondensatoren 32, 34 und 36 sind über einen Leiter 42 mit dem Widerstand vor der Spannungsquelle und über einen Leiter 44 mit dem Schalter 30 vor der Spannungsquelle verbunden. Bei der Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung wird die Schweißelektrode 20 auf eine gewünschten Temperatur gebracht, die von folgenden Faktoren abhängt;
a) den Punkten, an denen das thermoplastische Isoliermaterial des Flachkabels weich wird und verschmort;

b) der Dicke des Kabels;

c) dem Druck, der auf die Schweißelektrode auszuüben ist, und

d) der gewünschten Arbeitszeit.

Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung, weist das Flachkabel eine Polyäthylen-Isolation mit einer Gesamtstärke von 0,254 mm auf, und zwar einschließlich der Leiterdicke in Höhe von 0,1016 mm. Die Schweißelektrode 20 wurde auf einer Temperatur von etwa 250° C gehalten, die in der verhältnismäßig kurzen Kontaktzeitspanne von 5 sek. bei einer auf die Schweißelektrode ausgeübten Kraft von 3,17 kp kein Verschmoren des Polyäthylens bewirkte.

Wie in F i g. 1 gezeigt ist, wird die Schweißelektrode 20 in Richtung des Pfeiles 46 nach unten bewegt, so daß das Teil 48 der Heiznase 24 an der äußeren Seite 50 des Flachkabels 16 in Berührung mit dem Isoliermaterial kommt.

Wie weiter in Fig. 1 gezeigt ist, kann das Teil48 der Heiznase 24 gegabelt sein, um zwei Eindruckstellen zu schaffen.

Wenn der heiße Teil 48 der Heiznase 24 in Berührung mit der äußeren Seite 50 des Flachkabels 16 kommt, so erwärmt er augenblicklich das gegenüberliegende Isoliermaterial, wobei die von dem Teil 48 ausgehende Wärme in Verbindung mit dem ausgeübten Druck bewirkt, daß sich das Isoliermaterial unter dem Druck der Nase 24 seitlich weg bewegt. Dadurch kann die Schweißelektrode 20 leicht durch die äußere Seite 50 hindurchdringen, bis sie das leitfähige Element 18 des Flachkabels, wie in F i g. 2 dargestellt ist, berührt. Zu diesem Zeitpunkt wird von der Schweißelektrode weiter Wärme abgestrahlt, die durch das leitfähige Element 18 hindurchdringt und anschließend auch zu der inneren Seite 52 des Flachkabeis gelangt, wodurch das Isoliermaterial gegenüber dem Ansatz 14 der Anschlußklemme 12 weichgemacht wird. Auf Grund des weichgemachten Isolicrmaterials gegenüber der inneren Seite 52 und in-

folge des von der Schweißelektrode 20 ausgeübten Druckes kann der Ansatz 14 leicht durch die innere Seite 52 hindurchdringen, bis er in Berührung mit dem leitfähigen Element 18 des Flachkabels kommt. Sobald dieser Zustand eintritt, ist eine metallische Verbindung zwischen der metallischen Schweißelektrode 20, dem leitfähigen Element 18 des Flachkabels und der Anschlußklemme 12 hergestellt.

Jetzt wird über die vorerwähnte metallische Verbindung eine Kondensatorentladung durchgeführt, um eine Verschweißung zu erreichen. Die Kondensatorentladung wird durch das Zusammenwirken der einregulierten Spannungsquelle, der Kondensatoren 32, 34 und 36 sowie der übrigen Schaltelemente gemäß F i g. 1 erzeugt.

Wie bereits erwähnt, kann dem Schalter 30 eine Widerstandsmeßeinrichtung zugeordnet sein, damit der Schaltkreis nach Fig. 1 beim Erreichen eines vorbestimmten elektrischen Widerstandes geschlossen wird, der gewährleistet, daß eine metallische Verbindung zwischen der Schweißelektrode, dem leitfähigen Element des Flachkabels und der Anschlußklemme erzeugt worden ist. Falls erwünscht, können passende Relais vorgesehen sein. Die Kondensatorentladung kann gedämpft vor sich gehen, wobei sich die Schalter 30 und 31 anschließend öffnen, um den Zyklus zu beenden.

Wenngleich zur Herstellung der Verschweißung eine Kondensatorentladung bevorzugt verwendet wird, sei darauf hingewiesen, daß auch andere eine Leistung abgebende Einrichtungen benutzt werden können.

In den Ausführungen nach den F i g. 5, 6 und 7 weist das Teil 148 der Schweißelektrode 120 nur eine einzige Spitze auf, das heißt, es ist nicht, wie das Teil 48 gemäß F i g. 1 gegabelt. Der Ansatz 114 ist ferner, wie durch die Einsenkung 160 angedeutet ist, durchgeschlagen. Wie in F i g. 5 dargestellt ist, weist die Schweißelektrode 120 einen leicht konvexen Bogen auf, so daß deren Mittelteil leichter in das Isoliermaterial eindringen kann.

Die Schweißelektrode 120 wirkt auf das Flachkabel 16 mit den Leitern 18 weitestgehend in der gleichen Weise ein, wie die Schweißelektrode 20. Es ist hier ferner eine Auflage 162 vorgesehen, die auch bei dem in Fig. 1 angedeuteten Verfahren verwendet werden kann. Die Anschlußklemme 12 kann weiter in einem Isoliergehäuse 164 befestigt sein, obwohl diese Befestigung in der Regel im Anschluß an die Verschweißung erfolgt.

Der letzte Arbeitsschritt des Verfahrens ist in F i g. 6 angedeutet und besteht darin, daß unter dem Einfluß der Schweißelektrode 120 eine Einsenkung 166 geschaffen wird. Durch die Elektrode 20 werden ebenfalls zwei Einsenkungen geschaffen. Die Ein-Senkungen können mit einem Epoxydharz oder einem anderen Abdichtungswerkstoff ausgefüllt werden.

In F i g. 7 ist eine vergrößerte Ansicht der unteren Seite einer vollständigen Anordnung dargestellt, wobei die Schweißstellen 168 nach dem Verfahren gemaß der Erfindung hergestellt worden sind.

Das Verfahren ermöglicht also auf einfache und wirkungsvolle Weise die Herstellung einer Schweißverbindung zwischen der Anschlußklemme und dem leitfähigen Element des Flachkabels. Sofern diese Schweißverbindung mechanisch nicht fest oder stark genug ist, um den Kräften oder Zugspannungen, die an dem Flachkabel angreifen können, standzuhalten, können den Schweißstellen mechanische Mittel zugeordnet werden, die diese schützen. Derartige mechanische Mittel können aus bekannten Einrichtungen zur Zugentlastung bestehen oder es können Epoxydharze verwendet werden, um die Schweißstellen zu verstärken. Epoxydharz wird ferner, wie bereits erwähnt, zum Ausfüllen der Einsenkungen benutzt.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Zusammenschweißen zweier durch ein thermoplastisches Isoliermaterial getrennter elektrischer Leiter, insbesondere Leiter von Flachkabeln, bei dem ein bestimmter Druck auf die zwei Leiter ausgeübt wird, um die beiden Leiter derart gegeneinander zu drücken, daß wenigstens einer der Leiter in das Isoliermaterial eindringt, um in Berührung mit dem anderen Leiter zu kommen, um mit diesem eine galvanische Verbindung herzustellen, und bei dem dann ein elektrischer Strom durch diese Verbindung geleitet wird, um die beiden Leiter mitein-

— ander zu verschweißen, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einem der Leiter Wärme zugeführt wird, um das Isoliermaterial zwischen den Leitern zu erweichen und daß ein vorbestimmter Wert einer elektrischen Größe angezeigt wird und in Abhängigkeit von dieser Anzeige der elektrische Strom in Form einer Entladung durch die galvanische Verbindung hindurchgeschickt wird, um die Leiter im Bereich der galvanischen Verbindung miteinander zu verschweißen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ohmsche Widerstand die elektrische Größe ist, welche angezeigt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanz die elektrische Größe ist, welche angezeigt wird.

4. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche! bis 3 mit einer bewegbaren Schweißelektrode und einer Heizvorrichtung zum Erwärmen und Weichmachen der Isolation im Bereich neben der Elektrode, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anzeige eines vorbestimmten Wertes einer elektrischen Größe, die der Leiterverbindung zugeordnet ist, eine elektrische Schaltung vorgesehen ist und in Abhängigkeit von dieser Anzeige eine Schweißsteuerschaltung einen Schweißstrom durch die Schweißelektrode und galvanische Verbindung hindurchschickt, um den einen Leiter mit dem anderen Leiter zu verschweißen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen