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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf ein Verfahren zum Verbinden eines Anschlusses, insbesondere
einer Flachsteckhülse,
mit einem Leiterdraht und Vorrichtung dafür.
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Ein Beispiel eines herkömmlichen
Verfahrens, insbesondere Punktschweißverfahrens, wird unter Bezugnahme
auf die 6A bis 8E beschrieben.
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Bei diesem Verfahren wird, wie in 6A gezeigt, durch Verwendung
von oberen und unteren Elektroden 7 and 5, deren
obere Enden flach sind, ein plattenförmiger Drahtverbindungsbereich 3a eines
Anschlusses auf der unteren Elektrode 5 positioniert, und
ein freigelegter Kernbereich 1a eines Leiterdrahtes auf
den Drahtverbindungsbereich gelegt. Der Bereich, in dem der Drahtverbindungsbereich 3a und
der freigelegte Kernbereich 1a aufeinandergelegt sind,
wird zwischen den oberen und unteren Elektroden 7 und 5 gehalten, und
ein Strom wird durch diesen unter Druck stehenden Bereich geschickt,
so daß der
freigelegte Kernbereich 1a und der Drahtverbindungsbereich 3a miteinander
verschweißt
werden, wie in 6B gezeigt.
Jedoch wird bei diesem Verfahren der freigelegte Kernbereich 1a durch
den Druck der oberen und unteren Elektroden 7 und 5 verdrückt, so
daß er
im Vergleich mit der ursprünglichen
Form stark verformt wird und in Stücken verschweißt wird,
so daß die
Möglichkeit
besteht, daß die
Gesamtfestigkeit der Verbindung 10 verringert wird.
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Es gibt daher ein weiteres herkömmliches
Verfahren, das in den
7A und
7B gezeigt ist (siehe
JP-A-6-218 552 ).
Bei diesem Verfahren wird ein Anschluß
13 mit einem Drahtverbindungsbereich
13a,
der in einer U-Form gekrümmt
(Flachsteckhülse)
ist, verwendet, wie in
7A gezeigt.
Zusätzlich
werden entsprechend dem U-förmigen.
Drahtverbindungsbereich
13a ein halbkreisförmiger,
konkaver Bereich
15a und ein halbkreisförmiger, konvexer Bereich
17a auf
den oberen Endoberflächen
der oberen beziehungsweise unteren Elektrode
15 beziehungsweise
17 geformt. Der freigelegte Kernbereich
1a ist in dem U-förmigen Drahtverbindungsbereich
13a angeordnet
und wird zwischen den halbkreisförmigen
konkaven und konvexen Bereichen
15a und
17a gehalten.
Danach fließt
ein Strom zwischen den unter Druck stehenden Elektroden, wodurch
ein Verbindungsbereich
10B erhalten wird, der eine Struktur
besitzt, in der der freigelegte, verdrückte und verformte Kernbereich
1a mit
der inneren Oberfläche
des U-förmigen
Drahtverbindungsbereichs
13a verschweißt ist, wie in
7B gezeigt.
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Die Verfahren zum Verschweißen in diesem
letzteren Fall ist in den 8A bis 8E gezeigt. Zunächst wird,
wie in 8A gezeigt, der
U-förmige
Drahtverbindungsbereich 13a des Anschlusses auf dem konkaven Bereich 15a der
unteren Elektrode angeordnet, und der freigelegte Kernbereich 1a des
Drahts wird darauf gelegt. In diesem Zustand wird, wie in 8B gezeigt, die obere Elektrode 17 nach
unten bewegt, um den freigelegten Kernbereich zu kontaktieren, und
während
ein Strom zwischen den Elektroden 15 und 17 fließt, wird die
obere Elektrode 17 weiter nach unten bewegt, um Druck auszuüben. Folglich
wird, wie in den 8C und 8D gezeigt, der freigelegte
Kernbereich 1a zwischen dem halbkreisförmigen, konvexen Bereich 17a auf
dem oberen Ende der oberen Elektrode 17 und der U-förmigen,
inneren Oberfläche
des Drahtverbindungsbereichs 13a verdrückt, so daß der freigelegte Kernbereich 1a und
der Drahtverbindungsbereich 13a durch Widerstandserwärmung verschweißt werden,
um den Verbindungsbereich 10B zu bilden, wie in 8E gezeigt.
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Entsprechend diesem Verfahren kann,
da der Drahtverbindungsbereich 13a in einer U-Form geformt wird,
in einem gewissen Maß verhindert
werden, daß der
Kernbereich durch den ausgeübten
Druck ausfranst. Jedoch ist es nicht nur unmöglich, das Ausfransen zu verhindern,
sondern es wird auch der freigelegte Kernbereich verdrückt und
verformt, so daß die
Querschnittsfläche
des Verbindungsbereichs verringert wird. Folglich gibt es das Problem,
daß es
schwierig ist, eine hohe Zugfestigkeit zu erhalten.
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Zusätzlich ist es notwendig, eine
hohe Schweißenergie
zuzuführen,
da Kupfer, das ein Hauptmaterial für Anschlüsse und Leiterdrähte ist,
einen geringen spezifischen Widerstand und einen hohe thermische
Leitfähigkeit
besitzt. Besonders in dem herkömmlichen,
in den 7A und 7B gezeigten Beispiel besitzt
die obere Endoberfläche
der unteren Elektrode 15 eine konkave Form, die der Krümmung des
Drahtverbindungsbereichs 13a entspricht, so daß die Kontaktfläche der
Elektrode 15 und des Drahtverbindungsbereichs 13a groß ist. Daher
ist der Stromquerschnitt des Stroms relativ groß und der Widerstand ist gering,
wodurch die Erwärmungseffizienz
niedrig wird. Folglich besteht das Problem, daß die Verbindbarkeit zwischen
einem Anschluß und
einem Leitdraht oder zwischen Kernbereichen beeinträchtigt ist.
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US
3,368,059 offenbart drei verschiedene Elektrodentypen (E1
bis E3), die für
die Verbindung eines Aluminiumanschlußstückes und eines Kupferleiters
durch Widerstandsschweißen
eingesetzt werden. Aus der Beschreibung der
US 3,368,059 geht hervor, daß die Elektrode
E2 als untere Elektrode und die Elektroden E1 und E3 als obere Elektroden
angeordnet werden. Die beiden oberen Elektroden sind entweder mit
einer Ausnehmung (E1) oder mit einer sich verjüngenden Spitze (E3) ausgebildet.
Die untere Elektrode (E2) besitzt keine sich verjüngende Spitze,
sondern ist durchgehend zylindrisch.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es, ein Verfahren zum Verbinden eines Anschlusses und eines
Leiterdrahtes sowie eine Vorrichtung dafür zur Verfügung zu stellen, wobei Verbindungen
zwischen Leiterdraht und Anschluss herstellbar sind, die eine höhere Festigkeit
als bisher erzielbar aufweisen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch
das im Patentanspruch 1 definierte Verfahren und die entsprechende
Vorrichtung gelöst.
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Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft
unter Bezug auf die beigefügten
schematischen Zeichnungen näher
erläutert.
In diesen zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem ein Verfahren
entsprechend einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird;
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2A und 2B Vorder- beziehungsweise
Seitenansichten, die einen Zustand zeigen, in dem ein Verfahren
entsprechend einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird;
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3A bis 3E Vorderansichten, die verschiedene
Schritte des Verfahrens beim Ausführen des Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung zeigen;
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4A und 4B Vorderansichten, die den
Weg des Stromflusses in dem Ausführungsbeispiel
nach der vorliegenden Erfindung beziehungsweise in einem herkömmlichen
Beispiel zeigen, um einen Vergleich zwischen beiden zu geben;
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5A und 5B Ansichten, die einen Querschnitt
eines Verbindungsbereichs in dem Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden
Erfindung beziehungsweise in einem herkömmlichen Beispiel zeigen, um
einen Vergleich zwischen beiden zu geben;
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6A und 6B eine Vorderansicht eines
Zustands, in dem ein herkömmliches
Verfahrens ausgeführt wird,
beziehungsweise ein Querschnitt eines Verbindungsbereichs, der durch
dieses herkömmliche
Verfahren erhalten wird;
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7A und 7B eine Vorderansicht eines
Zustands, in dem ein weiteres herkömmliches Verfahrens ausgeführt wird,
beziehungsweise ein Querschnitt eines Verbindungsbereichs, der durch
dieses herkömmliche Verfahren
erhalten wird, und
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8A bis 8E Vorderansichten, die verschiedene
Verfahrensschritte bei der Ausführung
des herkömmlichen
Verfahrens der 7 zeigen.
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Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung wird hiernach unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
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1 ist
eine perspektivische Ansicht, die den Zustand zeigt, in dem das
Verbindungsverfahren nach der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird.
Die 2A und 2B sind Vorder- beziehungsweise
Seitenansichten desselben.
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Um dieses Verbindungsverfahren durchzuführen, werden
eine obere Elektrode (drahtseitige Elektrode) 27 und eine
untere Elektrode (anschlußseitige
Elektrode) 25, deren obere Endoberflächen zuvor speziell bearbeitet
worden sind, zum Punkschweißen
verwendet. Zusätzlich
wird ein Anschluß 13 mit
einem Drahtverbindungsbereich 13a, der in einer U-Form
geformt ist, als Anschluß verwendet.
Die untere Elektrode 25, die auf der Seite des Anschlusses 13 sein
wird, ist in eine zulaufende Form geformt. Das obere Ende der unteren Elektrode
besitzt eine flache Oberfläche 25a,
die klein genug, den Drahtverbindungsteil 13a des Anschlusses 13 zu
halten. Zusätzlich
ist die obere Elektrode 27, die auf der Seite des Leiterdrahts 1 sein
wird, so geformt, daß eine
konkave Vertiefung 27a, die dem Querschnitt eines freiliegenden
Kernbereichs 1a des Leiterdrahts 1 entspricht,
in ihrer oberen Endoberfläche
geformt ist.
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Wenn eine Verbindung ausgeführt wird,
wird zunächst,
wie in 3A gezeigt, der
Drahtverbindungsbereich 13a des Anschlusses 13 auf
der flachen Oberfläche 25a der
unteren Elektrode 25 mit der inneren Oberfläche des
Drahtverbindungsbereichs 13a nach oben gerichtet angeordnet,
und der freigelegte Kernbereich 1a des Leiterdrahts auf
die innere Oberfläche
des Drahtverbindungsbereichs 13a gelegt. Als nächstes wird,
wie in 3B gezeigt, die
obere Elektrode 27 gegen diesen überliegenden Bereich nach unten
bewegt, so daß die
konkave Vertiefung 27a der oberen Elektrode 27 fest
mit der oberen Oberfläche
des freigelegten Kernbereichs 13a kontaktiert wird. In
diesem Zustand wird die obere Elektrode 27 weiter nach
unten bewegt, während
ein Strom zwischen den unter Druck befindlichen Elektroden 25 und 27 fließt.
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Dann wird, wie in den 3C und 3D gezeigt, der freigelegte Kernbereich 1a mit
dem Drahtverbindungsbereich 13a in einem Zustand verschweißt, in dem
der freigelegte Kernbereich 1a von dem U-förmigen Drahtverbindungsbereich 13a und
der konkaven Vertiefung 27a der oberen Elektrode 27 eingeschlossen
ist, so daß er
im wesentlichen seine ursprüngliche
Form beibehält,
ohne verdrückt
oder in Stücke
zerfranst zu werden. Als Ergebnis wird ein Verbindungsbereich 20 erhalten,
bei dem der freigelegte Kernbereich 1a (hier geschmolzen
und verfestigt) ungefähr
einen kreisförmigen
Querschnitt besitzt, wie in 3E gezeigt.
In diesem Fall wird der Stromflußpfad, da die untere Elektrode 25 mit
dem Drahtverbindungsbereich 13a über ihre flache Oberfläche 25a mit
einer minimalen Oberfläche
in Verbindung steht, schmal gemacht, und der Widerstand dieses Stromflußpfads wird
erhöht,
so daß die
Erwärmungseffizienz
erhöht
wird.
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Dieser Gesichtspunkt wird kurz im
Vergleich mit dem herkömmlichen,
in den 7A und 7B gezeigten, herkömmlichen
Beispiel beschrieben.
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Die 4A und 4B zeigen die Differenz des
Stromflußwegs
zwischen dem herkömmlichen
Beispiel der 4A und
diesem Ausführungsbeispiel
der 4B. In der Zeichnung
zeigen die Pfeile einen Strom, der zwischen den Elektroden fließt. In dem
herkömmlichen
Beispiel ist die Kontaktfläche
des Drahtverbindungsbereichs 13a und der unteren Elektrode 15 so
groß,
daß der
Stromflußpfad
breit wird. Daher ist der Widerstand R dieses Stromflußpfads klein.
Auf der anderen Seite ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
die Kontaktfläche
des Drahtverbindungsbereichs 13a und der unteren Elektrode 25 so
klein, daß der
Stromflußpfad schmal
wird. Daher ist der Widerstand in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
groß.
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Der Betrag der Erwärmung wird
beim Punktschweißen
durch folgenden Ausdruck bestimmt: Q = I2Rt, wo I der Schweißstrom (in Ampere), R der Widerstand
(in Ohm), t die Schweißzeit
(in Sekunden), Q die Wärmemenge
(in Joule) sind.
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Da der Widerstand in R in diesem
Ausführungsbeispiel
größer ist
als in dem oben beschriebenen, herkömmlichen Beispiel, ist die
Wärmemenge
Q in diesem Ausführungsbeispiel
größer, wenn
der gleiche Schweißstrom
I und die gleiche Schweißzeit
t eingestellt werden, so daß die
Erwärmungseffizienz
in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
größer ist.
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Die 5A und 5B zeigen die Querschnitte
der Verbindungsbereiche in dem herkömmlichen Beispiel beziehungsweise
in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel.
Diese Zeichnungen zeigen schematisch den Zustand der Querschnitte,
wie er durch ein Mikroskop beobachtet wird. Nach der Augenscheinbeobachtung
und dem Vergleich der mittels des Mikroskops beobachteten Querschnitte
konnte im Falle des herkömmlichen
Beispiels, bei dem die Erwärmungseffizienz
gering ist, ein offensichtlicher Schattenbereich Ka in einer Randoberfläche K zwischen
dem freigelegten Kernbereich 1a und dem Drahtverbindungsbereich 13a gesehen
werden, während
im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels,
bei dem die Erwärmungseffizienz
hoch war, kein Schattenbereich Ka gesehen werden konnte. Folglich
wurde festgestellt, daß die
Grenzoberfläche
K zwischen dem freigelegten Kernbereich 1a und dem Drahtverbindungsbereich 13a in
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
verringert wurde, so daß die
Verbindung der beiden verbessert wurde.
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Nach Messung der mechanischen Festigkeit
der Verbindungsbereichs in dem herkömmlichen Beispiel und in dem
vorliegenden Ausführungsbeispiel
unter denselben Bedingungen, wurden die folgenden Ergebnisse erhalten.
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In diesem Beispielen wurde bestätigt, daß die mechanische
Festigkeit in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel stärker erhöht wurde
als in dem herkömmlichen
Beispiel.
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Wie zuvor beschrieben wurde, wird
entsprechend der vorliegenden Erfindung ein Leiterdraht zum Zeitpunkt
des Punktschweißens
von einem U-förmigen Drahtverbindungsbereich
eines Anschlusses und einer konkaven Vertiefung einer drahtseitigen
Elektrode eingeschlossen. Folglich kann die Änderung der Form des Leiterdrahts
in dem Verbindungsbereich verringert werden, und die Verformung
des Leiterdrahts oder das Ausfransen des Kerns kann verringert werden.
Es ist daher möglich,
eine Zugfestigkeit zu erreichen, die fast gleich der Zugfestigkeit
des Leiterdrahts in dem geschweißten Bereich ist.
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Entsprechend einem weiteren Gesichtspunkt
der vorliegenden Erfindung wird die Erwärmungseffizienz in dem geschweißten Bereich
verbessert, so daß eine
gute Verschweißung
mit geringer Energie durchgeführt
werden kann und die Verbindung zwischen dem Anschluß und dem
Leiterdraht oder zwischen den Kernen verbessert werden kann. Folglich
ist es möglich,
die Abziehfestigkeit des Leiterdrahts oder die elektrischen Eigenschaften
des Verbindungsbereichs zu verbessern.
