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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einem Verfahren nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Elektrische Draht-Draht- bzw. Draht-Anschlußelement-Verbindungen wurden bisher meistens
durch Löten hergestellt. Anforderungen bezüglich der Warmfestigkeit in Temperaturbereichen
von ca. 150 Grad Celsius an derartige Verbindungen setzen dem bekannten Weichlöten
enge Anwendungsgrenzen.
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Weiterhin ist das Widerstandsschweißverfahren bekannt, bei welchem
die zu verschweißenden Teile durch Stromdurchgang im teigigen Zustand durch Zusammenpressen
vereingt werden. Insbesondere durch das Punktschweißen können verschiedene Werkstoffe
an bestimmten definierten Stellen zusammengeschweißt werden. Dieses Verfahren setzt
jedoch eine gute Schweißbarkeit der zu verbindenden Materialien voraus. Speziell
legierte bzw. höher gekohlte Feder-Stähle sind jedoch schwierig zu verschweißen,
da infolge des hohen Temperaturabfalles an der Schweißstelle Aufhärtungen entstehen.
Weiterhin ist es von Nachteil, daß beim Aufschmelzen der zu verbindenden Teile speziell
bei dünnen Drähten ein merklicher Querschnittsverlust und damit Schwächung derselben
eintritt.
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Abhilfe hierfür stellt ein Verbindungsverfahren mit Hilfe von Punktschweißmaschinen
durch Warmpressen (hot-staking) dar. Dieses hauptsächlich bei DrahtanschlUssen bei
den Kollektoren von Klein-Motoren angewandte Verfahren stellt jedoch genau genommen
keine Schweiß-Verbindung, sondern eine Warmpreß-Verbindung dar. Die mit dem Kollektor
zu verbindenden Drähte werden in Schlitze oder Kerben eingelegt. Unter Einwirkung
der Wärme und des Drucks einer Punktschweißmaschine
werden die
Schlitze oder Kerben zusammengedrückt und der Draht eingepreßt. Für die erzielbare
Güte der Verbindung ist die Anpassung der Schlitzbreite an den Drahtdurchmesser
von großer Wichtigkeit. Dieses Verfahren ist jedoch nur möglich, wenn das mit den
Drähten zu verbindende Anschlußelement eine genügende Dicke zur Einbringung der
benötigten Kerben aufweist. Dies ist jedoch nur sehr selten der Fall. Nachteilig
ist bei diesem Verfahren weiterhin, daß die Drähte jeweils einzeln in einer Kerbe
verstemmt werden müssen.
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Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß eine hochwarmfeste
Draht-Anschlußelement-Verbindung zur Übertragung von elektrischen Strömen geschaffen
werden kann, wobei ein relativ dünnes Anschlußelement mit büschelförmig angeordneten
Kontaktdrähten hochwarmfest verbunden wird. Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet
insbesondere die Verbindung von schlecht schweißbaren Kontaktdrähten, die zusammen
büschelförmig angeordnet sind um den elektrischen Übergangswiderstand klein und
konstant zu halten. Durch die konstruktive Ausführung des Anschlußelementes mit
einer buckelförmigen Erhöhung wird durch das erfindungsgemäße Verfahren eine Einbettung
der Kontaktdrähte in das Anschlußelement erreicht. Gegenüber dem bekannten Weichlöten
wird eine erhebliche thermische und dynamische Festigkeitsteigerung erreicht. Durch
Ausführung der buckelförmigen Erhöhung des Anschlußelements werden nur kurze Schweißzeiten
benötigt um ein Aufschmelzen der Kontaktzone zu erreichen und die Kontaktdrähe ohne
Querschnittschwächung in das Anschlußelement einzubetten.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen und Verbesserungen des-im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich.
Als besonders
vorteilhaft ist es anzusehen, daß durch Ausbildung
der buckelförmigen Erhöhung des Anschlußelements als eine ebene Längsform, die Kontaktdrähte
parallel zueinander und quer, vorzugsweise senkrecht zur Längsform angeordnet werden
können. Durch diese Maßnahme wird das gleichzeitige Einbetten einer größeren Anzahl
von Kontaktdrähten ermöglicht.
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Durch die buckelförmige Erhöhung des Anschlußelements, welche auf
vorteiLhafte und einfache Weise durch Einprägen erzeugt werden kann, wird bei diesem
Verbindungsverfahren eine schnelle Erwärmung der Kontaktflächen zwischen Kontaktdrähten
und Anschlußelement erreicht, da hierdurch der Wärmetransport über das Anschlußelement
verschlechtert wird.
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Vorteilhaft erscheint ebenfalls, daß nur ein Aufschmelzen des Anschlußelements
im Bereich des Berührungsabschnittes -zwischen dem Anschlußelement und dem Nontaktdrähten
erfolgt, da hierdurch ein sicheres Einbetten der Kontaktdrähte erreicht wird, ohne
daß eine Querschnittsverringerung der Kontaktdrähte eintritt. Dies wird insbesondere
auch dadurch erreicht, daß Kontaktdrähte aus einer federharten, verschleißfesten,
elektrisch gut leitenden, korrosionsbeständigen Mehrstoff-Edelmetallegierung mit
hohen Schmelzpunkt verwendet werden. Solche vorwiegend auf Edelmetallbasis aufgebaute
Legierungen mit Platin, Iridium, Paladium-Silber oder Legierungen auf Goldbasis
mit entsprechenden Nichtedelmetallbestandteilen erfüllen weitgehend solche Forderungen.
Dementsprechend besteht das Anschlußelement in vorteilhafter Weise aus einer niedriger
schmelzenden federharten Kupfer-Knet-Legierung wie z.B. Cu Be2, Cu Sn6 Zn oder Cu
Sn6.
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Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
Es zeigen Fig. 1 eine Ansicht der zu verbindenden Teile vor dem Verbindungsvorgang>
Fig. 2 eine Ansicht der gleichen Teile nach dem Verbindungsvorgang und Fig. 3 eine
Draufsicht auf die verbundenen Teile nach dem Verbindungsvorgang.
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Beschreibung der Erfindung In Fig. 1 und 2 ist die Anordnung der zu
verbindenden Teile dargestellt. Bei vorliegendem Ausführungsbeispiel wurde die Kontaktfeder
10 zunächst durch Einprägung mit einer buckelförmigen Erhöhung 11 versehen. Hierdurch
entsteht der Mohlraum 14, der beim späteren Schweißprozeß eine Wärmeisolation bewirkt,
da das ungehinderte Abfließen der auf das Kontaktelement 10 eingebrachten Wärme
über die Unterlage oder Gegenelektrode verhindert wird. Wie in Fig. 3 dargestellt,
ist die buckelförmige Erhöhung 11 als Längsform 13 ausgeführt.
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Hierdurch können mehrere Drähte 12 parallel zueinander auf die buckelförmige
Erhöhung angeordnet werden, wobei der Berührungspunkt der Kontaktdrähte mit der
buckelförmigen Erhöhung vor dem Verbindungsvorgang weitgehend auf einer geraden
Linie liegt. Mehrere Drähte werden gewählt, um den Übergangswiderstand klein, konstant
und sicher zu gestalten. Der Kontaktdraht 12 selbst muß elektrisch gut leiten, nicht
korrodieren und federhart sein. Weiterhin ist eine geringe Masse der Drähte erforderlich,
damit sie bei Erschütterungen nicht abheben.
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Das Verb indungs verfahren kann dann wie folgt geschehen: Nachdem
die zu verbindenden Teile lagerichtig, d.h. quer zueinander angeordnet sind, drückt
eine Punktschweißelektrode 16 die zu verbindenden Teile von oben auf die Gegenelektrode
15. Der fließende Strom erhitzt nun insbesondere die Berührungsfläche der zuuverbindenden
Teile, wodurch ein Aufschmelzen des Anschlußelements an der Berührungsstelle mit
den Kontaktdrähten 12 erfolgt. Die Kontaktdrähte werden sodann durch aufgebrachten
Druck in die angeschmolzene
buckeförmige Erhöhung eingebettet. Dabei
werden die Kontaktdrähte wegen ihres höheren Schmelzpunktes als das Anschlußelement
in ihrem Querschnitt nicht oder nur unwesentlich geschwächt.
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Eine zusätzliche Sicherung kann dadurch erreicht werden, daß die Kontaktdrähte
und/oder der Anschluß mit einer Lötschicht wie z.B. einer Sn-Schicht überzogen sind.
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Dadurch entsteht außer der mechanisch festen Verbindung durch die
Warmverstemmung zusätzlich eine weitere Lötverbindung zwischen dem Anschlußelement
und den Kontaktdrähten.
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Eine vorteilhafte Anwendungsmöglichkeit der dargestellten Verbindung
liegt insbesondere im Stromabgriff und in der Stromleitung. Dabei liegen die Drähte
büchelförmig z.B.
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auf einer Widerstandsschleifbahn um dort ein elektrisches Potential
ab zugreifen oder unterschiedliche Widerstände bei Verschiebung zu ermöglichen.
Dies kann bei Temperaturen bis z.B. 1500 Celsius geschehen. Die statische Belastung
ist dabei allgemein gering, die Verbindung muß jedoch dynamische Belastung mit Spitzenwerte
bis zu 70 g ertragen ohne zu brechen.