DE3017364C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Verbinden eines elektrischen Leiters mit einem Stecker - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Verbinden eines elektrischen Leiters mit einem Stecker

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verbinden eines elektrischen Leiters mit einem Stecker durch Crimpen und mittels Ultraschall erfolgenden Verschweißens von Leiter mit einem Teil des Steckers.
Bei elektrischen Anlagen werden mit Steckern die elektrischen Verbindungen hergestellt. Zu diesem Zweck wird in einem eine Basisfläche mit zumindest zwei abragenden Schenkeln bestehenden Steckerteil eine Litze eines elektrischen Leiters eingelegt, um anschließend durch spanlose Verformung die freien Schenkel auf die Litze hinzuzubewegen. Dadurch wird eine mechanisch feste Verbindung hergestellt (DE-AS 62 782). Bei dieser spanlosen Verformung, dem sogenannten Crimpen, sind Kräfte bis zu 3000 N erforderlich, um eine feste Verbindung herzustellen. Jedoch hat sich herausgestellt, daß trotz des festen mechanischen Umgreifens eine dauerhafte, hochwertige elektrische Verbindung nicht immer gegeben ist. Ein Grutid dafür kann unter anderem in einer nach längerer Zeit eintretenden Oxydation liegen, wodurch die elektrische Leitfähigkeit negativ beeinflußt wird. Daher ist es in jüngster Zeit erforderlich geworden, neben dem mechanischen Crimpen zusätzlich eine stoffschlüssige Vereinigung zwischen den Leitern und dem Stecker herbeizuführen. Letzteres kann durch Löten oder Ultraschallverschweißen erfolgen (US-PS 37 17 842). Demzufolge sind zwei Arbeitsgänge erforderlich, um die mechanische und elektrische Verbindung zwischen Leiter und Stecker herzustellen.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zur Verfugung zu stellen, bei der in einem einzigen Arbeitsprozeß sowohl das Crimpen als auch eine stoffschlüssige Vereinigung des Leiters mit einem Teil des Steckers herbeigeführt wird.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, welches sich dadurch auszeichnet, daß der offene Stecker zusammen mit einem Teil des Leiters zumindest teilweise in einem als Prägestempel ausgebildeten Sonotrodenende eines Uitraschallschweißgerätcs eingebracht wird und anschließend bei in Schwingung versetzter Sonotrode zum gleichzeitigen Crimpen und Verschweißen des Steckers mit dem Leiter in Relativbewegung zu diesem kontaktiert wird.
Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einem Ultraschallschweißgerät mit Sonotrode zeichnet sich dadurch aus, daß die Sonotrode an ihrer Kopffläche zumindest eine Ausnehmung aufweist, die teilweise der Negativform eines gecrimpten Steckers entspricht. Zu diesem Zweck besteht die Ausnehmung im Querschnitt aus zwei spiegelbildlich zueinander verlaufenden Schenkeln, deren Abstand an der Peripherie der Sonotrode am größten ist und die in zwei Kreisabschnitte mit gemeinsamen Schnittpunkten übergehen.
Vorzugsweise entspricht die Ausnehmung im Bereich des Schnittpunkts der Form einer spitzenbildenden Zykloide. Der Teil der Sonotude im Bereich der Ausnehmung kann der Form einer Zylinderscheibe entsprechen.
Durch die erfindungsgemäße Lehre wird der Vorteil erzielt, daß das Crimpen und das Schweißen in einem einzigen Arbeitsvorgang erfolgt. Dabei wird der Stecker mit seinen auseinandergebogenen Schenkeln im Bereich der eingelegten Litze in die Ausnehmung der Sonotrode gebracht, um diese derart abzusenken, daß die freien Enden der Schenkel entlang der Innenfläche der Ausnehmung entlanggleiten, um aufeinanderzugebogen zu werden. Dieser Umbiegevorgang wird dadurch erleichtert, daß die Sonotrode in Schwingung versetzt ist. Dabei erfolgt durch die Frequenz im Ultraschallbereich ein Erweichen des Werkstoffs, wodurch die Krafteinwirkung beim Herabsenken der Sonotrode reduziert wird. Im Vergleich zum Stand der Technik genügt es, wenn die spanlose Verformung bei einer Krafteinwirkung von 170 N erfolgt. Die Krafteinwirkung wird gegenüber dem bekannten Stand der Technik demzufolge bis um mehr als 90% reduziert werden= Die erforderlichen Vorrichtungen können daher einfacher aufgebaut und kostengünstiger zur Verfügung gestellt werden. Während des Umbiegens erfolgt gleichzeitig ein Verschweißen der einzelnen Adern des elektrischen Leiters untereinander und zu dem Stecker selbst. Daher ist stets gewährleistet, daß eine gute Leitfähigkeit erzielt wird. Es können sich nicht hohe Übergangswiderstände aufbauen, die eine Beeinflussung der Funktionstüchtigkeit der elektrischen
Anlagen nach sieh zieh.;; v-üren.
Da die Stecker bandförmig hintereinander angeordnet werden, bevor der elektrische Leiter eingelegt wird, ist vorzugsweise in einem der Länge eineu Steci.ti* entsprechenden Abstand von der Sonotrodenstirnfläehe eine Kante angeordnet, die beim Absenken mit einer unterhalb der Sonotrode angeordneten Schneidkante Si^srnmcnwirkt. Dadurch wird beim Absenken der Sonotrode, also beim Crimpen und Verschweißen, gleichzeitig der Stecker von dem Band abgetrennt. Demzufolge kann eine automatische Zuführung von Steckern crfr.'^nn. wodurch ein hoher Durchsatz erzielt wird.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnung. Es zeigt
F i g. 1 Flachstecker, die mit elektrischen Leitern verbunden werden sollen,
F i g. 2 e:ne Vorrichtung zum Verbinden des Flachsteckers mit dem elektrischen Leiter,
Fig.3 eine Schnittdarstellung einer Sonotrode vor dem Crimpen und Verschweißen des elektrischen Leiters mit dem Flachstecker,
Fig.4 die Sonotrode nach Fig.3 mit dem elektrischen Leiter und dem Stecker nach dem Crimpen und Verschweißen und
F i g. 5 eine perspektivische Darstellung eines fertigen Fachsteckers mit elektrischem Leiter.
In F i g. 1 sind im Ausschnitt die Elemente dargestellt, die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung miteinander verbunden werden sollen. In Seitenansicht sind zu diesem Zweck Flachstecker 10 dargestellt, die mit einem elektrischen Leiter 14 verbunden werden sollen. Zu diesem Zweck ist das vordere Ende des elektrischen Leiters 14 abisoliert, so daß metallische Litzen 12 über die Isolation 16 hervorstehen. Die Flachstecker 10 sind produktionsbedingt aneinander gereiht und durch einen Steg 18 miteinander verbunden. Jeder Flachstecker 10 besteht im wesentlichen aus einer Basisfläche 20, von denen paarweise gegenüberliegende Schenkel 22, 24 und 26 ausgehen. Dabei sind die vorderen Schenkel 22 aufeinanderzugebogen und weisen im Querschnitt die Form eines Kreisbogenausschnitts auf. Die freien Enden der Schenkel 22 sind im Abstand zu der Basisfläche 20 angeordnet. In dem Bereich zwischen der Basisfläche 20 und dem umgebogenen Schenkel 22 gelangt nun zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen dem Leiter 14 und einem nichtdargestellten Verbraucher ein nichtdargestelltes Aufnahmeelement in Form einer Platte. Dem mit den Schenkeln 22 versehene Bereich des Steckers 10 schließen sich die Schenkel 24 an, die zur Herstellung der elektrisch leitenden Verbindung zwischen den Litzen 12 und dem Stecker 10 gecrimpt werden müssen. Die endseitigen Schenkel 26 umgreifen schließlich im umgebogenen Zustand die Isolation 16.
Um eine mechanisch feste und elektrisch gut leitende Verbindung zwischen dem Stecker 10 und dem elektrischen Leiter 14 herzustellen, müssen die Schenkel 24 um die Litze 12 gebogen werden. Zu diesem Zweck wird der elektrische Leiter 14 so weit entlang der Basisfläche 20 geschoben, daß zumindest die vorderen Enden der Litze 12 zwischen dem vorderen Schenkel 22 und dem Schenkel 24 des Steckers angeordnet sind, Sodann wird mit Hilfe dem an und für sich bekannten Ultraschallschweißvcrfahrcns, von dem in F i g. 2 ein Ausschnitt dargestellt isl der Crimp- und Verschwciß-Vorgang ßi^iohzei'ig durchgeführt. Zu diesem Zweck weist das Ultraschallschweißgerät eine Sonotrode 30 auf, die im Ausführungsbeisp-lel im vurr!.?rv*n Heieich zumindest zylinderscheibeitfönnig ausgebildet u.nr! aul ii-.-; Un-ifqngsfläche mit einer Ausnehmung 32 versehen ist. Die Ausnehmung 32 besteht aus zwei zu einem Ki-dias R angeordneten spiegelbildlichen Abschleifen, die im Querschnitt aus zwei in sich schneidende Kreisbogenabschnitte übergehende Schenkel 34 bzw. Jö
ίο bestehen. Im Bereich des Schnittpunkts 38 der Schenkel 34 und 36 weist die Ausnehmung vorzugsweise im Schnitt die Form einer spitzenbiidenden Zykloidc auf. Der Abstand der Ausnehmung 32 im Bereich der Umfangsfläche der Sonotrode 30 weist einen Abstand auf, der größer als der Abstand zwischen den auseinandergebogenen Schenkeln 24 ist Der Stecker 10 mit den eingebrachten Litzen 12 wird dabei auf einen sogenannten Amboß gelegt, der nicht näher dargestellt ist. Nachdem die Sonotrode 30 zum Stecker 10 mit der Litze 12 in der richtigen Position angeordnet ist, wird die Sonotrode in Schwingung versetzt und gleichzeitig in Richtung auf den nichtdargestelltei. Amboß, also in der Fig.3 in Richtung auf die BasisfLche 20 des Steckers 10 bewegt. Bei der Berührung zwischen der Sonotrode und den Schenkel 24 erfolgt aufgrund der Schwingungen im Ultraschallbereich ein Erweichen des Werkstoff, wodurch ein leichtes Entlanggleiten der vorderen Enden der Schenkel 24 an den Innenflächen der Ausnehmung 32 erfolgen kann. Die Schenkel 24 nehmen demzufolge in etwa die Form der Ausnehmung 32 an. Mit anderen Worten stellt die Sowotrode 30 mit ihrer Ausnehmung 32 einen Prägestempel für das Crimpen dar. Bei dem Ultraschweißvorgang wird gleichzeitig ein Verschweißen zwischen den Litzena-
J5 dem untereinander und zu der inneren Räche der Schenkel 24 und der Basisfläche 20 erzielt, wodurch eine gut elektrisch leitende Verbindung hergestellt wird. Es muß demzufolge nicht befürchtet werden, daß nach längerer Zeit eine Oxydation auf den Litzenadern erfolgt, die eine Erhöhung des elektrischen Übergüngswiderstandes zwischen Leiter und Stecker verursachen würde. Fig.4 zeigt eine vollständig von den Schenkel 24 umgebende Litze 12, also einen Zustand, bei dem sowohl das Crimpen als auch das Schweißen abgeschlossen ist. Sodann wird die Sonotrode 32 von dem Stecker 10 entfernt, um in gleicher Weise den nächsten Verfahrenschritt durchzuführen.
Da — wie bereits erwähnt — die Stecker 10 bandförmig aneinandergereiht sind, weist die Sonotrode
so in einem der Länge eines Steckers 10 entsprechenden Abstand eine Kante 42 auf, die beim Absenken der Sonotrode mit einer unterhalb der Sonotrode angeordneten Schneidkante 40 zusammenwirkt. Mit anderen Worten vollführen die Kanten 42 und 40 im Bereich der Ve'-bin.uitig zwischen zwei aufeinanderfolgenden Stekkern 10 im Bereich der Stege 18 eine Schneidebewegung durch, durch die ein Trennen des ;nit dem elektrischen Leiter 14 verbundenen Steckers 10 und den nachfolgenden noch nicht mit einem elektrischen Leiter
M) verbundenen Stecker erfolgt. Dadurch ist eine automatische Zuführung möglich, wodurch die Produktionsrate erhöht wird.
Fig. 5 ist in schematischer Darstellung noch dnmal ein vollständig mit einem elektrischen Leiter 14
h"> verbundener Flachstecker 10 dargestellt, wodurch die einzelner Tc1''? des Flachsteckers 10 sowie der dumi*. verbundene elektrische Leiter 14 besonders deutlich dargestellt werden.
I Ikmvu ?- I31.itt

Claims (6)

Patentansprüche;
1. Verfahren zum Verbinden eines elektrischen Leiters mit einem Stecker durch Crimpen und mittels Ultraschall erfolgenden Verschweißens von Leiter mit einem Teil des Steckers, dadurch gekennzeichnet, daß der offene Stecker (10) zusammen mit einem Teil des Leiters (12) zumindest teilsweise in einem als Prägestempel (32) ausgebildeten Sonotrodenende (30) eines Ultraschallschweißgerätes eingebracht wird und anschließend bei in Schwingung versetzter Sonotrode (30) zum gleichzeitigen Crimpen und Verschweißen des Steckers (10) mit dem Leiter (14) in Relativbewegung zu diesem kontaktiert wird.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mittels einer Ultraschallschweißvorrichtung mit Sonotrode, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonotrode (30) an ihrer Kopffläche zumindest eine Ausnehmung (32) aufweist, die teilweise der Negativform eines gecrimpten Stekkers (10) entspricht
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (32) im Querschnitt aus zwei spiegelbildlich zueinander verlaufenden Schenkeln (34, 36) besteht, deren Abstand an der Peripherie der Sonotrode (30) am größten ist und die in zwei Kreisabschnitte mit gemeinsamen Schnittpunkten (38) übergehen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn- jn zeichnet, liaß die Ausnehmung (32) im Bereich des Schnittpunkts (38) c!:,e Forr · einer spitzenbildenden Zykloide entspricht.
5. Vorrichtung nach Anspr; ?h 2, dadurch gekennzeichnet, daß der die Ausnehmung (32) aufweisende J5 Teil der Sonotrode (30) der Form einer Zylinderscheibe entspricht.
6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonotrode (30) in einem der Länge eines Steckers (10) entsprechenden Abstand von der Stirnfläche sonotrodenseitig eine Kante (42) aufweist, die beim Absenken der Sonotrode (30) .mit einer unterhalb der Sonotrode (30) angeordneten Schneidkante (40) zusammenwirkt.
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