-
Verfahren zum Befestigen von Metalldrähten an metal-
-
lischen Anschlußträgern Stand der Technik Die Erfindung geht aus von
einem Verfahren zum Befestigen von Metalldrähten, insbesondere sehr dünnen Metalldrähten,
an metallischen Anschlußträgern nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist bekannt,
metallische Werkstücke unter Zufuhr von Wärme und Druck zur Verbindungsstelle zu
verschweißen oder durch eine Lötstelle zu verbinden. Mitunter finden diese Vorgänge
auch unter dem Einfluß hochfrequenter Schwingungen statt (DE-PS 21 61 023). Auch
das Schweißen ohne Zufuhr von Wärme, nur unter dem Einfluß von hohem Druck ist schon
unter dem Begriff galtpreßschweißen bekanntgeworden. Man kann z.B. Metallfolien
an wesentlich dickeren Stromzuführungsleitern befestigen, indem man die zu verbindenden
Teile einem Walz- oder Preßvorgang bei solchem Druck unterwirft, daß Folie und Stromzuführungsleiter
mechanisch fest verbunden sind. Ferner sind Klemmen zum mechanischen Festlegen und
elektrischen Anschließen isolierter Leiter bekannt, ohne daß hierbei zuerst die
Isolation vom Leiter entfernt werden muß. Diese Klemmen haben im allgemeinen zwei
einseitig miteinander verbundene,
sich gegenüberstehende und durch
den Leiter aufspreizbare Klemmbacken, die zwischen sich einen Klemmspalt definieren
und beim Einführen des Leiters in den Klemmspalt die Leiterisolation durchdringen
(DE-?S 12 57 239). Außerdem gibt es die sogenannten Quetschverbindungen zum Befestigen
von blanken Leitern in der geschlitzten Hülse eines Kabelschuhes durch Kontaktpressung,
bei der auf Kabelschuh und Leiter ein hoher Druck ausgeübt wird, so daß eine bleibende
Verformung des Materials eintritt. Eine solche Verbindung ist beispielsweise durch
die DE-PS 10 6o 005 bekannt geworden.
-
Alle diese bekannten Verfahren führen beim Befestigen von Metalldrähten,
insbesondere sehr dünnen Metalldrähten, an metallischen Anschlußträgern zu einer
unerwünschten Schwächung und erhöhten Brüchigkeit des Drahtes im Bereich der Verbindungsstelle
infolge Einkerbung und Veränderung des Drahtgefüges. Diese Erscheinungen sind einerseits
auf die zum Befestigen angewandte erhebliche Wärmemenge zurückzuführen. Andererseits
haben sie ihre Ursache, insbesondere beim Kaltpreßschweißen, in den hier erforderlichen
hohen Schweißdrücken.
-
Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß auf einfache Weise
eine mechanisch feste und elektrisch gut leitende Verbindung zwischen Draht und
Anschlußträger herstellbar ist, ohne daß der Draht einer Strukturveränderung ausgesetzt
ist oder eine wesentliche Veränderung, insbesondere Verengung, seiner Querschnittsfläche
durch Einkerbung erfährt.
-
Damit sind auch Änderungen des spezifischen Widerstandes
längs
des Drahtquerschnitts ausgeschlossen. Diese Vorteile sind darauf zurückzuführen,
daß der Anschlußträger bei dem Verbindungsprozeß etwa bis zum Erreichen seiner Material-Erweichungstemperatur
erhitzt wird, so daß bereits ein relativ geringer Druck ausreicht, um den Träger
so weit zu verformen, daß das Drahtende ohne wesentliche Querschnittsverengungen
und Strukturveränderungen in der Aussparung festgeklemmt wird. Bei diesem Prozeß
entsteht eine bleibende Verformung des Trägers, was bedeutet, daß die Klemmkraft
und damit die Zugfestigkeit der Verbindung erhalten bleibt.
-
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich.
So können beispielsweise isolierte Metalldrähte ohne vorherige Abisolierung verwendet
werden, indem man den Anschlußträger mindestens soweit erwärmt, daß die Isolierstoffummantelung
des Metalldrahtes im Bereich der Anschlußstelle schmilzt bzw. verdampft. Eine für
das Verfahren besonders geeignete Ausbildung des Anschlußträgers wird ferner darin
gesehen, daß der Träger über einen Teil seiner Länge einen Schlitz zur Aufnahme
des Drahtendes hat, und daß zum Festklemmen des Drahtes die Schlitzbreite durch
einen auf die geschlitzte Zone ausgeübten Druck bei gleichzeitiger Erwärmung dieser
Zone verkleinerbar ist.
-
Zeichnung In der Zeichnung zeigen Figur 3 einen Anschlußträger mit
daran befestigtem Metalldraht sowie ein Werkzeug zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens, Figuren 2 bis 5 vier Anschlußträger mit unter schiedlicher
Formgebung
der zur Aufnahme des Drahtendes dienenden Schlitzes, Figur 6 ein vergrößertes Schliffbild
des Anschlußträgers und des darin befestigten Drahtendes.
-
Beschreibung der Ausführungsbeispiele Der Anschlußträger 1 besteht
aus einer flachen Metallzunge oder Metallfahne, die mit ihrem einen Ende an einem
Träger 2, beispielsweise an einem Spulenträger, befestigt ist. An seinem freien
Ende hat der Träger 1 eine schlitzförmige Aussparung 3, in die das Ende 4 eines
Anschlußdrahtes 5 der Spulenwicklung eingelegt und durch Verengung des Schlitzes
3 festgeklemmt werden kann. Der Schlitz 3 ist zum freien Ende des Trägers 1 hin
offen, um das Einlegen des Drahtendes 4 zu erleichtern. Der Schlitz 3 kann unterschiedliche
Ausbildung haben. Seine Kanten können parallel zueinander verlaufen oder, wie in
Figur 3 gezeigt, unter einem spitzen Winkel zueinander geneigt sein, derart, daß
die Schlitzbreite zum freien Ende des Trägers 1 hin kontinuierlich zunimmt. Die
Schlitzkanten können entweder glatt sein (Figur 2 und 3) oder eine geriffelte bzw.
gewellte Kontur aufweisen um die Klemmwirkung zwischen Drahtende 4 und Anschlußtrage
1 zu verbessern.
-
Wie aus den Figuren 1 und 2 ersichtlich, ist der Draht 5 zu einer
Spirale 6 mit mehreren Windungen geformt, die auf den Anschlußträger 1 aufgesteckt
ist. Der von der Drahtspirale 6 umschlungene Teil des Trägers J hat eine geringere
Breite als derjenige Teil, in welchem der Schlitz 3 ausgebildet ist. Der Übergang
ist als Schulter 7 ausgebildet, an der sich die letzte Windung der Spirale 6 abstützt.
Das Drahtende 4 erhält hierdurch eine Vorspannung in Richtung des Schlitzendes,
die es in seiner Sollage fixiert. Die Schulter 7 kann als
rechtwinkliger
Übergang zwischen den der Schulter benachbarten Außenkanten des Anschlußträgers
1 ausgebildet sein. Sie kann aber auch hakenartig geformt sein, wie dies in Figur
2 gezeigt ist.
-
Um eine elektrisch leitende, unlösbare Verbindung zwischen Anschlußträger
1 und Draht 5 herzustellen wird das im Schlitz 3 befindliche Drahtende 4 im Träger
festgeklemmt. Dies geschieht dadurch, daß auf die beiden Schlitzbacken 8, 9 des
Trägers 1 eine Kraft einwirkt, die so gerichtet und bemessen ist, daß eine Verengung
des Schlitzes 3 stattfindet, wobei die Schlitzkanten einander angenähert bzw. in
Berührung miteinander gebracht werden. Wesentlich ist dabei, daß diese Verformung
des Trägers nicht kalt, sondern in erwärmtem Zustand erfolgt, bei Temperaturen,
die unterhalb der Schmelztemperatur des Trägerwerkstoffes liegen. Diese Warmverformung
hat den Vorteil, daß wesentlich geringere Kräfte erforderlich sind, um eine Klemmverbindung
zwischen Draht und Anschlußträger herzustellen, daß ferner die struktur abhängigen
Eigenschaften von Träger und Draht kaum verändert werden, und daß schließlich keine
inneren Spannungen im Gefüge des Trägers und damit auch kein nachträgliches Auffedern
der Schlitzbakken 8, 9 mit Lockerung der Klemmverbindung auftreten können. Durch
das Erweichen des Trägermetalls im Bereich der Schlitzbacken werden die auf das
Draht ende 4 einwirkenden Kräfte soweit reduziert, daß das festzuklemmende Draht
ende zwar eine gewisse Verformung jedoch keine Schwächung durch Einkerbung verfährt.
Die Querschnittsgröße und somit auch der spezifische Widerstand des Drahtmaterials
bleiben weitgehend erhalten.
-
Einen besonderen Vorteil bietet das Verfahren bei Verwendung isolierter,
beispielsweise lackisolierter,
Dünndrähte. Durch die Zufuhr von
Wärme über die Schlitzbacken 7, 8 des Anschlußträgers 1 kommt die Lackschicht des
Drahtes zum Schmelzen und Verdampfen, wobei der flüssige Lack nach außen verdrängt
wird. Dadurch entsteht beim Befestigungsvorgang eine: gut leitende Kontaktverbindung
zwischen Draht und Anschlußträger, ohne daß die Isolierschicht vorher in einem besonderen
Arbeitsgang entfernt zu werden braucht.
-
Das Weichverformen des Anschlußträgers geschieht vorzugsweise durch
Widerstandserwärmung mittels fester und einer beweglichen Elektrode. In Figur 1
ist das Elektrodenpaar einer Widerstandsmaschine dargestellt und mit 10, 11 bezeichnet.
Die untere, fest angeordnete Elektrode 10 hat eine plane Stirnfläche 12, auf welche
der Klemmbacken 9 des Anschlußträgers 1 aufgelegt wird. Die obere Elektrode 11 ist
in Richtung des Doppelpfeils 13 beweglich. Ihre Stirnfläche 14 kann mit einer vorwählbaren
Kraft auf den Klemmbacken 8 des Anschlußträgers 1 einwirken.
-
Sobald die Elektrode 11 mit ihrer Stirnfläche 14 auf dem Backen 8
aufsitzt, erfolgt die Schweißstromfreigabe, wobei Stromstärke und Zeit so gewählt
sind, daß das Metall des Anschlußträgers 1 insbesondere im Bereich der Schlitzbacken
8, 9 eine Erweichung durch die von den Elektroden ausgehende Wärme erfährt.
-
Überschreitet der Erweichungsgrad des Materials eine bestimmte Schwelle
so geben die Schlitzbacken 8, 9 des Trägers 1 dem Druck der Elektroden 10, 11 nach
und legen sich unter Schließung des Schlitzes 3 aneinander an. Dabei wird das Drahtende
4 zwischen die Backen eingeklemmt. Durch die Verformung entstehen zwischen den Schlitzbacken
8, 9 und dem übrigen Teil des Anschlußträgers Schultern 15, 16, die in Figur i dargestellt
sind.
-
Anstelle von widerstandserhitzten Elektroden könnten zur Warmverformung
des Anschlußträgers 1 auch Stempel verwendet werden, die eine eingebaute Heizung
haben oder von außen beheizt werden. Die Widerstandserhitzung hat jedoch den Vorteil,
daß die dem Anschlußträger zugeführte Wärmemenge sehr genau dosierbar ist.
-
Das Schliffbild nach Figur 6 zeigt den Anschlußträger 1 und das darin
eingebettete Draht ende 4 nach vollzogener Warmverformung im Maßstab 80 : 1. In
dem Gefüge des Trägerwerkstoffes ist lediglich im Bereich des Schlitzendes eine
Veränderung in Form einer geringfügigen Auffaserung festzustellen, die auf die in
diesem Bereich bei der Warmverformung des Trägers auftretenden Dehnungskräfte zurückzuführen
sein dürfte.
-
Das Draht ende 4 ist an der Klemmstelle gequetscht und etwas verdichtet.
Es hat einen länglich ovalen Querschnitt mit einer dem Schlitzende zugekehrten Verrundung
und einer in den Schlitz 3 hineinverlaufenden Spitze. Die Schlitzkanten liegen einander
im Abstand von wenigen /um gegenüber, d.h. der Schlitz 3 ist praktisch geschlossen.
-
Die Warmverformung wurde unter Verwendung von Molybdän-Flachform-Elektroden
mit einer Elektrodenkraft von 180 N und einer Stromzeit von 4 Perioden einer Wechselstromfrequenz
von 50 Hz bei einer Stromstärke von 1,4 KA durchgeführt. Die Elektroden lagen dabei
in einer Länge von 2,4 mm auf den Schlitzbacken 8, 9 auf. Die Quetschhöhe beträgt
1,2 mm bei einer Schlitzbreite von 0,5 mm und einer Schlitzlänge von 1,5 mm. Der
4,5 mm lange Anschlußträger besteht aus 0,8 mm dickem Bandmessing CuZn37.