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Bei dem bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ver-
wendeten
thermoplastischen Fluorkunststoff, durch dessen Aufschmelzung die gewünschte Verbindung
erzielt wird, handelt es sich um einen solchen, dessen Verarbeitungstemperatur über
dem Schmelzpunkt von PTFE liegt. Hierdurch wird erreicht, daß das die Umhüllung
des ersten elektrischen Leiters bildende PTFE beim Erhitzen des die Verbindung herstellenden
Fluorkunststoffs zumindest teilweise mitaufgeschmolzen wird, wobei erfindungsgemäß
zweckmäßigerweise nur ein Aufschmelzen des äußeren Bereiches der PTFE-Umhüllung
angestrebt wird, wodurch bereits eine gute Haftverbindung erreicht wird.
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Zweckmäßigerweise werden als Materialien für den Pfropfen solche
thermoplastischen Fluorkunststoffe eingesetzt, die mit PTFE verwandt sind, jedoch
einen geringeren Schmelzpunkt als dieses aufweisen. Vorzugsweise kommen Perfluoralkoxy-Copolymer
(PFA) und Tetrafluoräthylen-Perfluorpropylen-Copolymer (FEP) zum Einsatz. PFA hat
einen Schmelzpunkt von 310"C, während FEP einen Schmelzpunkt von 270"C aufweist.
Die Materialien lassen sich ohne nennenswerte Schädigung auf eine Verarbeitungstemperatur
von 340-3700C erhitzen. Bei diesen Temperaturen wird sowohl eine gute Haftung mit
dem PTFE der Umhüllung des ersten Leiters als auch mit den anorganischen Isolationsmaterialien
des zweiten Leiters erreicht.
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Es versteht sich, daß das Isolationsmaterial des zweiten elektrischen
Leiters so temperaturbeständig sein muß, daß es bei diesen Verarbeitungstemperaturen
keine nennenswerte Schädigung erfährt. Solche Materialien werden vorwiegend anorganische
Materialien sein. Im übrigen sind jedoch beide elektrische Leiter in bezug auf ihren
Aufbau, ihre Isolationswerkstoffe und ihre Geometrie keinen Begrenzungen ausgesetzt,
um die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu ermöglichen, wenn man davon
absieht, daß der erste elektrische Leiter eine PTFE-Umhüllung aufweisen muß.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der in die Form eingebrachte
Kunststoffpfropfen zusammen mit der Form an der Verbindungsstelle angeordnet und
dort fixiert. Die Fixierung kann einfacherweise dadurch geschehen, daß der Kunststoffpfropfen
gegen die Endfläche des zweiten elektrischen Leiters gedrückt wird.
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Gegebenenfalls können hierzu auch zusätzliche Widerlager verwendet
werden. Wenn der zweite elektrische Leiter als Mantelheizleiter ausgebildet ist,
kann der Kunststoffpfropfen in den Mantel des Leiters eingesetzt werden, wenn am
Ende des Leiters eine entsprechende Ausnehmung vorhanden ist. Hierdurch wird eine
gute Fixierung erreicht. Zweckmäßigerweise bringt man beim Aufschmelzen und Abkühlen
auf das Isolationsmaterial des zweiten Leiters über den Kunststoffpfropfen und die
Form einen Druck auf, um auf diese Weise eine Hohlraumbildung innerhalb des Isolationsmaterials
des zweiten Leiters zu verhindern. Eine solche Gefahr besteht beispielsweise dann,
wenn es sich bei dem Isolationsmaterial um eine verdichtete Masse aus einem anorganischen
Material, beispielsweise MgO, handelt.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann man entweder die Form nach
der Herstellung der Verbindung an ihrem Platz belassen oder sie nach dem Abkühlen
wieder entfernen. Sie wird dabei von dem inzwischen wieder erstarrten Pfropfen abgezogen.
Die Form selbst besteht aus einem möglichst gut wärmeleitenden Material und ist
insbesondere als Metallkappe ausgebildet. Dabei wurden mit Edelstahl gute Ergebnisse
erzielt.
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Zur Aufbringung des Pfropfens und der Form geht
man zweckmäßigerweise
so vor, daß man vor dem Herstellen einer Lötverbindung zwischen den eigentlichen
elektrischen Leitern Pfropfen und Form, die mit einer entsprechenden Durchtrittsöffnung
versehen sind, über die Umhüllung des ersten elektrischen Leiters schiebt und danach
die Lötverbindung zwischen den Leitern herstellt. Dabei können Pfropfen und Form
entweder zusammen oder getrennt auf die Umhüllung geschoben werden. Wenn dann die
Verbindung hergestellt werden soll, werden Pfropfen und Form an die Verbindungsstelle
geschoben und dort fixiert. Es kann dann damit begonnen werden, den in der Form
befindlichen Kunststoffpfropfen bis auf seine Verarbeitungstemperatur zu erhitzen.
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Man verwendet vorzugsweise einen etwa zylindrischen Pfropfen und
eine an diesen angepaßte zylindrische Form. Diese Form ist am von der Verbindungsstelle
abgewandten Ende bis auf eine Öffnung für den Leiterdurchtritt geschlossen und am
der Verbindungsstelle zugewandten Ende offen. Hierdurch erreicht man, daß zwischen
der<Außenseite des zweiten Leiters und der Innenwand der Form ein Spalt verbleibt,
aus dem der aufgeschmolzene Kunststoff austreten kann. Dies hat den Vorteil, daß
die Dichtfläche vergrößert wird, d. h.
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diese sich auch über die Außenfläche der Umhüllung des zweiten Leiters,
bei einem Mantelheizleiter über die Außenfläche der Mantelhülse, erstreckt, und
daß man beim Aufschmelzen durch das aus dem Spalt austretende Material erkennen
kann, daß das Material genügend aufgeschmolzen ist.
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Bei einer speziellen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
verwendet man einen Pfropfen mit ebener Deckfläche und eine Form mit konisch ausgebildeter
Innenfläche der von der Verbindungsstelle abgewandten Endwand. Die Öffnung für den
Leiterdurchtritt ist hierbei in der Form etwas größer ausgebildet als der Außendurchmesser
der Leiterumhüllung, so daß ein geringfügiger Spalt verbleibt. Durch diese Ausgestaltung
zusammen mit der konischen Ausbildung der Innenfläche der Endwand der Form soll
ein gesteuertes Eindringen des aufgeschmolzenen Kunststoffs in den Spalt erreicht
werden, so daß der Kunststoff zwar in den Spalt eintritt, jedoch nicht den Spalt
über die Form hinaus passiert, damit ein Abziehen der Form nach dem Abkühlen noch
möglich ist. Dadurch, daß man das Kunststoffmaterial in den Spalt eindringen läßt,
vergrößert man die Haftfläche zwischen der PTFE-Umhüllung des ersten Leiters und
dem Verbindungsmaterial.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des
vorstehend beschriebenen Verfahrens. Diese Vorrichtung ist erfindungsgemäß dadurch
gekennzeichnet, daß sie zwei aufeinander zu und voneinander weg bewegbare Heizbacken
aufweist, die mit zueinander ausgerichteten und von der der anderen Heizbacke zugewandten
Seite ausgehenden Hohlräumen zur Aufnahme des mit dem Kunststoffpfropfen und der
Form versehenen elektrischen Leiters und des anderen elektrischen Leiters versehen
sind.
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Zweckmäßigerweise sind die Heizbacken mit Kühleinrichtungen versehen.
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Bei einer speziellen Ausführungsform sind die Heizbacken übereinander
angeordnet, wobei die untere Heizbacke stationär und die obere Heizbacke beweglich
gelagert ist. Die untere Heizbacke ist dabei auf einer stationären Montageplatte
befestigt, während die obere Heizbacke auf einer vertikal beweglichen Montageplatte
montiert ist. Die obere Montageplatte ist an seitlichen Führungssäulen auf- und
abbewegbar gelagert.
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Die in den Heizbacken vorgesehenen Hohlräume sind an den jeweiligen
zu verbindenden Leiter bzw. an den mit dem Kunststoffpfropfen und der Kappe versehenen
elektrischen Leiter angepaßt. Um die Anordnung der elektrischen Leiter in den jeweiligen
Hohlräumen zu erleichtern, sind die Heizbacken zweckmäßigerweise mit Schlitzen versehen,
die die Hohlräume mit einer Außenseite der Backe verbinden. Die Leiter können somit
seitlich in die Backen eingesetzt werden.
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Die Funktionsweise der vorstehend beschriebenen Vorrichtung wird
in Verbindung mit dem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel erläutert.
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Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung
werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung
im einzelnen beschrieben. Es zeigt F i g. 1 eine Phase bei der Herstellung einer
Verbindung zwischen dem Kaltleiter und dem Heizleiter einer PTFE-Heizplatte, Fig
2 eine weitere Phase bei der Herstellung einer derartigen Verbindung, wobei die
Verbindung im fertiggestellten Zustand dargestellt ist, und F i g. 3 eine Vorrichtung
zur Herstellung der in F i g. 2 gezeigten Verbindung.
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Die F i g. 1 und 2 zeigen verschiedene Phasen bei dem Verfahren zur
Herstellung einer Verbindung zwischen dem Kaltleiter 1 und dem Heizleiter 5 einer
PTFE-Heizplatte. Als Kaltleiter findet hierbei eine mit einer PTFE-Umhüllung 3 versehene
Kupferlitze 2 Verwendung, während als Heizleiter 5 ein sogenannter Mantelheizleiter
eingesetzt wird, bei dem ein Widerstandsheizdraht von einer Edelstahlhülse 8 umgeben
ist, wobei die Hülse mit einer verdichteten anorganischen Isolationsmasse 7, hier
MgO, aufgefüllt ist. Innerhalb der Hülse 8 ist der Widerstandsdraht mit einem Kupferdraht
6 verlötet, der aus der Hülse vorsteht. An seinem freien Ende weist der Heizleiter
5 eine Ausnehmung 9 auf, die dadurch ausgebildet ist, daß sich die verdichtete anorganische
Isolationsmasse 7 nicht bis zum Ende der Hülse 8 erstreckt.
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Zur Herstellung einer elektrisch isolierenden, feuchtigkeits- und
gasdichten Verbindung zwischen den beiden Leitern werden ein das Verbindungselement
bildender Kunststoffpfropfen 10 und eine Form 11 für denselben auf die PTFE-Umhüllung
3 des Kaltleiters geschoben. Danach wird die Kupferlitze 2 des Kaltleiters mit der
Kupferlitze 6 des Heizleiters verlötet, wie bei 4 gezeigt Es versteht sich jedoch,
daß die Form und der Kunststoffpfropfen auch nach dem Verlöten auf den Kaltleiter
aufgebracht werden können.
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Der Kunststoffpfropfen 10 besteht aus einem thermoplastischen Fluorkunststoff,
dessen Schmelzpunkt unter und dessen Verarbeitungstemperatur über dem Schmelzpunkt
von PTFE liegt Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel kommt PFA (PTFE mit
Perfluoralkoxy-Seitenketten) zum Einsatz, das einen Schmelzpunkt von 310°C besitzt.
Dieses Material kann auf eine Verarbeitungstemperatur von 340-3700C ohne nennenswerte
Schädigung erhitzt werden.
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Der Kunststoffpfropfen 10 ist zylindrisch ausgebildet und besitzt
an seinem dem Heizleiter zugewandten Ende einen Bereich 15 mit geringerem Durchmesser,
der genau in die Ausnehmung 9 des Heizleiters paßt Auf diese Weise wird eine Fixierung
des Pfropfens erreicht Wenn die Verbindung hergestellt werden soll, werden Pfropfen
und Form in Richtung auf die Verbindungsstelle geschoben und dort fixiert. Dabei
wird die Form 11 über den Pfropfen geschoben. Bei der Form handelt es sich um eine
Edelstahlhülse, deren der Verbindungs-
stelle zugewandtes Ende offen ist, während
ihr anderes Ende bis auf eine Durchtrittsöffnung für den Kaltleiter geschlossen
ist. Diese Durchtrittsöffnung ist etwas größer ausgebildet als der Außendurchmesser
des Kaltleiters, so daß ein geringer Spalt verbleibt. Nachdem Pfropfen und Form
an der Verbindungsstelle fixiert worden sind, erstreckt sich die Form über die Metallhülse
8 des Heizleiters 5 hinaus, wobei auch zwischen Form und Hülse 8 ein Spalt verbleibt.
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Nachfolgend wird die Form mit dem darin befindlichen Kunststoffpfropfen
bis auf eine Verarbeitungstemperatur von etwa 340-3700C über eine bestimmte Zeitspanne
erhitzt. Der thermoplastische Kunststoff des Pfropfens 10 wird dabei aufgeschmolzen,
wobei man am Austreten von Kunststoff 14 aus dem zwischen Form und Hülse 8 vorhandenen
Spalt erkennen kann, ob eine ausreichende Aufschmelzung erzielt ist. Ist dies der
Fall, wird die Temperatur zum Abkühlen der Verbindung wieder abgesenkt.
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Wie F i g. 2 zeigt, ist der aufgeschmolzene Kunststoff sowohl in
den Spalt zwischen der Hülse 8 und der Form als auch in den Spalt 13 zwischen der
Form und der Umhüllung 3 eingedrungen. Auf diese Weise wird eine Verbindung mit
einer besonders großen Dichtfläche erreicht, wobei der die Verbindung bildende thermoplastische
Kunststoff sowohl an der PTFE-Umhüllung 3 des Kaltleiters als auch an der Metallhülse
8 und der anorganischen Isolationsmasse 7 des Heizleiters haftet. Zur Verbesserung
der Hafteigenschaften übt man zumindest während des Abkühlvorganges einen Druck
auf die Form in Richtung auf den Heizleiter aus, um auf diese Weise die Ausbildung
von Hohlräumen in der anorganischen Isolationsmasse 7 zu verhindern.
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Eine Vorrichtung 20 zur Durchführung des vorstehend beschriebenen
Verfahrens ist in F i g. 3 dargestellt.
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Die Vorrichtung umfaßt ein Gestell, das aus einer stationären Montageplatte
24 und einer beweglichen Montageplatte 23 besteht. An der stationären Montageplatte
24 sind vertikale Führungssäulen 25 befestigt. Die bewegliche Montageplatte 23 ist
gleitend an den Führungssäulen 25 gelagert, so daß sie auf- und abwärts bewegt werden
kann. Dies kann über geeignete hydrautische, pneumatische oder manuell zu bedienende
Einrichtungen geschehen.
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An der beweglichen Montageplatte 23 ist eine erste Heizbacke 21 befestigt,
während an der stationären Montageplatte 24 eine zweite Heizplatte 22 befestigt
ist.
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Beide Heizplatten sind im wesentlichen identisch ausgebildet. Sie
bestehen aus Aluminium und weisen eine Anzahl von Heizpatronen auf, die bei 30 schematisch
dargestellt sind. Ferner sind die Heizbacken mit geeigneten Kühleinrichtungen versehen,
von denen bei 29 ein Teil schematisch dargestellt ist.
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In der Heizbacke 21 ist ein Hohlraum 26 und in der Heizbacke 22 ein
Hohlraum 27 angeordnet. Diese Hohlräume gehen jeweils von der Fläche der Heizbacke
aus, die der anderen Heizbacke zugewandt ist, und sind zueinander ausgerichtet.
Bei diesen Hohlräumen handelt es sich um Bohrungen, die zur Aufnahme der miteinander
zu verbindenden elektrischen Leiter dienen, wobei der Hohlraum 26 so ausgebildet
ist, daß er den mit Pfropfen und Kappe versehenen Kaltleiter 1 aufnehmen kann, während
der Hohlraum 27 so ausgebildet ist, daß er den Heizleiter 5 aufnehmen kann. Um das
Einlegen der Leiter in die Heizbacken und das Herausnehmen derselben aus den Heizbacken
zu erleichtern, sind die Backen mit Schlitzen 28 versehen, die ein seitliches Einsetzen
der Leiter gestatten.
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Die beschriebene Vorrichtung funktioniert in der folgenden Weise:
Im auseinandergefahrenen Zustand der Heizbacken werden die beiden Leiter über die
vorgesehenen Schlitze in die Hohlräume eingesetzt. In der Regel wird die Lötverbindung
4 zwischen den entsprechenden Litzen bereits vorher hergestellt worden sein. Die
obere Heizbacke wird dannn gegen die stationäre untere Heizbakke gefahren, wobei
die Metallkappe und der Kunststoffpfropfen, die im Hohlraum 26 angeordnet sind,
an der Verbindungsstelle fixiert werden. Beide Heizbacken werden nunmehr auf den
vorstehend angegebenen Temperaturbereich so lange erhitzt, bis ein Austreten des
Kunststoffs aus dem unteren Spalt beobachtet werden kann. Danach findet ein Abkühlvorgang
statt. Nach dem Abkühlen werden die Backen zur Herausnahme der miteinander verbundenen
Leiter auseinandergefahren, und es kann eine neue Leiterverbindung hergestellt werden.