DE4122777A1

DE4122777A1 - Verfahren zum widerstandsschweissen von leitungsdraehten an ein anschlusselement

Info

Publication number: DE4122777A1
Application number: DE19914122777
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl Ing Babiel; Thomas Dipl Phys Brenken
Original assignee: Telefunken Kabelsatz GmbH
Current assignee: Delphi Automotive Systems Deutschland GmbH
Priority date: 1991-07-10
Filing date: 1991-07-10
Publication date: 1993-01-21
Also published as: DE4122777C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Widerstandsschweißen von Leitungsdrähten an ein Anschlußelement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Normalerweise werden Leitungsdrähte mit einem Anschlußelement bzw. einer Kontakthülse mittels Krimpen oder Löten verbunden. Das Löten ist von beiden Verfahren das aufwendigere. Es benutzt Lötzinn und Flußmittel, wodurch nicht nur zusätzliche Kosten entstehen, sondern auch umwelt gefährdende Dämpfe freigesetzt werden. Die Verarbeitungszeit beträgt ca. 1 Sekunde. Eine Qualitätsüberwachung des Prozesses ist nicht ohne weiteres möglich. Auch ist das Verfahren nicht problemlos zu automatisieren. Dahingehend ist das Krimpen wesentlich einfacher durchzuführen. Allerdings sind die Aus zugskräfte der Drähte aus der Kontakthülse wesentlich geringer, d. h. beim Ziehen an der Leitung können die Drähte aus der Krimpverbindung herausrutschen.

In neuerer Zeit wird vermehrt von Verfahren Gebrauch gemacht, welche einen hohen Automatisierungsgrad aufweisen. Besonders günstig hat sich dabei das Widerstandsschweißen herausgestellt. Bei bekannten Verfahren dieser Art nach der DE-OS 38 38 825 werden Anschlußdrähte miteinander und/oder an ein Flachteil mittels zwei bewegbarer Elektroden angeschweißt. Dabei ist eine Elektrode als Formelektrode ausgebildet und wird vor dem Schweißvorgang mittels eines dünnwandigen Kontaktplättchens verschweißt. Dazu wird das Kontaktplättchen mit geringem Kontaktdruck gegen die Stirnfläche der Formelektrode gepreßt und angeheftet. Schließlich wird durch Auflegen des Flachteils sowie der Anschlußdrähte auf die Elektrode der Schweißvorgang vorgenommen.

Zwar weist diese Schweißverbindung eine hohe Festigkeit auf, jedoch ist zu beachten, daß die Lötverbindung wesentlich größere Flächen miteinander verbindet, während eine Schweißverbindung nur punkt- oder höchstens linienhafte Verbindungen schafft.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Widerstandsschweißen von Leitungsdrähten anzugeben, das eine dauerhafte Schweißverbindung zwischen Leitungsdrähten und An schlußelementen herstellt, wobei die Vorteile des Lötens und Schweißens in einfachster Weise miteinander verbunden werden sollen.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der, daß kein zusätzliches Lot oder ein Flußmittel erforderlich ist. Eingesetzt wird dieses Verfahren zum Verbinden von Leitungsdrähten mit Kontakthülsen, wie sie beispielsweise in Steckeranordnungen eingesetzt werden. Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art nach der Erfindung durch die im Kennzeichen aufgeführten Merkmale gelöst. Weiterbildungen der Erfindungen sind in den Unteransprüchen enthalten.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert; dabei zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht des Verbindungsteils mit elektrischer Leitung,

Fig. 2 die Elektrodenanordnung und

Fig. 3 ein Schliffbild von Kupferadern, welche in eine Messinghülse eingebettet sind.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung ist die elektrische Leitung 1 in eine Hülse 2 eingelegt, wobei diese Hülse oder ein Anschlußelement einen Steckteil aufweist, welcher zur Verbindung mit einem Steckerstift vorgesehen ist und einen Teil, der zum Einschweißen der elektrischen Leitung 1 vorgesehen ist. Der zum Schweißen vorgesehene Teil liegt zwischen den Elektroden 3 und 4, und erstreckt sich über einen Bereich, in dem die Kontakthülse 2 als Halbschale ausgebildet ist. In Fig. 2 ist dargestellt, wie diese Halbschale der Hülse 2 in den Amboß 3 der Preßschweißvorrichtung eingelegt ist. Die Preßschweißvorrichtung weist eine Gegenelektrode 4 auf, welche die eingelegten Drähte der Leitung 1 gegen die Hülse 2 preßt. Dabei ist wichtig, daß die Leitung und die Hülse gegeneinander fixiert sind, bevor die Elektrode 4 gegen den Amboß 3 bewegt wird. Durch einen kurzen Stromimpuls wird nun hauptsächlich das Material der Hülse 2 aufgeschmolzen. Dabei ist die Hülse im Bereich der Elektroden so dickwandig auszubilden, daß genügend Material zur Verfügung steht, um die Lücken zwischen den Leitungsdrähten 1 der Litze zu füllen. Die Stromstärke und die Zeit müssen so eingestellt werden, daß beispielsweise bei Messing eine Temperatur von 800°C erreicht wird. Da der Schmelzpunkt von Kupfer 1100° beträgt, bleiben dabei die Einzeldrähte 1 als solche erhalten. Dieses zeigt das Schliffbild Fig. 3.

Die Qualität der Verbindung entspricht infolge der innigen Verschmelzung von Hülse und Einzeldrähten einer Lötung, und zwar bezüglich des Übergangswiderstandes und der Auszugskräfte. Die Auszugskräfte sind diejenigen Kräfte, die man aufwenden muß, um die Drähte aus der Hülse herauszuziehen. Das Verfahren ist außerdem sehr gut zu automatisieren. Die Schweißzeit beträgt etwa 30 bis 200 ms je nach Dicke der Drähte und der zu verschweißenden Materialien. Auch die Stromstärke ist ent sprechend der Materialien zu wählen. Bei niedrigschmelzenden Materialien wie beispielsweise Aluminium besteht die Hülse beispielsweise aus einer niedrigschmelzenden Aluminium legierung.

Ein wesentlicher Unterschied zur herkömmlichen Wider standsschweißtechnik ist darin zu sehen, daß bei der Schmelz verbindung keine punkt- oder linienförmige Verbindung sondern eine allseitige Umhüllung der Leiter mit dem Material der Hülse erfolgt. Das Verfahren hat außerdem den Vorteil, daß es sich leicht automatisieren läßt. Es muß allerdings darauf geachtet werden, daß Stromdichte und Dauer des Stromes nur so hoch gewählt werden, daß die Messinghülse gerade anfängt zu schmelzen. Da der vordere Teil der Hülse mit dem Steckerteil und der hintere Teil der Hülse gegeneinander fixiert sind, spielt das Schmelzen keine Rolle, da beim Verbleib der Hülse in der Preßvorrichtung auch die gegenseitige Fixierung ständig gewahrt bleibt.

Beispiel

Bei einem 1 mm Steckverbinder, der mit Adern von 0,5 mm² Querschnitt mikroverschweißt wurde, waren die Auszugskräfte im Mittel 163 N. Bei einer entsprechend gelöteten Probe betrug der Mittelwert 168 N, während die gekrimpten Proben einen mittleren Wert der Auszugskraft von 116 N aufwiesen. Bei den Übergangswiderständen ergaben sich Mittelwerte von 0,23 mΩ für die gelötete Probe, 0,29 mΩ für die geschweißte und 0,8 mΩ für die gekrimpte Probe. Nach dem Salzsprühtest waren bei der gelöteten Probe 0,32 mΩ und bei der geschweißten Probe 0,22 mΩ gemessen worden. Anhand der Ergebnisse der Vergleichsmessung wird deutlich, daß die geschweißten 1 mm-Steckverbindungen gegenüber den gekrimpten Verbindungen einen wesentlich geringeren Übergangswiderstand und höhere Auszugskräfte aufweisen. Im Vergleich zu den gelöteten Proben fallen die Werte nur etwa 10% schlechter aus. Die Werte für die Auszugskräfte bei geschweißten Proben liegen deutlich über den in der Norm DIN 46 249 geforderten Auszugskräften. Wie auf dem Schliffbild nach Fig. 3 zu erkennen ist, hat sich in dem Bereich, in dem die Elektroden Druck ausgeübt haben, eine gute Verbindung ausgebildet. Diese entsteht durch das Fließen des Hülsenmaterials um die Einzeldrähte, die dadurch vollständig eingebettet werden.

Die verfahrenstechnischen Vorteile des Mikroschweißens sind:

1. Sehr kurze Prozeßzeit (ca. 1 bis 3 Sekunden) mit einer eigentlichen Schweißzeit von 0,03 bis 0,2 Sekunden. Vorzugsweise ist die Schweißzeit mit der Verbindung von Kupfer und Messing 120 ms.
2. Es werden keine Hilfsmittel wie Lot oder Flußmittel benötigt, wodurch die Verbindung kostengünstig und umweltfreundlich erfolgt.
3. Das Verfahren kann automatisiert werden, wobei eine Prozeß- und Qualitätsüberwachung möglich ist.

Claims

1. Verfahren zum Widerstandsschweißen von Leitungsdrähten an ein Anschlußelement, bei welchem die zu verbindenden Teile in annähernder Endlage und in einer rinnenförmigen Ausspa rung des Ambosses eines Preßschweißgerätes gegeneinander fixiert und mittels Druck von einer Gegenelektrode und Stromdurchgang zusammengefügt werden, dadurch gekennzeich net, daß Druck und Stromdichte beim Schweißen so gewählt werden, daß das Material des Anschlußelements (2) sich an der Grenzfläche zu den elektrischen Leitungsdrähten (1) verflüssigt und dadurch die Leitungsdrähte von dem niedrig schmelzenden Material des Anschlußelementes (2) umgeben werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schweißzeit von 30 bis 200 ms gewählt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißzeit von 80 bis 150 ms gewählt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß als Anschlußelement (2) eine Kontakthülse aus Messing verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß die Kontakthülse (2) im Bereich der Schweiß elektroden eine größere Wandstärke aufweist.

6. Verfahren nach einem Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, daß die Schmelztemperatur des Materials der Kon takthülse (2) niedriger liegt als die Schmelztemperatur der elektrischen Leitungsdrähte.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, daß Stromdichte, Einschaltdauer sowie der von den Elektroden ausgeübte Druck so eingestellt werden, daß das Hülsenmaterial teilweise aufschmilzt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn zeichnet; daß das Hülsenmaterial infolge der Wärmeabfuhr durch die Elektroden an der Kontaktfläche zwischen Elek trode und der Kontakthülse (2) nicht aufschmilzt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn zeichnet, daß die obere Elektrode (4) infolge der halboffe nen Form der Hülse (2) nur im Kontakt mit den Leitungsdräh ten ist, wobei sich der Amboß (3) allein im Kontakt mit der Hülse (2) befindet.