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Diese Erfindung bezieht sich auf
eine Vorrichtung zur Ausbildung von Lötverbindungen, beispielsweise
elektrische Verbindungen zwischen elektrischen Leitern, ein Verfahren
zur Ausbildung von Lötverbindungen
mittels solch einer Vorrichtung, und deren Herstellung. Insbesondere
bezieht sich die Erfindung auf eine Schrumpfvorrichtung zur Ausbildung von
Lötverbindungen.
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Die Verwendung von Warmschrumpfartikeln zur
Ausbildung von Lötverbindungen
zwischen elektrischen Leitern ist weit verbreitet. Solche Artikel
sind beispielsweise in den US-Patenten Nr. 3,243,211, 4,282,396
und 4,283,596 beschrieben. Solche Artikel werden von Raychem Corporation,
Menlo Park, Kalifornien, unter dem Markennamen „Solder Sleeve" verkauft.
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Typischerweise umfasst solch eine
Vorrichtung eine Warmschrumpfmuffe, die einen im allgemeinen ringförmigen Löteinsatz
enthält,
und kann einen oder mehrere Klebereinsätre enthalten. Solche Vorrichtungen
werden typischerweise dazu verwendet, isolierte Drähte anzuschließen. Die
Enden der zu verbindenden Drähte
werden zum Freilegen ihrer elektrischen Leiter abisoliert und in
die Schrumpfmuffe eingeführt.
Die Muffe wird dann erhitzt, was sie dazu veranlasst, sich rückzubilden
oder in Kontakt mit den Drähten
zu schrumpfen, wodurch das Lötmaterial
geschmolzen und die freigelegten elektrischen Leiter verlötet werden.
Fall vorhanden, befinden sich die Klebereinsätre im allgemeinen beidseits
des Löteinsatzes
und verbinden sich mit der Isolierung der Drähte, um eine zur Umwelt hin
abgedichtete Spleißstelle
bzw. eine zur Umwelt hin abgedichtete Verbindung zu bilden. Eine
Vorrichtung diese Art mit Dichtungsmaterialeinsätzen an oder neben offenen Enden
einer Warmschrumpfmuffe ist in der EP-A-0 295 058 beschrieben.
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Lötverbindungen
können
reihenweise hergestellt werden, indem eine röhrenförmige Muffe mit zwei offenen
Enden verwendet wird und die zu verbindenden Drähte durch jedes Ende der Muffe
eingeführt
werden. Es ist auch möglich,
eine röhrenförmige Muffe zu
verwenden, die an einem Ende geschlossen und am anderen Ende offen
ist, um eine Stumpfspleißstelle
auszubilden, bei der die zu verbindenden Drähte in das offene Ende der
Warmschrumpfmuffe eingeführt
werden. Eine Lötverbindung
kann zwischen einem Paar von Drähten
oder einer komplexen Anordnung mehrerer Drähte hergestellt werden, wie
beispielsweise bei einem Fahrzeugkabelbaum.
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Beim Zusammenbau eines Kabelbaums werden
mehrere Drähte
in eine Warmschrumpflötvorrichtung
eingeführt,
und die sich ergebende Baugruppe wird erhitzt, beispielsweise durch
eine Heißluftpistole,
die Baugruppe kann aber auch in einen Ofen gelegt oder in einem
Heizgerät
positioniert werden, beispielsweise einem Bandheizgerät wie demjenigen, das
in der gleichzeitig anhängigen,
gemeinsam erteilten US-Patentanmeldung mit der Anmeldenummer 07/641,374
beschrieben ist, die am 15. Januar 1991 eingereicht wurde.
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Bis die Vorrichtung erhitzt ist,
um die Muffe zu schrumpfen und das Lötmaterial zu schmelzen und
dann wieder abgekühlt
ist, können
sich die Drähte
in Bezug aufeinander und den Löteinsatz
bewegen, was zu einer relativ schlechten elektrischen Verbindung
zwischen den Drähten
führt.
Beispielsweise kann eine kalte Lötstelle
entstehen oder unvollständiges Überbrücken des
Lötmaterials
zwischen den Leitern vorkommen. Es wurde vorgeschlagen, innerhalb der
Muffe einen wärmeschrumpfbaren
Polymerring einzuschließen,
der bei einer Temperatur schrumpft, die niedriger ist als die der
Muffe der Vorrichtung. Wenn diese vorläufige Temperatur erreicht ist,
werden die Drähte
während
des übrigen
Erwärmungsvorganges
in Position gehalten. Mittels dieses Lösungswegs werden die Drähte nicht
an ihrer Stelle gehalten, solange der Erwärmungsvorgang nicht begonnen
hat. Die Einbringung der Baugruppe von Drähten und der Lötvorrichtung
in das Heizgerät kann
dazu führen,
dass die Drähte
aus ihrer richtigen Ausrichtung herausgezogen werden. Es besteht
ein Bedarf daran, die Drähte
an ihrer Stelle zu halten, wenn die Drahtbaugruppe von dem Ort ihres
Zusammenbaus in das Heizelement bewegt wird, aber auch während des
Heiz- und Abkühlvorgangs.
Ein Versuch aus dem Stand der Technik, sich dieses Problems anzunehmen,
indem ein Metalleinsatz zur Ausbildung von Unterbringungsabteilen
für die
Leiter bereitgestellt wird, ist in der
US 4 283 596 beschrieben. Die Abteile
sollen die Endabschnitte in einem im wesentlichen feststehenden
räumlichen
Verhältnis
zueinander halten, aber man erkannte, dass eine gewisse Bewegung
der Endabschnitte innerhalb der steifen Abteile möglich sein
kann. Die sich ergebenden elektrischen Verbindungen werden nach
Hitzebeaufschlagung zum Schmelzen des Lötmaterials hergestellt, ohne
dass es notwendig wäre,
den Einsatz beim Schrumpfen der Muffe von den Abmessungen her zu ändern.
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Nach einem Aspekt der vorliegenden
Erfindung umfasst eine Vorrichtung zur Ausbildung einer Lötverbindung
zwischen mehreren elektrischen Leitern eine hohle, von den Abmessungen
her wärmeschrumpfbare
Muffe, die eine bestimmte Menge an Lötmaterial enthält, und
ein innerhalb dieser Muffe angeordnetes Rückhalteelement, wobei die Muffe mindestens
ein offenes Ende aufweist, um das Einführen eines elektrischen Leiters
oder mehrerer elektrischer Leiter zuzulassen, dadurch gekennzeichnet, dass
das Rückhalteelement
mechanisch verformbar ist, um die Leiter vor der Wärmebeaufschlagung
zum Schrumpfen der Muffe und zum Schmelzen des Lötmaterials innerhalb der Muffe
in der gewünschten Ausrichtung
zu halten.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden
Erfindung umfasst eine Baugruppe zur Ausbildung einer Lötverbindung
zwischen mehreren elektrischen Leitern, wobei die Baugruppe eine
Vorrichtung nach dem ersten Aspekt der Erfindung und mehrere elektrische
Leiter umfasst; wobei mindestens einige der Leiter durch das oder
ein offenes Ende der Vorrichtung in die Muffe eingeführt wurden;
bei der das Rückhaltelement
verformt wurde, um die Leiter innerhalb der Muffe in der gewünschten
Ausrichtung zu halten.
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Noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung
ist ein Verfahren zur Ausbildung einer Lötverbindung zwischen mehreren
isolierten elektrischen Drähten,
welches umfasst:
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- (a) ein Stück
Isolierung vom Ende jedes Drahtes abzuisolieren, um ein Stück des Leiters
freizulegen;
- (b) die Enden der Drähte
in die Muffe einer wärmeschrumpfbaren
Lötvorrichtung
der vorliegenden Erfindung einzuführen; und
- (c) die Vorrichtung zum Schrumpfen der Muffe und zum Schmelzen
des Lötmaterials
zu erwärmen,
dadurch
gekennzeichnet, dass vor dem Erwärmen:
das
innerhalb der Muffe angeordnete Rückhalteelement verformt wird,
um mit dem freigelegten Leiter der isolierten Drähte in Berührung zu sein.
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Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung werden nun im Genaueren beispielhaft mit Bezug auf die
beigefügten
Zeichnungen beschrieben, in denen
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1 eine
wärmeschrumpfbare
Lötvorrichtung
der vorliegenden Erfindung und eine Baugruppe der Vorrichtung und
mehrere zu verlötende
elektrische Leiter darstellt;
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2 die
Baugruppe von Anspruch 1 darstellt, bei der das verformbare Rückhalteelement
verformt wurde, um die elektrischen Leiter an ihrer Stelle zu halten;
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3 eine
fertiggestellte Lötverbindung nach
dem Erwärmen
der Baugruppe von 2 darstellt;
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die 4 bis 6 verformbare Rückhalteelemente
zur Verwendung in einer Vorrichtung und Baugruppe dieser Erfindung
darstellen.
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Die Vorrichtung dieser Erfindung
umfasst eine Warmschrumpfmuffe. Warmschrumpfartikel sind bestens
bekannt. Für
gewöhnlich
schrumpfen diese Artikel beim Erwärmen auf eine ursprüngliche Form,
aus der sie zuvor verformt wurden, der Begriff „wärmeschrumpfbar", wie er hier
verwendet wird, schließt
aber auch einen Artikel mit ein, der beim Erwärmen eine neue Gestalt annimmt,
selbst wenn er zuvor nicht verformt wurde.
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In ihrer allgemeinsten Form umfassen
solche Artikel eine Warmschrumpfmuffe aus einem Polymermaterial,
das die Eigenschaft elastischen oder plastischen Gedächtnisses
aufweist, wie beispielsweise in den US-Patenten 2,027,962; 3,086,242
und 3,597,372 beschrieben ist. Wie beispielsweise in dem US-Patent
2,207,962 verdeutlicht wird, kann die ursprüngliche Formbeständigkeit
in der Wärme
eine vorübergehende
Form in einem kontinuierlichen Prozess sein, bei dem beispielsweise
ein extrudiertes Rohr, während
es heiß ist,
zu einer nicht hitzestabilen Form expandiert wird, aber in anderen
Anwendungen wird ein vorgeformter formmäßig hitrestabiler Artikel in
einem gesonderten Zustand zu einer formmäßig nicht hitrestabilen Form
verformt.
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Bei der Herstellung von Warmschrumpfartikeln
kann das Polymermaterial in jeder Herstellungsstufe des Artikels
vernetzt werden, was die gewünschte
Formschrumpfung verbessert. Eine Art der Herstellung eines Warmschrumpfartikels
umfasst, das Polymermaterial zu einer gewünschten hitzestabilen Gestalt
zu formen, danach das Polymermaterial zu vernetren, den Artikel
auf eine Temperatur über dem
kristallinen Schmelzpunkt bzw. bei amorphen Materialien, auf den
Erweichungspunkt des Polymers zu erhitzen, den Artikel zu verformen
und ihn in dem verformten Zustand abzukühlen, so dass der verformte
Zustand des Artikels aufrechterhalten bleibt. Da der verformte Zustand
des Artikels hitzeinstabil ist, wird im Gebrauch die Beaufschlagung
mit Wärme den
Artikel dazu veranlassen, seine ursprüngliche hitzestabile Form wieder
anzunehmen.
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Jedes Material, dem die Eigenschaft
von Formschrumpfung verliehen werden kann, kann zur Ausbildung der
Muffe verwendet werden. Bevorzugte Materialien umfassen Polyethylen,
Ethylencopolymere niedriger, mittlerer oder hoher Dichte, z. B.
mit Alphaolefinen wie 1-Buten oder 1-Hexen, oder Vinylacetat, Schraubengewinde.
Insbesondere ist es von Vorteil für den Draht, mit einem polygonalen
und insbesondere einem quadratischen Querschnitt ausgebildet zu
werden. Der Draht kann aus jedem geeigneten Metall oder jeder geeigneten
Metalllegierung hergestellt sein, ist aber vorzugsweise aus Kupfer
hergestellt, und insbesondere aus einem Kupfer, das im wesentlichen
denselben Reinheitsgrad aufweist, wie er herkömmlicher Weise für elektrische
Leiter verwendet wird.
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Die Vorrichtung umfasst auch eine
bestimmte Menge an Lötmaterial,
z. B. eine bestimmte Menge Weichlötmaterial im Unterschied zu
Hartlötmaterial, um
eine dauerhafte Lötverbindung
auszubilden. Das Lötmaterial
kann überall
dort angebracht werden, wo es zur Ausbildung einer Lötstelle
fließen
kann. Das Lötmaterial
kann in der Form eines Ringes oder in jeder anderen Form, beispielsweise
einer Kugel, eingesetzt werden, und kann symmetrisch um die Muffenachse
oder davon versetzt angeordnet werden.
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Der wie hier verwendete Begriff „Lötmaterial" umfasst
sowohl herkömmliche
metallische Lötmaterialien
und Lötkleber,
bei denen ein Heißkleber,
z. B. ein Polyamidheißkleber
oder ein wärmeaushärtbarer Kleber
wie ein Epoxykleber, mit Metallpartikeln, z. B. Silberflocken, gefüllt ist.
In den meisten Fällen
jedoch wird das Lötmaterial
ein herkömmliches
metallisches Lötmaterial
sein, beispielsweise ein Zinn-/Blei- oder Zinn-/Silber-Eutektikum.
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Das verformbare Rückhalteelement ist vorzugsweise
metallisch, und wenn es verformt ist, ist es mit den zu verlötenden elektrischen
Leitern in Berührung.
Bei bestimmten Ausführungsformen
der Erfindung, wenn beispielsweise die zu bildenden Leiter in der
Form elektrischer Drähte
sind und die Isolierung vom Ende jeden Drahtes abgezogen wurde,
kann das Rückhalteelement
aus Polymer und in Berührung
mit der Isolierung der Drähte
sein, wenn es verformt ist. Das verformbare Rückhalteelement kann aus einem
verformbaren Material bestehen oder kann in einer Konfiguration,
die es zulässt,
dass das Element einen kleineren Durchmesser annehmen kann, z. B.
eine gespannte Feder, aus einem steifen Material bestehen.
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In bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung ist das Rückhalteelement
aus einem relativ weichen Metall, so dass es problemlos von dem
Arbeiter verformt werden kann, der die elektrischen Leiter in die
Muffe der Vorrichtung einführt.
Das Metall kann beispielsweise Weichkupfer, Blei, Hochtemperaturlot
(das ist Lot, welches einen Schmelzpunkt hat, der höher ist
als die Löttemperatur
des Lots, das in der Vorrichtung verwendet wird, um die Lötverbindung
herzustellen) oder dergleichen sein. Das Rückhalteelement kann rund, oval
oder von irgend einer anderen Querschnittskonfiguration sein.
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Das Rückhalteelement kann einstückig mit dem
Lot ausgebildet sein, beispielsweise kann es ein Metallstreifen
sein, der im Lot eingebettet ist. Bei anderen bevorzugten Ausführungsformen
liegt das Rückhaltelement
neben dem Lot, wie weiter unten noch im Genaueren erläutert wird.
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Die zu verlötenden elektrischen Leiter
werden in die Warmschrumpfmuffe eingeführt. In Ausführungsformen
der Erfindung, bei denen die elektrischen Leiter isolierte Drähte sind,
wird die Isolierung entfernt bzw. von dem Ende jedes Drahtes abgezogen,
um ein Stück
des Leiters freizulegen. Die Leiter werden dann so in der Muffe
positioniert, dass beim Schrumpfen der Muffe das Lötmaterial
mit den zu verlötenden
Leitern in Berührung
ist. Sind die Leiter in der Muffe positioniert, wird das verformbare
Rückhalteelement
verformt, um die Leiter in der gewünschten Ausrichtung zu halten.
Vorzugsweise ist der Betrag an eingesetzter Kraft gerade ausreichend, um
die Leiter mechanisch an ihrer Stelle zu halten. Bei bestimmten
Ausführungsformen
kann ein verformbares metallisches Rückhalteelement mit genügend Kraft
zum Crimpen der Leiter verformt werden, um eine elektrische Verbindung
zwischen den Leitern zu erhalten, sowie sie innerhalb der Muffe
in der gewünschten
Ausrichtung zu halten. Die Baugruppe, die die wärmeschrumpfbare Lötvorrichtung
und Leiter enthält,
kann dann vom Ort des Zusammenbaus in ein Heizgerät oder einen
Ofen transportiert werden. Das Rückhalteelement
hält die
Leiter auch während
des Erwärmungsvorganges
in der gewünschten Ausrichtung.
Das Rückhalteelement
kann manuell verformt oder es kann ein Werkzeug wie eine Zange oder
ein Crimpwerkzeug verwendet werden. Das Rückhalteelement kann so ausgelegt
sein, dass es ein Durchstoßen
der Muffenwand durch die Leiter während des Einsetzens der Leiter
und der Verformung des Rückhalteelements
verhindert.
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Die vorliegende Erfindung wird mit
Bezug auf die Zeichnungen besser verständlich. In 1 ist eine typische Vorrichtung der vorliegenden
Erfindung im allgemeinen bei 1 gezeigt. Die Vorrichtung
umfasst eine Warmschrumpfmuffe 2, ein Paar Klebereinsätze 3,
Lötringe 4 und 5,
die beidseits eines verformbaren Elements 6 aus Weichkupfer
oder einem ähnlichen
streckbaren Metall positioniert sind. Isolierten Drähten 7 wurde
die Isolierung 8 vom Ende jedes Drahtes abgezogen, um die
elektrischen Leiter 9 freizulegen. Die Drähte sind
so in der Muffe 2 positioniert, dass sich das freigelegte
Stück jedes
Leiters innerhalb der Lötringe
befindet. Um die Drähte
in der Muffe an ihrer Stelle zu halten, kann das verformbare Element 5,
wie in 2 gezeigt, so
verformt werden, dass es mit den elektrischen Leitern in Berührung ist. Es
ist wichtig festzuhalten, dass noch keine Wärmebeaufschlagung stattgefunden
hat und die Muffe 2 in 2 noch
in ihrer wärmeschrumpfbaren
Form ist. Das Rückhalteelement
hält die
elektrischen Leiter an ihrer Stelle, während die Baugruppe beispielsweise durch
Durchlaufen einer (nicht gezeigten) Bandheizvorrichtung erwärmt wird.
Bei der Beaufschlagung mit Wärme
schrumpft die Muffe 2 in Kontakt mit den Drähten 5 und
schiebt sie zwangsläufig
zusammen. Das Lot schmilzt und bildet eine elektrische Verbindung
zwischen den freigelegten Leitern des Drahts. 3 zeigt die geschrumpfte Muffe.
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4 zeigt
ein alternatives verformbares Rückhalteelement
zur Verwendung in einer wärmeschrumpfbaren
Lötvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung. In 4 ist
das verformbare Rückhalteelement
in der Form eines Metallstreifens 12 und eines Lotstreifens 13,
wobei der Verbundstreifen zu einer Rolle geformt ist. Wenn die Rolle
mit Kraft beaufschlagt wird, wird der Durchmesser der Rolle kleiner
und ermöglicht
es dem Metallstreifen, den elektrischen Aufbau zu kontaktieren und
zu halten. 5 zeigt eine
alternative Ausführungsform
eines Metallstreifens, bevor er zu einer Rolle geformt wird.
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In 5 ist
der Metallstreifen 14 mit einer Lotschicht 15 versehen. 6 zeigt noch eine andere
Ausführungsform
des Rückhalteelements,
bei dem der Metallstreifen 16 mit einer nicht durchgehenden Lotschicht
in einer leistenartigen Konfiguration versehen ist. Wenn der Streifen
gerollt und in einer Warmschrumpfmuffe untergebracht ist, kann er
so verformt werden, dass er mit den Leitern in Berührung kommt, und
die Auslegung des Lots trägt
zum Zusammenhalten der Leiter bei. Es kann auch ein Streifen aus
Metallgeflecht als Rückhalteelement
verwendet werden.
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Bei jeder der dargestellten Ausführungsformen
wird ein relativ weiches Metallrückhalteelement verformt,
um die Leiter innerhalb der Muffe an ihrer Stelle zu halten. Es
ist auch möglich,
ein Hartmetall zu verwenden, das sich nicht ohne weiteres verformen
lässt.
Beispielsweise kann das Rückhalteelement
in der Form einer Spirale sein, die sich radial aus ihrer stabilen
Position dehnt und beispielsweise durch eine Bruchstelle oder eine
schnell brechende Lippe in ihrer gedehnten Position gehalten ist.
Wenn die Lippe bricht, nimmt die Spirale ihre ungedehnte Form mit
einem kleineren Durchmesser an und berührt dann die Drähte, um
sie an ihrer Stelle zu halten.