WO2007042235A1 - Verfahren zum herstellen einer schweissverbindung zwischen elektrischen leitern mittels eines ultraschallschweissverfahrens - Google Patents

Verfahren zum herstellen einer schweissverbindung zwischen elektrischen leitern mittels eines ultraschallschweissverfahrens Download PDF

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WO2007042235A1
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welding
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Dieter Stroh
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Schunk Ultraschalltechnik Gmbh
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
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    • B23K20/10—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating making use of vibrations, e.g. ultrasonic welding
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    • H01R4/62—Connections between conductors of different materials; Connections between or with aluminium or steel-core aluminium conductors
    • H01R4/625—Soldered or welded connections
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    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/32—Wires

Definitions

  • the invention relates to a method for producing at least one welded connection between at least one first electrical conductor, such as intrinsically rigid sheet-like support, and at least one second electrical conductor, such as stranded wire, wherein the conductors are introduced into a compression space surrounded by limiting elements which are adjustable relative to one another this sonotrode forming an ultrasound vibration of one of the boundary elements of an ultrasonic welding device to be welded.
  • first electrical conductor such as intrinsically rigid sheet-like support
  • second electrical conductor such as stranded wire
  • a compression space laterally limiting jaws along the carrier are adjustable, wherein the clear distance of the jaws to the width of a dipping into the compression space portion of a Sternsonotrode is aligned.
  • the carrier itself is supported on a counter electrode - also called anvil.
  • Ultrasonic welding devices are used for this purpose, in which the conductors to be welded are introduced into a compression space, which is bounded in a known manner by sections of a sonotrode and an anvil and laterally to these adjustable jaws.
  • WO-A-95/10866 a method is known for compacting and then welding electrical conductors, in particular of strands, by means of ultrasound in a height-adjustable compression space adapted to the conductor, the conductors to be welded first being compacted and then be welded.
  • the compression space is independent of the cross section of the conductors to be welded to a predetermined height-width ratio adjustable.
  • each used ultrasonic welding devices are designed for the maximum cross sections of the conductors to be welded. Should usually z. B. control lines with a connector - also called terminal - are connected, so the used reaching ultrasonic welding device is designed in terms of performance on the cross section of the control lines to be welded. If a ground line is also to be connected, it is connected to the terminal in conventional technology by screwing or plugging. A disadvantage of a corresponding compound is that transition resistances can occur that can disturb the signals on the control lines.
  • the present invention is based on the object of further developing a method of the type mentioned at the outset such that, to the desired extent, a first conductor can be connected to second conductors by means of ultrasonic welding. may be greater than the cross-section of the second electrical conductor to be connected to the first electrical conductor may be greater than the usually with the used reaching ultrasonic welding device conductors can be welded. It should also be possible to reliably connect a first conductor with second conductors of large and small cross-sections so that, in particular, undesirable contact resistances do not occur.
  • the object is essentially achieved in that the first conductor in the compression space is welded successively to two or more second conductors.
  • the possibility is opened up to weld a first conductor to second conductors of an overall cross-section, which is larger than is usually possible to weld conductor cross-sections in a welding operation with the ultrasonic welding device used. Furthermore, it is ensured on the basis of the teaching according to the invention that second conductors of large and small cross-sections can be reliably welded to a first conductor, since the second conductors of large cross-sections are not simultaneously welded to the conductors of smaller cross-sections, so that good process monitoring can take place. By these measures, the possibility is given to weld to the desired extent second conductor to the first conductor, without having to change the ultrasonic welding device. It is possible to use ultrasonic welding devices which, according to their performance, are designed for the individual second conductors of maximum cross-section to be connected to the first conductor, with individual process monitoring taking into account the respective conductor cross-sections.
  • the method is particularly advantageous if, in addition to existing connections between first and second conductors, a further second conductor is to be connected, without having to resort to the conventional types of connection such as screws or connectors.
  • a secure and well-conductive connection is guaranteed, so that undesirable contact resistance, which could lead to interference, do not occur. Consequently, it can be easy to connect control ertechnischen and ground cable or battery with a connector, as is done in the wiring, especially in automotive technology.
  • the first conductor is adjusted relative to the compression space.
  • the first conductor is adjusted to the compression space.
  • the ultrasonic welding device, d. H. to adjust the compression space along the first conductor to then successively weld the second conductor to the first conductor.
  • the compression space is adjustable in cross section to the required extent, there is the possibility that second conductors are welded one above the other on the first conductor. Also in this respect, a successive welding takes place by first welding a second conductor to the first conductor and then welding a second conductor onto the second conductor welded to the first conductor, and so on. But also a simultaneous welding of several second conductors with a first conductor is possible, wherein at least one further second conductor is welded in a separate welding process with the first conductor.
  • the second conductors are welded to the first conductor and / or groups of second conductors in spaced-apart regions.
  • the first conductor consists of sections which are spaced apart from one another by steps, the second conductors being welded on the sections running along the longitudinal direction of the first conductor.
  • the welding of the second conductors on the first conductor is preferably carried out in regions spaced apart from one another in the longitudinal direction, it is also possible for two second conductors to be welded to one another next to one another in a region extending transversely to the longitudinal axis of the first conductor. Welding of second conductors on the first conductor on opposite sides thereof is also possible.
  • a ground wire or battery cable and, as a second second conductor, a control wire can be welded to the first wire.
  • the ultrasonic welding device can be designed in terms of performance such that the second conductors to be welded to the first conductor would be totally weldable in one welding operation.
  • the invention provides that when using a first conductor with this outgoing holding sections such as crimping during or after welding the last second conductor to the first conductor, the holding sections are bent in ultrasonic excitation of the sonotrode in the direction of the second conductor for fixing this.
  • the possibility is created to weld a first conductor with a plurality of second conductors without undesirable transition resistances occur, wherein the total cross section of the second conductor is larger than usually with the ultrasonic welding device used are welded. It is easy to process large and small cross sections through stepped welding areas with optimal welding parameters.
  • FIG. 2 shows a section of an ultrasonic welding device with first and second conductors to be welded
  • FIG. 4 shows a section of the ultrasonic welding apparatus according to FIG. 2 before
  • FIGS. 2 to 4 are a perspective view of FIGS. 2 to 4 to be taken first conductor
  • FIG. 7 is a plan view of the second conductor of FIG. 6, 8 is a side view of the second conductor of FIG. 6 and 7,
  • FIG. 9 is a plan view of another embodiment of a second conductor
  • FIG. 11 shows the first and second conductors according to FIG. 10 in a side view
  • FIG. 13 is the first conductor of FIG. 12 in side view
  • Fig. 15 shows another embodiment of a first conductor, with two second
  • FIG. 16 shows the first conductor according to FIG. 15 welded to the second conductors.
  • Fig. 1 an arrangement is shown purely in principle, are welded with the corresponding following explanations an intrinsically rigid planar carrier as a first conductor with strands such as cables or lines as an electrical second conductor by means of ultrasound.
  • the arrangement comprises an ultrasonic welding device or machine 110, which in the usual way comprises a converter 112, optionally a booster 114 and a sonotrode 116.
  • the sonotrode 116 or a surface thereof are assigned a multipart counter electrode 118 - also called anvil - and a slide 120, as can be seen from DE-C-37 19 083 or WO-A-95/10866, to the disclosure thereof expressly referred to.
  • the sonotrode 116 or their Surface, the counter electrode 1 18 and the slider 120 define a variable in cross-section compression space into which the first and second conductors to be welded are introduced.
  • the converter 112 is connected via a line 122 to a generator 124, which in turn leads via a line 126 to a PC 128, via which a control of the welding processes takes place and entered into the welding parameters or cross section or width of the first and second electrical conductors or can be retrieved from the corresponding stored values.
  • a corresponding ultrasonic welding device whose power is designed for a cross-section of conductors which is smaller than the total cross-section of the second conductor to be welded onto the first conductor according to the invention.
  • several second conductors are welded one after the other according to the invention with a first conductor.
  • FIG. 2 shows a detail of the ultrasonic welding device to be taken from FIG. 1, wherein the compression space 10 is surrounded by a section of the sonotrode 116, the two-part counterelectrode 118 and the side slide 120.
  • the two-part anvil 118 consists of a carrier 12 which can be displaced along the sonotrode 116 and a crosshead 14 which can be displaced parallel to the boundary surface formed by the sonotrode 16.
  • a first conductor 16 with an outer portion 18 is first introduced.
  • the first conductor 16 is hereinafter referred to as a carrier or contact piece for reasons of simplicity.
  • On the portion 18 of the carrier 16 is then stripped end of a strand 20 as a second electrical conductor placed.
  • the compression chamber 10 is closed and the anvil 118 in the direction of the sonotrode 1 16 (arrow 22) adjusted to exert the required pressure on the parts to be welded, so the carrier 16 and the strand 20.
  • the sonotrode 116 is excited in ultrasonic vibrations to perform the required welding operation.
  • the compression space 10 is opened and a connection is obtained between the carrier 16 and the strand 20, specifically in the section 18 of the carrier 16, as shown in FIG. 3.
  • the carrier 16 is adjusted to the compression space 10 such that the over a step from the portion 18 spaced portion 22 is located in the compression space 10.
  • the portion 22 extends parallel to the outer portion 18.
  • a group of strands 24 is placed as a second electrical conductor in the compression space on the section 22 in the embodiment, in order to previously described a Perform welding.
  • a welded part is obtained, which is shown in FIG. 5.
  • the carrier 16 is welded in its sections 18, 22 each with a second electrical conductor or a group of second electrical conductors, namely with the strand 20 and the strand group 24.
  • the total cross section of the second electrical conductor may be larger than can usually be welded to the ultrasonic welding device, electrical conductors.
  • Another advantage of the method according to the invention is that second conductors of different cross sections are welded successively to the first conductor so that optimal process monitoring can be carried out for the conductor cross sections to be welded in each case.
  • the carrier or the contact piece 16 is shown again in Fig. 6 in a perspective view. It can be seen formed as an eyelet to be connected to a terminal front portion 26 and extending to this in parallel planes extending portions 18, 22. The same is clear from the illustrations of FIGS. 7 and 8. It can additionally on the trained as eyelet Section 26 another second electrical conductor to be welded.
  • FIGS. 9 to 11 A variant of a corresponding contact piece is shown in FIGS. 9 to 11 and provided with the reference numeral 28.
  • the carrier or the contact piece 28 differs from the carrier 16 in that the sections 34, 36 to be welded together with strands 30, 32 are not only spaced apart from one another by steps, but also have different widths.
  • the outer portion 36 is narrower than the middle portion 38, which in turn is narrower than the front or eyelet portion 40.
  • a contact piece 42 to be removed from FIGS. 12 to 14 as a first electrical conductor has so-called holding or crimping edges 44, 46 which, after the welding of second electrical conductors to the carrier 42, are bent over in the direction of the welded-on second electrical conductors by means of ultrasound to allow additional mechanical fixation. Furthermore, there is a possibility that a shrink tube is pushed over the weld to achieve an insulation that provides additional mechanical strength.
  • first electrical conductor such as a contact piece, support or terminal
  • second electrical conductors it is also possible for second electrical conductors to be welded on opposite sides of the first electrical conductor, wherein the second electrical conductor have been successively welded to the first electrical conductor according to the inventive teaching.
  • a contact piece 48 as the first electrical conductor on its opposite sides in each case with a second electrical conductor 50, 52nd is connected, which in turn may consist of two or more strands welded together.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von zumindest einer Schweißverbindung zwischen zumindest einem ersten elektrischen Leiter (16) und zumindest einem zweiten elektrischen Leiter (20, 24), wobei die Leiter in einen von relativ zueinander verstellbaren Begrenzungselementen umgebenen Verdichtungsraum eingebracht und in diesem in durch Ultraschallschwingung versetzbarer eines der Begrenzungselemente bildender Sonotrode einer Ultraschallschweißvorrichtung verschweißt werden. Damit im gewünschten Umfang ein erster Leiter (16) mit zweiten Leitern (20, 24) mittels Ultraschallschweißens verbunden werden kann, wobei der Gesamtguerschnitt der mit dem ersten elektrischen Leiter zu verbindenden zweiten elektrischen Leiter gegebenenfalls größer sein soll, als der üblicherweise mit der zum Einsatz gelangenden Ultraschallschweißvorrichtung, wird vorgeschlagen, dass der erste Leiter in dem Verdichtungsraum nacheinander mit zwei oder mehreren zweiten Leitern verschweißt wird.

Description

VERFAHREN ZUM HERSTELLEN EINER SCHWEISSVERBINDUNG ZWISCHEN ELEKTRISCHEN LEITERN MITTELS EINES ULTRASCHALLSCHWEISSVERFAHRENS
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellern von zumindest einer Schweißverbindung zwischen zumindest einem ersten elektrischen Leiter, wie eigensteifen flächigen Träger, und zumindest einem zweiten elektrischen Leiter, wie Litze, wobei die Leiter in einen von relativ zueinander verstellbaren Begrenzungselementen umgebenen Verdichtungsraum eingebracht und in diesem durch in Ultraschallschwingung versetzter eines der Begrenzungselemente bildender Sonotrode einer Ultraschallschweißvorrichtung verschweißt werden.
Um auf einen Träger Litzen mittels Ultraschall aufzuschweißen, ist nach der DE-C-34 37 749 vorgesehen, dass die einen Verdichtungsraum seitlich begrenzenden Backen entlang des Trägers verstellbar sind, wobei der lichte Abstand der Backen auf die Breite eines in den Verdichtungsraum eintauchenden Abschnitts einer Sternsonotrode ausgerichtet wird. Der Träger selbst ist auf einer Gegenelektrode - auch Amboss genannt - abgestützt.
Der DE-Z.: Die Bibliothek der Technik, Band 108: Ultraschall-Metallschweißen, Verlag Moderne Industrie, 86895 Landsberg, 1995, Seite 43, ist eine Verschweißung zwischen einem eine U-förmige Geometrie aufweisenden Kabelschuh und elektrischen Leitern zu entnehmen. Hierzu werden Ultraschallschweißvorrichtungen benutzt, bei denen in einen Verdichtungsraum die zu verschweißende Leiter eingebracht werden, der in bekannter Weise von Abschnitten einer Sonotrode und eines Ambosses sowie seitlich zu diesen verstellbaren Backen begrenzt wird. Aus der WO-A-95/10866 ist ein Verfahren bekannt zum Kompaktieren und anschließenden Verschweißen von elektrischen Leitern, insbesondere von Litzen, mittels Ultraschall in einem an den Leiter angepassten in Höhe von Breite verstellbaren Verdichtungsraum, wobei die zu verschweißenden Leiter zunächst kompaktiert und sodann verschweißt werden. Dabei ist der Verdichtungsraum unabhängig vom Querschnitt der zu verschweißenden Leiter auf ein vorgegebenes Höhen-Breiten- Verhältnis einstellbar.
Ebenfalls in Höhe und Breite verstellbare Verdichtungsräume von Ultraschallschweißvorrichtungen sind der EP-B-O 143 936 oder der DE-A-37 19 083 zu entnehmen.
Die Leistungen der jeweils zum Einsatz gelangenden Ultraschallschweißvorrichtungen sind auf die maximalen Querschnitte der zu verschweißenden Leiter ausgelegt. Sollen üblicherweise z. B. Steuerleitungen mit einem Anschlussstück - auch Terminal genannt - verbunden werden, so ist die zum Einsatz gelangende Ultraschallschweißvorrichtung leistungsmäßig auf den Querschnitt der zu verschweißenden Steuerleitungen ausgelegt. Soll zusätzlich eine Masseleitung angeschlossen werden, so wird diese mit dem Terminal in konventioneller Technik durch Schrauben oder Stecken verbunden. Nachteilig einer entsprechenden Verbindung ist es, dass Übergangs widerstände auftreten können, die die Signale auf den Steuerleitungen stören können.
Aber auch dann, wenn die Leistung der Ultraschallschweißvorrichtung ausreichen sollte, auf einem Anschlussstück z. B. eine Masseleitung oder eine Batterieleitung zusammen mit einer Steuerleitung zu verschweißen, ergeben sich Nachteile dahingehend, dass eine hinreichend gute Prozessüberwachung nicht möglich ist; denn die Toleranzen, die beim Verschweißen von Leitern großer Querschnitte zulässig sind, sind häufig größer als die Querschnitte der Steuerleitungen, so dass in Folge dessen Kombinationsfehler auftreten können, die im Rahmen der Prozessüberwachung nicht feststellbar sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass im gewünschten Umfang ein erster Leiter mit zweiten Leitern mittels Ultraschallschweißens verbunden werden kann, wobei der Ge- samtquerschnitt der mit dem ersten elektrischen Leiter zu verbindenden zweiten elektrischen Leiter gegebenenfalls größer sein soll als der üblicherweise mit der zum Einsatz gelangenden Ultraschallschweißvorrichtung Leiter verschweißt werden können. Auch soll die Möglichkeit bestehen, einen ersten Leiter mit zweiten Leitern großer und kleiner Querschnitte prozesssicher zu verbinden, so dass insbesondere unerwünschte Übergangswiderstände nicht auftreten.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe im Wesentlichen dadurch gelöst, dass der erste Leiter in dem Verdichtungsraum nacheinander mit zwei oder mehreren zweiten Leitern verschweißt wird.
Erfindungsgemäß wird die Möglichkeit eröffnet, einen ersten Leiter mit zweiten Leitern eines Gesamtquerschnitts zu verschweißen, der größer ist als üblicherweise mit der verwendeten Ultraschallschweißvorrichtung Leiterquerschnitte in einem Schweißvorgang verschweißt werden können. Ferner ist aufgrund der erfindungsgemäßen Lehre sichergestellt, dass mit einem ersten Leiter zweite Leiter großer und kleiner Querschnitte prozesssicher verschweißt werden können, da die zweiten Leiter großer Querschnitte nicht gleichzeitig mit den Leitern kleiner Querschnitte verschweißt werden, so dass eine gute Prozessüberwachung erfolgen kann. Durch diese Maßnahmen ist die Möglichkeit gegeben, im gewünschten Umfang zweite Leiter mit dem ersten Leiter zu verschweißen, ohne dass ein Wechsel der Ultraschallschweißvorrichtung erfolgen muss. Es können Ultraschallschweißvorrichtungen verwendet werden, die leistungsgemäß auf den jeweiligen mit dem ersten Leiter zu verbindenden einzelnen zweiten Leiter maximalen Querschnitts ausgelegt sind, wobei eine individuelle Prozessüberwachung unter Berücksichtigung der jeweiligen Leiterquerschnitte erfolgen kann.
Von Vorteil ist das Verfahren insbesondere dann, wenn zusätzlich zu bestehenden Verbindungen zwischen ersten und zweiten Leitern ein weiterer zweiter Leiter angeschlossen werden soll, ohne dass auf die herkömmlichen Verbindungsarten wie Schrauben oder Stecken zurückgegriffen werden muss. Somit ist eine sichere und gut leitende Verbindung gewährleistet, so dass unerwünschte Übergangswiderstände, die zu Störungen fuhren könnten, nicht auftreten. Es kann folglich ein problemloses Verbinden von Steu- erleitungen und Massekabel bzw. Batterie mit einem Anschlussstück erfolgen, wie dies bei der Verkabelung insbesondere in der Kraftfahrzeugtechnik erfolgt.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass bei den aufeinander folgenden Schweißvorgängen der erste Leiter relativ zu dem Verdichtungsraum verstellt wird. Vorzugsweise wird der erste Leiter zu dem Verdichtungsraum verstellt. Es besteht aber auch die Möglichkeit, die Ultraschallschweißvorrichtung, d. h. den Verdichtungsraum entlang des ersten Leiters zu verstellen, um sodann sukzessiv die zweiten Leiter mit dem ersten Leiter zu verschweißen.
Sofern der Verdichtungsraum querschnittsmäßig im erforderlichen Umfang einstellbar ist, besteht die Möglichkeit, dass zweite Leiter übereinander auf dem ersten Leiter verschweißt werden. Auch insoweit erfolgt ein sukzessives Verschweißen, indem zunächst ein zweiter Leiter mit dem ersten Leiter verschweißt und sodann ein weiterer zweiter Leiter auf den mit dem ersten Leiter verschweißten zweiten Leiter verschweißt wird und so fort. Aber auch ein gleichzeitiges Verschweißen mehrerer zweiter Leiter mit einem ersten Leiter ist möglich, wobei zumindest ein weiterer zweiter Leiter in einem gesonderten Schweißprozess mit dem ersten Leiter verschweißt wird.
Bevorzugterweise sind die zweiten Leiter mit dem ersten Leiter und/oder Gruppen von zweiten Leitern in zueinander beabstandeten Bereichen verschweißt. Dabei besteht die Möglichkeit, dass der erste Leiter aus über Stufen zueinander beabstandeten Abschnitten besteht, wobei auf den entlang der Längsrichtung des ersten Leiters verlaufenden Abschnitten die zweiten Leiter verschweißt werden.
Erfolgt das Verschweißen der zweiten Leiter auf dem ersten Leiter vorzugsweise in in dessen Längsrichtung zueinander beabstandeten Bereichen, so besteht auch die Möglichkeit, dass zwei zweite Leiter nebeneinander in einem quer zur Längsachse des ersten Leiters verlaufenden Bereich auf diesem verschweißt werden. Das Schweißen von zweiten Leitern auf dem ersten Leiter auf gegenüberliegenden Seiten von diesem ist gleichfalls möglich.
Als ein erster zweiter Leiter können ein Massekabel oder Batteriekabel und als ein zweiter zweiter Leiter eine Steuerleitung mit dem ersten Leiter verschweißt werden.
Folglich kann die Ultraschallschweißvorrichtung leistungsmäßig derart ausgelegt werden, dass die mit dem ersten Leiter zu verschweißenden zweiten Leiter in einem Schweißvorgang insgesamt unverschweißbar wären.
Durch das nacheinander Verschweißen von zweiten Leitern mit dem ersten Leiter ergibt sich des Weiteren der Vorteil, dass die jeweils in einem Schweißvorgang zu verschweißenden zweiten Leiter mit dem ersten Leiter prozesssicher verbunden werden; denn würden z. B. Masse- bzw. Batterieleitungen, die einen Querschnitt zwischen 6 bis 35 mm bzw. 16 bis 70 mm aufweisen können, gleichzeitig mit Steuerleitungen, die einen Querschnitt zwischen 0,22 und 6 mm aufweisen können, verschweißt, würden die bezüglich der Masse- bzw. Batterieleitungen berücksichtigenden Toleranzen ein fehlerhaftes Verschweißen mit den Steuerleitungen überdecken, so dass fehlerhafte Verschweißungen auftreten könnten, ohne dass diese feststellbar sind.
Des Weiteren sieht die Erfindung vor, dass bei Nutzung eines ersten Leiters mit von diesem ausgehenden Halteabschnitten wie Crimpfahnen während oder nach Verschweißen des letzten zweiten Leiters mit dem ersten Leiter die Halteabschnitte bei Ultraschallerregung der Sonotrode in Richtung der zweiten Leiter zum Fixieren dieser gebogen werden.
Es besteht auch die Möglichkeit, den Schweißbereich nach Abschluss des Schweißens mit einem Schrumpfschlauch als Isolation bzw. als Isolation und mechanische Stabilisierung zu umgeben. Erfindungsgemäß wird die Möglichkeit geschaffen, einen ersten Leiter mit mehreren zweiten Leitern zu verschweißen, ohne dass unerwünschte Übergangs widerstände auftreten, wobei der Gesamtquerschnitt der zweiten Leiter größer ist als üblicherweise mit der verwendeten Ultraschallschweißvorrichtung verschweißbar sind. Es sind problemlos große und kleine Querschnitte durch gestufte Schweißbereiche mit optimalen Schweißparametern zu verarbeiten.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen - für sich und/oder in Kombination -, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung von der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer Ultraschallschweißanordnung,
Fig. 2 einen Ausschnitt einer Ultraschallschweißvorrichtung mit zu verschweißenden ersten und zweiten Leitern,
Fig. 3 der mit dem zweiten Leiter verschweißte erste Leiter,
Fig. 4 einen Ausschnitt der Ultraschallschweißvorrichtung nach Fig. 2 vor dem
Verschweißen des ersten Leiters mit einem weiteren zweiten Leiter,
Fig. 5 der mit zwei zweiten Leitern verschweißte erste Leiter,
Fig. 6 eine perspektivische Darstellung des den Fig. 2 bis 4 zu entnehmenden ersten Leiters,
Fig. 7 eine Draufsicht des zweiten Leiters gemäß Fig. 6, Fig. 8 eine Seitenansicht des zweiten Leiters gemäß Fig. 6 und 7,
Fig. 9 eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform eines zweiten Leiters,
Fig. 10 der erste Leiter gemäß Fig. 9, der mit zwei zweiten Leitern verschweißt ist,
Fig. 11 die ersten und zweiten Leiter gemäß Fig. 10 in Seitenansicht,
Fig. 12 eine weitere Ausführungsform eines ersten Leiters,
Fig. 13 der erste Leiter gemäß Fig. 12 in Seitenansicht,
Fig. 14 der erste Leiter gemäß Fig. 12 und 13 in Draufsicht,
Fig. 15 eine weitere Ausführungsform eines ersten Leiters, der mit zwei zweiten
Leitern verschweißt ist, und
Fig. 16 der mit den zweiten Leitern verschweißte erste Leiter gemäß Fig. 15 in
Seitenansicht.
In Fig. 1 ist rein prinzipiell eine Anordnung dargestellt, mit der entsprechend nachfolgender Erläuterungen ein eigensteifer flächiger Träger als erster Leiter mit Litzen wie Kabeln oder Leitungen als elektrischer zweiter Leiter mittels Ultraschall verschweißt werden. Die Anordnung umfasst eine Ultraschallschweißvorrichtung oder — maschine 110, die in gewohnter Weise einen Konverter 112, gegebenenfalls einen Booster 114 sowie eine Sonotrode 116 umfasst. Der Sonotrode 116 bzw. einer Fläche dieser sind eine mehrteilige Gegenelektrode 118 - auch Amboss genannt - sowie ein Schieber 120 zugeordnet, wie dies der DE-C-37 19 083 oder der WO-A-95/10866 zu entnehmen ist, auf deren Offenbarung ausdrücklich verwiesen wird. Die Sonotrode 116 bzw. deren Fläche, die Gegenelektrode 1 18 sowie der Schieber 120 begrenzen einen im Querschnitt verstellbaren Verdichtungsraum, in den die zu verschweißenden ersten und zweiten Leiter eingebracht werden.
Der Konverter 112 ist über eine Leitung 122 mit einem Generator 124 verbunden, der seinerseits über eine Leitung 126 zu einem PC 128 führt, über den eine Steuerung der Schweißprozesse erfolgt und in die Schweißparameter bzw. Querschnitt bzw. Breite der ersten und zweiten elektrischen Leiter eingegeben bzw. von der entsprechend abgespeicherte Werte abgerufen werden können.
Erfindungsgemäß wird eine entsprechende Ultraschallschweißvorrichtung benutzt, deren Leistung auf einen Querschnitt von Leitern ausgelegt ist, der kleiner als der Gesamtquerschnitt der gemäß der erfindungsgemäßen Lehre auf den ersten Leiter zu verschweißenden zweiten Leiter ist. Hierzu werden nach der Erfindung mit einem ersten Leiter mehrere zweite Leiter nacheinander verschweißt. Dadurch, dass die zweiten Leiter nacheinander mit dem ersten Leiter verschweißt werden, jeder zweite Leiter jeweils für sich jedoch einen maximalen Querschnitt aufweist, der leistungsmäßig von der Ultraschall Schweißvorrichtung verschweißbar ist, ergibt sich eine Gesamtschweißverbindung, die eine sichere Verbindung zwischen den ersten und zweiten Leitern bei Minimierung des Übergangswiderstandes gewährleistet.
In Fig. 2 ist ein Ausschnitt der der Fig. 1 zu entnehmenden Ultraschallschweißvorrichtung zu entnehmen, wobei der Verdichtungsraum 10 von einem Abschnitt der Sonotro- de 116, der zweiteiligen Gegenelektrode 118 sowie dem Seitenschieber 120 umgeben wird. Dabei besteht der zweiteilige Amboss 118 aus einem entlang der Sonotrode 116 verschiebbaren Träger 12 und einem parallel zu der von der Sonotrode 1 16 gebildeten Begrenzungsfläche verschiebbaren Querhaupt 14.
In den geöffneten Verdichtungsraum 10 wird zunächst ein erster Leiter 16 mit einem äußeren Abschnitt 18 eingebracht. Der erste Leiter 16 wird nachstehend aus Gründen der Vereinfachung als Träger oder Kontaktstück bezeichnet. Auf den Abschnitt 18 des Trägers 16 wird sodann abisoliertes Ende einer Litze 20 als zweiter elektrischer Leiter gelegt. Sodann wird der Verdichtungsraum 10 geschlossen und der Amboss 118 in Richtung der Sonotrode 1 16 (Pfeil 22) verstellt, um den erforderlichen Druck auf die zu verschweißenden Teile, also den Träger 16 und die Litze 20 auszuüben. Gleichzeitig ist die Sonotrode 116 in Ultraschallschwingungen erregt, um den erforderlichen Schweißvorgang durchzuführen. Nach dem Schweißen wird der Verdichtungsraum 10 geöffnet und man erhält eine Verbindung zwischen dem Träger 16 und der Litze 20, und zwar in dem Abschnitt 18 des Trägers 16, wie der Fig. 3 zu entnehmen ist. Sodann wird der Träger 16 zu dem Verdichtungsraum 10 derart verstellt, dass sich der über eine Stufe von dem Abschnitt 18 beabstandete Abschnitt 22 in dem Verdichtungsraum 10 befindet. Der Abschnitt 22 verläuft dabei parallel zu dem äußeren Abschnitt 18. Nach Positionieren des Abschnitts 22 des Trägers 16 im Verdichtungsraum 10 wird im Ausführungsbeispiel eine Gruppe von Litzen 24 als zweiter elektrischer Leiter in den Verdichtungsraum auf den Abschnitt 22 gelegt, um in zuvor beschriebener Weise eine Schweißung durchzuführen. Als Ergebnis erhält man ein Schweißteil, das der Fig. 5 zu entnehmen ist. So ist der Träger 16 in seinen Abschnitten 18, 22 jeweils mit einem zweiten elektrischen Leiter bzw. einer Gruppe von zweiten elektrischen Leitern, und zwar mit der Litze 20 und der Litzengruppe 24 verschweißt. Dabei kann der Gesamtquerschnitt der zweiten elektrischen Leiter größer sein, als üblicherweise mit der Ultraschal Ischweißvorrichtung elektrische Leiter verschweißt werden können.
Ultraschallschweißvorrichtungen mit einer Leistung bis 3 kW ermöglichen z. B. das Verschweißen von Litzen mit einem Gesamtquerschnitt von 35 mm2. Aufgrund der erfindungsgemäßen Lehre können mit dem ersten Leiter zweite Leiter verschweißt werden, die insgesamt einen größeren Querschnitt aufweisen. Voraussetzung hierfür ist jedoch, dass in jedem Schweißvorgang mit dem ersten Leiter zweite Leiter mit einem maximalen Gesamtquerschnitt verschweißt werden, der gleich oder kleiner als 35 mm2 ist, sofern man die zuvor angegebenen Werte zugrunde legt.
Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist auch, dass mit dem ersten Leiter zweite Leiter unterschiedlicher Querschnitte nacheinander verschweißt werden, so dass für die jeweils zu verschweißenden Leiterquerschnitte eine optimale Prozessüberwachung erfolgen kann. Der Träger bzw. das Kontaktstück 16 ist noch einmal in Fig. 6 in perspektivischer Darstellung dargestellt. Man erkennt den als Öse ausgebildeten mit einem Anschluss zu verbindenden vorderen Abschnitt 26 sowie die zu diesem in parallel verlaufenden Ebenen sich erstreckenden Abschnitten 18, 22. Gleiches ergibt sich aus den Darstellungen der Fig. 7 und 8. Dabei kann zusätzlich auf dem als Öse ausgebildeten Abschnitt 26 ein weiterer zweiter elektrischer Leiter geschweißt werden.
In den Fig. 9 bis 11 ist eine Variante eines entsprechenden Kontaktstückes dargestellt und mit dem Bezugszeichen 28 versehen. Der Träger bzw. das Kontaktstück 28 unterscheidet sich von dem Träger 16 dahingehend, als dass die mit Litzen 30, 32 zu verschweißenden Abschnitte 34, 36 nicht nur über Stufen zueinander beabstandet sind, sondern auch unterschiedliche Breiten aufweisen. Im Ausführungsbeispiel ist der äußere Abschnitt 36 schmaler als der mittlere Abschnitt 38, der wiederum schmaler als der vordere oder Ösenabschnitt 40 ist.
Ein den Fig. 12 bis 14 zu entnehmendes Kontaktstück 42 als erster elektrischer Leiter weist endseitig sogenannte Halte- oder Crimpfahnen 44, 46 auf, die nach dem Verschweißen von zweiten elektrischen Leitern mit dem Träger 42 in Richtung der angeschweißten zweiten elektrischen Leiter mittels Ultraschall umgebogen werden, um eine zusätzliche mechanische Fixierung zu ermöglichen. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, dass über die Schweißstelle ein Schrumpfschlauch geschoben wird, um eine Isolation zu erreichen, die eine zusätzliche mechanische Festigkeit bietet.
Ist in den zuvor erläuterten Ausführungsbeispielen ein erster elektrischer Leiter wie Kontaktstück, Träger oder Terminal jeweils nur auf einer Seite mit mehreren elektrischen zweiten Leitern verbunden, so besteht auch die Möglichkeit, dass zweite elektrische Leiter auf gegenüberliegenden Seiten des ersten elektrischen Leiters angeschweißt werden, wobei die zweiten elektrischen Leiter nacheinander mit dem ersten elektrischen Leiter entsprechend der erfmdungsgemäßen Lehre verschweißt worden sind. So erkennt man aus den Fig. 15 und 16, dass ein Kontaktstück 48 als erster elektrischer Leiter auf seinen gegenüberliegenden Seiten jeweils mit einem zweiten elektrischen Leiter 50, 52 verbunden ist, die ihrerseits aus zwei oder mehreren untereinander verschweißten Litzen bestehen können.

Claims

Patentansprüche
Verfahren zum Herstellen einer Schweißverbindung zwischen elektrischen Leitern
Verfahren zum Herstellen von zumindest einer Schweißverbindung zwischen zumindest einem ersten elektrischen Leiter, wie eigensteifen flächigen Träger, und zumindest einem zweiten elektrischen Leiter, wie Litze, wobei die Leiter in einen von relativ zueinander verstellbaren Begrenzungselementen umgebenen Verdichtungsraum eingebracht und in diesem in durch Ultraschallschwingung versetzbarer eines der Begrenzungselemente bildender Sonotrode einer Ultraschallschweißvorrichtung verschweißt werden, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Leiter in dem Verdichtungsraum nacheinander mit zwei oder mehreren zweiten Leitern verschweißt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass bei den aufeinanderfolgenden Schweißvorgängen der erste Leiter relativ zu dem Verdichtungsraum verstellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Leiter zu dem Verdichtungsraum verstellt wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem ersten Leiter zweite Leiter gleicher und/oder ungleicher Querschnitte verschweißt werden. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zweite Leiter übereinander auf dem ersten Leiter verschweißt werden.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Leiter mit dem ersten Leiter in zueinander beabstande- ten Bereichen verschweißt werden.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Leiter auf Bereichen des ersten Leiters verschweißt werden, die in voneinander abweichenden Ebenen verlaufen.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Leiter in Bereichen des ersten Leiters verschweißt werden, die sich in zueinander beabstandeten und parallel zueinander verlaufenden Ebenen erstrecken.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als ein erster zweiter Leiter ein Massekabel oder ein Batteriekabel und als ein zweiter zweiter Leiter eine Steuerungsleitung mit dem ersten Leiter verschweißt werden.
10. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei zweite Leiter nebeneinander in einem quer zur Längsachse des ersten Leiters verlaufenden Bereich auf diesem verschweißt werden.
11. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem ersten Leiter nacheinander eine Gruppe von zweiten Leitern und ein zweiter Leiter oder eine Gruppe von zweiten Leitern verschweißt werden.
12. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei von dem ersten Leiter Halteabschnitte wie Crimpfahnen ausgehen, dadurch gekennzeichnet, dass während oder nach Verschweißen des letzten zweiten Leiters mit dem ersten Leiter die Halteabschnitte bei Ultraschallerregung der So- notrode in Richtung der zweiten Leiter zu deren Fixierung gebogen werden.
13. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallschweißvorrichtung leistungsgemäß derart ausgelegt ist, dass mit dem ersten Leiter zu verschweißende zweite Leiter in einem Schweißvorgang insgesamt unverschweißbar sind oder nicht prozesssicher verschweißbar sind.
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