专利名称：用于导电地连接线材的方法和设备的制作方法
用于导电地连接线材的方法和设备本发明涉及一种用于导电地连接设有绝缘物特别是绝缘漆的线材的线束的方法，其中借助超声作用将绝缘物至少部分地去除，其中必要时在施加超声作用之前用金属材料的套筒容纳该线束。本发明还涉及一种用于借助超声来材料配合地连接绝缘的线材特别是设有绝缘漆的线材的线束的设备，其中线束可设置在超声焊接装置的压实腔中，该压实腔在相对的侧面被输出超声振动的超声焊极(Sonotrode)和垫座限定,且在旁侧被必要时可移调的侧颚板限定。为了材料配合地连接材料，可以采用超声焊接。在此，把焊接所需的能量以机械振动的形式引到焊接件上。为此使得超声焊极沿其纵向进行超声振动。同时相对于配设给超声焊极的反电极一也称为垫座一进行相对移动，以便施加所需要的静焊接力。在反电极与超声焊极之间设置有待接合的材料。超声焊接有塑料-超声焊接与金属-超声焊接之分。就塑料焊接而言，在焊接区域中通过吸收机械振动、通过反射焊接区域中的振动、通过在接合面上的边界面摩擦，来进行加热。振动被竖直地引入，也就是说，超声焊极纵轴线垂直于由反电极形成的面伸展，接合双方就设置在该面上。塑料-超声焊接的常用频率介于20kHz与70kHz之间。与塑料焊接相反，就金属-超声焊接而言，机械振动平行于由垫座形成的面被引入。在此，在超声焊极与反电极之间作用的静力、振动剪切力和接合区内的温度上升相互间有复杂的关系。金属-超声焊接的常用频率介于20kHz与40kHz之间，其中工作频率通常处于20kHz的范围内。无论塑料-超声焊接还是金属-超声焊接，接合区都处于振动波腹内。DE-B-102 29 565公开了一种用于导电地连接漆包线材的方法。在此，漆包线材的待连接区域被导电的材料至少局部地包裹，以便随后在超声作用下使线材与所述材料力配合地连接，同时使绝缘漆破裂。为了不必在焊接之前将漆包线材去绝缘，根据DE-A-196 36 217，把漆包线材装在超声焊接装置的由超声焊极和垫座限定的容纳腔中，其中超声焊极和/或垫座具有型面(Profil)。根据JP-A-22075481，具有绝缘物的线材被由导电材料构成的套筒包围，然后在超声焊接装置中将其该套筒与线材连接。超声焊极具有横截面为W形的几何形状，且超声焊 极相对于垫座凸出。JP-A-4370669披露了一种用于使电绝缘导体与电缆接头套管连接的方法。为了去绝缘，对线材施加超声。同时压线片(Crimpfahne)弯曲，以便把线材固定在电缆接头套管中。为了使被绝缘物包围的电导体与接头连接，将这些电导体并排地布置，以便然后借助超声实现材料配合的连接(US-A-6，009，366)。为了使被绝缘物包围的线材与接头连接，US-A-4, 317，277规定了一种金属部件，这种部件具有穿透绝缘物的凸起且包围线材。本发明的目的一方面在于，对开头部分所述类型的方法和设备加以改进，使得能够在绝缘线材特别是设有绝缘漆的线材之间进行可靠的材料配合连接。同时相比于公知的方法应产生简化。在良好地导电连接情况下，应保证高的机械强度。本发明的目的另一方面在于，还使得本身在焊接时会导致问题的裸露的线材或绞合线在所希望的程度上连接。为了实现所述目的，本发明主要规定，要么在第一步骤中借助塑料-超声焊接至少部分地去除线材的绝缘物，且在第二步骤中借助金属-超声焊接或电阻焊接使线材材料配合地连接；要么用金属包套比如套筒来容纳线材的线束，且使得金属包套的纵轴线横向于传递超声振动的超声焊极的纵轴线布置，并借助超声焊接既部分地去除绝缘物，又使得线材相互间且与金属包套材料配合地连接。在此同时横向于金属包套比如套筒的纵轴线形成下凹比如槽形凹缺。如果优选在包套内材料配合地连接之前的方法步骤中进行去绝缘，则令人惊奇地也可以在包套内焊接期间至少部分地去除绝缘物。相应的设有绝缘漆的线材的直径通常至少为O. 3mm，其中优选的直径范围介于
O.4mm与I. 5mm之间，而不应由此限制本发明的教导。线材主要是实心铜线材或铝线材或·者铜合金线材或铝合金线材。混合材料即由互不相同的材料构成的线材也是可行的。在这里，为了实现足够的刚性，在线材的线束中也可以附加地含有至少一根钢丝，而不会缩短超声焊极的寿命；这是因为金属包套一比如成型的薄板件一防止超声焊极与线材之间的直接接触。特别是即使在焊接大横截面的铝线材时也会得到优点；这是因为套筒提供了防止粘连或熔合的保护。也可以毫无问题地焊接镀锌线材。由于有套筒，避免了线材的芯线脱皮。不同横截面的线材线束可以毫无问题地借助超声来焊接。否则在焊接不同横截面的线材时将会看到的蒸发由于有金属包套而不会出现。根据本发明，优选采用两级方法，采用这种方法首先使绝缘物即绝缘漆破裂并被挤掉，以便然后在第二方法步骤中使至少局部地去绝缘的线材材料配合地相互连接。这优选借助超声来进行，尽管也可以借助电阻焊接来焊接至少局部地去绝缘的线材。如果去绝缘和材料配合的连接并非分两个方法步骤进行，而是在唯一的方法步骤中进行，则本发明的一种替代方案规定，把线材的线束装入到套筒或相应的包套中，并使其相对于超声焊接装置的传递超声振动的超声焊极适当定向，使得套筒或包套的纵轴线横向于超声振动的纵向，即横向于超声焊极的纵轴线伸展。相关的布置已令人惊奇地表明，绝缘漆也在所需要的程度上破裂并被去除，以便然后可以实现材料配合的连接。同时套筒或包套进行成型，其利用在超声焊接时通过超声焊极施加的力横向于纵向经受下凹如凹缺，由此附加地增强套筒与去绝缘的线材之间的连接。套筒或包套一下面出于简单起见基本上称为套筒一的纵轴线在线材的方向上即在待焊接的线材线束的纵向上延伸。针对两级方法流程优选规定，线材在塑料-超声焊接之后被套筒包围，然后与套筒一起材料配合地连接。在这里，带有线材的套筒的纵轴线可以朝向超声振动的纵向，如果在金属-超声焊接期间施加超声。但并非强制需要把通过塑料-金属焊接压实成结节的线材装入到套筒中。
在使用套筒时还可以使其纵轴线横向于超声振动布置，从而在这种情况下产生凹缺，如前所述。若线材在塑料焊接期间被压实成第一方形形状，其在超声振动的纵向上具有高度H1，且横向于该纵向具有宽度BI，然后在金属-超声焊接期间把这些线材成型为第二方形形状，其具有高度H2和宽度B2，其中H2 < Hl且B2 > BI，则可以实现特别好的焊接结果。线材还可以在金属-超声焊接期间与承载体材料配合地连接。在这种情况下通常无需用套筒包围事先去绝缘的线材。为了在把线材引入到超声焊接装置的压实腔中时避免这些线材相互叉开致使无法实现毫无问题地放入，在本发明的改进中规定，线材至少在为了塑料-超声焊接而进行引导期间被固定辅助件容纳或者被它包围。这里可以使用固定套筒作为固定辅助件。也可
以使用仅在引导至压实腔时包围线材线束的工具。至少部分地去除绝缘物特别是使漆破裂可以在第一加工站中进行，而材料配合的连接在第二加工站中进行。然而在本发明的突出的设计中规定，塑料-超声焊接和金属-超声焊接在同一个加工站中进行，其中在塑料-超声焊接时，用于金属-超声焊接的超声焊极就是塑料-超声焊接时的垫座，而在金属-超声焊接时，用于塑料-超声焊接的超声焊极就是用于金属-超声焊接的垫座。在超声作用期间绝缘漆破裂时，绝缘漆部分地蒸发并烧焦。为了避免由此有损于金属-超声焊接期间的材料配合的连接，本发明规定，在塑料-超声焊接时在线材端部区域中对线材线束加载，其中线材被压实成方形，以便然后在塑料-超声焊接之后分离比如切掉压实的线束的自由端。由此附加地去除存在于线材之间的残余漆。本发明的特点还有一种用于借助超声作用导电地连接裸露绞合线或线材的线束的方法，其中在施加超声作用之前用金属包套比如金属材料的套筒来容纳线束，其特征在于，用金属包套来容纳线束，使得金属包套的纵轴线横向于传递超声振动的超声焊极的纵轴线布置，借助超声焊接对线材或绞合线相互间及与金属包套进行材料配合的连接，其中同时横向于金属包套纵轴线在该金属包套上形成下凹。针对相应的方法可以相应地申请前述特征。此外，一种用于借助超声材料配合地连接绝缘线材特别是设有绝缘漆的线材的线束的设备，其中该线束可设置在超声焊接装置的压实腔内，该压实腔在相对的侧面被产生超声振动的超声焊极和垫座限定，且在旁侧被必要时可移调的侧颚板限定，其特征在于，该设备具有第一和第二超声焊极，这些超声焊极的纵轴线相交成直角；该设备既适合于金属-超声焊接，又适合于塑料-超声焊接；在金属-超声焊接时，第二超声焊极不起振，而用于第一超声焊极的垫座及该第一超声焊极可起振，在塑料-超声焊接时，第一超声焊极不起振，而用于第二超声焊极的垫座及该第二超声焊极可起振。通过该设备可以应用前述说明的方法特征。本发明的其它细节、优点和特征不仅可由权利要求书、其给出的特征一单独地和/或组合地一得到，而且可由对附图
所给出的优选实施例的如下说明得到。其中图I为超声焊接设备的原理图2为塑料-超声焊接装置的局部视图；图3为金属-超声焊接装置的局部视图；图4为塑料-金属-超声焊接装置的局部视图；图5a、5b示出本发明的方法流程；和图5c示出图5a和5b的变型。在这些附图中，相同的部件基本上标有相同的附图标记，所示为本发明的用于材料配合地连接设有绝缘物的线材的方法的优选实施例或应用情况，其中线材10优选是漆包的线材。待焊接的线材事先汇总成线束。为了避免相互松散开，可以用套圈14或套筒形式的固定辅助件包围线束12，如附图中纯原理性地示出。绝缘线材10的直径可以介于0.3mm-1.5mm之间，这样就足够刚硬了，为了压实并 导电地连接所述线材的线束12，采用了塑料-超声焊接，并组合以金属-超声焊接，其中后者必要时可用电阻焊接来代替。图I中纯原理性地示出超声焊接设备，以便阐述主要部件。在此借助指定用于焊接金属的超声焊接装置111来阐述设备110。超声焊接设备110的主要部件有逆变器112和超声焊极114，在它们之间设置有用于幅度增强的放大器116。逆变器112、放大器116和超声焊极114形成支撑在放大器116中的所谓的超声振荡器117。超声焊极114，也就是其在图I中看不到的端头，配设有反电极115，振荡器117可相对于该反电极沉降，以便在焊接时对接合双方施加力。还设有侧向滑块，以便在所希望的程度上调节被超声焊极114、反电极或垫座115和侧向滑块包围的压实腔的高度和宽度。反电极115特别地为多组件式结构，此点例如在US-A-4，596，352中有所记载。逆变器112通过导线118与发生器120连接，该发生器本身通过导线122与计算机124连接。通过发生器120，给逆变器112即设置在该逆变器中的压电晶体盘施加高频电压，以便使得这些盘相应地扩展或收缩，由此产生具有一定幅度的超声振动，这种超声振动被放大器116增强，并传递到超声焊极114上。根据本发明，利用超声使得待汇总成线束12的线材10的绝缘漆破裂并被挤掉。在引入超声和力时，刚硬的线材10形成所需要的阻力，由此可以剥落漆。同时进行压实。这在塑料-超声焊接装置26中进行，图2纯原理性地示出了该塑料-超声焊接装置。如果线材10不够刚硬，则可以在线束中加入钢丝，由此可实现所希望的或所要求的刚性，以便能够在施加超声时去除或剥落绝缘物或漆。相应的钢丝并不导致超声焊极受到增大的磨损，只要线束一如下所述一在焊接之前被金属的与线束焊接的包套或套筒容纳。相应的装置26的主要组成部分是支撑在振荡波节中的超声焊极28。超声焊极28在该实施例中是λ/2振荡器，它具有带端面的超声焊极端头30，该端面平行于反电极34的支撑面32，线束12被放置到该支撑面上。超声焊极28在其纵轴线方向上被激起振动，从而由于设置超声焊极28及其由超声焊极端头30构成的焊接面，即垫座34的同样用作焊接面的支撑面32，把超声振动垂直地引入到线束12的线材10上，如果在垫座34的焊接面32上设置有相应的线束12。压实腔内部的线材10或线束12的纵轴线因而垂直于超声焊极28的纵轴线伸展。为了引入超声振动，超声焊极28相应地朝向未示出的线束12的方向沉降。一方面由超声焊极端头30的端面限定另一方面由垫座34的焊接面32限定的压实腔可以在旁侧被未详细示出的滑块封闭，以便能够调节宽度。相应的方法步骤也在图5a中示出，且用I标出。由此，被固定套筒14包围的线材10的线束12装入到与图2相应的超声焊接装置的相应的压实腔中。通过施加超声使得漆破裂并被挤掉，同时在压实或焊接室中压实线束12，从而依照压实腔的外围几何形状在线束12的压实的端部区域36上产生方形的几何形状。按照所述，在超声作用下同时使得线材10的绝缘漆破裂并被挤掉。还部分地发生蒸发。如果在端部区域中存在有太多的妨碍后续方法步骤的燃烧了的漆，就应分离外围形状为方形的端部区域36的自由端。在从压实腔去掉经受了塑料-超声焊接的线束12 (图5a中的步骤2)之后，在该实施例中把连接套筒或所谓的套圈式电缆接头套管38套到线束12的方形的端部区段36 上(方法步骤3)。然后把相关的单元放入到金属-超声焊接装置40的压实腔中，以便在套圈式电缆接头套管30或另一部件比如套筒或薄板与已至少部分地无绝缘漆的线材束12之间进行材料配合的连接。在此存在如下可行性，即沿超声焊极42的纵向(垂直于图面)或者一如图5b纯原理性地示出一横向于该纵向地亦即沿箭头5的方向把连接耳柄放入到金属-超声焊接装置40的压实腔中。在这种情况下，套圈式电缆接头套管38的纵轴线垂直于超声焊极的纵轴线延伸，其结果是，在施加力和超声传递的作用下，依照超声焊极的几何形状，在振荡波腹中形成凹缺44 (见图5b中的引线6)，超声焊极在所述振荡波谷中作用到套圈式电缆接头套管38上。由此附加地增强套圈式电缆接头套管38与线束12之间的形状配合和力配合。代替套圈式电缆接头套管38，也可以用带有适当几何外形的金属包套来容纳线束12。在图5的实施例中，使用λ -超声焊极作为超声焊极42，其一端支撑，且与前端44相距λ /2距离地作用到套圈式电缆接头套管38上。在进行金属-超声焊接时使得套圈式电缆接头套管38平行于超声焊极的纵轴线，由此沿套圈式电缆接头套管38的纵向进行成型，如图5b中右下方的视图纯原理性地示出。换句话说，在未详细示出的压实腔内，材料配合地与套圈式电缆接头套管38连接的且事先被部分地去绝缘的线材10，在图5b左下方的视图中在对准套圈式电缆接头套管38时横向于超声焊极纵轴线，而在右下方的视图中平行于超声焊极纵轴线。结合图4和5就绝缘线材相互间的及与套圈式电缆接头套管的材料配合连接已述的措施和方法步骤，相应地适用于裸露的绞合线或线材相互间的及与相应套圈式电缆接头套管38的或与一种其它的具有适当几何形状的金属包套的材料配合的连接，按照这种几何形状，在超声焊接之后在套圈式电缆接头套管38或包套中形成横向于其纵向伸展的凹缺，该凹缺相应于根据图5b的凹缺44。图3中所示为超声焊接装置46的局部视图，借此使得被局部去绝缘的线材10材料配合地相互连接。在该实施例中，线材10平行于超声焊极48的纵轴线。在这里，线材10经过去绝缘之后无需用套筒容纳。确切地说，线材10例如可以与位于超声焊接装置46的垫座50上的薄板焊接在一起。还可看到在旁侧限定压实腔的侧向滑块52、54。还存在如下可行性，即把线材10的起初被部分地去绝缘的线束12压实并焊接成结节，而不与另一金属部件进行连接。按照本发明的教导，线材10可以在第一工作站中一如图2所示一进行去绝缘，而在根据图3的第二工作站中相互间且与承载体或套筒进行进一步压实并材料配合地连接。图4的实施例给出另一替代方案，据此，无论线材10的至少部分地去绝缘，还是其材料配合地连接，都在唯一的工作站中进行。为此，该工作站具有根据图2和3的两个超声焊极28、48。在这里，超声焊极28、48的端头30、49相互对准，从而赋予它们双重功能，即其一为用于传递所需要的超声振动，另一个为执行垫座功能。如果要在根据图4的由超声焊极端头30、49限定的压实腔中对线材10进行去绝缘，则超声焊极48的超声焊极端头49用作垫座。于是超声焊极28输出超声振动，用于使漆或绝缘物破裂。因而进行塑料-焊接过程。如果在必要时把套筒套到线材10的线束12上之后随后进行材料配合的连接，则 超声焊极28的超声焊极端头30用作反电极或垫座，而超声焊极48被激起超声振动，且这种超声振动被传递到待接合的材料上。进行金属-焊接过程。如果起初对线材10进行去绝缘，然后与套筒比如套圈式电缆接头套管38或一种其它的例如由成型的薄板形成的包套进行焊接，则通常在套筒之外在数毫米的区段内对线材10去绝缘。该区域37被两个环形的限定物一其一为套筒38的开口 39，另一个为线材10的绝缘物的边缘43—限定。该区域37可以毫无问题地被用于线材10的绝缘的热缩软管45包裹(图5c)。就待焊接的线材10需要说明，其并非必须由相同的材料构成，也并非必须具有相同的横截面。确切地说，可以焊接混合材料。也可以焊接横截面不同的线材10。本发明的教导也适用于在包套中材料配合地连接且与包套材料配合地连接的裸露的线材或绞合线。因此，本发明的教导也包括焊接金属包套中的裸露的绞合线或线材，其中在焊接时，包套的纵轴线横向于超声焊极的纵轴线布置，以便横向于包套纵轴线在该包套上形成下凹。在这些实施例中借助带有绝缘漆的即具有硬绝缘物的线材阐述本发明的教导时，其也可以应用于设有软绝缘物的其它线材。
权利要求
1.一种用于导电地连接设有绝缘物特别是绝缘漆的线材的线束的方法，其中借助超声作用将绝缘物至少部分地去除，其中必要时在施加超声作用之前用金属包套比如金属材料的套筒来容纳该线束， 其特征在于， 用金属包套来容纳线材的线束，使得金属包套的纵轴线横向于传递超声振动的超声焊极的纵轴线布置，借助超声焊接对线材相互间及与金属包套进行材料配合的连接，其中同时横向于金属包套纵轴线在该金属包套上形成下凹，其中在先前的方法步骤中，借助塑料-超声焊接，要么在超声焊接被金属包套容纳的线束期间，要么在装入到金属包套中之前，至少进行部分地去除绝缘物；或者，要么在第一步骤中借助塑料-超声焊接至少部分地去除线材的绝缘物，且在第二步骤中借助金属-超声焊接或电阻焊接使线材材料配合地连接。
2.如权利要求I所述的方法，其特征在于，使设有绝缘漆的线材材料配合地连接，其中线材的直径D为D > O. 3mm,特别是O. 4mm ^ D ^ I. 5mm。
3.如权利要求I或2所述的方法，其特征在于，使线材在塑料-超声焊接之后被金属包套包围，然后与金属包套一起材料配合地连接。
4.如前述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，沿超声振动的纵向布置在金属-超声焊接时必要时被金属包套包围的线材。
5.如前述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，使带有线材的金属包套在超声焊接时横向于超声振动方向布置。
6.如前述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，在塑料-超声焊接期间在线材端部区域中对线束施加超声；在塑料-超声焊接期间将线束压实成方形形状；在塑料-超声焊接之后分离压实的线束的自由端。
7.如前述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，在塑料-超声焊接期间将线材压实成第一方形形状，该第一方形形状在超声振动的纵向上具有高度H1，且横向于该纵向具有宽度BI ;在金属-超声焊接期间将所述线材成型为第二方形形状，该第二方形形状具有高度H2和宽度B2，其中H2 < Hl且B2 > BI。
8.如前述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，用金属包套包围线材的线束，所述金属包套在塑料-超声焊接期间设置在超声焊接装置的超声焊极和垫座之间。
9.如前述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，使线材在金属-超声焊接时与承载体材料配合地连接。
10.如前述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，使线材至少在为了塑料-超声焊接而进行引导期间被固定辅助件容纳或者被固定辅助件包围。
11.如前述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，使用固定套筒或固定套圈作为固定辅助件。
12.如前述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，使塑料-超声焊接在第一加工站中进行，而金属-超声焊接在第二加工站中进行。
13.如前述权利要求中至少一项所述的方法，其中无论在塑料-超声焊接时还是在金属-超声焊接时都将线材的线束布置在垫座与发出超声的超声焊极之间，其特征在于，使塑料-超声焊接和金属-超声焊接在同一个加工站中进行，其中在塑料-超声焊接时，用于金属-超声焊接的超声焊极就是垫座，而在金属-超声焊接时，用于塑料-超声焊接的超声焊极就是垫座。
14.如前述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，用绝缘物比如热缩软管包裹在形成线束的线材的金属包套与绝缘物之间伸展的去绝缘的区域。
15.一种用于借助超声作用导电地连接裸露的绞合线或线材的线束的方法，其中在施加超声作用之前用金属包套比如金属材料的套筒来容纳该线束， 其特征在于， 使带有被局部地容纳的线束的包套的纵轴线横向于传递超声振动的超声焊极的纵轴线布置，借助超声焊接对线材或绞合线相互间及与金属包套进行材料配合的连接，其中同时横向于金属包套纵轴线在该金属包套上形成下凹。
16.一种用于借助超声材料配合地连接绝缘的线材(10)特别是设有绝缘漆的线材的线束(12)的设备，其中该线束可设置在超声焊接装置(26)的压实腔内，该压实腔在相对的侧面被产生超声振动的超声焊极(28、48)和垫座(34、50)限定，且在旁侧被必要时可移调的侧颚板(52、54)限定， 其特征在于， 该设备具有第一和第二超声焊极(28、48)，所述超声焊极的纵轴线相交成直角；该设备既适合于金属-超声焊接，又适合于塑料-超声焊接；在金属-超声焊接时，第二超声焊极(28)不起振，而用于第一超声焊极(48)的垫座及该第一超声焊极可起振，在塑料-超声焊接时，第一超声焊极不起振，而用于第二超声焊极的垫座及该第二超声焊极可起振。
全文摘要
本发明涉及用于导电地连接设有绝缘物的线材的线束的方法和设备，其中借助超声作用将绝缘物至少部分地去除。为了在良好地导电连接情况下保证高的机械强度，提出在第一步骤中借助塑料-超声焊接至少部分地去除线材的绝缘物，且在第二步骤中借助金属-超声焊接或电阻焊接使线材材料配合地连接。
文档编号H01R43/02GK102870292SQ201080059015
公开日2013年1月9日 申请日期2010年11月26日 优先权日2009年12月23日
发明者B·克勒斯皮斯, A·莫斯, D·施特罗, U·瓦根巴赫, P·瓦格纳, A·齐斯勒 申请人:申克索诺系统有限责任公司