CN109789509B - 用于超声波焊接装置的支撑***和支撑接触件的方法 - Google Patents

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Abstract

用于超声波焊接装置的支撑***和支撑接触件的方法。一种用于超声波焊接装置的固定***，该固定***在超声波焊接装置中固定接触件，该固定***包括两个夹紧单元，所述夹紧单元彼此间隔开设置并且以机械方式连接至超声波焊接装置，其中，各夹紧单元具有夹紧指，其中，各夹紧指具有端面并且这些端面彼此相对设置，其中，各夹紧指具有夹紧面，其中，所述夹紧面在安装状态下压在接触件的表面上，使得接触件压靠在超声波焊接装置的砧部上，其中，接触件具有细长平坦形状，并且沿着纵轴与线缆平行，所述接触件具有焊接区、夹紧区及接触建立区，其中，夹紧面在安装状态下压在接触件的夹紧区上，并且其中，夹紧区设置在接触件的焊接区与接触建立区之间。

Description

用于超声波焊接装置的支撑***和支撑接触件的方法
技术领域
本发明涉及一种用于超声波焊接装置的支撑(bracing)***。具体用于在超声波焊接装置中支撑接触件(contact element)。此外，本发明还涉及一种用于在该支撑***中支撑接触件的方法。
背景技术
铜的高成本和减少机动车辆重量以便由此还减少排放和燃料消耗的目的意味着机动车辆制造商越来越多地使用铝作为导体材料。而且，机动车辆的电气化在发动机舱中存在安装空间问题。将组件移出发动机舱(诸如将电池移入车辆内部、前排乘客座椅下方甚或移入后备箱空间中)是所得到的用于实现所需安装空间的措施。因此，线路通常可以长约5米，这导致材料消耗增加和成本增加。因此，替代材料的使用变得更加重要。
与铜相比，铝具有优点和缺点。一方面，铜是比铝更好的导体，因此在相同电流强度下可以制造得较小。一般来说，铝线的横截面(根据ISO标准横截面)比具有相同导电率的铜线的横截面大大约60％-70％。另一方面，在相同导体长度下，尽管尺寸较大，铝仍然比铜轻44％。
在横截面尺寸大于10mm2的情况下，超声波焊接工艺的发展正在逐步顶替并取代压接工艺(crimping process)。通过超声波焊接加工铝线时，可以实现必需的工艺可靠性和可加工性，这带来了新的可能性。即使在横截面较小的情况下，该方法也提供了压接的替代方案，并且在接触技术领域中越来越多地被采用。
在当前超声波焊接装备中用于在焊接期间保持接触件的支撑***可在二维空间中自由移动。这些执行工序中的两个任务。第一个任务是在砧部上支撑一端子，以使其在焊接工序期间不会在超声波的影响下移动。而且，支撑钳口(jaw)横向限制引入线的空间，因此用作横向止动部并同时确定最大焊接宽度。
关于资源的最佳利用，支撑***有一些缺点。在构造端子时考虑仅用于支撑的区域。这个支撑区增加了产品的尺寸。在以120mm2的线横截面焊接的情况下，突出的支撑宽度高达4mm。附加材料对于该组件的机械性能和电气性能都不是有利的。因此，焊接工序要求端子尺寸加大以用于支撑过程。这导致后续工序步骤和最终组装中的问题，也会导致最终客户端出现问题。
增加的宽度意味着还需要调整并因此还扩大配电箱。这违背了汽车工业的目的，即，始终进一步降低机动车辆的重量。此外，增加配电箱的尺寸是有问题的，因为机动车辆的电气化意味着可用的安装空间越来越少，因此必须有效地使用每毫米。
端子的单位成本高于1欧元。价格部分地归因于昂贵的材料。这里，端子上的附加支撑区也导致了更高的成本。
现有支撑***的缺点对最终产品有严重影响。因此，焊接到铝线上的接触部分比例如铜线上的压接电缆接线头宽得多。因此，配电箱也必须适应焊接端子的宽度，或者焊接的铝线必须按照端子的非常复杂的几何形状从配电箱引出。这不仅与安装空间的问题有关，而且与非常高的构造复杂性有关。
发明内容
本发明的目的可以被认为是提供一种新颖的支撑***，该支撑***可以在没有横向支撑区的情况下进行，以使端子可以变得较窄，由此准许在端子生产期间节省重量和成本。另一目的是继续使用现有配电箱。这使得可以节省新开发的成本以及配电箱调整的成本。
特别是，一种用于超声波焊接装置的支撑***，该支撑***用于在所述超声波焊接装置中支撑接触件，所述支撑***包括两个夹紧单元，所述夹紧单元彼此间隔开设置并且以机械方式连接至所述超声波焊接装置。各个夹紧单元具有夹紧指，并且各个夹紧指具有端面。所述端面彼此相对。各个夹紧指具有夹紧面，其中，在支撑状态下，所述夹紧面压在接触件的表面上。由此，所述接触件被压靠在所述超声波焊接装置的砧部上。所述接触件具有平坦细长形状，并且沿着纵轴具有焊接区、夹紧区及接触区。在支撑状态下，所述夹紧面压在所述接触件的所述夹紧区上。所述夹紧区设置在所述接触件的所述焊接区与所述接触区之间。
一种用于借助于支撑***在超声波焊接装置中支撑接触件的方法，该方法包括以下步骤：
a)将接触件放置到所述支撑***中，其中，所述接触件设置在所述夹紧单元之间。
b)定位所述接触件，使得所述夹紧区沿与所述纵轴横切的方向与所述夹紧指对准。
c)使所述夹紧单元朝着彼此移动。
d)移动所述夹紧单元，使得所述夹紧指的所述夹紧面压靠在所述夹紧区上，其中，所述夹紧区设置在所述接触区与所述焊接区之间。
这里提及的用于应用的标准化端子具有非常相似的构造。直接位于所述焊接面后面的所谓密封区被用于密封导电接触区域。锥形为所述端子上的热缩管提供了改进的保持。在密封之前或者焊接工序期间，可以使用所述面来支撑工件。由于所述焊接区不必具有用于夹紧所述接触件的任何面，因而可以整体用于接触各个导线。这使得可以对给定线横截面使用更窄的接触件。还可以针对给定接触件宽度，将更大线横截面附接至这个现在更宽的焊接区。
本发明的有利实施方式可以在所附权利要求、本描述以及附图中找到。
根据一个实施方式，在支撑状态下，所述接触件的所述焊接区在所述纵轴的方向上被所述夹紧指限制。这种构造的优点是，在电线就位时，简化了线端的定位。所述夹紧指用作线端的临时止动部。然而，在焊接期间，由于线端因温度变化而膨胀，因此必须从所述夹紧指稍微移动导线端部。
优选地，在支撑状态下，所述焊接区在所述接触件的表面上与所述纵轴横切地从第一边缘延伸至第二边缘，所述焊接区被所述夹紧单元的限制面限制。所述限制面限制所述焊接区。在根据本发明的支撑***中，可以使用整个焊接区进行焊接，因为不需要为了进行夹紧而提供所述焊接区的任何区域。
优选地，所述两个夹紧单元可以朝着彼此移动。所述夹紧单元的可移动构造便于在组装期间放置所述接触件。所述夹紧单元例如可以通过气动模块移动。
根据另一实施方式，在支撑状态下，所述夹紧指这样布置，即，夹紧指的端面彼此触及或彼此靠近，并且在非支撑状态下彼此间隔开。这种布置使得可以最大化所述夹紧区的所述接触面的尺寸和所述夹紧指的所述夹紧面的尺寸。大的接触面使得可以可靠地在低接触压力下保持所述接触件。
优选地，所述夹紧指在所述夹紧面上具有角锥体形滚花表面。在夹紧期间，角锥体形压入所述接触件的材料中并在焊接过程期间将所述接触件保持在适当位置。
根据另一实施方式，在夹紧期间作用于所述接触件(30)的接触压力小于15N/mm2。所述接触压力的量值必须被认为是关键的，因为过大的接触压力导致所述接触件在所述支撑区中材料变形。
附图说明
下面，参照附图，通过有利的实施方式对本发明进行纯粹的示例性描述。
在图中：
图1以立体图示出了根据现有技术的支撑***的一部分；
图2以立体图示出了支撑***的一部分，其中接触件处于支撑状态；
图3以立体图示出了在完成焊接过程之后支撑***的、具有接触件和焊上的电线的一部分。
图4a、图4b和图4c以平面图示出了接触件上的新旧夹紧区的比较。
图5以立体图示出了处于非支撑状态的支撑***的一部分。
图6以立体图示出了夹紧单元的面对接触件的夹紧区。
具体实施方式
图1以立体图示出了根据现有技术的处于支撑状态的支撑***的一部分。该图只示出了一个夹紧单元20，以便不遮住接触件30和焊入的单根线61。夹紧单元20的下表面压在接触件30的焊接区31的周边区域上，以便将接触件30的后表面压靠在超声波焊接装置1的砧部2上。由于未示出的第二夹紧单元21，因而可以看出，在焊接期间，焊接区31的整个宽度未被单独的线61覆盖。
图2以立体图示出了处于支撑状态的、保持接触件30的支撑***10。两个夹紧单元20、21关于接触件30的纵轴X对称设置。如图1所示，仅示出了一个夹紧单元20，以使接触件30更加可见。两个夹紧单元20、21靠拢，使得夹紧指22、23的端面24、25彼此接触或至少几乎接触。夹紧单元20、21还下降，使得夹紧面26、27位于接触件30的夹紧区32上并将后者压靠在砧部2上。焊接区31由两个夹紧指20、23和由夹紧单元20、21形成的两个限制面28、29包围。接触件30的第一边缘34邻接第一夹紧单元20的第一限制面28。另一方面，接触件30的第二边缘35邻接第二夹紧单元21的第二限制面29。在焊接过程期间，各个导线61被引入该空间(该空间的三个侧面封闭)中，并焊接至接触件30。这种构造允许各个导线61与整个焊接区31接触。在焊接区31的侧面不需要夹紧面。
图3示出了处于支撑状态的具有焊上的电线60的支撑***10的平面图。这里，为清楚起见，也未示出第二夹紧单元21。该图示出了接触件30被支撑在支撑***10中，使得接触件30的中心区域被夹紧指22、23固定。在焊接区31中示出了焊接好的导线60的单独导线61。在该变型例中，接触件30的接触区33是弯曲的并且延伸到附图的平面中。如果图3也包含第二夹紧单元21，那么可以清楚的是，限制面28、29和夹紧指22、23如何以U形方式包围焊接区31。
图4a、图4b和图4c示出了当前的接触件30，如在超声波焊接装置1中使用的。接触件30可以基本上分成三个区域。接触区33用于将接触件30连接至互补的接触件或螺纹连接(螺栓)。与此邻接的是以常规方式使用以密封接触件30的区域。在这里描述的支撑***10中，这个区域被至少部分地用作夹紧区32。焊接区31邻接密封区。在接触件30的一些实施方式中，与焊接区31邻接的是压接区，压接区用于附加地将焊上的电线60保持在接触件30上。
图4b和图4c以平面图示出了常规支撑***10(图4b)和新型支撑***10(图4c)的夹紧区32的比较。图4b示出了夹紧区32沿焊接区31的第一和第二边缘34、35延伸。为了不过度限制焊接区31，这些夹紧区32非常窄。为了仍然牢固地保持接触件30，这种情况需要高接触压力。在图4c中，夹紧区32在接触件30的密封区域中构造有大的表面积。较大的表面积使得可以减少每单位表面积所需的力。
图5是处于非支撑状态的支撑***的立体例示图。支撑***10的两个夹紧单元20、21皆从接触件30向外移动并且也移动离开夹紧位置。在该位置，接触件30可以放置在支撑***10中或从支撑***10中去除。
图6示出了夹紧单元20的立体图。该视图示出了夹紧指22的夹紧面26。在该实施方式中，夹紧面26设有角锥体形滚花。

Claims (8)

1.一种用于超声波焊接装置(1)的夹紧***(10)，所述夹紧***被配置为在所述超声波焊接装置中夹紧接触件(30)，所述接触件具有平坦细长形状和沿着纵轴(X)布置的焊接区(31)、夹紧区(32)及接触区(33)，所述夹紧***包括：
两个夹紧单元(20、21)，所述夹紧单元彼此间隔开设置并且以机械方式连接至所述超声波焊接装置，其中，各个夹紧单元具有夹紧指(22、23)，其中，各个夹紧指具有端面(24、25)，并且这些端面彼此相对，其中，各个夹紧指具有夹紧面(26、27)，其中，所述夹紧面在夹紧状态下压在接触件(30)的表面(50)上，由此将所述接触件(30)压靠在所述超声波焊接装置的砧部(2)上，其中，所述夹紧面在所述夹紧状态下压在所述接触件的所述夹紧区上，其中，所述夹紧区设置在所述接触件的所述焊接区与所述接触区之间，并且其中，所述夹紧区构成所述接触件的平坦的平面部分。
2.根据权利要求1所述的夹紧***(10)，其特征在于，在所述夹紧状态下，所述接触件(30)的所述焊接区(31)在所述纵轴(X)的方向上受到所述夹紧指(22、23)限制。
3.根据权利要求1或2所述的夹紧***(10)，其特征在于，在所述夹紧状态下，在所述接触件(30)的所述表面(50)上与所述纵轴(X)横切地从第一边缘(34)延伸至第二边缘(35)的所述焊接区(31)受到所述夹紧单元(20、21)的限制面(28、29)限制。
4.根据权利要求1或2所述的夹紧***(10)，其特征在于，所述两个夹紧单元(20、21)能够朝着彼此移动。
5.根据权利要求1或2所述的夹紧***(10)，其特征在于，所述夹紧指(22、23)被布置为所述夹紧指的端面(24、25)在所述夹紧状态下彼此触及或彼此靠近，并且在非夹紧状态下彼此间隔开。
6.根据权利要求1或2所述的夹紧***(10)，其特征在于，所述夹紧指(22、23)在所述夹紧面(26、27)上具有角锥体形滚花表面。
7.根据权利要求1或2所述的夹紧***(10)，其特征在于，在夹紧期间作用于所述接触件(30)的接触压力小于15N/mm2。
8.一种用于借助于根据权利要求1至7中任一项所述的夹紧***(10)在超声波焊接装置(1)中夹紧接触件(30)的方法，所述方法包括以下步骤：
a)将接触件(30)放置在所述夹紧***(10)中，其中，所述接触件设置在所述夹紧单元(20、21)之间；
b)将所述接触件(30)定位为使得所述夹紧区(32)沿与所述纵轴(X)横切的方向与所述夹紧指(22、23)对准；
c)使所述夹紧单元(20、21)朝着彼此移动；
d)移动所述夹紧单元，使得所述夹紧指(22、23)的所述夹紧面(26、27)压靠在所述夹紧区上，其中，所述夹紧区设置在所述接触区(33)与所述焊接区(31)之间。
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