CN111264006A - 用于将导线材料结合地对接到电接触件的方法和导线装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于将导线(2)材料结合地对接到电接触件(4)的方法。其中，将导线(2)的裸露端头引入到电接触件(4)的接收套(5)中。之后，在接收套(5)的开口的端面上旋转摩擦焊接工具(14)，以将导线端头材料结合地连接到接收套(5)。根据本发明，将粉末状金属填充材料(9)在旋转之前加入接收套(5)中，以使金属填充材料(9)至少部分地布置在导线端头和/或接收套(5)与摩擦焊接工具(14)之间。本发明还涉及一种借助金属填充材料(9)制成的导线装置(1)。

Description

用于将导线材料结合地对接到电接触件的方法和导线装置
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的将导线材料结合地对接到电接触件的方法。
背景技术
从DE 10 2013 101 876 B3已知一种根据权利要求1的前序部分的方法。其中，为了特别是将铝制绞制导体与电接触件材料结合地对接，使用摩擦焊接工艺。在使用绞制导体的情况下，将一束单股绞制导体通过入口引入到电接触件的接收套中。之后通过焊芯输入焊接过程的焊接能量，至少在单股的一部分与接收套的内壁之间建立材料结合的对接连接。
尽管使用这种方法可以达到良好的焊接效果，但实践已证明，例如若使用铝制导体，则氧化物层会残留在待焊接的材料上。这会损害焊接质量或者对接连接的长期性能。
发明内容
因此，本发明的任务是通过使用尽可能结构简单的装置，在将导线材料结合地对接到电接触件时，能够可靠地破坏其氧化物层。
该任务通过独立权利要求的主题来完成。在从属权利要求、说明书和附图中说明了本发明的有利改进。
根据本发明的用于将导线材料结合地对接到电接触件的方法，包括以下步骤：
将导线的裸露端头引入到电接触件的接收套中。如果导线具有绝缘套，则将其移除以露出导线的导体。接收套可以在其两个相对的端面上开口，以便可以从一个端面***导线。接收套和导线在下文将通常被称为对接伙伴。
在接收套开口的端面上或者必要的情况下部分地在接收套开口的端面内旋转摩擦焊接工具，以将导线端头材料结合地连接到接收套。该开口的端面可以是与***导线的端面相对的端面。摩擦焊接工具可以具有例如凸肩和从凸肩突出的销，特别是用于搅拌摩擦焊接。旋转引起对接伙伴和摩擦焊接工具之间的摩擦，并在对接伙伴的材料的熔点附近导致其塑化以便产生材料结合的连接。
将粉末状金属填充材料在旋转之前或必要时甚至在旋转时加入接收套中，以使金属填充材料至少部分地布置在导线端头和/或接收套与摩擦焊接工具之间。也就是说，除了原本的对接伙伴的材料之外，还引入了另一种金属材料。金属填充材料为粉末状，例如为颗粒状，其分布在导线端头。原则上也可以设想金属填充材料是与对接伙伴相同的材料。优选地，使用不同的材料。
因此，根据本发明的方法具有多种优点。使用该方法，与对接伙伴接触的金属填充材料可以在该处破坏现有的氧化物层，从而提高可焊接性或者焊接质量。可以例如通过金属填充材料的颗粒在对接伙伴上的摩擦来破坏氧化物层。此外，粉末状的金属填充材料由于其颗粒还可以增加摩擦焊接工具相对于对接伙伴的摩擦或者摩擦阻力，由此可以加速对接伙伴的塑化。此外，可以通过金属填充材料形成焊接表面，该焊接表面可特别地防止例如腐蚀等环境影响。
根据不同的待连接的对接伙伴，不同量的金属填充材料可以是有利的。因此，本发明的进一步改进提供了，在旋转摩擦焊接工具之前，通过可调节的定量配给装置将金属填充材料引入接收套。
为了更好地在导体和接收套之间分布金属填充材料特别是其颗粒，可以在引入金属填充材料后，通过超声波将其分布在所述接收套内。为此，可以利用超声波装置产生超声波振动，该超声波可以至少例如振动接收套，以便使颗粒运动到期望的位置。
如果选择具有增加其与摩擦焊接工具的摩擦的晶粒尺寸和/或晶粒形状的金属填充材料，则可以进一步加强氧化物层的破坏并且增加摩擦焊接工具与对接伙伴之间的摩擦。已证明以下晶粒尺寸是特别合适的：0.1至250μm，特别是30至45μm和75至250μm。晶粒形状可选：喷射状、球形(球形)、片状(叶形)和无定形。
为了使金属填充材料与对接伙伴相匹配，金属填充材料可以是不同晶粒尺寸和/或晶粒形状的混合物。混合物也可以根据混合方式是不均匀的。因此，可以将各个晶粒尺寸或者晶粒形状的几个部分混合在一起。
已证明如果从以下材料中选择或混合金属填充材料是特别有利的：黄铜、青铜、银或镍及其合金。
为了能够提供各种连接件，例如导线接线头、插头接触部或类似部件，该电接触件可以由接收套和用于与配对电连接部连接的连接件两部分构成。此外，电接触件的两个部分可以例如通过铆接、翻边、折叠或其他相似方式预连接。
为了在两件式的电接触件中，特别是更好地连接接收套与连接件，可以附加地引入一种焊料，用于将接收套材料结合地对接到连接件上。因此，除了机械连接之外，还可以实现材料结合的连接。焊料可以从外部供给。熔化该焊料所需的热能可以在摩擦焊接中轻易产生，因为无论如何这都会导致在焊接材料的区域中的热量输入，因此在该处不需要进一步的处理步骤。
在本发明的特别有利的改进中，焊料也可以已经集成在电接触件中。特别地，接收套和/或连接件可以具有焊料库，该焊料库以如下方式布置：由于摩擦焊接工具旋转，通过热量输入和/或由此产生的残余热量来释放用于对接接收套和连接件的焊料。因此，不必从外部供给焊料，而是已将其布置在为此提供的区域中。
为了实现特别良好的机械连接并且特别是为了实现电连接，可以在引入导线端头之前将接收套和连接件彼此压在一起。在这种情况下可以将一个部件***另一部件中，并且然后从横向或径向方向挤压外部件。
也可以设想，在旋转之前，额外地将优选粉末状的焊料加入接收套中，使得用于熔化的焊料布置在热输入区域中。因此，焊料也可以是例如金属填充材料的粉末形式，并且之后可以以类似的方式引入到接收套中。在该处，焊料主要用于改善导线与接收套的材料结合的对接，并且不受限于两件式的电接触件的变型。
由于摩擦焊接工具旋转，通过热量输入和/或由此产生的残余热量，使焊料熔化，如果电接触件在热输入区域中具有焊料库，则可以更好地形成导线与接收套之间的材料结合的连接。通过附加的焊料再次改善了使用金属填充材料的材料结合的连接。
如果导线具有由铝制导体，则可以特别有利地使用本发明。铝由于其蠕变特性和收缩性而难以机械地连接，因为这种连接会随着时间的流逝而松动。通过材料结合的连接可产生持久连接。
如果将导线设计为绞制导体并让金属填充材料分布在绞线之间，则可以更有利地使用本发明。特别地，可以在绞线之间引入粉末状的金属填充材料的颗粒并使其在该处由于摩擦焊接熔化。
根据本发明的方法特别是在材料组合的情况下具有优点，所述材料组合在电化序中相对于彼此具有不利的位置。
相应地，如果电接触件至少在接收套的区域中由铜材料制成，则本发明具有优点。
本发明还涉及一种导线装置，该导线装置具有至少一根导线和至少一个电接触件，其通过上述方法材料结合地对接。这种导线装置的制造成本低廉，并且具有出色的长期性能，特别是在组合不同材料时。
附图说明
在下文中使用参考附图来说明本发明的有利实施例。各图为：
图1以剖视图示出根据本发明的导线装置，其中，导线和电接触件之间具有材料结合的连接，
图2示出根据本发明的导线装置，其中，定量配给装置将粉末状金属填充材料引入到线路装置中，
图3示出根据本发明的导线装置的另一实施例，其中，电接触件被制成两部分并且具有可选的焊料库，
图4示出根据本发明的导线装置，其中，超声波装置分布粉末状金属填充材料，
图5示出一种导线装置，其中形成有用于旋转的摩擦焊接工具，以在导线和电接触件之间形成材料结合的连接。
附图仅是示意性的视图并仅用于说明本发明。相同或作用相同的元件被一致地标有相同的附图标记。
具体实施方式
图1示出了导线装置1的剖视图，该导线装置具有带有铝制的、构造为绞制导体的导体3的绝缘导线2以及带有接收套5和由铜材料制成的连接件6的独立的电接触件4。导线2或者其导体3被材料结合地对接到电接触件4上，从而在这些对接伙伴之间存在材料结合连接7。接收套5在端面上具有开口8，通过该开口可进入材料结合连接7进行例如光学质量检查。材料结合的连接7通过添加例如由黄铜制成的粉末状金属填充材料9(参见图2至图5)而形成。该导线装置1特别地适用于具有大约10至160mm2的较大直径的导线，特别有利地适用于具有35mm2以上的直径的导线。
图2和图3分别示出了导线装置1的不同实施例的剖视图。它们的不同之处特别是在于，在根据图2的实施例中，电接触件4一体成型，因此接收套5和连接件6形成为一件。这在图2中也用普通阴影线表示。相反，在根据图3的另一示例性实施例中，接触件4具有分别形成的接收套5和连接件6两部分，其由不同的阴影线表示。
此外，在根据图3的实施例中，还提供了第一焊料库10和第二焊料库11，其中例如也可以保留不同的焊料。其可以通过将热量输入到接收套5中而熔化，并且由此可以形成材料结合的钎焊连接。特别地，在根据图3中的实施例的电接触件4的两部分式设计中设置有第二焊料库11，这是因为在接收套5和连接件6之间可以形成材料结合的连接。该处以粉末状提供相应的焊料。各个焊料库10、11可以以在电接触件4的铜材料上部分地涂覆焊料的形式(以其中被引入有焊料的袋形件的形式)来形成，或者通过类似的措施来实现。
在下文中，将根据图2至图5来说明如何制作导线装置1。
因此，如图2或图3所示，首先将具有裸露导体3的导线2和电接触件4设置为互相独立的部分。通过去除绝缘而裸露的导体3被容纳在电接触件4的接收套5中并被其从外周包围。接收套5在端面侧具有开口8，由例如黄铜制成的粉末状金属填充材料9通过该开口8来提供，并且因此被引入到接收套5中。为此，此处使用大致示出的、可调节的定量配给装置12。金属填充材料9被选择为具有一定的晶粒尺寸、晶粒形状和数量的粉末，该粉末增加了在导体3和/或接收套5上的摩擦并且还可以分布在导体3的绞线之间。此外，由此可以在接收套5内进行体积补偿。
图4示出了超声波装置13，借助于该超声波装置，将金属填充材料9的各个颗粒或晶粒分布在接收套5内。至少可以看出，与图2或图3相比，图4中的金属填充材料9已经分布在更大的区域上。特别地，金属填充材料9已经分布导体3的横截面上并且也已经分布在导体3的绞线之间。
如图5所示，摩擦焊接工具14，例如由摩擦搅拌焊接而已知的摩擦焊接工具14，通过开口8到达位于该处的导体3的端面，如箭头所示。摩擦焊接工具14被设置成在与导体3接触并且必要时与接收套5接触的情况下相对于对接伙伴旋转运动。因此，金属填充材料9增加了摩擦焊接工具14与对接伙伴之间的摩擦。因此，对接伙伴中的至少一者被塑化，但也可能两个对接伙伴都被塑化，并因此在对接伙伴之间，即在导体3与接收套5之间形成材料结合的连接7。
在根据图3的另一实施例中，相应的焊料库10、11的焊料也由于对塑化来说必需的、到对接伙伴的热量输入而熔化。然后，第一焊料库10的焊料例如通过以焊接表面保持腐蚀保护的方式来支持材料结合的连接7。然后，第二焊料库11的焊料在接收套5和与之分离的连接件6之间形成另外的材料结合的连接(该处未示出)。
附图标记列表
1 导线装置
2 导线
3 导体
4 电接触件
5 接收套
6 连接件
7 材料结合的连接
8 端面开口
9 粉末状金属填充材料
10 第一焊料库
11 第二焊料库
12 定量配给装置
13 超声波装置
14 摩擦焊接工具

Claims (16)

1.一种将导线(2)材料结合地对接到电接触件(4)的方法，包括如下步骤：
将导线(2)的裸露端头引入到所述电接触件(4)的接收套(5)中，
在所述接收套(5)开口的端面上旋转摩擦焊接工具(14)，以将导线端头材料结合地连接到所述接收套(5)，
其特征在于，
将粉末状金属填充材料(9)在旋转之前加入所述接收套(5)中，以使所述金属填充材料(9)至少部分地布置在所述导线端头和/或所述接收套(5)与所述摩擦焊接工具(14)之间。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述摩擦焊接工具(14)旋转之前，将所述金属填充材料(9)通过可调节的定量配给装置(12)加入所述接收套(5)中。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，可以在引入金属填充材料(9)后，通过超声波将其分布在所述接收套(5)内。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述金属填充材料(9)被选择为具有增加与所述摩擦焊接工具(14)的摩擦的晶粒尺寸和/或晶粒形状。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述金属填充材料(9)是不同晶粒尺寸和/或晶粒形状的混合物。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述金属填充材料(9)选自或者混合有：黄铜、青铜、银或镍及其合金。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述电接触件(4)由具有所述接收套(5)和用于与配对电连接部连接的连接件(6)两部分组成。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，附加地引入一种焊料，以将所述接收套(5)与所述连接件(6)材料结合地对接。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述接收套(5)和/或所述连接件(6)具有焊料库，所述焊料库以如下方式布置，使得由于所述摩擦焊接工具(14)旋转，通过热量输入和/或由此产生的残余热量来释放用于对接接收套(5)和连接件(6)的焊料。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的方法，其特征在于，在引入所述导线端头之前，将所述接收套(5)和所述连接件(6)压在一起。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在旋转之前，额外地将优选粉末状的焊料加入所述接收套(5)中，使得用于熔化的所述焊料布置在热输入区域中。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述电接触件(4)在热输入区域中具有焊料库，由于摩擦焊接工具(14)旋转，通过热量输入和/或由此产生的残余热量使所述焊料熔化。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述导线(2)具有铝制的导体(3)。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述导线(2)被设计为绞制导体，并且所述金属填充材料(9)被分布在所述绞线之间。
15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述电接触件(4)至少在所述接收套(5)的区域中由铜材料制成。
16.一种具有至少一条导线(2)和电接触件(4)的导线装置(1)，其通过根据前述权利要求中的任一项所述的方法材料结合地对接。
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