-
Der Gegenstand betrifft ein Verfahren sowie ein Werkzeug zum Prägen von Bauteilen.
-
Das Prägen von Bauteilen, insbesondere von elektrischen Bauteilen, ist bekannt. So ist aus der deutschen Gebrauchsmusterschrift
DE 203 17 289 U1 eine Vorrichtung zum Druckprägen von Oberflächen bekannt. Bei dieser Vorrichtung wird mittels einer Sonotrode eine alphanummerische Prägung in der Form einer Folie auf ein Werkstück aufgeschmolzen.
-
Aus der
DE 10 2013 021278 B3 ist ein Verfahren zum Verbinden von elektrischen Leitungen mittels Ultraschall-Schweißen bekannt. Bei diesem Verfahren wird ein Leiter mit einem Kontaktelement verschweißt, wobei der Leiter mit einem Werkzeug im Bereich der Isolation fest eingespannt wird. Während dieses Einspannens des Leiters kann eine Prägung in die Außenfläche der Isolation eingebracht werden.
-
Es hat sich jedoch gezeigt, dass eine solche Prägung, insbesondere in kleinen Bauräumen, nicht immer sichtbar ist. Insbesondere ist nicht immer der Teil der Isolation zu sehen, in den die Prägung eingebracht wurde. Daher wäre es von Vorteil, wenn eine Prägung in den unmittelbaren Bereich der Verbindungsstelle eingebracht werden könnte.
-
Wenn dies jedoch in einem separaten Schritt erfolgt, so ist dies aufwändig und führt zu einer Verringerung der Taktzeiten sowie zu einem höheren Maschineneinsatz.
-
Aus diesem Grunde lag dem Gegenstand die Aufgabe zugrunde, Bauteile in einer besonders einfachen Weise derart zu prägen, dass die Prägung stets sichtbar ist.
-
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung nach Anspruch 11 gelöst.
-
Die Erfinder haben erkannt, dass trotz des Einbringens einer Prägung während des stoffschlüssigen Verbindens die Verbindung zwischen den Verbindungspartnern nicht geschwächt wird. Vielmehr können alle Prozessparameter, insbesondere Schweißparameter unverändert bleiben. Lediglich die Oberfläche des Verbindungswerkzeugs führt eine zusätzliche, alphanummerische Prägung der Verbindung zu. Dabei wird die Verbindungsenergie, insbesondere die Schweißenergie in die Fügestelle zwischen den beiden Verbindungsteilen, also Verbindungselement und Kontaktelement, eingeprägt. Gleichzeitig wird die der Fügestelle abgewandte Oberfläche des Anschlussbereiches des Verbindungselements alphanummerisch geprägt.
-
Dadurch, dass die Prägung unmittelbar im Anschlussbereich ist, ist diese bei der Verwendung der miteinander verbundenen Teile immer sichtbar. Darüber hinaus ist kein zusätzlicher Prozessschritt notwendig, um die alphanummerische Prägung herzustellen. Vielmehr wird diese unmittelbar während des Fügens eingebracht.
-
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass das Verbindungswerkzeugs zumindest aus zwei Teilen gebildet ist. Die Teile können dabei insbesondere ein Anpressstempel und ein Gegenlager sein. Während des Fügens wird das Verbindungselement auf das Kontaktelement aufgelegt, die beiden Teile auf das Gegenlager aufgelegt und anschließend wird der Anpressstempel auf der dem Gegenlager gegenüberliegenden Seite auf die zu verbindenden Teile gedrückt. Hierbei erfolgt das Einbringen der Verbindungsenergie, insbesondere der Schweißenergie, zwischen die zu verbindenden Teile und gleichzeitig wird die Prägung auf die Oberfläche des Anschlussbereiches aufgebracht. Mittels des Anpressstempels wird die Schweißenergie in die Verbindung eingetragen. Die den zu verbindenden Teilen zugewandte Oberfläche des Anpressstempels ist so geformt, dass mit dieser die Prägung in der Oberfläche des Anschlussbereichs eingebracht werden kann. Somit bringt der Anpressstempel nicht nur die Verbindungsenergie auf, sondern gleichzeitig die Energie zum Prägen der Oberfläche des Anschlussbereichs.
-
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Kontaktelement ein elektrischer Leiter. Das Kontaktelement ist dabei insbesondere ein Flachstück. Das Kontaktelement kann bevorzugt ein Flachleiter sein. Das Kontaktelement ist insbesondere ein elektrischer Leiter aus Vollmaterial oder ein elektrischer Leiter aus einer Litze. Das Kontaktelement ist insbesondere aus Aluminium oder einer Legierung hiervon gebildet. Auch kann das Kontaktelement ein bimetallisches Material sein, wobei im Bereich der Verbindung ein erstes Metall oder eine erste Metalllegierung vorgesehen sein kann und in einem von dem Verbindungsbereich entfernten Bereich ein zweites Metall oder Metalllegierung vorgesehen sein kann. Insbesondere eignet sich eine Kombination von Kupfer bzw. einer Kupferlegierung und Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung. Das Kontaktelement weist dabei insbesondere in dem Bereich, in dem das Verbindungselement aufgelegt wird, entweder eine Kupferoberfläche oder eine Aluminiumoberfläche auf und der Rest ist aus dem jeweils anderen Material gebildet.
-
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass das Verbindungselement ein elektrischer Leiter ist. Insbesondere ist das Verbindungselement ein mit einer Isolation beschichteter Leiter. Das Verbindungselement ist im Anschlussbereich von der Isolation befreit. Somit kann der metallische Bereich des Leiters im Anschlussbereich freigelegt und auf das Kontaktelement aufgelegt werden.
-
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass das Verbindungselement ein Flachleiter, insbesondere ein flacher Gewebeleiter ist.
-
Das Verbindungselement ist bevorzugt aus Kupfer oder eine Kupferlegierung bzw. Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildet. Insbesondere ist das Verbindungselement aus einem gleichen oder ähnlichen Metall gebildet, wie die Oberfläche des Kontaktelements im Bereich der Verbindung. Somit ist im Bereich der Verbindung bevorzugt ein im Wesentlichen sortenreiner Übergang ermöglicht.
-
Insbesondere ist das Verbindungselement aus Kupfer bzw. einer Kupferlegierung und das Kontaktelement aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Insbesondere hat das Verbindungselement ein höheres Elastizitätsmodul als das Kontaktelement. In diesem Fall wäre ein nachträgliches Prägen der Verbindung problematisch, da dann insbesondere das Kontaktelement, welches ein geringeres Elastizitätsmodul hat, ggf. auch plastisch verformt würde. Wird das Prägen während der Verbindung, insbesondere unter Verwendung von Teilen der Verbindungsenergie in das Verbindungselement eingebracht, so kann auch das Verbindungsteil plastisch verformt werden, welches das höhere Elastizitätsmodul hat, hier das Kupfer bzw. die Kupferlegierung.
-
Sowohl das Kontaktelement als auch das Verbindungselement haben eine Längserstreckung entlang einer Längsachse. Die Verbindung zwischen dem Kontaktelement und dem Verbindungselement wird insbesondere so hergestellt, dass die Längsachsen zueinander parallel sind. Auch ist es möglich, dass die Längsachse des Verbindungselements winklig, insbesondere senkrecht zur Längsachse des Kontaktelements steht. Dies ist insbesondere von Relevanz hinsichtlich der Prägung als auch der Lesbarkeit der Prägung. Die Prägung wird insbesondere so aufgebracht, dass die Achse der Schrift der Prägung senkrecht zur Längsachse des Verbindungselements verläuft.
-
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass der Anschlussbereich und das Kontaktelement mittels Ultraschallschweißen oder Widerstandsschweißen verschweißt werden. In diesem Fall ist der Anpressstempel insbesondere als Sonotrode gebildet und das Gegenlager als Amboss.
-
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass die Prägung eine Prägetiefe von weniger als 5% der Materialstärke des Verbindungselementes aufweist. Bevorzugt weist die Prägung eine Prägetiefe von weniger als 8%, besonders bevorzugt weniger als 5% der Materialstärke des Verbindungselementes auf. Dies hat den Vorteil, dass die Prägung die Festigkeit der Schweißverbindung nicht beeinträchtigt. Die Schweißparameter können unverändert bleiben. Die Prägung führt nicht dazu, dass die in die Schweißverbindung eingetragene mechanische Belastung durch die Prägung nachteilig ist, wenn diese nur eine geringe Prägetiefe aufweist.
-
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass der Anschlussbereich ein Endbereich des Verbindungselements bildet oder dass der Anschlussbereich zwischen zwei Endbereichen des Verbindungselementes mit einem Abstand zu den beiden Endbereichen angeordnet ist. Im letzteren Fall ist insbesondere der Anschlussbereich frei von der Isolation und zwischen dem Anschlussbereich und dem Endbereich ist jeweils ein Isolationsbereich vorhanden, welcher den Leiter isoliert.
-
Wie bereits erläutert, ist die Ausrichtung der Prägung relevant für deren Lesbarkeit. Aus diesem Grunde wird vorgeschlagen, dass vor der stoffschlüssigen Verbindung das Verbindungswerkzeugs zu dem Verbindungselement abhängig von einer Schriftrichtung der Prägung ausgerichtet wird. Hierdurch wird sichergestellt, dass die Prägung richtig lesbar ist.
-
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass in eine auf die Verbindung während des Verbindens aufgelegte Oberfläche des Verbindungswerkzeugs eine Reliefstruktur mit der alphanummerischen Prägung eingebracht wird. Hierbei kann die Prägung entweder als Vorsprung oder als Rücksprung in der Oberfläche vorgesehen sein. Ist die Prägung als Rücksprung vorgesehen, so wird die Verbindung zwischen den Verbindungsteilen weniger beansprucht, als für den Fall, dass die Prägung als Vorsprung gebildet ist.
-
Ein weiterer Aspekt ist ein Verbindungswerkzeugs mit einem Anpressstempel und einem Gegenlager. Durch den Anpressstempel wird die Verbindungsenergie in die Verbindung eingebracht. Auf der Oberfläche des Anpressstempels, welche gegen die Werkstücke gedrückt wird, ist ein alphanummerisches Relief geprägt. Durch dieses Relief wird bewirkt, dass der Anpressstempel im Moment des Verbindens der Werkstücke eine alphanummerische Prägung auf eine Oberfläche eines Werkstücks aufbringt. Die Werkstücke sind dabei insbesondere Kontaktelemente und Verbindungselemente.
-
Nachfolgend wird der Gegenstand anhand einer Ausführungsbeispiele zeigenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
- 1a-d Ansichten eines Verbindungswerkzeugs;
- 2 zwei Werkstücke die miteinander verbunden werden sollen;
- 3a, b miteinander verbundene Werkstücke.
-
1a zeigt eine schematische Ansicht eines Verbindungswerkzeugs 2. Das Verbindungswerkzeug 2 weist zumindest zwei Teile auf, nämlich einen Anpressstempel 4 sowie ein Gegenlager 6. Der Anpressstempel 4 und das Gegenlager 6 können Elektroden einer Widerstandsschweißvorrichtung sein. Auch ist es möglich, dass der Anpressstempel 4 als Sonotrode und das Gegenlager 6 als Amboss gebildet ist. Zu erkennen ist, dass die Oberfläche 4a des Anpressstempels 4 mit einer alphanummerischen Prägung 8 versehen ist.
-
Während des Verbindens zweier Werkstücke wird der Anpressstempel 4 in Anpressrichtung 10 auf das Gegenlager 6 zubewegt und die zwischen dem Anpresstempel 4 und dem Gegenlager 6 angeordneten Werkstücke werden stoffschlüssig miteinander gefügt. Gleichzeitig erfolgt ein Einprägen der Prägung 8 auf die der Oberfläche 4 zugewandte Oberfläche der Werkstücke.
-
1b zeigt die Oberfläche 4a mit der Prägung 8. Die Prägung 8 hat eine Ausrichtung 12 entlang einer Achse.
-
Die Prägung 8 kann als Reliefstruktur in der Oberfläche 4a entweder als Vorsprung oder als Rücksprung gebildet sein. Dies ist in der Schnittansicht Ic zu erkennen.
-
1c zeigt die Schnittansicht Ic des Anpressstempels 4. Zu erkennen ist, dass auf der Oberfläche 4a die Prägung 8 als Vorsprung gebildet ist.
-
Im Gegensatz dazu ist die Prägung 8 in der Oberfläche 4a gemäß der 1d als Rücksprung gebildet.
-
Zum Verbinden zweier Werkstücke werden diese, wie in der 2 dargestellt, aufeinander aufgelegt. Ein erstes Werkstück kann ein Kontaktelement 14 sein. Ein zweites Werkstück kann ein Verbindungselement 16 sein.
-
Das Kontaktelement 14 ist dabei bevorzugt ein Flachleiter, insbesondere ein Aluminiumflachleiter. Auch kann das Kontaktelement 14 als Kabelschuh, Anschlusslasche oder dergleichen gebildet sein. Das Kontaktelement 14 ist insbesondere ein Flachteil aus einem Vollmaterial.
-
Das Kontaktelement 14 ist dabei bevorzugt ein Bimetall Bauteil. Insbesondere kann das Kontaktelement 14 einen Bereich 14a aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung und einen Kontaktbereich 14b aus Kupfer oder einer Kupferlegierung aufweisen. Insbesondere ist der Kontaktbereich 14b auf den Bereich 14a walzplattiert aufgebracht. Dabei ist der Kontaktbereich 14b im Bereich einer Längs- oder Querkante des Kontaktelements 14 angeordnet. Die Materialien der Bereiche 14a, 14b können auch entsprechend vertauscht sein.
-
Das Verbindungselement 16 weist einen Leiter 16a und eine Isolation 16b auf.
-
Der Leiter 16a kann als Vollmaterial, als Litzenleiter oder als Gewebeleiter gebildet sein. Das Material des Leiters 16a entspricht dem Material des Kontaktbereichs 14b. Somit kann der Leiter 16a entweder aus Kupfer bzw. einer Kupferlegierung oder Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung gebildet sein. Der Isolator 16b kann insbesondere PVC oder Silikon sein.
-
Das Verbindungselement 16 wird in einem Anschlussbereich 16c von dem Isolator 16b befreit, so dass der Leiter 16a frei liegt Anschließend wird der Anschlussbereich 16c auf den Kontaktbereich 14b des Kontaktelements 14 aufgelegt und die so zueinander positionierten Werkstücke 14, 16 werden zwischen Anpressstempel 4 und Gegenlager 6 positioniert, insbesondere auf das Gegenlager 6 aufgelegt.
-
Im anschließenden Verbindungsprozess wird mittels des Anpressstempels 4 eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Anschlussbereich 16c und dem Kontaktbereich 14b hergestellt. Gleichzeitig erfolgt ein Einprägen einer alphanummerischen Prägung auf die Oberfläche des Leiters 16. Dies ist in den 3a und b dargestellt.
-
3a zeigt die Verbindung zwischen einem Kontaktelement 14 und einem Anschlusselement 16 von oben. Zu erkennen ist, dass im Anschlussbereich 16c auf der Oberfläche des Verbindungselementes 16, insbesondere auf der Oberfläche des Leiters 16a die Prägung aufgebracht ist. Hierbei verläuft die Ausrichtung 12 der Prägung 8 senkrecht zu einer Längsachse 14c des Kontaktelements 14.
-
3b zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem eine Längsachse 16d des Verbindungselements 16 senkrecht zur Längsachse 14c des Kontaktelements 14 verläuft. Im Anschlussbereich 16c ist das Verbindungselement 16 mit seinem Leiter 16a auf das Kontaktelement 14 aufgeschweißt. Die Prägung 8 ist mit ihrer Ausrichtung 12 parallel zu Längsachse 14c des Kontaktelements 14.
-
Anpressstempel 4 und die Werkstücke 14, 16 werden vor dem Schweißen so positioniert dass die Ausrichtung 12 der Prägung 8 stets in der gewünschten Richtung liegt.
-
Bezugszeichenliste
-
- 2
- Verbindungswerkzeug
- 4
- Anpressstempel
- 4a
- Oberfläche
- 6
- Gegenlager
- 8
- Prägung
- 10
- Bewegungsrichtung
- 12
- Ausrichtung
- 14
- Kontaktelement
- 14a
- Bereich
- 14b
- Kontaktbereich
- 14c
- Längsachse
- 16
- Verbindungselement
- 16a
- Leiter
- 16b
- Isolation
- 16c
- Anschlussbereich
- 16d
- Längsachse
