DE202023107205U1 - Werkzeug für das Rührreibpunktschweißen - Google Patents

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Abstract

Werkzeug für das Rührreibpunktschweißen, wobei das Werkzeug eine Spindel mit einer Werkzeugspitze mit einem sich zu dem freien Ende der Werkzeugspitze hin verjüngenden Abschnitt aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der sich verjüngende Abschnitt mindestens einen Absatz aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Werkzeug für das Werkzeug für das Werkzeug für das Rührreibpunktschweißen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein derartiges Werkzeug ist aus der EP 2 962 369 B1 bekannt.
  • Derartige Werkzeuge werden insbesondere für das stoffschlüssige Fügen von Kabelenden mit einem Anschlusselement, beispielsweise einem Kabelschuh oder dergleichen, verwendet. Das Kabel ist insbesondere als Litze ausgeführt mit einem isolierten Bündelende aus Einzeladern, die mit dem Anschlusselement stoffschlüssig und elektrisch leitend zu fügen sind. Eine Isolation der Litze am Kabelende kann in Form eines elektrisch nicht leitfähigen Lackes ausgebildet sein. Die Isolation soll vorzugsweise im Zuge des Einbringens der Schweißenergie verdampfen, sodass ein gesondertes Entfernen des Lacks am Bündelende der Einzeladern vor dem Fügen nicht erforderlich ist.
  • Die bekannten Werkzeuge haben den Nachteil, dass sie je nach Material- bzw. Werkstückpaarung einen nur unzureichenden Eintrag der Schweißenergie in das Bündelende bzw. das damit zu verbindende Anschlusselement aufweisen. Dies kann zu einer nur unvollständigen Verdampfung des Isolierlacks und/oder zu einer nur unzureichenden stoffschlüssigen Verbindung zwischen den Fügepartnern führen.
  • Es sei die Aufgabe der Erfindung, das aus dem Stand der Technik bekannte Werkzeug der weit derart weiterzuentwickeln, dass es einen hohen Schweißenergieeintrag beim Rührreibpunktschweißen aufweist.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Werkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche
  • Zur Lösung der Aufgabe wird vorgeschlagen, dass der sich verjüngende Abschnitt der Werkzeugspitze mindestens einen Absatz aufweist. Mithilfe des Absatz kann eine gestufte Werkzeuggeometrie bereitgestellt werden. Diese stellt eine im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten Werkzeugen eine beim Rührreibpunktschweißen größere wirksame Oberfläche zur Verfügung, wodurch mehr Reibung zwischen Werkzeugoberfläche und den Fügepartnern bereitgestellt wird.
  • Infolgedessen wird mehr Wärme bzw. Schweißenergie in die Fügepartner eingetragen. Durch die sich verjüngende Geometrie kann eine tiefere Wärmeeinbringung in das Kabelende bzw. die Litze und in das Anschlusselement, beispielsweise einen Kabelschuh, eingebracht werden. Insbesondere erlaubt es die gestufte Geometrie, dass die Werkzeugspitze im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten Werkzeugspitzen eine größere Höhe, insbesondere im Verhältnis zur größten Breite der Werkzeugspitze am Spitzenfuß, aufweisen kann. Dies ist deshalb der Fall, da die gestufte Geometrie dem Herausdrängen von aufgeschmolzenem Material der Fügepartner entgegenwirkt. Die Stufenform hat mithin eine Stempelwirkung und verhindert das Austreiben bzw. Abschneiden von Litzen und Kabelschuhmaterial.
  • Die gestufte Werkzeugform ist insbesondere vorteilhaft bei der Verarbeitung von Hochfrequenzlitzen und lackisolierten Litzen. Durch den höheren und tieferen Wärmeeintrag verdampft/verbrennt der Lack deutlich großflächiger (mehr Lack wird verdrängt bzw. aufgeschmolzen) und die Lackrückstände auf der Schweißoberfläche sind je nach Anwendung gegenüber einem nicht gestuften Werkzeug deutlich geringer bzw. nahezu komplett frei von Rückständen. Oftmals kann unter Anwendung des Stufenwerkzeuges eine dicht kompaktierte und nahezu geschlossene Oberfläche erreicht werden.
  • Eine nicht gefaste sondern kantige (rechtwinklige) Werkzeugaußenkante im Bereich der mindestens einen Werkzeugstufe, insbesondere auch am Übergang zwischen einem Werkzeugschaft und der sich verjüngenden Werkzeugspitze, kann Vorteile bei der Verpressung (höhere Anpressdrücke) des Litzenmaterials haben. Zudem werden das Anschlusselementmaterial und das Litzenmaterial besser in Eindringrichtung des Schweißwerkzeuges mitgenommen.
  • Die Werkzeugform im Querschnitt senkrecht zur Längsachse der Spitze muss nicht unbedingt rund sein, sondern kann auch eine unrunde Form annehmen, beispielsweise eine Dreiecksform. Wenn die Spitze im Querschnitt eine Dreiecksform aufweist, können die Ecken des Dreiecks abgerundet sein, insbesondere konkav sein und besonders bevorzugt die Kontur eines Kreissegments aufweisen.
  • Die Flanken im Stufenbereich sind oft steil. Vorzugsweise weisen die Flanken in Bezug auf die Längsachse einen Winkel von weniger als 20°, bevorzugt weniger als 15° und besonders bevorzugt von weniger als 10° auf. So wird durch die Vorschubbewegung des Schweißwerkzeuges das Litzenmaterial effizient an das Anschlusselement gepresst und verdichtet, wobei ein Druckaufbau in horizontaler Richtung entsteht. Dies kann vorteilhaft bei der Verschweißung zwischen Litze und Anschlusselement sein.
  • Vor dem Verschweißen kann das Anschlusselement, beispielsweise ein Kabelschuh, mit der Litze verpresst werden. Das Verpressen kann unmittelbar vor dem Verschweißen in einer Werkstückaufnahme eines Rotationsreibschweißgeräts erfolgen, z. B. mit einem konventionellen Sechskantpresswerkzeug. Mit der gestuften Werkzeugform kann bis in den Bereich der Verpressung eingedrungen werden, sodass auch die stoffschlüssige Verbindung im Bereich der Verpressung erreicht wird.
  • Die mehrfach gestufte Werkzeugform ist besonders vorteilhaft bei großen Litzenquerschnitten (15 mm2 und mehr) mit einer Vielzahl dünner Einzeldrähte (kleiner als 0,1 mm2), da hierdurch der Lackanteil in der Litze zunimmt, welcher während der Schweißung sicher aufgebrochen werden muss zwecks Sicherstellung eines zufriedenstellenden elektrischen Kontaktes.
  • Insbesondere ist die mehrfachgestufte Werkzeugform gegenüber konventionellen Werkzeugen sehr gut geeignet für die Verarbeitung von Hochfrequenzlitzen und lackisolierten Litzen, deren Bandierung (z.B. aus PET/PETP oder PI) vor dem Schweißprozess nicht entfernt wurde.
  • Beispielhafte und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die Figuren erläutert. Dabei zeigt:
    • 1 in perspektivischer Darstellung eine beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Werkzeugs;
    • 2 eine Querschnittsansicht des oberen Bereichs des Werkzeugs gemäß 1;
    • 3 eine Querschnittsansicht des oberen Bereichs eines zu dem in den 1 und 2 gezeigten Werkzeugs alternativen Werkzeugs;
    • 4 in perspektivischer Darstellung eine weitere beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Werkzeugs;
    • 5 eine Draufsicht auf die Spitze des Werkzeugs gemäß 4; und
    • Figure 6 eine Querschnittsansicht des oberen Bereichs des Werkzeugs gemäß den 4 und 5.
  • Die in den Figuren gezeigten Geometrien und Bemaßungen sind beispielhaft. Insbesondere sind die gezeigten Bemaßungen skalierbar und können sich nach dem zu verarbeitenden Leiterquerschnitt bzw. dem zu verarbeitenden Anschlusselement richten. Die beispielhaften Bemaßungen stehen jedoch in bevorzugten Verhältnissen zueinander, welche bei der zuvor beschriebenen Skalierung der Werkzeuggeometrie aufrechterhalten werden können, um eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zu erlangen.
  • Die in den 4-6 gezeigte Dreiecksform der Werkzeugspitze ist in der dargestellten Form aus dem Stand der Technik bekannt. Es soll jedoch veranschaulicht werden, dass auch derartige Spitzengeometrien in der zuvor beschriebenen und beispielsweise auch in den 1-3 gezeigten, erfindungsgemäßen Weise gestuft ausgebildet werden können, Also mit einem sich verjüngenden Abschnitt, der mindestens einen Absatz aufweist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 2962369 B1 [0001]

Claims (14)

  1. Werkzeug für das Rührreibpunktschweißen, wobei das Werkzeug eine Spindel mit einer Werkzeugspitze mit einem sich zu dem freien Ende der Werkzeugspitze hin verjüngenden Abschnitt aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der sich verjüngende Abschnitt mindestens einen Absatz aufweist.
  2. Werkzeug nach Anspruch 1, bei dem der Absatz ringförmig ausgebildet ist.
  3. Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2 bei der der Absatz in einer sich senkrecht zur Längsachse der Spindel und Werkzeugspitze verlaufenden Ebene angeordnet ist.
  4. Werkzeug nach einem der vorangegangen Ansprüche, bei dem der sich verjüngende Abschnitt konisch ausgebildet ist.
  5. Werkzeug nach einem der vorangegangen Ansprüche, bei dem der sich verjüngende Abschnitt mit Ausnahme des mindestens eines Absatzes kegelstumpfförmig ausgebildet ist.
  6. Werkzeug nach Anspruch 5, bei dem ein distales Ende der kegelstumpfförmigen Werkzeugspitze eine Andruckfläche aufweist, die senkrecht zur Längsachse der Spindel ausgerichtet ist.
  7. Werkzeug nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem der sich zu dem freien Ende der Werkzeugspitze hin verjüngender Abschnitt über einen weiteren ringförmigen Absatz in einen Werkzeugschaft der Spindel übergeht.
  8. Werkzeug nach Anspruch 7, bei dem der Werkzeugschaft an dem Übergang zu der Werkzeugspitze einen Außendurchmesser aufweist, der dem Außendurchmesser des weiteren ringförmigen Absatzes entspricht.
  9. Werkzeug nach Anspruch 7 oder 8, bei dem der weitere ringförmige Absatz über eine 90°-Kante in den Werkzeugschaft übergeht.
  10. Werkzeug nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei der der weitere ringförmige Absatz einen Innendurchmesser aufweist, der dem größten Durchmesser des sich zu dem freien Ende der Werkzeugspitze hin verjüngender Abschnitts entspricht.
  11. Werkzeug nach einem der Ansprüche 7-10, bei dem der mindestens eine Absatz und der weitere Absatz dieselbe Ringbreite in einer Ebene senkrecht zur Längsachse der Spindel und Werkzeugspitze aufweisen, d. h. die Differenz aus dem jeweiligen Innendurchmesser und dem jeweiligen Außendurchmesser für beide Absätze identisch ist.
  12. Werkzeug nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem der sich zu dem freien Ende der Werkzeugspitze hin verjüngender Abschnitt mindestens zwei konzentrische, kegelstumpfförmige Segmente aufweist.
  13. Werkzeug nach Anspruch 12, bei dem zwei der Segmente über den mindestens einen Absatz ineinander übergehen.
  14. Werkzeug nach Anspruch 12 oder 13, bei dem die beiden Segmente entlang ihrer Kegelmäntel dieselbe Steigung oder unterschiedliche Steigungen in Bezug auf die Längsachse der Spindel und Werkzeugspitze aufweisen.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP2962369B1 (de) 2013-02-26 2020-01-22 Lisa Dräxlmaier GmbH Verfahren zum stoffschlüssigen fügen an einem kabelende sowie konfiguriertes kabel

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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