DE3936956A1 - Verfahren und vorrichtung zum umschliessen einer verbindungsstelle elektrisch leitender elemente - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Umschließen einer Verbindungsstelle elektrisch leitender Elemente mit einer elektrisch isolierenden gegebenenfalls eigensteifen Umhüllung, wobei die Verbindungsstelle unmittelbar von einem vorzugsweise aus Schmelzklebermaterial bestehenden Abdichtmaterial umgeben wird, das mittels Ultraschall zum dichten Umgeben der Verbin­ dungsstelle erweicht wird. Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sowie auf ein Abdichtmaterial.

Aus der DE-PS 35 37 167 ist ein Verfahren zum Umschließen einer Verbindungsstelle zwischen elektrisch leitenden Elementen be­ kannt, wobei der Raum zwischen der aus einem äußeren Abdeck­ material bestehenden Umhüllung und der Verbindungsstelle mit dem Abdichtmaterial ausgefüllt ist. Dabei wird ein Zweikomponen­ tenband benutzt, dessen äußere Lage einen höheren Schmelzpunkt als das Abdichtmaterial aufweist. Mittels eines entsprechenden Zweikomponentenbandes können elektrisch leitende Verbindungs­ stellen spritzwassergeschützt werden. Allerdings hat sich gezeigt, daß nicht sichergestellt ist, daß der Zwischenraum auch vollständig von dem Abdichtmaterial ausgefüllt wird, so daß Hohl­ räume bleiben.

Aus der DE-OS 37 27 187 ist ein Verfahren zum Umschließen von Leitern bekannt, wobei die Umhüllung aus einem Schrumpfschlauch besteht und in den von diesem umgebende Raum Schmelzkleber­ material eingebracht wird. Mittels Ultraschall wird dieses Schmelz­ klebermaterial zum Erweichen gebracht, um so den Raum auszu­ füllen. Auch bei diesem Verfahren sind zwingend unterschiedliche Materialien erforderlich, um die Leiter im gewünschten Umfang zu umschließen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art so auszubilden, daß eine sichere und gegen Feuchtigkeit hinreichend geschützte Umhüllung der Verbin­ dungsstelle ermöglicht wird, wobei gleichzeitig eine verfahrens­ mäßige Vereinfachung erfolgen soll.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß im wesentlichen durch ein Verfahren realisiert, das sich dadurch auszeichnet, daß die Verbindungsstelle ausschließlich von dem Abdichtmaterial umgeben wird, welches nach Erstarren außenseitig die Umhüllung bildet.

Erfindungsgemäß ist man von der Vorschrift abgerückt, daß nur dann ein sicheres Umschließen einer Verbindungsstelle möglich ist, wenn diese außenseitig von einem Abdeckmaterial und innen­ seitig von einem Abdichtmaterial umgeben ist, die unterschiedliche Schmelztemperaturen aufweisen. Erfindungsgemäß hat man dagegen ausschließlich Schmelzklebermaterial zum Umhüllen der Verbin­ dungsstelle benutzt, welches mittels Ultraschall erweicht und nach vollständigem Umgeben der Verbindungsstelle zum Erstarren durch Abkühlen an der Luft gebracht wird.

Erstaunlicherweise hat sich gezeigt, daß sich hierdurch eine optimale Umhüllung der Verbindungsstelle umgibt, ohne daß die Gefahr besteht, daß z. B. Abdichtmaterial an den die Ultraschall­ schwingungen übertragenden Werkzeugen haften bleibt. Ursächlich hierfür ist, daß das Werkzeug selbst relativ kühl ist, so daß ein Anhaften an dem Werkzeug selbst nicht erfolgt. Zudem kann ggf. das Werkzeug gekühlt werden, um den erforderlichen Temperatur­ unterschied zwischen dem geschmolzenen Abdichtmaterial und dem Werkzeug in einem Umfang zu erhöhen, daß ersteres nicht haften bleibt.

Dadurch, daß nur noch ein Material zum Umhüllen der Verbin­ dungsstelle benutzt wird, werden die Nachteile eines Zweikompo­ nentenband oder durch das Überschieben eines Schrumpf­ schlauches auf die Verbindungsstelle umgangen.

Nach der erfindungsgemäßen Lehre wird folglich die Form der Umhüllung durch die einen Verdichtungsraum begrenzenden Werkzeuge bestimmt. Dabei muß nicht notwendigerweise schlauch-, streifen- oder bandförmiges Schmelzklebermaterial benutzt werden. Vielmehr kann das Abdichtmaterial in dem zwischen den Werk­ zeugen gebildeten Zwischenraum flüssig, pastös, pulverförmig oder granuliert eingebracht werden. Hierzu kann z. B. die einer Sonotrode zugeordnete Gegenelektrode wie Amboß eine Vertiefung aufweisen, in der das Abdichtmaterial eingebracht wird, um sodann nach Auflegen der Verbindungsstelle den Verdichtungs­ raum zu schließen und die Ultraschallschwingungen zu applizieren, um die dichte und elektrisch isolierende Umhüllung herzustellen.

Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zum Umschließen einer Verbindungsstelle elektrisch leitender Elemente mit einer elektrisch isolierenden Umhüllung, wobei die Vorrichtung eine eine Sonotrode und zumindest eine Gegenelektrode aufwei­ sende Ultraschall-Schweißvorrichtung umfaßt und die Sonotrode und die Gegenelektrode zur Bildung eines Verdichtungsraumes zur Aufnahme der zu umschließenden Verbindungsstelle jeweils einan­ der zugewandte, vorzugsweise rinnenförmig ausgebildete Ausspa­ rungen aufweisen. Eine entsprechende Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß der Aussparung der Sonotrode eine Gegenelek­ trode oder mehrere Gegenelektroden mit voneinander abweichenden Aussparungen oder einer Gegenelektrode mit einer bereichsweise voneinander abweichende Abmessungen aufweisenden Aussparung derart zugeordnet sind oder ist, daß die Aussparung der Gegen­ elektrode begrenzende Ränder innerhalb der Aussparung der Sonotrode anordbar ist und daß zwischen der Verbindungsstelle und zumindest einem der Aussparungen das Abdichtmaterial anordbar ist. Vorzugsweise ist das Abdichtmaterial zwischen der Verbindungsstelle und der Sonotrode bzw. der Gegenelektrode angeordnet.

Schließlich bezieht sich die Erfindung auf ein Abdichtmaterial in Form von Schmelzklebermaterial zur Verwendung des zuvor be­ schriebenen Verfahrens bzw. der genannten Vorrichtung und zeichnet sich dadurch aus, daß das Abdichtmaterial - sofern es sich um streifen- bzw. bandförmiges Material handelt - auf der der Verbindungsstelle zugewandten Seite, strukturiert ist. Diese Struktur kann durch Erhebungen, durch Noppen oder ähnliches erzielt werden. Hierdurch ist ein definierter Kontakt und damit ein definiertes Aufschmelzen des Abdichtmaterials auf der Verbin­ dungsstelle gewährleistet.

Ferner zeichnet sich streifen- bzw. bandförmiges Abdichtmaterial dadurch aus, daß es im Mittenbereich - in Längsrichtung be­ trachtet - eine größere Dicke als im Randbereich aufweist. Hier­ durch ist gewährleistet, daß im Bereich der Verbindungsstelle eine größere Materialmenge aufgeschmolzen werden kann, wobei das Material dann anschließend zur Seite hin verpreßt wird, wodurch letztendlich die Gewähr gegeben ist, daß der Bereich der Verbindungsstelle, also der Bereich, der zwischen den Isolie­ rungen der elektrischen Elemente verläuft, vollständig mit dem Abdichtmaterial umgeben ist.

Selbstverständlich kann das Abdichtmaterial auch als Formteil ausgebildet sein, welches vor Einlegen in die Vorrichtung die Verbindungsstelle umgibt, um sodann umschmolzen zu werden.

Auch kann erwähntermaßen das Abdichtmaterial ggf. auch flüssig, pastös, pulverförmig oder granuliert ausgebildet sein.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung er­ geben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entneh­ menden Merkmalen - für sich und/oder in Kombination -, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung der der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispielen.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Vorderansicht einer Ultraschallschweißvorrichtung zum Umschließen von Verbindungsstücken elektrischer Leiter mit einer elektrisch isolierenden Umhüllung, teilweise weggebrochen,

Fig. 2 eine Ausführungsform eines streifenförmigen Abdichtmaterials zum Umhüllen einer Verbindungsstelle,

Fig. 3 eine Schnittdarstellung eines als Formstück ausgebildeten Abdichtmaterials zum Umhüllen einer Verbindungsstelle,

Fig. 4 eine Draufsicht auf das Formstück gemäß Fig. 3 und

Fig. 5 ein Ausschnitt aus einer Vorrichtung zum Umhüllen einer Verbindungsstelle.

Um eine abisolierte und durch z. B. Ultraschall verschweißte Verbindungsstelle (10) von elektrisch leitenden Elementen wie Litzen (12), (14) gegen z. B. Feuchtigkeit, Oxidation oder Korro­ sion zu schützen, wird diese mittels Ultraschallschweißen mit einer elektrisch isolierenden Umhüllung versehen. Diese kann aus streifenförmigen Abdichtmaterialien (16) und (18) in Form von Heiß-Schmelzkleber bestehen. Das Abdichtmaterial kann eine Schmelztemperatur von ca. 160°C bis 180°C aufweisen und er­ weicht ab einer Temperatur von 80°C bis 100°C. Hierdurch be­ dingt ergibt nach einem Ultraschallschweißvorgang das Abdichtma­ terial (16), (18) die Verbindungsstelle (10) formschlüssig, wobei gleichzeitig die Außengeometrie durch die nachstehenden Werk­ zeuge bestimmt wird.

Die Vorrichtung umfaßt eine Sonotrode (20) und zumindest einer dieser zugeordnete Gegenelektrode oder Amboß (22). Die Sono­ trode (20) weist eine rinnenförmige in Längsrichtung der Verbin­ dungsstelle (10) verlaufende Aussparung (24) auf, der eine ebenfalls rinnenförmig geformte Aussparung (26) des Ambosses (22) zugeordnet ist. Die lichte Weite der Aussparung (24), also der Abstand zwischen den Rändern (28) und (30) der Sonotrodenaussparung (24) ist größer als der lichte Abstand zwischen den Rändern (32) und (34) des Ambosses (22) gewählt. Hierdurch bedingt gelangt beim Absenken der Sonotrode (20) in Richtung des Ambosses (22) (oder umgekehrt) zur Durchführung des Schweißvorganges die Aussparung (26) mit ihren Rändern (32) und (34) in die Aussparung (24).

Mit anderen Worten ragen die Ränder (32) und (34) der Ausspa­ rung (38) des Ambosses (22) in die Aussparung (24) der Sono­ trode (20) hinein, so daß durch innenliegende Bereiche (40) und (42) der Innenwandung (36) und (38) der Aussparung (24) und der gesamten Innenwandung (44) und (46) der Aussparung (26) ein Verdichtungsraum gebildet wird, der die Außengeometrie der Umhüllung vorgibt. Innerhalb des Verdichtungsraumes liegt das Abdichtmaterial (16), (18) vor, so daß beim Absenken der Sono­ trode (20) auf den Amboß (22) das durch Ultraschall zum Schmelzen bzw. Fließen gebrachte Material den Raum zwischen der Sonotrode (22) und den Ambossen (20) voll ausgefüllt wird. Folglich umschließt das Abdichtmaterial (16), (18) vollständig den Knotenpunkt bzw. die Verbindungsstellen bis hin zu der Isolie­ rung der Litzen (12), (14).

Der Querschnitt des Verdichtungsraumes (48) wird zum einen durch die Neigungswinkel der symmetrisch zu der von der Längs­ achsen der Aussparungen (24) und (26) bzw. deren Böden (52) und (54), die zur besseren Energieübertragung mit einer Struk­ tur, einer Profilierung z. B. Gewindeabschnitten versehen sein können, aufgespannten Ebene (50) verlaufenden Seitenwandungen (36) und (38) und (44) und (46) sowie dem lichten Abstand zwischen den Rändern (32) und (34) der Aussparung bestimmt.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung können ein und derselben Aussparung (24) der Sonotrode (20) Aussparungen von einer oder mehreren als Gegenelektroden bezeichneten Ambossen unterschied­ licher Abmessungen zugeordnet werden, um Verdichtungsräume unterschiedlicher Querschnitte zu erhalten. So können mehrere Ambosse (22) unterschiedlicher Abmessungen auf einem Drehteller (108) angeordnet werden, der um eine Achse (112) drehbar ausgebildet ist. Um einen Ausrichten der einander zugewandten Ausnehmungen (24) und (26) von Sonotrode (20) und zugeord­ netem Amboß (22) zu ermöglichen, ist ein axiales Verschieben des Ambosses (22) entlang einer Welle (110) möglich. Anstelle eines Drehtellers (108) kann selbstverständlich auch ein Schlitten vorgesehen sein, der verschiedene Ambosse trägt.

Ferner ist den Figuren zu entnehmen, daß der Amboß (22) auf einer elastischen Unterlage (104) wie Moosgummi angeordnet ist. Hierdurch ist eine Anpassung der Ausnehmungen (24) und (26) zueinander möglich, so daß gewährleistet ist, daß die Umhüllung im erforderlichen Umfang verschweißt ist.

Anstelle des als Streifenmaterial oder als Formstück ausgebildeten Abdichtmaterials kann in den Verdichtungsraum von zumindest einer Stirnseite der Ausnehmungen (24) und/oder (26) dosiert flüssiges oder pulverförmiges oder granulatförmiges oder pastöses Abdichtmaterial eingebracht werden.

Bei dem Abdichtmaterial handelt es sich vorzugsweise um einen Heiß-Schmelzkleber, wobei Materialien auf Polyamid- oder Kunst­ harzbasis oder Butyl-Kautschuk-Basis bevorzugt sind.

Um definierte Kontaktpunkte zu der Verbindungsstelle (10) zu erzielen, kann das streifenförmige Abdichtmaterial (16) und (18) auf der der Verbindungsstelle (10) zugewandten Seite strukturiert sein, wie es der Fig. 2 zu entnehmen ist. So können von den Innenflächen der Abdeckmaterials (16), (18) Rippen (56), (58), Noppen oder ähnliches ausgehen. Hierdurch ist ein definiertes Anschmelzen auf dem Knotenpunkt bzw. der Verbindungsstelle (10) gewährleistet. Auch kann das Abdichtmaterial (16), (18) im Mittenbereich eine größere Dicke als im Randbereich aufweisen, wodurch eine größere Materialmenge im Bereich des Aufschmelzens zur Verfügung steht. Aufgrund der Materialmenge kann Abdicht­ material nach außen verpreßt werden, wodurch sichergestellt ist, daß die Verbindungsstelle (10) vollständig abgedichtet wird, also ein elektrisch isolierender und wasserdichter Schutz, der sich bis zu den Isolierungen der Litzen (12), (14) erstreckt, ergibt.

Anstelle streifenförmigen Materials kann das Abdichtmaterial auch als Formteil oder Formstück (60) ausgebildet sein, in das über einen Schlitz (62) die Verbindungsstelle (10) eingebracht wird. Eine entsprechende Ausführungsform des Abdichtmaterials ist den Fig. 3 und 4 zu entnehmen. Auch bei diesem Abdichtungsmaterial (60) weist die Innenseite rippenförmige Vorsprünge (64), (66) oder ähnliches auf, wodurch erwähntermaßen definierte Kontakt­ punkte zum Aufschmelzen des Abdichtmaterials (60) auf die Ver­ bindungsstelle (10) zur Verfügung gestellt werden.

Eine entsprechende mit dem Formteil (60) umgebende Verbin­ dungsstelle (10) wird in den zwischen Sonotrode und Amboß gebildeten Verdichtungsraum gelegt, um mittels Ultraschall die gewünschte Umhüllung herzustellen.

In der Fig. 5 ist beispielhaft die Form einer Sonotrode (68) und eines zugeordneten Ambosses (10) dargestellt, um die Verbin­ dungsstelle (10) mit dem Formstück (60) zu umhüllen. Man er­ kennt, daß die einander zugewandten Flächen von Sonotrode (68) und Amboß (70) die Umfangswandung eines Verdichtungsraumes bilden, durch den die Endgeometrie der Umhüllung vorgegeben wird, also dann, wenn das Formteil (60) geschmolzen die Ver­ bindungstelle (10) umgibt und mit der Isolierung der Litzen (12) und (14) verbunden und anschließend wieder erstarrt ist.

Zu erwähnen ist, daß das Abdichtmaterial trotz des niedrigen Schmelzpunktes nicht an den Werkzeugflächen haften bleibt. Als mögliche Erkärung hierfür ist anzugeben, daß sich die Werkzeuge beim Ultraschallschweißen nicht auf eine Temperatur erwärmen, die ausreicht, daß das Abdichtmaterial haften bleibt.

Durch die erfindungsgemäßen Merkmale ergeben sich flexiblere Anwendungen insbesondere gegenüber zwei Komponentenbändern. So können je nach Problemstellung gezielt Abdichtmassen einge­ setzt werden, auch solche, die nicht als Zweikomponentenband herstellbar sind.

Da das Abdichtmaterial alleine sowohl das dichte Umschließen der Verbindungsstelle als auch die äußere Umhüllung bildet, unter­ bleibt die nach dem Stand der Technik erforderliche Abstimmung zwischen unterschiedlichen Materialien. Auch ist erkennbar eine verfahrensmäßige Vereinfachung zum Umhüllen der Verbindungs­ stelle unter gleichzeitiger Erzielung des Vorteils gegeben, daß eine wasserdichte, vollständige isolierende Abdichtung der Ver­ bindungsstelle zwischen den Isolierungen von elektrischen Leitern gewährleistet ist.

Claims (14)

1. Verfahren zum Umschließen einer Verbindungsstelle elek­ trisch leitender Elemente mit einer elektrisch isolierenden Umhüllung, wobei die Verbindungsstelle unmittelbar von einem vorzugsweise aus Schmelzklebermaterial bestehenden Abdichtmaterial umgeben wird, das mittels Ultraschall zum dichten Umgeben der Verbindungsstelle erweicht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstelle ausschließlich von dem Abdicht­ material umgeben wird, welches nach Erstarren außenseitig die Umhüllung bildet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstelle mit dem als Formteil ausgebildeten Abdichtungsmaterial wie Schmelzklebermaterial umgeben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abdichtmaterial wie Schmelzklebermaterial in Band- oder Streifenform der Verbindungsstelle zugeführt wird.

4. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstelle vor Einwirkung des Ultraschalls im wesentlichen nur von der Ober- oder der Unterseite mit Abdichtmaterial bedeckt wird.

5. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Abdichtmaterial wie Schmelzklebermaterial in flüssiger, pastöser, pulvriger oder granulierter Form einge­ bracht wird.

6. Vorrichtung zum Umschließen einer Verbindungsstelle elek­ trisch leitender Elemente mit einer elektrisch isolierenden Umhüllung, wobei die Vorrichtung eine eine Sonotrode und zumindest eine Gegenelektrode aufweisende Ultraschall- Schweißvorrichtung umfaßt und die Sonotrode und die Gegen­ elektrode zur Bildung eines Verdichtungsraumes zur Auf­ nahme der zu umschließenden Verbindungsstelle jeweils einander zugewandte vorzugsweise rinnenförmig ausgebildete Aussparungen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß der Aussparung (24) der Sonotrode (20) eine Gegen­ elektrode oder mehrere Gegenelektroden (22) mit voneinander abweichenden Aussparungen (26) oder eine Gegenelektrode mit einer bereichsweise voneinander abweichende Abmes­ sungen aufweisenden Aussparung derart zugeordnet sind oder ist, daß die Aussparung der Gegenelektrode begrenzen­ de Ränder (32, 34) innerhalb der Aussparung der Sonotrode anordbar ist und daß zwischen der Verbindungsstelle (10) und den zumindest einem der Aussparungen (24, 26) das Abdichtmaterial anordbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Abdichtmaterial (60) als Formteil zumindest be­ reichsweise die Verbindungsstelle (10) umgibt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß über eine Dosiervorrichtung flüssiges, pastöses, pulvriges oder granuliertes Abdichtmaterial in den Raum zwischen Sonotrode (20) und Gegenelektrode (22) einbring­ bar ist.

9. Abdichtmaterial in Form von Schmelzklebermaterial zur Ver­ wendung bei dem Verfahren bzw. der Vorrichtung zum Um­ schließen einer Verbindungsstelle zwischen elektrisch leiten­ den Elementen nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Abdichtmaterial auf Polyamid- oder Kunstharzbasis oder Butyl-Kautschuk-Basis aufgebaut ist.

10. Abdichtmaterial nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Abdichtmaterial flüssig, pastös, pulverförmig oder granuliert ausgebildet ist.

11. Abdichtmaterial nach zumindest einem der Ansprüche 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Abdichtmaterial (60) als Formstück ausgebildet ist.

12. Abdichtmaterial nach zumindest einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Abdichtmaterial (16, 18) streifen- bzw. bandförmig ausgebildet ist.

13. Abdichtmaterial nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Abdichtmaterial (16, 18) auf der der Verbindungs­ stelle (10) zugewandte Seite strukturiert ist.

14. Abdichtmaterial nach zumindest Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Abdichtmaterial (16, 18) im Mittenbereich eine größere Dicke als im Randbereich aufweist.