EP3419121B1 - Verfahren zur herstellung einer elektrischen verbindung und ein ultraschallschweisssystem - Google Patents

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EP3419121B1
EP3419121B1 EP17305785.2A EP17305785A EP3419121B1 EP 3419121 B1 EP3419121 B1 EP 3419121B1 EP 17305785 A EP17305785 A EP 17305785A EP 3419121 B1 EP3419121 B1 EP 3419121B1
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EP
European Patent Office
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contact element
anvil
ultrasonic welding
surface structure
welding system
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EP17305785.2A
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Andreas Pedimonte
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Nexans SA
Original Assignee
Nexans SA
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R43/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining, or repairing of line connectors or current collectors or for joining electric conductors
    • H01R43/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining, or repairing of line connectors or current collectors or for joining electric conductors for soldered or welded connections
    • H01R43/0207—Ultrasonic-, H.F.-, cold- or impact welding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R4/00—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation
    • H01R4/02—Soldered or welded connections
    • H01R4/023—Soldered or welded connections between cables or wires and terminals

Definitions

  • the invention relates to a method for producing an electrical connection and an ultrasonic welding system which is suitable for carrying out the method.
  • This method has prevailed particularly in electrical lines having a conductor which is made of stranded strands.
  • the contact element is pressed with a so-called side shifter on the anvil of the welding system.
  • the surface of the anvil is profiled, for example with projecting ribs, to improve the mechanical contact with the contact element and the anvil.
  • On the other side of the contact element of the stranded electrical conductor is pressed by means of the sonotrode on the contact element and set in vibration. The conductor is firmly welded to the contact element.
  • an electrical contact element with a connection region for the connection of an electrical conductor and a contact region is known.
  • the electrical conductor is connected by ultrasonic welding to the connection area, which has a surface structure.
  • the present invention is based on the general object to improve the quality of welded joints between electrical conductors and contact elements.
  • the method of the invention has the advantage that the inter-engaging surface structures on the contact element and the anvil prevent the contact element from vibrating upon welding to an extent that could compromise the quality of the weld. As a result, improved quality of the weld is achieved, especially with aluminum pipes.
  • the invention proposes an ultrasonic welding system with an ultrasonic welding system, which has a sonotrode and an anvil, and with a contact element for an electrical line.
  • the anvil and the contact element each have a surface structure that is complementary to each other. The surface structures improve the mechanical contact between the contact element and the anvil of the ultrasonic welding machine.
  • the anvil has at least one rib with a triangular cross-section. Accordingly, the contact element is provided with as many grooves with a triangular cross section as the anvil has ribs, wherein the included between the flanks of a groove angle is smaller than the included between the edges of a rib angle.
  • This embodiment has the advantage that the ribs rest only along two lines along the grooves, whereby play between anvil and contact element is avoided.
  • the locations of the ribs and grooves are reversed, i. the anvil has grooves while the contact element is provided with ribs. But even in this embodiment, the included between the flanks of a groove angle is smaller than the included between the edges of a rib angle.
  • the surface structures of the anvil and contact elements come into engagement with one another such that a positive connection between the anvil and the contact element is produced.
  • an electrical contact element with a connection region for the connection of an electrical conductor by ultrasonic welding and with a contact region in connection with the invention can be used.
  • the terminal region has a surface structure that allows for improved mechanical contact with the anvil of an ultrasonic welding machine.
  • the surface structure of the electrical contact element is designed to be complementary to a surface structure of an anvil of an ultrasonic welding system.
  • an exclusion between the anvil of the ultrasonic welding system and the contact element is achieved.
  • the positive engagement prevents vibration of the contact element during welding, which could be detrimental to the quality of the weld.
  • FIG. 1 schematically shows a contact element 10 in a perspective view.
  • the contact element 10 is divided into a connection region 11 and a contact region 12.
  • the connection region 11 is formed flat and provided for the connection of an electrical conductor.
  • the contact region 12 has a substantially round cross-section and is intended for connection to electrical components or devices, for example in an automobile.
  • the connection area 11 has two main surfaces, of which in FIG. 1 only the main surface 13 is visible. Both main surfaces have a smooth surface. On the non-visible main surface, an electrical conductor is welded in an ultrasonic welding device, while the main surface 13 is in contact with an anvil of a welding system during the welding process.
  • FIG. 2A shows in a perspective view from the side an anvil 20 of a welding system.
  • a belonging to the welding system sonotrode in FIG. 2A not shown, which serves to generate the vibrations necessary for welding.
  • On the anvil 20 a support surface 21 is visible, on which an electrical contact element 10 is placed and positioned by means of an insertion mask 22.
  • the support surface 21 of the anvil 20 is provided with a surface structure with respect to FIG. 2B will be explained in more detail.
  • the anvil including the surface structure is made in one piece.
  • the welding system on a side slide not shown, whose function will be explained below.
  • the anvil 20 is constructed in two parts and has a main body and a support plate 23 arranged thereon, which in FIG. 2B is shown.
  • the support plate 23 forms the support surface 21 FIG. 2A
  • the support plate 23 is provided with a bore 24 which receives a mounting screw for mounting the support plate 23 on the base body of the anvil.
  • the support plate 23 is provided in particular with a surface structure 26, which in the in FIG. 2B illustrated embodiment of ribs 27 is formed, which have a triangular cross-section.
  • the ribs, which are the in FIG. 2A form surface structure are similar to those in FIG. 2B illustrated ribs.
  • the side shifter is used during welding to keep the contact element 10 as quiet as possible, so that caused by the vibrations introduced by the sonotrode friction between the contact element and the conductor, whereby the welding between the contact element and the conductor is brought about.
  • the side shifter limits the movement of the (stranded) wires during welding when welding a stranded stranded conductor.
  • the profile or the surface structure 26 of the anvil 20 is impressed to a certain extent. It happens, however, that a reliable fixation of the contact element is not always guaranteed, especially when welding an aluminum line. The reason is that the contact element 10 begins to oscillate at the beginning of the welding process, when the surface structure 26 of the anvil 20 is not yet impressed in the smooth surface 41. The result is impermissible fluctuations in the quality of the weld.
  • FIG. 3 shown improved contact element 30 with a terminal portion 31 and a contact portion 32 before.
  • Contact element 10 shown is the connection region 31 of the contact element 30 on the in FIG. 3 provided on the upper side with grooves 33 which form a complementary to the surface structure 26 of the anvil 20 surface structure.
  • the contact region 32 corresponds to the contact region 12 of the contact element 10.
  • the surface structure is formed by grooves 33 having a triangular cross-section which extend transversely to a longitudinal axis 34 of the contact element 30.
  • grooves 33 In the in FIG. 1 illustrated embodiment, four grooves 33 are shown. In other embodiments, however, more or less grooves 33 may be provided.
  • the grooves 33 are also formed with a different cross-section, for example, with a rectangular cross section or a semicircular cross section. The grooves are different from the illustration in FIG. 1 Also not limited to a direction transverse to the longitudinal axis 34, but may also be parallel to the longitudinal axis 34 or in any other direction.
  • the surface structure can be formed not only by depressions in the connection region 31 of the contact element 30, but also by elevations.
  • the structural elements can also cross over one another, for example, to cross over at a right angle.
  • the dimensions of the grooves 33 are chosen so that they are complementary to the ribs 27 on the support plate 23. This means in particular that when placing the contact element 30 on the support surface of the anvil 20 of the ultrasonic welding system each one of the ribs 27 comes with a groove 33 into engagement. In this way, a positive connection between the anvil 20 and the contact element 30, which creates a Swinging of the contact element 10 during the welding process largely prevented or at least greatly reduced compared to a conventional contact element 10, which rests on the anvil 20 at the beginning of the welding process with a smooth surface.
  • the nature of the surface structures does not matter for the realization of the invention. It is crucial that the surface structures are formed so that a positive connection between the contact element and the anvil 20 of the welding system is possible. Concretely, this means, for example, that when the ribs 27 of the platen 23 have a rectangular cross section, the grooves 33 in the contact member 30 also have a rectangular cross section.
  • the geometry of the surface structure is otherwise adjusted to achieve the stated advantage.
  • the diameter of the ribs is made larger than the diameter of the grooves.
  • the difference in diameter is for example between 0.05 mm to 1.0 mm and in particular between 0.05 mm to 0.5 mm.
  • FIG. 4 a welded to the contact element 30 line 40 is shown.
  • the lead has an insulating jacket 41 and a conductor 42 made of a plurality of wires.
  • a stripped end of the Line 40 is welded to the contact element by ultrasonic welding.
  • step 51 a surface structure is produced on each contact element 30, which is adapted to a corresponding surface structure 26 on the anvil 20 of the ultrasonic welding system.
  • step 51 a sufficient number of appropriately prepared contact elements 30 is provided. That is, the contact elements 30 are not made individually for each electrical weld, although that is basically possible of course.
  • a contact element 30 is placed on the anvil 20 of the ultrasonic welding machine so that the surface structure of the contact element 30 engages with the surface structure 26 of the anvil 20 (step 52).
  • the electrical conductor 42 to be connected is placed on the connection region 31 of the contact element 30 and then pressed with the sonotrode and vibrated so that a welding of the electrical conductor 42 takes place with the contact element 30.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Manufacturing Of Electrical Connectors (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Description

    Gebiet
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Verbindung und ein Ultraschallschweißsystem, das geeignet ist, das Verfahren durchzuführen.
    • Hintergrund
  • Im Fahrzeugbereich werden vielfach elektrische Leitungen mit einem aus einer Vielzahl von Drähten aus Metall bestehenden Litzenleiter verbaut, der von einem Mantel aus Isoliermaterial umgeben ist. Um solche Leitungen in der Produktion effektiv und zeitsparend verbauen zu können, werden die Leitungen an ihren Enden mit elektrischen Kontaktelementen versehen, die auch als "Terminal" bezeichnet werden. Die Kontaktelemente werden insbesondere durch Ultraschallschweißen mit dem elektrischen Leiter der Leitung verbunden. Hierfür geeignete Ultraschallschweißanlagen (kurz: "Schweißanlage") sind im Stand der Technik bekannt. Sie bestehen üblicherweise aus einer Sonotrode und einem Amboss, zwischen welchen die zu verschweißenden Gegenstände positioniert und mittels hochfrequenter Schwingung unter Druck miteinander verschweißt werden. Dieses Verfahren hat sich insbesondere bei elektrischen Leitungen durchgesetzt, die einen Leiter aufweisen, der aus mehrdrähtigen Litzen ausgeführt ist. Bei der Verschweißung wird das Kontaktelement mit einem so genannten Seitenschieber auf den Amboss der Schweißanlage gedrückt. Die Oberfläche des Ambosses ist profiliert, beispielsweise mit vorspringenden Rippen, um den mechanischen Kontakt mit dem Kontaktelement und dem Amboss zu verbessern. Auf der anderen Seite des Kontaktelementes wird der mehrdrähtige elektrische Leiter mittels der Sonotrode auf das Kontaktelement aufgedrückt und in Schwingung versetzt. Dabei wird der Leiter fest mit dem Kontaktelement verschweißt.
  • Aus der US 6,142,838 ist ein elektrisches Kontaktelement mit einem Anschlussbereich für den Anschluss eines elektrischen Leiters und einem Kontaktbereich bekannt. Der elektrische Leiter wird durch Ultraschallschweißen mit dem Anschlussbereich verbunden, der eine Oberflächenstruktur aufweist.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die allgemeine Aufgabe zu Grunde, die Qualität von Schweißverbindungen zwischen elektrischen Leitern und Kontaktelementen zu verbessern.
    • Zusammenfassung der Erfindung
  • Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung nach einem ersten Aspekt ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Verbindung durch Ultraschallschweißen zwischen einem elektrischen Leiter und einem Kontaktelement vor. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:
    • Erzeugen einer Oberflächenstruktur auf dem Kontaktelement, die an eine Oberflächenstruktur auf einem Amboss einer Ultraschallschweißanlage so angepasst ist, dass der Amboss und das Kontaktelement jeweils eine Oberflächenstruktur, die komplementär zueinander ausgebildet sind, aufweisen;
    • Auflegen des Kontaktelementes auf den Amboss der Ultraschallschweißanlage, so dass die Oberflächenstruktur des Kontaktelementes mit der Oberflächenstruktur des Ambosses in Eingriff kommt; und
    • Anschweißen des elektrischen Leiters an das Kontaktelement.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass die miteinander in Eingriff befindlichen Oberflächenstrukturen auf dem Kontaktelement und dem Amboss verhindern, dass das Kontaktelement bei der Schweißung in einem Ausmaß in Schwingung gerät, das die Qualität der Schweißung beeinträchtigen könnte. Im Ergebnis wird eine verbesserte Qualität der Schweißung erreicht, insbesondere bei Aluminiumleitungen.
  • Nach einem zweiten Aspekt schlägt die Erfindung ein Ultraschallschweißsystem mit einer Ultraschallschweißanlage, die eine Sonotrode und einen Amboss aufweist, sowie mit einem Kontaktelement für eine elektrische Leitung vor. Der Amboss und das Kontaktelement weisen jeweils eine Oberflächenstruktur auf, die komplementär zueinander ausgebildet sind. Die Oberflächenstrukturen verbessern den mechanischen Kontakt zwischen dem Kontaktelement und dem Amboss der Ultraschallschweißanlage.
  • Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel weist der Amboss wenigstens eine Rippe mit einem dreiecksförmigen Querschnitt auf. Dementsprechend ist das Kontaktelement mit so vielen Rillen mit einem dreiecksförmigen Querschnitt versehen wie der Amboss Rippen hat, wobei der zwischen den Flanken einer Rille eingeschlossene Winkel kleiner ist als der zwischen den Flanken einer Rippe eingeschlossene Winkel. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die Rippen nur entlang zweier Linien entlang der Rillen aufliegen, wodurch Spiel zwischen Amboss und Kontaktelement vermieden wird.
  • Bei einem vergleichbaren Ausführungsbeispiel sind die Plätze der Rippen und Rillen vertauscht, d.h. der Amboss weist Rillen auf während das Kontaktelement mit Rippen versehen ist. Aber auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist der zwischen den Flanken einer Rille eingeschlossene Winkel kleiner ist als der zwischen den Flanken einer Rippe eingeschlossene Winkel.
  • Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Ultraschallschweißsystems kommen die Oberflächenstrukturen von Amboss und Kontaktelemente so miteinander in Eingriff, dass ein Formschluss zwischen Amboss und Kontaktelement entsteht.
  • Durch den Formschluss zwischen dem Amboss und dem Kontaktelement während an das Kontaktelement eine elektrische Leitung in der
    Ultraschweißanlage angeschweißt wird, wird erreicht, dass das Kontaktelement nicht in Schwingung gerät, wodurch eine verbesserte Qualität der Schweißung, insbesondere bei Aluminiumleitungen, erzielt wird.
  • Mit Vorteil ist ein elektrisches Kontaktelement mit einem Anschlussbereich für den Anschluss eines elektrischen Leiters durch Ultraschallschweißen und mit einem Kontaktbereich im Zusammenhang mit der Erfindung verwendbar. Der Anschlussbereich weist eine Oberflächenstruktur auf, die einen verbesserten mechanischen Kontakt mit dem Amboss einer Ultraschweißanlage ermöglicht.
  • Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Oberflächenstruktur des elektrischen Kontaktelementes komplementär zu einer Oberflächenstruktur eines Amboss einer Ultraschallschweißanlage ausgebildet ist. Mittels der zueinander komplementären Oberflächenstrukturen wird ein Ausschluss zwischen dem Amboss der Ultraschallschweißanlage und dem Kontaktelement erzielt. Der Formschluss verhindert eine Schwingung des Kontaktelementes während der Schweißung, die sich nachteilig auf die Qualität der Schweißung ausdrücken könnte.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren exemplarisch näher erläutert. Es zeigen
    • Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines herkömmlichen Kontaktelementes;
    • Fig. 2A einen Amboss einer Ultraschallschweißanlage;
    • Fig. 2B eine Profilplatte für den Amboss aus Figur 2; und
    • Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Kontaktelementes;
    • Fig. 4 eine elektrische Leitung, die an das Kontaktelement aus Figur 3 angeschweißt ist; und
    • Fig. 5 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Gleiche oder ähnliche Elemente sind in den Figuren mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen.
    • Ausführungsbeispiel
  • Figur 1 zeigt schematisch ein Kontaktelement 10 in einer perspektivischen Ansicht. Das Kontaktelement 10 ist in einen Anschlussbereich 11 und einen Kontaktbereich 12 gegliedert. Der Anschlussbereich 11 ist flach ausgebildet und für den Anschluss eines elektrischen Leiters vorgesehen. Der Kontaktbereich 12 hat einen im Wesentlichen runden Querschnitt und ist für den Anschluss an elektrische Komponenten oder Geräte beispielsweise in einem Automobil vorgesehen. Der Anschlussbereich 11 hat zwei Hauptflächen, von denen in Figur 1 nur die Hauptfläche 13 sichtbar ist. Beide Hauptflächen haben eine glatte Oberfläche. Auf die nicht sichtbare Hauptfläche wird in einem Ultraschallschweißgerät ein elektrischer Leiter angeschweißt, während die Hauptfläche 13 mit einem Amboss einer Schweißanlage während des Schweißvorganges in Kontakt ist.
  • Figur 2A zeigt in einer perspektivischen Ansicht von der Seite einen Amboss 20 einer Schweißanlage. Der Übersichtlichkeit halber ist eine zu der Schweißanlage gehörige Sonotrode in Figur 2A nicht dargestellt, die dazu dient, um die zum Schweißen notwendigen Schwingungen zu erzeugen. Auf dem Amboss 20 ist eine Auflagefläche 21 sichtbar, auf die ein elektrisches Kontaktelement 10 aufgelegt und mittels einer Einlegemaske 22 positioniert wird. Die Auflagefläche 21 des Ambosses 20 ist mit einer Oberflächenstruktur versehen, die mit Bezug auf Figur 2B noch näher erläutert wird. Der Amboss einschließlich der Oberflächenstruktur ist aus einem Stück hergestellt. Weiterhin weist die Schweißanlage einen nicht dargestellten Seitenschieber auf, dessen Funktion weiter unten erläutert wird.
  • In einer alternativen Ausführungsform ist der Amboss 20 zweiteilig aufgebaut und weist einen Grundkörper sowie eine darauf angeordnete Auflageplatte 23 auf, die in Figur 2B dargestellt ist. Bei dieser alternativen Ausführungsform bildet die Auflageplatte 23 die Auflagefläche 21 aus Figur 2A. Die Auflageplatte 23 ist mit einer Bohrung 24 versehen, die zur Montage der Auflageplatte 23 auf dem Grundkörper des Ambosses eine Befestigungsschraube aufnimmt. Die Auflageplatte 23 ist insbesondere mit einer Oberflächenstruktur 26 versehen, die bei dem in Figur 2B dargestellten Ausführungsbeispiel aus Rippen 27 gebildet ist, die einen dreiecksförmigen Querschnitt aufweisen. Die Rippen, welche die in Figur 2A dargestellte Oberflächenstruktur bilden, sind gleichartig wie die in Figur 2B dargestellten Rippen.
  • Beim Schweißen wird auf den Anschlussbereich 11 des Kontaktelementes 10 ein abisoliertes Ende einer elektrischen Leitung aufgelegt und mit der Sonotrode auf das Kontaktelement aufgedrückt und verschweißt. Der Seitenschieber dient während der Schweißung dazu, das Kontaktelement 10 möglichst ruhig zu halten, damit durch die von der Sonotrode eingeleiteten Schwingungen Reibung zwischen dem Kontaktelement und dem Leiter entsteht, wodurch die Verschweißung zwischen dem Kontaktelement und dem Leiter herbeigeführt wird. Außerdem begrenzt der Seitenschieber während der Schweißung die Bewegung der (Litzen-)Drähte, wenn ein mehrdrähtiger Litzenleiter verschweißt wird.
  • In der Praxis wird während des Schweißens in die anfänglich glatte Oberfläche des Anschlussbereiches das Profil bzw. die Oberflächenstruktur 26 des Ambosses 20 in gewissem Umfang eingeprägt. Es kommt dabei jedoch vor, dass eine zuverlässige Fixierung des Kontaktelementes nicht immer gewährleistet, insbesondere beim Schweißen einer Aluminiumleitung. Der Grund ist, dass das Kontaktelement 10 zu Beginn des Schweißvorganges, wenn die Oberflächenstruktur 26 des Ambosses 20 noch nicht in die glatte Oberfläche 41 eingeprägt ist, zu schwingen beginnt. Die Folge sind unzulässige Schwankungen in der Qualität der Schweißung.
  • Um diesem Problem abzuhelfen, schlägt die vorliegende Erfindung ein in Figur 3 gezeigtes verbessertes Kontaktelement 30 mit einem Anschlussbereich 31 und einem Kontaktbereich 32 vor. Im Unterschied zu dem in Figur 1 dargestellten Kontaktelement 10 ist der Anschlussbereich 31 des Kontaktelementes 30 auf der in Figur 3 obenliegenden Seite mit Rillen 33 versehen, die eine zu der Oberflächenstruktur 26 des Ambosses 20 komplementäre Oberflächenstrukturbilden. Der Kontaktbereich 32 entspricht dem Kontaktbereich 12 des Kontaktelementes 10.
  • Bei dem in Figur 3 dargestellten konkreten Ausführungsbeispiel wird die Oberflächenstruktur durch Rillen 33 mit einem dreiecksförmigen Querschnitt gebildet, die sich quer zu einer Längsachse 34 des Kontaktelementes 30 erstrecken. In dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind vier Rillen 33 gezeigt. In anderen Ausführungsbeispielen können jedoch auch mehr oder weniger Rillen 33 vorgesehen sein. Darüber hinaus sind in anderen Ausführungsbeispielen die Rillen 33 auch mit einem anderen Querschnitt ausgebildet, beispielsweise mit einem rechteckigen Querschnitt oder einem halbrunden Querschnitt. Die Rillen sind abweichend von der Darstellung in Figur 1 auch nicht auf eine Richtung quer zur Längsachse 34 beschränkt, sondern können auch parallel zu der Längsachse 34 oder in einer beliebigen anderen Richtung verlaufen. Weiterhin sei erwähnt, dass die Oberflächenstruktur nicht nur durch Vertiefungen in den Anschluss Bereich 31 des Kontaktelementes 30 ausgebildet werden kann, sondern auch durch Erhebungen. Schließlich ist es in anderen Ausführungsbeispielen auch möglich, dass sich die Strukturelemente (Rillen oder Erhebungen) auch überkreuzen, sich beispielsweise in einem rechten Winkel überkreuzen.
  • Die Abmessungen der Rillen 33 sind so gewählt, dass sie komplementär zu den Rippen 27 auf der Auflageplatte 23 sind. Das bedeutet insbesondere, dass bei dem Auflegen des Kontaktelementes 30 auf die Auflagefläche des Ambosses 20 der Ultraschallschweißanlage jeweils eine der Rippen 27 mit einer Rille 33 in Eingriff kommt. Auf diese Weise entsteht ein Formschluss zwischen dem Amboss 20 und dem Kontaktelement 30, der ein Schwingen des Kontaktelementes 10 während des Schweißvorganges weitgehend verhindert oder zumindest stark vermindert im Vergleich zu einem herkömmlichen Kontaktelement 10, das zu Beginn des Schweißvorganges mit einer glatten Oberfläche auf dem Amboss 20 aufliegt.
  • Auf die Art der Oberflächenstrukturen kommt es für die Verwirklichung der Erfindung nicht an. Entscheidend ist, dass die Oberflächenstrukturen so ausgebildet sind, dass ein Formschluss zwischen dem Kontaktelement und dem Amboss 20 der Schweißanlage ermöglicht ist. Konkret bedeutet das zum Beispiel, dass wenn die Rippen 27 der Auflageplatte 23 einen rechtwinkligen Querschnitt haben, die Rillen 33 in dem Kontaktelement 30 ebenfalls einen rechtwinkligen Querschnitt haben.
  • Bei einem vorteilhaften Ausführungsbespiel der Erfindung, bei dem die in Figur 2B dargestellten Rippen 27 und die in Figur 3 dargestellten Rillen 33 zum Einsatz kommen, die jeweils einen dreiecksförmigen Querschnitt aufweisen, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der zwischen den Flanken einer Rille 33 eingeschlossene Winkel kleiner ist als der zwischen den Flanken einer Rippe 27 eingeschlossene Winkel. Die Differenz kann beispielsweise 0,5° bis 10° und insbesondere 0,5° bis 5°betragen. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die Rippen nur entlang zweier Linien entlang der Rillen aufliegen, wodurch Spiel zwischen Amboss und Kontaktelement vermieden wird.
  • Bei anderen Querschnitten wird die Geometrie der Oberflächenstruktur in anderer Weise angepasst, um den genannten Vorteil zu erzielen. Zum Beispiel wird bei Rippen bzw. Rillen mit einem halbrunden Querschnitt der Durchmesser der Rippen größer gewählt als der Durchmesser der Rillen. Die Differenz der Durchmesser liegt beispielsweise zwischen 0,05 mm bis 1,0 mm und insbesondere zwischen 0,05 mm bis 0,5 mm.
  • In der Figur 4 ist eine an das Kontaktelement 30 angeschweißte Leitung 40 dargestellt. Die Leitung weist einen isolierenden Mantel 41 sowie einen aus einer Vielzahl von Drähten bestehenden Leiter 42 auf. Ein abisoliertes Ende der Leitung 40 ist an das Kontaktelement durch Ultraschallschweißen angeschweißt.
  • Die einzelnen Schritte zur Herstellung der Ultraschallschweißverbindung zwischen dem Leiter 42 und dem Kontaktelement 30 sind in einem Flussdiagramm in Figur 5 veranschaulicht. Zunächst wird auf jedem Kontaktelement 30 eine Oberflächenstruktur hergestellt, die an eine entsprechende Oberflächenstruktur 26 auf dem Amboss 20 der Ultraschallschweißanlage angepasst ist (Schritt 51). In der Praxis wird es so sein, dass eine ausreichende Anzahl von entsprechend vorbereiteten Kontaktelementen 30 bereitgestellt wird. Das heißt, die Kontaktelemente 30 werden nicht einzeln für jede elektrische Schweißung angefertigt, obwohl das grundsätzlich natürlich möglich ist. Ein Kontaktelement 30 wird auf den Amboss 20 der Ultraschallschweißanlage so aufgelegt, dass die Oberflächenstruktur des Kontaktelementes 30 mit der Oberflächenstruktur 26 des Amboss 20 in Eingriff kommt (Schritt 52). Dann wird der zu verbindende elektrische Leiter 42 auf den Anschlussbereich 31 des Kontaktelementes 30 aufgelegt und dann mit der Sonotrode aufgedrückt und in Schwingung versetzt, so dass eine Verschweißung des elektrischen Leiters 42 mit dem Kontaktelement 30 erfolgt. (Schritt 53)
    • Bezugszeichenliste
    • 10
    Kontaktelement
    11
    Anschlussbereich
    12
    Kontaktbereich
    13
    Hauptfläche
    20
    Amboss
    21
    Auflagefläche
    22
    Seitenschieber
    23
    Auflageplatte
    24
    Bohrung
    26
    Oberflächenstruktur
    27
    Rippen
    30
    Kontaktelement
    31
    Anschlussbereich
    32
    Kontaktbereich
    33
    Rillen
    34
    Längsachse
    40
    Leitung
    41
    isolierender Mantel
    42
    Leiter
    51-53
    Verfahrensschritte

Claims (5)

  1. Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Verbindung durch Ultraschallschweißen zwischen einem elektrischen Leiter (42) und einem Kontaktelement (30), wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
    - Erzeugen einer Oberflächenstruktur (33) auf dem Kontaktelement, die an eine Oberflächenstruktur (26, 27) auf einem Amboss (20) einer Ultraschallschweißanlage so angepasst ist, dass der Amboss (20) und das Kontaktelement (30) jeweils eine Oberflächenstruktur (26, 27; 33), die komplementär zueinander ausgebildet sind, aufweisen;
    - Auflegen des Kontaktelementes (30) auf den Amboss der Ultraschallschweißanlage, so dass die Oberflächenstruktur (33) des Kontaktelementes (30) mit der Oberflächenstruktur (26, 27) des Ambosses (20) in Eingriff kommt; und
    - Anschweißen des elektrischen Leiters (42) an das Kontaktelement (30).
  2. Ultraschallschweißsystem mit einer Ultraschallschweißanlage, die eine Sonotrode und einen Amboss (20) aufweist sowie mit einem Kontaktelement (30) für eine elektrische Leitung (40), dadurch gekennzeichnet, dass der Amboss (20) und das Kontaktelement (30) jeweils eine Oberflächenstruktur (26, 27; 33) aufweisen, die komplementär zueinander ausgebildet sind.
  3. Ultraschallschweißsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Amboss (20) wenigstens eine Rippe (27) mit einem dreiecksförmigen Querschnitt aufweist, dass das Kontaktelement (30) so viele Rillen (33) mit einem dreiecksförmigen Querschnitt aufweist wie der Amboss (20) Rippen (27) hat, und dass der zwischen den Flanken einer Rille (33) eingeschlossene Winkel kleiner ist als der zwischen den Flanken einer Rippe (27) eingeschlossene Winkel.
  4. Ultraschallschweißsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Amboss (20) wenigstens eine Rille mit einem dreiecksförmigen Querschnitt aufweist, dass das Kontaktelement (30) so viele Rippen mit einem dreiecksförmigen Querschnitt aufweist wie der Amboss (20) Rillen hat, und dass der zwischen den Flanken einer Rille eingeschlossene Winkel kleiner ist als der zwischen den Flanken einer Rippe eingeschlossene Winkel.
  5. Ultraschallschweißsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstrukturen (26, 27; 33) von Amboss (20) und Kontaktelement (30) so miteinander in Eingriff kommen, dass ein Formschluss zwischen Amboss (20) und Kontaktelement (30) entsteht.
EP17305785.2A 2017-06-23 2017-06-23 Verfahren zur herstellung einer elektrischen verbindung und ein ultraschallschweisssystem Active EP3419121B1 (de)

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