本发明专利技术涉及一种用于借助于超声波焊接将具有基本上由铝构成的单线（３２，３４）的绞合线（３０）与由金属构成的Ｕ形支承体（４０）以导电方式相连接的超声波焊接装置（１０）以及方法。在此，使用这种超声焊极作为超声焊极（７８）：这种超声焊极的焊接面（８０）具有开放式梯形的曲线，所述开放式梯形具有短的基本腿部作为底面（８６）。在焊接期间，所述绞合线直接接触所述底面和从所述底面出发并且与所述底面成钝角的侧面（８８，９０），其中已焊接状态下的被插入Ｕ形支承体中的绞合线的总截面面积ＦＬ对于被焊接面的底面和侧面所包围的空间的截面面积ＦＳ为ＦＳ＜ＦＬ＜２ＦＳ。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于借助于超声波焊接将具有基本上由铝或者铝合金构成的芯线或单线的绞合线与由金属构成的u形支承体以导电方式相连接的方法，其中所述支承 体被布置在超声波焊接装置的对应电极上，所述绞合线被插入所述u形支承体的由横向腿部和侧向腿部所形成边界的空间中并且接着借助于被激励成超声波振动的超声焊极(Sonotrode)而被彼此焊接在一起并且被与所述支承体焊接在一起。此外，本专利技术还涉及一 种用于执行该方法的超声波焊接装置，所述超声波焊接装置包括传输超声波振动的超声 焊极，该超声焊极带有具有焊接面的超声焊极头部(Sonotrodenkopf);与所述焊接面对置 的、支撑U形支承体的对应电极；以及优选地在侧面的边界元件，所述边界元件带有所述具 有焊接面的超声焊极头部在其间延伸的边界面。
技术介绍
如果包含由铝或者铝材料构成的单线或芯线的绞合线被彼此焊接在一起或被与 块状支承体焊接在一起，则在实践中已经表明所引入的焊接能量导致铝在一定程度上流 动、即逐渐变为所谓的糊态，使得进行到超声焊极面上的或到在侧面对容纳所述绞合线的 压实空间形成边界的挡板上的熔合。 为了避免这种情况，曾建议在超声波焊接装置的工具与由铝构成的绞合线之间 布置中间膜，所述中间膜阻止了与焊接工具的直接接触。 US-A-3， 717， 842利用了相同的想法，该US_A_3， 717， 842涉及一种用于将铝线与U 形支承体焊接在一起的方法。为了制造焊接连接，首先以公知的方式使该支承体围绕铝线 巻曲，以便然后开始焊接过程。在这种情况下，该支承体的被巻曲的(umgecrimpt)段位于 超声焊极与线之间。 不仅中间膜的引进而且附加的巻曲都是工艺过程的缺点，所述缺点尤其是在高度 自动化的焊接流程中是不期望的。
技术实现思路
本专利技术所基于的任务是改进前面所述类型的方法和超声波焊接装置，使得由铝构 成的或者含铝的绞合线可以与U形块状件(Massivteil)焊接在一起，而不必为了避免所述 绞合线与焊接所必需的工具之间的直接接触而需要中间膜或者必须巻曲所述块状件。 根据本专利技术，根据方法基本上通过如下方式来解决该任务使用这种超声焊极作 为超声焊极这种超声焊极的焊接面具有开放式梯形的曲线，所述开放式梯形具有短的基 本腿部(Basisschenkel)作为底面；并且在焊接期间，所述底面与从所述底面出发并且与 所述底面成钝角a的侧面一起直接接触绞合线，其中已焊接状态下的被插入U形支承体 中的绞合线的总截面面积^对于由焊接面的底面和侧面所包围的空间的截面面积Fs为Fs < FL < 2FS。 已经令人感到意外地表明如果绞合线的要焊接的线或芯线的很大部分被由超声焊极的焊接面所包围的并且在横截面中形成稳定的(gleichmaessig)梯形的空间容纳， 则不发生在超声焊极面上的熔合。对此的原因可能是，在压实和焊接所述绞合线时出现的 总横向力在很大程度上被超声焊极的侧面、即提供所述焊接面的超声焊极头部的侧鼻壁吸 收，使得存在于由所述焊接面形成边界的空间之外的绞合线尽管在焊接时出现的在该超声 焊极头部的区域上的流动也不熔合。这也适用于在依照开放式等腰梯形的曲线的焊接面之 外伸展的区域。 对在超声焊极头部的形成梯形的横截面的容纳装置(Aufnahme)之内不发生熔合 的另一解释可以是在所述区域中，存在最大的相对运动，使得即使局部会发生熔合，所述 连接仍然由于所述相对运动而被解除。 尤其是当U形支承体的侧向腿部的净距离、超声焊极或超声焊极头部的宽度以及 要焊接的芯线在其尺寸方面彼此被协调时，避免了在该超声焊极头部的进入U形支承体时 沿着其侧向腿部伸展的外表面上的熔合，其中U形支承体的侧向腿部的净距离、超声焊极 或超声焊极头部的宽度以及要焊接的芯线在其尺寸方面彼此被协调为使得在为了将芯线 彼此焊接在一起和与所述支承体焊接在一起而在使超声焊极或超声焊极头部进入U形支 承体中的情况下在U形支承体的相应的侧向腿部的内表面与超声焊极或超声焊极头部的 面向的外表面之间存在具有宽度S(其中S《1/2AD)的缝隙，其中A。是所述绞合线的相应 芯线的直径。如果焊接具有横截面不同的芯线的绞合线，则应当按照直径最小的芯线来设 计所述缝隙的宽度。 尽管已知通常把由铜构成的绞合线与U形支承体焊接在一起，在所述U形支承体 中，超声焊极在绞合线侧具有焊接面，所述焊接面显示出可以与梯形几何形状相匹配的凹 形曲线(DE-U-202004010775)。通过所述几何形状应实现减小在焊接时出现的横向力，以 便最小化U形支承体的侧向腿部的弯曲。在此，超声焊极的焊接面的尺寸确定被选择为使 得已焊接状态下的绞合线具有如下的总横截面所述总横截面是由超声焊极的焊接面所形成边界的空间的截面面积的多倍。通过所述对此的教导尤其是还将实现可以将支承体与由铜构成的绞合线更可靠地焊接在一起，所述绞合线在已焊接状态下突出该支承体的侧向 腿部。 应当将选自下面的组中的至少一种材料用作U形支承体的材料SE-Cu58、 SF-Cu、 E-Cu58、 CuNi3SiMg、 CuFe2P、 CuCrSiTi、 CuZn37、 CuSn6、 CuSn8。在此，所述材料的命名符合 DIN标准。 尤其是规定将适用于高质量的插塞式连接器的被冷锻的(federhart)材料用作 该支承体的材料。但是在这种情况下，应当例如通过电镀尤其是用银或者含银材料来涂层 至少该支承体的绞合线侧的面。 在本专利技术的改进方案中规定使用在绞合线侧具有U形头段(Kopfabschnitt)的超声焊极，所述头段在内侧形成焊接面的边界，所述焊接面具有底面和以角度a伸展的侧 面，所述侧面是该头段的侧向腿部的内表面，其中该超声焊极头部具有宽度B并且所述侧 向腿部以高度T突出于所述底面，其中0. 15B《T《0. 30B。 此夕卜，应当采用其中在所述底面与相应侧面之间伸展的角度a为 125°《a《145°的超声焊极。 容纳绞合线并且由超声焊极的焊接面所包围的空间由侧向腿部或隔板(Steg)来形成边界，所述侧向腿部或隔板的端面平行于底面伸展。在此，相应端面的宽度应当为0. 25mm到1. 5mm之间。通过所述尺寸确定，同样保证了在焊接时具有铝的熔合。进入U形支承体、即块状件中的超声焊极或超声焊极头部可以具有1mm到25mm之间的宽度。 —种开头所述类型的超声波焊接装置的特征在于 焊接面具有拥有底面和侧面的开放式等腰梯形的曲线，所述底面和相应的侧面成角度a，其中125。《a《145° ，所述侧面是该超声焊极头部的以高度T突出于所述底面的腿部的内表面并且在侧面形成该超声焊极头部的边界，而且该超声焊极头部具有宽度B，该宽度B与由所述焊接面所包围的空间的高度T的关系为0. 15B《T《0. 30B。 该超声焊极头部的腿部具有端面，所述端面平行于焊接面的底面并且具有宽度A，其中0. 25mm《A《1. 5mm。此外，进入U形支承体中的超声焊极头部具有宽度B，其中lmm《B《25mm。 尤其是规定该U形支承体由选自下面的组的至少一种材料构成SE-Cu58、 SF-Cu、 E-Cu58、 CuNi3SiMg、 CuFe2P、 CuCrSiTi、 CuZn37、 CuSn6、 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于借助于超声波焊接将具有基本上由铝或者铝合金构成的芯线或单线（３２，３４）的绞合线（３０）与由金属构成的Ｕ形支承体（４０）以导电方式相连接的方法，其中所述支承体被布置在超声波焊接装置（１０）的对应电极（４２）上，所述绞合线被插入所述Ｕ形支承体的由横向腿部和侧向腿部（５２，５４，５６）所形成边界的空间中并且接着借助于被激励成超声波振动的超声焊极（１６，７８）而被彼此焊接在一起和被与所述支承体焊接在一起，其特征在于，使用以下超声焊极作为超声焊极（１６，７８）：所述超声焊极的焊接面（８０）具有开放式梯形的曲线，所述开放式梯形具有短的基本腿部作为底面（８６）；并且在焊接期间，所述底面与从所述底面出发并且与所述底面成钝角α的侧面（８８，９０）一起直接接触绞合线（３０），其中已焊接状态下的被插入Ｕ形支承体（４０）中的绞合线的总截面面积ＦＬ对于由焊接面的底面和侧面包围的空间的截面面积Ｆ↓［Ｓ］为Ｆ↓［Ｓ］＜Ｆ↓［Ｌ］＜２Ｆ↓［Ｓ］。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：D斯特罗，H斯特罗，
申请(专利权)人：申克索诺系统有限责任公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]
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