[发明专利]用于以导电方式连接绞合线的方法以及超声波焊接装置

说明书

技术领域

本发明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，本发明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。

背景技术

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卷曲，以便然后开始焊接过程。在这种情况下，该支承体的被卷曲的(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卷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。

发明内容

本发明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卷曲所述块状件。

根据本发明，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α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F_L对于由焊接面的底面和侧面所包围的空间的截面面积F_S为F_S＜F_L＜2F_S。

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≤1/2A_D)的缝隙，其中A_D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。