DE1465513C - Verfahren und Vorrichtung zum Zusammen schweißen zweier durch ein thermoplastisches Isoliermaterial getrennter elektrischer Leiter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zusammenschweißen zweier durch ein thermoplastisches Isoliermaterial getrennter elektrischer Leiter, insbesondere Leiter von Flachkabeln, bei dem ein bestimmter Druck auf die zwei Leiter aufgeübt wird, um die beiden Leiter derart gegeneinander zu drücken, daß wenigstens einer der Leiter in das Isoliermaterial eindringt, um in Berührung mit dem anderen Leiter zu kommen, um mit diesem eine galvanische Verbindung herzustellen, und bei dem dann ein elektrischer Strom durch diese Verbindung geleitet wird, um die beiden Leiter miteinander zu verschweißen.

Flachkabel finden eine weite Verbreitung in der elektrischen und elektronischen Industrie, da sie zahlreiche vorteilhafte Eigenschaften, einschließlich der flachen Form sowie der Elastizität, besitzen. Flachkabel bestehen im wesentlichen aus einem langgestreckten Streifen oder Band aus Kunststoff, in dem elektrisch leitfähige Drähte oder Elemente eingebettet oder »eingedruckt« sind. Da viele Verfahren zur Herstellung von Flachkabeln ein Weichmachen oder einen Einbettungsvorgang einschließen, wird als Material für den Kunststoffstreifen in der Regel ein thermoplastischer Stoff, z. B. ein Vinyl- oder Polyäthylen-Kunststoff verwendet.

Damit das Flachkabel im Zusammenhang mit einer elektrischen Schaltung verwendet oder in diese eingebaut werden kann, ist es erforderlich, zwischen den verschiedenen Leitern des Flachkabels und den umliegenden Schaltungen elektrische und mechanischc Anschlüsse bzw. Verbindungen vorzunehmen. Zu diesem Zweck sind bereits verschiedene Verfahren entwickelt worden, um die Anschlußklemmen an den Leitern des Flachkabcls zu befestigen. Bei einem solchen Verfahren wird die Isolation entlang einer schmalen Fläche an der einen oder an beiden Seiten des Flachkabcls entfernt und anschließend wird die Anschlußklemme an die blanken oder abisolierten Leiter oder gedruckten Leiterbahnen angelötet. Dieses Verfahren führt jedoch insofern zu Schwierigkeilen, als die Entfernung des Kunststoffes umständlich ist, verhältnismäßig viel Zeit beansprucht und unzweckmäßig ist. Ein anderes bekanntes Verfahren verwendet Anschlußklemmen mit Stechnasen, die unmittelbar durch den Kunststoff des Flachkabels gedrückt werden können und einen elektrischen und mechanischen Kontakt mit den leilfähigen Teilen des Fluchkabels herstellen. Die Probleme, die dieses Verfahren mit sich bringt, bestehen darin, daß eine genaue Ausrichtung tier Stcchna:-:en zu den elektrisch leilfähigen Teilen des I lachkabels erforderlich ist.

Bei einem bekannten weiteren Verfahren (USA.-Palenlschrifl 2 977 672) wird zunächst ein vorbestimmler Druck so lange auf die beiden isolierten Leiter ausgeübt, bis der eine Leiter das Isoliermaterial, das aus einem Polyamid besteht, durchdrungen und Berührung mit dem anderen Leiter hat, dann beiiinnl die Verschweißung der beiden Leiter, wobei die Ij.'ischaltuiig des Schv/eißslroms zur Verbindung tier beiden I eiler wegabhängiü erfolgt, d. h., nachdem <>» die Vorrichtung /ur Ausübung des vorbestimmten Diiicke:; eine bestimmte Wegstrecke zurückgelegt hai. wird ein im Sehweißstroinkreis liegender Schalter mechanisch geschlossen. Diese wegabhängige l'insdialtung des Schweißstroiiies ist jedoch relativ im- ^r, genau, da die Verformung des einen Leiters sowie das Diirchdriiiueri des Isoliermaterials von der jeweilige» Malerialbeschaffenheit abhängig ist und i'.ewissen Schwankungen unterliegen kann. Zur Verbindung der Leiter von Flachkabeln, die einen relativ dünnen Querschnitt haben, ist die wegabhängige Einschaltung des Schweißstroms wegen des geringen, hierfür zur Verfügung stehenden Weges besonders problematisch.

Bei einem Verfahren zum Verschweißen .eines mit Isoliermaterial überzogenen Leiters mit dem Sockel einer Glühlampe (USA.-Patentschrift 1613 957) ist es ferner bekannt, das Isoliermaterial an der vorgesehenen Schweißstelle vor dem Verschweißen zu erwärmen, um einen einwandfreien Durchgang des Schweißstromes zu ermöglichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren zum Zusammenschweißen zweier durch ein thermoplastisches Isoliermaterial getrennter elektrischer Leiter den Zeitpunkt der galvanischen Verbindung dieser Leiter und damit die Hindurchschickung des Schweißstromes genauer als bisher anzuzeigen, um eine einwandfreie Verschweißung unabhängig von Material- und Dimensionsschwankungen zu erreichen.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs bezeichneten Art dadurch gelöst, daß wenigstens einem der Leiter Wärme zugeführt wird, um das Isoliermaterial zwischen den Leitern zu erweichen und ein vorbestimmter Wert einer elektrischen Größe angezeigt wird und in Abhängigkeit von dieser Anzeige der elektrische Strom in Form einer Entladung durch die galvanische Ver-.Jbindung hindurchgeschickt wird, um die Leiter im Bereich der galvanischen Verbindung miteinander zu verschweißen. Der Zeitpunkt, an dem die elektrische Verschweißung durchgeführt werden kann, wird auf diese Weise zuverlässig und stets genau festgelegt, und zwar unabhängig von Schwankungen in der Zusammensetzung der Materialien der Isolierungen oder deren Dimensionen. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß der ohmsche Widerstand die elektrische Größe ist, welche angezeigt wird.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Impedanz die elektrische Größe sein, welche angezeigt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren basiert im wesentlichen auf der Anordnung eines Flachkabcls zwischen einer Schweißelektrode und einer Anschlußklemme, die mit dem Flachkabel zu verbinden ist. Die aus der Schweißelektrode- bestehende Heizqiiclle ist unmittelbar neben dem Flachkabel angeordnet, und da das Flachkabel aus einem thermoplastischen Werkstoff besteht, kann die Elektrode schnell in das Flachkabel eindringen, und zwar so weit, bis sie auf ein leitfähiges Element des Flachkabels trifft. Die Wärme von der Schweißelektrode dringt dann zu der Anschlußklemme hindurch, die sich neben der entgegengesetzten Seite des Flachkabel befindet.

Die Anschlußklemme durchdringt relativ leicht die durch die f-irwärnuing weichgeniachle Isolation, bis sie ebenfalls einen körperlichen Kontakt mit dem Leiter des Flachkabels herstellt, um eine dreiteilige metallische Verbindung zu schaffen. Zu diesem Zeitpunkt wird über die vorerwähnte metallische Verbindung eine Kondensatorentladung durchgeführt, um eine Schweißverbindung oder Vcrschweilkmg /u erzeugen. Die Kondensatorentladung wird durch eine elektrische Meßschaltung gesteuert, die den Widerstand /wischen der Anschlußklemme und der

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Schweißelektrode oder zwischen der Anschlußklemme irischen Widerstandsheizung einer Induktionsheizung

und dem besonderen Flachkabel mißt. Die Konden- oder anderen bekannten Heizungen bestehen können,

satorentladung findet dann statt, wenn der Wider- Wie in Fig. 1 weiter dargestellt ist, ist der Heiznase

stand niedrig genug ist, um die Herstellung einer 24 ein thermoelektrisches Element 26 mit einer

Schweißung zu ermöglichen. Dadurch wird ferner 5 Thermostatanordnung zugeordnet, die die Heiznase

angezeigt, wann die Schweißung durchgeführt 24 auf einer genauen Temperatur hält,

worden ist. . Wie ebenfalls F i g. 1 zeigt, ist mit der Anschluß-

Die Erfindung wird anschließend an Hand der klemme 12 und dem Leiterelement 18 des Flachkabels Zeichnungen mehrerer Ausführungsbeispiele näher ein Kondensatorentladekreis verbunden. Der Konerläutert. Es zeigt ίο densatorentladekreis umfaßt im wesentlichen eine

Fig. 1 schematisch ein aufgeschnittenes Flach- einregulierbare Spannungsquelle, einen Widerstand kabel, das zwischen einer angehobenen Schweiß- 28, einen Schalter 30, an dem eine Widerstandsmeßelektrode und einer Anschlußklemme eingelegt ist, einrichtung über einen Schalter 31 angeschlossen sein sowie einen mit der Anschlußklemme verbundenen kann, sowie drei parallel geschaltete Kondensatoren Kondensator-Entladekreis, 15 32, 34 und 36 von je 100 μΡ. Ein Leiter 38 ver-

F i g. 2 eine vergrößerte Ansicht eines Teils der bindet den Schalter 30 mit der Anschlußklemme 12

in Fig. 1 gezeigten Anordnung, die einen einleiten- und zwei Leiter40 und 41 stellen die Verbindung

den Arbeitsschritt des Verfahrens darstellt, wobei die der Schweißelektrode 20 und des Schalters 31 zu dem

Schweißelektrode derart in Berührung mit dem Widerstand vor der Spannungsquelle her. Die

Flachkabel gebracht ist, daß sie die Vorderseite des 20 Kondensatoren 32, 34 und 36 sind über einen Leiter

Flachkabels durchdringt und in Berührung mit einem 42 mit dem Widerstand vor der Spannungsquelle und

elektrisch leitfähigen Teil des Flachkabels kommt, über einen Leiter 44 mit dem Schalter 30 vor der

F i g. 3 eine der F i g. 2 ähnliche Ansicht, in der Spannungsquelle verbunden. Bei der Ausführung des jedoch ein weiterer Arbeitsschritt des Verfahrens dar- Verfahrens gemäß der Erfindung wird die Schweißgestellt ist, bei dem die Wärme von der Schweißelek- 25 elektrode 20 auf eine gewünschten Temperatur getrode über das leitfähige Teil des Flachkabels weiter bracht, die von folgenden Faktoren abhängt;
durchgedrungen ist und die Isolation an der entgegen- a) den Punkten, an denen das thermoplastische gesetzten Seite des Flachkabels weichgemacht hat, Isoliermaterial des Flachkabels weich wird und um die Anschlußklemme, insbesondere einen von verschmort;
diesem abstehenden Ansatz so zu erwärmen, daß 30 b) der Dicke des Kabels;

dieser durch die Isolation hindurchdringen und in cj dem Druck, der auf die Schweißelektrode ausBerührung mit dem leitfähigen Teil des Flachkabels zuüben ist, und
kommen kann, d) der gewünschten Arbeitszeit.

F i g. 4 eine schematische Schnittansicht, der mit Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung,

dem Flachkabel fest verbundenen Anschluß- 35 weist das Flachkabel eine Polyäthylen-Isolation mit

klemme, einer Gesamtstärke von 0,254 mm auf, und zwar ein-

Fig. 5 eine der Fig. 1 in etwa ähnlicher Ansicht, schließlich der Leiterdicke in Höhe von 0,1016mm.

in der jedoch eine geänderte Schweißelektrode zu- Die Schweißelektrode 20 wurde auf einer Temperatur

sammen mit der Anschlußklemme gezeigt ist, die von etwa 250° C gehalten, die in der verhältnismäßig

ihrerseits einen geringfügig abgeänderten Ansatz 40 kurzen Kontaktzeitspanne von 5 sek. bei einer auf

aufweist, die Schweißelektrode ausgeübten Kraft von 3,17 kp

F i g. 6 eine Darstellung des Abschlußschrittes des kein Verschmoren des Polyäthylens bewirkte,

in Fig. 5 angedeuteten Verfahrens, der in etwa dem Wie in F i g. 1 gezeigt ist, wird die Schweißelektrode

in F i g. 3 angedeuteten Verfahrensschritt entspricht 20 in Richtung des Pfeiles 46 nach unten bewegt, so

und 45 daß das Teil 48 der Heiznase 24 an der äußeren Seite

F i g. 7 eine vergrößerte Ansicht der nach dem 50 des Flachkabels 16 in Berührung mit dem Iso-

Verfahren nach F i g. 5 hergestellten Verschweißung. liermaterial kommt.

Die Vorrichtung, mit der das Verfahren durchge- Wie weiter in Fig. 1 gezeigt ist, kann das Teil48 führt wird, ist in F i g. 1 mit der Bezugszahl 10 be- der Heiznase 24 gegabelt sein, um zwei Eindruckzeichnet. Wie in F i g. 1 weiter dargestellt ist, ist eine 50 stellen zu schaffen.

Anschlußklemme 12 mit einem Ansatz 14 so vorbe- Wenn der heiße Teil 48 der Heiznase 24 in Bereitet, daß sie elektrisch und mechanisch mit einem rührung mit der äußeren Seite 50 des Flachkabels 16 Flachkabel 16 verbunden ist, welches Leiterelemente kommt, so erwärmt er augenblicklich das gegenüber-18 besitzt, die auch in F i g. 7 gezeigt sind. Der An- liegende Isoliermaterial, wobei die von dem Teil 48 satz 14 der Anschlußklemme 12 erleichtert das. Ein- 55 ausgehende Wärme in Verbindung mit dem ausge- und Durchdringen der Anschlußklemme in und übten Druck bewirkt, daß sich das Isoliermaterial durch das thermoplastische Isoliermaterial des Flach- unter dem Druck der Nase 24 seitlich weg bewegt, kabeis. Bei einer bevorzugten Ausführungsform hat Dadurch kann die Schweißelektrode 20 leicht durch der Ansatz 14 einen Durchmesser von etwa 0,762 mm die äußere Seite 50 hindurchdringen, bis sie das leitsowie eine Höhe von 0,508 mm. 60 fähige Element 18 des Flachkabels, wie in F i g. 2

Zur Durchführung des Verfahrens ist es erforder- dargestellt ist, berührt. Zu diesem Zeitpunkt wird von lieh, eine Schweißelektrode 20 vorzusehen, die von der Schweißelektrode weiter Wärme abgestrahlt, die bekannter Ausführung sein kann und im Ausfüh- durch das leitfähige Element 18 hindurchdringt und rungsbeispiel im wesentlichen aus einem Schaft 22 anschließend auch zu der inneren Seite 52 des Flachbcsteht, von dem eine Heiznase 24 nach unten ab- 65 kabcls gelangt, wodurch das Isoliermaterial gegensteht. Mit der Schweißelektrode 20 sind Vorrich- über dem Ansatz 14 der Anschlußklemme 12 weichtungcn (nicht gezeigt) zur Zuführung von Wärme zu gemacht wird. Auf Grund des weichgemachten Isoder Heiznasc 24 verbunden, die z. B. aus einer clck- liermatcrials gegenüber der inneren Seite 52 und in-

folge des von der Schweißelektrode 20 ausgeübten Druckes kann der Ansatz 14 leicht durch die innere Seite 52 hindurchdringen, bis er in Berührung mit dem leitfähigen Element 18 des Flachkabels kommt. Sobald dieser Zustand eintritt, ist eine metallische Verbindung zwischen der metallischen Schweißelektrode 20, dem leitfähigen Element 18 des Flachkabels und der Anschlußklemme 12 hergestellt.

Jetzt wird über die vorerwähnte metallische Verbindung eine Kondensatorentladung durchgeführt, um eine Verschweißung zu erreichen. Die Kondensatorentladung wird durch das Zusammenwirken der einregulierten Spannungsquelle, der Kondensatoren 32, 34 und 36 sowie der übrigen Schaltelemente gemäß F i g. 1 erzeugt.

Wie bereits erwähnt, kann dem Schalter 30 eine Widerstandsmeßeinrichtung zugeordnet sein, damit der Schaltkreis nach Fig. 1 beim Erreichen eines vorbestimmten elektrischen Widerstandes geschlossen wird, der gewährleistet, daß eine metallische Verbindung zwischen der Schweißelektrode, dem leitfähigen Element des Flachkabels und der Anschlußklemme erzeugt worden ist. Falls erwünscht, können passende Relais vorgesehen sein. Die Kondensatorentladung kann gedämpft vor sich gehen, wobei sich die Schalter 30 und 31 anschließend öffnen, um den Zyklus zu beenden.

Wenngleich zur Herstellung der Verschweißung eine Kondensatorentladung bevorzugt verwendet wird, sei darauf hingewiesen, daß auch andere eine Leistung abgebende Einrichtungen benutzt werden können.

In den Ausführungen nach den F i g. 5, 6 und 7 weist das Teil 148 der Schweißelektrode 120 nur eine einzige Spitze auf, das heißt, es ist nicht, wie das Teil 48 gemäß F i g. 1 gegabelt. Der Ansatz 114 ist ferner, wie durch die Einsenkung 160 angedeutet ist, durchgeschlagen. Wie in F i g. 5 dargestellt ist, weist die Schweißelektrode 120 einen leicht konvexen Bogen auf, so daß deren Mittelteil leichter in das Isoliermaterial eindringen kann.

Die Schweißelektrode 120 wirkt auf das Flachkabel 16 mit den Leitern 18 weitestgehend in der gleichen Weise ein, wie die Schweißelektrode 20. Es ist hier ferner eine Auflage 162 vorgesehen, die auch bei dem in F i g. 1 angedeuteten Verfahren verwendet werden kann. Die Anschlußklemme 12 kann weiter in einem Isoliergehäuse 164 befestigt sein, obwohl diese Befestigung in der Regel im Anschluß an die Verschweißung erfolgt.

Der letzte Arbeitsschritt des Verfahrens ist in Fig. 6 angedeutet und besteht darin, daß unter dem Einfluß der Schweißelektrode 120 eine Einsenkung 166 geschaffen wird. Durch die Elektrode 20 werden ebenfalls zwei Einsenkungen geschaffen. Die Ein-Senkungen können mit einem Epoxydharz oder einem anderen Abdichtungswerkstoff ausgefüllt werden.

In F i g. 7 ist eine vergrößerte Ansicht der unteren Seite einer vollständigen Anordnung dargestellt, wobei die Schweißstellen 168 nach dem Verfahren gemaß der Erfindung hergestellt worden sind.

Das Verfahren ermöglicht also auf einfache und wirkungsvolle Weise die Herstellung einer Schweißverbindung zwischen der Anschlußklemme und dem leitfähigen Element des Flachkabels. Sofern diese Schweißverbindung mechanisch nicht fest oder stark genug ist, um den Kräften oder Zugspannungen, die an dem Flachkabel angreifen können, standzuhalten, können den Schweißstellen mechanische Mittel zugeordnet werden, die diese schützen. Derartige mechanische Mittel können aus bekannten Einrichtungen zur Zugentlastung bestehen oder es können Epoxydharze verwendet werden, um die Schweißstellen zu verstärken. Epoxydharz wird ferner, wie bereits erwähnt, zum Ausfüllen der Einsenkungen benutzt.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Zusammenschweißen zweier durch ein thermoplastisches Isoliermaterial getrennter elektrischer Leiter, insbesondere Leiter von Flachkabeln, bei dem ein bestimmter Druck auf die zwei Leiter ausgeübt wird, um die beiden Leiter derart gegeneinander zu drücken, daß wenigstens einer der Leiter in das Isoliermaterial eindringt, um in Berührung mit dem anderen Leiter zu kommen, um mit diesem eine galvanische Verbindung herzustellen, und bei dem dann ein elektrischer Strom durch diese Verbindung geleitet wird, um die beiden Leiter mitein-

— ander zu verschweißen, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einem der Leiter Wärme zugeführt wird, um das Isoliermaterial zwischen den Leitern zu erweichen und daß ein vorbestimmter Wert einer elektrischen Größe angezeigt wird und in Abhängigkeit von dieser Anzeige der elektrische Strom in Form einer Entladung durch die galvanische Verbindung hindurchgeschickt wird, um die Leiter im Bereich der galvanischen Verbindung miteinander zu verschweißen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ohmsche Widerstand die elektrische Größe ist, welche angezeigt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanz die elektrische Größe ist, welche angezeigt wird.

4. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche! bis 3 mit einer bewegbaren Schweißelektrode und einer Heizvorrichtung zum Erwärmen und Weichmachen der Isolation im Bereich neben der Elektrode, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anzeige eines vorbestimmten Wertes einer elektrischen Größe, die der Leiterverbindung zugeordnet ist, eine elektrische Schaltung vorgesehen ist und in Abhängigkeit von dieser Anzeige eine Schweißsteuerschaltung einen Schweißstrom durch die Schweißelektrode und galvanische Verbindung hindurchschickt, um den einen Leiter mit dem anderen Leiter zu verschweißen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen