[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbindung
eines elektrischen Übertragungselements mit einem Kontaktelement, wobei das elektrische
Übertragungselement wenigstens einen elektrischen Leiter aufweist, der von einer Aderhülle
umgeben ist.
[0002] Nach einem bekannten Verfahren zur Verbindung eines elektrischen Übertragungselements,
beispielsweise in Form eines elektrischen Kabels, mit einem Kontaktelement werden
ein freigelegter elektrischer Leiter des Übertragungselements einerseits und eine
Aderhülle des Übertragungselements, beispielsweise in Form einer elektrischen Isolierung,
andererseits je mit dem Kontaktelement verbunden, indem sie mittels je eines gesonderten
Crimpbereichs des Kontaktelements vercrimpt werden. Bei einem solchen Crimpvorgang
wird einerseits ein Leitercrimpbereich des Kontaktelements mit dem elektrischen Leiter
des Übertragungselements in Press- oder Quetschkontakt gebracht und wird andererseits
die Aderhülle, beispielsweise in Form einer Isolierung, des elektrischen Übertragungselements
mit einem Isolationscrimpbereich des Kontaktelements in Press- bzw. Quetschkontakt
gebracht, um das Übertragungselement am Kontaktelement zu befestigen.
[0003] In DE 103 58 153 A1 sind ein Verbindungsverfahren und eine Verbindungsanordnung eines
elektrischen Kabels mit einem Kontaktelement beschrieben. Gemäß dem Verbindungsverfahren
zur Verbindung des elektrischen Kabels mit einem Kontaktelement werden, nachdem ein
Leiter des elektrischen Kabels vercrimpt wurde, um mit einem Leitercrimpabschnitt
des Kontaktelements verbunden zu werden, der Leiter und der Leitercrimpabschnitt verschweißt,
indem ein Laserstrahl auf eine Bodenwand des Leitercrimpabschnitts geleitet wird.
Zu diesem Zweck muss das elektrische Kabel zunächst einem Leitercrimpbereich zugeführt
werden, der zunächst den Leiter des elektrischen Kabels mit dem Leitercrimpabschnitt
des Kontaktelements sowie den Kabelmantel des Kabels mit dem Isolationscrimpbereich
vercrimpt. Danach wird die so hergestellte Verbindungsanordnung aus elektrischem Kabel
und Kontaktelement einer Laser-Schweißvorrichtung zugeführt, welche den Laserstrahl
zur Herstellung der Schweißverbindung auf eine Bodenwand des Kabelcrimpabschnitts
leitet. Bei einer derartigen Vorgehensweise werden das elektrische Kabel und das Kontaktelement
zur Durchführung des Crimpvorgangs zunächst der Crimpvorrichtung zugeführt, anschließend
muss die hergestellte Verbindungsanordnung der Crimpvorrichtung entnommen werden,
bevor sie der Laser-Schweißvorrichtung zugeführt wird, um in einem separaten Arbeitsvorgang
den Schweißvorgang durchzuführen. Ein derartiges Verbindungsverfahren in mehreren
separaten Arbeitsvorgängen erfordert einen vergleichsweise hohen Zeitaufwand bei der
Durchführung des Verbindungsverfahrens und erfordert mehrere Verarbeitungsstationen
mit entsprechend hohem Geräteaufwand.
[0004] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Verbindung eines elektrischen Übertragungselements mit einem Kontaktelement anzugeben,
das bzw. die dazu geeignet ist, den Zeitbedarf und den Geräteaufwand zur Durchführung
des Verbindungsverfahrens vergleichsweise gering zu halten.
[0005] Die Aufgabe betreffend das Verfahren wird gelöst durch ein Verfahren zur Verbindung
eines elektrischen Übertragungselements mit einem Kontaktelement gemäß Patentanspruch
1. Die Aufgabe betreffend die Vorrichtung wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Verbindung
eines elektrischen Übertragungselements mit einem Kontaktelement gemäß Patentanspruch
11.
[0006] Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Verbindung eines elektrischen Übertragungselements
mit einem Kontaktelement werden das elektrische Übertragungselement und das Kontaktelement
zur Herstellung einer Verbindung einer Arbeitsstation zugeführt und verbleiben für
einen Arbeitsvorgang mit einer bestimmten Verweildauer in der Arbeitsstation, bevor
sie der Arbeitsstation wieder entnommen werden. In der Arbeitsstation wird die Aderhülle
des elektrischen Übertragungselements, die einen elektrischen Leiter umgibt, mit wenigstens
einem Crimpelement des Kontaktelements vercrimpt. Während derselben Verweildauer des
Kontaktelementes in der Arbeitsstation oder während desselben Arbeitstaktes der Arbeitsstation
wird der elektrische Leiter des Übertragungselements mit einem Kontaktbereich des
Kontaktelements verschweißt. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden also der
Crimpvorgang und der Schweißvorgang zur Herstellung der Verbindung zwischen dem elektrischen
Übertragungselement und dem Kontaktelement in einem zum selben Arbeitstakt bzw. zur
selben Verweildauer gehörenden gemeinsamen Arbeitsvorgang innerhalb einer gemeinsamen
Arbeitsstation durchgeführt, so dass für beide Vorgänge eine gemeinsame Arbeitsstation
verwendet werden kann. Damit lässt sich eine deutliche Reduzierung einer Zykluszeit
für die Herstellung einer Verbindung zwischen einem Übertragungselement und einem
Kontaktelement erreichen, da der Transportvorgang der gebildeten Verbindungsanordnung
aus einer Crimpvorrichtung in eine separate Schweißvorrichtung erfindungsgemäß entfallen
kann.
[0007] Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Verbindung eines elektrischen Übertragungselements
mit einem Kontaktelement enthält eine Zuführeinrichtung zur Zuführung eines Kontaktelements
und eines elektrischen Übertragungselements sowie eine Arbeitsstation, der das Kontaktelement
und das elektrische Übertragungselement durch die Zuführeinrichtung zugeführt werden.
Die Arbeitsstation ist dabei derart ausgebildet, dass die zu verbindenden Elemente
für einen Arbeitsvorgang mit einer bestimmten Verweildauer in der Arbeitsstation verbleiben,
bevor sie der Arbeitsstation wieder entnommen werden. Die Arbeitsstation umfasst eine
Crimpeinrichtung, die dazu ausgebildet und betreibbar ist, die Aderhülle des elektrischen
Übertragungselements mit wenigstens einem Crimpelement des Kontaktelements zu vercrimpen.
Weiterhin umfasst die Arbeitsstation eine Schweißvorrichtung, die dazu ausgebildet
und betreibbar ist, den elektrischen Leiter mit einem Kontaktbereich des Kontaktelements
zu verschweißen. Die Crimpeinrichtung und die Schweißvorrichtung sind dazu eingerichtet,
in einem zum selben Arbeitstakt bzw. zur selben Verweildauer gehörenden gemeinsamen
Arbeitsvorgang für einen Crimpvorgang und einen Schweißvorgang betätigt zu werden.
[0008] Für den Anwendungsfall, dass das elektrische Übertragungselement mehrere elektrische
Leiter aufweist, insbesondere eine Litzendrahtanordnung, die von einer gemeinsamen
Aderhülle umgeben sind, wird in der Arbeitsstation wenigstens ein Teil der elektrischen
Leiter mit einem Kontaktbereich des Kontaktelements verschweißt. Dabei werden wenigstens
mehrere der elektrischen Leiter untereinander kompaktiert, d.h. die einzelnen Drähte
des Litzenbündels werden miteinander zu einem Bündel verschweißt. Vorzugsweise wird
bei dem kompaktierenden Schweißvorgang das kompaktierte Litzenbündel auch an das Kontaktelement
angeschweißt.
[0009] Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird der elektrische Leiter mit dem Kontaktbereich
des Kontaktelements verschweißt, während sich das Isolationscrimpwerkzeug in Crimpposition
befindet. Dazu wird insbesondere eine Crimpeinrichtung geschlossen, so dass die Aderhülle
des elektrischen Übertragungselements mit dem Crimpbereich des Kontaktelements vercrimpt
wird. Während des selben Arbeitstaktes oder derselben Verweildauer des Kontaktelementes
in der Arbeitsstation wird der elektrische Leiter mit dem Kontaktbereich des Kontaktelements
verschweißt, beispielsweise mittels eines Widerstandsschweißverfahrens, bei welchem
eine erste Schweißelektrode und eine zweite Schweißelektrode von gegenüberliegenden
Seiten die zu verschweißenden Elemente kontaktieren. Während des Schweißvorgangs wird
das Übertragungselement von der Crimpeinrichtung festgehalten. Nach dem Beenden des
Schweißprozesses wird die Crimpeinrichtung wieder gelöst, so dass die so gebildete
Verbindungsanordnung freigegeben wird.
[0010] In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird der elektrische Leiter während
des Schweißvorgangs von einer Stützeinrichtung der Arbeitsstation gegen eine Ausweichtendenz
bewirkende Kräfte gehalten. Beispielsweise weist die Stützeinrichtung seitlich zu
den zu verschweißenden Elementen paarweise angeordnete Stützelemente auf, wobei ein
erstes der Stützelemente auf einer ersten Seite und ein zweites der Stützelemente
auf einer gegenüberliegenden zweiten Seite der zu verschweißenden Elemente angeordnet
werden. Die Stützelemente sind beispielsweise als Keramikbacken ausgeführt, die beidseits
neben die zu verschweißenden Elemente in Position gebracht werden. In einer Stützposition
sind die Stützelemente bevorzugt derart angeordnet, dass sie ohne seitlichen Abstand
an der jeweiligen Seite der zu verschweißenden Elemente anliegen.
[0011] Um die Stützeinrichtung an die zu verschweißenden Elemente anzunähern, ist die Stützeinrichtung
vorzugsweise entlang einer zweiten Achse verfahrbar, die näherungsweise orthogonal
zu einer ersten Achse verläuft, entlang welcher die Schweißvorrichtung zur Annäherung
an die zu verschweißenden Elemente verfahren wird, um durch eine Energiezufuhr den
Schweißvorgang durchzuführen. Beispielsweise ist die Schweißvorrichtung entlang einer
vertikalen Achse verfahrbar, wohingegen die einzelnen Stützelemente der Stützeinrichtung
entlang einer horizontalen Achse seitlich an die zu verschweißenden Elemente angenähert
werden.
[0012] Insbesondere für den Fall, in welchem mehrere Kontaktelemente aufgereiht und intermittierend
der Arbeitsstation zugeführt werden, ist die Stützeinrichtung des weiteren entlang
einer dritten Achse verfahrbar, die näherungsweise orthogonal zu den genannten beiden
anderen Achsen angeordnet ist. Gemäß einer Ausführungsform des Verbindungsverfahrens
wird die Stützeinrichtung vor dem Schweißvorgang entlang dieser dritten Achse verfahren,
um die Stützeinrichtung zwischen die aufgereihten Kontaktelemente zu bringen. Anschließend
wird die Stützeinrichtung entlang der zweiten Achse an die zu verschweißenden Elemente
seitlich angenähert, um die Stützposition einzunehmen.
[0013] Alternativ oder zusätzlich zu der Bewegung entlang der dritten Achse kann die Stützeinrichtung
in einer mindestens näherungsweise parallel zur ersten Achse verlaufenden Richtung
verfahren werden, bevor die Stützelemente entlang der zweiten Achse zu den zu verschweißenden
Elementen herangefahren werden.
[0014] Bei einer Ausführungsform der Erfindung werden zur Aufnahme der beim Schweißvorgang
entstehenden seitlichen Kräfte die beiden seitlichen Stützelemente der Stützeinrichtung
über eine Spange oder ein spangenartiges Verriegelungselement verriegelt.
[0015] Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist in der Arbeitsstation eine
Abtrenneinrichtung enthalten, um das zu verschweißende Kontaktelement von einem Trägerelement
zu trennen, an welchem mehrere zu verarbeitende Kontaktelemente angebracht sind. Beispielsweise
sind mehrere Kontaktelemente in einer Reihe einseitig mit einem Trägerstreifen verbunden,
der in der Arbeitsstation vom zu verbindenden Kontaktelement abgetrennt wird. Bevorzugt
wird die Abtrenneinrichtung mit dem gleichen Verfahrvorgang in eine Abtrennposition
gebracht, in welchem die Crimpeinrichtung in Crimpposition gebracht wird, um die Aderhülle
mit dem Crimpelement des Kontaktelements zu vercrimpen. Dadurch lässt sich wiederum
eine deutliche Zeitersparnis während des Verbindungsprozesses erzielen, da mit dem
ohnehin durchzuführenden Crimpprozess gleichzeitig der Abtrennprozess durchgeführt
wird.
[0016] In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Abtrenneinrichtung ein Messer und
einen verfahrbaren Stößel auf, der in einer Stoßrichtung auf das Messer einwirkt und
dieses in der Stoßrichtung bewegt, um das Trägerelement vom Kontaktelement abzutrennen.
Vorzugsweise wird der Stößel mit der Crimpeinrichtung verbunden, so dass der Stößel
und die Crimpeinrichtung in einem Verfahrvorgang zur Annäherung an das Messer bzw.
an das Kontaktelement synchron zueinander bewegt werden.
[0017] In einer Weiterbildung der Erfindung ist die erfindungsgemäße Arbeitsstation in einem
Modulgestell anordenbar und darin als austauschbares Wechselwerkzeug ausgebildet.
Damit ist es ermöglicht, eine Anpassung an verschiedenartige Kontaktelemente und/oder
verschiedenartige elektrische Übertragungselemente einer Herstellungslinie vorzunehmen.
Wird beispielsweise nach einer Serie von mehreren zugeführten Kontaktelementen einer
ersten Art der Arbeitsstation eine weitere Serie dazu unterschiedlicher Kontaktelemente
zugeführt, so ist es mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ermöglicht, die Arbeitsstation
zur Bearbeitung der ersten Serie von Kontaktelementen gegen eine Arbeitsstation zur
Bearbeitung der zweiten Serie von Kontaktelementen mit kurzer Demontage- bzw. Montagezeit
auszutauschen.
[0018] Zu diesem Zweck befindet sich die Arbeitsstation beispielsweise auf einer Trägerplatte,
welche mittels einer Schnellspanneinrichtung an dem Modulgestell montierbar und von
diesem demontierbar ist. Auf diese Art ist es ermöglicht, eine erste Arbeitsstation
schnell zu demontieren und gegen eine zweite Arbeitsstation auszutauschen.
[0019] Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es
grundsätzlich möglich, verschiedene Arten von elektrischen Übertragungselementen mit
verschiedenen Arten von Kontaktelementen zu verbinden. Beispielsweise ist das elektrische
Übertragungselement als elektrisches Kabel ausgebildet, bei welchem ein elektrischer
Leiter von einem Kabelmantel als Aderhülle umgeben ist. Des weiteren kann das elektrische
Übertragungselement als einzelne elektrische Ader innerhalb eines Bündels mehrerer
elektrischer Übertragungselemente ausgebildet sein, wobei das Bündel von einem gemeinsamen
Kabelmantel umgeben ist. In letzterem Fall ist der elektrische Leiter eines Übertragungselements
lediglich von einer Isolierung als Aderhülle umgeben. Der elektrische Leiter wiederum
kann in einer Ausführungsform, wie oben bereits beschrieben, als einheitlicher Draht
oder als Litzendrahtanordnung mit mehreren verseilten, elektrisch leitfähigen Drähten
ausgeführt sein.
[0020] Weitere vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen
angegeben.
[0021] Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren,
die Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung darstellen, näher
erläutert. Es zeigen
- Figur 1
- eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verbindung eines elektrischen
Übertragungselements mit einem Kontaktelement mit einer Arbeitsstation in einer dreidimensionalen
Ansicht,
- Figur 2
- eine Detaildarstellung einzelner Elemente der Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung in einer Seitenansicht,
- Figur 3
- eine weitere Detaildarstellung einzelner Elemente der Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung in einer dreidimensionalen Ansicht,
- Figur 4
- eine Darstellung einzelner Elemente der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung
in einer dreidimensionalen Ansicht,
- Figur 5
- eine Darstellung einzelner Elemente der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung
in einer Frontalansicht,
- Figur 6
- eine weitere Detailansicht von Elementen der Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung in einer dreidimensionalen Darstellung,
- Figur 7
- eine weitere Detailansicht von Elementen der Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung in einer dreidimensionalen Darstellung,
- Figur 8
- eine Detailansicht einer Kühlvorrichtung der Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung,
- Figur 9
- eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Arbeitsstation,
die in einem Modulgestell angeordnet ist.
[0022] Anhand der Figuren 1 bis 3 wird im Folgenden der Aufbau einer Ausführungsform einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verbindung eines elektrischen Übertragungselements
mit einem Kontaktelement näher erläutert.
[0023] Figur 1 zeigt in einer dreidimensionalen Ansicht eine Ausführungsform einer Arbeitsstation
2, der mehrere Kontaktelemente 5, die einseitig mit einem Trägerstreifen 53 verbunden
sind, über eine Zuführeinrichtung zugeführt werden, um jeweils mit einem elektrischen
Übertragungselement 6 verbunden zu werden. Figuren 2 und 3 zeigen jeweilige Detaildarstellungen
der Arbeitsstation 2 gemäß Figur 1. Wie anhand von Figur 2 näher dargestellt, wird
der Arbeitsstation 2 durch die Zuführeinrichtung ein elektrisches Übertragungselement
6 zugeführt, das einen elektrischen Leiter 61 innerhalb einer Aderhülle 62 aufweist.
Die Aderhülle 62 ist beispielsweise als Isolierung ausgebildet, der elektrische Leiter
61 umfasst beispielsweise eine Litzendrahtanordnung, bei der mehrere einzelne elektrisch
leitfähige Litzen zu einem elektrischen Leiter verseilt sind. Das Übertragungselement
6 mit dem freiliegenden Leiter 61 wird auf einer Fläche eines Tragmessers 30 platziert,
oberhalb eines Kontaktelements 5, mit dem es verbunden werden soll. Das Kontaktelement
5 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei Crimpelemente in Form von Crimplaschen
51 auf, wie insbesondere anhand von Figur 3 näher dargestellt. Diese Crimplaschen
51 dienen dazu, die Aderhülle 62 des Übertragungselements 6 mit dem Kontaktelement
5 zu verbinden, indem die Crimplaschen 51 mit der Aderhülle 62 vercrimpt werden, so
dass ein Press- oder Quetschkontakt zwischen den Crimplaschen 51 und der Aderhülle
62 hergestellt ist. In diesem Zusammenhang ist es prinzipiell auch möglich, als Crimpelement
lediglich nur eine Crimplasche vorzusehen, die mit der Aderhülle inQuetschkontakt
gebracht wird.
[0024] Die Kontaktelemente 5, die an dem Trägerstreifen 53 befestigt sind, werden von links
nach rechts mittels einer Führungsschiene 72, die auf einer Zuführungsplatte 73 angeordnet
ist und zwischen sich und der Zuführungsplatte 73 einen Zuführungsspalt bildet, dem
nachfolgenden Bearbeitungsvorgang zur Verbindung mit dem elektrischen Übertragungselement
6 zugeführt. Der Trägerstreifen 53 weist zu diesem Zweck Transportöffnungen 54 auf
(siehe beispielsweise Figur 5), in welche ein Vorschubfinger 70 eingreift, um den
Trägerstreifen 53 mit einer intermittierenden Bewegung von links nach rechts zu bewegen.
Der Vorschubfinger 70 wird zu diesem Zweck entlang der Führungsschiene 72 (Figur 5)
geführt, die auf der Zuführungsplatte 73 befestigt ist. Zur Bewegung des Vorschubfingers
70 dient ein pneumatischer Vorschub 74, der sich intermittierend von links nach rechts
bewegt und mit einer Rückführbewegung in eine neue Transportöffnung 54 mittels des
Vorschubfingers 70 eingreift.
[0025] Die Arbeitsstation 2 weist eine Crimpeinrichtung auf, die mehrere Komponenten umfasst.
Ein Crimpwerkzeug 10 dient dazu, die Crimplaschen 51 des Kontaktelements 5 in Quetschkontakt
mit der Aderhülle 62 des Übertragungselements 6 zu bringen. Dazu wird das Crimpwerkzeug
10 in einem Verfahrweg senkrecht nach unten bewegt, wobei anhand des vorgegebenen
Profils des unteren Endes des Crimpwerkzeugs 10 die Crimplaschen 51 nach innen gebogen
werden, um den Quetschkontakt herzustellen. Zur Bewegung des Crimpwerkzeugs 10 dient
ein Hubzylinder 13, mit dem eine Befestigungsplatte 11 für das Crimpwerkzeug 10 bewegt
wird, so dass mit der Befestigungsplatte 11 das Crimpwerkzeug 10 für einen Crimpvorgang
nach unten verfahren wird. Das Crimpwerkzeug 10 ist über eine Crimphöhenverstellung
12 mit der Befestigungsplatte 11 verbunden, die dazu dient, das Crimpwerkzeug in der
Endposition in seiner Höhe genau einzustellen, so dass eine Anpassung an verschiedene
Durchmesser von Übertragungselementen ermöglicht ist. Die Crimphöhenverstellung 12
ist in Form eines Excenters ausgebildet, der entsprechend verdreht wird, um das Crimpwerkzeug
10 mit der gewünschten Höhe einzustellen. Beim Niederdrücken der Crimplaschen 51 durch
das Crimpwerkzeug 10 wird eine Gegenkraft durch den Amboss 14 aufgebaut, der das elektrische
Kontaktelement 5 an der Position der Crimplaschen 51 gegen das Crimpwerkzeug 10 abstützt.
[0026] Die Arbeitsstation 2 enthält des weiteren eine Schweißvorrichtung, die als Schweißvorrichtung
zur Durchführung eines Widerstandsschweißverfahrens ausgebildet ist. Sie besitzt eine
obere Schweißelektrode 22 und eine untere Schweißelektrode 23, die mit einer elektrischen
Versorgungsspannung beaufschlagt werden, um einen Schweißstrom zu erzeugen. Das Kontaktelement
5 wird mit dem Kontaktbereich 52 zwischen den Elektroden 22 und 23 angeordnet. Die
obere Elektrode 22 wird von dem Elektrodenhalter 21 gehalten, der auf die jeweils
verwendete Schweißelektrode abgestimmt ist und seinerseits an einer Klemmung 20 für
den Elektrodenhalter befestigt ist (Figur 9). Wie anhand von Figur 9 weiter dargestellt,
ist der Elektrodenhalter 21 über die Klemmung 20 mit einer Schweißkopfanordnung 4
verbunden. Diese Schweißkopfanordnung 4 dient zur vertikalen Positionierung der oberen
Schweißelektrode 22. Der Schweißstrom wird extern erzeugt und den Schweißelektroden
22 und 23 über (in den Figuren nicht gezeigte) Verbindungsleitungen zugeführt. Gemäß
Figur 2 ist der Amboss 14 für das Crimpwerkzeug 10 durch eine Isolierung 15 gegenüber
der unteren Elektrode 23 isoliert. Neben der unteren Elektrode 23 ist eine Kontaktabstützung
24, vorzugsweise aus elektrisch nicht leitendem Material, vorgesehen, um das Kontaktelement
5 während des Schweißvorgangs nach unten hin abzustützen.
[0027] Die obere Elektrode 22 mit dem Elektrodenhalter 21 ist entlang einer ersten Achse
81 an die zu verschweißenden Elemente in Form des elektrischen Leiters 61 und des
Kontaktbereichs 52 annäherbar. Die Achse 81 befindet sich in vorliegender Ausführungsform
in vertikaler Anordnung. Ist die obere Elektrode 22 an die zu verschweißenden Elemente
61 und 52 herangeführt, werden die Elektroden 22 und 23 mit einer elektrischen Versorgungsspannung
beaufschlagt, so dass ein Schweißstrom durch die zu verschweißenden Komponenten 52
und 61 fließt. Diese bilden einen elektrischen Widerstand für den Schweißstrom, so
dass die zu verschweißenden Elemente stark erhitzen und somit eine Verschweißung,
d.h. eine innige Verbindung zwischen dem elektrischen Leiter 61 und dem Kontaktbereich
52 des elektrischen Kontaktelements 5 herbeigeführt wird. Handelt es sich bei dem
elektrischen Leiter 61 um eine Litzendrahtanordnung aus mehreren miteinander verseilten
Drahtlitzen, so wird wenigstens ein Teil dieser Drahtlitzen mit dem Kontaktbereich
52 verschweißt und wird mindestens ein Teil der Drahtlitzen miteinander kompaktiert,
d.h. die einzelnen Drähte des Litzenbündels werden miteinander zu einem Bündel verschweißt.
Dadurch wird eine innige Verbindung zwischen den Drahtlitzen hergestellt, so dass
insgesamt ein guter Kontakt zwischen der Litzendrahtanordnung und dem Kontaktelement
hergestellt wird.
[0028] Im Gegensatz zu dem Verbindungsverfahren gemäß DE 103 58 153 A1 wird keine Vercrimpung
des elektrischen Leiters 61 bzw. der Litzendrahtanordnung 61 mit einem Leitercrimbereich
des Kontaktelements 5 durchgeführt. Dadurch ist es ermöglicht, den gesamten Kontaktbereich
52 über dessen gesamte Länge hinweg für eine innige Schweißverbindung mit dem bzw.
den elektrischen Leitern zu nutzen.
[0029] Erfindungsgemäß sind also die Schweißvorrichtung und Crimpeinrichtung für die Verbindung
des elektrischen Übertragungselements mit dem Kontaktelement in einer gemeinsamen
Arbeitsstation 2 enthalten, der das Kontaktelement 5 und das elektrische Übertragungselement
6 intermittierend zugeführt werden. Diese verbleiben für einen Arbeitsvorgang mit
einer bestimmten Verweildauer in der Arbeitsstation 2, bevor sie als Verbindungsanordnung
der Arbeitsstation wieder entnommen werden. Der Crimpvorgang und der Schweißvorgang
werden in der gemeinsamen Arbeitsstation 2 in einem Arbeitsvorgang durchgeführt, so
dass ein Transportvorgang von einem Crimpwerkzeug in ein separates Schweißwerkzeug
entfällt. Dadurch kann die Gesamtzeit (Zykluszeit) für das gemeinsame Isolationscrimpen
und Leiterdrahtschweißen pro Kontaktelement auf ca. 1000 bis 1500 ms beträchtlich
reduziert werden.
[0030] Anhand der Darstellungen der Figuren 4 bis 7 wird im weiteren Verlauf der weitere
Aufbau einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung näher erläutert.
[0031] In der Arbeitsstation 2 ist neben den bereits beschriebenen Komponenten weiterhin
eine Stützeinrichtung 40 vorgesehen, die dazu dient, die zu verschweißenden Elemente
52 und 61 während des Schweißvorgangs gegen Kräfte abzustützen, die durch den Schweißvorgang
auf die zu verschweißenden Elemente ausgeübt werden und eine Ausweichtendenz des Schweißgutes
zur Seite hin bewirken. Die Stützeinrichtung 40 weist seitlich zu den zu verschweißenden
Elementen 52 und 61 paarweise angeordnete Stützelemente 41 in Form von Keramikbacken
auf, wobei ein erster Keramikbacken 41 auf einer Seite und ein zweiter Keramikbacken
41 auf einer gegenüberliegenden Seite der zu verschweißenden Elemente 52 und 61 angeordnet
werden. Die Verwendung von Keramik ist in diesem Zusammenhang von Vorteil, weil es
ein Isoliermaterial darstellt, das verhindert, dass der Schweißstrom durch die Stützeinrichtung
hindurch fließt.
[0032] Zur Annäherung an die zu verschweißenden Elemente 52 und 61 sind die Keramikbacken
41 entlang der zweiten Achse 82 verfahrbar, welche zur ersten Achse 81 näherungsweise
orthogonal angeordnet ist. Das bedeutet bei der vorliegenden Ausführungsform, dass
die Keramikbacken 41 entlang einer waagrechten Achse seitlich an die zu verschweißenden
Elemente 52 und 61 angenähert werden.
[0033] Die Keramikbacken 41 werden von Haltern 42 geführt, die ihrerseits an Parallel-Greifern
43 befestigt sind. Ein Vorschubzylinder 45 dient zur Bewegung, genauer für den Vor-
und Rückschub der Parallel-Greifer 43. Über einen Zylinder 46 ist ein Verriegelungsbügel
44 bewegbar, der als bügel-oder spangenartiges Verriegelungselement vorgesehen ist,
um die paarweise angeordneten Keramikbacken 41 in ihrer Stützposition gegen in Stützrichtung
seitlich wirkende Kräfte abzustützen, die in Folge des Schweißvorgangs entstehen.
Dadurch ist es ermöglicht, die Keramikbacken 41 filigraner auszuführen, so dass sie
zwischen den Kontaktelementen 5, die noch am Trägerstreifen 53 befestigt sind, leichter
bewegt werden können.
[0034] Vor einem Schweißvorgang wird die Stützeinrichtung 40 mit den Keramikbacken 41, den
Haltern 42 und den Parallel-Greifern 43 entlang einer dritten Achse 83 in Richtung
zum Trägerstreifen 53 verfahren, wobei die dritte Achse 83 näherungsweise orthogonal
zu der ersten Achse 81 und zu der zweiten Achse 82 angeordnet ist. Die Parallel-Greifer
43 werden zu diesem Zweck durch den Vorschubzylinder 45 bewegt. Dadurch werden die
Keramikbacken 41 in eine seitliche Position zu den zu verschweißenden Elementen 52
und 61 gebracht, so dass sie anschließend entlang der zweiten Achse 82 an die zu verschweißenden
Elemente herangeführt werden können.
[0035] Wie insbesondere anhand der Figuren 1 bis 3 deutlicher ersichtlich, enthält die Arbeitsstation
2 weiterhin eine Abtrenneinrichtung, die dazu dient, das zu verschweißende Kontaktelement
5 von dem Trägerstreifen 53 zu trennen, an welchem mehrere zu verarbeitende Kontaktelemente
5 nebeneinander angebracht sind. Die Abtrenneinrichtung weist ein sowohl als Trennmesser
als auch als Kabelträger dienendes Tragmesser 30 und einen Stößel 31 auf, der für
einen Abtrennvorgang nach unten bewegt wird. In dieser Stoßrichtung wirkt der verfahrbare
Stößel 31 auf das Tragmesser 30 ein, und zwar auf den erhöhten, links angeordneten
Vorsprung des Tragmessers 30, so dass das Tragmesser 30 an dieser Stelle durch den
Stößel 31 nach unten gedrückt wird. Somit wird das Tragmesser 30 in Stoßrichtung des
Stößels 31 nach unten bewegt, so dass der Trägerstreifen 53 durch das Tragmesser 30
vom Kontaktelement 5 abgetrennt wird.
[0036] Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist der Stößel 31 über eine Befestigungsschraube
32 mit dem Crimpwerkzeug 10 verbunden. Damit werden der Stößel 31 und das Crimpwerkzeug
10 in einem Verfahrvorgang zur Annäherung an das Tragmesser 30 bzw. zur Annäherung
an das Kontaktelement 5 synchron zueinander bewegt.
[0037] Im Folgenden wird der Ablauf eines Verbindungsprozesses zur Verbindung eines elektrischen
Übertragungselements 6 mit einem Kontaktelement 5 zusammenhängend näher beschrieben.
[0038] Die einzelnen Kontaktelemente 5 werden durch den beschriebenen Zuführmechanismus
intermittierend zu der Arbeitsstation 2 gefördert, wobei das jeweils zu verbindende
Kontaktelement 5 in den Schweiß-/Crimpbereich der beschriebenen Arbeitsstation 2 gelangt,
wo es von der Kontaktabstützung 24 abgestützt wird. Das Übertragungselement 6 wird
von vorne (Figur 1) bzw. von links (Figur 2) an das Kontaktelement 5 angenähert und
kommt auf dem rechten Oberflächenteil des Tragmessers 30 zu liegen. Nachfolgend wird
das Crimpwerkzeug 10 geschlossen, in dem es auf den Amboss 14 abgesenkt wird. Durch
diesen Vorgang werden die Crimplaschen 51 zu einem Quetschkontakt auf die Aderhülle
62 gedrückt und synchron dazu wird das Kontaktelement 5 vom Trägerstreifen 53 abgetrennt
mittels des Tragmessers 30, das von dem Stößel 31 nach unten gedrückt wird.
[0039] Nachfolgend werden die Keramikbacken 41 entlang der Achse 83 beidseits neben dem
Kontaktelement 5 in Position gebracht und entlang der Achse 82 geschlossen, um ohne
seitlichen Abstand an der jeweiligen Seite des Kontaktelements 5 anzuliegen. Dazu
werden die Halter 42 für die Keramikbacken 41 von hinten nach vorne vorgefahren, indem
die Parallel-Greifer 43 mittels des Vorschubzylinders 45 nach vorne bewegt werden.
Hierbei sind die Halter 42 für die Keramikbacken 41 noch im geöffneten Zustand, bis
sie sich beidseits des jeweils positionierten Kontaktelements 5 befinden. Sodann werden
die Keramikbacken 41 entlang der Achse 82 seitwärts an die beiden Längsseiten des
Kontaktelements 5 heranbewegt, bis sie daran anliegen. Vor dem Verschweißvorgang wird
der Verriegelungsbügel 44 über die in Schließposition befindlichen Keramikbackenhalter
42 gestülpt, um ein seitliches Ausweichen der Keramikbacken 41 in Folge der Schweißkräfte
zu verhindern. Während des Schweißvorgangs ist das Crimpwerkzeug 10 in geschlossenem
Zustand, um das Übertragungselement 6 in Position festzuhalten.
[0040] Für den Schweißvorgang wird die obere Schweißelektrode 22 zur feststehenden unteren
Schweißelektrode 23 hin herabbewegt. Während des Schweißvorgangs werden die Litzen
der Litzendrahtanordnung 61 seitlich von den Keramikbacken 41 abgestützt. Nach dem
Schweißvorgang werden die Keramikbacken 41 entlang der Achse 82 geöffnet sowie das
Crimpwerkzeug 10 und die obere Schweißelektrode 22 entlang der Achse 81 nach oben
gefahren, so dass das Übertragungselement 6 mit dem daran angeschweißten und angecrimpten
Kontaktelement 5 aus der Arbeitsstation 2 entnommen werden kann.
[0041] Um die einzelnen Komponenten der Arbeitsstation 2 während des Schweißvorgangs nicht
zu stark erhitzen zu lassen, ist gemäß Figur 8 eine Kühlvorrichtung 75 vorgesehen,
die mehrere Rohre enthält, in denen beispielsweise Kühlmedium in Form eines Kühlfluids
beispielsweise in Form von Kühlluft oder Kühlwasser geführt werden kann. Geht man
beispielsweise von einer Ausführungsform mit Kühlwasser als Kühlmedium aus, wird das
Kühlwasser beispielsweise an dem Kühlwassereinlass 76 in die Kühlvorrichtung 75 eingeführt
und an dem Kühlwasserauslass 77 der Kühlvorrichtung 75 wieder entnommen. Dadurch wird
bewirkt, dass sich die Trägerplatte 71, auf welcher die Arbeitsstation 2 angeordnet
ist, in Folge des Schweißvorgangs nicht zu stark erhitzt und sich somit verformt.
[0042] In Figur 9 ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 mit einer
Arbeitsstation 2, wie anhand der Figuren 1 bis 8 näher beschrieben, in einem Modulgestell
näher gezeigt. Die Arbeitsstation 2 (so genannter Applikator) ist auf einer Trägerplatte
71 (siehe beispielsweise Figur 1) angeordnet, welche mittels einer nicht näher dargestellten
Schnellspanneinrichtung an einem Modulgestell 3 montierbar und von diesem demontierbar
ist. Somit ist die Arbeitsstation 2 in dem Modulgestell 3 als austauschbares Wechselwerkzeug
angeordnet und von diesem mit geringem Aufwand demontierbar. Damit kann eine Anpassung
an verschiedenartige Kontaktelemente und Übertragungselemente erfolgen. Die Schweißkopfanordnung
4 mit servomotorischem Schweißkopf mit Schweißparameterüberwachung bleibt dabei mit
dem Modulgestell 3 fest verbunden. Das Modulgestell 3 ist seinerseits auf einer entsprechenden
Herstellungsvorrichtung montiert. Bei der Auswechslung der Arbeitsstation 2 werden
gemäß dieser Ausführungsform die Schweißelektroden 22 und 23 mit gewechselt, so dass
eine geeignete Schnittstelle zum Modulgestell 3 bzw. zur Schweißkopfanordnung 4 vorgesehen
werden muss, mit der die Schweißelektroden mit einer Spannungsversorgung koppelbar
sind.
1. Verfahren zur Verbindung eines elektrischen Übertragungselements (6) mit einem Kontaktelement
(5), wobei das elektrische Übertragungselement (6) wenigstens einen elektrischen Leiter
(61) aufweist, der von einer Aderhülle (62) umgeben ist,
- bei dem das elektrische Übertragungselement (6) und das Kontaktelement (5) zur Herstellung
einer Verbindung einer Arbeitsstation (2) zugeführt werden und für einen Arbeitsvorgang
mit einer bestimmten Verweildauer in der Arbeitsstation (2) verbleiben, bevor sie
der Arbeitsstation wieder entnommen werden,
- bei dem in der Arbeitsstation (2) die Aderhülle (62) mit wenigstens einem Crimpelement
(51) des Kontaktelements (5) vercrimpt wird und im gleichen Arbeitsvorgang der elektrische
Leiter (61) mit einem Kontaktbereich (52) des Kontaktelements (5) verschweißt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das elektrische Übertragungselement (6) mehrere
elektrische Leiter (61) aufweist, insbesondere eine Litzendrahtanordnung, die von
einer gemeinsamen Aderhülle (62) umgeben sind, wobei in der Arbeitsstation (2) wenigstens
ein Teil der elektrischen Leiter (61) mit einem Kontaktbereich (52) des Kontaktelements
(5) verschweißt wird und wenigstens mehrere der elektrischen Leiter (61) untereinander
kompaktiert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die elektrische Verbindung zwischen
dem wenigstens einen elektrischen Leiter (61) und dem Kontaktelement (5) crimpfrei
erfolgt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der elektrische Leiter
(61) mit dem Kontaktbereich (52) des Kontaktelements (5) verschweißt wird während
die Aderhülle (62) mittels einer Crimpeinrichtung (10) zur Vercrimpung der Aderhülle
(62) mit einem Isolationscrimpbereich (51) des Kontaktelements (5) festgehalten wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der bzw. die elektrischen
Leiter (61) während des Schweißvorgangs von einer Stützeinrichtung (40) der Arbeitsstation
(2) gegen eine Ausweichtendenz bewirkende Kräfte gehalten werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei welchem
- die Verschweißung mittels einer Energiezufuhr entlang einer ersten Achse (81) erfolgt,
- der bzw. die elektrischen Leiter (61) von einer entlang einer zweiten Achse (82)
verfahrbaren Stützeinrichtung (41, 42, 43) gehalten werden, wobei die zweite Achse
(82) zur ersten Achse (81) näherungsweise orthogonal angeordnet ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, bei welchem die Stützeinrichtung (41, 42, 43) vor dem Schweißvorgang
entlang einer dritten Achse (83) zu dem jeweiligen Kontaktelement (5) hin verfahren
wird, wobei die dritte Achse (83) näherungsweise orthogonal zu der ersten und zweiten
Achse (81, 82) angeordnet ist, und anschließend entlang der zweiten Achse (82) verfahren
wird, um die Stützposition einzunehmen.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, bei welchem die Stützeinrichtung (41, 42, 43) vor
dem Schweißvorgang näherungsweise parallel zur ersten Achse (81) zu dem jeweiligen
Kontaktelement (5) hin und anschließend entlang der zweiten Achse (82) verfahren wird,
um die Stützposition einzunehmen.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem
- das Kontaktelement (5) bei der Zuführung zur Arbeitsstation (2) mit einem Trägerelement
(53) verbunden ist,
- in der Arbeitsstation (2) das Kontaktelement (5) vom Trägerelement (53) getrennt
wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, bei welchem
- die Aderhülle (62) mit wenigstens einem Crimpelement (51) des Kontaktelements (5)
vercrimpt wird, indem eine Crimpeinrichtung (10) in einem Verfahrvorgang in Crimpposition
gebracht wird,
- das Kontaktelement (5) vom Trägerelement (53) durch eine Abtrenneinrichtung (30,
31) getrennt wird, die mit dem gleichen Verfahrvorgang in Abtrennposition gebracht
wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem für die Verschweißung
ein Widerstandsschweißverfahren angewandt wird.
12. Vorrichtung zur Verbindung eines elektrischen Übertragungselements mit einem Kontaktelement,
- mit einer Kontaktelement-Zuführeinrichtung (70, 72, 73, 74) zur Zuführung eines
Kontaktelements (5),
- mit einer Arbeitsstation (2), der einerseits das elektrische Übertragungselement
(6) und andererseits mittels der Zuführeinrichtung (70, 72, 73, 74) das Kontaktelement
(5) zugeführt werden, wobei diese für einen Arbeitsvorgang mit einer bestimmten Verweildauer
in der Arbeitsstation (2) verbleiben, bevor sie der Arbeitsstation wieder entnommen
werden, wobei
- die Arbeitsstation (2) eine Crimpeinrichtung (10) umfasst, die dazu ausgebildet
und betreibbar ist, die Aderhülle (62) des elektrischen Übertragungselements (6) mit
wenigstens einem Isolationscrimpbereich (51) des Kontaktelements (5) zu vercrimpen,
- die Arbeitsstation (2) eine Schweißvorrichtung (22, 23) umfasst, die dazu ausgebildet
und betreibbar ist, den elektrischen Leiter (61) mit einem Kontaktbereich (52) des
Kontaktelements (5) zu verschweißen,
- und die Crimpeinrichtung (10) und die Schweißvorrichtung (22, 23) dazu eingerichtet
sind, in einem Arbeitsvorgang für einen Crimpvorgang und einen Schweißvorgang betätigt
zu werden.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11, bei welchem eine Übertragungselement-Zuführeinrichtung
(30) vorgesehen ist, wobei
- durch die Übertragungselement-Zuführeinrichtung (30) ein elektrisches Übertragungselement
(6) mit mehreren elektrischen Leitern (61), insbesondere mit einer Litzendrahtanordnung,
zuführbar ist, die von einer gemeinsamen Aderhülle (62) umgeben sind,
- die Schweißvorrichtung (22, 23) dazu ausgebildet und betreibbar ist, wenigstens
einen Teil der elektrischen Leiter (61) mit einem Kontaktbereich (52) des Kontaktelements
(5) zu verschweißen und wenigstens mehrere der elektrischen Leiter (61) untereinander
zu kompaktieren.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, die zur Herstellung einer crimpfreien elektrischen
Verbindung zwischen dem wenigstens einen elektrischen Leiter (61) und dem Kontaktelement
(5) ausgebildet und betreibbar ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei welchem die Arbeitsstation (2)
eine Stützeinrichtung (40) umfasst, die derart ausgebildet und betreibbar ist, dass
die zu verschweißenden Elemente (52, 61) während des Schweißvorgangs gegen eine Ausweichtendenz
bewirkende Kräfte von der Stützeinrichtung (40) gehalten werden.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, bei welchem die Stützeinrichtung (40) seitlich zu den
zu verschweißenden Elementen (52, 61) paarweise angeordnete Stützelemente (41) aufweist,
wobei ein erstes der Stützelemente (41) auf einer ersten Seite und ein zweites der
Stützelemente (41) auf einer gegenüberliegenden zweiten Seite der zu verschweißenden
Elemente (52, 61) anordenbar sind.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, bei welchem ein Verriegelungselement (44) vorgesehen
ist, das die paarweise angeordneten Stützelemente (41) in Stützposition entgegen in
Stützrichtung wirkenden Kräften abstützt.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, bei welchem
- die Schweißvorrichtung (22, 23) entlang einer ersten Achse (81) an das elektrische
Übertragungselement (6) und das Kontaktelement (5) annäherbar ist, um durch eine Energiezufuhr
den Verschweißvorgang durchzuführen,
- die Stützeinrichtung (40) zur Annäherung an die zu verschweißenden Elemente (52,
61) entlang einer zweiten Achse (82) verfahrbar ist, welche zur ersten Achse (81)
näherungsweise orthogonal angeordnet ist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, bei welchem die Stützeinrichtung (40) entlang einer
dritten Achse (83) verfahrbar ist, die näherungsweise orthogonal zu der ersten und
zweiten Achse (81, 82) angeordnet ist, um die Stützeinrichtung (40) in eine seitliche
Position zu den zu verschweißenden Elementen (52, 61) zu bringen.
20. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, bei welchem die Stützeinrichtung (41, 42, 43)
vor dem Schweißvorgang näherungsweise parallel zur ersten Achse (81) zu dem jeweiligen
Kontaktelement (5) hin verfahrbar ist, um die Stützeinrichtung (40) in eine seitliche
Position zu den zu verschweißenden Elementen (52, 61) zu bringen.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 20, bei welchem die Arbeitsstation (2)
eine Abtrenneinrichtung (30, 31) aufweist, um das zu verschweißende Kontaktelement
(5) von einem Trägerelement (53) zu trennen, an welchem mehrere zu verarbeitende Kontaktelemente
(5) angebracht sind.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21, bei welchem die Abtrenneinrichtung ein Messer (30) und
einen verfahrbaren Stößel (31) aufweist, der in einer Stoßrichtung auf das Messer
(30) einwirkt und dieses in der Stoßrichtung bewegt, um das Trägerelement (53) vom
Kontaktelement (5) abzutrennen.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, bei welchem der Stößel (31) mit der Crimpeinrichtung
(10) verbunden ist, so dass der Stößel (31) und die Crimpeinrichtung (10) in einem
Verfahrvorgang zur Annäherung an das Messer (30) bzw. an das Kontaktelement (5) synchron
zueinander bewegt werden.
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 23, bei welchem die Schweißvorrichtung
(22, 23) dazu ausgebildet ist, ein Widerstandsschweißverfahren durchzuführen.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 24, bei welchem die Arbeitsstation (2)
in einem Modulgestell (3) anordenbar ist und darin als austauschbares Wechselwerkzeug
ausgebildet ist.
26. Vorrichtung nach Anspruch 25, bei welchem die Arbeitsstation (2) auf einer Trägerplatte
(71) angeordnet ist, welche mittels einer Schnellspanneinrichtung an dem Modulgestell
(3) montierbar und von diesem demontierbar ist.