Kontaktstück für elektrische Verbindung

Abstract

 Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen mindestens einem Anschlußstück eines Werkstückes und mindestens einer Leitung zur Verfügung gestellt. Zuerst wird das Ende der mindenstens einen Leitung konfektioniert. Dann wird das konfektionierte Ende der mindenstens einen Leitung am Anschlußstück des Werkstückes positioniert. Anschließend werden das mindestens eine Anschlußstück und das konfektionierte Ende der mindestens einen Leitung mittels Laserstrahlung miteinander verschweißt.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen mindestens einem Anschlußstück eines Werkstückes und mindestens einer Leitung, auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sowie auf ein Kontaktstück zum Anbringen am Ende der Leitung.

[0002] Solche Verfahren werden z.B. eingesetzt, um Leitungen an Schalter wie etwa Miniaturschnappschalter, anzuschließen. Das Verfahren soll automatisierungsfähig, überwachungsfähig, rationell und kostengünstig sowie prozeßsicher sein. Für die Verbindung der Leitung mit dem Schalter wird gefordert, daß sie qualitativ hochwertig ist und einen sicheren elektrischen Kontakt zwischen Leitung und Schalter gewährleistet.

[0003] Herkömmliche Verfahren zur Herstellung elektrischer Verbindungen zwischen Leitungen und Anschlußstücken von Werkstükken basieren auf Löten oder Widerstandsschweißen.

[0004] Beim Lötverfahren wird das Ende der Leitung am Anschlußstück des Schalters angelötet. Bei kleinen Schaltern und großen Stückzahlen ist die Lötverbindung ungünstig, da sich diese Art der Verbindung nur mit großem Aufwand überwachen bzw. automatisieren läßt. Sehr große Stückzahlen sind daher nur mit großem Personaleinsatz zu realisieren, und es ist sehr schwierig, gleichbleibende Qualität der Verbindung zu gewährleisten. Mögliche Ursachen für Qualitätsmängel sind z.B. Zinnanhäufungen und Zinnspritzer, die einen Kurzschluß herbeiführen können oder kalte Lötstellen, die nicht oder nur zum Teil erkannt werden. Desweiteren kann es beim Löten zu einer Überschreitung der maximal zulässigen Erwärmungszeit der Schalteranschlüsse kommen, was zu Beschädigungen des Schaltsystems und somit zum Ausfall des Schalters führen kann. Zur Unbrauchbarkeit des Schalters können auch falsch angelötete Kabelenden führen. Eine Korrektur falsch angelöteter Kabelenden ist kaum möglich, weil durch die erneute Erwärmung des Anschlußstücks die Schalter in der Regel beschädigt werden. Weitere Möglichkeiten, die zu einer Beschädigung des Schalters führen können, sind ungleichmäßige Litzenpositionierung auf dem Anschlußstück, so daß der Abstand zu stromführenden Teilen und zur Schalteraußenkante teilweise unterschritten wird (kann zu Kurzschluß oder Undichtheit führen), sowie die Beschädigung der Schalteraußenkontur durch den Lötkolben.

[0005] Auch beim Widerstandschweißen ist bei großen Stückzahlen sehr hoher Personaleinsatz erforderlich. Die Schweißqualität läßt sich mittels Weg-/Meßsystemen bzw. motorisch angetriebenen Schweißköpfen zwar wesentlich besser überwachen als die Qualität der Lötverbindung, jedoch sind versteckte Fehler z.B. durch Zinnspritzer aufgrund der Erwärmung, der Versprödung von Leitungslitzen am Isolationsaustritt (was zur Bruchgefahr bei Belastung führt), oder durch Verbiegen der Anschlüsse beim Schweißen nicht auszuschließen. Beim Widerstandsschweißen können falsch angeschweißte Leitungen, wie beim Löten, nicht mehr nachbearbeitet werden.

[0006] Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen mindestens einem Anschlußstücks eines Werkstücks und mindestens einer Leitung zu schaffen.

[0007] Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Kontaktstück zu schaffen, das zur Durchführung des Verfahrens besonders geeignet ist.

[0008] Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen.

[0009] Diese Aufgaben werden durch die Lehren in den Ansprüchen 1, 11 bzw. 17 gelöst.

[0010] Weitere Ausgestaltungen dieser Lehren sind in den Unteransprüchen angegeben.

[0011] Vorteil des Verfahrens nach Anspruch 1 ist es, daß das Laserverschweißen vollautomatisch durchgeführt werden kann. Damit ist aber das gesamte Verfahren vollautomatisch durchführbar.

[0012] Ein weiterer Vorteil des Verfahrens nach Anspruch 1 ist es, daß, die Verschweißung des Kontaktstückes mit dem Anschlußstück berührungslos und ohne die Hilfe von Zusatzstoffen erfolgt. Außerdem sind beim Laserverschweißen nur sehr kurze Laserpulse nötig. Daher ist die Wärmebeanspruchung des Werkstückes sehr gering und das Auftreten von Zinnspritzern kann vermieden werden.

[0013] Vor dem Laserschweißen kann die Position der Kontaktstücke an den Anschlußstücken vollautomatisch kontrolliert werden. Besitzt das Werkstück mehrere Anschlußstücke an die jeweils eine Leitung angeschlossen werden, so kann auch die richtige Zuordnung der Leitungen zu den Anschlußstücken vollautomatisch kontrolliert werden, bevor sie verschweißt werden. Fehler in der Anordnung der Leitungen relativ zu den Anschlußstücken können daher vor dem endgültigen Verbinden noch korrigiert werden.

[0014] Die Kontaktstücke können z.B. durch verquetschen mit den Leitungsenden verbunden werden. Ferner können die Kontaktstücke so gestaltet sein, daß die Positionierung an den Anschlußstücken derart geschieht, daß sie auf die Anschlußstücke aufgesetzt werden. Dazu können insbesondere Anschlußstücke nach Anspruch 11 verwendet werden.

[0015] Sind zwei oder drei Anschlußstücke in einer Fluchtlinie am Werkstück angeordnet, so ist es mit den Kontaktstücken nach Anspruch 11 insbesondere möglich, die hülsenförmigen Abschnitte der Kontaktstücke so abzuwinkeln, daß alle Leitungen parallel zur Fluchtlinie der Anschlußstücke nebeneinander verlaufen können.

[0016] Durch die Wahl der axialen Länge des hülsenförmigen Abschnittes kann ein gleichförmiger Abstand der Leitungen vom Werkstück bzw. Schalter gewährleistet werden.

[0017] Der Querschnitt der Hülsenöffnung kann an die Gestalt der Anschlußstücke angepaßt sein.

[0018] Schließlich ist es möglich, daß Verfahren in der erfindungsgemäßen Vorrichtung vollautomatisch durchzuführen.

[0019] Weitere Eigenschaften und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens, des erfindungsgemäßen Kontaktstücks sowie der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung konkreter Ausführungsformen, in der Bezug auf die Zeichnungen genommen wird, deutlich werden.

Fig. 1a - 1c

zeigen eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kontaktstücks vor dem Anbringen an die Leitung.

Fig. 2

zeigt eine Draufsicht auf einen Schalter mit drei Anschlußstücken, an dem drei Leitungen mittels der erfindungsgemäßen Kontaktstücke positioniert sind.

Fig. 3

zeigt eine Seitenansicht des Schalters aus Fig. 2.

Fig. 4

zeigt in Draufsicht auf eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Fig. 5

zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kontaktstücks.

[0020] Zuerst wird in den Figuren 1a - 1c eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kontaktstücks beschrieben, die im erfindungsgemäßen Verfahren Verwendung findet. Das Kontaktstück 1 besteht aus einem ersten Abschnitt 3, einem zweiten Abschnitt 5 sowie einer Materialbrücke 7, die die beiden Abschnitte miteinander verbindet.

[0021] Der erste Abschnitt 3 weist eine U-förmige Form auf und dient zur Aufnahme eines Leitungsendes. Nach dem Einlegen des Leitungsendes in die U-förmige Aufnahme 2 des ersten Abschnitts 3 werden die Schenkel der U-förmigen Aufnahme 2 umgebogen, um eine Crimpverbindung mit dem Leitungsende herzustellen.

[0022] Der zweite Abschnitt 5 ist zu einer hülsenförmigen Öse zusammengerollt, deren Mittelachse senkrecht zur Richtung der in den ersten Abschnitt 3 eingelegten Leitungen verläuft. Die axiale Länge der Öse des zweiten Abschnittes 5 ist größer als die Breite des Verbindungsstegs 7. Es ist möglich, den zweiten Abschnitt 5 relativ zum ersten Abschnitt 3 entgegen der Öffnungsrichtung des U-förmigen ersten Abschnittes 3 um bis zu 90° zu biegen (siehe Fig. 2).

[0023] Der zweite Abschnitt 5 dient zum Aufstecken des Kontaktstücks 1 auf ein Anschlußstück 9 eines Werkstücks 11, wie es in den Figuren 2 und 3 dargestellt ist.

[0024] Idealerweise sind die Abmessungen des hülsenförmigen zweiten Abschnittes 5 derart gewählt, daß die Querschnittsfläche der Hülsenöffnung 4 gerade groß genug ist, um das Anschlußstück 9 aufnehmen zu können, so daß ein zufälliges Herabgleiten des Kontaktstückes 1 vom Anschlußstück 9 vermieden wird. Außerdem ist die axiale Länge des zweiten Abschnitts 5 derart gewählt, daß das Anschlußstück 9 von der hülsenförmigen Öse fast vollständig umfaßt wird (siehe Fig. 3).

[0025] Als Materialien für das Kontaktstück 1 sind insbesondere Messing, Kupfer und Kupfer Beryllium-Legierungen geeignet.

[0026] Das in den Fig. 2 und 3 dargestellte Werkstück 11 stellt einen Miniaturschnappschalter mit drei Anschlußstücken 9 dar. Die drei Anschlußstücke 9 des Miniaturschnappschalters 11 sind auf einer Linie fluchtend angeordnet. Oft ist es wünschenswert, die Leitungen 6 in Richtung der Fluchtlinie der Anschlußstücke 9 wegzuführen. Mit dem erfindungemäßen Kontaktstück 1 kann dies realisiert werden, indem die mittlere Leitung mit einem Kontaktstück 1 versehen wird, dessen zweiter Abschnitt relativ zum ersten Abschnitt 3 nicht abgebogen wird. Die beiden äußeren Leitungen 6 werden dagegen mit Kontaktstücken 1 versehen, deren zweiter Abschnitt 5 beim Anbringen an die Leitungen jeweils um 90° gegenüber dem ersten Abschnitt 3 abgebogen werden. Auf diese Weise können die beiden Leitungen jeweils seitlich an den Anschlußstücken 9 sowie an der mittleren Leitung vorbeigeführt werden.

[0027] Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Vorrichtung 20 besitzt ein Transportsystem 22 für Werkstücke, mit denen die Werkstücke zu den einzelnen Stationen transportiert werden. Die Stationen umfassen zwei Bestückungsstation 24 (in Fig. 4 als Handarbeitsplätze dargestellt), eine Station zur Bestückungskontrolle 26, eine Laserschweißstation 28, eine Vergußstation 30, eine Station zur Fertigungskontrolle 32, eine Station zur Datumskennzeichnung und Schlechtteilzerstörung 34 sowie eine Teileentnahme 36 mit Gut-/Schlechtteilablage. Außerdem ist eine Steuereinheit (nicht dargestellt) zur vollautomatischen Steuerung vorhanden. Diese übernimmt auch die vollautomatische Steuerung der Bestückung, falls die Bestückung nicht von Hand durchgeführt werden soll.

[0028] In den Bestückungsstationen 24 werden die mit Kontaktstükken 1 versehenen Kabel 6 an den Anschlußstücken 9 des Schalters 11 angeordnet. Dabei werden die hülsenförmigen zweiten Abschnitte 5 der Kontaktstücke 1 auf die Anschlußstücke 9 des Schalters 11 aufgesteckt, so daß z.B. bei einem mit drei Anschlußstücken ausgestatteter Miniaturschnappschalter die Konfiguration von Fig. 2 bzw. Fig. 3 errreicht wird. Die Bestückungsstationen funktionieren vollautomatisch, können jedoch bei Bedarf als Handarbeitsplätze ausgestattet sein.

[0029] Das Versehen der Enden der Kabel 6 mit Kontaktstücken 1 wird in einer Vorbereitungsstation (nicht dargestellt) vollautomatisch durchgeführt. Diese Station ist direkt mit den Bestückungsstationen 24 verbunden, wenn die Vorrichtung vollautomatisch arbeitet. In der Vorbereitungsstation werden die Enden der Leitungen 6 jeweils in die U-förmig Aufnahme 2 des ersten Abschnittes 3 eines Kontaktstücks 1 eingelegt. Die Schenkel des ersten Abschnittes 3 werden dann umgebogen, um den Abschnitt 3 mit dem abisolierten Leitungsende zu verpressen. Da das Verpressen mittels Crimpkraft-Überwachung steuerbar ist, kann dieser Vorgang leicht automatisiert werden. Beim Verbinden der Leitung 6 mit dem Kontaktstück 1 wird der zweite Abschnitt 5 des Kontaktstücks 1 gegebenenfalls auch gleich abgebogen.

[0030] Danach wird das Werkstück vom Transportsystem 22 zur Bestückungskontrolle 26 transportiert. Dort werden die Hülsen mittels eines Prüfstempels noch einmal auf die Anschlußstücke aufgedrückt. Außerdem wird mittels eines Bilderkennungssystems kontrolliert, ob alle Leitungen aufgesteckt sind und den jeweiligen Anschlußstücken 9 richtig zugeordnet sind. Dies geschieht anhand der unterschiedlichen Farbigkeit der Leitungen 6. Mit dem Bilderkennungssystem kann ferner die richtige Lage der Leitungen 6 überprüft werden. Wird von der Bestückungskontrolle 26 ein Fehler erkannt, so kann dieser noch vor dem Weitertransport des Werkstückes zur Laserschweißstation 28 korrigiert werden.

[0031] Nach der Bestückungskontrolle wird das Werkstück zur Laserschweißstation 28 transportiert, wo die Kontaktstücke 1 und die Anschlußstücke 9 mittels eines Laserstrahls miteinander verschmolzen werden.

[0032] Von der Laserschweißstation werden die Werkstücke dann zur Vergußstation 30 transportiert, und dort werden sie vergossen. In der nachfolgenden Station, der Fertigungskontrolle 32, wird mittels eines Bilderkennungssystems das vergossene Werkstück überprüft sowie die Kontaktierung der Schalter und die Schalterbetätigung überprüft.

[0033] Danach findet in der Station zur Datumskennzeichnung und Schlechtteilzerstörung 34 eine Datumskennzeichnung der Werkstücke mittels Heißprägestempel statt. Teile, die in der Fertigungskontrolle 32 als fehlerhaft erkannt worden sind, werden in der Schlechtteilzerstörung zerstört. Dies geschieht z.B., indem die Leitungen direkt hinter dem Werkstück abgetrennt werden.

[0034] Danach werden die Werkstücke in die Teileentnahme transportiert, wo sie nach Gut- und Schlechtteilen sortiert und ausgegeben werden.

[0035] Außerdem umfaßt die Vorrichtung Steuergeräte z.B. zur Steuerung des Lasers und/oder des Transportsystems.

[0036] Durch die Verwendung eines Lasers ist ein kontaktfreies Verschweißen zwischen den Kontaktstücken 1 und den Anschlußstücken 9 möglich. Außerdem ist keine Zuhilfenahme von Zusatzstoffen nötig. Die äußerst kurze Bestrahlung von Kontaktstück 1 und Anschlußstück 9 hält die Wärmebelastung des Schalters gering. Bis zur Laserverschweißung ist zudem die Verbindung zwischen Kontaktstück 1 und Anschlußstück 9 noch lösbar, d.h. falsch bestückte Komponenten oder Teile können vor dem Verschweißen noch ohne Qualitätsverlust richtiggestellt werden. Dies führt zu einer Reduzierung des Materialverbrauchs. Desweiteren kann durch die Kontrolle der Stecktiefe der Kontaktstücke auf den Anschlußstücken gleichbleibende Qualität gewährleistet werden.

[0037] Obwohl im Ausführungsbeispiel ein Handarbeitsplatz zur Bestückung beschrieben worden ist, kann die Bestückung auch mittels eines vollautomatischen Kabelkonfektionsautomaten geschehen. Mittels Preßkraftüberwachung ist das Verpressen der Kontaktstücke mit dem Kabelende einfach zu überwachen.

[0038] Obwohl eine Abwinkelung des zweiten Abschnitts gegenüber dem ersten Abschnitt um 90° beschrieben worden ist, kann der zweite Abschnitt stufenlos gegenüber dem ersten Abschnitt abgewinkelt werden. Der Grad der Abwinkelung kann an den Durchmesser der Leitung angepaßt werden.

[0039] Fig. 5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kontaktteils 1. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel hat der hülsenförmig gebogene zweite Abschnitt 5 keine kreisförmige Grundfläche sondern eine polygonförmige. Außerdem ist die axiale Länge der Hülse größer als im ersten Ausführungsbeispiel.

[0040] Durch unterschiedliche Gestaltung des hülsenförmigen zweiten Abschnittes 5 kann das Kontaktstück 1 an unterschiedlichen Anschlußstücke 9 angepaßt werden.

Ansprüche

1. Kontaktstück mit einem ersten Abschnitt (3) zur Herstellung einer Verbindung mit einer Leitung (6) und einem derart gestalteten zweiten Abschnitt (5), daß dieser auf ein Anschlußstück (9) aufsetzbar ist,
dadurch gekennzeichnet, daß der erste Abschnitt (3) mit dem zweiten Abschnitt (5) über einen biegsamen Steg (7) derart verbunden ist, daß der zweite Abschnitt (5) senkrecht zu seiner Mittelachse aus der Fluchtlinie mit der Leitung (6) weggebogen werden kann.

2. Kontaktstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es über eine Quetschverbindung mit der Leitung (6) verbindbar ist.

3. Kontaktstück nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Abschnitt (5) hülsenförmig gebogen ist, so daß er auf ein Anschlußstück (9) aufsteckbar ist.

4. Kontaktstück nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülsenöffnung des zweiten Abschnitts (5) einen runden Querschnitt aufweist.

5. Kontaktstück nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülsenöffnung des zweiten Abschnitts (5) einen polygonförmigen Querschnitt aufweist.

6. Kontaktstück nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelachse des hülsenförmigen zweiten Abschnittes (5) senkrecht zur Fluchtlinie einem in den ersten Abschnitt eingebrachten Ende einer Leitung (6) ist.

7. Kontaktstück nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen des hülsenförmingen zweiten Abschnittes (5) an das Anschlußstück (9) eines Werkstückes (11) angepaßt sind.

8. Kontaktstück nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktstück (1) aus einer ebenen Grundform gebogen ist.

9. Kontaktstück nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktstück (1) aus Messing, Kupfer oder Kupfer-Beryllium-Legierung besteht.

Zeichnung