專利名稱：用于將至少一條導線連接到接觸元件上的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于將至少一條導線連接到接觸元件上從而有利于將導線連接到電源上的方法，所述方法包括以下步驟制備裝配有用于接收導線的凹槽的接觸元件，其中所述凹槽的深度優(yōu)選大于導線的直徑且至少一條導線被插入到接觸元件的凹槽中。
在US 5,674,588中描述了這樣一種連接方法，通過采用所述連接方法，接觸元件，即叉形接觸插頭，被插入到焊接套中用以嵌固導線。為了實現(xiàn)良好的電接觸，有必要使得在叉形腿部之間形成的凹槽的寬度小于導線的直徑，從而確保獲得良好的冷態(tài)連接。然而，這也意味著導線的截面面積發(fā)生改變或變得更小，這樣就限制了通過所述導線的電流流動。
本發(fā)明的一個目的在于提供一種用于將導線連接到接觸元件上的方法，所述方法保持了所述導線的截面面積，同時還能夠保持完全自動化。
根據(jù)本發(fā)明，所述目的通過根據(jù)權利要求1所述的方法而得以實現(xiàn)。在權利要求2-5中對所述方法的優(yōu)選實施方式進行了描述；在權利要求6-14中對用于實施所述方法的接觸元件進行了描述；在權利要求15中對電極進行了描述；在權利要求16-18中對所述電極與支座本體的連接進行了描述。
根據(jù)本發(fā)明，隨著導線被插入到所述接觸元件的凹槽中，將電極降低到接觸元件上從而對凹槽周圍的區(qū)域進行加熱。同時，凹槽周圍的區(qū)域產(chǎn)生機械形變，從而將導線嵌固在所述凹槽中。所述方法，即熱壓焊接方法的一種變型，有利于使不能被焊接在一起的材料之間產(chǎn)生電接觸?？蓪ζ岚€和非漆包線二者進行處理。漆包線意味著具有至少一層非導體層的單層或多層套狀導體。相對應地，非漆包線包括單層或多層導體材料，其中至少外層是導體。所述導線的截面不一定是圓形的，且如果要嵌固扁平電纜的話，所述導線的截面例如可以是矩形的。
在所述方法的一個優(yōu)選實施例中，當電極降低到接觸元件上時，在所述接觸元件與所述電極之間形成點接觸、線接觸或最小限度的面接觸。按照這種方式，由此減小了對專用于所述方法的電極的機械和電氣影響且使得電極的使用壽命增長。
優(yōu)選的是，在凹槽周圍的區(qū)域發(fā)生形變后冷卻發(fā)生形變的接觸元件且導線被嵌固住。
優(yōu)選地，所述凹槽的深度大于所述導線的直徑，雖然這對于實施根據(jù)本發(fā)明所述的方法并不是必要的。然而，優(yōu)選的是，確保所述導線不保持與所述電極永久接觸。特別是漆包線將會污染電極并且縮短電極的使用壽命。如果使得僅一半的導線位于所述凹槽中就足夠了，這是因為將在下文中進行描述的特定的電極設計將使來自接觸元件的材料產(chǎn)生移動并將其推到所述導線上。
在一種特定的應用中，兩條或更多條導線或導線端部可被置于凹槽中從而在所述導線或者導線端部之間產(chǎn)生電接觸。按照這種方式，有可能在難熔的或不能進行焊接的材料之間產(chǎn)生電連接。
所述接觸元件可根據(jù)所需進行構造。所述凹槽例如可具有矩形、半圓形或V形形狀的截面，并且具有是光滑的、呈扇殼形狀的或呈波紋狀的內(nèi)表面。此外，所述凹槽可被成形為凸狀或沿縱向方向呈線性，或是水平的或是傾斜的或是凹形的。
所述接觸元件可包括一種單一的材料或者可包括經(jīng)過涂覆的金屬基體。所述金屬基體例如可包括銅、鋁或鋼，所述金屬基體上至少部分地涂覆有低熔點金屬或導電材料。對于銅或鋁而言適合的涂層例如是鋅或錫。對于鋼而言適合的涂層是銅。也可以使用這些金屬的合金以及改進了要進行嵌固的導線的瞬態(tài)響應性能的低共熔混合物。有可能使用多個這些材料的涂層。
在一個優(yōu)選實施例中，所述凹槽由至少一對兩個相對的叉形接柱形成。
一對叉形接柱可彼此基本平行地進行布置。然而，還有可能的是一對叉形接柱彼此成一定角度進行布置，從而形成類似V形的凹槽。
所述接觸元件的特征還可在于插頭形本體，在所述插頭形本體的一個暴露端部處形成凹槽。這種插頭形本體特別適于插入到支座本體(carrier body)的通道入口中。
為了確保緊固，包括至少一個部件的凸緣沿周向被裝配在插頭形本體周圍，所述凸緣例如是環(huán)形凸緣、具有多邊形周邊的凸緣或分段的凸緣，其中所述形狀對應于通道開口中相應的接收區(qū)域。
可用于實施根據(jù)本發(fā)明所述的方法的電極，其特征在于，利于附接到接觸元件上的凹形。這里，“凹形”不僅意味著半球形狀，而且還意味著圓柱形、錐形、多邊形或扁平環(huán)形形狀。該形狀確保能夠與所述接觸元件形成所需的點接觸、線接觸或最小限度的面接觸。還適當?shù)剡x擇一定形狀，當電極被放置在接觸元件上時所述形狀將對電極產(chǎn)生一定的對中或定位效應。
在進行焊接后，電極的相反外形輪廓被形成在所述接觸插頭的表面上。通過構造所述電極的內(nèi)表面可利用這一事實以便將特征形狀賦予在焊接之后形成的郁金香形狀。根據(jù)本發(fā)明所述的方法不要求進行機械精整以改變接觸元件表面的形狀，所述精整不影響連接質量。
用于實施根據(jù)本發(fā)明所述的方法的電極不必是凹形的。如果接觸元件適當?shù)仡A成形，那么該接觸元件還有可能結合扁平電極使用。
由熱塑性合成材料制成的裝配有至少一個能夠接收接觸元件的通道開口的上述支座本體可以是焊接本體，如套、托架、受限配件、T形件或鞍形座。當使用加熱線圈焊接技術時，支座本體應優(yōu)選由熱塑性合成材料制成。用于支座本體的材料可以部分地或完全是熱塑性材料。部分熱塑性材料包括例如包含增強劑的復合材料，如玻璃纖維、芳綸纖維或顏料。合適的熱塑性材料包括聚乙烯、聚丙烯或聚酰胺。
由于其形狀的原因，所述接觸元件被牢固地保持在通道開口中適當?shù)奈恢锰?，但是在電和機械連接過程中，所述接觸元件可用于將接觸插頭支承在電極的相對側面上。通過伸入到所述通道開口中的臺肩將接觸元件的摩擦附著拉至所述通道開口是足夠的。在下文中將要進行描述的特定實施例中，所述本體中的其它部件的外形輪廓也可以與所述通道開口相一致。
至少在所使用的接觸元件上的凹槽區(qū)域中，選擇通道開口直徑大于所述接觸元件的直徑是適合的。按照這種方式，在借助電極引入電能時，合成材料不會在凹槽區(qū)域中產(chǎn)生熔化。
下面，結合附圖對本發(fā)明進行更詳細地描述，其中

圖1是配有用于實施根據(jù)本發(fā)明所述的方法的用作接觸元件的接觸插頭的用作支座本體的焊接套的局部剖視示意圖；圖2是示出了被插入到接收開口中的接觸插頭的與圖1相類似的視圖；圖3是示出了在焊接套中處于其最終位置的接觸插頭的與圖2相類似的視圖；圖4是配有接觸插頭的焊接套和正在接近的電極的視圖；圖5是落在接觸插頭上的電極的視圖；圖6是圖解說明熱壓焊接工藝的視圖；圖7是示出了正在進行的熱壓焊接工藝的與圖6相類似的視圖；圖8是示出了熱壓焊接工藝幾乎結束時這一階段的與圖7相類似的視圖；圖9是示出了被嵌固的導線的與圖8相類似的視圖；圖10是圖解說明冷卻工藝的視圖；圖11是正在退出的電極和完全嵌固的導線的視圖；圖12是一種采用實心本體(solid body)的變型；圖13示出了多種可能的凹槽形狀；圖14示出了叉形接柱形狀的多種變型；和圖15是采用根據(jù)本發(fā)明所述的方法制造得到的接觸點的研磨圖形。
下面，結合在焊接套中用作支座本體的接觸插頭對根據(jù)本發(fā)明所述的方法進行描述。然而，這并不是唯一可能的實施方式。還可以使用其它類型的支座本體，例如托架、受限配件、T形件、鞍形座以及特別是在加熱線圈焊接技術中使用的焊接本體。還有可能的是在不使用支座本體或使用非金屬支座本體的情況下實施接觸元件與導線之間的完全接觸。優(yōu)選地，漆包線與金屬支座本體結合使用。還有可能的是使導線直接與接觸元件如接觸插頭相連，其后將導線一體結合在例如由熱塑性材料制成的支座本體中。可以使用導線端部或連續(xù)導線。如果截斷器被直接裝配在電極上的話，那么所述導線可被截短。導線材料例如可以是鋁、銅、鐵、康銅、合金以及其它類似材料。
圖1(a)是焊接套10的局部剖視示意圖，該焊接套優(yōu)選由熱塑性合成材料例如聚丙烯或聚乙烯制成。焊接套10具有許多用以附接導線20的接觸點，圖中僅示出了一個接觸點和一條導線。導線20擱置在接收槽道12上，所述接收槽道延伸至限定出在焊接套10外壁的方向上延伸的臺肩的接收開口16。接收開口16受到焊接套上的環(huán)形凸緣18的限制，且這里僅示出所述接收開口的一部分，可能是其四分之一進入到焊接套10中。不需要凸緣18的其它設計也是有可能的。接收槽道12和接收開口16形成通道開口，僅如圖1所示，接觸插頭30被插入到所述通道開口中。根據(jù)本發(fā)明，該接觸插頭30必須與導線20形成無電阻接合，并且該接觸插頭30必須連接至電源。如圖1中所示，導線20剛好擱置在焊接套10的內(nèi)部空間上，以使得能夠例如通過相機以光學方式觀察到導線的位置。
圖1(b)示出了導線20是如何橫跨在接收槽道12上的。根據(jù)本發(fā)明所述的方法是比較寬松的，使得該優(yōu)選實施方式的其它變型不會不利地影響所述方法的實施。例如，所述導線還可以呈對角線位于接收槽道12的開口上或位于接收槽道12內(nèi)部，呈波紋形或受到壓縮。
還有可能的是本體上的區(qū)域36如此成形，從而使得它與叉形接柱42，44相對齊或以其它方式呈階梯狀。如圖3所示，起到隔熱層作用的環(huán)帶區(qū)域38是必要的。
圖2示出了接觸插頭30，所述接觸插頭30的本體32被引入到焊接套10的接收開口16中。本體32的直徑明顯小于接收開口16的直徑。然而，本體32上裝配有周向環(huán)形凸緣34，所述周向環(huán)形凸緣的大小使得接觸插頭30仍然是可移動的但是又被緊緊地定位從而防止在接收開口16中存在摩擦。在周向環(huán)形凸緣34上面，在接觸插頭上存在一個區(qū)域36，所述區(qū)域的直徑與接收槽道12的直徑相對應。該更大的區(qū)域36上裝配有兩個彼此相對設置由此在二者間形成凹槽的叉形接柱42，44，導線20之后將被插入到所述凹槽中。
圖3(a)示出了接觸插頭30在焊接套10中的最終位置。所述接觸插頭30的本體32上的周向環(huán)形凸緣34落在接收開口16的臺肩14上，這里如圖中所示，所述凸緣可以是圈閉的，但也可以是分段的。周向環(huán)形凸緣34上面的更大的區(qū)域36緊密地裝配在接收槽道12中并且占據(jù)其高度的大約一半。在通向叉形接柱的過渡區(qū)域中，存在臺階38，所述臺階允許叉形接柱42，44與在其周圍環(huán)繞的焊接套10之間保持一定距離，由此形成的環(huán)帶區(qū)域38之后將保護焊接套10的環(huán)繞合成材料在焊接工藝過程中不會受到所不希望的熱損傷。叉形接柱42，44在焊接套10的內(nèi)表面上面進行延伸，由此形成定位輔助裝置，在下文中將結合圖5對此進行更詳細地討論。叉形接柱42，44或多或少位于接收槽道12內(nèi)部的其它一些實施方式也是有可能的。確切的設計取決于導線20相對于焊接套10或接觸插頭30而言的所需位置。
圖3(b)示出了導線20是如何寬松地被置于叉形接柱42，44之間的。將導線嵌固住從而實施根據(jù)本發(fā)明所述的方法既不是必要的，也不是所希望的。將導線20寬松定位確保了接觸后導線的截面外形輪廓得以保持。按照這種方式，在導線與接觸插頭之間形成的表面接合處或通過根據(jù)本發(fā)明的方法形成的觸點實現(xiàn)了理想的低電流和高電流穩(wěn)定性。
圖4示出了被附接在保持裝置50上的電極52是如何擺放在接觸插頭30的端部上的，所述端部從焊接套10內(nèi)伸出從而與叉形接柱對齊。最后，如圖5所示，通過降低電極52而降低保持裝置50，直至凹形內(nèi)表面54落在叉形接柱42，44上形成線接觸，如圖中示意性地示出并用字母A表示。這里，術語“線接觸”意味著在電極52與叉形接柱42，44之間形成的狹窄的邊界區(qū)域，所述狹窄的邊界區(qū)域允許流過更大的電流從而使得叉形接柱42，44的溫度大小由于機械能和/或產(chǎn)生的電能而升高。這樣就降低了叉形接柱42，44的穩(wěn)定性，導致叉形接柱變軟和易于發(fā)生形變。這可在圖6中更好地觀察到。對于產(chǎn)生電流而言，至少一個點的接觸是必要的，而多點接觸則更佳和更理想。應該形成上述線接觸或面接觸，由此減小了對專用于所述方法的電極的機械和電氣影響且使得電極的使用壽命增長。根據(jù)對叉形接柱42，44設計和材料的選擇情況得到調(diào)節(jié)的一個或多個電流或電流脈沖的應用使得叉形接柱42，44產(chǎn)生形變。在接觸插頭30和導線20的實施例中提出的設計和材料要求在峰值功率為5kW和有效功率為2kW的條件下持續(xù)約0.5秒(可能存在的偏差為+/-0.3秒)，電功為0.2Wh。叉形接柱42，44產(chǎn)生形變，由此，由于電極52的凹形內(nèi)表面54，因此促進了凹槽40中叉形接柱材料的移動。隨著電致形變持續(xù)進行，可從圖7中看到，導線20被保持在叉形接柱42，44之間且最終，如圖8所示，導線20被完全嵌固在其中。圖9示出了最終的形變過程，從圖中可以看到導線20的截面區(qū)域被保持在當前發(fā)生形變的叉形接柱42，44之間。以前暴露的叉形接柱端部42，44已被彼此焊接在一起，由此使得實際上沒有可能使所述導線無意松脫。
最后，如圖10所示，如短劃線箭頭B所示，開始進行最佳冷卻工藝，然后，如圖11所示，電極52被移去。焊接套10中的接觸插頭30現(xiàn)在具有牢固嵌固的導線20。圖中還示出在接觸插頭30與導線20之間不存在可量測到的接觸電阻，盡管由于通過安裝而形成接觸，根據(jù)本發(fā)明所述的方法能夠對不能進行焊接的材料進行處理，其中該系統(tǒng)中誘導產(chǎn)生的能量及其熱影響有益于在此所述的方法。
圖12示出了一種變型，其中導線20被安裝在實心材料60中，這就意味著一些實心材料承擔了在如圖1-11所示的實施例中具體為接觸插頭30的接觸元件的功能。
導線20寬松地置于相應的凹槽中且隨后在如圖4所示當電極下降時與實心材料安裝在一起。
圖13示出了凹槽40的多種可能的形狀。凹槽40的底面x可以是凸面或凹面，可以為一直線或呈扇殼形狀或上面裝配有鋸齒。這同樣適用于凹槽側壁y，所述側壁垂直于向外或向內(nèi)傾斜的底面x進行設置，且可能具有不同的表面結構。在凹槽40的縱向z上，可能存在多種設計變型，例如具有鋸齒和沒有鋸齒的凹形形狀、直線型設計或不規(guī)則的外形輪廓或凸形形狀。類似地，所述凹槽半徑r和凹槽邊緣q可能具有多種不同的設計。在附圖中所示出的這些變型僅為實例。
最后，圖14示出了叉形接柱42，44的可能形狀的多種變型。叉形接柱的內(nèi)表面-這里圖中僅示出了叉形接柱42-適于與凹槽40的所需形狀相配合。叉形接柱42的外表面可具有多種形狀，所述形狀取決于環(huán)繞區(qū)域的條件和叉形接柱42材料的彎曲行為。在部分(a)的截面圖中示出例如如小圖(1)和小圖(2)所示，叉形接柱例如可具有凹形截面或不同的厚度，如小圖(3)所示，叉形接柱可能是呈直角的，或者如小圖(4)和小圖(5)所示，叉形接柱可能偏轉遠離所述溝槽。如小圖(6)和小圖(7)所示，叉形接柱的暴露端部不一定是水平的，而是還可以朝向或遠離所述凹槽產(chǎn)生傾斜。在部分(b)的圖中示出了叉形接柱端面的頂視圖，如小圖(8)、(9)和(10)所示，叉形接柱可具有不規(guī)則的外形輪廓。
所述各種形狀的組合都是有可能的。
圖15是采用根據(jù)本發(fā)明所述的方法制造得到的接觸點的研磨圖形。由于存在機械和電所致的形變，因此已嵌固住導線20的接觸點處的叉形接柱被成形為類似于郁金香形狀。
在以上說明書、附圖和權利要求書中所披露的本發(fā)明的技術特征可能對于以單獨或組合方式實現(xiàn)本發(fā)明而言是重要的。
權利要求
1.用于將至少一條導線(20)連接到接觸元件(30)上從而有利于將導線連接到電源上的方法，所述方法包括以下步驟a)制備裝配有用于接收至少一條導線(20)的凹槽(40)的接觸元件(30)；b)將所述導線(20)定位在所述接觸元件(30)的凹槽(40)中；c)將電極(52)降低到所述接觸元件(30)上；其特征在于，d)借助所述電極(52)對環(huán)繞所述凹槽(40)的區(qū)域進行加熱；同時通過電極(52)使環(huán)繞所述凹槽(40)的區(qū)域產(chǎn)生形變，由此嵌固住位于所述凹槽(40)中的導線。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟c)中，在所述接觸元件(30)與所述電極(52)之間形成點接觸、線接觸或最小限度的面接觸。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟d)之后進行步驟e)，即冷卻發(fā)生形變的所述接觸元件(30)。
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述凹槽(40)的深度大于所述導線(20)的直徑。
5.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，兩條或更多條導線(20)或者導線端部被置于凹槽(40)中從而在所述導線或者導線端部之間產(chǎn)生電接觸。
6.用于實施根據(jù)權利要求1-5中任一項所述的方法的接觸元件，其特征在于，所述凹槽(40)可具有矩形、半圓形或V形形狀的截面。
7.根據(jù)權利要求5所述的接觸元件，其特征在于，所述凹槽(40)的內(nèi)表面是光滑的、呈扇殼形狀或呈波紋狀的。
8.根據(jù)權利要求6或7所述的接觸元件，其特征在于，所述凹槽(40)被成形為凸形或沿縱向方向呈線性并且或是水平的或是傾斜的或是凹形的。
9.根據(jù)權利要求6-8中任一項所述的接觸元件，其特征在于，所述凹槽(40)由至少一對彼此相對設置的叉形接柱(42，44)形成。
10.根據(jù)權利要求9所述的接觸元件，其特征在于，一對叉形接柱(42，44)彼此平行地進行布置。
11.根據(jù)權利要求9所述的接觸元件，其特征在于，一對叉形接柱(42，44)彼此成一定角度進行布置。
12.根據(jù)權利要求6-11中任一項所述的接觸元件，其特征在于，所述接觸元件裝配有插頭形本體(32，36)，在所述本體的一個暴露端部處形成凹槽(40)。
13.根據(jù)權利要求12所述的接觸元件，其特征在于，包括至少一個部件的凸緣(34)沿周向被裝配在插頭形本體(32，36)周圍。
14.根據(jù)權利要求6-13中任一項所述的接觸元件，其特征在于，由例如銅、鋁或鋼制成的金屬主體上至少部分地涂覆有低熔點或導電性得到改進的金屬涂層，如鋅、錫、銅及其合金和/或低共熔混合物的涂層。
15.用于實施根據(jù)權利要求1-5中任一項所述的方法的電極，其特征在于，所述電極上配有用于附接到接觸元件(30)上的凹面。
16.具有分別接收一個根據(jù)權利要求6-11中任一項所述的接觸元件(30)的至少一個通道開口(12，16)的由熱塑性合成材料制成的支座本體。
17.根據(jù)權利要求16所述的支座本體，其特征在于，所述接觸元件(30)由于其形狀而被基本上緊固地保持在所述通道開口(12，16)中的適當?shù)奈恢锰帯?br> 18.根據(jù)權利要求16或17所述的支座本體，其特征在于，所述通道開口(12，16)上裝配有伸入到通道開口中的臺肩(14)。
19.根據(jù)權利要求16-18中任一項所述的支座本體，其特征在于，至少在圍繞所使用的接觸元件(30)上的凹槽(40)的區(qū)域中，通道開口(12)的直徑大于接觸元件(30)的直徑。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于將至少一條導線連接到接觸元件上從而將導線連接到電源上的方法，所述方法包括以下步驟a)提供包括用于接收至少一條導線的凹槽的接觸元件；b)將所述導線插入到所述接觸元件的凹槽中；c)將電極降低到所述接觸元件上；以及d)借助所述電極對環(huán)繞所述凹槽的區(qū)域進行加熱；同時使環(huán)繞所述凹槽的區(qū)域產(chǎn)生形變，由此嵌固住位于所述凹槽中的導線。
文檔編號H01R43/02GK101015099SQ200580029985
公開日2007年8月8日 申請日期2005年6月24日 優(yōu)先權日2004年7月7日
發(fā)明者A·海恩澤爾, A·霍詹斯基 申請人:弗利亞特克公司