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Ultraschallschweissung mit Litzenschutz

Einfaches Update für etabliertes Schweissverfahren für mehr Qualität und Sicherheit

Problembeschreibung:

Im KFZ-Bereich spielen Kabelverbinder bei Kabelbäumen oder gerade bei Batteriemodulen eine zentrale Rolle. Besonderes Augenmerk wird dabei auf eine gleichbleibende Stromtragfähigkeit sowie ausreichenden Widerstand bei Zug- und Biegebelastung der Verbindung zwischen Litze und dem Kontaktteil gelegt.

Stand der Technik ist die elektrische Verbindung zwischen einem elektrischen Leiter insbesondere Litzenleiter und einem Kontaktteil über einen Ultraschallschweißvorgang. Um die elektrische Verbindung herzustellen wird der Litzenleiter auf eine für die Schweißung vorbereitete Fläche des Kontaktteils aufgelegt und beide Kontaktpartner zwischen Amboss und Sonotrode eingespannt. Der Schweißvorgang wird vorgenommen, indem die Sonotrode mit einer definierten Kraft auf die positionierten Kontaktpartner einwirkt und eine oszillierende Bewegung mit ausreichender Geschwindigkeit vollzieht und damit die Einzeldrähte des Litzenleiters in Relativbewegung zueinander und zum Kontaktteil versetzt. Die durch vorhandene Reibung zwischen den bewegten Teilen entstehende Wärme wird genutzt um die einzelnen Drähte miteinander und den Litzenleiter mit dem Kontaktteil zu verschweißen. Auch muss die Sonotrode mit einem speziellen Profil, meist Rillen und Zacken, ausgestattet sein, um an der obersten Lage der Drähte keine Relativbewegung zu erzeugen, sonst würden die obersten Drähte mit der Sonotrode verschweißen, was ungewollt ist. Dieses Profil und die beim Schweißvorgang erzeugte Erwärmung führt jedoch zu einer sehr starken Deformation und mechanische Schädigung der obersten Drahtreihe, welche dadurch keine ausreichende Widerstandsfähigkeit gegenüber Zug und Biegebelastung der Leitung hat. In weiterer Folge kommt es zu Drahtbrüchen und dadurch zur verminderten Stromtragfähigkeit des Litzenleiters.

Die neue Lösung:

Die vorliegende Erfindung beseitigt dieses Problem, indem der Litzenleiter (sowohl Kupfer als auch Aluminium oder ihrer Legierungen) durch ein Metallplättchen gleichen oder ähnlichen Werkstoffs abgedeckt wird und die Sonotrode nicht mehr in direkten Kontakt mit den Litzenleitern hat. Das Kontaktplättchen hat durch seine Dicke ausreichendes Volumen um unzulässige Deformationen entgegenzuwirken. Zwischen Sonotrode und Kontaktplättchen ist keine Relativbewegung erwünscht, dies bewahrt die Sonotrode vor Mikroverschweißungen und erhöht so die Standfestigkeit.

Positionierung des Litzenschutzes (Kupfer) beim Schweißvorgang

Positionierung des Litzenschutzes (Kupfer) beim Schweißvorgang

Zwischen Kontaktplättchen und Litzenleiter ist eine Relativbewegung ähnlich wie zwischen den Drähten möglich, wodurch auch die oberste Drahtreihe, genauso wie die unterste Drahtreihe, gleichmäßig verformt und verschweißt wird. Durch beidseitige Relativbewegung entsteht für alle Drähte eine gleichmäßige Verschweißung, damit können alle Drähte in vollem Umfang die Stromtragfähigkeit gewährleisten und haben gleiche mechanische Festigkeit. Durch die Ausführung des Kontaktplättchens ist es weiters möglich eine unverschweißte Auslaufzone bereitzustellen, damit die Drähte in der Wärmeeinflusszone ausreichend gegenüber mechanischer Belastung geschützt sind.

Vorteile des Verfahrens:

  • Schutz der Litze

  • gleichmäßige Verschweißung aller Litzen

  • hohe Seitenbelastbarkeit / Seitenzug

  • Anwendbar für Kupfer, Aluminium oder deren Legierungen

  • Erweiterung der Materialkombination (Härte)

  • Überschweißen der Litzen kann vermindert werden

  • Einsatz bei erhöhten Vibrationsanforderungen

Schliffbild Schweißstelle

Schliffbild Schweißstelle

Mögliche Applikationen:

  • Schaltschrankbau

  • Modulverbinder

  • Kabelbäume

Kurzinformation

Download

  • Neue Lösung kann auf den vorhandenen Maschinenpark integriert werden

  • Entwickelt, getestet und patentiert von namhaftem Marktplayer!

  • Innovatives Verfahren mit Alleinstellungsmerkmalen patentrechtlich geschützt.

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