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TWI676326B - 壓合焊接連接方法 - Google Patents

壓合焊接連接方法 Download PDF

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TWI676326B
TWI676326B TW104111416A TW104111416A TWI676326B TW I676326 B TWI676326 B TW I676326B TW 104111416 A TW104111416 A TW 104111416A TW 104111416 A TW104111416 A TW 104111416A TW I676326 B TWI676326 B TW I676326B
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Walter Baldauf
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Martin Hundseder
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德商羅森伯格高頻技術公司
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Abstract

本發明係在提供一種壓合焊接連接方法，係製造一絞合電線與一連接元件間長效型機械與導電連接之方法，該絞合電線之一端係與該連接元件焊接在一起，其中該絞合電線之一端在焊接前係置入該連接元件之壓接凹槽內，且額外將該連接元件與該絞合電線壓合在一起；此外，本發明係一種使用本發明之方法所製造之壓合焊接連接結構。

Description

壓合焊接連接方法
本發明係有關於一種壓合焊接連接方法，特別係指一種製造一絞合電線與一連接元件間長效型機械與導電連接方法，其中絞合電線之一端係與連接元件焊接在一起；此外，本發明係一種連接元件與絞合電線間依據本發明方法所製造之連接結構。
一條絞合電線或是絞合線係一種由數條細導線所組成之導線，各單一導線可在軸向上由一共同之絕緣膜，與必要時額外由一共同之外導線所圍繞，數條此種絞合線可在相鄰延伸於一電纜內。
一般而言，絞合電線的優點為高度靈活性，以及在受到震動或是作用於絞合電線上之剪力與彎折力等機械應力時，敏感性較低。
為了將絞合電線與一如插接器或夾鉗之連結元件相連接，習知的方法為：於絞合電線之絕緣端上設置一尾套，將絞合線裡個別導線緊抓在一起，並以保護個別導線不受鎖固螺絲之損害，此一尾套可與絞合電線之尾端壓接在一起，習知之另一種作法為，將絞合線焊接於連接元件上。
但是，用於傳輸高電流或是應用於機動車輛內之絞合電線或是絞合線，通常具有較大的截面積以及大數量個別導線，使得絞合線與連接元件間的連結較為困難；此外，連接點通常會受到如震動等的高外力作用，因此絞合線與連接元件間的連接需特別穩定且持久固定。
目前通常是將具有大截面積或是具有數條個別導線的絞合電線焊接於連接元件上，藉由焊接可快速且較便宜地製作一長效型黏合連接，為此，將絞合線置於連接元件上一平坦的接觸面上，且將之壓平，使得絞合線中數 條個別導線可直接與接觸面接觸，並接著將個別導線與接觸面焊接在一起，但由實務經驗可發現，由於部分個別導線在焊接時是凌亂排列，此種焊接連接無法達到高抗力性以及持久性，以至於此焊接連接無法長時間承受作用於其上之震動。
本發明之主要目的，在於提供一種於一絞合電線與一連接元件之間產生一無法脫落的機械與導電連接之方法，使得具有大數量個別導線之絞合電線即使在連接點受到高應力時，也可確保電線穩固連結於連接元件上。
本發明之壓合焊接連接方法，連接元件不僅與絞合電線壓合在一起，也額外與其焊接在一起；為此，連接元件具有一壓接凹槽，絞合電線之一端在壓合或是焊接之前會先插入其內；也就是說，本發明中之絞合電線並非焊接於一平坦之接觸面上，而是置於壓接凹槽以圓周方向包圍於電線周圍之側壁上。
本發明之基礎概念為：在絞合電線以單側面置於連接元件之接觸面上之狀況下，有許多個別導線在焊接時並非直接連結於連接元件上，這會對固定強度產生負面影響，藉由本發明之連接元件上圍繞於絞合電線周圍之側壁，可提升固定強度；此外，藉由較大的接觸面積也可降低接觸電阻，最後，絞合電線在焊接時係包容於壓接凹槽內，藉此可在絞合電線之個別導線充分黏著於接觸面上前，降低由導電材料傳至接觸面上的不良通量。
此外，本發明另一個基礎概念為：針對具有大數量個別導線的絞合電線而言，在壓接之壓合連接時需要施以相當高的壓力，使個別導線在整體電線截面上達到一預設的可塑性形變，因此在絞合電線上產生單純的壓合連接相當昂貴且不穩固，相反地，本發明中的壓接的壓合連接與膠合的焊接係以最佳狀態相互補強，因為在壓接過程後，已經擠壓在一起的個別導線可無需太高 的焊接花費，在很短的焊接時間內即可產生一膠合連接，且導電材料在焊接時不會由壓接凹槽中脫出。
絞合電線之直徑優先大於0.5cm，特別是大於1cm或更多，以及/或是絞合線截面積大於20mm2，優先為大於40mm2，特別是大於50mm2或更多；但是該絞合電線並非一定為圓形，也可以為橢圓形或平坦狀絞合電線構造，其中絞合電線可包含多於100條，優先為多於200條，特別時多於250條或更多相鄰延伸的個別導線，此種絞合電線適用於高於50A，特別是高於100A之電流強度，此狀況會出現在應用於機動車輛領域內。
壓接凹槽基本上優先為圓柱狀，且直徑與絞合電線之直徑相同，該壓接凹槽可由一薄型，優先為圓柱外膜狀的側壁所圍繞而成，藉由外部施加壓力可使得側壁在安裝於壓接凹槽內的絞合電線個別導線產生一變形擠壓。
為了提高流程安全性，優先者為：首先將連接元件與絞合電線壓接在一起以產生一壓合連接，接著將完成之壓合連接進行焊接以產生一壓合焊接。
也就是說，首先進行壓合，再接著進行焊接，藉由利用施加一預設之徑向壓力，將位於壓接凹槽內絞合電線之尾端進行壓合的過程，個別導線產生一可塑性形變，也可隨著施加之壓力大小，產生一接著要進行焊接的初始狀態；換句話說，絞合電線之個別導線在壓合後不再是任意凌亂排列於壓接凹槽內，而是具有一固定之預設擠壓程度，這使得本發明壓合焊接可重複產生一連接強度。
此外，在焊接一已經完成且具有一預先擠壓狀態的壓合連接，僅需較低的焊接成本、較少能量以及/或是較短之焊接時間，使得壓合點不會因焊接過程而承受過高的負荷。
壓合連接優先為藉由超音波進行焊接，其中焊接所需之能量可利用高頻的機械震盪產生，該震盪係於待焊接組件間經由摩擦所產生，藉由此一摩擦可同時打破待連接組件表面上的氧化層，超音波焊接之特徵在於短焊接時間，此外，超音波可利用簡易方式由外部傳遞至連接元件上，進而傳至壓接凹槽內。
針對穩固且持久的連接，優先者為：連接元件與絞合電線間為氣密性壓合，為使絞合電線需緊緊與連接元件壓合，使得流動性或氣態介質無法由外部侵入壓合部內，也可避免受擠壓之個別導線氧化，並因而避免介面電阻的升高，位於壓合的個別導線之間尚存在之空隙與外部環境間不會有流體流通，氣密性壓合可藉由足夠、且由外部多方面作用於壓接凹槽圓柱狀側壁上之壓力所產生，藉此可將個別導線均勻受到擠壓並壓縮在一起。
在進行壓合之前，絞合電線之尾端優先需脫除絕緣層，並接著插入連接元件上一圓柱狀的連接孔內，該絞合電線優先為插入連接孔中，直到個別導線之前端抵觸於連接孔之底部，有別於使用具有穿孔之套筒狀連接組件，使用連接孔在焊接時不會產生導電材料露出，或是導電材料附著於焊接機的超音波發生器上的危險，因為連接孔僅有一個開口，利用連接孔可將連接點與外部環境影響隔絕。
由另一方面來看，本發明係一種利用本發明方法所生產之壓合焊接連接結構，此種壓合焊接連接結構的特徵在於：將絞合電線之一尾端插入一連接元件(如一插接器)上之壓接凹槽內，其中絞合電線與連接元件相互壓接並焊接在一起。
本發明壓合焊接生產時，首先優先進行壓接，再進行焊接，此種壓合焊接的特徵在於：在個別導線之間幾乎沒有空隙，且壓合可特別均勻。
如上所述，絞合電線係用於傳輸高強度電流，且具有大於20mm2，優先大於40mm2，特別優先大於50mm2或更大的截面積，以及/或是多於100條，特別是多於200條個別導線。
絞合電線內之個別導線優先為由鋁材質製成；另外或額外，連接元件、特別是與絞合電線緊靠之壓接凹槽之側壁，至少一部份為銅材質製成；使用不同材質製成之組件相互連接時，可因為同時具有壓合又有膠合之壓合焊接，可提升固定強度。
另外或額外可利用一(必要時外加)在壓接凹槽入口處上之絕緣壓合，將連接處加以密封(水密且/或氣密)；為此，可將絞合電線至少一部分外皮與/或安裝於絞合電線上其他密封元件之一區段插入壓接凹槽內，並與其壓合在一起。
連接元件可為一插接器，用於導電連接絞合電線與一對應插接器，其中該插接器優先於一端上具有壓接凹槽，且/或於對立之另一端上具有優先為插座狀之插接部。
本發明之壓合焊接連接方法，具有下列特徵：均勻的絞合電線粗細、氣密式連接(壓合內部無空隙)、降低介面電阻、以及/或是接觸點上改良式的表面結構。
10‧‧‧絞合電線
12‧‧‧開放端
14‧‧‧個別導線
20‧‧‧連接元件
22‧‧‧壓接凹槽
24‧‧‧連接孔
26‧‧‧側壁
28‧‧‧插接部
29‧‧‧過度區段
100‧‧‧壓合焊接連接結構
F‧‧‧壓力
第1圖所示係為本發明實施例之剖面圖。
第2a圖所示係為本發明實施例焊接過程之前壓合連接之立體圖。
第2b圖所示係為本發明實施例壓合後但焊接前之絞合電線之剖面圖。
第3a圖所示係為本發明實施例壓合焊接之側視圖。
第3b圖所示係為本發明實施例所製成之壓合焊接之剖面圖。
有關本發明為達上述之使用目的與功效，所採用之技術手段，茲舉出較佳可行之實施例，並配合圖式所示，詳述如下：本發明之實施例，請參閱第1圖所示，第1圖中所示基本上為一旋轉對稱之插接器狀連接元件100，其中該連接元件100具有一壓接凹槽22，絞合電線10之一開放端12可插入其內，該壓接凹槽22在朝向絞合電線10一側上之構造主要係為一位於該連接元件100內圓柱狀之連接孔24，該連接元件100在背向該連接孔24之一側則具有一插座狀之插接部28，以用於連接該連接元件100與一對向之插接器(無標示於圖中)。
該連接孔24周圍包覆有一層較薄的側壁26，在壓合過程中會於其上施加一朝內之徑向壓力F，此種薄型側壁之優點在於，焊接時可較有效將震盪傳遞至連接孔24內部。
該壓接凹槽22並非一定是圓柱狀之插接孔，也可是非旋轉對稱與/或穿孔狀結構，但圓形的截面幾何形狀可簡化壓合工作，並使得絞合電線特別均勻密封；有別於穿孔，連接孔可防止焊接時融化的導線材料洩流出。
該連接元件100之外圍界面可依壓合條件優化，於第1圖所示之實施例中，外圍界面具有一連接於連接孔24之側壁26上，且圓錐狀擴張的中間區段，該區段在一過度區段29上具有較大之半徑，該過度區段29提供足量的材料，使側壁26在壓合時可徑向朝內形變，藉由圓錐狀之中間區段可降低壓合與/或焊接時材料產生裂痕或其他損壞。
插座狀之插接部28係僅為舉例，另外也可為一插頭構造，此外，該連接元件更可以非插接器構造，而是一個外殼的一部份，或是另一接觸元件的一部份。
第1圖所示之絞合電線10具有大數量之個別導線14，這些導線係由一共同之外皮所包覆；於該絞合電線10容納於壓接凹槽22內之一端上的外皮是被剝離出來，使得個別導線14可靠在連接孔24之側壁26的內面上，另一種或額外作法為，至少外皮之一部分與/或另外之秘方材料至少一區段一併插入該連接孔24中，並一起進行壓合，藉此可將此連接在電纜端以壓合，且在前端上以連接孔進行密封。
該絞合電線10共具有約250條個別導線，由這些個別導線所共同構成之截面積(前文中稱為絞合電線之截面)約為50mm2。
另外或額外的方法為，可將絞合電線以一共同的屏蔽與/或外皮包覆；另外或額外的方法為，該個別導線分別具有一絕緣的屏蔽層。
該絞合電線10之個別導線14主要為鋁材質，且連接元件20主要為銅材質，並不一定是相異的其他導電材料也適用於此。
圖式中壓合焊接的製造方法詳述於下文中。
首先將絞合電線10之開放端12置入連接孔24內，直到個別導線之前端抵觸於連接孔24的底部。
接著於連接孔24之側壁26上施加一壓力F以進行壓合，該壓力F係由多方向作用，特別是環繞於側壁26周圍，以便盡可能將個別導線14均勻擠壓，並緊迫於側壁26上；同時將個別導線14加以形變，使得在連接孔24內個別導線之間僅餘少許空隙，該壓力F之大小係調整為可產生一氣密壓合。
第2a圖與第2b圖所示為所產生的壓合連接之立體圖，以及剖面圖，第2b圖特別明顯標示出絞合電線10之個別導線14相互緊壓在一起。
接著由外部施加一超音波於完成之壓合連接上以進行焊接，藉此，已相互緊壓在一起的個別導線14可被融化在一起，且與連接孔24之側壁26融在一起；如第3b圖之橫切面圖與第3a圖之側視圖所示，可在絞合電線10之個別 導線14與之間產生一幾乎無空隙之咬合連接，由於此連接已藉由預先擠壓進行壓合，故此時僅須相對較低的焊接能量。
由於連接孔24係於下方封密，因此導線材料不會有露出的危險。
比較第2b圖與第3b圖可明顯知道，本發明之壓合焊接連接與單純壓合連接間的差異。
另一種做法可為，使用超音波焊接來進行焊接程序。
經果測試，本發明連接之界面電阻顯著低於無前壓合之單純焊接。
此外，結果也證明，此種連接可毫無疑問承受作用於絞合電線上3kN的拉力，而傳統之焊接一般最大僅能承受約1.8kN之拉力。
此一壓合焊接之抗拉力強度約可相當於一般的絞合電線或是電纜，在單純焊接連接上之鬆脫拉力明顯較低。
綜上所述，本發明確實已達到所預期之使用目的與功效，且更較習知者為之理想、實用，惟，上述實施例僅係針對本發明之較佳實施例進行具體說明而已，該實施例並非用以限定本發明之申請專利範圍，舉凡其它未脫離本發明所揭示之技術手段下所完成之均等變化與修飾，均應包含於本發明所涵蓋之申請專利範圍中。

Claims (9)

  1. 一種壓合焊接連接方法，係製造一絞合電線(10)與一連接元件(20)間長效型機械與導電連接之方法，其中該絞合電線(10)之開放端(12)與該連接元件(20)係焊接在一起，其特徵在於：該絞合電線(10)之開放端(12)在焊接前先置入該連接元件(20)之一壓接凹槽(22)的連接孔(24)內，且將該連接元件(20)與該絞合電線(10)進行壓合，使得該連接元件(20)與該絞合電線(10)氣密壓合在一起，其中該絞合電線(10)具有鋁材質之個別導線(14)，且該連接元件(20)之連接孔(24)的側壁(26)與該絞合電線(10)相接觸的至少一部分為銅材質。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之壓合焊接連接方法，其中，該連接元件(20)與該絞合電線(10)進行壓合以產生一壓合連接，並接著將完成之壓合連接進行焊接以產生一壓合焊接連接結構(100)。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之壓合焊接連接方法，其中，該壓合連接係利用超音波進行焊接。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之壓合焊接連接方法，其中，該連接元件(20)上之該連接孔(24)係為圓柱狀。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之壓合焊接連接方法，其中，壓合時由外部施加一環繞之壓力F於該連接元件(20)之該連接孔(24)之側壁(26)上，使得該絞合電線(10)之個別導線(14)均勻壓密。
  6. 一種壓合焊接連接方法，係製造一絞合電線(10)與一連接元件(20)間與導電連接之方法，其中該絞合電線(10)之開放端(12)與該連接元件(20)係焊接在一起，其特徵在於：該絞合電線(10)之開放端(12)在焊接前先置入該連接元件(20)之一壓接凹槽(22)的連接孔(24)內，且將該連接元件(20)與該絞合電線(10)進行壓合，使得該連接元件(20)與該絞合電線(10)氣密壓合在一起，其中該絞合電線(10)係具有鋁材質之個別導線(14)，且該連接元件(20)之連接孔(24)的側壁(26)與該絞合電線(10)相接觸的至少一部分係為銅材質。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之壓合焊接連接方法，其中，該連接元件(20)係一種用於將該絞合電線(10)與一對向插接器進行導電連接之插接器，該插接器於一端上具有壓接凹槽(22)以與該絞合電線(10)連接，且另一端上具有為插座狀之插接部(28)以與該對向插接器進行導電連接。
  8. 如申請專利範圍第1或6項所述之壓合焊接連接方法，其中，該絞合電線(10)之截面積係為20mm2以上，且具有100條以上的個別導線(14)。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之壓合焊接連接方法，其中，該壓合連接利係用超音波進行焊接。
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