CONEXIÓN Y PROCEDIMIENTO PARA CONECTAR UN CONDUCTOR TRENZADO DE ALUMINIO MEDIANTE SOLDADURA POR ULTRASONIDOS TORSIONAL.

Conexión de un conductor trenzado de aluminio con un elemento de conexión,

con - un extremo desnudo (4) del conductor trenzado de aluminio (2) y - un elemento de conexión (10) metálico unido por unión material con el extremo desnudo (4) del conductor trenzado de aluminio (2), caracterizada porque - un lado frontal del extremo desnudo (4) del conductor trenzado de aluminio (2) está unido por soldadura mediante soldadura por ultrasonidos torsional con el elemento de conexión (10)

La invención se refiere a una conexión de un conductor trenzado de aluminio con un elemento de conexión con un extremo desnudo del conductor trenzado de aluminio y un elemento de conexión metálico unido por unión material con el extremo desnudo del conductor trenzado de aluminio. Además, la invención se refiere a un procedimiento para la fabricación de una conexión de este tipo, así como a un uso de una conexión de este tipo.

La conexión de conductores trenzados de aluminio con elementos de conexión, por ejemplo terminales de cable de cobre u otros metales no férricos se conoce, por ejemplo, por el documento EP 1 032 077 A2. En este procedimiento se crea mediante un casquillo una unión soldada por unión material entre el elemento de contacto y la línea, que sustancialmente no tiene inclusiones de aire entre los distintos hilos del conductor trenzado de aluminio en el nudo soldado. Los hilos de aluminio y el casquillo de aluminio forman en la zona de soldadura un nudo soldado homogéneo, estanco, en el que sustancialmente no puede llegar electrolito a la unión soldada evitándose, por lo tanto, una corrosión por contacto.

Un inconveniente del procedimiento conocido por el documento EP 1 032 077 A2 es que los elementos de unión deben ser rotacionalmente simétricos. Esto limita considerablemente el campo de aplicación del procedimiento conocido por el estado de la técnica, puesto que los elementos de unión deben hacerse rotar coaxialmente unos respecto a otros para la aplicación de un procedimiento de soldadura por fricción rotativa, lo cual requiere que los elementos de unión propiamente dichos deben ser sustancialmente rotacionalmente simétricos o al menos deben poderse sujetar de forma giratoria en una herramienta para la soldadura por fricción rotativa. Debido a las elevadas velocidades de rotación durante la soldadura por fricción rotativa, las faltas de simetrías en el plano de rotación de los elementos de unión conducen a desequilibrios, que pueden influir negativamente en el proceso de soldadura. Además, en la soldadura por fricción rotativa no es posible ajustar el ángulo axial entre los elementos de unión. La posición final entre las herramientas para la soldadura por fricción rotativa no puede determinarse exactamente, de modo que puede resultar un desplazamiento axial entre los elementos de unión. Esto puede ser indeseado por motivos relacionados con la técnica de procesos. Además, el uso de un procedimiento de soldadura por fricción está limitado a secciones transversales de más de 35 mm2.

Por esta razón, la invención tiene el objetivo de proporcionar un procedimiento de soldadura con el que puedan unirse conductores trenzados de aluminio con elementos de conexión en posiciones axialmente definidas de forma segura entre sí.

Este objetivo se consigue según la invención mediante una conexión de un conductor trenzado de aluminio con un elemento de conexión con un extremo desnudo del conductor trenzado de aluminio y un elemento de conexión metálico unido por unión material con el extremo desnudo del conductor trenzado de aluminio, en la que un lado frontal del extremo desnudo del conductor trenzado de aluminio está unido por soldadura mediante soldadura por ultrasonidos torsional con el elemento de conexión. Se ha detectado que mediante la soldadura por ultrasonidos torsional puede realizarse una unión soldada maciza evitándose inclusiones de aire entre los hilos de aluminio. Los elementos de unión, es decir, el conductor trenzado de aluminio y el elemento de conexión se mueven en la soldadura por ultrasonidos torsional mediante movimientos relativos axiales unos respecto a otros. El movimiento torsional entre los elementos de unión tiene lugar en la región ultrasónica, por ejemplo a una frecuencia de 20 kHz o más. Los elementos de unión se giran unos respecto a otros en amplitudes mínimas, por ejemplo 10 – 100 µm, preferiblemente 20 – 40 µm

o entre 0,1º y 5º. Puesto que la energía de soldadura se aplica mediante vibración torsional de los elementos de unión, las superficies de soldadura ya no deben ser rotacionalmente simétricos. Es decir, ahora pueden soldarse entre sí las geometrías más diversas de elementos de contacto, como rectángulos, óvalos o elipses. Sólo es necesario que el elemento de conexión cubra el lado frontal completo de los hilos de aluminio del conductor trenzado de aluminio. Puesto que en la soldadura por ultrasonidos torsional los elementos de contacto también pueden ser elementos curvados de chapa, es posible sustituir los elementos de contacto que se usan habitualmente en la soldadura por fricción rotativa, como por ejemplo terminales de cable forjados caros, por elementos curvados de chapa económicos.

También es posible proveer el elemento de conexión en la zona de soldadura de una estructura en relieve de tal modo que el conductor de aluminio se una de tal manera por soldadura con el elemento de contacto que el reborde soldado quede dispuesto en la zona del relieve alrededor del cordón de soldadura. Por ejemplo, puede estar prevista una estructura de copa mediante embutición profunda u otros procesos, siendo el diámetro de la copa algo superior que el diámetro del conductor trenzado de aluminio, de modo que el reborde soldado se solidifica en la zona de la copa, en particular, en el espacio anular entre el conductor trenzado de aluminio y el diámetro interior de la copa.

Según un ejemplo de realización ventajoso se propone que una pieza de compresión que envuelve el extremo desnudo del conductor trenzado de aluminio comprima los hilos de aluminio formando un haz. La compresión puede ser de tal modo que el haz quede libre de inclusiones de aire. Después del pelado, los hilos de aluminio pueden ser compactados mediante la pieza de compresión. De este modo, los hilos se comprimen de tal modo mediante una compresión mecánica que se reducen o eliminan los espacios huecos.

A continuación, el extremo comprimido del conductor trenzado de aluminio puede mecanizarse mediante procedimientos con arranque de virutas para eliminar óxidos de aluminio en el lado frontal. El lado frontal puede repasarse, p. ej. fresando, de modo que se forma una superficie frontal plana. La superficie frontal también puede ser rectificada.

Puesto que se impiden los espacios huecos entre los hilos de aluminio se impide que se produzcan corrosiones en la zona del cordón de soldadura. En la zona del cordón de soldadura, el conductor trenzado de aluminio puede ser procesado de forma similar a un material macizo, puesto que se evitan los espacios huecos.

Según un ejemplo de realización ventajoso, la pieza de compresión puede estar realizada como casquillo o “splicecrimp”. Antes de unir el conductor trenzado de aluminio con el elemento de conexión, el casquillo puede colocarse por deslizamiento en el extremo desnudo del conductor trenzado de aluminio y comprimirse. Un “splicecrimp” puede formarse, por ejemplo, cortando a medida un trozo de cinta sin fin, por ejemplo de aluminio o aleaciones de aluminio, por ejemplo con un espesor de chapa de 1 a 1,5 mm y colocándolo en el extremo desnudo del lado frontal del conductor trenzado de aluminio. Durante este proceso, el material de cinta plana se coloca alrededor de los hilos y se comprime, de modo que en el lado frontal del conductor trenzado de aluminio se forma una zona maciza, compactada, que es apta para unirse por soldadura en el lado frontal con un elemento de contacto. De este modo es posible fabricar de forma económica, rápida y nada complicada conexiones flexibles. Pueden ahorrarse los costes para un casquillo de aluminio, así como para el procesamiento complicado, en particular, la unión de los distintos casquillos en las líneas y el posicionamiento de las líneas con el casquillo en la herramienta de compresión. El material de cinta plana puede alimentarse, por ejemplo, desde un material de cinta sin fin.

Tanto en la soldadura por ultrasonidos como en la soldadura por fricción rotativa se generan fuerzas de recalcado. Puesto que en la soldadura por ultrasonidos, en particular en la soldadura por ultrasonidos torsional, las fuerzas de recalcado son considerablemente inferiores que en la soldadura por fricción rotativa, el casquillo o el “splicecrimp” pueden dimensionarse con espesores de pared más pequeños. Aquí es posible, por ejemplo, que los espesores de pared del casquillo o del “splicecrimp” estén situados entre 0,5 y 2 mm. También es posible que la longitud axial del “splicecrimp” o del casquillo pueda ser inferior que en la soldadura por fricción rotativa.... [Seguir leyendo]

1. Conexión de un conductor trenzado de aluminio con un elemento de conexión, con -un extremo desnudo (4) del conductor trenzado de aluminio (2) y -un elemento de conexión (10) metálico unido por unión material con el extremo desnudo (4) del conductor

trenzado de aluminio (2), caracterizada porque -un lado frontal del extremo desnudo (4) del conductor trenzado de aluminio (2) está unido por soldadura

mediante soldadura por ultrasonidos torsional con el elemento de conexión (10).

2. Conexión según la reivindicación 1, caracterizada porque una pieza de compresión (8) que envuelve el extremo desnudo (4) del conductor trenzado de aluminio (2) comprime los hilos de aluminio (6) formando un haz. 3. Conexión según la reivindicación 2, caracterizada porque la pieza de compresión (8) está formada de tal modo que

los hilos (6) del conductor trenzado de aluminio (2) quedan dispuestos unos al lado de los otros sin espacios huecos en

la zona de la pieza de compresión (8). 4. Conexión según la reivindicación 2, caracterizada porque un lado frontal del extremo desnudo (4) del conductor trenzado de aluminio (2) está soldado junto con la pieza de compresión (8) mediante soldadura por ultrasonidos torsional con el elemento de conexión (10).

5. Conexión según la reivindicación 2, caracterizada porque la pieza de compresión (8) es un casquillo o un

”splicecrimp”. 6. Conexión según la reivindicación 5, caracterizada porque el casquillo o el “splicecrimp” está realizado para la absorción de fuerzas de recalcado de una herramienta de soldadura por ultrasonidos torsional (18).

7. Conexión según la reivindicación 2, caracterizada porque la pieza de compresión (8) es un alojamiento de una

herramienta de soldadura por ultrasonidos torsional (18). 8. Conexión según las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque un cordón de soldadura (8a) entre el lado frontal del extremo desnudo (4) del conductor trenzado de aluminio (2) junto con la pieza de compresión (8) y el elemento de conexión (10) está exento de espacios huecos.

9. Conexión según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la pieza de compresión (8) está hecha

de aluminio o de aleaciones de aluminio. 10. Conexión según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el elemento de conexión (10) es un conductor plano.

11. Conexión según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el elemento de conexión (10) es un

conductor plano en forma de 1, estando unido un brazo del conductor plano con el conductor trenzado de aluminio (2). 12. Conexión según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el elemento de conexión (10) es un conductor redondo.

13. Conexión según la reivindicación 11, caracterizada porque el conductor trenzado de aluminio (2) está unido a tope con el conductor redondo. 14. Procedimiento para la fabricación de un conductor trenzado de aluminio con un elemento de conexión, con -pelado de un extremo del conductor trenzado de aluminio (2), y -unión material del extremo desnudo (4) del conductor trenzado de aluminio (2) con un elemento de conexión

(10) metálico, caracterizado porque -un lado frontal del extremo desnudo (4) del conductor trenzado de aluminio (2) se une por soldadura mediante

soldadura por ultrasonidos torsional con el elemento de conexión (10) metálico. 15. Uso de una conexión según la reivindicación 1 para un cable de energía eléctrica de un automóvil, en particular un

cable de batería.