Aus der WO 2010/057753 A1 ist ein Verfahren zum Verbinden eines aus einem Nichteisenmetall hergestellten Anschlussteils mit einer aus Aluminium hergestellten Litze bekannt. Dabei wird die Litze mit dem Anschlussteil mittels Ultraschallschweißen stoffschlüssig verbunden. Zur Vermeidung einer Kontaktkorrosion ist die Litze mit einem Dichtmittel versehen, welches beim Ultraschallschweißen schmilzt und Hohlräume zwischen den einzelnen Litzenadern ausfüllt. Bei dem Dichtmittel handelt es sich um einen Klebstoff. Das Dichtmittel soll ein Eindringen von Feuchtigkeit in den Kontaktbereich zwischen der Aluminiumlitze und dem Anschlussteil verhindern. In der Praxis hat sich allerdings gezeigt, dass die Dichtwirkung des vorgeschlagenen Dichtmittels nicht dauerhaft ist.

Die DE 1 1 201 1 102 335 T5 offenbart ein Verfahren zum Verbinden einer Litze mit einem Rohrkabelschuh. Die Litze wird in den Rohrkabelschuh eingesteckt. Anschließend werden die Einzeldrähte der Litze mittels einer Heizvorrichtung innerhalb des Rohrkabelschuhs zum Schmelzen gebracht. Dann wird der Rohrkabel- schuh von den Seiten her unter Druck gesetzt, so dass das geschmolzene Metall in Richtung einer Ummantelung der Litze gehoben wird. - Das Aufschmelzen der Litze ist energie- und zeitaufwändig.

Die WO 2012/008519 A1 offenbart ein Verfahren zum Verschweißen zweier flach aufeinanderliegender Metallbleche. Sowohl der Amboss als auch die Sonotrode weisen kammartige Erhebungen auf, welche beim Pressen der Sonotrode gegen den Amboss einander gegenüberliegen. Es kann damit ein besonders hoher Druck auf einen Bereich ausgeübt werden, welcher zwischen den Kämmen des Ambosses und den einander gegenüberliegenden Kämmen der Sonotrode sich befindet. Eine Verformung der miteinander zu verschweißenden Bleche wird bei dem bekannten Verfahren vermieden. Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere ein möglichst einfach und kostengünstig durchführbares Verfahren zum Verbinden eines aus einem Nichteisenmetall hergestellten Rohrkabelschuhs mit einer aus Aluminium hergestellten Litze angegeben werden. Nach einem weiteren Ziel der Erfindung soll mit dem Verfahren ein Kontaktbereich zwischen der Litze und dem Rohrkabelschuh derart dicht verschweißbar sein, dass ein Eindringen von Feuchtigkeit dauerhaft verhindert wird.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 10.

Nach Maßgabe der Erfindung wird ein Verfahren zum Verbinden eines aus einem Nichteisenmetall hergestellten Rohrkabelschuhs mit einer aus Aluminium herge- stellten Litze mit folgenden Schritten vorgeschlagen:

Bereitstellen eines Rohrkabelschuhs mit einem Rohrabschnitt und einem sich davon erstreckenden Anschlussabschnitt, Bereitstellen einer Ultraschallschweißvorrichtung mit einer eine kammartig gekrümmte Druckfläche aufweisenden Sonotrode und einem eine kammartig gekrümmte Gegendruckfläche aufweisenden Amboss, klemmendes Befestigen des Anschlussabschnitts am Amboss, derart, dass der Rohrabschnitt der Gegendruckfläche des Ambosses gegenüberliegt,

Einstecken eines Endes der Litze in den Rohrabschnitt des Rohrkabelschuhs,

Inkontaktbringen der Druckfläche mit dem Rohrabschnitt,

Drücken der Druckfläche gegen den Rohrabschnitt, so dass der Rohrabschnitt gegen die Gegendruckfläche gezwungen wird, und Erzeugen einer etwa senkrecht zu einer Rohrachse des Rohrabschnitts gerichteten Ultraschallschwingung mittels der Sonotrode, derart, dass der Rohrabschnitt verformt und die darin eingesteckte Aluminiumlitze zumindest abschnittsweise verschweißt wird.

Mit dem vorgeschlagenem Verfahren gelingt es auf überraschend einfache und kostengünstige Weise, eine aus Aluminium hergestellte Litze mit einem aus einem Nichteisenmetall hergestellten Rohrkabelschuh zu verbinden. Die Verbindung ist dabei derart, dass die Aluminiumlitze in einem Deformationsbereich zwischen der Druckfläche und der Gegendruckfläche in sich und mit dem umgebenden Rohrabschnitt dicht verschweißt wird. Durch den dicht verschweißten Abschnitt werden ein Eindringen von Feuchtigkeit in den Rohrabschnitt und somit eine Kontaktkorrosion dauerhaft vermieden. Die Herstellung der Verbindung kann mit dem erfin- dungsgemäßen Verfahren mit kurzen Taktzeiten und relativ geringem Energieaufwand erfolgen. Es ist insbesondere nicht erforderlich, zur Herstellung der Verbindung die Litze im Rohrabschnitt aufzuschmelzen.

Bei dem nach dem Stand der Technik bekannten Ultraschallschweißverfahren wird zum Verschweißen zweier Metallteile das eine Metallteil ortsfest auf dem

Amboss fixiert. Das andere Metallteil wird dann bei gleichzeitiger Einkopplung von Ultraschallenergie gegen das eine Metallteil gedrückt. Die Herstellung einer dabei entstehenden Ultraschallschweißverbindung wird auf eine hochfrequente Bewegung des mit der Sonotrode angeregten anderen Metallteils relativ zu dem am Amboss fixierten einen Metallteil zurückgeführt. - Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird die Ultraschallenergie dagegen in den fest mit dem Amboss verbundenen Rohrabschnitt eingekoppelt. Dennoch wird überraschenderweise ein Verschweißen zwischen der Litze und dem Rohrabschnitt erreicht. Bei der Herstellung der Schweißverbindung werden die Einzeldrähte der Litze lediglich oberflächlich miteinander verschweißt. Eine schmelzflüssige Phase entsteht dabei allenfalls in einem geringem Umfang von weniger als 20%, vorzugsweise weniger als 15%, besonders bevorzugt weniger als 10%, des durch den Rohrabschnitt definierten Volumens. Die schmelzflüssige Phase entsteht bevorzugt lediglich in einer Menge, welche ausreicht, um die Zwickelräume zwischen den Einzeldrähten der Litze im Bereich des Rohrabschnitts zu füllen. Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird unter einem "aus einem Nichteisenmetall hergestellten Rohrkabelschuh" ein Rohrkabelschuh verstanden, welcher z. B. aus Kupfer, Messing, Aluminium oder einer im Wesentlichen Kupfer, Messing oder Aluminium enthaltenden Legierung hergestellt ist. Desgleichen handelt es sich bei einer "aus Aluminium hergestellten Litze" um eine Litze, deren Einzeldrähte aus Aluminium oder einer im Wesentlichen Aluminium enthaltenden Legierung hergestellt sind. Der Rohrkabelschuh ist üblicherweise einstückig hergestellt. Ein vom Rohrabschnitt sich erstreckender Anschlussabschnitt ist üblicherweise in Form einer Platte ausgebildet, welche einen Durchbruch aufweisen kann. Indem erfindungsgemäß sowohl die Druckfläche der Sonotrode als auch die gegenüberliegende Gegendruckfläche des Ambosses kammartig gekrümmt sind, wird der Druck zunächst über eine die höchsten Punkte der kammartigen Krümmung verbindende Kammlinie auf den Rohrabschnitt eingeleitet. Es wird damit im Rohrabschnitt sowohl gegenüberliegend der Druckfläche als auch gegenüberlie- gend der Gegendruckfläche eine weitgehend symmetrische Verformung erreicht. Mittels der über die kammartig gekrümmten Druck- und Gegendruckflächen eingekoppelten Ultraschallenergie wird ein plastisches Fliesen des den Rohrkabelschuh bildenden Werkstoffs sowie der von Rohrabschnitt umgebenen Litze unterstützt, so dass sich eine dichte Schweißverbindung innerhalb der Litze und zwi- sehen der Litze und dem die Litze umgebenden deformierten Abschnitt des Rohrabschnitts ergibt.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung sind eine erste Kammlinie der Druckfläche und eine zweite Kammlinie der Gegendruckfläche parallel zu einander ausgerich- tet. Die erste und die zweite Kammlinie befinden sich ferner zweckmäßigerweise in einer Bewegungsebene, welche durch die Bewegung der ersten Kammlinie der Druckfläche beim Absenken der Sonotrode gegen den Amboss definiert ist. Damit kann eine besonders effektive Verformung des Rohrabschnitts und damit die Herstellung einer besonders dichten Schweißverbindung erreicht werden.

Zweckmäßigerweise sind die Druckfläche und/oder die Gegendruckfläche jeweils halbrund ausgebildet. Ein Radius der Druckfläche und/oder der Gegendruckfläche kann im Bereich zwischen 2 und 10 mm, vorzugsweise zwischen 3 und 8 mm, betragen. Die Ausgestaltung der Druck- und/oder Gegendruckfläche ist abhängig vom Durchmesser des Rohrabschnitts. Bei Rohrabschnitten mit einem kleinen Durchmesser wird für die Druck- und/oder Gegendruckfläche ein kleiner Radius gewählt. Die Druck- und/oder Gegendruckfläche kann/können im Profil auch trapezförmig ausgebildet sein. In diesem Fall sind die Kanten eines trapezförmig ausgestalteten Kamms gerundet.

Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung sind sowohl die Druck- als auch die Gegendruckfläche glatt ausgebildet. Indem insbesondere die den Amboss bildende Gegendruckfläche - in Abkehr vom Stand der Technik - glatt ausgebildet ist, wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass bei der Herstellung der Verbindung zwischen dem Rohrkabelschuh und der Litze eine äußere Oberfläche des Rohrabschnitts - abgesehen von der durch die Druck- und/oder Gegendruckfläche bewirk- ten Verformung - unbeschädigt bleibt. Insbesondere bleibt eine auf einer äußeren Oberfläche des Rohrkabelschuhs vorgesehene Schicht, beispielsweise eine Nickel- oder Zinnschicht unbeschädigt. Damit eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren hervorragend zur Verbindung von Litzen mit einem Rohrkabelschuh, dessen äußere Oberfläche mit einer Nickel- oder Zinnschicht überzogen ist.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird die Ultraschallschwingung erst dann erzeugt, wenn der Rohrabschnitt um eine vorgegebene Eindrücktiefe verformt worden ist. Die vorgegebene Eindrücktiefe kann im Bereich von 0,5 bis 5,0 mm, vorzugsweise 2,0 bis 4,0 mm, betragen. Die Wahl der Eindrücktiefe hängt vom Durchmesser des Rohrabschnitts ab. Für einen Rohrabschnitt mit einem großen Außendurchmesser von beispielsweise 10 oder 12 mm wird beispielsweise eine Eindrücktiefe von 3 bis 4 mm gewählt. - Durch das Verformen des Rohrab- Schnitts um die vorgegebene Eindrücktiefe wird erreicht, dass die Litze im Rohrabschnitt klemmend gehalten wird. Beim nachfolgenden Einkoppeln von Ultraschallenergie kann es nicht mehr dazu kommen, dass die Litze durch die Ultraschallschwingung ihre axiale Lage innerhalb des Rohrabschnitts verändert.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird bei der Herstellung der Verbindung auf den Rohrabschnitt ein vorgegebener Maximaldruck ausgeübt. Die Wahl des Maximaldrucks hängt wiederum vom Durchmesser des Rohrabschnitts sowie von dessen Wandstärke ab. Der Maximaldruck wird so gewählt, dass eine dichte Verschweißung mit der Litze erreicht und - abgesehen von der Verformung des Rohrabschnitts - keine Beschädigung desselben, z. B. eine Rissbildung und dgl., bewirkt wird.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird als Sonotrode eine Torsions- sonotrode verwendet, an deren Umfang die Druckfläche derart angebracht ist, dass die erste Kammachse etwa senkrecht zu einer Torsionsachse der Torsions- sonotrode verläuft. Eine solche Torsionssonotrode ist beispielsweise aus der DE 10 2010 029 395 A1 bekannt. Der Offenbarungsgehalt dieses Dokuments wird hiermit eingezogen.

Bei der vorgeschlagenen Torsionssonotrode sind an deren Umfang in einander gegenüberliegender Anordnung zweckmäßigerweise zwei Druckflächen angebracht. Bei einem Verschleiß einer Druckfläche ist es möglich, die Torsionssonotrode um die Torsionsachse um 180° zu drehen und sodann mit der anderen Druckfläche weiter zu arbeiten. - Anstelle der vorgeschlagenen Torsionssonotrode ist es auch möglich, eine Longitudinalsonotrode zu verwenden. In diesem Fall verläuft die Kammlinie der Druckfläche parallel zur Schwingungsrichtung der Longitudinalsonotrode. Auch in diesem Fall ist die Kammlinie der Druckfläche etwa senkrecht zu Rohrachse des Rohrabschnitts gerichtet.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Schnittansicht durch eine erfindungsgemäße Anordnung,

Fig. 2 eine weitere Schnittansicht gemäß der Schnittlinie A-A in Fig. 1 ,

Fig. 3 eine Schnittansicht durch die Anordnung gemäß Fig. 1 beim Herstellen einer Schweißverbindung mit einer Litze und

Fig. 4 eine Schnittansicht durch einen Rohrkabelschuh mit einer damit verschweißten Litze.

Bei der in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Anordnung ist auf einem Amboss 1 ein allgemein mit dem Bezugszeichen 2 bezeichneter Rohrkabelschuh abgestützt. Der Rohrkabelschuh 2 weist einen Rohrabschnitt 3 und einen davon sich erstrecken- den Anschlussabschnitt 4 auf. Mit dem Bezugszeichen A1 ist eine Rohrachse des Rohrabschnitts 3 bezeichnet. Der Anschlussabschnitt 4 ist vorteilhafterweise nach Art einer Platte ausgeführt, welche einen (hier nicht gezeigten) Durchbruch aufweist. Eine Torsionssonotrode 5 ist in einer vertikalen bewegbaren Druckeinrichtung 6 gehalten. Die Torsionssonotrode 5 weist zwei einander gegenüberliegende Druckflächen 7 auf, welche jeweils sattel- oder kammartig gekrümmt sind. Eine die höchsten Punkte der kammartigen Krümmung verbindende erste Kammlinie ist mit dem Bezugszeichen K1 bezeichnet. Sie ist - wie sich aus Fig. 2 ergibt - im gezeigten Ausführungsbeispiel geradlinig. Die erste Kammlinie K1 kann aber auch - in Anpassung an den Außendurchmesser des Rohrabschnitts 3 - konkav ausgestal- tet sein.

Die Torsionssonotrode kann beispielsweise über einen Booster 8 mit einem hier nicht näher gezeigten Konverter verbunden sein, mit dem die Torsionssonotrode 5 in eine um eine mit dem Bezugszeichen T bezeichnete Torsionsachse in eine Torsionsschwingung versetzt werden kann. Mit dem Bezugszeichen 9 ist schematisch eine vertikal bewegbare Klemmeinrichtung bezeichnet, mit welcher der Anschlussabschnitt 4 klemmend am Amboss 1 gehalten werden kann. Die Klemm- einrichtung 9 kann insbesondere einen Zapfen aufweisen, welcher beim Klemmen des Anschlussabschnitts 4 einen darin vorgesehenen Durchbruch durchgreift. Damit ist es auch einfache Weise möglich, den Rohrkabelschuh 2 reproduzierbar in einer vorgegebenen Lage auf dem Amboss 1 klemmend zu befestigen.

Der Amboss 1 weist eine Gegendruckfläche 10 auf, welche sattel- oder kammartig gekrümmt ist. Eine zweite Kammlinie K2 verbindet die höchsten Punkte der kammartigen Krümmung der Gegendruckfläche 10. Wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist auch die zweite Kammlinie K2 im gezeigten Ausführungsbeispiel geradlinig ausgestaltet. Auch die zweite Kammlinie K2 kann eine konkave Krümmung aufweisen.

Sowohl die Druckfläche 7 als auch die Gegendruckfläche 10 können halbrund ausgestaltet sein. Ein Radius der beiden Flächen liegt zweckmäßigerweise im Be- reich zwischen 3 und 8 mm, vorzugsweise 4 bis 6 mm.

Die Funktion der Vorrichtung bzw. das damit ausführbare Verfahren wird nun in Zusammensicht mit den Fig. 3 und 4 näher erläutert. Zunächst wird der Rohrkabelschuh 2 auf den Amboss 1 gelegt und mittels der Klemmeinrichtung 9 klemmend auf dem Amboss 1 befestigt. Dabei liegt ein unterer Abschnitt des Rohrabschnitts 3 an der, vorzugsweise genau einen, Gegendruckfläche 10, insbesondere der zweiten Kammlinie K2 der Gegendruckfläche 10, an. Sodann wird ein Ende E einer aus Aluminium hergestellten Litze 1 1 in den Rohrabschnitt 3 eingesteckt. Das Ende E ist frei von einer die Litze 1 1 umgebenden Isolierung 12.

Nachfolgend wird mit der elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch bewegbaren Druckeinrichtung 6 die, vorzugsweise genau eine, Druckfläche 7 gegen den Rohr- abschnitt 3 gedrückt, bis dieser sich um eine vorgegebene Eindrücktiefe verformt hat. Die vorgegebene Eindrücktiefe ist so gewählt, dass bei deren Erreichen die Litze 1 1 klemmend im verformten Rohrabschnitt 3 gehalten wird. Sodann wird mittels der Torsionssonotrode 5 eine torsionale Ultraschallschwingung in den Rohrabschnitt 3 eingekoppelt und gleichzeitig mit der Druckeinrichtung 6 Druck auf den Rohrabschnitt 3 ausgeübt. Infolgedessen drücken sich die Konturen der Druckfläche 7 sowie der Gegendruckfläche 10 in den Rohrabschnitt 3 ein. In den Rohrabschnitt 3 wird Ultraschallenergie vorzugsweise mit einer vorgegebenen Leistung, eingekoppelt. Infolgedessen wird die Litze 1 1 im Abschnitt zwischen den einander gegenüberliegenden Druck- 7 und Gegendruckflächen 10 dicht verschweißt. Ein verschweißter Abschnitt der Litze 1 1 ist mit dem Bezugs- zeichen V bezeichnet.

Zum Verschweißen einer Litze mit einem Leitungsquerschnitt von 35 mm ² mit einem Rohrkabelschuh, dessen Innendurchmesser etwa 8,5 mm beträgt wird eine vorgegebene Eindrücktiefe von etwa 3 mm sowie eine eingekoppelte Ultraschall- leistung im Bereich von 2.000 bis 3.000 W, vorzugsweise 2.200 bis 2.800 W, verwendet. Eine auf die Torsionssonotrode 5 ausgeübte Kraft beträgt beispielsweise 3.000 bis 4.000 N, vorzugsweise 3.200 bis 3.700 N. Ein Radius der Druck- 7 sowie der Gegendruckfläche 10 beträgt in diesem Fall etwa 5 mm. Sowohl die Druck- 7 als auch die Gegendruckfläche 10 sind glatt ausgebildet. Sie weisen keine Riffelung oder sonstige Mittel zum Eindrücken in eine Oberfläche des Rohrabschnitts 3 auf. Infolgedessen wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine ggf. auf den Rohrkabelschuh 2 vorgesehene Beschichtung, etwa eine Zinn- oder Nickelschicht, nicht beschädigt. Eine derartige Beschichtung weist übli- cherweise eine Schichtdicke von 3 bis 20 μιτι auf.

In den Figuren sind der Rohrkabelschuh 2 und die Torsionssonotrode 5 so angeordnet, dass eine Schwingungsrichtung der Torsionssonotrode 5 etwa senkrecht zur Rohrachse A des Rohrkabelschuhs 2 verläuft. Es kann aber auch sein, dass die Torsionssonotrode 5 relativ zum Rohrkabelschuh 2 so angeordnet ist, dass die damit erzeugte Torsionsschwingung etwa parallel zur Rohrachse A des Rohrkabelschuhs 2 orientiert ist. Bezugszeichenliste:

1 Amboss

2 Rohrkabelschuh

3 Rohrabschnitt

4 Anschlussabschnitt

5 Torsionssonotrode

6 Druckeinrichtung

7 Druckfläche

8 Booster

9 Klemmeinrichtung

10 Gegendruckfläche

1 1 Litze

12 Isolierung

A1 Rohrachse

E Ende

K1 erste Kammlinie

K2 zweite Kammlinie T Torsionsachse

V verschweißter Abschnitt