DE102011112936A1

DE102011112936A1 - Elektrische Kontakteinrichtung

Info

Publication number: DE102011112936A1
Application number: DE102011112936A
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: Kromberg and Schubert GmbH and Co KG
Current assignee: Kromberg and Schubert GmbH and Co KG
Priority date: 2011-09-13
Filing date: 2011-09-13
Publication date: 2013-03-14
Also published as: DE202011110046U1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Kontakteinrichtung 10 mit einem elektrischen Leiter 1 und einem mit dem elektrischen Leiter 1 verbundenen Kontaktteil 2. Das Kontaktteil 2 ist weiterhin mit einem fahrzeugspezifisch ausgebildeten Kontaktteil 3 verbunden.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine elektrische Kontakteinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren für die Herstellung einer elektrischen Kontakteinrichtung. Die elektrische Kontakteinrichtung kann bevorzugt in dem elektrischen Bordnetz eines Fahrzeugs eingesetzt werden, bei dem es besonders auf niedriges Gewicht und geringe Kosten ankommt. Darüber hinaus ist jedoch auch eine Anwendung in anderen elektrischen Netzen vorstellbar. Angesichts ständig steigender Rohstoffkosten gewinnt Aluminium als Ersatzwerkstoff für Kupfer zur Verwendung bei elektrischen Leitern und Kabeln mehr und mehr an Bedeutung. Für die Anwendung in Kraftfahrzeugen ist insbesondere auch die mit Aluminiumleitern erzielbare Gewichtseinsparung von rund 40% im Vergleich zu Kupferleitungen von großem Interesse, da mit leichteren Fahrzeugen Kraftstoff gespart werden kann. Die Herstellung einer betriebsicheren, dauerfesten und elektrisch gut leitenden Verbindung eines aus Aluminium bestehenden Kabels mit einem Kontaktstück, wie beispielsweise einem Kabelschuh oder einem Polstück, ist eine große Herausforderung, da sich auf metallisch blankem Aluminium in kürzester Zeit eine vergleichsweise harte, elektrisch isolierende Oxidschicht bildet. Weiterhin sind auch die Verbindungsstellen von Aluminiumleitern besonders anfällig gegen Umwelteinflüsse, wie insbesondere Feuchtigkeit und dergleichen. Ein störungsfreier Langzeitbetrieb eines mit Aluminiumleitern bestückten elektrischen Bordnetzes ist daher eine große Herausforderung.
Aus US 2006/0102375 A1 ist ein Kontaktstück für die Verbindung mit einem Aluminiumkabel bekannt. Der dem Kabel zugewandte Bereich des Kontaktstücks umfasst eine mehrfach in ihrem Durchmesser abgestufte Sacklochbohrung, in die das Kabel eingeführt und dann mit dem Kontaktstück verpresst wird. Das aus mehreren Lagen bestehende Kabel muss vor der Konfektionierung mit dem Kontaktstück ebenfalls stufenförmig hergerichtet werden, damit es in das Kontaktstück eingeführt werden kann. Dazu werden die einzelnen Lagen des Kabels in dem Kontaktbereich mit unterschiedlichem Abstand von der Stirnfläche des Kabels angeschnitten.
Aus US 4,908,943 A1 ist ein Verfahren für die Kontaktierung eines isolierten Aluminiumkabels mit einem Kontaktstück bekannt. Dazu wird auf ein abisoliertes Endstück des Kabels zunächst eine einseitig geschlossene Hülse aufgeschoben und mit dem abisolierten Endstück des Kabels verpresst. Das auf diese Weise vorkonfektionierte Endstück des Kabels wird dann in eine Gussform eingebracht. In der Gussform wird ein Kontaktstück an das vorkonfektionierte Kabel angegossen.
Aus US 2,806,215 A1 ist ein Verfahren für die Kontaktierung eines isolierten Aluminiumkabels mit einem Kontaktstück bekannt. Dazu wird auf ein abisoliertes Endstück des Kabels zunächst eine einseitig geschlossene Hülse mit abgestuftem Innendurchmesser derart auf das zu kontaktierende Kabel aufgeschoben, dass der Bereich der Hülse mit dem geringeren Innendurchmesser den abisolierten Bereich des Kabels und der Bereich der Hülse mit dem größeren Innendurchmesser die anschließende Isolierung des Kabels umschließt. Anschließend wird die auf das Kabel aufgeschobene Hülse mit dem Kabel verpresst. Das Endstück der Hülse wird durch Löten mit einem Kontaktstück verbunden.
Aus DE 102 23 397 B4 ist ein Verfahren bekannt, bei dem in einem flüssigen Zinnbad die Stirnseite eines aus vielen Einzelleitern bestehenden Aluminiumkabels durch eine Sonotrode mit Ultraschall beaufschlagt wird, wodurch die Aluminiumoxidschicht der Einzelleiter aufgebrochen wird, mit der Folge, dass sich reines Zinn an den Aluminiumleitern abscheidet. Durch diese stirnseitige Beaufschlagung mit Zinn entsteht an dem Kabelende eine deckelartige Verzinsung, welche sich auch zwischen den Einzelleitern nach innen innerhalb des Kabels ausbreitet. Über das abisolierte Endstück des Kabels wurde vorab eine verzinnte Hülse geschoben, welche durch den Ultraschall-Verzinnungsvorgang innig mit den Einzelleitern des Kabels und dem Zinndeckel am Kabelende verbunden wird. Über das Ganze wird eine Kontaktklemme aus Kupfer geschoben, die über der Hülse und einem Teil der Isolierung des Kabels mit dem Kabel verpresst wird.
Aus DE 103 46 160 B3 sind ein Verfahren und eine Verbindung zur Kontaktierung eines Aluminiumkabels bekannt, bei denen eine oben offene Kontaktklemme über die abisolierten Einzelleiter des Aluminiumkabels geschoben und durch die von dem Kabelende abgewandte Bohrungsöffnung vermittels einer Sonotrode ultraschallverzinnt wird.
Aus DE 10 2005 030 248 B3 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kontaktierung eines isolierten aus Einzelleitern aus Aluminium bestehenden Kabels mit einer metallischen, an den Innenseiten verzinnten, aus Kupfer oder einer Kupferlegierung bestehenden Kontaktklemme bekannt. Dabei wird durch mehrere Sonotroden eine allseitige Ultraschallverzinnung der Einzelleiter in einen Zinn- oder Zinnlegierungsbad an dem abisolierten Ende des Kabels erzeugt, anschließend eine Kontaktklemme über die verzinnten Einzelleiter geschoben und schließlich eine Erwärmung der Kontaktklemme vorgenommen.
Aus WO 2005/091439 A1 ist ein Verfahren zur Verbindung eines aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung bestehenden Anschlusselements für ein Kabel, insbesondere eines Kabelschuhs, mit einem elektrischen Kabel, welches einen aus Aluminium bestehenden Leiter umfasst, bekamst. Dabei wird das Anschlusselement, welches an seinen dem Leiter aus Aluminium zugewandten Flächen mit einer Beschichtung aus Nickel versehen ist, mit dem Leiter aus Aluminium mittels Zink verschweißt.
Aus US 5,408,743 A1 ist ein Verfahren zur Verbindung eines einen isolierten Leichtmetallkern aufweisenden Kabels mit einem Kontaktstück bekannt, das eine stufenförmig abgesetzte, konisch zulaufende Sacklochbohrung aufweist. Nach Einführung des stückweise abisolierten Kabels in das Kontaktstück wird dieses verpresst und umschließt so das abisolierte Endstück des Kabels und einen daran anschließenden Bereich der Isolierung.
Aus US 2002/0162683 A1 ist eine elektrische Verteilungseinrichtung bekannt, die ein isoliertes Kabel aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung und einen daran befestigten Kabelschuh umfasst. Der Kabelschuh ist durch eine Crimpverbindung mit einem abisolierten Endstück des Kabels verbunden. Die Verbindung wird unter dem Einfluss von Ultraschallschwingungen hergestellt.
Aus EP 0 966 061 A2 ist ein Verfahren zur elektrischen und mechanischen Verbindung von elektrisch leitenden Verbindungen, wie insbesondere eines aus Aluminium bestehenden Kabels mit einem Kabelschuh bzw. einer Batterieklemme, bekannt. Die zu verbindenden Bauteile werden mittels eines elektrisch leitenden Klebstoffs verklebt und vorzugsweise formschlüssig miteinander verbunden.
Aus DE 2007 047 752 A1 ist ein Leiter mit einem Kontaktteil bekannt, bei dem das Kontaktteil über ein Anschlussteil mit dem Leiter verbunden ist. Das Anschlussteil umfasst dabei mindestens zwei Crimpverbindungen, die metallische Bereiche des Leiters umschließen.
Aus US 2006/0292922 A1 ist ein Verfahren für die Verbindung eines aus Kupfer oder einer Kupferlegierung bestehenden Anschlussteils mit einem Aluminiumleiter bekannt. Das Anschlussteil ist mit einer Nickelbeschichtung bedeckt. Das mit Nickel beschichtete Anschlussteil und der Aluminiumleiter werden mit Zink verschweißt, wobei ein Plasmaschweißverfahren eingesetzt wird.
Aus der Zeitschrift Automobil-Produktion, November 2008, S. 40, ist eine Verbindung zwischen einem Aluminiumkabel und einer Aluminiumstromschiene in einem Fahrzeug bekannt. Die Verbindung ist durch einen Ultraschall-Schweißprozess hergestellt, wobei mit einer speziell aufgebauten Sonotrode eine Leistung von 10000 Watt in die Kontaktstelle eingebracht wird.
Weiterhin ist eine so genannte MP-WELD^TM Technologie bekannt geworden, bei dem eine elektromagnetisch induzierte Kraft eingesetzt wird, um eine Verschweißung zwischen einem Kabel und einem Kontakt herzustellen. Geeignete Materialien für das Kabel sind Al und Cu, für den Kontakt Al, Cu und Messing.
Die Firma M-O-SYS hat ein so genanntes Multi Orbitales Reibschweißen beschrieben für die Verbindung von aus Metall, insbesondere auch aus Aluminium bestehenden Komponenten. Dabei werden die zu verschweißenden Komponenten in der ganzen Schweißebene flächig aneinander gerieben, wodurch sich die Schweißebene gleichmäßig und schnell erwärmt. Bei Erreichen der Fügetemperatur werden die Komponenten miteinander verbunden. Mit diesem Schweißverfahren soll auch schon die Verbindung eines Alukabels mit einem Druckgusskabelschuh gelungen sein.
Technische Aufgabe
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine betriebsichere, dauerfeste und elektrisch gut leitende Kontakteinrichtung unter Verwendung eines aus Aluminium bestehenden Leiters zu schaffen, die auf einfache Weise an unterschiedliche fahrzeugspezifische Anforderungen eines Bordnetzes anpassbar ist.
Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen der Beschreibung und der Zeichnung hervor.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass eine dauerfeste, elektrisch gut leitende und daher besonders betriebssichere Verbindung eines aus Aluminium bestehenden elektrischen Leiters mit einem Kontaktteil, insbesondere einem Kabelschuh, durch eine Schweißverbindung, vorzugsweise eine Ultraschallschweißung, herstellbar ist. Um eine kostengünstige Massenfertigung und Lagerhaltung zu ermöglichen, wird dabei zweckmäßig ein Standardkabelschuh eingesetzt. Eine für die Herstellung der Schweißverbindung des Kabelschuhs mit dem elektrischen Leiter eingesetzte Schweißmaschine muss dabei nur einmalig auf die geometrischen, thermischen und ggf. elektrischen Parameter der zu verschweißenden Komponenten, also hier des Kabelschuhs und des elektrischen Leiters, eingestellt werden. Die fahrzeugspezifische Anpassung der Kontakteinrichtung, wie beispielsweise an eine bestimmte Geometrie an dem vorgesehenen Einbauort der elektrischen Kontakteinrichtung, erfolgt durch ein zusätzliches fahrzeugspezifisch ausgestaltetes Kontaktteil der elektrischen Kontakteinrichtung, das nach Herstellen der Schweißverbindung zwischen dem Standardkabelschuh und dem elektrischen Leiter mit dem Kabelschuh verbunden wird. Dabei wird vorzugsweise eine Verbindungsart eingesetzt, die die durch Ultraschallschweißen hergestellte Verbindung zwischen dem Kabelschuh und dem elektrischen Leiter nicht nachteilig beeinflusst. Als geeignete Verbindungsarten kommen insbesondere eine Schraubverbindung, eine Crimpverbindung oder auch eine Schmelzschweißverbindung in Betracht. Weniger günstig wäre dagegen eine Ultraschallschweissverbindung, da diese die schon vorhandene Schweissverbindung zwischen dem Kabelschuh und dem elektrischen Leiter wieder schwächen könnte,
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert.
Es zeigt:
1 eine elektrische Kontakteinrichtung mit einem elektrischen Leiter mit einem Kabelschuh und einem fahrzeugspezifischen Kontaktteil.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgebildeten elektrischen Kontakteinrichtung 10. Die elektrische Kontakteinrichtung 10 umfasst einen nur stückweise dargestellten elektrischen Leiter 1 aus Aluminium, dessen Endstück in einem Schweissbereich 1.1 mit einem Kontaktteil, insbesondere einem Kabelschuh 2, verbunden ist. Die Verbindung zwischen dem Kabelschuh 2 und dem elektrischen Leiter 1 ist vorzugsweise durch eine Ultraschallschweißung hergestellt. Der Kabelschuh 2 ist an seinem dem elektrischen Leiter 2 abgewandten Endstück mit einem fahrzeugspezifisch angepassten Kontaktteil 3 verbunden. Fahrzeugspezifisch angepasst bedeutet im Sinne der hier beschriebenen Erfindung, dass das Kontaktteil 3 hinsichtlich seines Werkstoffs, und seiner geometrischen Ausgestaltung bestimmte fahrzeugspezifische Forderungen erfüllt. Beispielsweise kann das Kontaktteil 3 ein komplex geformtes, insbesondere vielfach abgewinkeltes Stanz- oder auch Gussteil sein, das hinsichtlich seiner räumlichen Gestaltung an die besonderen Raumbedingungen am Einbauort der Kontakteinrichtung 10 angepasst ist. Dabei kann das Kontaktteil 3 aus einem gut leitenden Werkstoff, wie insbesondere Kupfer oder Aluminium bestehen. Die Verbindung zwischen dem Kabelschuh 2 und dem Kontaktteil 3 in dem Verbindungsbereich 2.1 ist dabei zweckmäßig derart ausgestaltet, dass keine Schwächung der Schweissverbindung zwischen dem elektrischen Leiter 1 und dem Kabelschuh 2 eintritt. Vorzugsweise können das Kontaktteil 3 und der Kabelschuh 2 durch eine Schraubverbindung verbunden werden, wobei dafür zweckmäßig die in dem Verbindungsbereich 2.1 sichtbaren Bohrungen vorgesehen sind. Denkbar ist auch eine Verbindung der genannten Teile durch eine Crimpverbindung oder durch Schmelzschweißen.
Bezugszeichenliste

1: elektrischer Leiter
1.1: Schweißbereich
2: Kabelschuh
2.1: Verbindungsbereich
3: Kontaktteil
3.1: Verbindungsbereich
10: elektrische Kontakteinrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2006/0102375 A1 [0002]
US 4908943 A1 [0003]
US 2806215 A1 [0004]
DE 10223397 B4 [0005]
DE 10346160 B3 [0006]
DE 102005030248 B3 [0007]
WO 2005/091439 A1 [0008]
US 5408743 A1 [0009]
US 2002/0162683 A1 [0010]
EP 0966061 A2 [0011]
DE 2007047752 A1 [0012]
US 2006/0292922 A1 [0013]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Zeitschrift Automobil-Produktion, November 2008, S. 40 [0014]

Claims

Elektrische Kontakteinrichtung (10) mit einem elektrischen Leiter (1) und einem mit dem elektrischen Leiter (1) verbundenen Kontaktteil (2), dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktteil (2) mit einem fahrzeugspezifisch ausgebildeten Kontaktteil (3) verbunden ist.
Elektrische Kontakteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktteil (3) ein Stanz- oder Gussteil ist.