DE10223397A1 - Contacting insulated cable with aluminum or aluminum alloy conductors, e.g. for aircraft or motor vehicle, by inserting tinned sleeve over stripped end, tinning and sliding contact terminal over before pressing - Google Patents
Contacting insulated cable with aluminum or aluminum alloy conductors, e.g. for aircraft or motor vehicle, by inserting tinned sleeve over stripped end, tinning and sliding contact terminal over before pressingInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 7 sowie eine Verbindung zur Kontaktierung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 12. The invention relates to a method according to the preamble of claims 1 and 7 and a connection for contacting according to the preamble of Claim 12.
Auf den Gebieten des Flugzeugbaus und der Fahrzeugtechnik gewinnen im Zuge von Gewichtseinsparungen und damit einhergehend der Senkung des Kraftstoffverbrauchs elektrische Aluminiumleitungen eine größere Bedeutung und ersetzen zunehmend die relativ schweren Kabel aus Kupfer. Die intrinsischen Eigenschaften des Aluminiums erfordern jedoch, daß, um eine dauerhafte, leistungsstarke Kontaktierung der Aluminiumdrähte zu gewährleisten, bestimmten Vorkehrungen getroffen werden müssen. So wird Aluminium stets von einer isolierenden Aluminiumoxid-Schicht (Al2O3) umschlossen, die eine erhebliche Erhöhung des elektrischen Übergangswiderstandes bewirkt. Um Leitungsverluste und um die damit einhergehende unzulässige Erwärmung eines Aluminiumkabels aufgrund des Übergangswiderstandes der Oxidschicht zu reduzieren, müssen besondere Maßnahmen ergriffen werden, die eine Kontaktierung des "reinen" Aluminiums ermöglichen und die isolierende Wirkung der Oxidschicht weitestgehend ausschließen. Dies insbesondere auch deshalb, weil zur Erzielung einer höheren Flexibilität solche Kabel verwendet werden, die aus mehreren Einzelleitern wie Litzen aufgebaut sind und ein jeder Einzelleiter von einer Oxidschicht umschlossen wird und dadurch der Übergangswiderstand weiter erhöht wird. In the fields of aircraft construction and vehicle technology, in the course of weight savings and the associated reduction in fuel consumption, electrical aluminum lines are becoming increasingly important and are increasingly replacing the relatively heavy copper cables. However, the intrinsic properties of aluminum require that certain precautions be taken to ensure permanent, high-performance contacting of the aluminum wires. For example, aluminum is always enclosed in an insulating aluminum oxide layer (Al 2 O 3 ), which causes a considerable increase in the electrical contact resistance. In order to reduce line losses and the associated inadmissible heating of an aluminum cable due to the contact resistance of the oxide layer, special measures must be taken that allow contacting the "pure" aluminum and largely exclude the insulating effect of the oxide layer. This is particularly because, to achieve greater flexibility, cables are used that are made up of several individual conductors such as strands and that each individual conductor is surrounded by an oxide layer, thereby further increasing the contact resistance.
Unter Verwendung von Kupfertechnik werden Kontaktklemmen an Kabeln üblicherweise durch Verpressen befestigt. Dies ist im Zusammenhang mit Aluminiumkabeln nur bedingt geeignet, da ein auf Aluminium ausgeübter Druck mit der Zeit durch sog. "Setzen", also einem langsamen Abbau der Druckspannungen im Aluminium abgebaut wird. Dies führt dazu, daß eine Klemmverbindung locker wird und auf diese Weise der Übergangswiderstand an der Kontaktstelle ebenfalls steigt. Using copper technology, contact terminals are attached to cables usually attached by pressing. This is related to Aluminum cables are only suitable to a limited extent, since a pressure exerted on aluminum with the Time by so-called "setting", that is, a slow reduction of the compressive stress in the Aluminum is mined. This results in a clamp connection being loose and in this way the contact resistance at the contact point as well increases.
Ein weiteres Problem bei der Nutzung von Aluminium bei elektrisch leitenden Verbindungen stellt die Kontaktkorrosion dar. Eine solche galvanische Korrosion tritt immer dann auf, wenn Metalle mit stark unterschiedlichem Normalpotential in direktem Kontakt miteinander stehen. Kupfer, aus dem üblicherweise Kontaktklemmen gefertigt sind, ist ein "edles" Metall mit einem positiven Normalpotential. wogegen das "unedle" Aluminium ein stark negatives Normalpotential besitzt. An der Berührungsfläche von Aluminium und Kupfer kommt es infolge der großen Potentialdifferenz zu einem Potentialausgleich, was zur Folge hat, daß das unedlere Metall, also Aluminium, zerstört wird. Another problem with the use of aluminum in electrically conductive Connections represent contact corrosion. Such galvanic corrosion always occurs when metals with very different normal potential be in direct contact with each other. Copper, from which usually Contact terminals are made is a "noble" metal with a positive Normal potential. whereas the "base" aluminum has a strongly negative normal potential. At the contact surface of aluminum and copper it occurs as a result of large potential difference to a potential equalization, which has the consequence that the base metal, i.e. aluminum, is destroyed.
In der EP 0 966 061 A2 wird ein Verfahren offenbart, mit dem den oben beschriebenen Besonderheiten bei der Kontaktierung von Aluminiumkabeln Rechnung getragen werden soll. Hierfür wird ein die Litzen eines Aluminiumkabels umschließender Kabelschuh mittels eines elektrisch leitenden Klebers mit dem Kabel verklebt und verpreßt. Durch das Verkleben wird die Auswirkung des "Setzens" vernachlässigbar. EP 0 966 061 A2 discloses a method with which the above special features described when contacting aluminum cables to be worn. For this purpose, the strands of an aluminum cable enclosing cable lug with an electrically conductive adhesive with the cable glued and pressed. By gluing the effect of "setting" negligible.
Trotzdem ist dieses Verfahren zur Kontaktierung eines Aluminiumkabels nur bedingt geeignet. Um den elektrischen Übergangswiderstand zwischen den einzelnen Litzen des Kabels zu verringern, wird der Kontakt zwischen benachbarten Litzen dadurch verbessert, daß diese aneinandergepreßt und in dieser Position dauerhaft fixiert werden. Abhilfe gegen die isolierende Wirkung der Aluminiumoxid-Schicht und den hohen Übergangswiderstand wird hierdurch jedoch nicht geschaffen. Weiterhin trägt das offenbarte Verfahren dem elektrochemischen Verhalten zwischen den unterschiedlichen Materialien keine Rechnung und ermöglicht somit Kontaktkorrosion an Grenzflächen zwischen unterschiedlichen Metallen, also beispielsweise am Übergang Kabel-Kabelschuh oder Kabelschuh- Anschlußstelle, sofern keine absolut luftdichte Abdichtung besteht, was in der Praxis nie gegeben ist. Weiterhin können keine verläßlichen Angaben über die Dauerhaftigkeit einer solchen Klebverbindung gemacht werden. Da handelsübliche Kleber altern, ist davon auszugehen, daß die auf den Kleber einwirkenden extremen Bedingungen bei der Nutzung eines Fahrzeuges, wie z. B. starke Temperaturschwankungen und hohe mechanische Beanspruchung durch Vibrationen, während der langen Lebensdauer eines Fahrzeugs nachteilig auf die Verbindung Einfluß nehmen. Nevertheless, this method is only for contacting an aluminum cable suitable to a limited extent. To the electrical contact resistance between the To reduce individual strands of the cable, the contact between neighboring Strands improved in that they pressed together and in this position be permanently fixed. Remedy against the isolating effect of However, this does not result in an aluminum oxide layer and the high contact resistance created. Furthermore, the disclosed method carries the electrochemical Behavior between the different materials no calculation and thus enables contact corrosion at interfaces between different ones Metals, e.g. at the transition from cable to cable lug or cable lug Connection point, provided there is no absolutely airtight seal, which is in the Practice is never given. Furthermore, no reliable information about the Durability of such an adhesive connection can be made. There Commercial adhesives age, it can be assumed that those acting on the adhesive extreme conditions when using a vehicle, such as B. strong Temperature fluctuations and high mechanical stress due to vibrations, adversely affect the connection during the long life of a vehicle To influence.
Eine Verbindung eines elektrischen Aluminiumkabels mit einem aus Kupfer bestehenden Anschlußteil wird in der EP 1 032 077 A2 offenbart. Hierbei wird auf das stirnseitige Ende eines Aluminiumkabels ein kupfernes Anschlußteil gesetzt, das mittels Reibschweißverfahren mit dem Kabel verbunden wird. Hierdurch werden die Aluminiumlitzen mit dem Anschlußteil an der Kontaktfläche verschmolzen und dadurch eine Kupfer-Aluminium-Legierung gebildet, die als "Trennschicht" fungiert und somit den direkten Kontakt zwischen Kupfer und Aluminium unterbindet, wodurch keine Kontaktkorrosion entstehen kann. Beim Reibschweißen wird die Aluminiumoxid-Schicht an der Stirnfläche des Kabels zumindest aufgerissen und ermöglicht dadurch den direkten Kontakt bzw. ein Legieren zwischen "reinem" Aluminium und Kupfer. Durch die legierte Verbindung zwischen Aluminium und Kupfer und einer damit einhergehenden, teilweisen Unterdrückung Oxidschicht wird der Übergangswiderstand zwischen Kabel und Anschlußteil verringert. Da für diese Verbindung Verpressen nicht erforderlich ist, stellt "Setzen" keine störende Erscheinung dar. A connection between an electrical aluminum cable and a copper one existing connector is disclosed in EP 1 032 077 A2. Here is on the front end of an aluminum cable set a copper connector, which is connected to the cable by means of friction welding. hereby the aluminum strands with the connector on the contact surface fused and thereby formed a copper-aluminum alloy, which as "Separation layer" functions and thus the direct contact between copper and Aluminum prevents, so that no contact corrosion can occur. At the The aluminum oxide layer on the end face of the cable is friction welded at least torn open and thereby enables direct contact or a Alloying between "pure" aluminum and copper. Through the alloyed connection between aluminum and copper and a related, partial Suppression oxide layer becomes the contact resistance between cable and Connector reduced. Since pressing is not required for this connection "setting" is not a disturbing phenomenon.
Obwohl der Stromtransport direkt von der Stirnseite des Kabels in das Anschlußteil erfolgt, stellt die offenbarte Verbindung keine befriedigende Lösung für das Verbinden von Aluminiumkabel mit Kupferanschlußteil dar. Denn ebenso wie der Stromtransport direkt über die Stirnseite des Kabels verläuft, wirken mechanische Belastungen beispielsweise durch Zug am Kabel, da keine Zugentlastung vorgesehen ist, auf die Verbindung an der Stirnseite des Kabels ein. Aus mechanischen Zusammenhängen ergibt sich, daß hier Zugkräfte direkt in Zugrichtung auftreten und nicht quer zur Zugrichtung verteilt und somit abgeschwächt werden. Infolgedessen hat die vorgeschlagene Verbindung nur eine unzureichende mechanische Festigkeit. Although the electricity is transported directly from the front of the cable into the Connection is done, the disclosed connection is not a satisfactory solution for that Connect aluminum cable with copper connector part. Because just like the Electricity transport runs directly over the front of the cable, have mechanical effects Loads, for example due to tension on the cable, since there is no strain relief is provided on the connection at the front of the cable. From mechanical Relationships result in tensile forces occurring directly in the direction of pull and not distributed across the direction of the train and thus weakened. As a result, the proposed connection has an insufficient mechanical Strength.
In Erkenntnis dieser Gegebenheiten liegt vorliegender Erfindung deshalb die technische Problemstellung zugrunde, ein Verfahren zur Kontaktierung eines Aluminiumkabels und eine Verbindung zur Kontaktierung und Befestigung eines Aluminiumkabels anzugeben. In the knowledge of these circumstances, the present invention is therefore the underlying technical problem, a method for contacting a Aluminum cable and a connection for contacting and fastening a Specify aluminum cable.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die in den Hauptansprüchen angegebenen Merkmale gelöst. Danach wird ein Aluminiumkabel, das aus Einzelleitern wie Drähten oder Litzen aufgebaut ist, in der Weise kontaktiert, daß ein Ende des Kabels abisoliert wird und über dieses Ende eine metallische, vorzugsweise kupferne und zumindest an seiner Innenseite verzinnte Hülse geschoben wird, und zwar soweit, daß ein Ende der Hülse bündig mit der Stirnseite des Kabels abschließt oder daß das Ende der Hülse über die Stirnseite des Kabels hinaussteht. Mittels Ultraschall-Verzinnung wird die Hülse mit den Einzelleitern am Ende des Kabels dauerhaft metallisch verbunden. Schließlich wird eine Kontaktklemme aus Kupfer, die vorzugsweise ebenfalls verzinnt ist, über das verzinnte Ende des Kabels geschoben und mit dem Kabel verpreßt. This object is achieved by the main claims specified features solved. Then an aluminum cable that consists of individual conductors like Wires or strands are constructed in such a way that one end of the Cable is stripped and a metallic, preferably copper over this end and at least on its inside tinned sleeve is pushed, namely so far that one end of the sleeve is flush with the end face of the cable or that the end of the sleeve protrudes beyond the face of the cable. through Ultrasonic tinning is the sleeve with the individual conductors at the end of the cable permanently connected in metal. Eventually a contact clamp is made Copper, which is also preferably tinned, over the tinned end of the cable pushed and pressed with the cable.
Die Ultraschall-Verzinnung der einzelnen Al-Leiter wird in einem flüssigen Zinnbad durchgeführt, und zwar so, daß das zu verzinnende Ende des Kabels stirnseitig frontal gegenüber einer Ultraschall erzeugenden Sonotrode positioniert wird. Durch den erzeugten Schalldruck wird die Flüssigkeit des Zinnbades auf die Stirnseite des Kabels zubeschleunigt und bewirkt, daß die Aluminiumoxid- Schicht aufgebrochen wird. Das geschieht sowohl stirnseitig als auch im Innenbereich des Kabels zwischen den Einzelleitern. An den Stellen, wo die Oxidschicht aufgerissen wurde, lagert sich an freiliegendem, "reinem" Aluminium Material des Zinnbades an und baut so leitende Zinnverbindungen zwischen den Einzelleitern bzw. zwischen diesen und der Hülse auf. Die auf diese Weise aufgebauten leitenden Zinnverbindungen werden durch eine mögliche Oxidation des Aluminiums nicht beeinträchtigt. The ultrasonic tinning of the individual Al conductors is carried out in a liquid Tin bath performed, so that the end of the cable to be tinned is positioned frontally in front of an ultrasound generating sonotrode. Due to the sound pressure generated, the liquid of the tin bath is on the Accelerated face of the cable and causes the alumina Layer is broken up. This happens both on the front and in the Inner area of the cable between the individual conductors. At the places where the oxide layer has been torn open, is deposited on exposed, "pure" aluminum material of the tin bath and builds conductive tin connections between the Individual conductors or between them and the sleeve. The constructed in this way conductive tin compounds are caused by a possible oxidation of the Aluminum is not affected.
Die Ultraschall-Verzinnung bewirkt, daß sich stirnseitig am Ende des Kabels eine deckelartige, dauerhafte Zinnverbindung bildet, welche die Einzelleiter untereinander bzw. mit der Hülse leitend verbindet. Eine solche elektrisch leitende Zinnverbindung kann sich auch teilweise in die Tiefe des abisolierten Endes des Kabels erstrecken und dort die Einzelleiter mit der Hülse verbinden. The ultrasonic tinning causes a front face at the end of the cable lid-like, permanent tin connection, which forms the individual conductors conductively connects with each other or with the sleeve. Such an electrically conductive Tin connection can also partially extend to the depth of the stripped end of the Extend the cable and connect the individual conductors to the sleeve there.
Als letzter Verfahrensschritt wird schließlich eine Kontaktklemme, die sich in ihrer Endposition über die Hülse hinweg auf den anschließenden isolierten Teil des Kabels erstreckt, mit der Hülse und der anschließenden Isolierung formschlüssig verpreßt. Dabei werden Kontaktklemme und Hülse so miteinander verpreßt, daß der Bereich, über den sich die Zinnverbindung in der Hülse erstreckt, von der Verpressung ausgenommen wird. The last step in the process is finally a contact terminal, which is in their end position over the sleeve on the subsequent insulated part of the cable extends, with the sleeve and the subsequent insulation positively pressed. The contact clamp and sleeve are pressed together so that the area over which the tin compound extends in the sleeve from the Compression is excluded.
In einem alternativen Verfahren zur Kontaktierung eines aus Einzelleitern wie Drähten oder Litzen aufgebauten Aluminiumkabels wird eine gegenüber Kupfer bevorzugte Hülse aus Aluminium über das abisolierte Ende des Kabels geschoben und mit den Einzelleitern am Ende des Kabels stirnseitig mittels Wolfram- Inertgasschweißen oder Metall-Inertgasschweißen dauerhaft verschweißt. Schließlich wird eine verzinnte Kontaktklemme über das verschweißte Ende des Kabels geschoben und mit diesem verpreßt. Die weiteren Verfahrensschritte entsprechen den Schritten, wie sie bereits im vorher beschriebenen Verfahren angegeben wurden. In an alternative method of contacting a single conductor such as Wires or strands made of aluminum cables become one compared to copper preferred sleeve made of aluminum pushed over the stripped end of the cable and with the individual conductors at the end of the cable on the face using tungsten Inert gas welding or metal inert gas welding permanently welded. Finally, a tinned contact clamp is placed over the welded end of the Cable pushed and pressed with this. The further process steps correspond to the steps as already described in the procedure above were specified.
Eine erfindungsgemäße Verbindung zur Kontaktierung und Befestigung eines aus Einzelleitern wie Drähten oder Litzen aufgebauten Aluminiumkabels weist eine zumindest an der Innenseite verzinnte Hülse auf, die über ein abisoliertes Kabelende geschoben ist und mit den Einzelleitern dauerhaft durch eine stirnseitige, deckelartige Zinn- oder Schweißverbindung verbunden ist, wobei sich die Zinn- oder Schweißverbindung zusätzlich oder ausschließlich teilweise in das Innere des Kabelendes erstrecken kann. Weiterhin weist die Verbindung eine vorzugsweise verzinnte Kontaktklemme aus Kupfer bzw. aus Kupferlegierung aus, die das Kabelende mit der Hülse und einen Teil der an die Hülse angrenzenden Isolation umschließt und formschlüssig mit Hülse und Isolation verpreßt ist. Dabei ist der Teil der Hülse, in dem die Zinn- bzw. Schweißverbindung ausgebildet ist, von der Verpressung ausgenommen. A connection according to the invention for contacting and attaching one Single conductors such as wires or stranded aluminum cables have one at least on the inside tinned sleeve on a stripped Cable end is pushed and with the individual conductors permanently through a front, lid-like tin or welded connection is connected, the tin or weld joint additionally or exclusively partially into the interior of the Can extend cable end. Furthermore, the connection preferably has one tinned contact clamp made of copper or copper alloy, which the Cable end with the sleeve and part of the insulation adjacent to the sleeve encloses and is positively pressed with sleeve and insulation. Here is the Part of the sleeve in which the tin or welded connection is formed, from the Excluding compression.
Zusätzliche Weiterbildungen und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen und aus nachstehender Beschreibung eines in der Zeichnung unter Beschränkung auf das Wesentliche stark abstrahiert und nicht ganz maßstabsgerecht skizzierten bevorzugten Realisierungsbeispiels zur erfindungsgemäßen Lösung. Additional developments and further features and advantages of the invention result from the further claims and from the description below one abstracted strongly in the drawing, limited to the essentials and preferred implementation example not outlined to scale to the solution according to the invention.
Fig. 1 zeigt das Kontaktende eines abisolierten Kabels mit aufgeschobener Hülse bei der Ultraschall-Verzinnung im Zinnbad, wobei stirnseitig eine deckelartige intermetallische Zinnverbindung der Einzeldrähte mit der Hülse sowie die Erstreckung der Zinnverbindung ins Innere des Kabels dargestellt ist. Fig. 1 shows the contact end of a stripped cable with a sleeve pushed on during the ultrasonic tinning in the tin bath, a lid-like intermetallic tin connection of the individual wires with the sleeve and the extension of the tin connection into the interior of the cable being shown on the face.
Fig. 2 zeigt eine fertig verpreßte Kontaktklemme mit innenliegendem Kabelende. Fig. 2 shows a pressed contact terminal with an internal cable end.
Fig. 3 zeigt das Kontaktende eines abisolierten Kabels mit aufgeschobener Hülse bei Verschweißung mittels WIG bzw. MIG, wobei stirnseitig eine deckelartige intermetallische Schweißverbindung der Einzeldrähte mit der Hülse sowie die Erstreckung der Schweißverbindung ins Innere des Kabels dargestellt ist. Fig. 3 shows the contact end of a stripped cable with a sleeve pushed on when welding by means of TIG or MIG, with a cover-like intermetallic welded connection of the individual wires to the sleeve and the extent of the welded connection being shown inside the cable.
In Fig. 1 ist ein Teillängsschnitt durch das Ende eines Aluminiumkabels 10 dargestellt. Das Kabel 10 ist aus Einzelleitern 11 wie Drähten oder Litzen aus Aluminium bzw. aus einer Aluminiumlegierung sowie einer die Einzelleiter 11 umschließenden Isolierung 12 aufgebaut. Über ein abisoliertes Ende 13 des Kabels 10 wird eine metallische Hülse 14, deren Außendurchmesser vorzugsweise dem Außendurchmesser des isolierten Kabels entspricht, geschoben. In ihrer bevorzugten Ausführungsform besteht die Hülse 14 aus Kupfer bzw. einer Kupferlegierung oder Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung. Die Hülse 14 wird soweit über das abisolierte Ende 13 des Kabels 10 geschoben, daß ein, der Isolation 12 abgewandtes Hülsenende 15 bündig mit einer stirnseitigen Fläche 16 des Kabels 10 abschließt oder daß die stirnseitige Fläche 16 gegenüber dem Hülsenende 15 zurückgesetzt ist bzw. innerhalb der Hülse 14 angeordnet ist. In optimaler Weise erfolgt die Positionierung der Hülse 14 so, daß das Kabel 10 soweit abisoliert wird, daß die auf das abisolierte Ende 13 gesteckte Hülse 14 an der Isolation 12 anliegt und gleichzeitig das Hülsenende 15 in beschriebener Weise bzgl. der stirnseitigen Fläche 16 des Kabels 10 angeordnet ist. In Fig. 1 a partial longitudinal section through the end of an aluminum wire 10. The cable 10 is made up of individual conductors 11, such as wires or strands made of aluminum or of an aluminum alloy, and an insulation 12 surrounding the individual conductors 11 . A metallic sleeve 14 , the outer diameter of which preferably corresponds to the outer diameter of the insulated cable, is pushed over an stripped end 13 of the cable 10 . In its preferred embodiment, the sleeve 14 is made of copper or a copper alloy or aluminum or an aluminum alloy. The sleeve 14 is pushed so far over the stripped end 13 of the cable 10 that a, the insulation 12 facing sleeve end 15 is flush with an end face 16 of the cable 10 or that the end face 16 is set back relative to the sleeve end 15 or within Sleeve 14 is arranged. In an optimal manner, the positioning of the sleeve 14 is carried out in such a way that the cable 10 is stripped so far that the sleeve 14 plugged onto the stripped end 13 abuts the insulation 12 and at the same time the sleeve end 15 in the manner described with respect to the end face 16 of the cable 10 is arranged.
Um Kontaktkorrosion zwischen den Einzelleitern 11 aus Aluminium und der Hülse 14 aus Kupfer zu vermeiden, wird zumindest die Innenseite der Hülse 14 verzinnt. Dadurch liegen die Einzelleiter 11 aus Aluminium an einer Zinnschicht an und werden räumlich von der Kupferoberfläche der Hülse 14 getrennt. Diese trennende Zinnschicht bewirkt, daß die Potentialdifferenz zwischen den Normalpotentialen von Kupfer und Aluminium herabgesetzt wird und somit die Triebkraft für eine mögliche Kontaktkorrosion reduziert wird. In order to avoid contact corrosion between the individual conductors 11 made of aluminum and the sleeve 14 made of copper, at least the inside of the sleeve 14 is tinned. As a result, the individual conductors 11 made of aluminum rest against a tin layer and are spatially separated from the copper surface of the sleeve 14 . This separating tin layer has the effect that the potential difference between the normal potentials of copper and aluminum is reduced and thus the driving force for possible contact corrosion is reduced.
Verfahrensgemäß wird eine dauerhafte, leitende Verbindung zwischen Hülse 14 und Kabel 10 durch Ultraschall-Verzinnung erzeugt. Die Ultraschall-Verzinnung ist ein gängiges, in der Fachliteratur beschriebenes Verfahren und erfolgt, wie in Fig. 1 angedeutet, in einem Gefäß 17. In diesem Gefäß 17 wird ein flüssiges Zinnbad 18 von einer Ultraschall erzeugenden Sonotrode 19 angeregt. Die Verzinnung des abisolierten Endes 13 des Kabels 10 mit der übergeschobenen Hülse 14 in dem flüssigen Zinnbad 18 erfolgt so, daß die stirnseitige Fläche 16 in geringem Abstand gegenüber der Ultraschall aussendenden Sonotrode 19 angeordnet wird. Dabei ist in bevorzugter Weise die Sonotrode 19, wie in Fig. 1 dargestellt, unterhalb der stirnseitigen Fläche 16 positioniert. Von der Sonotrode 19 wird Schalldruck erzeugt, der sich näherungsweise in Pfeilrichtung in das Zinnbad 18 hinein ausbreitet. According to the method, a permanent, conductive connection between sleeve 14 and cable 10 is produced by ultrasonic tinning. Ultrasonic tinning is a common method described in the specialist literature and, as indicated in FIG. 1, takes place in a vessel 17 . In this vessel 17 , a liquid tin bath 18 is excited by an ultrasonic sonotrode 19 . The stripping of the stripped end 13 of the cable 10 with the sleeve 14 pushed over in the liquid tin bath 18 is carried out in such a way that the end face 16 is arranged at a short distance from the sonotrode 19 which emits ultrasound. The sonotrode 19 , as shown in FIG. 1, is preferably positioned below the end face 16 . Sound pressure is generated by the sonotrode 19 and spreads approximately into the tin bath 18 in the direction of the arrow.
Durch die Wirkung des Schalldrucks wird zum einen die an der stirnseitigen Fläche 16 der Einzelleiter 11 befindliche Aluminiumoxid-Schicht aufgerissen. Zum anderen breitet sich der Schalldruck auch in zwischen den Einzelleitern 11 befindlichen Kapillaren aus, dringt sozusagen entlang der Einzelleiter 11 in das abisolierte Ende 13 des Kabels 10 ein. Dort entsteht Kavitation, die bewirkt, daß die Aluminiumoxid-Schicht entlang der Einzelleiter 13 ebenfalls zumindest teilweise aufgerissen wird. On the one hand, the effect of the sound pressure rips open the aluminum oxide layer located on the end face 16 of the individual conductors 11 . On the other hand, the sound pressure also spreads in capillaries located between the individual conductors 11 , penetrates, so to speak, along the individual conductors 11 into the stripped end 13 of the cable 10 . Cavitation occurs there, which causes the aluminum oxide layer along the individual conductors 13 to also be at least partially torn open.
Überall dort, wo die Aluminiumoxid-Schicht aufgerissen wurde, tritt "reines" Aluminium bzw. eine "reine" Aluminium-Legierung in direkten Kontakt mit der Flüssigkeit des Zinnbades 18. Dort, wo "reines" Aluminium freigelegt wurde, scheidet sich die Flüssigkeit ab, versiegelt diese Flächen und schützt sie somit gegen erneute Oxidation. Auf solchen Schichten abgeschiedenen Zinns lagert sich weiteres Material des Zinnbades 18 an und führt so sukzessive zu einer leitenden Zinnverbindung zwischen den Einzelleitern 11. Ebenso wie an den Stellen, an denen die Oxidschicht an den Einzelleitern 11 aufgerissen wurde, lagert sich die Flüssigkeit des Zinnbades 18 auch an den verzinnten Flächen der Hülse 14 an. Dadurch wird erreicht, daß die Hülse 14 ebenfalls leitend mit allen Einzelleitern 11 verbunden wird. Wherever the aluminum oxide layer has been torn open, “pure” aluminum or a “pure” aluminum alloy comes into direct contact with the liquid of the tin bath 18 . Where "pure" aluminum has been exposed, the liquid separates out, seals these surfaces and thus protects them against renewed oxidation. Further material of the tin bath 18 is deposited on such layers of deposited tin and thus leads successively to a conductive tin connection between the individual conductors 11 . Just as at the points at which the oxide layer on the individual conductors 11 was torn open, the liquid of the tin bath 18 also deposits on the tinned surfaces of the sleeve 14 . It is thereby achieved that the sleeve 14 is also conductively connected to all of the individual conductors 11 .
Durch die Verzinnung wird eine dauerhafte, leitende Zinnverbindung zwischen allen Einzelleitern 11 untereinander sowie zwischen diesen und der umgebenden Hülse 14 geschaffen. Diese dauerhafte Zinnverbindung schließt deckelartig die stirnseitige Fläche 16 des Kabels 10 einschließlich des Hülsenendes 15 ab. Zusätzlich oder alternativ zu einer solchen deckelartigen Zinnverbindung 20 kann sich eine dauerhafte innere Zinnverbindung 21 zwischen den Einzelleitern 11 und der Hülse 14 teilweise entlang des abisolierten Teils 13 des Kabels 10 im Inneren der Hülse 14 bilden. The tinning creates a permanent, conductive tin connection between all of the individual conductors 11 with one another and between them and the surrounding sleeve 14 . This permanent tin connection closes off the end face 16 of the cable 10, including the sleeve end 15 , like a lid. In addition or as an alternative to such a lid-like tin connection 20 , a permanent inner tin connection 21 can form between the individual conductors 11 and the sleeve 14 partially along the stripped part 13 of the cable 10 inside the sleeve 14 .
Alternativ zu einer Hülse 14 aus Kupfer kann eine aus Aluminium bzw. Aluminiumlegierung verwendet werden. In diesem Fall wird die an der Hülse 14 befindliche Oxidschicht in beschriebener Weise ebenfalls aufgerissen und die Hülse 14 leitend mit den Einzelleitern 11 dauerhaft verbunden. Bei der Verwendung einer Hülse 14 aus Aluminium ist es jedoch erforderlich, daß die Hülse 14 auf ihrer Außenseite verzinnt ist, wodurch Kontaktkorrosion bei Berührung mit einem weiteren Bauteil aus Kupfer vermieden werden kann. As an alternative to a sleeve 14 made of copper, one made of aluminum or aluminum alloy can be used. In this case, the oxide layer on the sleeve 14 is also torn open in the manner described and the sleeve 14 is conductively connected to the individual conductors 11 . When using a sleeve 14 made of aluminum, however, it is necessary that the sleeve 14 is tinned on the outside, whereby contact corrosion when in contact with another component made of copper can be avoided.
Als weiterer Verfahrensschritt wird über das dauerhaft mit der Hülse 14 verbundene Ende des Kabels 10 eine metallische Kontaktklemme 22 geschoben und anschließend verpreßt. Dabei wird der Bereich über den sich die deckelartige bzw. innere Zinnverbindung 20, 21 erstreckt von der Verpressung ausgenommen, um so zu vermeiden, daß die deckelartige bzw. innere Zinnverbindung 20, 21 einer unnötigen mechanischen Spannung bzw. Deformation ausgesetzt wird. As a further method step, a metallic contact clamp 22 is pushed over the end of the cable 10 permanently connected to the sleeve 14 and then pressed. The area over which the lid-like or inner tin connection 20 , 21 extends is excluded from the pressing, in order to avoid the lid-like or inner tin connection 20 , 21 being subjected to unnecessary mechanical tension or deformation.
Eine mittels des beschriebenen Verfahrens zur Kontaktierung hergestellte Verbindung zur Kontaktierung und Befestigung eines aus Einzelleitern 11 aufgebauten Aluminiumkabels 10 ist in Fig. 2 dargestellt. Die, über das dauerhaft mit der Hülse 14 verbundene abisolierte Ende 13 des Kabels 10, geschobene metallische Kontaktklemme 22 ist formschlüssig mit der Hülse 14 und dem daran anschließenden Teil der Isolierung 12 verpreßt. Die Kontaktklemme 22 besteht aus Kupfer bzw. einer Kupferlegierung oder aus Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung und ist in ihrer bevorzugten Ausführungsform zumindest an ihrer Innenseite verzinnt. Die Kontaktklemme 22, die zur Weiterleitung des fließenden Stromes eine Anschlußmöglichkeit 23, wie beispielsweise einen Klemmsitz oder eine Öse aufweist, ist so dimensioniert, daß sie sowohl die dauerhaft mit dem Kabel 10 verbundene Hülse 14 als auch einen Teil der anschließenden Isolation 12 umschließt. Gestrichelte Linien 24 deuten die ursprüngliche Form der Kontaktklemme 22 an, bevor diese verpreßt wird. A connection made by means of the described method for contacting for contacting and fastening an aluminum cable 10 constructed from individual conductors 11 is shown in FIG. 2. The metal contact terminal 22 pushed over the stripped end 13 of the cable 10 , which is permanently connected to the sleeve 14 , is positively pressed with the sleeve 14 and the part of the insulation 12 connected to it. The contact terminal 22 consists of copper or a copper alloy or of aluminum or an aluminum alloy and, in its preferred embodiment, is tin-plated at least on its inside. The contact terminal 22 , which has a connection option 23 for forwarding the flowing current, such as a clamp seat or an eyelet, is dimensioned such that it encloses both the sleeve 14 permanently connected to the cable 10 and part of the subsequent insulation 12 . Dashed lines 24 indicate the original shape of the contact clamp 22 before it is pressed.
Die Kontaktklemme 22 wird so mit der Hülse 14 und der Isolation 12 verpreßt, daß ein Bereich A, über den sich die mechanische sowie leitende Zinnverbindung 20, 21 in bzw. an der Hülse 14 erstreckt, von der Verpressung ausgenommen wird. Besonders vorteilhaft an dieser Ausgestaltung ist, daß die dauerhafte Zinnverbindung 20, 21, die durch Ultraschall-Verzinnung hergestellt wurde, nicht einer unnötigen mechanischen Spannung bzw. Deformation ausgesetzt ist. Dabei kann vorgesehen sein, daß ein sich über die Isolation 12 erstreckender Bereich C mit einem anderen Druck verpreßt wird als ein die Hülse 14 umfassender und zu verpressender Teil B. Durch die Verpressung der Kontaktklemme 22 mit der Isolierung 12 des Kabels 10 wird erreicht, daß zum einen eine Zugentlastung geschaffen wird und zum anderen die Verbindung zur Kontaktierung und Befestigung gegen Eindringen von Feuchtigkeit abgedichtet wird. The contact clamp 22 is pressed with the sleeve 14 and the insulation 12 in such a way that an area A, over which the mechanical and conductive tin connection 20 , 21 extends in or on the sleeve 14 , is excluded from the pressing. It is particularly advantageous in this embodiment that the permanent tin connection 20 , 21 , which was produced by ultrasonic tinning, is not exposed to unnecessary mechanical tension or deformation. It can be provided that an area C extending over the insulation 12 is pressed with a different pressure than a part B comprising and encasing the sleeve 14. By pressing the contact terminal 22 with the insulation 12 of the cable 10 it is achieved that on the one hand a strain relief is created and on the other hand the connection for contacting and fastening is sealed against the ingress of moisture.
Um einen Stromfluß zu gewährleisten ist es nicht erforderlich, daß sich die deckelartige Zinnverbindung 20 stirnseitig mit der Kontaktklemme 22 berührt. Trotz eines möglichen beabstandenden Hohlraumes 25 zwischen Kontaktklemme 22 und stirnseitig deckelartiger Verbindung 20 ist ein optimaler Stromfluß gewährleistet, da der im Aluminiumkabel 10 geleitete Strom über die innere bzw. deckelartige Zinnverbindung 21, 20 auf die Hülse 14 und von dort über einen Press-Sitz an die Kontaktklemme 22 geleitet wird. In order to ensure a current flow, it is not necessary for the lid-like tin connection 20 to come into contact with the contact terminal 22 on the end face. Despite a possible spacing cavity 25 between the contact terminal 22 and the front cover-like connection 20 , an optimal current flow is ensured since the current conducted in the aluminum cable 10 via the inner or cover-like tin connection 21 , 20 to the sleeve 14 and from there via a press fit the contact terminal 22 is passed.
Bei der nach dem beanspruchten Verfahren hergestellten Verbindung zur Kontaktierung und Befestigung eines Aluminiumkabels 10 stellt das "Setzen" des Aluminiums keine nennenswerte Beeinträchtigung für die Leitung von Strom dar, denn sowohl die Kontaktklemme 22 als auch die Hülse 14 sind aus Kupfer bzw. aus einer Kupferlegierung gefertigt. Bei diesem Material tritt "Setzen" nicht auf. Gleiches gilt für Zinn, das die durch Ultraschall-Verzinnung hergestellte Zinnverbindung 20 und 21 bildet. Lediglich die Einzelleiter 11 des Aluminiumkabels 10 können die durch Verpressen eingebrachten Druckspannungen abbauen und eine durch Berührungskontakt gegebene leitende Verbindung beeinträchtigen. Da die Einzelleiter 11 jedoch aufgrund der Kavitationswirkung bis in das Innere des abisolierten Endes 13 des Kabels 10 über die dauerhafte Zinnverbindungen 20, 21 einen gleichbleibenden Kontakt zur Hülse 14 haben, wirkt sich der Mechanismus des "Setzens" nicht störend auf die Leitungseigenschaften der Zinnverbindung 20, 21 aus. In the case of the connection for contacting and fastening an aluminum cable 10 produced according to the claimed method, the "setting" of the aluminum does not represent any significant impairment for the conduction of current, since both the contact terminal 22 and the sleeve 14 are made of copper or a copper alloy manufactured. "Setting" does not occur with this material. The same applies to tin, which forms the tin connection 20 and 21 produced by ultrasonic tinning. Only the individual conductors 11 of the aluminum cable 10 can reduce the compressive stresses introduced by pressing and impair a conductive connection given by contact. However, since the individual conductors 11 have constant contact with the sleeve 14 due to the cavitation effect into the interior of the stripped end 13 of the cable 10 via the permanent tin connections 20 , 21 , the “setting” mechanism does not have a disruptive effect on the conduction properties of the tin connection 20 , 21 out.
In einem alternativen Verfahren zur Kontaktierung eines aus Einzelleitern 11 wie Drähten oder Litzen aus Aluminium bzw. Aluminiumlegierung aufgebauten Kabels 10 wird anstelle der Ultraschall-Verzinnung eine dauerhafte Verbindung zwischen Einzelleitern 11 und Hülse 14 mittels Wolfram-Inertgasschweißen (WIG) oder Metall-Inertgasschweißen (MIG) hergestellt. Bei WIG und MIG handelt es sich um gängige, in der Fachliteratur beschriebene Lichtbogen-Schweißverfahren unter inertem Schutzgas, bei denen ein Schweißgut unter Zugabe von Schweißzusätzen aufgeschmolzen wird. In an alternative method for contacting a cable 10 constructed from individual conductors 11, such as wires or strands made of aluminum or aluminum alloy, instead of ultrasound tinning, a permanent connection is made between individual conductors 11 and sleeve 14 by means of tungsten inert gas welding (TIG) or metal inert gas welding (MIG ) manufactured. TIG and MIG are common arc welding processes described in the specialist literature under inert shielding gas, in which a weld metal is melted with the addition of welding consumables.
In Fig. 3 ist schematisch die Verwendung von WIG bzw. MIG für die Herstellung einer dauerhaften, mechanisch festen und elektrisch leitenden Schweißverbindung dargestellt. Aus einer Schutzgasdüse 26 wird inertes Schutzgas in Pfeilrichtung freigesetzt, das in Form eines Schutzgasschleiers 27 eine Elektrode 28 und ein als Schweißgut fungierendes Ende eines Kabels 10 umspült. Aufgrund einer angelegten Spannungsdifferenz wird zwischen der Elektrode 28 und dem Ende des Kabels 10 ein Lichtbogen 29 ausgebildet. Im Falle des MIG besteht die Elektrode 28 aus einem Aluminiumdraht, der beim Schweißen abgeschmolzen wird und auf Grund dessen kein weiterer Schweißzusatz erforderlich ist. Im Gegensatz dazu wird beim WIG eine Elektrode 28 aus Wolfram sowie ein zusätzlicher Schweißzusatz 30 verwendet. In Fig. 3 the use of TIG or MIG for the production of a permanent, mechanically strong and electrically conductive welded connection is shown schematically. Inert gas is released in the direction of the arrow from a shielding gas nozzle 26 and flows around an electrode 28 in the form of a shielding gas curtain 27 and an end of a cable 10 which acts as a weld metal. An arc 29 is formed between the electrode 28 and the end of the cable 10 due to an applied voltage difference. In the case of the MIG, the electrode 28 consists of an aluminum wire, which is melted off during welding and, as a result, no further welding filler is required. In contrast, an electrode 28 made of tungsten and an additional welding filler 30 are used in the TIG.
Für die Anwendung von WIG oder MIG zur Kontaktierung eines Aluminiumkabels 10 ist es besonders vorteilhaft, wenn die metallische Hülse 14 aus Aluminium bzw. aus einer Aluminiumlegierung gefertigt ist. Eine dauerhafte Schweißverbindung wird dadurch gebildet, daß die Einzelleiter 11 sowie der Bereich der Hülse 14, an dem der elektrisch leitende Kontakt mit den Einzelleitern 11 hergestellt wird, über Aufschmelzen und Erstarren miteinander verschweißt werden. Dabei bildet sich über die stirnseitige Fläche 16 des Kabels 10 und das Hülsenende 15 hinweg eine dauerhafte, deckelartige Schweißverbindung 31, welche alle Einzelleiter 11 untereinander bzw. mit der Hülse 14 leitend und mechanisch verbindet. Darüber hinaus oder alternativ dazu kann auch eine, sich tiefer in das abisolierte Ende 13 des Kabels 10 erstreckende innere Schweißverbindung 32 gebildet werden. Die übrigen Verfahrensschritte für die Kontaktierung des Aluminiumkabels 10 entsprechen in identischer Weise den beschriebenen Verfahrensschritten bei der Ultraschall-Verzinnung. For the use of TIG or MIG for contacting an aluminum cable 10 , it is particularly advantageous if the metallic sleeve 14 is made of aluminum or an aluminum alloy. A permanent weld connection is formed in that the individual conductors 11 and the area of the sleeve 14 , on which the electrically conductive contact with the individual conductors 11 is made, are welded to one another via melting and solidification. A permanent, cover-like welded connection 31 is formed over the end face 16 of the cable 10 and the sleeve end 15 , which connects all the individual conductors 11 to one another or to the sleeve 14 in a conductive and mechanical manner. In addition or as an alternative to this, an inner welded connection 32 which extends deeper into the stripped end 13 of the cable 10 can also be formed. The remaining process steps for contacting the aluminum cable 10 correspond in an identical manner to the process steps described in the case of ultrasonic tinning.
Im Sinne der Erfindung wird somit ein aus Einzelleitern 11 aufgebautes Aluminiumkabel 10 so kontaktiert, daß über die Stirnseite eines abisolierten Endes 13 des Kabels 10 eine verzinnte metallische Hülse 14 geschoben wird, die dauerhaft so, zumindest abschnittsweise mit den Einzelleitern 11 des Kabels 10 verbunden ist, daß diese leitende Verbindung 20, 21 bzw. 31, 32 nicht durch die isolierende Wirkung von Aluminiumoxid-Schichten beeinträchtigt wird. Die dauerhafte Verbindung 20, 21 bzw. 31, 32 wird entweder in einem flüssigen Zinnbad 18 mittels Ultraschall-Verzinnung oder in einer alternativen Ausführungsform durch Wolfram- Inertgasschweißen (WIG) oder Metall-Inertgasschweißen (MIG) hergestellt. Bei der Ultraschall-Verzinnung wird freigelegtes "reines" Aluminium durch Verzinnen konserviert und darüber hinaus ein jeder Einzelleiter 11 mit benachbarten Einzelleitern 11 bzw. mit der umgebenden Hülse 14 verzinnt und somit elektrisch durchkontaktiert. Um eine dauerhafte elektrische und darüber hinaus auch mechanische Zinn- 20, 21 bzw. Schweißverbindung 31, 32 zu gewährleisten, wird das verzinnte bzw. verschweißte Endes des Kabels 10 mit einer darübergeschobenen Kontaktklemme 22 einschließlich eines an die Hülse 14 anschließenden Teils der Isolierung 12 des Kabels 10 verpreßt. Dadurch wird neben einer Zugentlastung auch ein Korrosionsschutz realisiert. For the purposes of the invention, a built up of individual conductors 11 aluminum cable is thus 10 contacts such that on the end face of the stripped end 13 of the cable 10, a tinned metallic sleeve 14 is pushed, which is durable to at least partially connected to the individual conductors 11 of the cable 10 that this conductive connection 20 , 21 or 31 , 32 is not affected by the insulating effect of aluminum oxide layers. The permanent connection 20 , 21 or 31 , 32 is produced either in a liquid tin bath 18 by means of ultrasonic tinning or in an alternative embodiment by tungsten inert gas welding (TIG) or metal inert gas welding (MIG). In the case of ultrasonic tinning, exposed “pure” aluminum is preserved by tinning and, moreover, each individual conductor 11 is tinned with adjacent individual conductors 11 or with the surrounding sleeve 14 and thus electrically contacted. In order to ensure a permanent electrical and also mechanical tin 20 , 21 or welded connection 31 , 32 , the tinned or welded end of the cable 10 is pushed over with a contact clamp 22 including a part of the insulation 12 adjoining the sleeve 14 Cable 10 pressed. In addition to strain relief, this also provides corrosion protection.
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