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EP2747205B1 - Verfahren zum elektrisch leitenden Verbinden eines Litzenleiters mit einem Kontaktelement - Google Patents

Verfahren zum elektrisch leitenden Verbinden eines Litzenleiters mit einem Kontaktelement Download PDF

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EP2747205B1
EP2747205B1 EP12306605.2A EP12306605A EP2747205B1 EP 2747205 B1 EP2747205 B1 EP 2747205B1 EP 12306605 A EP12306605 A EP 12306605A EP 2747205 B1 EP2747205 B1 EP 2747205B1
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EP
European Patent Office
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contact element
stranded conductor
conductor
contact
electrically conductive
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EP12306605.2A
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Helmut Dr. Steinberg
Udo Dr. Mayer
Johannes Denteler
Sunhilde Fleischer
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Bayerische Motoren Werke AG
Nexans SA
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
Nexans SA
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Publication date
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    • Y10T29/49181—Assembling terminal to elongated conductor by deforming
    • Y10T29/49185—Assembling terminal to elongated conductor by deforming of terminal

Definitions

  • the invention relates to a method for the electrically conductive connection of a stranded conductor to an electrical contact element.
  • Conductors containing aluminum are increasingly used as a replacement for copper conductors, for example in automotive and aircraft technology.
  • the aluminum-containing conductors used therein are either made of aluminum or an aluminum alloy.
  • a major advantage of such electrical conductors is their lower weight compared to copper.
  • the lower electrical conductivity of aluminum compared to copper is of minor importance for most applications.
  • a disadvantage of these conductors is the fact that aluminum reacts with oxygen, whereby electrically insulating oxide layers are formed which surround the wires of a corresponding conductor.
  • the invention is based on the object of developing the method described at the outset in such a way that the contact point between the conductor and the contact element is effectively protected against vibrations.
  • the electrically conductive connection between the contact element and the conductor and the mechanical relief of the contact point are separated from one another, but using a one-piece component.
  • the electrically conductive connection is produced, for example by ultrasonic welding, in such a way that any oxide layers that may be present are broken up, so that the electrically conductive material of the conductor is connected directly to the contact element. Oxide layers that may form after completion of the contact point have no effect.
  • the mechanical relief of the contact point is achieved by the crimped holding part, which surrounds the conductor in the immediate vicinity of the contact point sufficiently tightly so that neither bending loads nor tensile loads and in particular coarser vibrations do not affect the long term Contact point can affect. It is important that the holding part only serves to fix the conductor in a mechanically stable manner, while the electrical connection is established directly between the conductor and the contact element.
  • contact element 1 consists for example of copper. However, it can also consist of another metal with good electrical conductivity.
  • the contact element 1 is intended to be used in motor vehicles, for example. In the case of assembly, it is connected to electrical contact parts that are attached, for example, to a starter, an electric motor or other electrical current carrying devices. The connection can be made, for example, by plugging on, screwing or welding.
  • the contact element 1 is according to Fig. 1 a flat component with an approximately rectangular cross-section. But it can also have a different geometric shape.
  • a holding part 2 suitable for a crimping process is connected in one piece to the contact element 1.
  • FIG Fig. 2 An electrical conductor to be connected both electrically and mechanically to the contact element 1 is shown in FIG Fig. 2 a stranded conductor 3 - hereinafter referred to as "conductor 3" for short - which consists of a large number of wires 4 combined to form a unit.
  • the wires 4 can be stranded with one another, for example. In the present case, they consist of aluminum or an aluminum alloy.
  • the conductor 3, which is easily bendable due to its structure as a stranded conductor, is surrounded by an insulation 5 which is removed from the end of the conductor 3 in order to carry out the method according to the invention.
  • an arrangement which ensures that oxide layers which surround the individual wires 4 of the conductor 3 are broken up. This ensures that the electrically conductive material of the conductor 3 or the wires 4 of the same is electrically conductively connected to the contact element 1 after the method has been completed.
  • such an arrangement is an ultrasonic welding system.
  • an electric welding system could also be used, for example, the current strength of which is high enough to destroy the oxide layers or which is coupled to a mechanical system by means of which the mentioned oxide layers are broken up.
  • the method according to the invention is carried out, for example, as follows: According to Fig. 2 The end of the prepared conductor 3 is placed on the contact element 1. The corresponding position can be mechanically stabilized by the holding part 2, which is crimped around the conductor 3. Then the conductor 3 or the wires 4 are placed on the contact element 1 and electrically conductively welded to the same by means of an ultrasonic welding system.
  • the illustrated geometric shape of the contact element 1 as a flat component an approximately rectangular, in Fig. 4 Contact point 6 bordered by dashed lines.
  • the surface of the sonotrode of the ultrasonic welding system facing the conductor 3 is expediently always adapted in its geometric shape so that it completely covers the conductor 3. This also applies in particular if the contact element 1 is not correspondingly a flat component Figs. 1 to 3 is executed, but has a different geometric shape.
  • the conductor 3 - as described - can initially be connected to the contact element 1 without actuating the holding part 2. After completion of the electrically conductive connection between conductor 3 and contact element 1, the holding part 2 is then crimped around the conductor 3 to relieve the mechanical stress on the contact point 6.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Connections Effected By Soldering, Adhesion, Or Permanent Deformation (AREA)

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum elektrisch leitenden Verbinden eines Litzenleiters mit einem elektrischen Kontaktelement.
  • Ein solches Verfahren geht aus der EP 2 001 085 B1 hervor.
  • Aluminium enthaltende Leiter werden als Ersatz für Kupferleiter immer öfter eingesetzt, beispielsweise in der Automobil- und Flugzeugtechnik. Die darin verwendeten, Aluminium enthaltenden Leiter bestehen entweder aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung. Ein wesentlicher Vorteil von derartigen elektrischen Leitern ist ihr gegenüber Kupfer geringeres Gewicht. Die geringere elektrische Leitfähigkeit des Aluminiums gegenüber Kupfer ist für die meisten Anwendungen hingegen von untergeordneter Bedeutung. Ein Nachteil dieser Leiter ist die Tatsache, daß Aluminium mit Sauerstoff reagiert, wodurch elektrisch isolierende Oxidschichten gebildet werden, welche die Drähte eines entsprechenden Leiters umgeben.
  • In der US 3,717,842 A ist ein Verfahren beschrieben, mit welchem ein metallisches Kontaktelement an einen aus Aluminiumdrähten bestehenden Litzenleiter angecrimpt wird. Das Kontaktelement hat an seinem einen Ende Teile, welche um den Litzenleiter herumgecrimpt werden. An seinem anderen Ende ist das Kontaktelement so gebogen, daß es auf einen anderen elektrischen Kontakt aufgesteckt werden kann. Die Crimpverbindung wird zusätzlich mit Ultraschall beaufschlagt, wodurch die elektrische Verbindung zwischen Leiter und Kontaktelement verbessert wird und Oxidschichten, welche die Aluminiumdrähte gegebenenfalls umgeben, aufgebrochen werden.
  • Aus der eingangs erwähnten EP 2 001 085 B1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen einem Aluminium enthaltenden elektrischen Litzenleiter und einem Kontaktteil eines elektrischen bzw. elektronischen Geräts bekannt. An dem von seiner Isolierung befreiten Ende des Leiters wird ein Kontaktelement durch Crimpen elektrisch leitend befestigt. Das Kontaktelement wird danach mit dem Kontaktteil des Geräts verbunden. Beim Crimpen des Kontaktelements werden die Oxidschichten des Litzenleiters durchbrochen, so daß sich eine elektrisch leitende Verbindung zwischen Kontaktelement und Leiter ergibt. Diese Verbindung hat sich in der Praxis bewährt. Sie kann aber in ungünstigen Fällen bei größeren Erschütterungen beeinträchtigt werden, wie sie beispielsweise beim Betrieb eines Kraftfahrzeugs auftreten.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs geschilderte Verfahren so weiterzubilden, daß die Kontaktstelle zwischen dem Leiter und dem Kontaktelement wirksam gegen Erschütterungen geschützt ist.
  • Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Bei diesem Verfahren sind die elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Kontaktelement und dem Leiter sowie die mechanische Entlastung der Kontaktstelle voneinander getrennt, allerdings unter Einsatz eines einstückigen Bauteils. Die elektrisch leitende Verbindung wird, beispielsweise durch Ultraschallschweißung, so hergestellt, daß gegebenenfalls vorhandene Oxidschichten aufgebrochen werden, so daß das elektrisch leitende Material des Leiters direkt mit dem Kontaktelement verbunden wird. Oxidschichten, die sich nach Fertigstellung der Kontaktstelle gegebenenfalls bilden, bleiben ohne Einfluß. Die mechanische Entlastung der Kontaktstelle wird durch das gecrimpte Halteteil erreicht, welches den Leiter in unmittelbarer Nähe der Kontaktstelle ausreichend fest umgibt, so daß weder Biegebelastungen noch Zugbelastungen und insbesondere auch gröbere Erschütterungen sich auch auf Dauer nicht auf die Kontaktstelle auswirken können. Dabei ist von Bedeutung, daß das Halteteil nur der mechanisch stabilen Festlegung des Leiters dient, während die elektrische Verbindung direkt zwischen dem Leiter und dem Kontaktelement hergestellt wird.
  • Das Verfahren nach der Erfindung wird anhand der Zeichnungen in einem Ausführungsbeispiel erläutert.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1 in schematischer Darstellung ein bei dem Verfahren nach der Erfindung einsetzbares Kontaktelement.
    • Fig. 2 das Ende eines elektrischen Leiters.
    • Fig. 3 und 4 zwei unterschiedliche Ansichten einer Verbindungsstelle zwischen einem Leiter und dem Kontaktelement nach Fig. 1.
  • Das in Fig. 1 schematisch dargestellte Kontaktelement 1 besteht beispielsweise aus Kupfer. Es kann aber auch aus einem anderen elektrisch gut leitenden Metall bestehen. Das Kontaktelement 1 soll beispielsweise in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden. Es wird im Montagefall mit elektrischen Kontaktteilen verbunden, die beispielsweise an einem Anlasser, einem Elektromotor oder anderen, elektrischen Strom führenden Geräten angebracht sind. Die Verbindung kann beispielsweise durch Aufstecken, Verschrauben oder Schweißen erfolgen. Das Kontaktelement 1 ist gemäß Fig. 1 ein flaches Bauteil mit einem etwa rechteckigen Querschnitt. Es kann aber auch eine andere geometrische Form haben. Einstückig mit dem Kontaktelement 1 ist ein für einen Crimpvorgang geeignetes Halteteil 2 verbunden.
  • Ein mit dem Kontaktelement 1 sowohl elektrisch als auch mechanisch zu verbindender elektrischer Leiter ist gemäß Fig. 2 ein Litzenleiter 3 - im folgenden kurz "Leiter 3" genannt -, der aus einer Vielzahl von zu einer Einheit zusammengefaßten Drähten 4 besteht. Die Drähte 4 können beispielsweise miteinander verseilt sein. Sie bestehen im vorliegenden Fall aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Der durch den Aufbau als Litzenleiter gut biegbare Leiter 3 ist von einer Isolierung 5 umgeben, die zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung vom Ende des Leiters 3 entfernt ist. Zum elektrisch leitenden Verbinden des Leiters 3 mit dem Kontaktelement 1 wird eine Anordnung eingesetzt, die sicherstellt, daß Oxidschichten aufgebrochen werden, welche die einzelnen Drähte 4 des Leiters 3 umgeben. Dadurch ist erreicht, daß das elektrisch leitende Material des Leiters 3 bzw. der Drähte 4 desselben nach Abschluß des Verfahrens mit dem Kontaktelement 1 elektrisch leitend verbunden ist. Eine solche Anordnung ist in bevorzugter Ausführungsform eine Ultraschallschweißanlage. Es könnte aber auch beispielsweise eine Elektro-Schweißanlage eingesetzt werden, deren Stromstärke zur Zerstörung der Oxidschichten hoch genug ist oder die mit einer mechanischen Anlage gekoppelt ist, durch welche die erwähnten Oxidschichten aufgebrochen werden.
  • Das Verfahren nach der Erfindung wird beispielsweise wie folgt durchgeführt:
    Der gemäß Fig. 2 vorbereitete Leiter 3 wird mit seinem Ende auf das Kontaktelement 1 aufgelegt. Die entsprechende Position kann durch das Halteteil 2 mechanisch stabilisiert werden, welches um den Leiter 3 herumgecrimpt wird. Danach werden der Leiter 3 bzw. die Drähte 4 auf das Kontaktelement 1 aufgelegt und mittels einer Ultraschallschweißanlage elektrisch leitend mit demselben verschweißt. Es ergibt sich bei der dargestellten geometrischen Form des Kontaktelements 1 als flaches Bauteil eine etwa rechteckige, in Fig. 4 gestrichelt umrandete Kontaktstelle 6. Die dem Leiter 3 zugewandte Oberfläche der Sonotrode der Ultraschallschweißanlage wird zweckmäßig stets in ihrer geometrischen Form so angepaßt, daß sie den Leiter 3 vollständig abdeckt. Das gilt insbesondere auch dann, wenn das Kontaktelement 1 nicht als flaches Bauteil entsprechend Fig. 1 bis 3 ausgeführt ist, sondern eine andere geometrische Form hat.
  • In einer anderen Ausführungsform des Verfahrens kann der Leiter 3 - so wie beschrieben - zunächst ohne Betätigung des Halteteils 2 mit dem Kontaktelement 1 verbunden werden. Das Halteteil 2 wird dann nach Fertigstellung der elektrisch leitenden Verbindung zwischen Leiter 3 und Kontaktelement 1 zur mechanischen Entlastung der Kontaktstelle 6 um den Leiter 3 herumgecrimpt.

Claims (4)

  1. Verfahren zum elektrisch leitenden Verbinden eines von einer Isolierung (5) umgebenen Litzenleiters (3), der eine Vielzahl von Aluminium enthaltenden Drähten aufweist, mit einem elektrischen Kontaktelement (1), wobei das als flaches Bauteil mit einem etwa rechteckigen Querschnitt ausgebildete Kontaktelement (1) eine etwa rechteckige Kontaktstelle (6) zur elektrisch leitenden Verbindung zwischen dem Kontaktelement und dem Litzenleiter (3) sowie ein einstückig mit dem Kontaktelement (1) verbundenes mechanisches Halteteil (2) zur mechanischen Entlastung der Kontaktstelle aufweist, wobei die Kontaktstelle (6) und das Halteteil (2) auf dem einstückigen Bauteil voneinander getrennt sind, wobei der abisolierte Litzenleiter mit seinem Ende auf das Kontaktelement (1) aufgelegt wird, wobei der Litzenleiter (3) an seinem Ende unter Zerstörung der Oxidschichten der Drähte (4) an der auf dem Kontaktelement (1) befindlichen Kontaktstelle (6) elektrisch leitend an das Kontaktelement angeschlossen wird und wobei das einstückig mit dem Kontaktelement (1) verbundene Halteteil (2) um den abisolierten Litzenleiter (3) herumgecrimpt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zuerst der Litzenleiter (3) und das Kontaktelement (1) an der Kontaktstelle (6) elektrisch leitend miteinander verbunden werden und danach das Halteteil (2) um den Litzenleiter (3) herumgecrimpt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zuerst das Halteteil (2) um den Litzenleiter (3) herumgecrimpt und der Litzenleiter (3) danach an der Kontaktstelle (6) elektrisch leitend mit dem Kontaktelement (1) verbunden wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Litzenleiter (3) und das Kontaktelement (1) an der Kontaktstelle (6) mittels einer Ultraschallschweißanlage elektrisch leitend miteinander verbunden werden.
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