AT510475A1 - Anschlussteil für einen elektrischen leiter - Google Patents

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AT510475A1 ATA1702/2010A AT17022010A AT510475A1 AT 510475 A1 AT510475 A1 AT 510475A1 AT 17022010 A AT17022010 A AT 17022010A AT 510475 A1 AT510475 A1 AT 510475A1
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Abstract

Ein Anschlussteil für einen elektrischen Leiter (4) weist einen ersten Abschnitt (1), der mit einem weiteren Bauteil zu verbinden ist, und einen zweiten Abschnitt (2) mit einer Stirnfläche (8) auf, die mit dem Leiter (4) zu verschweißen ist. Die Stirnfläche (8) weist eine dreidimensionale Form auf, die in einem Mittelbereich (9) gegenüber einem Mittelbereich (9) gegenüber einem den Mittelbereich (9) umgebenden Randbereich (10) erhöht ist. Der Anschlussteil weist eine Wand (14) mit der Stirnfläche (8) auf, wobei auf der der Stirnfläche (8) gegenüberliegenden Seite der Wand (14) ein Hohlraum (17) angeordnet ist.

Description

13/10/2010 18:17 +43-1-5264245 S. 03/12
PATENTANW.BEER&PARTN ft * « · · I ·»* · • t · · · ·« t»t » · * ν f »··*· ft t - 1 -
Di© Erfindung betrifft einen Anschlussteil für einen elektrischen Leiter mit einem ersten Abschnitt, der mit einem weiteren Bauteil zu verbinden ist, und einem zweiten Abschnitt mit einer Stirnfläche, die mit dem Leiter zu verschweißen ist, wobei die Stirnfläche eine dreidimensionale Form aufweist, die in einem Mittelbereich gegenüber einem den Mittelbereich umgebenden Randbereich 5 erhöht Ist.
Die Erfindung betrifft des Weiteren eine elektrische Verbindung mit einem Anschlussteit und einem daran angeschweißten elektrischen Leiter, wobei der Anschlussteil einen ersten Abschnitt, der mit einem weiteren Bauteil zu verbinden ist, und einen zweiten Abschnitt mit einer Stirnfläche 10 aufweist, die mit dem Leiter verschweißt ist, wobei die Stirnfläche eine dreidimensionale Form aufweist, die in einem Mittelbereich gegenüber einem den Mittelbereich umgebenden Randbereich erhöht ist.
Mit Hilfe von Anschlussteilen werden elektrische Kabel mit anderen elektrischen Bauteilen, 15 beispielsweise Batterien in Kraftfahrzeugen, verbunden. Wesentlich für die Qualität einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen einem Anschlussteil und einer elektrischen Leitung ist die Kontaktfläche. Je größer die Kontaktfläche und je besser die Verbindung zwischen dem Anschlussteil und dem Kabel ist, umso geringer ist die spezifische Strombelastung und der damit gegebene Übergangswiderstand. 20
Ein Anschlussteil der eingangs genannten Art und eine damit durch Widerstandsschweißen hergestellte elektrische Verbindung ist aus der DE 954 805 C bekannt. Diese offenbart, einen Kabelschuh mit einem Ansatz zu versehen, der zwecks Erhöhung des Widerstands an der Berührungsstelle mit dem anzuschließenden Leiter zugespitzt oder mit einer zugeschärften Kante 25 versehen ist. Außerdem ist es aus dieser bekannt, das zugespitzte oder in seinem Querschnitt verringerte Ende des Ansatzes durch mehrere Einschnitte derart zu unterteilen, dass einerseits die Oberfläche vergrößert wird und sich andererseits eine Anzahl weiterer Spitzen oder Kanten ergeben, die bei Vereinigung des Kabelschuhansatzes mit dem anzuschweißenden Leiter im Verlauf der Widerstandsschweißung in die Schweißzone einbezogen werden. Da sich der Strom 30 allerdings den Weg mit dem geringsten elektrischen Widerstand sucht, wird der größere Anteil des Stroms durch den Mittelbereich des Kabelschuhansatzes fließen, in dessen Bereich der Leiter und/oder der Kabelschuh zu Beginn schmelzen wird, so dass der Stromfluss durch den Randbereich des Kabelschuhansatzes und des Leiters minimiert wird und folglich eine zuverlässige Verschweißung des Kabelschuhansatzes mit dem Leiter im Randbereich nicht mehr ausreichend 35 gut sein kann.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, einen Anschlussteil und eine elektrische Verbindung der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass eine zuverlässige Verschweißung des Anschlussteiles mit dem Leiter über die gesamte Stirnfläche bzw. Kontaktfläche erfolgt. 13/10 2010 MI 18:10 [SE/EM NR Θ050] 0003 40 13/10/2010 18:17 +43-1-52S4245 PATENTANW.BEER&PARTN Θ4/12 M · ·« · Φ · · φ Φ If φ · I· t t · * » Φ • φ · φ · * * · · * * φ φ φ φ · * · Φ Φ Φ - 2 -
Gelöst wird diese Aufgabe bei einem Anschlussteil der eingangs genannten Art dadurch, dass der Anschlussteil im Bereich der Stirnfläche hohl ist.
Diese Aufgabe wird des Weiteren mit einer elektrischen Verbindung der eingangs genannten Art 5 gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Anschlussteil nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgeführt ist,
Da der Anschlussteil im Bereich der Stirnfläche hohl ist, kann der Strom nicht wie im Stand der Technik nur durch den Mittelbereich des Anschlussteiles fließen sondern wird gezwungen, durch 10 die stirnseitige Wand des Anschiusstelies von außen nach innen zum Mittelbereich hin zu fließen, wodurch auch der Randbereich der Stirnfläche durch den Strom erhitzt wird und außerdem auch ein ausreichend großer Stromfluss vom Randbereich des Anschlussteils in den Randbereich des Leiters erfolgt, wodurch diese auch im Randbereich ausreichend stark aufgeschmolzen und mit dem Anschlussteil verschmolzen wird. 15 ln einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Kontaktfläche die Form einer Kugelkalotte oder eines Segments eines Rotationsellipsoids auf. In alternativen Ausführungsformen ist die Kontaktfläche beispielsweise kegelförmig oder pyramidenförmig, wobei in beiden Fällen die Spitze abgerundet sein kann. 20
In einer besonders einfach herstellbaren Variante ist der zweite Abschnitt des Anschlussteils aus einem ebenen Abschnitt durch Prägen oder Tiefziehen ausgeformt.
Der elektrische Leiter kann bei der erfindungsgemäßer Verbindung auf an sich bekannte Weise 25 im Bereich seiner Anschlussstelle an die Stirnfläche von einer Hülse umgeben sein. Die Hülse, welche bei der Erfindung bevorzugt ebenfalls mit dem Anschlussteil verschweißt wird, versteift den Verbindungsbereich zwischen dem Anschlussteil und dem elektrischen Leiter sowie den unmittelbar an die Verbindungsstelle anschließenden Bereich des elektrischen Leiters und schafft somit einen Schutz, insbesondere einen Knickschutz, der die Verbindung mechanisch belastbarer 30 macht.
Bei der Erfindung ist des Weiteren bevorzugt, wenn die Hülse auf den Leiter aufgeschrumpft oder aufgepresst ist. Diese Ausführungsform ist insbesondere aber nicht nur dann bevorzugt, wenn der elektrische Leiter aus einzelnen Drähten oder Litzen besteht, welche durch die aufgepresste oder 35 aufgeschrumpfte Hülse stabilisiert werden und dadurch beim Schweißvorgang nicht ausweichen können.
Wenn der zweite Abschnitt einen an die Stirnfläche anschließenden Bereich mit einer zylindrischen Außenfläche aufweist, dann stellt dieser zylindrische Abschnitt einen zusätzlichen, stabil·-40 störenden Abschnitt für die Hülse dar, der den Knickschutz der Verbindung weiter verbessert. 13/10 2010 MI 18:10 [SE/EM NR 6050] @004 13/10/2010 18:17 +43-1-5284245 PATENTANW.BEER&PARTN 05/12 S. ··«· t· • « • · * · * * - 3 -
Der erfindungsgemäße Anschlussteil ist in einer besonders bevorzugten Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, dass an den Bereich mit der zylindrischen Außenfläche ein Flansch anschließt. An diesen kann die Hülse bei Bedarf ebenfalls angeschweißt werden. 5 Der erfindungsgemäße Anschlussteil kann, wie dies an sich aus dem Stand der Technik bekannt ist, aus Kupfer oder einer Kupferlegierung bestehen. Auch die Hülse kann bei der Erfindung aus Kupfer, einer Kupferlegierung, Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehen, ebenso wie der elektrische Leiter. Eine bevorzugte Ausführungsform besteht allerdings aus einem Anschlussteil aus Kupfer oder einer Kupferiegierung und einem elektrischen Leiter und einer Hülse aus 10 Aluminium oder einer Aluminiumlegierung.
Um beim erfindungsgemäßen Anschlussteil Spannungskorrosion zwischen einzelnen Teilen, die aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen, soweit wie möglich zu verhindern, kann die Hülse wenigstens an ihrer Innenseite mit einem in der elektrochemischen Spannungsreihe zwischen 15 dem Werkstoff der Hülse und dem Werkstoff des elektrischen Leiters liegenden Material beschichtet sein.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen. Es zeigt: 20
Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Anschlussteil, bevor er mit einem elektrischen Leiter verbunden wird,
Fig. 2 den erfindungsgemäßen Anschlussteil nach seiner Verbindung mit dem elektrischen Leiter und 25 Fig. 3 den erfindungsgemäßen Anschlussteil nach seiner Verbindung mit dem elektrischen Leiter in Schrägansicht.
Die Zeichnungen zeigen eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Anschlussteiles, der im wesentlichen aus einem ersten Abschnitt 1 und einem zweiten Abschnitt 2 besteht, der etwa im 30 rechten Winkel zum ersten Abschnitt 1 angeordnet ist. Der erste Abschnitt 1 weist eine Öffnung 3 auf, durch welche eine nicht dargestellte Schraube gesteckt werden kann, um den erfrndungs-gemäßen Anschlussteil mit einem anderen elektrischen Bauteil, beispielsweise mit einer Fahrzeugbatterie, zu verbinden. 35 Der zweite Abschnitt 2 dient zur Verbindung des Anschlussteiles mit einem elektrischen Leiter 4, der entweder ein massiver Leiter sein kann oder aus mehreren Drähten oder Litzen bestehen kann. Der elektrische Leiter 4 ist auf an sich bekannte Weise von einer Isolierung 5 umgeben, die in einem gewissen Abstand vor dem Ende 6 des elektrischen Leiters endet. Im Bereich ohne Isolierung 5 Ist der elektrische Leiter 4 im dargestellten Ausführungsbelspiei von einer Hülse 7 40 umgeben und mit dieser beispielsweise mechanisch verpresst. Wenn die Hülse 7 und der elektri- 13/1 0 2010 MI 18:10 ISE/EM NR 6050] @005 13/10/2010 18:17 +43-1-5264245 PATENTANW.BEER&PARTN 06/12 S. - 4 - sehe Leiter 4 aus unterschiedlichen Materialien bestehen, beispielsweise der elektrische Leiter aus Aluminium odereiner Aluminiumlegierung und die Hülse 7 aus Kupfer odereiner Kupferlegierung, kann an der Innenseite der Hülse eine in der elektrochemischen Spannungsreihe zwischen diesen unterschiedlichen Materialien liegende Beschichtung, beispielsweise auf Zinn- oder Nickel-5 Basis, angebracht sein.
Die Hülse 7 weist einen vorderen, dem Ende 6 benachbarten und mit diesem vorzugsweise bündig abschließenden vorderen Abschnitt 7a und einem vom Ende 6 entfernt liegenden hinteren Abschnitt 7b auf, an welchen die Isolierung 5 anschiießt. Der hintere Abschnitt 7b weist einen 10 Innendurchmesser auf, der kleiner ist als der Innendurchmesser des vorderen Abschnitts 7a. Gleiches gilt für den Außendurchmesser diese beiden Abschnitte. Durch den hinteren Abschnitt 7b wird der Abschnitt des darunter liegenden Leiters 4 stärker zusammen gepresst als der unter dem vorderen Abschnitt 7a liegende Bereich des Leiters 4, wodurch der Leiter 4 von hinten gestützt wird, während der Anschlussteil beim Schweißen gegen die Stirnfläche 6 gedrückt wird. 15
Der zweite Abschnitt 2 weist einen Vorsprung 16 mit einer Kontaktfläche bzw. Stirnfläche 8 mit einer dreidimensionalen Form auf, die in einem Mittelbereich 9 gegenüber einem den Mittelbereich 9 umgebenden Randbereich 10 erhöht ist. Die Stirnfläche 8 weist im dargestellten Ausführungsbeispiel etwa die Form einer Kugelkalotte mit konstantem Krümmungsradius auf. Es 20 ist im Rahmen der Erfindung aber auch möglich, andere Flächen zu verwenden, bei denen beispielsweise der Krümmungsradius im Mittelbereich 9 größer als im Randbereich 10 ist oder umgekehrt, wie dies beispielsweise bei einem Segment eines Rotationsellipsoids der Fall wäre.
An die Stirnfläche 8 schließt ein Abschnitt 15 mit einer zylindrischen Außenfläche 11 an und an 25 diesen wiederum ein Flansch 12, mit dem eine Stirnfläche 13 der Hülse 7 verschweißt wird.
Der Anschlussteil bzw. dessen Vorsprung 16 am zweiten Abschnitt 2 ist im Bereich der Stirnfläche 8 hohl, wodurch eine dünne Wand 14 gebildet wird, deren Wandstärke bevorzugt im gesamten Bereich unter der Stirnfläche 8 gleich groß Ist. Es ist aber ebenso möglich, dass die Wandstärke 30 vom Randbereich 10 zum Mittelbereich 9 hin zu- oder abnimmt. Eine zum Mitteibereich 9 hin zunehmende Wandstärke ist beispielsweise dann von Vorteil, wenn während des Schweißvorganges auch die Wand 14 im Mittelbereich der Stirnfläche 8 zumindest teilweise angeschmolzen wird, da dieser Bereich am längstem dem Schweißvorgang ausgesetzt ist. 35 Dadurch, dass der Abschnitt 2 einen Hohlraum 17 aufweist, hat auch der Abschnitt 15 mit der zylindrischen Außenfläche 11 eine definierte Wandstärke, welche bevorzugt der Wandstärke im Bereich der Stirnfläche 8 entspricht. Die Herstellung dieser innen hohlen Form des Abschnittes 2 des Anschlussteils kann beispielsweise durch plastische Verformung eines ursprünglich flachen Abschnittes 2 mit Hilfe eines Stempels oder Domes erfolgen. 13/10 2010 MI 18:10 [SE/EM NR 60501 ®006 40 13/10/2010 18:17 +43-1-5254245 PATENTANW.BEER&PARTN S. 07/12
···* • * *
- 5 -
Die Verbindung des erfindungsgemäßen Anschlussteiles mit dem elektrischen Leiter 4 des Kabels erfolgt z.B. so, dass zunächst der Mittelbereich 9 an die Stirnseite 6 des elektrischen Leiters 4 angelegt und an den Anschlussteil und den elektrischen Leiter 4 eine Spannung angelegt wird. Gleichzeitig werden der Anschiussteil und der elektrische Leiter 4 gegeneinander gedrückt. 5
Der Werkstoff des elektrischen Leiters 4 ist dabei in Relation zum Werkstoff des Anschluss* elementes bevorzugt so gewählt, dass der elektrische Leiter 4 im Bereich seiner Stirnfläche 6 zu schmelzen beginnt, das Anschlusselement aber nicht, so dass der Mittelbereich 9 in den schmelzenden elektrischen Leiter 4 eindringt, wenn die beiden Teile zusammen gedrückt werden. Da der 10 Mittelbereich 9 gegenüber dem Randbereich 10 vorsteht, beginnt die Schmelze des Leiters 4 zum
Randbereich 10 und darüber hinaus abzufließen. Da die Wand 14 nur eine begrenzte Wandstärke aufweist, wird der elektrische Strom gezwungen, durch die Wand des Abschnitts 15 und die Wand 14 von außen nach innen zum Mittelbereich 9 hin zu fließen, so dass auch im Randbereich 10 ein ausreichender Stromfluss vorhanden ist, so dass, sobald auch im Randbereich 10 ein elektrischer 15 Kontakt mit dem elektrischen Leiter 4 vorhanden ist, auch hier ein ausreichend hoher Stromfluss gegeben ist, um im Randbereich 10 den elektrischen Leiter 4 auf Schmelztemperatur zu erwärmen bzw, zu gewährleisten, dass vom Mittelbereich 9 nach außen abfließende Schmelze sich nicht im Randbereich 10 sammelt und/oder verfestigt. Auf diese Weise kann eine vollflächige Verschweißung des Leiters 4 mit der gesamten Stirnfläche 8 gewährleistet werden, bei der die 20 intermetallische Grenzschicht eine gleichmäßige und sehr geringe Dicke aufweist.
Der Stromfluss wird solange aufrecht erhalten, bis die in Fig. 2 dargesteifte Position erreicht ist, in welcher der Anschlussteil mit seinem Flansch 12 an der Stirnfläche 13 der Hülse 7 anliegt und bevorzugt die Hülse 7 an ihrer Stirnfläche 13 ebenfalls mit dem Flansch 12 verschweißt. Durch 25 den Abschnitt 15 mit der zylindrischen Außenfläche 11 erfolgt eine formschlüssige Stabilisierung zwischen dem Anschlussteil und der Hülse 7, wobei die durch den Spalt zwischen der Außenfläche 11 und der Innenfläche des vorderen Abschnitts 7a austretende und später erhärtende Schmelze eine mechanisch stabile Verbindung zwischen dem Abschnitt 2 des Anschlussteiles und der Hülse 7 erfolgt, welche, abgesehen von der elektrischen Verbindung an der Stirnfläche 8, über 30 die Hülse 7 auch eine zusätzliche elektrische Verbindung zwischen dem elektrischen Leiter 4 und dem Abschnitt 2 darstellt. Da der Stromfluss auch durch die dünne Wand des Abschnitts 15 gezwungen wird, wird auch diese erwärmt und ein Erhärten der Schmelze im Spalt vermieden, bevor die in Fig. 2 dargestellte endgültige Schweißposition erreicht wurde. 35 Die Verwendung von Schweißzusatzstoffen, welche für die zu verwendenden bzw. zu verbindenden Werkstoffe bekannt sind, liegt im Belieben des Fachmannes. 13/10 2010 MI 18:10 [SE/EM NR 6050] @007

Claims (17)

13/10/2010 18:17 +43-1-5264245 PATENTANW.BEER&PARTN 08/12 'J S. • »· · * ···« *· I » · · · t # • · · » · « * · » » ·· · · » » · · - 6 - Patentansprüche: 1. Anschlussteil für einen elektrischen Leiter (4) mit einem ersten Abschnitt (1), der mit einem weiteren Bauteil zu verbinden ist, und einem zweiten Abschnitt (2) mit einer Stirnfläche (8), 5 die mit dem Leiter (4) zu verschweißen ist, wobei die Stirnfläche (8) eine dreidimensionale Form aufweist, die in einem Mittelbereich (9) gegenüber einem den Mittelbereich (9) umgebenden Randbereich (10) erhöht ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlussteil im Bereich der Stirnfläche (8) hohl (17) ist.
2. Anschlussteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnfläche (8) die 10 Form einer Kugelkalotte oder eines Segments eines Rotationsellipsoids aufweist.
3. Anschlussteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnfläche (8) kegelförmig, gegebenenfalls mit abgerundeter Spitze, ist.
4. Anschlussteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnfläche (8) pyramidenförmig, gegebenenfalls mit abgerundeter Spitze, ist.
5. Anschlussteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Abschnitt (2) einen an die Stirnfläche (8) anschließenden Bereich (15) mit einer zylindrischen Außenfläche (11) aufweist.
6. Anschlussteil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass an den Bereich (10) mit der zylindrischen Außenfläche (11) ein Flansch (12) anschließt.
7. Anschlussteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Abschnitt (2) aus einem ebenen Abschnitt durch Prägen oder Tiefziehen ausgeformt ist,
8. Anschlussteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass er aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht.
9. Anschlussteil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die 25 Wandstärke im Bereich der Stirnfläche (8) und vorzugsweise im an die Stirnfläche (8) anschließenden Bereich (15) konstant ist.
10. Elektrische Verbindung mit einem Anschlussteil und einem daran angeschweißten elektrischen Leiter (4), wobei der Anschlussteil einen ersten Abschnitt (1), der mit einem weiteren Bauteil zu verbinden ist, und einen zweiten Abschnitt (2) mit einer Stirnfläche (8) aufweist, die mit 30 dem Leiter (4) verschweißt ist, wobei die Stirnfläche (8) eine dreidimensionale Form aufweist, die in einem Mittelbereich (9) gegenüber einem den Mittelbereich (9) umgebenden Randbereich (10) erhöht ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlussteil nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgeführt ist.
11. Elektrische Verbindung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiter 35 (4) an seinem mit dem Anschlussteil verbundenen Ende von einer Hüise (7) umgeben ist.
12. Elektrische Verbindung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (7) auf den Leiter (4) aufgeschrumpft oder aufgepresst ist,
13. Elektrische Verbindung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die 13/10 2010 MI 18:10 [SE/EM NR 6050] 0008 13/16/2010 18:17 +43-1-5264245 PATENT ANW.BEER&PARTN S. 09/12 '7 13/16/2010 18:17 +43-1-5264245 PATENT ANW.BEER&PARTN S. 09/12 '7
• * · * * * * - 7 - Hülse (7) einen dem Anschlussteil benachbarten vorderen Abschnitt (7a) und einen vom Anschlussteil entfernt liegenden hinteren Abschnitt (7b) aufweist und dass der Innendurchmesser des vorderen Abschnitts (7a) größer als der Innendurchmesser des hinteren Abschnitts (7b) ist.
14. Elektrische Verbindung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, 5 dass die Hülse (7) mit dem Randbereich (10), vorzugsweise durch Widerstandsschweißen, verschweißt ist.
15. Elektrische Verbindung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (7) aus Kupfer, einer Kupferlegierung, Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht.
16. Elektrische Verbindung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (7) wenigstens an ihrer Innenseite mit einem in der elektrochemischen Spannungsreihe zwischen dem Werkstoff der Hülse (7) und dem Werkstoff des Leiters (4) liegenden Material beschichtet ist.
17. Elektrische Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, 15 dass der Leiter (4) aus Kupfer, einer Kupferlegierung, Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht. 13/10 2010 MI 18:10 ISE/EM NR 60301 tg] 009
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