DE102013015140A1 - Device for connecting a stranded conductor to an electrical conductor by means of magnetic forming technology - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verbindung eines Litzenleiters mit einem elektrischen Leiter mittels magnetischer Umformtechnik. Die Vorrichtung umfasst ein Werkzeug zur Aufnahme des Litzenleiters, wobei das Werkzeug eine erste Vertiefung aufweist, deren Querschnitt kleiner als der Querschnitt des Litzenleiters ist. Eine Bewegung der Leiter zueinander und eine stoffschlüssige Verbindung werden durch magnetische Umformtechnik erreicht. Durch die Gestaltung der den Litzenleiter aufnehmenden Vertiefung wird eine Verdichtung des Litzenleiters, eine breitfläche Verbindung zwischen Litzenleiter und zweiten Leiter und bessere elektrische Kontakte zwischen den Litzen erzielt. Die magnetische Umformtechnik beseitigt effektiv Oxidschichten, die besonders für Litzenleiter aus Aluminium ein Kontaktproblem bereiten könnten. Es ist durch die geringe Erwärmung während der magnetischen Umformung auch möglich, dass sich bereits weitere Verbindungen am zweiten Leiter befinden. Diese werden durch die magnetische Umformtechnik nicht wieder erwärmt oder beschädigt.The invention relates to a device for connecting a stranded conductor with an electrical conductor by means of magnetic forming technology. The device comprises a tool for receiving the stranded conductor, wherein the tool has a first recess whose cross section is smaller than the cross section of the stranded conductor. A movement of the conductors to each other and a cohesive connection are achieved by magnetic forming technology. The design of the litz wire receiving depression a compaction of the stranded conductor, a wide area connection between the stranded conductor and the second conductor and better electrical contacts between the strands is achieved. The magnetic forming technique effectively eliminates oxide layers that could be a contact problem, especially for aluminum stranded conductors. Due to the low heating during the magnetic forming it is also possible that there are already further connections on the second conductor. These are not reheated or damaged by the magnetic forming technique.
Description
TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verbindung eines Litzenleiters mit einem elektrischen Leiter mittels magnetischer Umformtechnik und ein Verfahren zur Verbindung von Litzenleitern mit einem zweiten elektrischen Leiter. Solche Vorrichtungen werden insbesondere in Fahrzeugen im Automobilbereich, in der Luftfahrt, im schienengebunden Transport und der Schifffahrt benötigt.The invention relates to a device for connecting a stranded conductor with an electrical conductor by means of magnetic forming technology and a method for connecting stranded conductors with a second electrical conductor. Such devices are needed in particular in vehicles in the automotive sector, in aviation, in rail transport and shipping.
HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION
Bei der Verwendung von herkömmlichen Kabelbäumen in Form von Rundleitern in Fahrzeuganwendungen werden große Kabellängen mit großen Durchmessern und entsprechend erheblichen Gewichten verwendet.When using conventional harnesses in the form of round conductors in vehicle applications, large cable lengths with large diameters and correspondingly heavy weights are used.
Durch die Anwendung von Flachleitern, insbesondere aus Aluminium, können der Einbauraum und das Leitergewicht deutlich reduziert werden. Der Flachleiter wird hierbei entlang der Bodengruppenkontur vom Hinterraum bis zum Motorraum verlegt.By using flat conductors, in particular made of aluminum, the installation space and the conductor weight can be significantly reduced. The flat conductor is laid along the floor group contour from the back room to the engine compartment.
Weiterhin hat die geometrische Form der Flachleiter elektrotechnische Vorteile gegenüber Rundleitern. Durch einen mehrschichtigen Flachleiter kann neben der Energie- und Signalversorgung auch die Masserückführung unabhängig von den Karosseriewerkstoffen im Fahrzeug erfolgen. Durch den geschichteten, flachen Aufbau werden zusätzlich die elektromagnetischen Felder außerhalb des Mehrschichtleiters verringert.Furthermore, the geometric shape of the flat conductor has electrical advantages over round conductors. Through a multi-layer flat conductor can be carried out in addition to the energy and signal supply and the Masserückführung regardless of the body materials in the vehicle. The layered, flat construction additionally reduces the electromagnetic fields outside the multilayer conductor.
Um die Verbraucher im Fahrzeug mit Strom versorgen zu können, muss von dem Mehrschichtleiter eine Kontaktierung erfolgen.In order to be able to supply the consumers in the vehicle with electricity, a contacting must take place from the multi-layer conductor.
Ist eine Kontaktierung mit Litzenleiter vorgesehen, ergibt sich die weitere Schwierigkeit, eine ausreichend gute elektrische Kontaktierung mit einer großen Anzahl der Litzen zu bewirken. Besteht der Litzenleiter aus Aluminium oder dessen Legierungen, so ist der Kontakt trotz der Oxidschicht des Litzenleiters herzustellen. Herkömmliche Verbindungstechniken haben sich dafür als wenig geeignet herausgestellt.If a contact with stranded conductor is provided, the further difficulty arises in effecting sufficiently good electrical contacting with a large number of strands. If the stranded conductor consists of aluminum or its alloys, the contact must be made despite the oxide layer of the stranded conductor. Conventional connection techniques have proven to be less suitable.
Eine relativ einfache Möglichkeit der Kontaktierung des mehrschichtigen Flachleiters ist die direkte Verbindung mit einem entisolierten 'Pig tail' (Rundleiter bzw. Litzenleiter). Bei der Verwendung von Aluminium-Rundleitern oder Kupferleitern bietet sich das Ultraschallschweißverfahren an. Hierbei können jedoch durch den Ultraschall andere, bereits durchgeführte Verbindungen am Flachleiter bzw. am zu kontaktierenden Bauteil wieder gelöst werden.A relatively simple way of contacting the multilayer flat conductor is the direct connection with a entisolierten 'Pig tail' (round conductor or stranded conductor). When using aluminum round conductors or copper conductors, the ultrasonic welding process is ideal. In this case, however, other already performed connections on the flat conductor or on the component to be contacted can be released again by the ultrasound.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDESCRIPTION OF THE INVENTION
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verbindung eines Litzenleiters mit einem zweiten Leiter bereitzustellen, die die vorgenannten Nachteile überwinden.It is an object of the invention to provide an apparatus and a method for connecting a stranded conductor to a second conductor, which overcome the aforementioned disadvantages.
Die Aufgabe wird mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 16 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung sind in den weiteren Patentansprüchen aufgeführt.The object is achieved with a device having the features of
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst ein Werkzeug zur Aufnahme des Litzenleiters, wobei das Werkzeug eine erste Vertiefung aufweist, deren Querschnitt kleiner als der Querschnitt des Litzenleiters ist. Durch magnetische Umformtechnik wird eine Relativbewegung der Leiter zueinander und nach einem Aufeinandertreffen eine stoffschlüssige Verbindung erreicht. Durch die Gestaltung der den Litzenleiter aufnehmenden Vertiefung werden eine Verdichtung des Litzenleiters, eine breitfläche Verbindung zwischen Litzenleiter und zweiten Leiter und bessere elektrische Kontakte zwischen den Litzen eines Leiters erzielt.The device according to the invention comprises a tool for receiving the stranded conductor, wherein the tool has a first recess whose cross section is smaller than the cross section of the stranded conductor. By magnetic forming technique, a relative movement of the conductors to each other and after a meeting a cohesive connection is achieved. The design of the stranded conductor receiving recess a compression of the stranded conductor, a wide area connection between the stranded conductor and the second conductor and better electrical contacts between the strands of a conductor can be achieved.
Die magnetische Umformtechnik beseitigt effektiv Oxidschichten, die besonders bei aluminiumhaltigen Litzenleitern gemäß vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung ein Kontaktproblem darstellen könnten. Es ist durch die geringe Erwärmung während der magnetischen Umformung auch möglich, dass sich bereits weitere Verbindungen am zweiten Leiter befinden. Diese werden durch die magnetische Umformtechnik nicht wieder erwärmt und beschädigt.The magnetic forming technique effectively eliminates oxide layers which, especially with aluminum-containing stranded conductors in accordance with advantageous embodiments of the invention, could pose a contact problem. Due to the low heating during the magnetic forming it is also possible that there are already further connections on the second conductor. These are not reheated and damaged by the magnetic forming technique.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Vertiefung eine größere Breite als Tiefe auf, wodurch die Kontaktfläche zwischen Litzenleiter und zweiten Leiter vergrößert und der elektrische Kontakt der Verbindung verbessert wird. Geeignete Formen der Vertiefung sind Halbkreis oder Trapez oder Wellenform, die das Einsetzen des Litzenleiters erleichtern und enge Kurven und scharfe Kanten vermeiden. Als wellenförmig sind Formen beschrieben, die zwei oder mehrere Wellentäler und zumindest einen Wellenkamm umfassen, wobei der Wellenkamm unter der Oberkante der Vertiefung innerhalb des Werkzeugs liegt und eine abgeflachte Oberseite aufweist.According to one embodiment of the invention, the recess has a greater width than depth, whereby the contact area between the stranded conductor and the second conductor increases and the electrical contact of the compound is improved. Suitable shapes of the depression are semicircular or trapezoidal or wavy, which facilitates the insertion of the stranded conductor and avoids tight curves and sharp edges. Shaped as undulating are shapes comprising two or more troughs and at least one crest, the crest located below the top of the recess within the tool and having a flattened top surface.
Für eine weitere Verdichtung des Litzenleiters ist in der Vertiefung des Werkzeugs ein Dorn oder mehrere Dorne angeordnet, mit dem besondere der Kern des Litzenleiters, in dem sonst größere Kontaktschwächen vorliegen, verdichtet wird und/oder sind die Seitenwände der Vertiefung steil angeordnet, um eine gute seitliche Verdichtung des Litzenleiters sicherzustellen. Der Dorn ist eine Erhöhung mit punkt- oder linienförmiger Spitze und kann nachträglich in die Vertiefung des Werkzeugs eingebracht oder als Teil der Vertiefung ursprünglich ausgeformt worden sein.For further compression of the stranded conductor, a mandrel or a plurality of mandrels is arranged in the recess of the tool, with the particular of the core of the stranded conductor, in which otherwise greater contact weaknesses, is compressed and / or the side walls of the recess are steep to a good ensure lateral compaction of the stranded conductor. The spine is an elevation with punctiform or linear tip and can be subsequently introduced into the recess of the tool or originally formed as part of the depression.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht eine zweite Vertiefung im Werkzeug vor, die einen zweiten Litzenleiter aufnehmen kann. Damit können mehrere Litzenleiter gleichzeitig verbunden werden, wodurch die Effizienz des Herstellungsprozesses gesteigert und Stromverteilungen realisiert werden können. Eine Verbindung mit zwei Litzenleitern kann alternativ auch dadurch erfolgen, dass die erste Vertiefung derartig dimensioniert ist, dass der Querschnitt der Vertiefung kleiner als die Summe der Querschnitte der Litzenleiter ist.A further advantageous embodiment of the invention provides a second recess in the tool, which can receive a second stranded conductor. In this way, several stranded conductors can be connected simultaneously, whereby the efficiency of the production process can be increased and current distributions can be realized. Alternatively, a connection with two stranded conductors can also take place in that the first depression is dimensioned such that the cross section of the depression is smaller than the sum of the cross sections of the stranded conductors.
Prinzipiell hat sich die magnetische Umformtechnik zur Verbindung des Litzenleiters mit unterschiedlichen Formen des zweiten Leiters – der auch ein zweiter Litzenleiter sein kann – geeignet gezeigt. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn der zweite Leiter ein Flachleiter, beispielsweise Teil eines mehrschichtigen Flachleiters, der als Energiebackbone in Fahrzeugen genutzt wird, oder ein Gehäuseelement oder Kabelschuh ist. Bei der Direktkontaktierung mit einem Gehäuse können Zwischenelemente eingespart werden. Durch eine Verbindung mit einem normierten Kabelschuh wird eine Folgeverbindung mit standardisierten Kontaktbaugruppen erleichtert.In principle, the magnetic forming technique for connecting the stranded conductor with different shapes of the second conductor - which may also be a second stranded conductor - shown suitable. It is particularly advantageous, however, if the second conductor is a flat conductor, for example part of a multilayer flat conductor, which is used as an energy jackbone in vehicles, or a housing element or cable lug. When direct contacting with a housing intermediate elements can be saved. Connection to a standardized cable lug facilitates follow-up connection with standardized contact assemblies.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind eine oder mehrere weitere Vertiefungen in das Werkzeug eingebracht, die zur Verformung des zweiten Leiters beitragen. Diese Vertiefungen grenzen an die erste Vertiefung an, verlaufen parallel zu ihr und führen zu Verformungen des zweiten Leiters. Diese Verformungen können als zusätzliche Funktion zur Versteifung des zweiten Leiters, als mechanischer Schutz für die Verbindung oder als Führungsschiene genutzt werden.According to one embodiment of the invention, one or more further depressions are introduced into the tool, which contribute to the deformation of the second conductor. These depressions adjoin the first depression, run parallel to it and lead to deformations of the second conductor. These deformations can be used as an additional function for stiffening the second conductor, as mechanical protection for the connection or as a guide rail.
Vorteilhafterweise ist der Litzenleiter mit einer Hülse oder Crimphülse umgeben, womit ein eventuelles Ausreißen oder Spleißen von Litzen während des Verdichtungsvorganges vermieden wird. Im magnetischen Umformprozess wird zusätzlich diese offene oder geschlossene Aderendhülse oder Crimphülse verarbeitet und mit dem Litzenleiter verbunden. Alternativ kann diese Verbindung auch bereits vorab mit einem anderen Arbeitsverfahren erfolgen und dadurch die Litzenleiter vorverdichtet sein.Advantageously, the stranded conductor is surrounded by a sleeve or crimp sleeve, whereby a possible tearing or splicing of strands is avoided during the compression process. In the magnetic forming process, this open or closed ferrule or crimp barrel is additionally processed and connected to the stranded conductor. Alternatively, this connection can also be made in advance with another working method and thereby the stranded conductors are precompressed.
Handelt es sich beim zweiten Leiter um einen Flachleiter, Gehäuseteil oder Ähnliches, wird durch die elektromagnetische Umformung vorteilhafterweise der zweite Leiter beschleunigt. Dieser ist typischerweise leichter als das Werkzeug und damit leichter zu beschleunigen und zu bewegen.If the second conductor is a flat conductor, housing part or the like, the second conductor is advantageously accelerated by the electromagnetic transformation. This is typically lighter than the tool, making it easier to accelerate and move.
Die magnetische Umformtechnik reinigt oxidierte Oberflächen, so dass die Erfindung vorteilhafterweise auf Litzenleiter und/oder zweite Leiter anwendbar ist, die im Wesentlichen aus Aluminium bestehen.The magnetic forming technique cleans oxidized surfaces, so that the invention is advantageously applicable to stranded conductors and / or second conductors consisting essentially of aluminum.
Eignet sich der zweite Leiter nicht zur Beschleunigung, ist vorteilhafterweise das Werkzeug zu beschleunigen, womit auch der Litzenleiter bewegt wird. Dazu besteht das Werkzeug aus einem leitenden Material und ist oberflächenbeschichtet. Die elektrische Leitfähigkeit ist nötig, um elektromagnetische Kräfte im Werkzeug zu erzeugen. Die Oberflächenbeschichtung erlaubt es zusätzlich, den Litzenleiter nach vollzogener Verbindung ohne Beschädigung des Werkzeuges zu entfernen.If the second conductor is not suitable for acceleration, it is advantageous to accelerate the tool, which also moves the stranded conductor. For this purpose, the tool consists of a conductive material and is surface-coated. The electrical conductivity is necessary to generate electromagnetic forces in the tool. The surface coating also makes it possible to remove the stranded conductor after completed connection without damaging the tool.
Darüber hinaus sind weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen ersichtlich. Die dort beschriebenen Merkmale können alleinstehend oder in Kombination mit einem oder mehreren der oben erwähnten Merkmale umgesetzt werden, insofern sich die Merkmale nicht widersprechen. Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen erfolgt dabei unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren.In addition, other advantages and features of the present invention will become apparent from the following description of preferred embodiments. The features described therein may be implemented alone or in combination with one or more of the above-mentioned features insofar as the features are not contradictory. The following description of the preferred embodiments will be made with reference to the accompanying drawings.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
AUSFÜHRUNGSBEISPIELEEMBODIMENTS
Ein Flachleiter, insbesondere für Mehrschichtleiter aus mehreren beabstandeten Flachleitern, im Fahrzeug, ist vorzugsweise aus Aluminium gefertigt und hat bei Niedervoltanwendungen von 12 V bis 48 V üblicherweise eine Querschnittsfläche von ca. 60 mm2. Für hohe elektrische Leitfähigkeiten sind beim Aluminium Reinheitsgrade von mindestens 99,5% zu empfehlen. Aufgrund der hohen Fließfähigkeit von Aluminium sollte die Kontaktierung eine möglichst hohe Formbeständigkeit bzw. Festigkeit aufweisen. Hier bietet sich Kupfer oder hochfestes Aluminium für einen Litzenleiter an.A flat conductor, in particular for multi-layer conductors of a plurality of spaced flat conductors in the vehicle, is preferably made of aluminum manufactured and usually has a cross-sectional area of about 60 mm 2 in low-voltage applications from 12 V to 48 V. For high electrical conductivities, purities of at least 99.5% are recommended for aluminum. Due to the high flowability of aluminum, the contact should have the highest possible dimensional stability or strength. Here, copper or high-strength aluminum is suitable for a stranded conductor.
Die Kontaktierung des Flachleiters sollte diese erhöhte Fließfestigkeit aufweisen und eine Kraftübertragung auf den Flachleiter verhindern, um mögliche Ablösungen aufgrund Vibrationen, Temperaturwechsel und anthropogener mechanischer Belastungen über die Fahrzeuglebensdauer zu vermeiden.The contacting of the flat conductor should have this increased resistance to flow and prevent transmission of power to the flat conductor in order to avoid possible detachment due to vibrations, temperature changes and anthropogenic mechanical stresses over the vehicle life.
Ein Verfahren der Verbindung unterschiedlicher Materialien, insbesondere metallischer Werkstoffe, ist hierbei die elektromagnetische Umformtechnik, auch EMPT-Verfahren oder elektromagnetisches Pulsumformentechnik genannt. Der Vorteil des EMPT-Verfahrens ist, dass ohne eine Temperaturerhöhung unterschiedlichste Metalle, z. B. Kupfer auf Aluminiumbänder, ohne Gefügeveränderungen verbunden werden können. Zwischen den metallischen Fügepartnern kann dadurch eine sehr gute stoffliche Verbindung und ein sehr guter elektrischer Kontakt erreicht werden, siehe
In
Beim elektromagnetischen Umformverfahren wird der Flachleiter
Bei der Verwendung von massiven Rundleitern
Bei der Ausformung des Flachleiters
In
Durch die Dimensionierung der Vertiefung
Das Werkzeug
In den
Die Verbindung zwischen Litzenleiter
Durch die Nutzung eines Dorns
Sind mehrere Rundleiter mit dem zweiten Leiter zu verbinden, dann eignet sich die Ausführungsform nach
Um ein eventuelles Ausreißen oder Spleißen von Litzen während des Verdichtungsvorganges zu vermeiden, kann eine offene oder geschlossene Aderendhülse, Hülse oder Crimphülse verarbeitet werden, siehe
Wird anstelle des Flachleiters ein Beschleunigungswerkzeug
Mit Hilfe des Beschleunigungswerkzeuges
Die
Die dargestellten exemplarischen Anordnungen sind nicht nur im automobilen Bereich anwendbar, sondern auch bei anderen Anwendungen mit Aluminiumleitern oder der Nutzung von Flachleitern. Als Materialkombinationen sind prinzipiell alle stromleitenden Materialien denkbar. Vorzugsweise sind jedoch Kupfer, Aluminium oder Messing als Flachleiter und/oder im Rundleiter einzusetzen.The illustrated exemplary arrangements are not only applicable in the automotive field, but also in other applications with aluminum conductors or the use of flat conductors. As material combinations, in principle all current-conducting materials are conceivable. However, it is preferable to use copper, aluminum or brass as a flat conductor and / or in a round conductor.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- Dr. Ralph Schäfer, Dr. Pablo Pasquale; ”Die Elektromagnetische Puls Technologie im industriellen Einsatz”, White Paper, June 2009 [0031] Dr. Ralph Schäfer, dr. Pablo Pasquale; "The electromagnetic pulse technology in industrial use", White Paper, June 2009 [0031]
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|---|---|---|---|---|
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0431288B2 (en) * | 1985-09-30 | 1992-05-26 | ||
| DE102010003599A1 (en) * | 2010-04-01 | 2011-10-06 | Lisa Dräxlmaier GmbH | Process for cable assembly and ready-made cable |
| DE102011051643B3 (en) * | 2011-07-07 | 2012-10-31 | Amphenol-Tuchel Electronics Gmbh | Method for connecting a plug to a stranded cable |
-
2013
- 2013-09-13 DE DE201310015140 patent/DE102013015140A1/en not_active Ceased
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| Title |
|---|
| Dr. Ralph Schäfer, Dr. Pablo Pasquale; "Die Elektromagnetische Puls Technologie im industriellen Einsatz", White Paper, June 2009 |
| www.pstproducts.com/html/downloads.html |
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| CN111542410A (en) * | 2017-12-26 | 2020-08-14 | Adm28责任有限公司 | Method for assembling a ring member in a tubular member by magnetic pulses |
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