DE102016117835A1

DE102016117835A1 - Elektrische Verbindungsanordnung und Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Verbindungsanordnung

Info

Publication number: DE102016117835A1
Application number: DE102016117835.7A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Wimmer; Thomas Herzing; Klaus Specht; Johannes Pohl; Josef Schandl
Original assignee: Lisa Draexlmaier GmbH
Current assignee: Lisa Draexlmaier GmbH
Priority date: 2016-09-21
Filing date: 2016-09-21
Publication date: 2018-04-05
Also published as: CN107863610A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Verbindungsanordnung (1), umfassend eine Flachleiterschiene (2) mit einer Durchgangsöffnung, welche sich durch eine erste Flachseite (9) und zweite Flachseite (10) der Flachleiterschiene (2) erstreckt; ein Kabelaufnahmeelement (3) zum elektrisch leitenden Verbinden eines Kabels mit der Flachleiterschiene (2); eine Schraube(7), deren Schaft (8) von der zweiten Flachseite (10) aus durch die Durchgangsöffnung der Flachleiterschiene (2) und durch einen Kontaktierungsbereich (5) des Kabelaufnahmeelements (3) hindurchgeführt ist; eine auf den Schaft (8) der Schraube (7) aufgeschraubte Mutter (11), mittels welcher der Kontaktierungsbereich (5) des Kabelaufnahmeelements (3) zumindest mittelbar zwischen der Mutter (11) und der ersten Flachseite (9) eingeklemmt ist; ein Kontaktierungselement (6, 14, 19, 24), welches in einem die Durchgangsöffnung umgebenden ringförmigen Fügebereich (16, 21, 25) mit der Flachleiterschiene (2) stoffschlüssig verbunden ist und an welchem der Kontaktierungsbereich (5) des Kabelaufnahmeelements (3) unmittelbar anliegt. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Verbindungsanordnung (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Verbindungsanordnung und ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Verbindungsanordnung.
Durch die vermehrte Verwendung unterschiedlichster Materialkombinationen bei Fahrzeugkarosserien bis hin zur kompletten Herstellung von Fahrzeugkarosserien aus kohlefaserverstärkten Kunststoffen, beispielsweise bei sogenannten Monocoques, kann die elektrische Masserückführung über die Karosserie stark beeinträchtigt werden oder funktioniert im Extremfall gar nicht.
Der zum Beispiel über sogenannte Massekämme eingeleitete Masserückstrom folgt immer dem Weg des geringsten elektrischen Widerstandes. Durch die Verwendung unterschiedlicher Karosseriematerialien und Verbindungstechniken, wie zum Beispiel Kleben, Nieten, Schweißen und dergleichen, kann ein undefinierter bzw. ungerichteter Masserückstrom von einem Verbraucher zur Batterie des Fahrzeugs erfolgen. Infolgedessen kann es passieren, dass der elektrische Masserückfluss mit dem mit räumlichen Abstand verlegten Versorgungsstrom ein elektromagnetisches Feld aufbaut, welches Fahrzeuginsassen und auch die Bordelektronik im Fahrzeug negativ beeinflussen kann.
Um dennoch eine zuverlässige Masserückführung in Kraftfahrzeugen zu ermöglichen, könnte beispielsweise die Masserückführung über eigens dafür vorgesehene Leiter, z.B. in Form von Litzenleitern, erfolgen. Dies würde allerdings eine Gewichtserhöhung des Bordnetzes bzw. des Kabelbaumes mit sich bringen.
Durch die Verwendung von sogenannten Flachleitern bzw. Flachleiterschienen, insbesondere aus Aluminium, können der für die elektrische Masserückführung erforderliche Einbauraum und das zugehörige Leitergewicht im Kraftfahrzeug stark reduziert werden. Beispielsweise können Flachleiter-Versorgungsleitungen in Form von Aluminium-Flachleiterschienen im Unterbodenbereich und auch im Interieurbereich ohne eine zweite, masserückführende Schiene eingesetzt werden. Diese bestehen üblicherweise aus strangextrudiertem Aluminium mit Seitenverhältnissen der Querschnittsfläche von ca. 1:2 bis 1:10, wie beispielsweise in der DE 10 2014 011 180 A1 beschrieben. Entsprechend einer jeweiligen Aluminium-Kernkontur können derartige Aluminium-Flachleiterschienen im Extrusionsprozess konstant einheitlich ummantelt werden, um eine elektrische Isolation nach außen zu erreichen.
Insbesondere eine mehrschichtige Flachleiterstruktur, beispielsweise aus einer Mehrzahl von Aluminium-Flachleiterschienen, als zentrale elektrische Versorgung und Masserückführung eliminiert das Ausbilden eines elektromagnetischen Feldes unabhängig von den eingesetzten Karosseriewerkstoffen. Durch eine derartige Flachleiteranordnung im Fahrzeug kann zudem eine verbesserte Bordnetzstabilität erreicht werden. Darüber hinaus kann durch Verwendung derartiger Flachleiterschienen im Vergleich zum Einsatz von Rundleitern der erforderliche Bauraum im Kraftfahrzeug für die Masserückführung reduziert werden.
Die elektrische Kontaktierung von Kabeln an derartigen Flachleiterschienen gestaltet sich mitunter allerdings relativ schwierig und kostenintensiv.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine besonders kostengünstige und für den Einbau im Kraftfahrzeug besonders geeignete Kontaktierungsmöglichkeit von Kabeln an einer Flachleiterschiene zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch eine elektrische Verbindungsanordnung sowie durch ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Verbindungsanordnung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße elektrische Verbindungsanordnung umfasst eine Flachleiterschiene mit einer Durchgangsöffnung, welche sich durch eine erste Flachseite und zweite Flachseite der Flachleiterschiene erstreckt. Des Weiteren weist die elektrische Verbindungsanordnung ein Kabelaufnahmeelement zum elektrisch leitenden Verbinden eines Kabels mit der Flachleiterschiene auf. Zudem umfasst die elektrische Verbindungsanordnung eine Schraube, deren Schaft von der zweiten Flachseite aus durch die Durchgangsöffnung der Flachleiterschiene und durch einen Kontaktierungsbereich des Kabelaufnahmeelements hindurchgeführt ist. Des Weiteren weist die elektrische Verbindungsanordnung eine auf den Schaft der Schraube aufgeschraubte Mutter auf, mittels welcher der Kontaktierungsbereich des Kabelaufnahmeelements mittelbar zwischen der Mutter und der ersten Flachseite eingeklemmt ist. Ferner umfasst die elektrische Verbindungsanordnung ein Kontaktierungselement, welches in einem die Durchgangsöffnung umgebenden, ringförmigen Fügebereich mit der Flachleiterschiene stoffschlüssig verbunden ist und an welchem der Kontaktierungsbereich des Kabelaufnahmeelements unmittelbar anliegt.
Bei der Flachleiterschiene handelt es sich um eine bandförmige, vorzugsweise formstabile bzw. massive Schiene aus einem stromleitenden Material. Die Abmaße der Flachleiterschiene in Breitenrichtung und Längenrichtung sind dabei groß im Verhältnis zur Dicke, also der Höhe, der Flachleiterschiene. Die besagten Flachseiten erstrecken sich in Längs- und Querrichtung der Flachleiterschiene und weisen eine wesentlich größere Oberfläche als jeweilige Seitenflächen der Flachleiterschiene auf, die sich in Längs- und Hochrichtung der Flachleiter erstrecken. Die Flachseiten weisen zudem auch eine wesentlich größere Oberfläche als jeweilige Stirnflächen der Flachleiterschiene auf, die sich in Quer- und Hochrichtung der Flachleiterschiene erstrecken.
Bei dem Kabelaufnahmeelement kann es sich beispielsweise um einen Kabelschuh handeln, wobei das Kabelaufnahmeelement vorzugsweise aus einem besonders gut elektrisch leitenden Material, wie beispielsweise Kupfer, hergestellt ist. Darüber hinaus ist es aber auch möglich, dass es sich bei dem Kabelaufnahmeelement nicht nur um einen Kabelschuh, sondern um beliebige andere Kabelaufnahmeelemente handelt, mittels welchen ein Kabel aufgenommen und elektrisch leitend mit der Flachleiterschiene verbunden werden kann.
Insbesondere erstreckt sich die besagte Durchgangsöffnung in der Flachleiterschiene senkrecht zu den beiden gegenüberliegenden Flachseiten der Flachleiterschiene. Folglich ist die durch die Durchgangsöffnung hindurchgeführte Schraube in dem Fall ebenfalls senkrecht zu den beiden Flachseiten der Flachleiterschiene angeordnet. Durch Anziehen der auf den Schaft der Schraube aufgeschraubten Mutter kann der Kontaktierungsbereich des Kabelaufnahmeelements also mit einer Kraft senkrecht zu den beiden Flachseiten der Flachleiterschiene beaufschlagt werden, um das Kabelaufnahmeelement mit seinem Kontaktierungsbereich zuverlässig zwischen der Mutter und der Flachleiterschiene einzuklemmen. Dadurch wird der Kontaktierungsbereich des Kabelaufnahmeelements besonders zuverlässig an das Kontaktierungselement gepresst bzw. angelegt, welches aufgrund der stoffschlüssigen Verbindung mit der Flachleiterschiene elektrisch leitend mit dieser verbunden ist.
Mittels der elektrischen Verbindungsanordnung kann ein besonders geringer elektrischer Übergangswiderstand zwischen der Flachleiterschiene und dem Kabelaufnahmeelement, welches zum Aufnehmen eines Kabels dient, sichergestellt werden. Ein durch das Kabel, welches im Kabelaufnahmeelement aufgenommen worden ist, fließender Strom kann dadurch über das Kabelaufnahmeelement in das Kontaktierungselement und von dort aus in die Flachleiterschiene fließen, ohne dass ein hoher elektrischer Übergangswiderstand zu überwinden wäre. Aufgrund der stoffschlüssigen Verbindung des Kontaktierungselements mit der Flachleiterschiene kann ein Strom ohne große Widerstände von dem Kontaktierungselement in die Flachleiterschiene fließen. Da zudem der Kontaktierungsbereich des Kabelaufnahmeelements unmittelbar wiederum an dem Kontaktierungselement anliegt, kann vom Kabelaufnahmeelement auch ohne einen großen Übergangswiderstand ein Strom ins Kontaktierungselement fließen.
Darüber hinaus kann bei der erfindungsgemäßen elektrischen Verbindungsanordnung sichergestellt werden, dass beim Anziehen der Mutter kein Drehmoment in die stoffschlüssige Fügeverbindung zwischen dem Kontaktierungselement und der Flachleiterschiene, also in den ringförmigen Fügebereich, eingebracht wird. Denn die Schraube kann zum einen am Kopf gehalten werden, während zum anderen die Mutter, welche auf den Schaft der Schraube aufgeschraubte ist, angezogen wird. Der Kontaktierungsbereich des Kabelaufnahmeelements kann dadurch fest an das Kontaktierungselement angelegt werden, ohne dass ein Drehmoment in das Kontaktierungselement und somit in den ringförmigen Fügebereich eingebracht wird. Dadurch kann eine besonders hohe mechanische Festigkeit der gesamten Verbindungsanordnung und insbesondere des ringförmigen Fügebereichs sichergestellt werden.
Darüber hinaus spielt aufgrund der Anordnung der einzelnen Elemente der elektrischen Verbindungsanordnung ein materialtypisches Setz- und Kriechverhalten der Flachleiterschiene gar keine oder nur eine sehr untergeordnete Rolle. Denn das Kabelaufnahmeelement wird lediglich auf das Kontaktierungselement gedrückt bzw. an dieses herangepresst, ohne dass jedoch das Kabelaufnahmeelement unmittelbar an die Flachleiterschiene gepresst bzw. gedrückt wird. Infolgedessen spielt ein eventuelles Setzverhalten bzw. Fließverhalten der Flachleiterschiene im Hinblick auf die Kontaktierung des Kabelaufnahmeelements am Kontaktierungselement nur eine untergeordnete bzw. gar keine Rolle. Darüber hinaus weisen das Kontaktierungselement und das Kabelaufnahmeelement vorzugsweise eine Materialpaarung auf, welche innerhalb der elektrochemischen Spannungsreihe nicht weit voneinander entfernt sind. Dadurch kann Korrosion aufgrund einer ungünstigen Materialkombination beim Fließen von Strömen verhindert werden.
Mittels der elektrischen Verbindungsanordnung kann eine Stromversorgung und / oder gezielte Masserückführung auch bei Fahrzeugen mit schlecht oder nicht leitenden Karosserien, beispielsweise aus kohlefaserverstärktem Kunststoff, über die Flachleiterschiene und entsprechend über das Kabelaufnahmeelement aufgenommene Kabel sichergestellt werden. Zudem kann mittels der elektrischen Verbindungsanordnung eine Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit im Fahrzeug ohne eine zusätzliche Abschirmung erzielt werden. Ferner begünstigt die elektrische Verbindungsanordnung eine konventionelle Kabelbaummontage mit flexiblen Versorgungsleitungen bzw. Kabeln ohne eine externe B+-Leitung mit Karosseriedurchbrüchen und Abdichtungssystemen.
Zudem kann die Flachleiterschiene an jeder beliebigen Stelle kontaktiert werden und weist somit eine sogenannte “Multidrop“-Fähigkeit auf. Es können dabei auch mehrere der Kabelaufnahmeelemente, also z.B. mehrere Kabelschuhe, in der beschriebenen Weise elektrisch leitend mit der Flachleiterschiene verbunden werden.
Ferner weist die elektrische Verbindungsanordnung aufgrund der flachen Ausbildung der Flachleiterschiene eine reduzierte Einbauhöhe im Gegensatz zu einem Masserundleiter auf. Darüber hinaus weist die elektrische Verbindungsanordnung eine höhere Stromtragfähigkeit als Litzenleiter mit gleicher Querschnittsfläche auf. Außerdem kann unter Verwendung der elektrischen Verbindungsanordnung eine Mehrschichtflachleiterstruktur realisiert werden, wodurch eine erhöhte Bordnetzstabilität und Eliminierung unerwünschter elektromagnetischer Felder erzielt werden kann. Darüber hinaus wird eine Entkopplung einer Starter-Generatorschiene und einer Klemme-30-Schiene ermöglicht. Die elektrische Verbindungsanordnung kann zudem in 12 V-, 48 V- und auch in Hochvolt-Bordnetzen verwendet werden.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Kontaktierungselement einen kragenförmigen Randbereich aufweist, welcher einen größeren Durchmesser aufweist als die Durchgangsöffnung und an der zweiten Flachseite anliegt. Das Kontaktierungselement kann sich also mit seinem kragenförmigen Randbereich an der zweiten Flachseite der Flachleiterschiene abstützen. Dadurch wird eine besonders zuverlässige Verbindung zwischen dem Kontaktierungselement und der Flachleiterschiene begünstigt.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass sich an den kragenförmigen Randbereich ein Bereich anschließt, welcher sich durch die Durchgangsöffnung der Flachleiterschiene hindurch erstreckt und eine über die erste Flachseite hinausragende Stirnseite aufweist, an welcher der Kontaktierungsbereich des Kabelaufnahmeelements unmittelbar anliegt. Der Teil des Kontaktierungselements, welcher durch die Durchgangsöffnung der Flachleiterschiene hindurch gesteckt ist, ragt also über die Flachleiterschiene heraus, wobei am Stirnbereich, welcher über die Flachleiterschiene hinausragt, der Kontaktierungsbereich des Kabelaufnahmeelements unmittelbar anliegt. Das Kabelaufnahmeelement ist dadurch in Hochrichtung der Flachleiterschiene etwas von dieser beabstandet. Die elektrische Kontaktierung des Kabelaufnahmeelements erfolgt also ausschließlich an dem Kontaktierungselement und nicht an der Flachleiterschiene. Das Kontaktierungselement ist wiederum stoffschlüssig mit der Flachleiterschiene verbunden, sodass das Kontaktierungselement also als stromleitendes Verbindungselement zwischen dem Kabelaufnahmeelement und der Flachleiterschiene dient. Ein eventuelles Kriech- oder Setzverhalten der Flachleiterschiene wirkt sich also nicht auf die Kontaktierung des Kabelaufnahmeelements aus, da das Kabelaufnahmeelement ausschließlich mit seinem Kontaktierungsbereich an der besagten Stirnseite des Kontaktierungselements anliegt, welches die erste Flachseite der Flachleiterschiene überragt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass sich der ringförmige Fügebereich zwischen dem kragenförmigen Randbereich des Kontaktierungselements und der zweiten Flachseite befindet. Mit anderen Worten kann sich der ringförmige Fügebereich also auf der von der Mutter und dem Kabelaufnahmeelement abgewandten Seite befinden. Dadurch kann ein besonders geringer Übergangswiderstand zum Kabelaufnahmeelement erreicht werden, unter anderem durch die – bezogen auf die Anordnung des Kabelaufnahmeelements – rückseitige ringförmige Fügebereichsfläche. In diesem Zusammenhang kann es vorgesehen sein, dass der Durchmesser der Durchgangsöffnung konstant ist, die Durchgangsöffnung also eine zylinderartige Form aufweist.
Gemäß einer alternativen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Durchmesser der Durchgangsöffnung von der zweiten Flachseite zur ersten Flachseite abnimmt und sich der ringförmige Fügebereich zwischen einer die Durchgangsöffnung definierenden Mantelfläche der Flachleiterschiene und einem konischen Abschnitt des Kontaktierungselements befindet, welcher innerhalb der Durchgangsöffnung angeordnet ist. Der ringförmige Fügebereich ist also schräg zu den beiden Flachseiten der Flachleiterschiene angestellt. In Kombination mit dem konischen Abschnitt des Kontaktierungselements ergibt sich dadurch eine besonders große Fläche beim ringförmigen Fügebereich. Hierdurch werden eine besonders hohe mechanische Festigkeit innerhalb des ringförmigen Fügebereichs und ein besonders geringer elektrischer Übergangswiderstand realisiert.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass ein Schraubenkopf der Schraube das Kontaktierungselement ist. Mit anderen Worten kann es also vorgesehen sein, dass der Schraubenkopf der Schraube das Kontaktierungselement bildet. Der Schraubenkopf ist dabei vorzugsweise teilweise in die Durchgangsöffnung und somit in die Flachleiterschiene eingelassen. Vorzugsweise weist der Schraubenkopf einen versenkten Schraubenkopfantrieb, insbesondere einen Innensechskant, auf. Dadurch können Torsionskräfte beim Schraubprozess, also beim Anziehen der Mutter, formschlüssig abgefangen werden. Infolgedessen können insbesondere hohe und vibrierende Kräfte im ringförmigen Fügebereich während des Schraubprozesses vermieden werden. Da der Schraubenkopf der Schraube selbst das Kontaktierungselement bildet, muss kein separates Kontaktierungselement mehr vorgesehen werden, da zwischen dem Schraubenkopf und der Flachleiterschiene die stoffschlüssige Verbindung hergestellt wird. Zudem kann die Höhe der gesamten elektrischen Verbindungsanordnung besonders gering ausfallen, insbesondere wenn der Schraubenkopf teilweise in die Durchgangsöffnung der Flachleiterschiene eingelassen ist.
Eine alternative vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Kontaktierungselement ein von der Schraube verschiedenes Bauteil ist, durch welches der Schaft der Schraube hindurchgeführt ist und an welchem ein Schraubenkopf der Schraube anliegt. Im Zuge der Herstellung der elektrischen Verbindungsanordnung kann es in dem Fall vorgesehen sein, dass die Schraube dabei in dem Kontaktierungselement vor dem stoffschlüssigen Fügen des Kontaktierungselements und der Flachleiterschiene eingepresst wird.
Eine weitere alternative vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Kontaktierungselement ein von der Schraube verschiedenes Bauteil ist, durch welches der Schaft der Schraube hindurchgeführt ist und welches sich in radialer Richtung nach außen verjüngt, wobei die Flachleiterschiene einen sich in radialer Richtung bis zur Durchgangsöffnung konisch verjüngenden ringförmigen Teil aufweist, welcher zwischen dem Kontaktierungselement und einem weiteren als Gegenelement ausgelegten baugleichen oder nicht baugleichen Bauteil angeordnet sowie ober- und unterseitig stoffschlüssig in jeweiligen die Durchgangsöffnung umgebenden ringförmigen Fügebereichen mit dem Kontaktierungselement und dem Bauteil verbunden ist. Die beiden stoffschlüssig mit der Flachleiterschiene verbundenen Bauteile sind also kegelförmig ausgebildet und in jeweiligen Aussparungen angeordnet, welche die Durchgangsöffnung umgeben. Ein eventuelles Setz- und Kriechverhalten der Flachleiterschiene kann durch einen Spalt zwischen den beiden Bauteilen abgefangen werden. Die beiden hier beschriebenen Kontaktierungselemente – also das Kontaktierungselement, welches ein von der Schraube verschiedenes Bauteil ist, und das als Gegenelement ausgelegte baugleiche oder nicht baugleiche Bauteil – können so weit von den beiden Flachseiten der Flachleiterschiene beabstandet angeordnet und miteinander verbunden sein, dass eine kraft-, form- oder vorzugsweise stoffschlüssige Verbindung miteinander erzeugt wird. Hierdurch kann ein eventuelles Setz- oder Kriechverhalten der Flachleiterschiene durch die aneinander liegenden beidseitigen ringförmigen Kontaktierungselemente überbrückt werden.
In den Fällen, in denen das Kontaktierungselement ein von der Schraube verschiedenes Bauteil ist, ist das Kontaktierungselement vorzugsweise aus Kupfer hergestellt. Das Kontaktierungselement kann aber auch aus Kupferlegierungen, Messing, Stahl oder Aluminiumlegierungen (z.B. 6000-Legierungen), hergestellt sein.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Flachleiterschiene aus Aluminium hergestellt ist. Als Aluminiummaterial können alle üblichen Strangpressmaterialien oder Walzbänder mit einer Reinheit von mindestens 99,5 % oder höher eingesetzt werden. Hierdurch wird eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit bei einstellbarer Materialhärte gewährleistet. Die vorzugsweise aus Aluminium hergestellte Flachleiterschiene weist eine Stärke, also eine Dicke in Hochrichtung, von 0,5 bis 5 mm, vorzugsweise von 1 bis 3 mm auf. Die Flachleiterschiene kann Breiten von 5 bis 60 mm, vorzugsweise von 15 bis 60 mm aufweisen. Aus Leichtbaugründen ist die Verwendung einer aus Aluminium hergestellten Flachleiterschiene besonders vorteilhaft. Jedoch können auch weitere gängige elektrisch leitende Materialien, wie zum Beispiel Kupfer oder Messing, anstelle von Aluminium für die Herstellung der Flachleiterschiene verwendet werden.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Flachleiterschiene mit einer Isolationsschicht, also einer elektrischen Isolierung, versehen ist, welche zumindest die Durchgangsöffnung ausspart. Ein Abisolieren einer Kontaktierungsstelle an der Flachleiterschiene, also des Bereiches, an welchem das Kontaktierungselement stoffschlüssig mit der Flachleiterschiene verbunden wird, kann beispielsweise rechteckig um die Durchgangsöffnung herum und umlaufend um die Flachleiterschiene erfolgen. Alternativ ist es beispielsweise auch möglich, eine runde und lokal sehr begrenzte Abisolation im Bereich der Durchgangsöffnungen auf der ersten und zweiten Flachseite der Flachleiterschiene vorzunehmen. Die elektrische Isolation der Flachleiterschiene erfolgt vorzugsweise durch einen thermoplastischen Kunststoff. Der Thermoplast kann beispielsweise nicht stoffschlüssig oder auch stoffschlüssig mit der Flachleiterschiene verbunden sein. Bei einer stoffschlüssigen Verbindung des Thermoplastes mit der Flachleiterschiene wird die Oberfläche der Flachleiterschiene vorzugsweise zuvor elektrochemisch behandelt, zum Beispiel durch eine anodische Oxidation, wie beispielsweise durch ein Eloxalverfahren. Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn die Flachleiterschiene temperiert wird, um eine chemische Reaktion des Thermoplastes mit der Oberfläche während eines Extrusionsprozesses der Flachleiterschiene zu ermöglichen. Als Isolationsmaterialien können grundsätzlich alle Thermoplaste oder thermoplastischen Elastomere mit ausreichender elektrischer Isolationseigenschaft und Flexibilität verwendet werden. Insbesondere sind Polyolefine (Polypropylen-Copolymere, Polyethylene, etc.), Polyamide (PA12, etc.), Polyvinylchloride, thermoplastische Elastomere oder vernetzendes Polyethylen einsetzbar. Als Isolationsschichtstärken bzw. Wandstärken sind je nach Kunststofftyp und Verarbeitungstechnik 0,15 bis 3,5 mm, vorzugsweise 0,3 bis 1,5 mm, ausreichend. An jeweiligen Schmalseiten der Flachleiterschiene werden bevorzugt 0,5 bis 1,5 mm Schichtdicke bei der Isolation verwirklicht.
Zudem ist es auch möglich, dass gar keine Abisolierung der Flachleiterschiene vorgenommen wird. Dies ist insbesondere dann gut möglich, wenn stoffschlüssig anhaftende Isolationskunststoffe zur Isolierung der Flachleiterschiene verwendet werden. In dem Fall muss keine aufwendige Abtrennung bzw. Abisolierung erfolgen. Denn beim Herstellen der stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem Kontaktierungselement und der Flachleiterschiene im Bereich der Durchgangsöffnung kann der Isolationskunststoff aufgeschmolzen und verdrängt werden, sodass in dem Fall auch ohne separate Abisolierung eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Kontaktierungselement und der Flachleiterschiene erzielt werden kann.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Schraube aus Edelstahl hergestellt ist. Die Schraube kann beispielsweise in Größen von M3 bis M10 ausgelegt sein mit Längen von 3 mm bis 35 mm. Die Schraube kann aber auch statt aus Edelstahl zum Beispiel aus Messing bestehen und eine Beschichtung aus Nickel oder Silber aufweisen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen der erfindungsgemäßen elektrischen Verbindungsanordnung oder einer vorteilhaften Ausführung der erfindungsgemäßen elektrischen Verbindungsanordnung wird zum elektrisch leitenden Verbinden des Kabelaufnahmeelements mit der Flachleiterschiene das Kontaktierungselement unter Ausbildung des ringförmigen Fügebereichs stoffschlüssig mit der Flachleiterschiene verbunden und das Kabelaufnahmeelement unmittelbar am Kontaktierungselement anliegend angeordnet. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen elektrischen Verbindungsanordnung sind als vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen.
Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass das Kontaktierungselement mittels torsionalem Ultraschallschweißen mit der Flachleiterschiene verschweißt wird. Beim torsionalen Ultraschallschweißen handelt es sich um eine Art hochfrequentes Reibschweißverfahren, bei dem eine Sonotrode abwechselnd torsionale Bewegungen um deren Längsachse in die eine und andere Richtung durchführt. Dabei wird mit einer relativ hohen Frequenz, zum Beispiel von 20 kHz, und einer Amplitude von beispielsweise bis zu 80 µm in sehr kurzer Zeit – zum Beispiel innerhalb von 0,1 bis 0,4 Sekunden – große Energie in die Grenzfläche der beiden zu verschweißenden Teile eingebracht. Durch diese Grenzflächenreibung lassen sich beide Teile fest und sicher miteinander verbinden, sodass das Kontaktierungselement besonders fest und sicher mit der Flachleiterschiene verschweißt werden kann. Durch das torsionale Ultraschallschweißen kann vor allem eine Kontaktierung des Kontaktierungselements an der Flachleiterschiene senkrecht zu den Flachseiten der Flachleiterschiene auf besonders zuverlässige Weise realisiert werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:
1 eine Perspektivansicht von schräg oben auf eine erste Ausführungsform einer elektrischen Verbindungsanordnung, welche eine Flachleiterschiene umfasst, die elektrisch leitend mit einem Kabelschuh verbunden ist;
2 eine weitere Perspektivansicht der ersten Ausführungsform der elektrischen Verbindungsanordnung von schräg unten;
3 eine teilweise geschnittene Darstellung der ersten Ausführungsform der elektrischen Verbindungsanordnung, wobei die Schnittebene sich quer durch eine zum Befestigen des Kabelschuhs verwendete Schraube erstreckt;
4 eine Perspektivansicht von schräg oben auf eine zweite Ausführungsform der elektrischen Verbindungsanordnung, welche wiederum die Flachleiterschiene und den Kabelschuh umfasst;
5 eine Perspektivansicht der zweiten Ausführungsform der elektrischen Verbindungsanordnung von schräg unten;
6 eine teilweise geschnittene Darstellung der zweiten Ausführungsform der elektrischen Verbindungsanordnung, wobei sich die Schnittebene wiederum quer durch die Schraube erstreckt;
7 eine teilweise geschnittene Ansicht einer dritten Ausführungsform der elektrischen Verbindungsanordnung, wobei sich die Schnittebene wiederum quer durch die Schraube erstreckt;
8 eine Perspektivansicht von schräg oben auf eine vierte Ausführungsform der elektrischen Verbindungsanordnung, welche wiederum die Flachleiterschiene und den mit dieser verbundenen Kabelschuh aufweist;
9 eine Perspektivansicht von schräg unten der vierten Ausführungsform der elektrischen Verbindungsanordnung, in welcher zu erkennen ist, dass die Schraube einen Schraubenkopf mit einem Innensechskant aufweist;
10 eine teilweise geschnittene Ansicht der vierten Ausführungsform der elektrischen Verbindungsanordnung, wobei sich die Schnittebene wiederum quer durch die Schraube erstreckt;
11 eine Perspektivansicht von schräg oben auf eine fünfte Ausführungsform der elektrischen Verbindungsanordnung, wobei eine Isolationsschicht der Flachleiterschiene kreisrund im Bereich des Kabelschuhs ausgenommen ist; und in
12 eine Perspektivansicht von schräg unten auf die fünfte Ausführungsform der elektrischen Verbindungsanordnung.
In den Figuren werden gleiche und funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Eine erste Ausführungsform einer elektrischen Verbindungsanordnung 1 ist in 1 in einer Perspektivansicht von schräg oben dargestellt. Die elektrische Verbindungsanordnung 1 umfasst eine aus Aluminium hergestellte Flachleiterschiene 2, an welcher ein Kabelschuh 3 befestigt ist. Der Kabelschuh 3 dient als Kabelaufnahmeelement zum elektrisch leitenden Verbinden eines hier nicht dargestellten Kabels mit der Flachleiterschiene 2. Zum Aufnehmen eines Kabels umfasst der Kabelschuh 3 einen zylinderförmigen Aufnahmebereich 4. Mittels des Aufnahmebereichs 4 kann beispielsweise ein als flexibler Rund- bzw. Litzenleiter ausgebildetes Kabel aufgenommen werden. Der Kabelschuh 3 ist mit einem abgeflachten Kontaktierungsbereich 5 elektrisch leitend unter Vermittlung eines Kontaktierungselements 6 mit der Flachleiterschiene 2 elektrisch leitend verbunden. Die Flachleiterschiene 2 kann insbesondere in Kraftfahrzeugen zur elektrischen Versorgung oder Masserückführung verbaut werden.
Die Flachleiterschiene 2 umfasst eine hier nicht erkennbare Durchgangsöffnung, durch welche eine Schraube 7 mit ihrem Schaft 8 hindurchgeführt ist. Die Durchgangsöffnung erstreckt sich dabei senkrecht durch eine erste Flachseite 9 und durch eine zweite Flachseite 10 der Flachleiterschiene 2, welche gegenüberliegend zueinander angeordnet sind. Zudem ist der Schaft 8 der Schraube 7 durch eine nicht erkennbare Öffnung des Kontaktierungsbereichs 5 des Kabelschuhs 3 hindurchgeführt. Auf den Schaft 8 der Schraube 7 ist eine Mutter 11 aufgeschraubt, mittels welcher der Kontaktierungsbereich 5 des Kabelschuhs 3 zwischen der Mutter 11 und dem Kontaktierungselement 6 eingeklemmt ist. Zwischen der Mutter 11 und dem Kontaktierungsbereich 5 des Kabelschuhs 3 ist zudem noch eine Unterlegscheibe 12 angeordnet. Ferner ist die Flachleiterschiene 2 von einer Isolierung 13 umgeben, welche beispielsweise aus einem thermoplastischen Kunststoff bestehen kann. Die Isolierung 13 ist rund um den Bereich des Kontaktierungselements 6 umfangsseitig um die gesamte Flachleiterschiene rechteckig ausgespart.
In 2 ist die elektrische Verbindungsanordnung 1 in einer Perspektivansicht von schräg unten dargestellt. In der vorliegenden Darstellung ist ein Schraubenkopf 14 der Schraube 7 zu erkennen, welche an einem Bauteil 15 anliegt. Auf die Funktionsweise des Bauteils 15 im Zusammenspiel mit dem Kontaktierungselement 6 wird nachfolgend eingegangen.
In 3 ist die elektrische Verbindungsanordnung 1 in einer teilweise geschnittenen Ansicht zu erkennen. Die Schnittebene erstreckt sich dabei quer durch die Schraube 7 hindurch. In der vorliegenden Darstellung sind das Kontaktierungselement 6 und das Bauteil 15 gut zu erkennen. Das Kontaktierungselement 6 und das Bauteil 15 weisen die gleiche Form auf. Das Kontaktierungselement 6 ist in einem ringförmigen Fügebereich 16 stoffschlüssig mit der Flachleiterschiene 2 verbunden. Der Fügebereich 16 umgibt die Durchgangsöffnung der Flachleiterschiene 2. Hier ist nochmals gut zu erkennen, dass der Kontaktierungsbereich 5 des Kabelschuhs 3 unmittelbar an dem Kontaktierungselement 6 anliegt, und zwar an der Oberseite des Kontaktierungselements 6, welche von der ersten Flachseite 9 der Flachleiterschiene 2 abgewandt ist.
Das Bauteil 15, welches genauso geformt ist wie das Kontaktierungselement 6, ist ebenfalls in einem die Durchgangsöffnung der Flachleiterschiene 2 umgebenden weiteren ringförmigen Fügebereich 17 mit der Flachleiterschiene 2 stoffschlüssig verbunden. Der Schraubenkopf 14 liegt an dem Bauteil 15 außenseitig an.
Sowohl das Kontaktierungselement 6 als auch das Bauteil 15 sind durch torsionales Ultraschallschweißen mit der Flachleiterschiene 2 in den jeweiligen ringförmigen Fügebereichen 16, 17 verschweißt. Das Kontaktierungselement 6 und das Bauteil 15 verjüngen sich in radialer Richtung nach außen. Die Flachleiterschiene 2 verjüngt sich wiederum konisch bis zu ihrer Durchgangsöffnung hin.
Bei der in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsform der elektrischen Verbindungsanordnung 1 handelt es sich bei dem Kontaktierungselement 6 und dem baugleichen Bauteil 15 um kegelförmige Schweißteile, welche vorzugsweise aus einer Kupferlegierung hergestellt sind und gegenüberliegend in jeweiligen runden Aussparungen in der Flachleiterschiene 2 torsional rotierend mit dieser in den ringförmigen Fügebereichen 16, 17 verschweißt sind. Dadurch wird ein sehr geringer Übergangswiderstand zum Kabelschuh 3 erreicht, unter anderem durch die sehr großen ringförmigen Fügebereiche 16, 17. Das Setzverhalten der aus Aluminium hergestellten Flachleiterschiene 2 wird durch einen Spalt 18 zwischen den beiden Schweißteilen, also zwischen dem Kontaktierungselement 6 und dem Bauteil 15, abgefangen. Vorzugsweise wird beim Verschweißen des Kontaktierungselements 6 und des Bauteils 15 der Spalt 18 geschlossen, so dass eine kraft-, form- oder stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Kontaktierungselement 6 und dem Bauteil 15 erreicht wird. Hierdurch kann das Setz- und Kriechverhalten der Flachleiterschiene 2 noch geeigneter abgefangen werden. Denn bei geschlossenem Spalt 18 stützen sich das Kontaktierungselement 6 und das Bauteil 15 in vertikaler Richtung aufeinander ab, wodurch die Flachleiterschiene in radialer Richtung nicht nach innen ausweichen bzw. fließen kann. Um eine besonders gute beidseitige Anbindung an die Flachleiterschiene 2 bzw. aneinander zu gewährleisten, können das Kontaktierungselement 6 und das Bauteil 15 auch unterschiedliche, aufeinander abgestimmte Geometrien aufweisen.
Die Schraube 7 mit dem über den Schaft 8 gestülpten Kabelschuh 3 wird mittels der Mutter 11 mechanisch fest angezogen, wobei die mechanische Spannung beidseitig der Flachleiterschiene 2 gehalten werden kann. Der Kabelschuh 3 und das als Schweißteil dienende Kontaktierungselement 6 sind beide vorzugsweise aus Kupfer bzw. aufgrund der elektrochemischen Spannungsreihe das Kontaktierungselement 6 vorzugsweise aus Messing hergestellt, sodass ein direkter Kontakt zwischen zwei Kupferbauteilen bzw. Kupfer-Messing-Bauteilen hergestellt wird, infolgedessen sich ein sehr geringer Übergangswiderstand ohne eine Kontaktkorrosionsgefahr ergibt. Denn der Kabelschuh 3 liegt überhaupt nicht an der Flachleiterschiene 2, genauer an der ersten Flachseite 9, an. Stattdessen liegt der Kabelschuh 3 ausschließlich mit seinem Kontaktierungsbereich 5 an dem Kontaktierungselement 6 und der Unterlegscheibe 12 an. Eine Kontaktkorrosion aufgrund eines Anliegens des aus Kupfer hergestellten Kabelschuhs 3 an der aus Aluminium hergestellten Flachleiterschiene kann dadurch verhindert werden.
In den 4 bis 6 ist eine zweite Ausführungsform der elektrischen Verbindungsanordnung 1 dargestellt. Die zweite Ausführungsform der elektrischen Verbindungsanordnung 1 unterscheidet sich von der ersten, in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsform der elektrischen Verbindungsanordnung 1 dadurch, wie der Kabelschuh 3 elektrisch leitend mit der Flachleiterschiene 2 verbunden ist. Wiederum dient ein Kontaktierungselement 19 dazu, den abgeflachten Kontaktierungsbereich 5 des Kabelschuhs 3 elektrisch leitend mit der Flachleiterschiene 2 zu verbinden.
In der in 6 teilweise geschnittenen Ansicht der zweiten Ausführungsform der elektrischen Verbindungsanordnung 1 ist die Form des Kontaktierungselements 19 gut zu erkennen. Das Kontaktierungselement 19 umfasst einen kragenförmigen Randbereich 20, welcher einen größeren Durchmesser aufweist als die hier nicht näher bezeichnete Durchgangsöffnung der Flachleiterschiene 2. Der kragenförmigen Randbereich 20 liegt an der zweiten Flachseite 10 der Flachleiterschiene 2 an. Zwischen der zweiten Flachseite 10 und dem kragenförmigen Randbereich 20 befindet sich ein ringförmiger Fügebereich 21, welcher wiederum die Durchgangsöffnung der Flachleiterschiene 2 umgibt. In diesem ringförmigen Fügebereich 21 ist das Kontaktierungselement 19 mit der Flachleiterschiene wiederum stoffschlüssig verbunden. Diese stoffschlüssige Verbindung wird vorzugsweise wiederum durch torsionales Ultraschallschweißen hergestellt.
An den kragenförmigen Randbereich 20 schließt sich nach radial innen ein Bereich 22 an, welcher sich durch die Durchgangsöffnung der Flachleiterschiene 2 hindurch erstreckt und eine über die erste Flachseite 9 hinausragende Stirnseite 23 aufweist, an welcher der Kontaktierungsbereich 5 des Kabelschuhs 3 unmittelbar anliegt.
Wie bei der ersten Ausführungsform der elektrischen Verbindungsanordnung 1 ist es auch bei der zweiten Ausführungsform der elektrischen Verbindungsanordnung 1 also so, dass der Kontaktierungsbereich 5 und somit der gesamte aus Kupfer hergestellte Kabelschuh 3 nicht in direktem Kontakt mit der Flachleiterschiene 2 steht. Bei der zweiten Ausführungsform wird dies dadurch erreicht, dass das ebenfalls als Schweißteil dienende Kontaktierungselement 19 derart durch die Durchgangsöffnung der Flachleiterschiene 2 hindurchgeführt ist, dass der Kontaktierungsbereich 5 des Kabelschuhs 3 auf der Stirnseite 23 des Kontaktierungselements 9 anliegt.
Durch Anziehen der Mutter 11 wird wiederum der abgeflachte Kontaktierungsbereich 5 des Kabelschuhs 3 zwischen der Unterlegscheibe 12 und dem Kontaktierungselement 19 axial verspannt. Bei dem Kontaktierungselement 19 handelt es sich also im Wesentlichen um ein zylinderförmiges Schweißteil, das im Bereich der runden Durchgangsöffnung der aus Aluminium hergestellten Flachleiterschiene 2 verschweißt ist. Der kragenförmige Randbereich 20 dient als eine Art rückseitiger Bund, an welchem die Ringverschweißung an dem ringförmigen Fügebereich 21 realisiert ist. Der ringförmige Fügebereich 21 ist dabei so groß, dass eine ausreichende Stromtragfähigkeit zwischen dem Kabelschuh 3 und der Flachleiterschiene 2 erreicht wird.
Auch hier wird ein geringer Übergangswiderstand zum Kabelschuh 3 realisiert, unter anderem durch die rückseitige Schweißringfläche des Schweißteils, also durch den ringförmigen Fügebereich 21, in welchem das Kontaktierungselement 19 mit der Flachleiterschiene 2 verschweißt ist. Ein Setzverhalten der aus Aluminium hergestellten Flachleiterschiene 2 wird durch das aus Kupfer oder Messing hergestellte Kontaktierungselement 19 umgangen. Denn eine Axialkraft aufgrund des Anziehens der Mutter 11 wird nur auf das Kontaktierungselement 19 und nicht auf die Flachleiterschiene 2 ausgeübt. Zudem besteht auch bei der zweiten Ausführungsform der elektrischen Verbindungsanordnung 1 keine Kontaktkorrosionsgefahr zwischen der Flachleiterschiene 2 und dem Kabelschuh 3. Im Gegensatz zu der ersten Ausführungsform wird allerdings nur ein einteiliges Schweißteil in Form des Kontaktierungselements 19 verwendet.
In 7 ist eine dritte Ausführungsform der elektrischen Verbindungsanordnung 1 in einer teilweise geschnittenen Darstellung gezeigt. Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich von der zweiten Ausführungsform nur durch die Formgebung der Durchgangsöffnung innerhalb der Flachleiterschiene 2 und durch die Formgebung eines Kontaktierungselements 24. Das Kontaktierungselement 24 weist wie das Kontaktierungselement 19 der zweiten Ausführungsform einen kragenförmigen Randbereich 20 auf, welcher an der zweiten Flachseite 10 der Flachleiterschiene 2 anliegt. Auch ist das Kontaktierungselement 24 bei der dritten Ausführungsform in einem ringförmigen Fügebereich 25, welcher die Durchgangsöffnung der Flachleiterschiene 2 umgibt, stoffschlüssig mit der Flachleiterschiene 2 verbunden.
Bei der dritten Ausführungsform der elektrischen Verbindungsanordnung 1 ist allerdings der Durchmesser der Durchgangsöffnung nicht konstant. Der Durchmesser der Durchgangsöffnung der Flachleiterschiene 2 nimmt nämlich von der zweiten Flachseite 10 zur ersten Flachseite 9 ab. Die Durchgangsöffnung hat die Form eines Kegelstumpfes. Der ringförmige Fügebereich 25 befindet sich dabei zwischen einer die Durchgangsöffnung definierenden Mantelfläche der Flachleiterschiene 2 und einem konischen Abschnitt 26 des Kontaktierungselements 24, welcher in der Durchgangsöffnung der Flachleiterschiene 2 angeordnet ist. Abgesehen von dem Kontaktierungselement 24, dem ringförmigen Fügebereich 25 und dem konischen Abschnitt 26 unterscheiden sich die zweite und die dritte Ausführungsform der elektrischen Verbindungsanordnung 1 nicht weiter voneinander.
Bei der in 7 gezeigten dritten Ausführungsform wird also die Ringschweißfläche in Form des ringförmigen Fügebereichs 25 zwischen dem als Schweißteil dienenden Kontaktierungselement 24 und der aus Aluminium hergestellten Flachleiterschiene 2 durch das kegelförmige Kontaktierungselement 24 mit dem konischen Abschnitt 26 erhöht. Hierdurch werden eine besonders hohe mechanische Festigkeit der Schweißverbindung und ein geringer elektrischer Übergangswiderstand realisiert. Das Setzverhalten der aus Aluminium hergestellten Flachleiterschiene 2 wird bei der dritten Ausführungsform ebenfalls durch die Verwendung eines als Schweißteil dienenden Kontaktierungselements, also durch das Kontaktierungselement 24, realisiert. Wie bei der zweiten Ausführungsform wird ein einteiliges Schweißteil in Form des Kontaktierungselements 24 verwendet.
In den 8 bis 10 ist eine vierte Ausführungsform der elektrischen Verbindungsanordnung 1 gezeigt. Bei dieser Ausführungsform ist kein separates als Schweißteil dienendes Kontaktierungselement vorgesehen. Stattdessen dient der Schraubenkopf 14 der Schraube 7 selbst als Kontaktierungselement. Wie in 9 zu erkennen, ist der Schraubenkopf 14 teilweise in die Flachleiterschiene 2 eingelassen, wobei der Schraubenkopf 14 einen Innensechskant 27 aufweist. In 8 ist zu erkennen, dass ein Teil des Schraubenkopfs 14 durch die Flachleiterschiene 2 hindurchgeführt ist und über die erste Flachseite 9 hinaus ragt.
In 10 ist die vierte Ausführungsform der elektrischen Verbindungsanordnung 1 in einer teilweise geschnittenen Ansicht gezeigt, in der die Form der Schraube 7 gut zu erkennen ist. Der Schraubenkopf 14 weist dabei eine ganz ähnliche Formgebung auf, wie das in 6 gezeigte, als Schweißteil dienende Kontaktierungselement 19 der zweiten Ausführungsform der elektrischen Verbindungsanordnung 1. Der Schraubenkopf 14 weist nämlich ebenfalls den kragenförmigen Randbereich 20 auf, welcher an der zweiten Flachseite 10 der Flachleiterschiene 2 anliegt. Der kragenförmige Randbereich 20 ist dabei ebenfalls in dem ringförmigen Fügebereich 21 mit der Flachleiterschiene 2 stoffschlüssig verbunden. Dies kann ebenfalls durch torsionales Ultraschallschweißen erzielt werden.
Auch weist der Schraubenkopf 14 den Bereich 22 auf, welcher durch die Durchgangsöffnung der Flachleiterschiene hindurchgeführt ist, sodass die Stirnseite 23 über die erste Flachseite 9 hinaus ragt. Der Kontaktierungsbereich 5 des Kabelschuhs 3 liegt also unmittelbar an der Stirnseite 23 des Bereichs 22 des Schraubenkopfs 14 an.
Im Gegensatz zu den vorherigen Ausführungsformen gibt es also bei der vierten Ausführungsform kein separates Kontaktierungselement, da der Schraubenkopf 14 selbst als Kontaktierungselement dient, indem dieser unmittelbar mit der Flachleiterschiene 2 verschweißt ist. An dem Innensechskant 27 kann die Schraube 7 festgehalten bzw. fixiert werden, während die Mutter 11 angezogen wird, um den Kontaktierungsbereich 5 wiederum zwischen der Unterlegscheibe 12 und der Stirnseite 23 einzuspannen. Somit können Torsionskräfte während des Schraubprozesses formschlüssig abgefangen werden. Hierdurch kann verhindert werden, dass in den ringförmigen Fügebereich 21, in welchem die Flachleiterschiene 2 mit dem Schraubenkopf 14 verschweißt ist, Torsionskräfte eingebracht werden.
Entgegen der vorliegend gezeigten Darstellung ist es auch möglich, dass der Schraubenkopf 14 statt des zylinderförmigen Bereichs 22 einen konisch geformten Abschnitt wie die dritte Ausführungsform (welche in 7 gezeigt ist) aufweist. Auch bei der vierten Ausführungsform, bei welcher der Schraubenkopf 14 selbst das Schweißteil bildet, kann das Setzverhalten der aus Aluminium hergestellten Flachleiterschiene 2 umgangen werden. Insbesondere ist wie bereits erwähnt dabei kein zusätzliches Schweißteil erforderlich, da die Schraube 7 direkt mit ihrem Schraubenkopf 14 mit der Flachleiterschiene 2 verschweißt wird. Darüber hinaus ergibt sich bei dieser Ausführungsform eine besonders geringe Höhe der elektrischen Verbindungsanordnung 1 aufgrund des teilweise in die Flachleiterschiene 2 eingelassenen Schraubenkopfes 14.
In den 11 und 12 ist eine fünfte Ausführungsform der elektrischen Verbindungsanordnung 1 gezeigt. Die hier gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform nur dadurch, dass die Isolierung 13 nicht umlaufend und rechteckig entfernt worden ist. Stattdessen ist die Isolierung 13 passgenau, also kreisrund, im Bereich des Kontaktierungselements 6 und im Bereich des Bauteils 15 ausgespart worden. Diese Art der Aussparung der Isolierung 13 kann auch bei allen anderen erläuterten Ausführungsformen der elektrischen Verbindungsanordnung 1 vorgenommen werden.
Allen Ausführungsformen der elektrischen Verbindungsanordnung 1 ist gemeinsam, dass der Kabelschuh 3 mit seinem Kontaktierungsbereich 5 derart verspannt wird, dass das Setzverhalten der aus Aluminium hergestellten Flachleiterschiene 2 auf die Stabilität der Verbindungsanordnung 1 keine Auswirkungen hat. Darüber hinaus ist allen Ausführungsformen gemeinsam, dass der Kabelschuh 3 nie direkt an der Flachleiterschiene 2 anliegt. Vorzugsweise wird bei allen Ausführungsformen die stoffschlüssige Verbindung zwischen den Kontaktierungselementen 6, 19, 24, dem Bauteil 15 bzw. dem Schraubenkopf 14 und der Flachleiterschiene 2 durch torsionales bzw. rotierendes Ultraschallschweißen hergestellt.
Je nach Ausführungsform der Mutter 11 kann auf die Unterlegscheibe 12 in den in 1 bis 12 dargestellten Ausführungen der elektrischen Verbindungsanordnung 1 verzichtet werden. Die Mutter 11 kann also geometrisch z.B. so großflächig ausgeführt sein, dass auf die Unterlegscheibe 12 bei allen Ausführungsformen verzichtet werden kann. Zudem kann der Schraubenkopf 14 bei allen Ausführungsformen auch als zumindest teilweise in die Flachleiterschiene 2 eingelassene Variante mit Innensechskant realisiert sein.
Bezugszeichenliste

1: elektrische Verbindungsanordnung
2: Flachleiterschiene
3: Kabelaufnahmeelement in Form eines Kabelschuhs
4: Aufnahmebereich für einen flexiblen Rund- bzw. Litzenleiter
5: Kontaktierungsbereich
6: Kontaktierungselement
7: Schraube
8: Schaft
9: erste Flachseite
10: zweite Flachseite
11: Mutter
12: Unterlegscheibe
13: Isolierung
14: Schraubenkopf
15: Bauteil
16: ringförmiger Fügebereich
17: ringförmiger Fügebereich
18: Spalt
19: Kontaktierungselement
20: kragenförmiger Randbereich
21: ringförmiger Fügebereich
22: Bereich
23: Stirnseite
24: Kontaktierungselement
25: ringförmiger Fügebereich
26: konischen Abschnitten
27: Innensechskant

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014011180 A1 [0005]

Claims

Elektrische Verbindungsanordnung (1), umfassend – eine Flachleiterschiene (2) mit einer Durchgangsöffnung, welche sich durch eine erste Flachseite (9) und zweite Flachseite (10) der Flachleiterschiene (2) erstreckt; – ein Kabelaufnahmeelement (3) zum elektrisch leitenden Verbinden eines Kabels mit der Flachleiterschiene (2); – eine Schraube(7), deren Schaft (8) von der zweiten Flachseite (10) aus durch die Durchgangsöffnung der Flachleiterschiene (2) und durch einen Kontaktierungsbereich (5) des Kabelaufnahmeelements (3) hindurchgeführt ist; – eine auf den Schaft (8) der Schraube (7) aufgeschraubte Mutter (11), mittels welcher der Kontaktierungsbereich (5) des Kabelaufnahmeelements (3) mittelbar zwischen der Mutter (11) und der ersten Flachseite (9) eingeklemmt ist; – ein Kontaktierungselement (6, 14, 19, 24), welches in einem die Durchgangsöffnung umgebenden ringförmigen Fügebereich (16, 21, 25) mit der Flachleiterschiene (2) stoffschlüssig verbunden ist und an welchem der Kontaktierungsbereich (5) des Kabelaufnahmeelements (3) unmittelbar anliegt.
Elektrische Verbindungsanordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktierungselement (14, 19, 24) einen kragenförmigen Randbereich (20) aufweist, welcher einen größeren Durchmesser aufweist als die Durchgangsöffnung und an der zweiten Flachseite (10) anliegt.
Elektrische Verbindungsanordnung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich an den kragenförmigen Randbereich (20) ein Bereich (22, 25) anschließt, welcher sich durch die Durchgangsöffnung der Flachleiterschiene (2) hindurch erstreckt und eine über die erste Flachseite (9) hinausragende Stirnseite (23) aufweist, an welcher der Kontaktierungsbereich (5) des Kabelaufnahmeelements (3) unmittelbar anliegt.
Elektrische Verbindungsanordnung (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich der ringförmige Fügebereich (21, 25) zwischen dem kragenförmigen Randbereich (20) des Kontaktierungselements(14, 19, 24) und der zweiten Flachseite (10) befindet.
Elektrische Verbindungsanordnung (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Durchgangsöffnung von der zweiten Flachseite (10) zur ersten Flachseite (9) abnimmt und sich der ringförmige Fügebereich (25) zwischen einer die Durchgangsöffnung definierenden Mantelfläche der Flachleiterschiene (2) und einem konischen Abschnitt (26) des Kontaktierungselements (24) befindet, welcher in der Durchgangsöffnung angeordnet ist.
Elektrische Verbindungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schraubenkopf (14) der Schraube (7) das Kontaktierungselement ist.
Elektrische Verbindungsanordnung (1) nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schraubenkopf (14) einen versenkten Schraubenkopfantrieb, insbesondere einen Innensechskant (27), aufweist.
Elektrische Verbindungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktierungselement (19, 24) ein von der Schraube (7) verschiedenes Bauteil ist, durch welches der Schaft(8) der Schraube (7) hindurchgeführt ist und an welchem ein Schraubenkopf (14) der Schraube (7) anliegt.
Elektrische Verbindungsanordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktierungselement (6) ein von der Schraube (7) verschiedenes Bauteil ist, durch welches der Schaft (8) der Schraube (7) hindurchgeführt ist und welches sich in radialer Richtung nach außen verjüngt, wobei die Flachleiterschiene (2) einen sich in radialer Richtung bis zur Durchgangsöffnung konisch verjüngenden ringförmigen Teil aufweist, welcher zwischen dem Kontaktierungselement (6) und einem weiteren als Gegenelement ausgelegten baugleichen oder nicht baugleichen Bauteil (15) angeordnet sowie ober- und unterseitig stoffschlüssig in jeweiligen die Durchgangsöffnung umgebenden ringförmigen Fügebereichen (16, 17) mit dem Kontaktierungselement (6) und dem Bauteil (15) verbunden ist.
Elektrische Verbindungsanordnung (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktierungselement (6, 19, 24) aus Kupfer oder Messing hergestellt ist.
Elektrische Verbindungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachleiterschiene (2) aus Aluminium hergestellt ist.
Elektrische Verbindungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachleiterschiene (2) mit einer Isolationsschicht (13) versehen ist, welche zumindest die Durchgangsöffnung ausspart.
Elektrische Verbindungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraube (7) aus Edelstahl hergestellt ist, wenn das Kontaktierungselement (6, 19, 24) ein von der Schraube (7) verschiedenes Bauteil ist.
Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Verbindungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem zum elektrisch leitenden Verbinden des Kabelaufnahmeelements (3) mit der Flachleiterschiene (2) das Kontaktierungselement (6, 14, 19, 24) unter Ausbildung des ringförmigen Fügebereichs (16, 21, 25) stoffschlüssig mit der Flachleiterschiene (2) verbunden und das Kabelaufnahmeelement (3) unmittelbar am Kontaktierungselement (6, 14, 19, 24) anliegend angeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktierungselement (6, 14, 19, 24) mittels torsionalem Ultraschallschweißen mit der Flachleiterschiene (2) verschweißt wird.