EP2579390A1 - Aluminium-Kupfer-Terminal und Verfahren zur Herstellung desselben - Google Patents
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- EP2579390A1 EP2579390A1 EP11184002.1A EP11184002A EP2579390A1 EP 2579390 A1 EP2579390 A1 EP 2579390A1 EP 11184002 A EP11184002 A EP 11184002A EP 2579390 A1 EP2579390 A1 EP 2579390A1
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- H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
- H01R4/00—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation
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- H01R4/62—Connections between conductors of different materials; Connections between or with aluminium or steel-core aluminium conductors
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- H01R43/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining, or repairing of line connectors or current collectors or for joining electric conductors
- H01R43/20—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining, or repairing of line connectors or current collectors or for joining electric conductors for assembling or disassembling contact members with insulating base, case or sleeve
- H01R43/24—Assembling by moulding on contact members
Definitions
- the invention relates to the technical field of connection technology.
- the invention relates to a method for producing an aluminum-copper terminal, an aluminum-copper terminal, a vehicle with an aluminum-copper terminal, a power supply network with an aluminum-copper terminal and a power plant with an aluminum-copper Terminal.
- Terminals or connecting parts can be used.
- the cable is connected to the terminal on one side of the terminal with the terminal and then on the other side of the terminal, the current-carrying element can be connected.
- the other side of the terminal for connection to the current-carrying element is designed in the form of a cable lug, which has a flat contact surface with a bore for receiving a fastening bolt or a screw.
- a method for producing an aluminum-copper terminal is provided, which is designed for electrically connecting a current-carrying aluminum cable with a current-carrying element.
- an aluminum contact part of the terminal is connected to a copper terminal part of the terminal. This connection takes place in a connection region and serves to produce an electrically conductive connection between the two parts.
- a media-tight that is, for example, airtight and / or watertight sealing of the connecting region by attaching a primary seal, which firmly adheres to the contact part and the connection part.
- the user electrically connects the aluminum cable to the terminal. Due to the media density, ie, for example airtight sealing of the connection area between the aluminum contact part and the copper connection part of the terminal, the electrical corrosion of the connection point is avoided, so that the electrical conductivity of the connection point decreases little or no over time.
- the contact part of the terminal is used to electrically connect a first area of the terminal, for example the rear end of the terminal, to the live aluminum cable.
- the connection part serves to electrically connect a second area of the terminal, which is, for example, its front end, to the current-carrying element.
- the attachment of the primary seal around the connection region of the terminal takes place by insert molding of the connection region.
- the primary seal can also be embodied in the form of a sealant, which is pressed against the connection region or otherwise applied.
- the sealing may be, for example, two half-shells which are provided on their inner surfaces with a sealing gel or the like, and which are wrapped around the connecting region so that it is sealed by the gel.
- a seal special thermoplastics or hotmelts, which can be applied by injection molding, or sealing compounds or Knetmassen or silicone materials are used.
- the secondary seal can be, for example, an impact-resistant plastic or an impact-resistant thermoplastic in the form of a mechanically protective housing.
- connection of the aluminum contact part with the copper connection part for producing the electrically conductive connection between these two parts can be done for example by ultrasonic welding.
- the aluminum cable can also be attached to the aluminum contact part in a later method step.
- the aluminum cable is welded to the aluminum contact part after the primary seal and, if present, the secondary seal are attached.
- the aluminum-copper terminal can be finished and sealed by the manufacturer. Then it is delivered to be connected on one side to the aluminum cable and on the other side to the other current-carrying element.
- a shrink tube may be placed around the aluminum contact portion and the copper termination to provide additional protection and seal.
- This shrink tube may also extend around the end portion of the aluminum cable.
- an aluminum-copper terminal for electrical connection of a current-carrying aluminum cable is given with a current-carrying element.
- This terminal is used, for example, by the prepared above manufacturing method.
- the terminal has an aluminum contact portion for electrically connecting a first portion of the terminal to the live wire.
- a connection part which comprises copper or consists of copper, is provided, which serves to connect a second area of the terminal to the current-carrying element.
- the copper connection part is provided with a coating, for example a nickel layer.
- a primary seal is provided, which closes the connection region between the contact part and the connection part in a media-tight manner to the outside and firmly adheres to the contact part and the connection part.
- this primary seal may be a soft, elastic seal, which in particular prevents the contact surface between the two parts from being contaminated with an electrolyte, e.g. Salt water, comes into contact.
- an electrolyte e.g. Salt water
- the terminal further comprises a secondary seal made of impact-resistant plastic, which completely covers and protects the primary seal, since the primary seal is especially for sealing, but can be very sensitive.
- This secondary seal may, for example, in addition to its outer side have a corrugation, which favors a firm adhesion of the shrink tube to the terminal.
- the primary seal is sprayed onto the connection point between the contact part and the connection part.
- the contact part and the connection part are welded together to form the conductive connection between these two parts.
- they are Other types of connections between the contacts and the connection part possible.
- connection part is designed as a cable lug.
- connection part is designed as a pole terminal of a battery.
- a vehicle having an aluminum-copper terminal described above and hereinafter.
- the terminal may be used to connect an aluminum lead to the pole of a battery of the vehicle and may be used to contact aluminum cables in the engine compartment exposed to extreme environmental conditions such as heat, cold, dew, fuel spray, vibration, salt water.
- a power supply network is provided with an aluminum-copper terminal described above and below.
- the terminal may be a terminal designed for the low voltage or medium voltage range.
- the terminal may be designed for high currents, as may occur in such networks.
- the terminal can be used in wind turbines. In the tower of the wind turbine high-flexible copper cables are used starting from the generator, which participate all rotations and movements of the generator; however, aluminum pipe is often used to redistribute and distribute energy. In the transition area just such an aluminum-copper terminal is needed again.
- a power plant is specified with an aluminum-copper terminal described above and below.
- the power plant is, for example, a wind power plant, a coal power plant, a photovoltaic power plant or a hydroelectric power plant.
- Fig. 1A shows a sectional view of a terminal 100 according to an embodiment of the invention along its longitudinal axis AA (see Fig. 1C ).
- the terminal 100 has a contact part 101 which, for example, is made of aluminum or at least comprises aluminum or an aluminum alloy. Electrically conductive is connected to a connection part 102, which consists for example of copper or at least copper or a copper alloy.
- the connection part can also be coated with nickel or another metal, in particular or exclusively in the region of the conductive connection between the two parts 105.
- the aluminum contact part 101 may have at its left end two webs 103, 104, which may be used as insulation crimp.
- Fig. 1B shows a side view of the aluminum-copper terminal, from which in particular the shape of the two webs 103, 104 can be seen prior to fixing the current-carrying cable.
- the two webs 103, 104 each have one vertical flank and an inclined flank, wherein the one web 103 has the sloping flank at its front and the other web 104, the oblique flank at its rear side, so that the two mutually opposite webs 103, 104 can be bent towards each other, without getting lost to obstruct (see for example Fig. 4A ).
- the contact surface 105 along which the conductive connection between the aluminum contact part and the copper connection part is made, may have a smaller extent than the aluminum contact part located underneath or the copper connection part 102 located above it.
- the terminal narrows in the connection region 105, and that the side edges 106, 107 of the aluminum contact part 101 1 overlap the corresponding side surfaces 108, 109 of the copper connection part 102.
- both parts 101, 102 are narrower in the contact area 105 than in the remaining area to make room for the sealing / encapsulation of this area, so that the seal then protrudes as little as possible from the finished component.
- the aluminum contact part has, between the contact area 105 and the two crimp bars 103, 104, a flat area 115 on which the current-carrying aluminum cable (see FIGS. 4A to 4C ) can be welded.
- the copper terminal 102 also has a flat portion 114 located at the right end thereof.
- This region 114 is for connection to the current-carrying element (not shown) and has, for example, a recess in the form of a bore 110 or punched-out in order to fix the end region 114 of this part 102 to the current-carrying element.
- the front side 111 of the copper connection part 102 may be rounded or circular-arc-shaped.
- the copper connection part 102 is designed in the form of a cable lug and has a step 112, which is located between the contact region 105 and the connection region 114.
- the rear portion 113 of the aluminum contact portion 101 which lies between the two crimping ribs 103, 104, may have a curved surface, which is modeled on the cross section of the cable to be absorbed.
- Fig. 2A shows a cross-sectional view of the terminal 100 of Fig. 1A to 1D after the primary seal 201 has been applied.
- the Fig. 2B to 2D show more representations of the terminal of Fig. 2A in side view, in plan view and in perspective.
- connection part 101 Between the aluminum cable to be attached later and the aluminum contact part 101 and between the aluminum contact part and the copper connection part 102 there are intermetallic, electrically conductive connections. These connections are generated for example by ultrasonic welding. To prevent electrocorrosion, the primary seal 201 is applied. In this case, the primary seal closes the connection region 105 between the connection part 102 and the contact part 101 in a media-tight manner, ie airtight and / or in particular oxygen-tight, and also adheres firmly to the contact part 101 and the connection part 102.
- media-tight manner ie airtight and / or in particular oxygen-tight
- the primary seal may be cuboid, so that a fixation of a later attached secondary seal is favored.
- the terminal By attaching the primary seal, electrocorrosion of the contact area between the two parts 101, 102 can be effectively prevented.
- the terminal can also be used in wet areas without the conductivity deteriorating.
- Fig. 3A shows a sectional view through the terminal 100 along its longitudinal axis, now a secondary seal 301, for example made of plastic, has been attached to the primary seal 201.
- the secondary seal 301 in this case can develop a mechanical protection against damage to the primary seal and can be made for example of impact-resistant plastic.
- the secondary seal may in particular be designed in the form of a housing, which is designed, for example, in two parts and is placed around the primary seal. Also, the secondary seal, like the primary seal, can be sprayed on.
- the secondary seal may have a corrugation to promote the adhesion of a subsequent shrink tube.
- the corrugation is transverse to the component, since the shrink tube during "shrinking" tends to contract in the longitudinal direction and thus could possibly slip off the seal.
- the in the Fig. 3A to 3D shown embodiment of the terminal can then be supplied in this form to the user.
- the user thus receives a ready Sealed system in which the critical transition from aluminum to copper is already sealed by the manufacturer.
- Such terminals can be used both in the vehicle sector as well as in the field of power generation (power plant technology) and energy distribution, and generally in the electrical sector.
- sealants As an alternative to the primary seal and / or the secondary seal described above, sealants, gel-filled half-shells, etc. may be used.
- FIGS. 4A to 4C show a perspective view, a side view and a top view of a terminal 100 with an attached cable 401.
- the cable 401 has an outer insulation and a lying therein strand (cable), for example, made of aluminum.
- the strand terminates in a flat, widened end 402, which comes to lie on the contact region of the aluminum contact part 101 which extends between the two crimping webs 103, 104 and the contact region 105 (see FIG Fig. 1C ) is located at the end of the aluminum contact part 101.
- the aluminum strand is ultrasonically welded to the aluminum contact part, for example.
- the two crimping webs 103, 104 can be bent inwards in order to lay around the insulation of the aluminum strand and additionally mechanically fix the cable.
- Fig. 4B is the flat portion 403 of the aluminum connector 101 to see on which the strand 402 is welded.
- the seal 201, 301 in the joining region 105 of the two parts 101, 102 excludes an oxygen supply to the contact point and thus an electrical corrosion.
- This sealing of the joining region can take place in the form of an automated process, which directly follows the welding process of the two parts 101, 102. Since this process is carried out and monitored directly by the manufacturer, a high standard of quality can be ensured.
- Fig. 5 shows another embodiment of the terminal 100, in which the copper terminal part is designed in the form of a sheet-metal battery terminal 501, which can be placed around the pole of a car battery.
- Fig. 6 1 shows a motor vehicle 600, which may be, for example, a lorry or a passenger car, and which has one or more terminals 100.
- FIG. 3 shows a power supply network 700 with multiple power plants 701, 707. Both the wind power plant 707 and the coal power plant 701 have a plurality of terminals 100. From these power plants leads 702 to corresponding transformer stations 703, 708. These transformer stations, which are designed to transform the current, have a plurality of terminals 100. From the transformer stations then lead lines 704, 709 to the households 705, 706, which may also have terminals 100.
- a "sealed" terminal as described above may be used.
- Fig. 8 shows a flowchart of a method according to an embodiment of the invention.
- the copper connection part can be designed as a stamped part or forged part.
- the punching or forging of the copper connection part as well as the stamping or forging of the aluminum contact part takes place at the manufacturer of the terminal.
- a surface treatment of the copper connection part may take place in step 803.
- the surface is nickel plated.
- a welding of the copper connection part to the aluminum contact part takes place, and in step 805 the sealing of the weld is then carried out by an encapsulation with the primary seal.
- step 806 it is then optionally possible to attach a secondary seal in the form of a plastic housing.
- the above steps are done by the manufacturer in a supervised process.
- the user can then be done in step 807 welding the aluminum cable to the aluminum contact piece.
- step 808 the isolation claws or crimping ribs 103, 104 are transferred.
- step 809 a heat shrink tubing may be further attached.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Connections Effected By Soldering, Adhesion, Or Permanent Deformation (AREA)
Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft das technische Gebiet der Verbindungstechnik. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Aluminium-Kupfer-Terminals, ein Aluminium-Kupfer-Terminal, ein Fahrzeug mit einem Aluminium-Kupfer-Terminal, ein Energieversorgungsnetzwerk mit einem Aluminium-Kupfer-Terminal und ein Kraftwerk mit einem Aluminium-Kupfer-Terminal.
- Zum elektrischen Verbinden von stromführenden Kabeln mit anderen stromführenden Elementen können sog. Terminals oder Anschlussteile verwendet werden. Das Kabel wird auf der einen Seite des Terminals mit dem Terminal leitend verbunden und an der anderen Seite des Terminals kann dann das stromführende Element angeschlossen werden. Beispielsweise ist die andere Seite des Terminals zum Anschluss an das stromführende Element in Form eines Kabelschuhs ausgeführt, welcher eine ebene Kontaktfläche mit einer Bohrung zur Aufnahme eines Befestigungsbolzens oder einer Schraube aufweist.
- Bei der Verwendung von Aluminium-Kabeln, welche leicht und preiswert sind, gestaltet sich die elektrische Kontaktierung, also die Herstellung einer elektrisch leitfähigen Verbindung, zwischen dem stromführenden Aluminium-Kabel und den stromführenden Elementen oft als schwierig. Quetschverbindungen reichen im Regelfall nicht aus, da das Aluminium zum Kaltfließen neigt und die Kontaktkraft somit nachlässt. Dies bewirkt eine Verschlechterung des elektrischen Kontaktes und kann somit zu Überhitzung oder im schlimmsten Fall zur Unterbrechung des Stromkreises führen.
- Weiterhin bildet Aluminium an der Luft eine Oxidschicht, welche nicht elektrisch leitend ist. Ein zusätzliches Problem beim Anschluss von Aluminiumkabeln an anderen metallischen, stromführenden Elementen, z.B. Kupfer, Messing oder Stahl ist die sogenannte Elektrokorrosion. Dieser elektrochemische Prozess erfolgt bei Vorhandensein von zwei Metallen mit unterschiedlichen Potentialen aus der elektrochemischen Spannungsreihe und einem Elektrolyt (z.B. Salzwasser). Dabei wird das unedlere Metall abgebaut. Somit kann die Verwendung eines Schrumpfschlauches erforderlich sein, um die elektrische Kontaktstelle zwischen Aluminium und Kupfer zu schützen.
- Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein alternatives Herstellungsverfahren zur Herstellung eines Aluminium-Kupfer-Terminals anzugeben, durch welches die Verbindungsstelle zwischen den einzelnen Elementen des Terminals zuverlässig abgedichtet werden kann und welches eine optimale elektrische Kontaktierung eines Aluminiumkabels und eines anderen stromführenden Elements ermöglicht.
- Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines Aluminium-Kupfer-Terminals angegeben, welches zur elektrischen Verbindung eines stromführenden Aluminium-Kabels mit einem stromführenden Element ausgeführt ist.
- Bei dem Verfahren erfolgt ein Verbinden eines Aluminium-Kontaktteils des Terminals mit einem Kupfer-Anschlussteil des Terminals. Diese Verbindung erfolgt in einem Verbindungsbereich und dient dem Herstellen einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen den beiden Teilen.
- Daraufhin erfolgt ein mediendichtes, also beispielsweise luftdichtes und/oder wasserdichtes Abdichten des Verbindungsbereichs durch das Anbringen einer Primärabdichtung, welche an dem Kontaktteil und dem Anschlussteil fest anhaftet.
- Dies alles geschieht bereits bei der Fertigung des Terminals. Das anwenderseitige Anbringen eines Schrumpfschlauches in einem letzten Arbeitsschritt, nachdem das Aluminium-Kabel bereits an das Terminal angeschlossen ist, ist nicht mehr erforderlich, kann allerding zusätzlich erfolgen, ist aber zur Vermeidung der Elektrokorrosion nicht zwingend nötig und dient nur mehr zur Abdeckung der Aluminium-Kontaktierung, des Isolationscrimps und des Schweißbereiches bis hin zur Primär/Sekundärabdichtung.
- Hierdurch kann bereits frühzeitig eine Elektrokorrosion der Kontaktstelle zwischen dem Aluminium-Kontaktteil des Terminals und dem weiterführenden Kupfer-Anschlussteil vermieden werden. Weiterhin können dadurch die Installationsschritte, die der Anwender durchführen muss, reduziert werden.
- Im Prinzip genügt es, wenn der Anwender das Aluminium-Kabel mit dem Terminal elektrisch leitend verbindet. Aufgrund der Mediendichten, also z.B. luftdichten, Abdichtung des Verbindungsbereichs zwischen dem Aluminium-Kontaktteil und dem Kupfer-Anschlussteil des Terminals wird die Elektrokorrosion der Verbindungsstelle vermieden, so dass die elektrische Leitfähigkeit der Verbindungsstelle über die Zeit wenig oder gar nicht abnimmt.
- Das Kontaktteil des Terminals dient dem elektrischen Anschluss eines ersten Bereichs des Terminals, beispielsweise des hinteren Endes des Terminals, an das stromführende Aluminium-Kabel. Das Anschlussteil dient dem elektrischen Anschluss eines zweiten Bereichs des Terminals, bei dem es sich beispielsweise um dessen vorderes Ende handelt, an das stromführende Element.
- Somit kann durch Verwendung von Aluminium an der Kabelanschlussseite und Kupfer an der Kontaktierungsseite und gleichzeitigem Ausschließen einer ungewollten Elektrokorrosion, z.B. indem der kritische Übergangsbereich von Aluminium zu Kupfer zuverlässig abgedichtet wird, eine optimale Kontaktierung eines Aluminiumkabels und eines anderen stromführenden Elements erfolgen.
- Im Folgenden sei darauf hingewiesen, dass die nachfolgend beschriebenen Vorrichtungsmerkmale des Terminals auch durch entsprechende Verfahrensschritte bei der Herstellung des Terminals implementiert werden können.
- Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung erfolgt das Anbringen der Primärabdichtung um den Verbindungsbereich des Terminals durch ein Umspritzen des Verbindungsbereichs. Alternativ kann die Primärabdichtung auch in Form einer Dichtmasse ausgeführt sein, welche an den Verbindungsbereich angedrückt oder anderweitig aufgebracht wird. Auch kann es sich bei der Abdichtung beispielsweise um zwei Halbschalen handeln, welche an deren Innenflächen mit einem dichtenden Gel oder dergleichen versehen sind, und welche um den Verbindungsbereich herumgelegt werden, so dass dieser vom Gel abgedichtet wird. Als Abdichtung können spezielle Thermoplaste oder Hotmelts, welche sich im Spritzgussverfahren aufbringen lassen, oder Dichtmassen bzw. Knetmassen bzw. Silikonmaterialien verwendet werden.
- Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann nach der Anbringung der Primärabdichtung ein Anbringen einer Sekundärabdichtung um die Primärabdichtung erfolgen.
- Bei der Sekundärabdichtung kann es sich beispielsweise um einen schlagfesten Kunststoff oder einen schlagzähen Thermoplast in Form eines mechanisch schützenden Gehäuses handeln.
- Das Verbinden des Aluminium-Kontaktteils mit dem Kupfer-Anschlussteil zum Herstellen der elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen diesen beiden Teilen kann beispielsweise durch Ultraschallschweißen erfolgen. Auf ebendiese Weise kann in einem späteren Verfahrensschritt auch das Aluminium-Kabel an das Aluminium-Kontaktteil angebracht werden. Insbesondere ist es möglich, dass das Aluminium-Kabel an das Aluminium-Kontaktteil angeschweißt wird, nachdem die Primärabdichtung und, falls vorhanden, die Sekundärabdichtung angebracht sind.
- In anderen Worten kann also das Aluminium-Kupfer-Terminal herstellerseitig fertiggestellt und versiegelt werden. Danach wird es ausgeliefert, um auf der einen Seite an das Aluminium-Kabel und auf der anderen Seite an das andere stromführende Element angeschlossen zu werden.
- Danach kann ein Schrumpfschlauch um das Aluminium-Kontaktteil und das Kupfer-Anschlussteil gelegt werden, um einen zusätzlichen Schutz und eine zusätzliche Dichtung zu erreichen. Dieser Schrumpfschlauch kann sich auch um den Endbereich des Aluminium-Kabels erstrecken.
- Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Aluminium-Kupfer-Terminal zur elektrischen Verbindung eines stromführenden Aluminium-Kabels mit einem stromführenden Element angegeben. Dieses Terminal wird beispielsweise durch das oben beschriebene Herstellungsverfahren hergestellt. Das Terminal weist ein Kontaktteil aus Aluminium zum elektrischen Anschluss eines ersten Bereichs des Terminals an das stromführende Kabel auf. Darüber hinaus ist ein Anschlussteil, welches Kupfer aufweist oder aus Kupfer besteht, vorgesehen, welches dem Anschluss eines zweiten Bereichs des Terminals an das stromführende Element dient. Beispielsweise ist das Kupfer-Anschlussteil mit einer Beschichtung, beispielsweise einer Nickelschicht, versehen.
- Darüber hinaus ist eine Primärabdichtung vorgesehen, welche den Verbindungsbereich zwischen dem Kontaktteil und dem Anschlussteil mediendicht nach außen abschließt und an dem Kontaktteil und dem Anschlussteil fest anhaftet.
- Bei dieser Primärabdichtung kann es sich beispielsweise um eine weiche, elastische Abdichtung handeln, welche insbesondere verhindert, dass die Kontaktfläche zwischen den beiden Teilen mit einem Elektrolyten, z.B. Salzwasser, in Berührung kommt.
- Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist das Terminal weiterhin eine Sekundärabdichtung aus schlagfestem Kunststoff auf, welche die Primärabdichtung vollständig abdeckt und schützt, da die Primärabdichtung speziell zum Abdichten da ist, jedoch sehr empfindlich sein kann. Diese Sekundärabdichtung kann beispielsweise zusätzlich an ihrer Außenseite eine Riffelung aufweisen, welche ein festes Anhaften des Schrumpfschlauchs an das Terminal begünstigt.
- Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Primärabdichtung auf die Verbindungsstelle zwischen dem Kontaktteil und dem Anschlussteil aufgespritzt. Das Kontaktteil und das Anschlussteil sind miteinander verschweißt, um die leitfähige Verbindung zwischen diesen beiden Teilen auszubilden. Allerdings sind auch andere Verbindungsarten zwischen den Kontakten und dem Anschlussteil möglich.
- Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist das Anschlussteil als Kabelschuh ausgebildet. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist das Anschlussteil als Polklemme einer Batterie ausgebildet.
- Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Fahrzeug angegeben, welches ein oben und im Folgenden beschriebenes Aluminium-Kupfer-Terminal aufweist. Das Terminal kann beispielsweise zum Anschluss einer Aluminium-Leitung an den Pol einer Batterie des Fahrzeugs dienen und speziell zur Kontaktierung von Aluminiumkabeln im Motorraum, welcher extremen Umwelteinflüssen wie Hitze, Kälte, Taubeschlag, Treibstoffnebel, Vibration, Salzwasser ausgesetzt ist verwendet werden.
- Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Energieversorgungsnetzwerk mit einem oben und im Folgenden beschriebenen Aluminium-Kupfer-Terminal angegeben. In diesem Fall kann es sich bei dem Terminal um ein Terminal handeln, welches für den Niederspannungs- oder Mittelspannungsbereich ausgelegt ist. Insbesondere kann das Terminal für hohe Ströme, wie sie in solchen Netzwerken auftreten können, ausgeführt sein. Insbesondere kann das Terminal in Windkraftanlagen verwendet werden. Im Turm der Windkraftanlage werden vom Generator abgehend hochflexible Kupferleitungen verwendet, welche sämtliche Drehungen und Bewegungen des Generators mitmachen; zur Weiterleitung und Verteilung der Energie werden aber oft wieder Aluminiumleitung verwendet. Im Übergangsbereich wird eben wieder ein solches Aluminium-Kupfer-Terminal benötigt.
- Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Kraftwerk mit einem oben und im Folgenden beschriebenen Aluminium-Kupfer-Terminal angegeben. Bei dem Kraftwerk handelt es sich beispielsweise um ein Windkraftwerk, ein Kohlekraftwerk, ein Photovoltaikkraftwerk oder ein Wasserkraftwerk.
- Im Folgenden werden mit Verweis auf die Figuren Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. In den folgenden Figuren können gleiche Bezugszeichen die gleichen Elemente bezeichnen. Die gleichen Elemente können aber auch durch verschiedene Bezugszeichen bezeichnet sein.
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Fig. 1A bis 1D zeigen vier Ansichten eines Terminals gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung nach der Durchführung der ersten Fertigungsschritte. -
Fig. 2A bis 2D zeigen das Terminal derFig. 1A bis 1D nach einem weiteren Fertigungsschritt. -
Fig. 3A bis 3D zeigen das Terminal derFig. 2A bis 2D nach einem weiteren Fertigungsschritt. -
Fig. 4A bis 4C zeigen das Terminal derFig. 3A bis 3D nach dem Anschluss eines Kabels. -
Fig. 5 zeigt ein Terminal gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem das Anschlussteil als Batterieklemme ausgebildet ist. -
Fig. 6 zeigt ein Fahrzeug mit einem Terminal gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. -
Fig. 7 zeigt ein Energieversorgungsnetzwerk mit Kraftwerken, Schaltwerken und Endabnehmern, sowie mehreren Terminals gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. -
Fig. 8 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. -
Fig. 1A zeigt eine Schnittdarstellung eines Terminals 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung entlang dessen Längsachse A-A (sieheFig. 1C ). - Das Terminal 100 weist ein Kontaktteil 101 auf, welches beispielsweise aus Aluminium gefertigt ist oder zumindest Aluminium oder eine Aluminiumlegierung aufweist. Elektrisch leitfähig damit verbunden ist ein Anschlussteil 102, welches beispielsweise aus Kupfer besteht oder zumindest Kupfer oder eine Kupferlegierung aufweist. Auch kann das Anschlussteil mit Nickel oder einem anderen Metall beschichtet sein, insbesondere oder ausschließlich im Bereich der leitfähigen Verbindung zwischen den beiden Teilen 105.
- Darüber hinaus kann das Aluminium-Kontaktteil 101 an seinem linken Ende zwei Stege 103, 104 aufweisen, welche als Isolationscrimp verwendet werden können.
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Fig. 1B zeigt eine Seitenansicht des Aluminium-Kupfer-Terminals, aus welcher insbesondere die Formgebung der beiden Stege 103, 104vor dem Fixieren des stromführenden Kabels erkennbar ist. Die beiden Stege 103, 104 weisen jeweils eine vertikale Flanke und eine schräge Flanke auf, wobei der eine Steg 103die schräge Flanke an seiner Vorderseite aufweist und der andere Steg 104 die schräge Flanke an seiner Rückseite, so dass die beiden einander gegenüber angeordneten Stege 103, 104 aufeinander zugebogen werden können, ohne sich dabei zu behindern (siehe beispielsweiseFig. 4A ). - Aus der
Fig. 1C ist zu erkennen, dass die Kontaktfläche 105, entlang welcher die leitfähige Verbindung zwischen dem Aluminium-Kontaktteil und dem Kupfer-Anschlussteil hergestellt wird, eine geringere Ausdehnung aufweisen kann, als das darunter befindliche Aluminium-Kontaktteil bzw. das darüber befindliche Kupfer-Anschlussteil 102. - Auch kann vorgesehen sein, dass sich das Terminal im Verbindungsbereich 105 verschmälert, und dass die Seitenkanten 106, 107 des Aluminium-Kontaktteils 101 1 die entsprechenden Seitenflächen 108, 109 des Kupfer-Anschlussteils 102 überlappen. In anderen Worten sind beide Teile 101, 102 im Kontaktbereich 105 schmäler als im übrigen Bereich, um Platz zu schaffen für die Abdichtung/Umspritzung dieses Bereiches, damit die Abdichtung dann so wenig als möglich vom fertigen Bauteil vorsteht.
- Das Aluminium-Kontaktteil weist zwischen dem Kontaktbereich 105 und den beiden Crimp-Stegen 103, 104 einen ebenen Bereich 115 auf, an dem das stromführende Aluminium-Kabel (siehe
Fig. 4A bis 4C ) angeschweißt werden kann. - Das Kupfer-Anschlussteil 102 weist ebenfalls einen ebenen Bereich 114 auf, der sich an dessen rechtem Ende befindet. Dieser Bereich 114 dient dem Anschluss an das stromführende Element (nicht gezeigt) und weist beispielsweise eine Aussparung in Form einer Bohrung 110 oder Ausstanzung auf, um den Endbereich 114 dieses Teils 102 an dem stromführenden Element zu fixieren.
- Um beispielsweise ein Einschieben in eine entsprechende Buchse des stromführenden Elements zu erleichtern, kann die Vorderseite 111 des Kupfer-Anschlussteils 102 abgerundet oder kreisbogenförmig ausgestaltet sein.
- Wie aus
Fig. 1D ersichtlich, ist das Kupfer-Anschlussteil 102 in Form eines Kabelschuhs ausgebildet und weist eine Abstufung 112 auf, welche sich zwischen dem Kontaktbereich 105 und dem Anschlussbereich 114 befindet. - Der hintere Bereich 113 des Aluminium-Kontaktteils 101, der zwischen den beiden Crimp-Stegen 103, 104 liegt, kann eine gebogene Oberfläche aufweisen, welche dem Querschnitt des aufzunehmenden Kabels nachempfunden ist.
-
Fig. 2A zeigt eine Querschnittsdarstellung des Terminals 100 derFig. 1A bis 1D , nachdem die Primärabdichtung 201 aufgebracht ist. DieFig. 2B bis 2D zeigen weitere Darstellungen des Terminals derFig. 2A in Seitenansicht, in Draufsicht und in perspektivischer Darstellung. - Zwischen dem später anzubringenden Aluminium-Kabel und dem Aluminium-Kontaktteil 101 sowie zwischen dem Aluminium-Kontaktteil und dem Kupfer-Anschlussteil 102 bestehen intermetallische, elektrisch leitfähige Verbindungen. Diese Verbindungen werden beispielsweise durch Ultraschallschweißen erzeugt. Um Elektrokorrosion zu verhindern, wird die Primärabdichtung 201 aufgebracht. Die Primärabdichtung schließt hierbei den Verbindungsbereich 105 zwischen dem Anschlussteil 102 und dem Kontaktteil 101 mediendicht, also z.B. luftdicht und/oder insbesondere sauerstoffdicht, ab und haftet darüber hinaus fest an dem Kontaktteil 101 und dem Anschlussteil 102 an.
- Die Primärabdichtung kann quaderförmig ausgeführt sein, so dass eine Fixierung einer später angebrachten Sekundärabdichtung begünstigt wird.
- Durch die Anbringung der Primärabdichtung kann eine Elektrokorrosion des K0ontaktbereiches zwischen den beiden Teilen 101, 102 wirksam verhindert werden. Darüber hinaus lässt sich somit das Terminal auch in Nassbereichen einsetzen, ohne dass sich die Leitfähigkeit hierbei verschlechtert.
-
Fig. 3A zeigt eine Schnittdarstellung durch das Terminal 100 entlang seiner Längsachse, wobei nun eine Sekundärabdichtung 301, beispielsweise aus Kunststoff, über der Primärabdichtung 201 angebracht wurde. - Die Sekundärabdichtung 301 kann hierbei eine mechanische Schutzwirkung gegen eine Beschädigung der Primärabdichtung entfalten und kann beispielsweise aus schlagfestem Kunststoff gefertigt sein.
- Die Sekundärabdichtung kann insbesondere in Form eines Gehäuses ausgeführt sein, welches beispielsweise zweiteilig gestaltet ist und um die Primärabdichtung gelegt wird. Auch kann die Sekundärabdichtung, ähnlich wie die Primärabdichtung, aufgespritzt werden.
- Die Sekundärabdichtung kann eine Riffelung aufweisen, um das Anhaften eines späteren Schrumpfschlauches zu begünstigen. Die Riffelung ist quer zum Bauteil, da der Schrumpfschlauch beim "Schrumpfen" dazu tendiert, sich auch in Längsrichtung zusammenzuziehen und somit eventuell vom der Abdichtung abrutschen könnte.
- Die in den
Fig. 3A bis 3D gezeigte Ausführungsform des Terminals kann dann in dieser Form an den Anwender geliefert werden. Der Anwender erhält somit ein fertig gedichtetes System, bei welchem der kritische Übergang von Aluminium zu Kupfer bereits vom Hersteller abgedichtet ist. - Derartige Terminals können sowohl im Fahrzeugbereich als auch im Bereich der Energieerzeugung (Kraftwerkstechnik) und Energieverteilung, sowie generell im Elektrobereich eingesetzt werden.
- Alternativ zu der oben beschriebenen Primärabdichtung und/oder der oben beschriebenen Sekundärabdichtung können Dichtmassen, gelgefüllte Halbschalen, usw. verwendet werden.
- Die
Fig. 4A bis 4C zeigen eine perspektivische Darstellung, eine Seitenansicht und eine Draufsicht eines Terminals 100 mit einem daran angeschlossenem Kabel 401. Das Kabel 401 weist eine äußere Isolierung sowie eine darinnen liegende Litze (Kabel), beispielsweise aus Aluminium, auf. Die Litze mündet in einem flächigen, verbreiterten Ende 402, welches auf dem Kontaktbereich des Aluminium-Kontaktteils 101 zu liegen kommt, der sich zwischen den beiden Crimp-Stegen 103, 104 und dem Kontaktbereich 105 (sieheFig. 1C ) am Ende des Aluminium-Kontaktteils 101 befindet. - In diesem Bereich wird die Aluminium-Litze mit dem Aluminium-Kontaktteil beispielsweise Ultraschall-verschweißt.
- Vor der Verschweißung oder danach können die beiden Crimp-Stege 103, 104 nach innen gebogen werden, um sich um die Isolierung der Aluminiumlitze zu legen und das Kabel zusätzlich mechanisch zu fixieren.
- In
Fig. 4B ist der flächige Bereich 403 des Aluminium-Anschlussteils 101 zu sehen, auf welchen die Litze 402 aufgeschweißt wird. - Die Abdichtung 201, 301 im Fügebereich 105 der beiden Teile 101, 102 schließt eine Sauerstoffzufuhr an die Kontaktstelle und damit eine Elektrokorrosion aus. Diese Abdichtung des Fügebereichs kann in Form eines automatisierten Prozesses erfolgen, welcher sich direkt an den Schweißvorgang der beiden Teile 101, 102 anschließt. Da dieser Prozess direkt von Hersteller ausgeführt und überwacht wird, kann ein hoher Qualitätsstandard sichergestellt werden.
-
Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Terminals 100, bei welchem das Kupfer-Anschlusssteil in Form einer Blech-Batterieklemme 501 ausgeführt ist, die um den Pol einer Autobatterie gelegt werden kann. -
Fig. 6 zeigt ein Kraftfahrzeug 600, bei dem es sich beispielsweise um einen Lastkraftwagen oder einen Personenkraftwagen handeln kann, und welches ein oder mehrere Terminals 100 aufweist. -
Fig. 7 zeigt ein Energieversorgungsnetzwerk 700 mit mehreren Kraftwerken 701, 707. Sowohl das Windkraftwerk 707 als auch das Kohlekraftwerk 701 weisen mehrere Terminals 100 auf. Von diesen Kraftwerken führen Leitungen 702 zu entsprechenden Transformatorstationen 703, 708. Auch diese Transformatorstationen, welche zur Transformation des Stromes ausgeführt sind, weisen mehrere Terminals 100 auf. Von den Trafostationen führen dann Leitungen 704, 709 zu den Haushalten 705, 706, welche ebenfalls Terminals 100 aufweisen können. - Immer dort, wo der Übergang von Kupferkabeln zu Aluminiumkabeln geschieht, kann ein oben beschriebenes "gedichtetes " Terminal verwendet werden.
-
Fig. 8 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Kupfer-Anschlussteil kann als Stanzteil oder Schmiedeteil ausgeführt sein. Beispielsweise erfolgt beim Hersteller des Terminals das Stanzen bzw. Schmieden des Kupfer-Anschlussteils sowie das Stanzen bzw. Schmieden des Aluminium-Kontaktteils. Nach diesen ersten beiden Schritten 801, 802 kann eine Oberflächenbehandlung des Kupfer-Anschlussteils im Schritt 803 erfolgen. Beispielsweise wird die Oberfläche vernickelt. Danach erfolgt im Schritt 804 ein Schweißen des Kupfer-Anschlussteils an das Aluminium-Kontaktteil und im Schritt 805 erfolgt dann das Abdichten der Schweißstelle durch eine Umspritzung mit der Primärabdichtung. - Im Schritt 806 kann dann wahlweise das Anbringen einer Sekundärabdichtung in Form eines Kunststoffgehäuses erfolgen. Die vorgenannten Schritte erfolgen beim Hersteller in einem überwachten Prozess. Beim Anwender kann dann im Schritt 807 ein Anschweißen des Aluminium-Kabels an das Aluminium-Kontaktstück erfolgen. Im Schritt 808 werden die Isolations-Krallen bzw. Crimp-Stege 103, 104 umgelegt. Im Schritt 809 kann dann darüber hinaus ein Schrumpfschlauch angebracht werden.
- Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass "umfassend" und "aufweisend" keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und "eine" oder "ein" keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkungen anzusehen.
Claims (18)
- Aluminium-Kupfer-Terminal zur elektrischen Verbindung eines stromführenden Aluminium-Kabels mit einem stromführenden Element, das Aluminium-Kupfer-Terminal aufweisend:ein Kontaktteil (101) aus Aluminium zum elektrischen Anschluss eines ersten Bereichs (403) des Terminals (100) an das stromführende Kabel (401);ein Anschlussteil (102), welches Kupfer aufweist, zum Anschluss eines zweiten Bereichs (114) der des Terminals (100) an das stromführende Element;wobei das Kontaktteil (101) mit dem Anschlussteil (102) an einem Verbindungsbereich (105) leitfähig miteinander verbunden ist;wobei der kritische Übergangsbereich zwischen dem Kontaktteil und dem Anschlussteil schon Herstellerseitig, beispielsweise durch eine Umspritzung, soweit abgedichtet ist, dass am Bauteil eine Elektrokorrosion weitestgehend vermieden werden kann.
- Aluminium-Kupfer-Terminal nach Anspruch 1, bei welchem sich der Anwender nicht mehr um die Abdichtung kümmern muss.
- Aluminium-Kupfer-Terminal nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend:eine Primärabdichtung (201);wobei Primärabdichtung (201) den Verbindungsbereich (105) mediendicht abschließt und an dem Kontaktteil (101) und dem Anschlussteil (102) fest anhaftet.
- Aluminium-Kupfer-Terminal nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
weiterhin aufweisend eine Sekundärabdichtung (301) aus schlagfestem Kunststoff, welche die Primärabdichtung (201) vollständig abdeckt. - Aluminium-Kupfer-Terminal nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Primärabdichtung (201) aus einem elastischen Material besteht.
- Aluminium-Kupfer-Terminal nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Sekundärabdichtung (301) auf ihrer Außenseite eine Riffelung aufweist. - Aluminium-Kupfer-Terminal nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Primärabdichtung (201) auf das Kontaktteil (101) und das Anschlussteil (102) aufgespritzt ist. - Aluminium-Kupfer-Terminal nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Kontaktteil (101) mit dem Anschlussteil (102) verschweißt ist, um die leitfähige Verbindung auszubilden und eine möglichst optimale Verbindung und Leitfähigkeit durch eine intermetallische Verbindung zu gewährleisten. - Aluminium-Kupfer-Terminal nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Anschlussteil (102) als Kabelschuh ausgebildet ist.
- Aluminium-Kupfer-Terminal nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
wobei das Anschlussteil (102) als Polklemme einer Batterie ausgebildet ist. - Verfahren zum Herstellen eines Aluminium-Kupfer-Terminals (100), welches zur elektrischen Verbindung eines stromführenden Aluminium-Kabels mit einem stromführenden Element ausgeführt ist, das Verfahren aufweisend die Schritte:Verbinden eines Aluminium-Kontaktteils (101) mit einem Kupfer-Anschlussteil (102) an einem Verbindungsbereich (105) zum Herstellen einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen den beiden Teilen (101, 102);luftdichtes Abdichten des Verbindungsbereiches (105) durch Anbringen einer Primärabdichtung (201), z.B. durch Umspritzen mit einem speziellen Thermoplast im Spritzgussverfahren, wobei die Primärabdichtung an dem Kontaktteil (101) und dem Anschlussteil (101) fest anhaftet;wobei das Kontaktteil (101) zum elektrischen Anschluss eines ersten Bereichs (403) des Terminals (100) an das stromführende Kabel (401) ausgeführt ist;wobei das Anschlussteil (102) zum elektrischen Anschluss eines zweiten Bereichs (114) der des Terminals (100) an das stromführende Element ausgeführt ist.
- Verfahren nach Anspruch 11,
wobei das Anbringen der Primärabdichtung (201) durch Umspritzen des Verbindungsbereiches (105) erfolgt. - Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, weiterhin aufweisend den Schritt:Anbringen einer Sekundärabdichtung (301) um die Primärabdichtung (201).
- Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13,
wobei nach dem Anbringen der Primärabdichtung (201) und gegebenenfalls nach dem Anbringen der Sekundärabdichtung (301) ein Anschweißen des Aluminium-Kabels an das Aluminium-Kontaktteil (101) erfolgt. - Verfahren nach Anspruch 14,
wobei nach dem Anschweißen des Aluminium-Kabels an das Aluminium-Kontaktteil (101) ein Anbringen eines Schrumpfschlauchs um das Aluminium-Kontaktteil (101) und das Anschlussteil (102) erfolgt. - Fahrzeug (600) mit einem Aluminium-Kupfer-Terminal nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
- Energieversorgungsnetzwerk (700), bei dem der Übergang von einer Aluminiumleitung zu einer Kupferleitung mit einem Aluminium-Kupfer-Terminal nach einem der Ansprüche 1 bis 10 ausgebildet ist.
- Kraftwerk (701, 707) mit einem Aluminium-Kupfer-Terminal nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
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