EP2662934B1 - Verbindung eines elektrischen Kabels mit einem Kontaktteil - Google Patents

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EP2662934B1
EP2662934B1 EP13450013.1A EP13450013A EP2662934B1 EP 2662934 B1 EP2662934 B1 EP 2662934B1 EP 13450013 A EP13450013 A EP 13450013A EP 2662934 B1 EP2662934 B1 EP 2662934B1
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EP
European Patent Office
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conductor
cable
contact part
sleeve
connection
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EP13450013.1A
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English (en)
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EP2662934A2 (de
EP2662934A3 (de
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Karl Franz Fröschl
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Gebauer and Griller Kabelwerke GmbH
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Gebauer and Griller Kabelwerke GmbH
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Publication date
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    • H01R4/62—Connections between conductors of different materials; Connections between or with aluminium or steel-core aluminium conductors
    • H01R4/625—Soldered or welded connections
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    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
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    • H01R11/11—End pieces or tapping pieces for wires, supported by the wire and for facilitating electrical connection to some other wire, terminal or conductive member
    • H01R11/12—End pieces terminating in an eye, hook, or fork
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    • H01R4/02—Soldered or welded connections
    • H01R4/023—Soldered or welded connections between cables or wires and terminals
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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
    • H01R43/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining, or repairing of line connectors or current collectors or for joining electric conductors for soldered or welded connections
    • H01R43/0214—Resistance welding

Definitions

  • the invention relates to a connection of an electrical cable with the features of the preamble of claim 1.
  • the invention further relates to a method for producing a connection of an electric cable having the features of the preamble of claim 8.
  • a connection of an electrical cable to a contact part is known in which an insulation of the cable is removed in an end region of the cable and a sleeve made of aluminum or an aluminum alloy is inserted over the stripped part of the cable and pressed with the cable. Through the open end of the sleeve through the contact part is welded to the cable.
  • connection of power supply lines in particular those made of aluminum or aluminum alloys, which are increasingly preferred because of their price and weight, especially in the automotive compared to those made of copper or copper alloys, with contact parts made of copper or copper alloys, a resistance without resistance, mechanically strong and corrosion - free or . corrosion-resistant compound.
  • the contact part is welded to the cable through the end wall, the welded connection between the cable and the contact part is completely sealed from the environment and thus protected against particularly saline liquids, which corrosion between parts with different electrochemical potential, in the present case the cable made of aluminum or an aluminum alloy and the contact part of copper or a copper alloy, promote.
  • the close calibration of the contact part through the bottom of the aluminum can also increases or ensures the lateral tensile strength of the contact part at a high or even level.
  • the drawings show an embodiment of a contact part 1 according to the invention, which is to be connected to a cable 2.
  • the contact part 1 may, for example, as in the AT 510 475 A described Kontäktteil be executed and consists essentially of a first portion 4 and a second portion 5, which is arranged approximately at right angles to the first portion 4.
  • the first section 4 has an opening 6 through which a screw, not shown, can be inserted in order to connect the contact part according to the invention with another electrical component, for example with a vehicle battery.
  • the second section 5 serves to connect the contact part 1 to the cable 2, the electrical conductor 7 is either solid or may have a plurality of electrical wires or strands 7.
  • the electrical conductor 7 is surrounded in a known manner by an insulation 8, which ends at a certain distance from the end 9 of the electrical conductor 7.
  • the end 9 of the electrical conductor 7 is surrounded by a connecting cap 10, which has a sleeve 11 and an end wall 12.
  • the sleeve 11 is in a region 13 which is spaced from the end 9 and the end face of the conductor 7, with this mechanically compressed.
  • the conductor 7 located under the rear portion 13 is pressed together more strongly than that under the front portion of the sleeve 11 lying portion of the conductor 7, whereby the conductor 7 is supported from the rear, while the contact part 1 is pressed during welding against the end wall 12 and subsequently against the conductor 7 and penetrates into this, as will be explained in more detail below ,
  • connection cap 10 and the electrical conductor 7 are made of aluminum or an aluminum alloy.
  • the contact part 1 is made of copper or a copper alloy and may optionally be coated with a nickel layer.
  • the second section 5 of the contact part 1 has a projection 14 with a contact surface or end face 15 with a three-dimensional shape, which is increased in a central region with respect to an edge region surrounding the middle region.
  • the end face 15 has in the illustrated embodiment, approximately the shape of a spherical cap with a constant radius of curvature. It is within the scope of the invention, however, also possible to use other surfaces in which, for example, the radius of curvature in the central region is greater than in the edge region or vice versa, as would be the case for example with a segment of an ellipsoid of revolution. Also, a substantially conical end face 15 would be conceivable, for example.
  • the contact part 1, in particular the central region of the projection 14, has a projecting region, since then, at the first contact with the end wall 12, well-defined conditions exist spatially and with respect to the resistance at the start of the welding process, which results in a reduced scattering of the Results in the series process.
  • the end face 15 is adjoined by a section with a cylindrical outer surface 16 and, in turn, by a flange 17.
  • connection of the contact part 1 according to the invention with the electrical conductor 7 of the cable 2 takes place for example so that First, the central region 15 is applied to the end wall 12 of the connection cap 10 and an electrical voltage is applied to the contact part 1 and the connection cap 10 to weld the contact part 1 and the conductor 7 together with the connection cap 10 by a resistance welding process. At the same time, the contact part 1 and the connection cap 10 are pressed against each other.
  • the end wall 12 begins to melt in the contact region with the end wall 15 of the contact part 1, the contact part 1 itself but not, so that the projection 14 through the end wall 12 by and subsequently also melts into the conductor 7, when these parts are pressed further and further together.
  • the wall thickness of the end wall 12 is preferably slightly smaller than the wall thickness of the sleeve 11 so that it can be easily melted through during the welding process, but the sleeve 11 is sufficiently stable or remains.
  • the melt of the conductor 7 begins to flow towards the edge region and fills the free space between the connecting cap 10 and the conductor 7, since the end wall 12 prevents melt flows out to a significant extent to the outside.
  • the conductor 7 is preferably a stranded cable, the melt can also flow between the strands and spread there, so that a total of a very large-scale, compact and strong welded joint between the contact part 1 and the conductor 7 and the connecting cap 10 is formed, so that the weld also has only a low electrical resistance and is protected against corrosion.
  • the contact part 1 is also welded to the connection cap 10 or its end wall 12, the current flow is preferred maintained until the in Fig. 2 or 4 and 5 shown position is reached, in which the contact part 1 rests with its flange 17 on the connecting cap 10 and the connecting cap 10 also welded to the flange 17 - additionally results in a very strong mechanical connection, in particular a very high lateral tensile strength ,
  • Fig. 4 an ideal welded connection between the contact part 1, the conductor 7 and the connecting cap 10 is shown, in which the projection 14 is received exactly centered in the sleeve 11.
  • the diameter of the outer surface 16 of the projection 14 is preferably slightly smaller than the inner diameter of the sleeve 11, so that the melt can also spread into the gap 18 therebetween, which improves the connection both electrically and mechanically.
  • this gap also has the advantage that positioning errors of the contact part 1 with respect to the connection cap 10 at the beginning of the welding process can be tolerated, so do not disturb the welding process, which is particularly important in an automated manufacturing process, because then positioning errors to disturbances in the process or Lead the committee.

Landscapes

  • Connections Effected By Soldering, Adhesion, Or Permanent Deformation (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Verbindung eines elektrischen Kabels mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
  • Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Herstellen einer Verbindung eines elektrischen Kabels mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 8.
  • Aus der AT 510 475 A1 ist eine Verbindung eines elektrischen Kabels mit einem Kontaktteil bekannt, bei dem eine Isolierung des Kabels in einem Endbereich des Kabels entfernt ist und eine Hülse aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung über den abisolierten Teil des Kabels gesteckt und mit dem Kabel verpresst ist. Durch das offene Ende der Hülse hindurch ist der Kontaktteil mit dem Kabel verschweißt.
  • Aus der US 5 427 546 A ist eine Verbindung eines elektrischen Leiters mit einem Kontaktteil bekannt, bei der über das Ende des Leiters eine Hülse gesteckt und mit dem Leiter verpresst ist.
  • Aus der US 3 998 563 A ist ein Verfahren zum Herstellen einer Verbindung eines elektrischen Kabels mit einem Kontaktteil bekannt, bei dem der Kontaktteil mittels eines Lichtbogenschweißverfahrens mit einem Leiter verschweißt wird, der von einer Kappe umgeben ist,-die als verdampfende Elektrode dient.
  • Bei der Verbindung von Energieversorgungsleitungen, insbesondere solchen aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen, die auf Grund ihres Preises und Gewichtes insbesondere im Automobilbau zunehmend gegenüber solchen aus Kupfer oder Kupferlegierungen bevorzugt werden, mit Kontaktteilen aus Kupfer oder Kupferlegierungen, soll eine möglichst widerstandslose, mechanisch feste und korrosionsfreie bzw. korrosionsgeschützte Verbindung hergestellt werden.
  • Erfindungsgemäß wird zur Lösung dieser Aufgabe bei einer Verbindung der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass der Kontaktteil durch die Stirnwand hindurch mit dem Leiter verschweißt ist.
  • Erfindungsgemäß wird zur Lösung dieser Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass der Kontaktteil durch die Stirnwand hindurch mit dem Leiter verschweißt wird.
  • Da der Kontaktteil durch die Stirnwand hindurch mit dem Kabel verschweißt wird, ist die Schweißverbindung zwischen Kabel und Kontaktteil gegenüber der Umgebung vollständig abgeschlossen und somit vor insbesondere salzhaltigen Flüssigkeiten geschützt, welche Korrosion zwischen Teilen mit unterschiedlichem elektrochemischen Potential, im vorliegenden Fall dem Kabel aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung und dem Kontaktteil aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, fördern.
  • Die enge Kalibrierung des Kontaktteils durch den Boden der Aluminiumdose erhöht bzw. sichert außerdem die Seitenzugfestigkeit des Kontaktteils auf hohem bzw. gleichmäßigem Niveau.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung unter Bezugnahme auf die angeschlossenen Zeichnungen. Es zeigt:
    • Fig. 1
    eine Schrägansicht eines Kontaktteils vor der Verbindung mit dem mit einer Kappe versehenen Kabel,
    Fig. 2
    eine Schrägansicht des Kontaktteils nach der Verbindung mit dem Kabel,
    Fig. 3
    einen Längsschnitt durch den Kontaktteil vor der Verbindung mit dem mit einer Kappe versehenen Kabel,
    Fig. 4
    einen Längsschnitt durch den Kontaktteil nach der Verbindung mit dem Kabel und
    Fig. 5
    einen Längsschnitt durch den Kontaktteil nach der Verbindung mit dem Kabel in einer etwas verschobenen Lage.
  • Die Zeichnungen zeigen eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kontaktteiles 1, der mit einem Kabel 2 zu verbinden ist. Der Kontaktteil 1 kann z.B. wie der in der AT 510 475 A beschriebene Kontäktteil ausgeführt sein und im Wesentlichen aus einem ersten Abschnitt 4 und einem zweiten Abschnitt 5 besteht, der etwa im rechten Winkel zum ersten Abschnitt 4 angeordnet ist. Der erste Abschnitt 4 weist eine Öffnung 6 auf, durch welche eine nicht dargestellte Schraube gesteckt werden kann, um den erfindungsgemäßen Kontaktteil mit einem anderen elektrischen Bauteil, beispielsweise mit einer Fahrzeugbatterie, zu verbinden.
  • Der zweite Abschnitt 5 dient zur Verbindung des Kontaktteiles 1 mit dem Kabel 2, dessen elektrischer Leiter 7 entweder massiv ist oder mehrere elektrische Drähte oder Litzen 7 aufweisen kann. Der elektrische Leiter 7 ist auf an sich bekannte Weise von einer Isolierung 8 umgeben, die in einem gewissen Abstand vor dem Ende 9 des elektrischen Leiters 7 endet.
  • Im Bereich ohne Isolierung 8 ist das Ende 9 des elektrischen Leiters 7 von einer Verbindungskappe 10 umgeben, die eine Hülse 11 und eine Stirnwand 12 aufweist. Die Hülse 11 ist in einem Bereich 13, der vom Ende 9 bzw. der Stirnfläche des Leiters 7 beabstandet ist, mit diesem mechanisch verpresst. Dadurch wird der unter dem hinteren Abschnitt 13 liegende Leiter 7 stärker zusammen gepresst als der unter dem vorderen Abschnitt der Hülse 11 liegende Bereich des Leiters 7, wodurch der Leiter 7 von hinten gestützt wird, während der Kontaktteil 1 beim Schweißen gegen die Stirnwand 12 und in weiterer Folge gegen den Leiter 7 gedrückt wird und in diese eindringt, wie in der Folge noch näher erläutert werden wird.
  • Die Verbindungskappe 10 und der elektrische Leiter 7 bestehen aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Der Kontaktteil 1 besteht aus Kupfer oder einer Kupferlegierung und kann gegebenenfalls mit einer Nickelschicht überzogen sein.
  • Der zweite Abschnitt 5 des Kontaktteils 1 weist einen Vorsprung 14 mit einer Kontaktfläche bzw. Stirnfläche 15 mit einer dreidimensionalen Form auf, die in einem Mittelbereich gegenüber einem den Mittelbereich umgebenden Randbereich erhöht ist. Die Stirnfläche 15 weist im dargestellten Ausführungsbeispiel etwa die Form einer Kugelkalotte mit konstantem Krümmungsradius auf. Es ist im Rahmen der Erfindung aber auch möglich, andere -Flächen zu verwenden, bei denen beispielsweise der Krümmungsradius im Mittelbereich größer als im Randbereich ist oder umgekehrt, wie dies beispielsweise bei einem Segment eines Rotationsellipsoids der Fall wäre. Auch eine im Wesentlichen kegelförmige Stirnfläche 15 wäre beispielsweise denkbar. Von Vorteil ist jedenfalls, wenn der Kontaktteil 1, insbesondere der Mittelbereich des Vorsprunges 14, einen vorspringenden Bereich aufweist, da dann beim ersten Kontakt mit der Stirnwand 12 räumlich und hinsichtlich des Widerstandes bei Start des Schweißprozesses gut definierte Verhältnisse vorliegen, die eine reduzierte Streuung der Ergebnisse im Serienprozess ergeben. An die Stirnfläche 15 schließt ein Abschnitt mit einer zylindrischen Außenfläche 16 an und an diesen wiederum ein Flansch 17.
  • Die Verbindung des erfindungsgemäßen Kontaktteiles 1 mit dem elektrischen Leiter 7 des Kabels 2 erfolgt z.B. so, dass zunächst der Mittelbereich 15 an die Stirnwand 12 der Verbindungskappe 10 angelegt und an den Kontaktteil 1 und die Verbindungskappe 10 eine elektrische Spannung angelegt wird, um den Kontaktteil 1 und den Leiter 7 mit der Verbindungskappe 10 durch ein Widerstandsschweißverfahren miteinander zu verschweißen. Gleichzeitig werden der Kontaktteil 1 und die Verbindungskappe 10 gegeneinander gedrückt.
  • Da das Aluminium oder die Aluminiumlegierung einen geringeren Schmelzpunkt aufweist als das Kupfer oder die Kupferlegierung, beginnt die Stirnwand 12 im Kontaktbereich mit der Stirnwand 15 des Kontaktteils 1 zu schmelzen, der Kontaktteil 1 selbst aber nicht, so dass der Vorsprung 14 durch die Stirnwand 12 durch und in weiterer Folge auch in den Leiter 7 hinein schmilzt, wenn diese Teile immer weiter zusammen gedrückt werden. Die Wandstärke der Stirnwand 12 ist bevorzugt etwas kleiner als die Wandstärke der Hülse 11, damit sie beim Schweißprozess leichter durchschmolzen werden kann, die Hülse 11 aber ausreichen stabil ist bzw. bleibt.
  • Da der Mittelbereich gegenüber dem Randbereich der Stirnfläche 15 vorsteht, beginnt die Schmelze des Leiters 7 zum Randbereich hin abzufließen und füllt den freien Raum zwischen der Verbindungskappe 10 und dem Leiter 7, da die Stirnwand 12 verhindert, dass Schmelze in nennenswertem Ausmaß nach außen abfließt. Da der Leiter 7 bevorzugt ein Litzenkabel ist, kann die Schmelze auch zwischen die Litzen fließen und sich dort verteilen, sodass insgesamt eine äußerst großräumige, kompakte und feste Schweißverbindung zwischen dem Kontaktteil 1 und dem Leiter 7 und auch der Verbindungskappe 10 entsteht, sodass die Schweißverbindung auch nur einen geringen elektrischen Widerstand aufweist und gegen Korrosion geschützt ist.
  • Da der Kontaktteil 1 auch mit der Verbindungskappe 10 bzw. deren Stirnwand 12 verschweißt - bevorzugt wird der Stromfluss solange aufrecht erhalten, bis die in Fig. 2 bzw. 4 und 5 dargestellte Position erreicht ist, in welcher der Kontaktteil 1 mit seinem Flansch 17 an der Verbindungskappe 10 anliegt und die Verbindungskappe 10 ebenfalls mit dem Flansch 17 verschweißt - ergibt sich zusätzlich auch eine sehr feste mechanische Verbindung, insbesondere eine sehr hohe Seitenzugfestigkeit.
  • In Fig. 4 ist eine ideale Schweißverbindung zwischen dem Kontaktteil 1, dem Leiter 7 und der Verbindungskappe 10 dargestellt, in welcher der Vorsprung 14 genau zentrisch in der Hülse 11 aufgenommen ist. Der Durchmesser der Außenfläche 16 des Vorsprungs 14 ist bevorzugt etwas kleiner als der Innendurchmesser der Hülse 11, sodass sich die Schmelze auch in den Spalt 18 dazwischen ausbreiten kann, was die Verbindung sowohl elektrisch als auch mechanisch verbessert. Dieser Spalt hat aber auch den Vorteil, dass Positionierungsfehler des Kontaktteils 1 mit Bezug zur Verbindungskappe 10 zu Beginn des Schweißvorganges toleriert werden können, den Schweißprozess also nicht stören, was bei einem automatisierten Herstellungsverfahren besonders wichtig ist, weil Positionierungsfehler dann nicht zu Störungen im Ablauf bzw. Ausschuss führen.

Claims (8)

  1. Verbindung eines elektrischen Kabels (2), das einen Leiter (7), vorzugsweise einen Litzen aufweisenden Leiter (7), aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung und eine diese umgebende Isolierung (8) aufweist, mit einem aus Kupfer oder einer Kupferlegierung bestehenden Kontaktteil (1), wobei die Isolierung (8) des Kabels (2) in einem Bereich vor einem Ende (9) des Kabels (2) entfernt ist, wobei eine aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehende Hülse (11) vorgesehen ist, die den abisolierten Teil des Kabels (2) zumindest bereichsweise umschließt und die mit dem Leiter (7) des Kabels (2) verpresst ist, wobei der Kontaktteil (1) einen ersten Abschnitt (4), der mit einem weiteren Bauteil zu verbinden ist, und einen zweiten Abschnitt (5) mit einer Stirnfläche (15), die mit dem Leiter (7) verschweißt ist, aufweist, wobei die Stirnfläche (15) eine dreidimensionale Form aufweist, die in einem Mittelbereich gegenüber einem den Mittelbereich umgebenden Randbereich erhöht ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verbindungskappe (10) vorgesehen ist, welche die Hülse (11) und eine Stirnwand (12) aufweist, und dass der Kontaktteil (1) mit der Verbindungskappe sowie durch die Stirnwand (12) hindurch mit dem Leiter (7) durch Widerstandsschweißen verschweißt ist.
  2. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnwand (12) eine geringere Wandstärke als die Hülse (11) aufweist.
  3. Verbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktteil (1) im Bereich der Stirnfläche (15) hohl ist.
  4. Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Abschnitt einen an die Stirnfläche (15) anschließenden Bereich mit einer etwa zylinderförmigen Außenfläche (16) aufweist, deren Durchmesser kleiner als der Innendurchmesser der Hülse (11) im Bereich der Stirnwand (12) ist.
  5. Verbindung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass an den Bereich mit der zylindrischen Außenfläche (16) ein Flansch (17) anschließt, der an der Stirnwand (12) bzw. dem Ende der Hülse (11) anliegt und/oder mit dieser/diesem wenigstens teilweise verschweißt ist.
  6. Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (11) nur über einen Teil 13) ihrer Länge plastisch nach innen gedrückt ist.
  7. Verbindung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der plastisch nach innen gedrückte Teil (13) der Hülse (11) von der Stirnwand (12) beabstandet ist.
  8. Verfahren zum Herstellen einer Verbindung eines elektrischen Kabels (2), das einen Leiter (7), vorzugsweise einen Litzen aufweisenden Leiter (7), aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung und eine diese umgebende Isolierung (8) aufweist, mit einem aus Kupfer oder einer Kupferlegierung bestehenden Kontaktteil (1), der einen ersten Abschnitt (4), der mit einem weiteren Bauteil zu verbinden ist, und einen zweiten Abschnitt (5) mit einer Stirnfläche (15), die mit dem Leiter (7) zu verschweißen ist, aufweist, wobei die Stirnfläche (15) eine dreidimensionale Form aufweist, die in einem Mittelbereich gegenüber einem den Mittelbereich umgebenden Randbereich erhöht ist, bei dem die Isolierung (8) des Kabels (2) in einem Bereich vor einem Ende (9) des Kabels (2) entfernt wurde und bei dem eine aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehende Hülse (11) auf den abisolierten Teil des Kabels (2) aufgesetzt und mit dem Leiter (7) des Kabels (2) verpresst wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelbereich an eine Stirnwand (12) einer Verbindungskappe (10) angelegt und an den Kontaktteil (1) und die Verbindungskappe (10) eine elektrische Spannung angelegt wird, und dass der Kontaktteil (1) mit der Verbindungskappe (10) und durch die Stirnwand (12) hindurch mit dem Leiter (7) durch ein Widerstandsschweißverfahren verschweißt wird.
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