CN111279560B - 具有直接接触部的电线路装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于通过将电导体(6)材料配合地接合到金属构件(2)上来制造电线路装置(1)的方法，该方法具有如下步骤：成型金属构件(2)的部分区段以用于构造容纳套筒(5)；将导体(6)引入到容纳套筒(5)中；将摩擦焊接工具(9)放在该容纳套筒处；和相对于所述金属构件(2)和/或所述导体(6)来移动所述摩擦焊接工具(9)以用于产生焊接能量，以用于使得所述金属构件(2)的面向所述导体(6)的部分区段和/或所述导体(6)至少部分地熔化。本发明还涉及一种电线路装置(1)。

Description

具有直接接触部的电线路装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种用于通过将电导体的自由末端材料配合地接合到金属构件上来制造电线路装置的方法。本发明还涉及这样的电线路装置。尤其是，在导体和金属构件之间设置直接接触。
背景技术
尤其是，在机动车中，在电线路装置中常常使用轻型的铝导体，这些铝导体由于铝的流变特性而仅能够在机械上困难地连接。因为例如使用压接方法用于将导体与电接触件连接，其中该电接触件作为用于导体的对应件的中间部件，该导体的铝可能还在线路装置的产品寿命周期之内就由于自身的流变特性而以这样的程度弯曲，使得该接触件不期望地松动。因此，越来越常见地在该接触件的空隙下方设置在导体和线路装置的对应件之间的直接接触部。
但是铝导体与对应件的直接接触部也困难地构型，因为这应该常常通过超声焊接方法来实现。因为一方面这种超声焊接方法仅能够间接地通过少量过程参数来监控，这不利地影响过程安全性并且可能不利地造成相应的质量检验的结果。另一方面，超声引入到线路装置中也可以如下地不利地产生影响，使得其他组件由于超声引起的振动而松动或者至少使其预先损坏。
而除了超声焊接方法以外，例如从DE 10 2013 101 876 B3中已知如下摩擦焊接方法，利用该摩擦焊接方法尤其是能够将绞线导体与电接触件材料配合地接合。针对绞线导体的情况，在此通过进入口而将一束单绞线引入到接触件的容纳套筒中。然后，为了在至少部分数量的所述单绞线与容纳套筒的内壁之间建立材料配合的接合连接而借助摩擦焊接工具来馈入焊接能量。尽管因此能够以高过程安全性来建立高值的焊接连接，还是值得期望的是，在接触件的空隙下方与导体的对应件的直接接触。
发明内容
本发明的任务因此是，在使用构造上尽可能简单的装置的情况下实现用于导体与对应件的直接接触的可能性。
该任务通过独立权利要求的主题而得以解决。本发明的有利扩展方案在从属权利要求、说明书和附图中予以说明。
根据本发明的方法适合用于通过优选两个接合对象的材料配合的接合来制造电线路装置。该材料配合的接合至少在电导体和作为原则上其他导体的、能导电的金属构件之间进行。该方法在此包括以下步骤：
-成型金属构件的部分区段以用于构成容纳套筒。换言之，容纳套筒因此由金属构件的金属材料与其一件式地成型。所述成型可以通过适合的成型方法来进行。因此，并不需要附加的构件以用于构造容纳套筒。
-将导体引入到容纳套筒中。在已绝缘的电线路情况下，该导体可以事先通过剥皮而被露出。优选地，该导体的自由末端可以例如通过插入而被引入到容纳套筒中。
-将摩擦焊接工具放在该容纳套筒处。在此，该摩擦焊接工具也可以至少部分地被引入到容纳套筒中。该摩擦焊接工具可以例如与一个或多个固定该金属构件和线路的工件保持器共同作用，其中该摩擦焊接工具例如是优选用于摩擦搅拌焊接的冲头、圆柱体等。
-相对于金属构件和/或导体来移动摩擦焊接工具以用于产生焊接能量，以用于使得金属构件的面向导体的部分区段、例如内壁和/或导体至少部分地熔化。通过摩擦焊接工具关于接合对象之一或者接合对象两者的相对移动而产生摩擦，由此使接合对象的相应材料熔化或者足够地塑化并且能够使接合对象两者材料配合地连接。
根据本发明的方法因此同时提供多个优点。因此，可以在导体和金属构件之间进行直接接触，由此不再需要附加的中间件或接触件，诸如电缆接线头等。此外，由于在接合对象之间的最终得到的气密的材料配合的连接也可以将不同的金属原材料相互连接，诸如铝金属构件与铜导体。容纳套筒优选地也在材料配合的接合之后还在一侧开放或者至少能看清，从而能够光学地检验该接合区域，例如也通过具有接合区域的电子评估装置的摄像机系统。由于比较简单的工具实施方案和低能量耗费，该方法是低成本的，然而却使得鲁棒性的线路装置有可能。
本发明的特别有利的扩展方案规定：使容纳套筒从金属构件的平面侧突出。该金属构件可以例如板状地或薄片状地以原则上平面的长方体形来构型，使得其具有两个相对置的窄侧和两个相对置的宽侧或平面侧。优选地，该容纳套筒由平面侧的材料片段来成型。换言之，该容纳套筒因此通过平面侧的成型来构造。这尤其提供如下优点：有足够原材料和材料可供使用，以便使容纳套筒与该金属构件以材料一致的方式来成型。该容纳套筒从该平面侧的纵向延伸尤其是取决于，该金属构件在成型之前具有怎样的材料厚度并且该容纳套筒在成型之后具有怎样的壁厚度。可以针对平面的材料配合连接有利的是，使该容纳套筒以厘米范围从该平面侧延伸出去。
为了尤其是在构造为圆形导体的导体情况下实现：导体尽可能全面地贴靠到容纳套筒上，容纳套筒构造得圆柱形。该容纳套筒因此可以尤其是在内部具有圆(环)形的横截面。
为了能够尽可能低成本地提供线路装置，该容纳套筒可以借助拉深或冲挤来构造。该工具结构分别是简单的并且鉴于原材料选择和容纳套筒的几何结构方面的设计自由度在这些成型方法中是大范围的。
为了在摩擦焊接工具的结构上简单的构造情况下实现良好的材料配合的连接，该导体可以在摩擦焊接工具的移动期间以与该容纳套筒的自由端侧棱边略微齐平的方式来对准。
为了实现使导体尽可能良好地贴靠到该容纳套筒的内壁上并且在形成所述材料配合的连接期间理想地促进接合对象的熔化，可以将该导体和容纳套筒彼此压合。
为了有利地将该导体的自由末端与该容纳套筒连接，该导体可以从开放的第一端侧引入到容纳套筒中而该摩擦焊接工具可以从容纳套筒的与其对置的第二端侧引入到该容纳套筒中。
当金属构件是电的平面导体轨并且具有实心的或至少弯曲刚性的金属芯时，本发明能够特别有利地应用。该平面导体轨也可以至少区段式地以绝缘护套电绝缘，其中该绝缘护套优选地还在成型之前就可被移除并且由于击穿强度而能够具有0.15至2.5mm、优选0.3至0.7mm的绝缘层厚度。金属芯宽度与金属芯高度在金属芯高度为0.5至2.5mm、优选1.0至2.0mm的情况下可以具有7：1至60：1的比例。平面导体轨可以在辊压方法或挤压方法中制成。作为原材料，具有大于或等于99.5％的纯度的铝已证实为适宜的，其中原则上也能够有利地应用铜原材料。通过直接接触，总是省去了作为中间件的接触件或插接连接。
对此可替代地，如果金属构件是薄片状的、被实施为冲压件/弯曲件的汇流排，本发明也能够有利地得以应用。这样的汇流排例如在机动车的配电器或保险盒中得以应用。薄片状的材料特别良好地适合用于成型，因为需要比较少的能量。也在此得出如下优点：能够进行用于汇流排的直接接触。
对此可替代地也可能的是，金属构件是壳体区段。由此，当壳体履行电功能时，可以直接接触壳体。
由于在实践中的使用频率而已证实为适宜的是，该导体是圆形导体、优选绞线导体。有利地，其不再必须配备有或装配有接触件，使得该过程步骤能够被完全省去。由实心材料组成的圆形导体或具有绞线的圆形导体常常在机动车中使用用于对电负载供电，使得利用上文描述的直接接触也能够节省大量的接触件。
摩擦焊接由于材料配合的以及空气密封的或气密的连接而良好地适合于不同的原材料配对、尤其是也适合于在电化序方面具有一方面正位而另一方面负位的原材料配对。因此，当导体或金属构件由铜原材料制成并且另外的接合对象由铝原材料制成，则因此特别有利地应用本发明。
为了保护在导体和金属构件之间的接触区域或接合区域尤其是免受机械影响并且必要时也保护其对外部电绝缘，该容纳套筒与在该容纳套筒处接合的导体能够利用形状稳定的塑料材料来被包围。换言之，可以围绕该区域来布置壳体。该壳体可以例如作为注塑件单独地制成并且然后例如通过围绕该区域的咬合连接等来固定在金属构件上和/或导体上。
特别有利地，如果该容纳套筒和该导体以塑料材料来注塑包封，则能够进行到塑料材料中的装入。为此，可以至少区段式地将线路装置引入到例如注塑工具中并且在那里以塑料材料注塑包封。
本发明也涉及电线路装置，该电线路装置优选地能够在上文描述的实施变型其中的一个或多个中制造。尤其是，该电线路装置具有如下金属构件，由该金属构件与其一件式地成型至少一个容纳套筒。此外，该线路装置拥有至少一个电导体，该电导体至少区段式地布置在容纳套筒中并且与其材料配合地连接。
附图说明
接下来，参考所附图来阐述本发明的有利的实施例。其中：
图1示出具有电导体在平面金属构件上的直接接触部的根据本发明的电线路装置；
图2示出根据本发明的线路装置的另一实施例；
图3示出图2中的线路装置，其中容纳套筒和与之连接的导体被包围在塑料壳体中；
图4示出图1中的线路装置的平面金属构件，其中通过成型来构造容纳套筒；和
图5示出图1中的线路装置，其中将导体布置在容纳套筒中并且放置摩擦焊接工具。
这些图仅仅是示意图并且仅用于阐述本发明。相同的或相同作用的元件通常配备有相同的附图标记。
具体实施方式
图1在透视图中示出电线路装置1，该电线路装置尤其是适合用在机动车中。线路装置1在此具有板状的并且至少在所示的部分区段中为平面的金属构件2，该金属构件在该实施例中被实施为平面导体轨，其具有由铝原材料组成的实心的或弯曲刚性的金属芯。该线路装置在机动车中例如用作中央供电装置，该中央供电装置例如沿着机动车的纵向延伸、由机动车电池组来馈电并且能够对多个电负载供电。
该金属构件2具有两个相对置的宽侧或平面侧3和4来作为基面和遮盖面和与此垂直的(未进一步示出的)窄侧。
容纳套筒5直接由金属构件2的铝原材料、也即与其一件式地通过在下文中还要更详细描述的成型方法来成型，该容纳套筒在此空心圆柱形地从该金属构件2的(在图1中上方的)平面侧4垂直延伸出去。该容纳套筒5在自身的端侧开放并且因此构成在金属构件2的厚度方向上的穿通开口。该容纳套筒5的壁厚由于在此所使用的成型方法引起地至少略微小于在容纳套筒5周围的金属构件2的材料厚度。
电线路的电导体6区段式地、也即以自身的自由末端容纳在金属构件2的容纳套筒5中，其中该导体6在此示例性地是由铜原材料组成的绞线导体。具有导体6的电线路也具有绝缘护套7，该绝缘护套在容纳套筒5的区域内通过剥皮而被移除，以便保证在容纳套筒5的内壁和导体6之间的直接电接触。将该导体6与容纳套筒5压合并且材料配合地连接，如其在下文中还要更详细描述的那样。
尽管在此示例性地仅示出唯一的容纳套筒5，该金属构件2也可以具有多个容纳套筒5，在这些容纳套筒中分别容纳导体6。该金属构件2可以在平面导体轨的情况下具有几米的纵向延伸并且因此用于对多个电负载供电。
图2在透视图中示出线路装置1的另一实施例，其中金属构件并非是普遍平面的。相反，该金属构件2具有角，该角在此仅仅示例性地为90°。与其不同地可能的是，该金属构件2尤其是经自身的纵向延伸地具有波形或者类似的赋形。在该实施例中，又是直接由金属构件2的铝原材料成型的容纳套筒5也从该平面侧4延伸出去，然而该平面侧由于角而具有多个相对彼此弯折的区段。
在图3中示出该线路装置1的另一实施例。该线路装置在此具有由塑料材料、例如热塑性塑料组成的壳体8。该壳体8基本上包围容纳套筒5和在其中所容纳的导体6的区段，以便保护在那里的直接接触区域主要免受机械影响。在该实施例中，壳体8通过(并未详细示出的)咬合连接保持在金属构件2上，为此该金属构件例如具有用于与壳体8的(同样未示出的)咬合凸部进行啮合的空隙。尽管线路装置1在此配备有上文描述的角，也即实施得弯折，也能够在金属构件2的平面的或波状的构型方案的情况下设置该壳体8或该塑料材料。
线路装置1的制造可以如接下来根据图4和5描述地那样进行。
金属构件2首先作为坯件而被提供，该坯件具有在此由铝原材料组成的金属芯。通过成型方法、诸如拉深或冲挤由该金属芯来直接成型容纳套筒5，从而使该容纳套筒5与该金属构件2一件式地构造。为此所使用的成型工具是本身已知的并且在此为了一目了然起见并未示出。
然后，在自身的自由末端经剥皮的导体6从(在图4或5中在下方的)平面侧3通过插入而被引入到该容纳套筒5中并且然后利用(未示出的)挤压工具如通过箭头所标识的那样径向地将容纳套筒5压合到一起。在此，该导体6可以与容纳套筒5的(在图5中在上方的)端侧棱边齐平地闭合。
最终，在所标识的箭头方向上将摩擦焊接工具9引导到导体6以及容纳套筒5处。该摩擦焊接工具9在该实施例中具有销10，该销在径向上更宽的肩部11上突出并且因此最晚在该导体6开始熔化之后能够没入到该容纳套筒5中，而该肩部11则平放在该容纳套筒5的端侧棱边上。这在压力下进行。然后，在几秒钟内将该摩擦焊接工具9相对于该导体6以及容纳套筒5旋转，由此使得这些原材料至少之一塑化并且在这两个接合对象之间建立材料配合的连接。在此，该销10和肩部11的直径与该容纳套筒5的横截面或其壁厚度相适配。
附图标记列表
1 电线路装置
2 金属构件
3 第一平面侧
4 第二平面侧
5 容纳套筒
6 电导体
7 绝缘护套
8 壳体
9 摩擦焊接工具
10 销
11 肩部

Claims (14)

1.一种用于通过将电导体(6)材料配合地接合到金属构件(2)上来制造电线路装置(1)的方法，该方法具有如下步骤：
成型所述金属构件(2)的部分区段以用于构成容纳套筒(5)；
将所述导体(6)引入到所述容纳套筒(5)中；
将所述导体(6)和所述容纳套筒(5)彼此压合；
将摩擦焊接工具(9)放在所述容纳套筒(5)处；
相对于所述金属构件(2)和/或所述导体(6)来移动所述摩擦焊接工具(9)以用于产生焊接能量，以用于使得所述金属构件(2)的面向所述导体(6)的部分区段和/或所述导体(6)至少部分地熔化；
所述导体(6)从开放的第一端侧引入到所述容纳套筒中而所述摩擦焊接工具(9)从所述容纳套筒(5)的与所述开放的第一端侧对置的第二端侧引入到所述容纳套筒中。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述容纳套筒(5)从所述金属构件(2)的平面侧突出。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述容纳套筒(5)构造得圆柱形。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述容纳套筒(5)借助拉深或冲挤来构造。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述导体(6)在所述摩擦焊接工具(9)的移动期间以与所述容纳套筒(5)的自由端侧棱边略微齐平的方式来对准。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属构件(2)是具有实心的金属芯的电平面导体轨。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属构件(2)是薄片状的、被实施为冲压和弯曲件的汇流排。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属构件(2)是壳体片段。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述导体(6)是圆形导体。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述导体(6)是绞线导体。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述导体(6)和所述金属构件(2)中一个由铜原材料制成，另外一个由铝原材料制成。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述容纳套筒(5)与在所述容纳套筒处接合的导体(6)利用形状稳定的塑料材料来被包围。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述容纳套筒(5)和所述导体(6)以塑料材料注塑包封。
14.电线路装置(1)，所述电线路装置根据上述权利要求其中任意一项来制造，其中所述电线路装置具有：
-金属构件(2)，由所述金属构件一件式地成型至少一个容纳套筒(5)；和
-至少一个电导体(6)，所述电导体区段式地布置在所述容纳套筒(5)中并且与其材料配合地连接。
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