CN111886756A - 在用于机动车车载电网的电连接元件与机动车车载电网的电缆之间建立连接的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在用于机动车车载电网的电气连接元件与机动车车载电网的电缆之间建立连接的方法，其中提供具有金属绞合导体(4)的电缆(2)，首先将金属绞合导体机械地增密，从而形成面状区域，其中在增密期间在绞合导体(4)的绞合线之间形成材料锁合的连接，并接着将连接元件材料锁合地连接到面状区域上。

Description

在用于机动车车载电网的电连接元件与机动车车载电网的电 缆之间建立连接的方法
技术领域
本发明涉及一种在用于机动车车载电网的电连接元件与机动车车载电网的电缆之间建立连接的方法。本发明还涉及一种电缆以及此种电缆的应用。
背景技术
在机动车车载电网中需要从直接与电池正极相连的主能量线路出发实现至负载的电输出。由于大量要连接到车载电网中的电气负载，需要车载电网线路的广泛分支。一些负载需要来自电池的大的功率并且因此必须通过导线横截面大的电缆连接到配电网上。通常必须通过共同的保险装置保护多组负载，另一方面也需要从主能量线路出发提供多个分别得到保护的线路束。
从主能量线路的电能分接不是容易实现的。一方面，这种分接头分别与过渡电阻并因此与欧姆损耗相关联，并且另一方面，这些分接头处存在提高的腐蚀风险。
汽车工业越来越频繁地使用成型的铝扁平导线代替圆形导线。这主要适用于电池导线，特别是其上流动高电流的B+导线。此外，可以在小的结构空间、也就是狭窄的和不可接近的区域中实现大的导线横截面并且此外提高电池导线的电流承载能力。
然而，为了接触电气负载，仍旧使用圆形导体。这主要是由于如下原因，即，电气负载大多必须通过柔性的导线来接触。在刚性的电池导线与电气负载之间安装连接导线时，常常需要必须将导线穿入窄的结构空间中，这借助于圆形导线比利用刚性的扁平导体更容易。为了实现例如具有拧紧栓的转移支撑点(这也是本发明的主题)，目前仍需要附加的子元件，拧紧栓可以焊接到这些子元件上，以便因此最终能够连接接触元件(例如电缆接头套管)。
此外，在使用铝电缆时，电气分接头始终处于这样的危险中，即，由于铝导体的氧化，过渡电阻变大，并且在该过渡电阻处的电损耗功率导致导线不期望的发热。
发明内容
基于这些问题，本发明的目的在于，提供一种方法，利用该方法可以特别简单地实现在绞合导线上的分接头。
该目的通过方法权利要求1解决。
尤其是在机动车车载电网中，优选在电池布置在车辆的尾部中并且驱动装置、尤其是内燃机的起动器、但是也可能是用于驱动的电机布置在发动机舱中的机动车车载电网中，主电池线路从车辆的尾部延伸至前部。这可以通过电池导线的车底敷设或者也可以通过电池导线的内室敷设来实现。沿着该电池线路，可以借助于根据本发明的连接托架以特别简单的方式实现多个电气输出部。
尤其是当电池线路由铝导体、尤其是铝绞合导体形成时，将连接托架布置在这种导体上是存在问题的。借助于根据本发明的解决方案能够在非绝缘的区域中、尤其在电缆的远离导线端部的中间区域中、但是也在电缆的至少非绝缘的端部上建立连接元件和电缆之间的连接。
根据本发明，首先提供具有金属绞合导体的电缆。在此，电缆可以设有绝缘部或者不设绝缘部。在第一种情况下，可以首先去除绝缘部。电缆的非绝缘区域、即形成电缆芯线的绞合导体的裸露的绞合线可以引向增密装置。
然后首先机械地增密金属绞合导体。在此情况下绞合导体的绞合线相互挤压。在此，尽可能避免在绞合线之间的空腔之间的连接。在增密时，这些绞合线材料锁合地相互连接。优选地，在绞合线的外周面上产生材料锁合。通过增密形成面状区域。面状区域也可以被视为连接区域。在面状区域的区域中，绞合线借助于材料锁合相互连接。形成紧凑的区域，在该区域中绞合导线的刚度相对于没有增密的绞合导线显著提高。
在增密完成后，面状区域可以用作用于连接连接元件的连接区域。在此，连接元件可以是分别由实心材料制成或作为绞合导线的另一电缆、例如扁平导体或圆形导体，连接栓，分接头，接触孔眼或套筒或类似物。连接元件可以与面状区域材料锁合地连接。
也提出，将多线的铝或铜绞合导线(例如圆形导线、编织物)例如通过焊接、例如超声波焊接增密并且随后将连接元件(例如螺栓)(例如借助于摩擦焊接)焊接到所产生的面上。可选地可以(从上面和从下面)在两个产生的面上焊接连接元件。因此，可以取消迄今为止所需的终端并且可以节省工艺步骤。此外，所需的结构空间被减小，重量被节省并且因此生产成本被降低。
作为连接元件的基本材料例如可以使用铝。为了能够以足够的转矩来拧紧螺母，可以考虑为连接元件使用较硬的材料(例如不锈钢或者铜合金)。然而，使用铝作为基本材料具有的优点是，明显提高了部件的耐腐蚀性并因此明显提高了在绞合线与连接元件之间的界面的耐腐蚀性并最终明显提高了整个系统的耐腐蚀性。通过附加地为连接元件(例如用镍)涂层还可以进一步提高耐腐蚀性。
也提出，以70％至100％之间的增密度、尤其以85％至95％之间的增密度来增密所述面状区域。这种高度的增密导致面状区域的期望的强度，从而在那能够焊接连接元件。面状区域中的材料在焊接工具的负荷下不以无法进行焊接的程度流动。此外，绞合线在该增密后的状态中形成几乎平面的贴靠面。
还提出，通过焊接绞合导体的绞合线使面状区域增密，尤其是借助超声波焊接或借助电阻焊接使面状区域增密。通过将绞合线相互焊接实现了：绞合线在随后与连接元件连接时不会相对彼此移动并且吸收焊接能量。在电阻焊和由其引起增密的情况下，贴靠在工具上的表面变得光滑。
也提出，在增密时使用的焊接工具的用于焊接的表面被成型为浮雕状的。由此，在面状区域中形成更高程度地紧密化的区域和不太强地紧密化的区域。通过花纹实现了至少在更紧密化的区域中将绞合线足够好地相互焊接。
也提出，在焊接时压印在面状区域中的、浮雕状的花纹相对于绞合导体的绞合线的纵轴线成角度地延伸。通过特别是基本上垂直于绞合线或电缆的纵轴线的成角度的延伸实现了，面状区域在其整个宽度上被充分地紧密化。还实现了，将位于外部的绞合线包括在所述增密的步骤中，并且不作为松散的绞合线从面状区域突出并不与面状区域相连。因此避免了面状区域的散开。
还提出，该花纹是条带形的或格栅形的。两种形式都提供了将所有绞合线与面状区域连接的优点。
还提出，所述花纹通过焊接工具的铁砧和/或超声焊极被引入到所述面状区域中。由此在增密步骤中就已经实现了面状区域的花纹化。
还提出，在面状区域的两侧引入花纹。由此在花纹伸入到面状区域中的区域中实现了特别好的增密。此外，这使得绞合线在面状区域的两侧上被相同地增密。
还提出，所述花纹通过在增密时使用的焊接工具的用于焊接的多个表面上的互补的轮廓引入，和/或所述花纹通过在增密时使用的焊接工具的用于焊接的多个表面上的全等的轮廓引入。可能有意义的是，将伸入到面状区域中的区域相互贴靠地构造，从而由此实现特别高的增密。另一方面，在互补的花纹化的情况下，可以实现沿着整个面状区域的均匀增密。
也提出，在所述面状区域中形成贯穿的缺口并且将连接元件布置在缺口中。在此，可以将环形的、套筒形的和/或类似铆钉的连接元件布置在缺口中。缺口例如能够通过在面状区域中冲压相应大的孔形成。连接元件尤其是环形的。
还提出，连接元件在面状区域的两侧上材料锁合地与绞合线连接。在此例如可以通过在缺口两侧的连接实现面状区域和连接元件之间特别好的连接。
本发明还涉及一种具有金属绞合导体的电缆，其根据在此所述的方法制造。
本发明提出，电缆具有绞合导体的绝缘部，所述面状区域设置在位于绝缘部的两个绝缘部区段之间的剥除绝缘皮的区域中，并且连接元件在所述面状区域中与导体材料锁合地连接。那么可以在电缆的中间区域内实现分接头。当然，绝缘部也可以在正面的端部上被去除并且面状区域位于绞合导体的端部区域中。
也提出，在绝缘部区段中绝缘部完全包围绞合导体。
还提出，绞合导体是圆形导体和/或绞合导体由铝或铝合金或者由铜或铜合金构成。
也提出，所述连接元件由铝或者铝合金构成，和/或所述连接元件由铜或者铜合金、钢或者不锈钢构成，和/或所述连接元件是镀锡的和/或覆镍的。优选地，在绞合导体和连接元件之间的过渡是种类纯粹的。
还提出，连接元件为呈环状的套筒形并且在面状区域的两侧在径向向外指向的凸缘处与面状区域材料锁合地连接。凸缘可以在朝向面状区域的表面处材料锁合地连接到面状区域。
还提出，连接元件和绞合导体用绝缘部包封、优选注塑包封，尤其是直到超出绞合导体的绝缘部。
面状区域优选位于电缆的多个端部之间并且优选设置在电缆的中间区域中。特别地，面状区域远离电缆的多个远端。通过连接元件材料锁合地布置在导体上，可以实现具有小的电损耗的高电流。
特别地，电气电缆的导体被绝缘，并且在面状区域中，导体没有绝缘部。因此，面状区域位于导体的两个被绝缘的区域之间。如果设置多个剥除绝缘皮的区域，那么能够沿着电缆的伸展设置一个或多个连接元件，经由所述连接元件能够实现电气分接头。特别是当电缆是主电池组线路之一时，因此可以在电池线路上实现多样的电气分接头，而不会由于否则必要的中断而不利地影响此种电池导线的电导。分接头不会导致沿着电缆的电损耗功率增大，因为电缆不会由于分接头而中断。
通过与连接元件的材料锁合，电缆保持完好并且其电导基本上不受影响。因此，可以将一件式或两件式或多件式的电缆从电池引导至发动机舱，尤其引导至发动机舱中的起动器或电机，该电缆在其各个区段的导电性能方面不受分接头的影响或仅受到极小的影响。电缆的绝缘部是这样的，即，该绝缘部在绝缘部区段中完全地包围导体。绝缘部优选由非导体、尤其是塑料、例如PVC或硅树脂构成。
优选地，电缆是抗弯的并且因此不能尤其由于其自身重力而塑性变形。还提出，导体由铝或铝合金构成。特别是E-铝，例如铝99.5可以用于导体。
取决于导体的材料使用，优选地，连接元件由电气上类似的、尤其相同的金属材料构成。如果导体例如由铜或铜合金构成，则连接元件同样可以由铜构成。通过为连接元件以及导体使用电气上类似的或相同的金属，确保了连接元件与导体之间的种类纯粹的连接。因此，防止接触腐蚀或者将其减到最小。
如果连接元件和导体之间的连接借助超声波焊接建立，则可以实现特别良好的连接。通过超声波焊接，导体上的可能存在的氧化铝层被破开并且所产生的焊接节点尽可能不具有氧化铝。由此，在焊接节点的区域中的过渡电阻相对于传统的焊接方法被减小。
根据一个实施例，建议连接元件通过摩擦焊接，特别是旋转摩擦焊接或摩擦点焊，但也可借助电焊，与面状区域连接。通过将连接元件摩擦焊接到导体上，同样可以使导体绞合线上可能存在的氧化铝层破开，并且可以将扁平件与连接栓之间的过渡电阻保持得很小。
附图说明
下面借助示出实施例的附图进一步阐述本发明。附图示出：
图1a示出了电缆的横截面；
图1b示出了剥除绝缘皮的电缆的视图；
图1c示出了剥除绝缘皮的增密的电缆的视图；
图2示出了根据图1的电缆的视图；
图3a示出了根据一种实施例的连接栓的视图；
图3b示出了根据另一实施例的连接栓的视图；
图3c示出了根据另一实施例的连接栓的视图；
图3d示出了根据另一实施例的连接栓的视图；
图4示出了根据图3b的栓的视图；
图5a-5c示出了根据多种实施例的俯视图；
图6a、6b示出了根据一种实施例的视图；
图7a、7b示出了根据一种实施例的视图。
具体实施方式
图1a示出了具有金属绞合导体4和绝缘部6的电气电缆2。
金属导体4优选是绞合导体并且尤其是抗弯的。导体4优选是圆形导体。导体4的绞合线的材料优选是铝，尤其是铝99.5。如果电缆2不会由于其自身的重力引起塑性变形，则得到了电缆2的抗弯性。需要比重力更大的力才能引起电缆2的塑性变形。
绝缘部6优选由PVC或硅树脂构成。
如图1b所示，电缆2在中间区域，即远离其各个远端，被剥除绝缘皮，以形成剥除绝缘皮的区域8。在剥除绝缘皮的区域8中，导体4没有绝缘部6。
在制成剥除绝缘皮的区域8之后，能够将电缆2或其导体4增密。在增密时可以通过相应的工具形成面状区域10。面状区域10的宽度优选以至少为2、优选在2至5之间的系数大于导体4的直径，并且高度以至少为2、优选在5至10之间的系数小于导体4的直径。高度在图1c中示出。在图1c中示出了面状区域10。
图2示出了根据图1c的电缆2的视图。可以看出，导体4是圆形导体并且在面状区域10中构造成平面的。面状区域10位于剥除绝缘皮的区域8中，该区域远离电缆2的远端。
在增密时，可以直接在导体4的绞合线之间形成材料锁合的连接。这些绞合线被压在一起并且同时被彼此焊接。在此，压制工具同时可以是焊接工具，尤其是超声波工具。
图3a示出了作为连接栓12的连接元件，因此下文中所有其它的连接元件都包括在内，并且只要有意义，描述也适用于其它的连接元件。在图3a中示出的连接栓12是圆柱形的并且由实心材料构成。连接栓12尤其可以由不锈钢制成。然而也可能的是，连接栓12由铜、铝或其合金构成。连接栓12可以通过对杆进行车削或切削而形成。
图3b示出了连接栓12，所述连接栓在其一个端部上具有连接头14，例如电连接件的夹紧元件能够夹紧到所述连接头上。特别是例如可以将电池电极夹形式的端子夹紧到连接头14上。
图3c示出了连接栓12，在该连接栓的一个端部上设有螺纹16。在这种连接栓12上例如能够拧接电连接件。
图3d示出了另一连接栓12，该连接栓在其端部上具有尤其呈孔的形式的开口18。通过该开口18例如可以建立与电连接件的螺纹连接，螺栓通过开口18推入电连接件中和/或在那里拧紧。
图4示出了根据图3b的连接栓的视图。可以看出，圆柱形的栓12在连接头14的区域内具有更小的半径并且例如用于容纳夹紧元件。
图5a示出了电缆2的俯视图。可以看出，在面状区域10中压制出浮雕状的花纹20。在此，增密量提高的花纹20的区域基本上垂直于电缆2的纵轴线2a延伸。花纹20可设置在面状区域10的两侧上并且是相同形状的。
图5b示出了电缆2，其中花纹20通过彼此互补的工具压印在区域10的两侧上。在此，虚线位于区域10的背离绘图平面的一侧上。
图5c示出了电缆2，其中花纹20作为格栅结构被压印在区域10中。
通过花纹20将导线4的绞合线高度增密并且至少在花纹的区域中产生材料锁合。由此，可以在紧接于增密之后将连接栓12或另一连接元件直接焊接到导线4或其绞合线上。
图6a、6b示出了连接栓12，其在面状区域10中直接焊接在面状区域10上。通过该花纹，面状区域适合于且足够地增密用于使连接栓例如能够通过旋转摩擦焊接或超声波焊安装。
图7a、7b示出了面状区域10，在该面状区域中，在增密期间或增密之后引入、尤其是冲压出开口22。作为其他可能的连接元件的套筒12b可以插入到该开口22中。然后，可以将套筒12b的外部凸缘与导体4的绞合线在面状区域10中焊接在一起。套筒12b也可以仅在一侧上具有凸缘，从而套筒可以利用该凸缘仅在面状区域10的一个表面上焊接。

Claims (22)

1.在用于机动车车载电网的电气的连接元件与机动车车载电网的电缆之间建立连接的方法，其中
-提供具有金属的绞合导体的电缆，
-首先将金属的该绞合导体机械地增密，从而形成面状区域，其中在增密期间在该绞合导体的绞合线之间形成材料锁合的连接，并且
-接着将该连接元件材料锁合地连接到该面状区域上。
2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
-以70％至100％之间的增密度、尤其以85％至95％之间的增密度增密该面状区域。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，
-该面状区域通过焊接该绞合导体的绞合线增密，尤其该面状区域借助超声波焊接或借助电阻焊接增密。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，
-在增密时使用的焊接工具的用于焊接的表面浮雕状地成型。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，
-在焊接时压印在该面状区域中的浮雕状的花纹相对于该绞合导体的绞合线的纵轴线成角度地延伸。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，
-该花纹为条带形的或格栅形的。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，
-该花纹通过该焊接工具的铁砧和/或超声焊极被引入到该面状区域中。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，
-该花纹在该面状区域的两侧引入。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，
-该花纹通过在增密时使用的焊接工具的用于焊接的多个表面上的互补的轮廓引入，和/或该花纹通过在增密时使用的焊接工具的用于焊接的多个表面上的全等的轮廓引入。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，
-在该面状区域内成型贯穿的缺口并且连接元件布置在该缺口中。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，
-该连接元件为环形的。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，
-该连接元件在该面状区域的两侧材料锁合地与绞合线相连。
13.具有金属的绞合导体的电缆，该电缆按照根据前述权利要求中任一项所述的方法制造。
14.根据前述权利要求中任一项所述的电缆，
其特征在于，
-该电缆具有绞合导体的绝缘部，面状区域布置在位于该绝缘部的两个绝缘部区段之间的、剥除绝缘皮的区域中，并且连接元件在该面状区域中与导体材料锁合地连接。
15.根据前述权利要求中任一项所述的电缆，
其特征在于，
-在该绝缘部区段中，该绝缘部完全包围该绞合导体。
16.根据前述权利要求中任一项所述的电缆，其特征在于，
该绞合导体为圆形导体，和/或该绞合导体由铝或铝合金构成，和/或该绞合导体由实心材料构成。
17.根据前述权利要求中任一项所述的电缆，其特征在于，
该连接元件由铝或铝合金构成，和/或该连接元件由铜或铜合金、钢或不锈钢构成，和/或该连接元件镀锡和/或覆镍。
18.根据前述权利要求中任一项所述的电缆，其特征在于，
该连接元件借助超声波焊接与该面状区域相连。
19.根据前述权利要求中任一项所述的电缆，其特征在于，
该连接元件借助摩擦焊接、尤其旋转摩擦焊接与该面状区域相连。
20.根据前述权利要求中任一项所述的电缆，其特征在于，
该连接元件为呈环状的套筒形，并且在该面状区域的两侧在径向向外指向的凸缘处与该面状区域材料配合地相连。
21.根据前述权利要求中任一项所述的电缆，其特征在于，
该连接元件和绞合导体以绝缘部包封、优选注塑包封，尤其直至超出该绞合导体的绝缘部。
22.根据前述权利要求中任一项所述的电缆在能量导线、尤其在机动车电池导线中的应用。
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