CN113454849B - 电导体以及用于制造电导体的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电导体，尤其扁导体，其包括至少一个通口和在通口处材料配合地与导体连接的接触部件，其中，接触部件具有轴向延伸的第一区段和径向延伸的第二区段，其特征在于，第二区段形成为凸缘，并且凸缘的面向导体的一侧具有与导体焊接的表面，且该表面具有至少一个凹陷和/或至少一个凸起。

Description

电导体以及用于制造电导体的方法

技术领域

本发明涉及一种电导体以及一种用于制造电导体的方法，该电导体尤其是电池导体，尤其以扁导体的形式，尤其用于汽车用途。

背景技术

在汽车工业中，近来越来越频繁地使用扁导线(也称为扁带导线)来代替圆形导线。尤其对于在其上通有高电流的电池导线，优选B+导线，扁带导线被证明是有利的。借助扁带导线可以基于形状因素在小的结构空间上，尤其是狭窄的不可接近的区域上实现大的导线横截面，这改善了电池导线的电流承载能力。对于经由电池导线来获取多个100V电压的电动车辆来说，也越来越多地使用扁带导线。在此，能量导线也必须满足对电流承载能力和功率的高要求。

然而，对于用电器的接触，继续使用圆形导体。这主要是由于如下原因，用电器大多必须经由柔性的导线来接触。在刚性的电池导线与用电器之间安装连接导线时常常需要的是，必须将导线并入狭窄的结构空间中，对此，借助于圆形导体比利用刚性的扁带导体更容易。因此在将扁带导体用作电池导线的主线(Hauptstrang)时，扁带导体与圆形导体之间的接触是必要的。这种接触例如可以经由连接螺栓实现。然后，能够例如借助于摩擦焊接将圆形导线电接触到连接螺栓上。通向用电器的输出部可以布置在沿着扁带导体的不同位置处。如此形成的电缆线可安装在Kfz中，并且用电器经由圆形导体与电池线路连接。

然而，已经发现，在许多情况下将连接螺栓安装到扁带导体处是有问题的。这种连接必须是电稳定的并且针对环境影响被保护。此外，在使用铝作为扁带导体的导体材料时，必须确保此导体材料在连接所述连接螺栓时不变形。尤其在连接螺栓拧紧时可能导致螺丝压入到铝中。由于铝相对于其它金属具有相对较高的粘度，因此存在的问题是，用于连接螺栓的螺丝连接的拧紧力矩也许不能保持。此外，可能发生的是，拧紧在机械应力下松开，因为扁带导体的铝在拧紧的情况下可能变形。此外，铝和更贵重的金属(例如铜)之间的过渡部容易受到接触腐蚀。必须针对环境影响来保护直接连接点。

由DE 0 758 107 A公知了一种用于制造由铝或铝化合物制成的线缆接头的方法，线缆接头的连接眼设有保护层，其特征在于，线缆接头的眼首先以电镀的途径覆有由良好导电的材料制成的层，并且在这里为了保护敏感的薄的电镀层，以任意的方式安装由相同材料制成的圈环作为另外的更强的保护覆盖层，该圈环覆盖眼的孔，该圈环的凸缘全部或部分地遮盖眼的接触面积。

此外，从WO 2006/057592 A1中已知一种通过螺丝连接将电导体与金属棒、例如铁轨连接的方法和设备。该文件还涉及一种用于将套筒固定在金属棒内的工具。套筒形成螺丝连接的一部分。

由DE 10 2006 050 708 A1已知一种摩擦焊接套筒，该摩擦焊接套筒焊接到扁导体的开口中。

连接眼与扁导体之间的接触问题在于连接眼和/或扁导体的金属涂层。涂层材料通常具有与连接眼或导体的材料不同的机械和化学特性。涂层材料、尤其是镍可能具有更高的熔点和/或更高的硬度。在焊接时这是不利的，因为通过接合配对件的不同熔点阻碍了焊接过程。

发明内容

因此，本发明的主题在于，借助于焊接简化导体与接触部件之间的连接。

此任务通过根据权利要求1的导体、根据权利要求17的接触部件以及根据权利要求18的方法来实现。

本发明涉及一种导体，特别是具有通口的扁导体(扁带导体)。通口优选是孔。孔可以是圆柱形的或截锥形的。孔优选与插入通口中的接触部件相匹配，根据本发明同样提供该接触部件，孔尤其与接触部件在其第一区段中的横截面相匹配。

尤其在将根据本发明的导体应用在汽车用途中时，例如作为电能导体，例如作为电池导体，例如作为B+导体或B-导体或作为在至少双层的线缆中的导体，总是存在在导体处提供电输出部的挑战。正是在汽车用途中，电导体遭受有问题的运行和环境条件。环境条件可以是极其不同的，使得在电导体处的连接位置遭受剧烈波动的温度、湿度、电解质等。这些尤其还导致热膨胀或加速接触腐蚀的环境条件要求将螺栓尽可能可靠地固定在电导体处。另一方面，电导体尤其是在汽车用途中被动态地加载。由螺栓构成的电输出部也必须承受这些动态负荷并且始终可靠地且良好导电地布置在电导体处。

为了实现在电导体与输出部、例如螺栓、尤其是螺丝或类似物之间的连接，提出设置材料配合地焊接在通口上或通口中的接触部件。通过接触部件与导体的材料配合的连接确保了在导体处的可靠的接触。接触部件可以形成为具有通孔的套筒。

然而，将接触部件安装在开口处在工艺技术上是高要求的。

尤其是当接触部件被金属涂覆时，可能出现的是，焊接连接在工艺技术上是有问题的。如果涂层材料具有与导体不同的熔化温度和/或表面硬度，那么在焊接时可能出现问题。尤其在摩擦焊接工艺、磁脉冲焊接工艺和电阻焊接工艺中，由于不同的熔化温度可能不会出现接合配对件之间的期望的相互作用。对于焊接必要的是，两个接合配对件被熔化。如果接合配对件中的一个具有由熔化温度非常高的材料制成的表面，那么有可能不发生熔化。较高的熔化温度要求较高的能量输入，以便引起熔化。

接触部件可以由至少两个区段形成。这两个区段在接触部件的轴向上延伸。在此，第一区段具有第一周长，并且第二区段在此具有比第一周长更大的第二外周长。第二区段因此可以相对于第一区段径向向外突出。在将接触部件固定在导体的通口处时，接触部件优选以第一区段插入导体的通口中。第二区段导致接触部件在导体的通口中的插入深度受到限制，因为第二区段形成止挡。

在接触部件已经插入导体的通口中之后，可以开始摩擦焊接过程。在摩擦焊接过程中，接触部件优选在扁导体与第二区段之间的接触面的区域内借助摩擦焊接进行焊接。通过接触部件上的挤压力，将第二区段压向导体的表面。已经认识到，恰好在此区域中出现最大的焊接能量并且尤其是首先借助于摩擦焊接来焊接这个区域。

第二区段优选地构造为凸缘并且一方面用作扁导体处的贴靠面并且另一方面用作用于用电器的连接螺栓或连接部的扩大的支承面。贴靠面是朝向导体的面。支承面是与其相对的面。支承面与贴靠面不同地优选是平坦的。连接螺栓的头部或者拧紧在连接螺栓处的螺母或垫圈可以放置在凸缘的背离扁导体的表面处。用电器的连接部也可以布置在支承面上。支承面可以是圆形、矩形、正方形、多边形等。贴靠面可以沿着圆周具有径向更向外突出的区域和径向较少向外突出的区域。支承面可以具有单轴、二轴、三轴或多轴的几何形状。支承面可以具有大于扁导体表面粗糙度的粗糙度。由此，接触件例如借助于摩擦焊接来接触在支承面处可为有利的。

已经发现，如果第一区段和第二区段一体地形成，则是特别有利的。尤其是接触部件可以形成为冲压件或车削件。通过一体性避免了接触部件在焊接过程中被损坏，尤其避免了第一区段和第二区段之间的连接被松开。另一方面实现，接触部件持久地承受动态的环境条件。

现在根据本发明提出，通过在接触部件的凸缘的区域中形成接触位置，并且凸缘在面向导体的表面(接触表面)的区域中具有凹陷和/或凸起，则增加了接触部件与扁导体之间的接触位置处的挤压力，并且因此增加输入能量。因此，在焊接时出现，接触部件的接触表面，即凸缘的面向导体的表面，仅以小的支承面支承在导体上。总的焊接能量输入到这个小的支承面中，从而在相同的挤压力下实现明显更高的温度。这导致，不仅接触部件、尤其是接触部件的涂层熔化，而且导体也熔化。在焊接过程中出现相对于焊接过程开始时明显更高的表面压力。导体的材料以及接触部件的材料和/或其涂层熔化。熔化的材料、尤其导体的熔化的材料因此能够流入接触表面的凹陷中并且在焊接之后在那里硬化，使得除了材料配合之外能够附加地建立形状配合。

根据一个实施例提出，面向导体的表面是浮雕状的，特别是规则浮雕状的。结构化表面的凸起在其顶点处优选位于相同的平面中并且在焊接过程中支承在导体上。凸起的各个局部最大处是小面积的，从而仅产生小的支承面，并且因此在相同的压紧力的情况下，挤压力显著高于当凸缘全面积地支承在导体上时的挤压力。这种提高的挤压力导致两个接合配对件的改善的熔化。

凸起可被称为峰，凹陷可被称为谷。

还提出，面向导体的表面被形成为驼峰状，尤其规则的驼峰状。驼峰可以具有峰和谷。所述驼峰的多个峰，特别是所有峰，可在其顶点的区域中位于一个平面中。多个所述谷、尤其所有的谷也可在其顶点的区域中位于一个平面中。

特别是在旋转摩擦焊接的情况下，接触部件优选地绕其中心点旋转。为了在此获得良好的焊接结果，提出，至少一个凹陷和/或至少一个凸起是环绕的。在此，凹陷和/或凸起环绕地延伸到中心点、尤其圆形地延伸到面向导体的表面的中心点。也可能的是，凹陷或凸起仅在一定的角区段上延伸。在两个相邻的凹陷或凸起之间能够形成区域，在所述区域中面向导体的表面不改变。因此，环绕的凸起可以由多个彼此间隔开的角区段形成，在这些角区段中分别形成凸起，特别是在围绕中心点的圆弧段中形成凸起。

根据一个实施例提出，至少一个凸起是侧凹的。通过引入的焊接能量，导体和/或接触部件的材料熔化，这也可以称为塑化。在导体和/或接触部件的材料塑化时，塑化的材料可以流入侧凹中。因此，在材料硬化之后，不仅在金属间连接的区域中形成材料配合，而且在侧凹中硬化的材料区域中还形成形状配合。凸起在表面中尤其形成水滴状或Ω状。

根据一个实施例提出，所述凸起具有弧形的、尤其是部分圆形的表面区段。在平行于接触部件的纵轴的横截面中，凸起可以具有弧形的、尤其是部分圆形的区段。在此，可以在凹形的表面区段的区域中形成凸起的上部顶点。在凸形的区域中可以形成侧凹。

根据一个实施例提出，至少一个凹陷具有弧形的、尤其是部分圆形的表面区段。尤其在平行于接触部件的纵轴的剖面中，能够在凹陷的区域中形成弧形的、尤其部分圆形的区段。特别地，凹陷通过凸形的区域形成。

根据一个实施例提出，接触部件被金属地涂覆。金属涂覆尤其可以是镀锡或镀镍。尤其是，涂层也可以是多层的，尤其是在下镍层的情况下镀锡。

根据一个实施例提出，接触部件构造为焊接眼。这种焊接眼尤其适合于随后用螺栓拧紧，在该螺栓处可以布置圆形导体。

根据一个实施例提出，第一区段构造成棍状或管状。

第二区段、尤其凸缘能够具有圆形的或有角的基面。

通孔可以不仅穿过第一区段而且还穿过第二区段。通孔可以在垂直于接触部件纵轴的剖面中位于第一区段和第二区段的中心点的区域中。通孔可以是圆形或有角的，具有径向更向外突出的区域和径向较少地向外突出的区域，尤其是形成为多边形或形成为多圆形(Mehrrundform)。

在旋转摩擦焊接中，接触部件不仅必须以足够大的挤压力压向导体，同时还被置于旋转中。在此，摩擦焊接工具必须在它旋转期间使接触部件旋转，同时还将接触部件压向导体。

已经证明，即使为此所需的螺栓不直接贴靠在形成为套筒的接触部件的内周处，在接触部件处的电输出部的电接触也足够好。螺栓头在端面贴靠在接触部件处就足够。然后，足够好的电接触是可能的。另一方面，这导致在接触部件中的通口或接触部件中的通口的内周面与螺栓的外周面之间既不需要形状配合，横截面也不必彼此互补。相反地认识到，对于制造过程有利的是，在接触部件中设置有通口，该通口形成为内多边形。优选地，通口的内周优选形成为多边形。另一方面，接触部件的外周优选地基本上为圆形或有角的。

在这种背景下应提及的是，内多边形的概念也可理解为一种多圆形。尤其地，通口形成为携动轮廓，其具有半径较小的区段和半径较大的区段，其中，这些区段交替地依次相继。接触部件在通口处的特别好的配合通过如下方式实现，即第一区段的外周从第二区段出发在通口的轴向上逐渐变细。第一区段在此优选是截锥形的。

导体的通口的内周基本上与接触部件的棒状或管状第二区段的外周一致。而在接触部件中的通口的内周形成为多边的，并且既不与其外周一致，也不与插入接触部件通口中的螺栓一致。

第一区段在轴向方向上的延伸优选地对应于电导体在通口方向上的材料厚度。于是确保了第一区段优选面齐平地贴靠在电导体的通口处。

如前所述，优选地对于扁导线由铝形成的情况产生扁导线与圆形导线之间的接触问题。使用铝材料作为扁导线的材料在材料成本和重量方面具有很大的优点，从而优选的是，扁导线由铝材料或铝合金形成。

接触部件可以由过渡金属材料或其合金形成。优选使用不锈钢套筒、铜套筒或黄铜套筒。通过使用由不同于铝的材料制成的接触部件，得到两个优点。一方面，防止了连接螺栓和导线之间的电接触由于氧化铝而变差。另一方面，在使用比铝更硬的材料时，可以提高扁导线与连接螺栓之间的连接的机械强度。在使用不锈钢、铜或黄铜时可以确保，在拧紧连接螺栓时，通过接触部件的机械应力不会引起接触部件的明显变形。在机械的持续负荷的情况下也确保了，接触部件的端面不会明显变形，从而确保了连接螺栓与套筒之间的持久固定的连接。接触部件也可以被金属涂覆，其中，涂层尤其可以由镍、锡或其合金形成。接触部件的涂层可以与连接螺栓、螺丝、用电器的连接部等的材料相匹配。

另一方面是用于以上面所描述的方式和方法与电导体接触的接触部件。接触部件在第二区段区域中的法兰(凸缘)在与导体接触的一侧上形成有至少一个凹陷和/或凸起。

根据另一方面，提出一种用于制造电导体的方法。在此，前述电导体与前述接触部件如此连接，使得接触部件借助电阻焊接、尤其凸焊接、摩擦焊接、特别是旋转摩擦焊接或磁脉冲焊接与导体焊接。通过浮雕状的表面，接触部件在凸缘的区域中以仅很小的支承面支承在导体上。在焊接期间引入的焊接能量因此分配到非常小的接触面上，从而甚至接触部件的具有高熔点的材料的涂层熔化。由此在接触部件与导体之间建立可靠的材料配合的连接。

首先，接触部件利用凸起与导体接触。一些或所有凸起的顶点优选位于一个平面中。在此平面中发生与导体的接触。接着，借助于上述焊接方法中的任一个将能量引入到如此形成的接触面中。通过这引入的能量，不仅使接触部件的表面塑化而且使导体的表面塑化。塑化的材料可以流入凹陷中并且在焊接之后在那里硬化。由此，除了材料配合的连接之外还建立了形状配合的连接。

附图说明

下面借助示出实施例的附图进一步阐述主题。附图中：

图1示出了具有接触部件的导体；

图2a-d示出了根据各个实施例的不同的接触部件；

图3a-c示出了根据各个实施例的具有导体的不同的接触部件；

图4a-c示出了根据实施例的接触部件与导体借助于焊接的连接；

图5示出了具有接触部件的导体的俯视图。

具体实施方式

图1示出了具有接触部件4的电导体2。电导体2具有通口6。电导体2尤其形成为扁导体。电导体2尤其具有面向接触部件的平坦表面。特别地，通口6形成在导体2的端侧端部的区域中。导体2优选远离端侧端部地通过绝缘件8包围。导体2优选地由铝材料或铜材料构成。

接触部件4具有第一区段4a和第二区段4b。第一区段4a呈管状或棍状地沿接触部件4的纵轴4c的方向延伸。第二区段4b以凸缘的形式径向向外延伸。第二区段4b具有在连接状态下面向导体2的接触表面4b’。该接触表面4b’根据本发明的方式成型，如下面将描述的那样。

图2a-c分别在左侧示出平行于纵轴4c的横截面和垂直于纵轴4c的在接触表面4b’上的底视图。

图2a示出接触部件4，其中接触表面4b’具有凸起10。凸起10以隆起的形式部分圆形地施加在接触表面4b’上。通孔4d在纵轴4c的方向上延伸通过第一区段4a和第二区段4b。

凸起10环绕通孔4d在角区段中延伸。图2a示出了，凸起10在角区段中彼此间隔地相对布置。尤其是可以径向从内向外设置两个或更多个凸起10。由凸起10占据的角区段可以是间歇的，如图2a所示，或者可以是彼此重叠的。

图2b示出了具有凸起10和凹陷12的接触部件4。可以看出，凸起10的顶点(Kulminationspunkt)位于第一平面14中，并且凹陷12的顶点位于第二平面16中。

在图2b中能够看到，在接触表面4b’的视图中，凸起10和凹陷12完全环绕地、圆形地围绕通口4d形成。

图2c示出了具有侧凹的凸起10。凸起10具有凸形区域10a和凹形区域10b。凹形区域10b被形成为侧凹。根据图2c的凸起10构造成Ω形。在表面4b’上，凸起10可以是不规则的或规则分布的。在图2c中示出了规则的分布。

图2d示出了凸起10，其刺状()地形成并且环绕地布置在接触表面4b’上。

图2e示出了部分圆形的凸起10以及有角的凹陷12。在此，凸起10和凹陷12也能够环绕地布置在接触表面4b’处。应当理解的是，表面4b’上的凸起10和凹陷12的布置可以自由地改变为完全环绕的、部分环绕的、角度区段性的、间歇的或重叠的、规则的或不规则的。

图3a示出了导体2上的根据图2a的接触部件4。可以看出，凸起10在焊接时侵入到导体2的材料中。塑化的材料在凸起10之间的间隔的区域中硬化。接触表面4b’完全地位于导体2上。

图3b示出根据图2b的接触部件4与导体2连接。在此，凸起10也侵入到导体2的材料中。

图3c示出了导体2处的根据图2c的接触部件4。在焊接期间，导体2的材料塑化，并因此流入到凸起10的侧凹10b中。

图4a示出了借助电磁脉冲焊接将接触部件4与导体2焊接。线圈16被通电，由此接触部件4在方向18上加速到导体2上。导体2支承在配对支承件20上。接触部件4穿过通口6沿方向18加速。凸起10与导体2的表面碰撞。在此，不仅发生材料的变形而且发生材料的塑化，从而形成材料配合的和/或形状配合的连接。

图4b示出了电阻焊接。此时，凸起10与导体2接触。接触部件4由电极通电，并且导体2同样由电极通电。由于接触部件4和导体2之间在凸起10的区域中的小的支承面，导致过高的过渡电阻，使得接触部件4的材料以及导体2的材料熔化。由于较小的支承面，不仅导体2的材料熔化，而且可能接触部件4的涂层材料也熔化。

图4c示出了旋转摩擦焊接，其中旋转柱塞22插入通口4d中。旋转柱塞可以作为多边形贴靠在通口4d的内多边形中。旋转柱塞22沿方向22’旋转，其中，接触部件4以凸起10支承在导体2上并且使材料塑化。

图5示出了接触部件4的俯视图。可以看出，接触部件4具有四边形的底面。

借助于所示的接触部件，即使接触部件被金属涂覆，尤其是用一种具有高熔点(尤其是高于导体和/或接触部件4熔点的熔点)的材料被涂覆，也可以确保可靠的焊接。

Claims (31)

1.电导体，包括

-至少一个通口，和

-在通口处材料配合地与导体连接的接触部件，其中，接触部件在轴向上具有第一区段和第二区段，

其中，

-第二区段形成为凸缘，并且凸缘的面向导体的一侧具有与导体焊接的表面，且该表面具有至少一个凸起，其中，所述至少一个凸起是侧凹的，并且所述接触部件用涂层材料涂覆，所述涂层材料的熔点高于导体的熔点。

2.根据权利要求1所述的电导体，其中，

所述电导体是扁导体。

3.根据权利要求1所述的电导体，其中，

所述表面具有至少一个凹陷。

4.根据权利要求1或3所述的电导体，其中，

面向导体的表面形成为浮雕状的或驼峰状的。

5.根据权利要求4所述的电导体，其中，

面向导体的表面形成为规则的浮雕状的或规则的驼峰状的。

6.根据权利要求4所述的电导体，其中，

面向导体的表面形成为驼峰状的，其中凸起形成为驼峰。

7.根据权利要求3所述的电导体，

其中，

至少一个凹陷和/或至少一个凸起环绕地围绕面向导体的表面的中心点延伸。

8.根据权利要求7所述的电导体，

其中，

至少一个凹陷和/或至少一个凸起同轴环绕地围绕面向导体的表面的中心点延伸。

9.根据权利要求1或3所述的电导体，

其中，

所述至少一个凸起具有部分圆形的表面区段。

10.根据权利要求9所述的电导体，

其中，

所述至少一个凸起具有凹形的和凸形的区域。

11.根据权利要求3所述的电导体，

其中，

所述至少一个凹陷具有部分圆形的表面区段。

12.根据权利要求11所述的电导体，

其中，

所述至少一个凸起具有凸形的区域。

13.根据权利要求1所述的电导体，

其中，

所述接触部件被金属涂覆。

14.根据权利要求1所述的电导体，

其中，

接触部件构造为焊接眼。

15.根据权利要求1所述的电导体，

其中，

所述第一区段形成为棍状或管状的。

16.根据权利要求1所述的电导体，

其中，

所述第二区段具有圆形的或有角的基面。

17.根据权利要求1所述的电导体，

其中，

第一区段具有基本上圆形的外周，和

第一区段具有个通口，其中该通口形成为内多边形。

18.根据权利要求1所述的电导体，

其中，

第一区段和第二区段一体地形成。

19.根据权利要求1所述的电导体，

其中，

所述第一区段材料配合地布置在所述通口的内直径处。

20.根据权利要求19所述的电导体，

其中，

所述第一区段通过摩擦焊接布置在所述通口的内直径处。

21.根据权利要求1所述的电导体，

其中，

所述凸缘材料配合地以其面向所述导体的表面与所述导体连接。

22.根据权利要求21所述的电导体，

其中，

所述凸缘通过摩擦焊接以其面向所述导体的表面与所述导体连接。

23.根据权利要求1所述的电导体，

其中，

所述第一区段的外周沿通口的轴向从第二区段开始逐渐变细。

24.根据权利要求1所述的电导体，

其中，

接触部件由与导体不同的金属材料形成。

25.根据权利要求24所述的电导体，

其中，

导体由铝材料形成，而接触部件由铜材料形成，或者导体由铜材料形成，而接触部件由铝材料形成。

26.用于与电导体接触的接触部件,所述电导体是根据前述权利要求中任一项所述的电导体,所述接触部件具有

-轴向延伸的第一区段和径向延伸的第二区段，

其中，

-第二区段形成为凸缘，并且凸缘的面向第一区段的一侧具有表面，该表面具有至少一个凸起，其特征在于，所述至少一个凸起是侧凹的。

27.用于制造根据权利要求1至25中任一项所述的电导体的方法,

其中，

借助于电阻焊接、摩擦焊接或磁脉冲焊接将接触部件与导体焊接。

28.根据权利要求27所述的方法,

其中，

所述电阻焊接是凸焊接。

29.根据权利要求27所述的方法,

其中，

所述摩擦焊接是旋转摩擦焊接。

30.根据权利要求27所述的方法,

其中，

所述接触部件通过其第二区段焊接在所述导体的表面上。

31.根据权利要求27所述的方法,

其中，

在焊接时首先使凸起区域内的接触面与导体接触，通过引入的能量使接触面的区域内的导体材料塑化，并且使塑化的导体材料的至少部分流入凹陷内并在焊接后在凹陷内硬化。