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Die Anmeldung betrifft einen Kraftfahrzeugenergieleiter, mit einem im Wesentlichen aus Aluminium gebildeten Flachleiter. Ferner betrifft die Anmeldung ein Verfahren eines Kraftfahrzeugenergieleiters.
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Kraftfahrzeugenergieleiter, insbesondere Kraftfahrzeugbatterieleiter als auch Generatorleiter und andere Leiter, zeichnen sich durch große Querschnitte und hohe Stromtragfähigkeiten aus. In der Vergangenheit wurden Kraftfahrzeugbatterieleiter bevorzugt aus Kupfer hergestellt. Doch aufgrund von Kosten- und Gewichtseinsparungsmaßnahmen ist es zunehmend erforderlich, Kraftfahrzeugenergieleiter aus Aluminium herzustellen. Bei der Verwendung von Aluminium gestaltet sich jedoch die Kontaktierung von zwei Teilleitern eines Kraftfahrzeugenergieleiters problematisch. Auf der Aluminiumoberfläche bildet sich ein Aluminiumoxid, welches die Leitfähigkeit negativ beeinflusst. Aufgrund der Aluminiumoxidschicht ist eine mechanische Verbindung zwischen zwei Teilleitern mit einem hohen Übergangswiderstand behaftet, so dass mechanische Verbindungen in der Regel nicht einsetzbar sind. Aus diesem Grunde ist man dazu übergangen, Kontaktstellen mittels Löten oder Schweißen herzustellen. Diese Kontaktierungsverfahren sind jedoch aufwendig. Ferner, da es sich um Stoffschlüssige Verbindungen handelt, lassen sich diese nicht ohne weiteres wieder auftrennen.
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Die
DE 10 2004 030 784 A1 bezieht sich auf eine elektrische Kontaktverbindung. Dabei wird ein erster Teilleiter mit Hilfe eines Spritzverfahrens umspritzt. Insbesondere wird ein thermisches Verfahren verwendet, aber auch das Kaltspritzverfahren kann eingesetzt werden. Ein Leiter, wie ein Aluminium-Batteriekabel, kann mit einer Batterieklemme verbunden werden. Hierzu wird der Leiter in die Kontaktklemme eingelegt und mechanisch in die Kontaktklemme eingespannt. Dies kann durch Schrauben oder durch Crimphülsen erfolgen.
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Die Druckschrift
DE 602 04 198 T2 zeigt ein Verfahren zum Herstellen elektrischer Verbindungen. Dabei liegt ein Kontaktwiderstand zwischen zwei Leitern bei weniger als 10 Milliohm. Hierfür kann unter anderem ein Verfahren zur Umspritzung der zu kontaktierenden Leitern eingesetzt werden, welches eine Düse vom Laval-Typ verwendet.
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Die
DE 102 22 271 A1 beschreibt ein Verfahren zur Erhöhung der mechanischen und/oder chemischen Widerstandsfähigkeit. Hierbei wird eine elektrische Leiterplatte mit elektronischen Bauteilen in einen Steckschlitz eingeschoben, der wiederum einen Federkontakt aufweist. Hierbei ist an der Leiterplatte eine Leiterbahn mit einer Beschichtung angebracht, wobei die Beschichtung vorzugsweise mit dem Flammspritzen aber auch mit dem Kaltspritzen aufgebracht werden kann.
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Die
WO 02/067382 A1 offenbart eine Klemme, welche eine Öffnung zur Verschraubung eines Bolzens aufweist. Der Kraftfahrzeugenergieleiter gemäß der besteht demnach jedoch aus der Klemme und dem Rundkabel, welche in herkömmlicher Weise verbunden sind.
Gemäß der
DE 101 07 231 A1 ist ein Kontaktring, der in nicht näher ausgeführter Weise mit einem Kabel verbunden wird, vorgesehen. Ein Bolzen wird nicht direkt mit dem Kabel verbunden, sondern ein zusätzliches Element. Im vorliegenden Fall ist ein Kontaktring notwendig, um das Kabel mit dem Bolzen zu verbinden.
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Aufgrund dieser Nachteile ergab sich die Aufgabe, ein Kraftfahrzeugenergieleiter zur Verfügung zu stellen, bei welchem Kontaktstellen zwischen Aluminiumteilleitern einen geringen Übergangswiderstand aufweisen.
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Die zuvor aufgezeigte und aus dem Stand der Technik hergeleitete Aufgabe wird durch einen Kraftfahrzeugenergieleiter nach Anspruch 1 gelöst.
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Es ist erkannt worden, dass durch Kaltgasspritzen in besonders einfacher Weise dünne Metalloberflächen auf einen Aluminiumleiter aufgebracht werden können. Beim Kaltgasspritzen kann ein pulverförmiger Spritzwerkstoff mittels eines Inertgases auf eine Oberfläche beschleunigt werden. Die Beschleunigung wird bevorzugt in einer Lavalschen Düse durchgeführt, wobei der pulverförmige Spritzwerkstoff bevorzugt auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt wird. Durch die Aufprallenergie der pulverförmigen Metallteilchen wird die Aluminiumoxidschicht aufgebrochen und es entsteht eine direkte Verbindung zwischen dem Aluminium des Teilleiters und dem Metallpulver, welches mittels Kaltgasspritzen aufgebracht wird. Die beim Auftreffen der Metallteilchen auf die Oberfläche freigesetzte kinetische Energie bewirkt eine räumlich eng begrenzte Erhitzung der Werkstoffe wodurch eine Stoffschlüssige Verbindung entsteht. Die so aufgebrachte Metalloberfläche eignet sich gut für die Kontaktierung von zwei Leitern, von denen zumindest einer aus Aluminium ist.
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Gemäß eines bevorzugten Ausführungsbeispiels wird vorgeschlagen, dass die elektrische Kontaktstelle als Lötverbindung gebildet ist. Hierbei ist es möglich, dass im Bereich der Kontaktstelle die Teilleiter miteinander verlötet werden.
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Besonders vorteilhaft ist das Aufbringen einer Metalloberfläche auf dem Flachleiter, wenn der Bolzen auch aus Aluminium gebildet ist. In diesem Falle ist es besonders bevorzugt, wenn entlang der Kontaktstelle sowohl der Flachleiter als auch der Bolzen mit der mittels Kaltgasspritzen aufgebrachten Metalloberfläche ausgestattet ist. In diesem Fall kann eine Kontaktierung zwischen den Leitern entlang der Kontaktstelle ermöglicht werden, wobei der Übergangswiderstand abhängig vom verwendeten Metall ist.
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Um einen möglichst geringen Übergangswiderstand zu erzielen, wird bevorzugt, dass die Metalloberfläche aus einem Nichteisenmetall, insbesondere Kupfer, Zink, Zinn, Silber, Gold oder Legierung daraus gebildet ist. Insbesondere Metalle, welche eine geringe Neigung zur Bildung von Oxidschichten haben, eignen sich gut für die Erzeugung einer Metalloberfläche.
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Neben einer stoffschlüssigen Lötverbindung wird auch bevorzugt, dass die elektrische Kontaktstelle als Steckverbindungen gebildet ist. Da entlang der Kontaktstelle eine Metalloberfläche mit einer guten elektrischen Leitfähigkeit aufgebracht ist, kann auf eine stoffsschlüssige Verbindung verzichtet werden. Hierdurch wird es ermöglicht, Steckverbindungen von elektrischen Batterieleitern aus Aluminium zur Verfügung zu stellen, welche einfach und kostengünstig in der Herstellung sind. Um die Steckverbindung mit guten elektrischen Eigenschaften auszustatten, wird vorgeschlagen, dass der Flachleiter im Bereich des Steckgesichts der Steckverbindung die mittels Kaltgasspritzen aufgebrachte Metalloberfläche hat. Insbesondere im Bereich des Steckgesichts, welcher Bereich in unmittelbarem mechanischen Kontakt mit dem Bolzen tritt, ist eine Metalloberfläche-notwendig, welche geringe Neigungen zeigt, zu oxidieren, bzw. eine hohe Leitfähigkeit hat.
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Um die Steckverbindungen gegenüber mechanischen Belastungen zu sichern, wird vorgeschlagen, dass diese als Pressverbindung ausgeführt ist. In diesem Falle kann die Steckverbindung nur mit einem erhöhten Kraftaufwand gelöst werden.
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Im Bereich des Fahrzeugsbaus wird die Verwendung von Flachleitern zunehmend gefordert, insbesondere da Flachleiter gegenüber Rundleitern bei der Verlegung Vorteile zeigen.
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Zur Herstellung einer Steckverbindung ist es notwendig, dass der Bolzen in den Flachleiter eingesteckt wird oder umgekehrt. Um dies zu gewährleisten, wird vorgeschlagen, dass der Bolzen eine im Wesentlichen dem Querschnitt des Flachleiters entsprechende, den Flachleiter aufnehmende Sacknut aufweist und dass der Flachleiter im durch die Sacknut aufnehmbaren Bereich die mittels Kaltgasspritzen aufgebrachte Metalloberfläche hat. Hierbei ist es ebenfalls möglich, dass im Bereich der Sacknut, an der Innenwandung des Flachleiters, ebenfalls eine Metallschicht mittels Kaltgasspritzen aufgebracht wurde. Mit der vorgestellten Steckverbindung ist es möglich, den Bolzen in die Sacknut des Flachleiters einzuschieben. Es ist ebenfalls möglich, dass im Bereich der Sacknut zumindest ein Federelement vorgesehen ist, welches durch das Einschieben des Bolzens in die Sacknut verformt wird und gegen die Oberfläche, bevorzugt gegen die Oberfläche des Steckgesichts des Bolzens, presst. Dadurch wird eine Steckverbindung mit guten elektrischen und mechanischen Eigenschaften zur Verfügung gestellt.
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Da das Metall, welches im Bereich der Kontaktstelle auf die Oberfläche der Teilleiter aufgebracht wird, häufig edler ist, als Aluminium und daher teurer ist, sollte die Schichtdicke der Metalloberfläche dünn sein. Es wird daher bevorzugt, dass die Schichtdicke zwischen 2 00 /µm und 500 /pm, vorzugsweise 350 /µm ist.
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Die elektrische Kontaktstelle ist als Schraubverbindung gebildet. Ein Anschlussbolzen ist mit einem Flachleiter verschraubt. Der Anschlussbolzen kann so geformt sein, dass ein in eine Bohrung eines Flachleiters einschiebbarer Teil einen geringeren Querschnitt hat, als der Rest des Bolzens. Der in die Bohrung eingeführte Teil kann mit einem Gewinde versehen sein, durch welches der Bolzen an dem Flachteil verschraubt werden kann. Dies kann durch eine Verschraubung an einem Innengewinde in der Bohrung erfolgen oder durch eine Mutter, welche auf der Unterseite des Teilleiters auf das Gewinde aufgeschraubt wird. Die Fläche, die auf der Oberseite des Flachleiters mit dem Bolzen in Kontakt trifft, ist als elektrische Kontaktstelle gebildet. Somit ist es beispielsweise möglich, dass ein Kupferbolzen mit einem Aluminiumflachleiter in einfacher Weise elektrisch kontaktiert werden kann. Durch das Aufbringen der Metalloberfläche entlang der elektrischen Kontaktstelle wird erreicht, dass neben den guten elektrischen Eigenschaften eine hohe mechanische Festigkeit erzielt wird. Dadurch wird verhindert, dass der Bolzen beim Anziehen der Mutter in das Material des Flachleiters hinein gezogen wird.
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Ein weiterer Gegenstand ist ein Verfahren nach Anspruch 8.
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Nachfolgend wird der Gegenstand anhand einer Ausführungsbeispiele zeigenden Zeichnung näher erläutert.
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In der Zeichnung zeigen:
- 1 eine erste nicht beanspruchte Kontaktstelle bei einer Stoßverbindung zwischen Teilleitern;
- 2 eine zweite nicht beanspruchte Kontaktstelle bei einerüberlappenden Verbindung zwischen Teilleitern;
- 3 eine Kontaktstelle bei einer Verbindung mit einem Kontaktbolzen;
- 4 eine nicht beanspruchte Steckverbindung zwischen Teilleitern.
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1 zeigt einen ersten Teilleiter 2 mit einer elektrischen Kontaktstelle 4 sowie einen zweiten Teilleiter 6. Im Bereich der elektrischen Kontaktstelle 4 ist die Oberfläche des ersten Teilleiters 2 mittels Kaltgasspritzen mit einer Kupferschicht beaufschlagt. Diese Kupferschicht wird beim Kaltgasspritzen stoffschlüssig mit dem Aluminium des ersten Teilleiters verbunden.
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Im Bereich der Stirnfläche des zweiten Teilleiters 6 kann ebenfalls eine Metalloberfläche aus Kupfer mittels Kaltgasspritzen aufgebracht werden. Die Stirnflächen der Teilleiter 2, 6 können dann leicht miteinander verlötet werden. Auch ist es möglich, dass die Stirnflächen der Teilleiter 2, 6 lediglich kraftschlüssig miteinander in Verbindung gebracht werden. Aufgrund der Beschichtung mit einer Kupferoberfläche wird eine hohe elektrische Leitfähigkeit im Bereich des Übergangs erzielt.
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2 zeigt eine weitere Möglichkeit, einen ersten Teilleiter 2 mit einem zweiten Teilleiter 6 elektrisch in Verbindung zu bringen. Anders als bei 1 überlappen sich die Teilleiter 2, 6 im Bereich der elektrischen Kontaktstelle 4. Im Bereich der elektrischen Kontaktstelle 4 kann sowohl der erste Teilleiter 2 als auch der zweite Teilleiter 6 mittels einer Kupferoberfläche beschichtet sein. Diese wird durch Kaltgasspritzen ausgebracht. Die Schichtdicke der Oberfläche ist bevorzugt 350 /µm. Die Teilleiter 2, 6 können verlötet werden. Da die elektrische Kontaktstelle 4 aus Kupfer gebildet ist, ist es nicht notwendig, die Lötfläche vor Umwelteinflüssen zu schützen, da an der Übergangsstelle eine Kupfer-Kupfer-Verbindung besteht und die Ausbildung von Aluminiumoxid in diesem Bereich unmöglich ist.
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3 zeigt den zweiten Teilleiter 6 als Anschlussbolzen, beispielsweise für ein Fremdstartstützpunkt oder für ein sonstigen elektrischen Abgriff innerhalb des Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs. Der Bolzen 6 weist an seinem Ende einen Stift auf, der mit einem Gewinde 8 versehen sein kann. Der Stift ist so geformt, dass er in eine Bohrung 10 des ersten Teilleiters 2 hineinpasst. Der Bolzen 6 wird mit seinem Gewinde 8 entweder in der Bohrung 10 verschraubt oder das Gewinde 8 ragt aus dem Teilleiter 2 an dessen Unterseite heraus. In diesem Falle kann der Bolzen 6 mit einer Mutter an dem Teilleiter 2 verschraubt werden. Im Bereich der elektrischen Kontaktstelle 4 ist der erste Teilleiter 2, der aus Aluminium gebildet ist, mit einer Kupferoberfläche mittels Kaltgasspritzen beschichtet worden. Der Bolzen 6 kann aus Kupfer gebildet sein. Beim Verschrauben des Bolzens 6 an dem ersten Teilleiter 2 entsteht eine Kontaktfläche im Bereich der elektrischen Kontaktstelle 4, welche ein Kupfer-Kupfer-Übergang darstellt. Dieser Übergang zeichnet sich durch einen geringen elektrischen Übergangswiderstand aus. Beim Verschrauben wird der Bolzen 6 gegen den Teilleiter 2 gepresst. Durch das Aufbringen der Kupferoberfläche entlang der elektrischen Kontaktstelle 4 wird die mechanische Festigkeit in diesem Bereich erhöht, wodurch verhindert wird, dass der Bolzen 6 in das Material des ersten Teilleiters 2 hineingeschraubt wird.
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4 zeigt eine Steckverbindung zwischen einem ersten Teilleiter 2 und einem zweiten Teilleiter 6. Der zweite Teilleiter 6 hat an seiner Stirnfläche eine Sacknut 12. Das Innere der Sacknut 12 kann beispielsweise mittels Kaltgasspritzen mit einer Kupferoberfläche beschichtet sein. Auch ist es möglich, dass innerhalb der Sacknut 12 Federelemente 14 vorgesehen sind. Diese Federelemente 14 sind vorzugsweise an der unteren oder oberen Innenwand der Sacknut 12 gebildet. Die Federelemente können jedoch auch an den Seitenwänden der Sacknut 12 vorgesehen sein.
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Zu den Federelementen 14 korrespondierende elektrische Kontaktstellen 4 sind auf dem ersten Teilleiter 2 vorgesehen. Diese elektrischen Kontaktstellen 4 sind mit einer Kupferoberfläche mittels Kaltgasspritzen beschichtet worden. Auch ist es möglich, jedoch nicht dargestellt, dass der erste Teilleiter 2 in dem Bereich, welcher in die Sacknut eingeschoben ist, vollständig mit einer Kupferoberfläche beschichtet worden ist.
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Wird der erste Teilleiter 2 in die Sacknut 12 gesteckt, so werden die Federelemente 14 gespannt und drücken mit ihrer Federkraft auf die elektrische Kontaktstelle 4. Zumindest über die Federelemente 14 wird eine elektrische Kontaktierung zwischen dem zweiten Teilleiter 6 und dem ersten Teilleiter 2 ermöglicht. Die Federelemente 14 ermöglichen neben der elektrischen Kontaktierung auch eine mechanische Befestigung des ersten Teilleiters 2 in der Sacknut 12.
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Durch die vorgestellte Beschichtung der elektrischen Kontaktstelle mit einer Metalloberfläche mittels Kaltgasspritzen wird eine verbesserte elektrische Kontaktierung zwischen aus Aluminium gebildeten Teilleitern eines Kraftfahrzeugenergieleiters ermöglicht. Die vorgestellte Verbindung zeichnet sich durch einen geringen Übergangswiderstand, kostengünstige Herstellung und Beständigkeit gegenüber Umwelteinflüssen aus.
