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Der Gegenstand betrifft ein Verfahren als auch eine Verbindung eines elektrischen aus mehreren Aluminiumdrähten oder -litzen gebildeten Aluminiumkabels mit einem Anschlussteil für elektrische Anlagen, insbesondere für die elektrische Anlage eines Kraftfahrzeugs, wobei ein Ende des Aluminiumkabels mit dem Anschlussteil elektrisch leitend verbunden ist.
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Die Verbindung von Aluminiumkabeln mit Anschlussteilen ist in der Regel schwierig. Insbesondere bei der Verbindung von Aluminium mit Anschlussteilen aus einem anderen Nichteisenmetall, beispielsweise Kupfer oder Legierungen davon, ergeben sich Probleme zum Einen hinsichtlich der Aluminiumoxidschichten auf der Oberfläche der Aluminiumleiter und zum Anderen im Hinblick auf Übergangswiderstände zwischen den unterschiedlichen Metallen.
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In der Vergangenheit sind diverse Verfahren zum stoffschlüssigen Verschweißen von Aluminiumdrähten mit aus Messing oder Kupfer gebildeten Anschlussteilen vorgeschlagen worden. So schlägt beispielsweise die europäische Patentschrift
EP 1 032 077 B1 vor, ein aus Aluminiumdrähten oder -litzen gebildetes Aluminiumkabel mit einem Anschlussteil aus Messing oder Kupfer mit Hilfe einer Stützhülse zu verschweißen. Die Stützhülse dient dabei dem Verpressen der einzelnen Drähte oder Litzen des Aluminiumkabels.
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Die deutsche Offenlegungsschrift
DE 2 218 049 beschreibt ein Verfahren zum Verschweißen eines Litzenleiters mit einem Anschlussstück. Hierbei wird ein Reibschweißen zwischen dem Litzenleiter und dem Anschlussstück vorgeschlagen.
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Die deutsche Patentschrift
DE 10 2005 030 248 B3 zeigt ein Verfahren, bei dem die Aluminiumdrähte vor dem Verbinden mit der Hülse mittels Ultraschall verzinnt werden. Die Hülse ist hierbei als Sachlochbohrung in einem Kabelschuh vorgesehen.
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Es hat sich jedoch gezeigt, dass die Verwendung einer aus diesen Veröffentlichungen bekannten Hülse kostenintensiv ist. Zum Einen entstehen Kosten für die Stützhülse selber oder für die herzustellende Bohrung. Zum Anderen ist beim Einsatz der Stützhülsen der Produktionsprozess aufwendig, da die Drähte oder Litzen des Aluminiumkabels in die Stützhülse eingeführt werden müssen, die Stützhülse an dem Aluminiumkabel befestigt werden muss und anschließend ein Verschweißen der Stützhülse samt Aluminiumkabel mit dem Anschlusskabel erfolgen muss. Dies führt zu hohen Taktzeiten, was sich im Endpreis des Produktes niederschlägt.
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Aus diesem Grunde lag dem Gegenstand die Aufgabe zugrunde, eine Verbindung eines Aluminiumkabels mit einem Anschlussteil zur Verfügung zu stellen, welche unter Einsatz weniger Einzelteile und geringeren Taktzeiten herstellbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Verbindung nach Anspruch 1 gelöst.
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Hierbei kann das Anschlussteil eine einstückig mit dem Anschlussteil gebildete Hülse zur Aufnahme des Endes des Aluminiumkabels aufweisen. Das Ende des Aluminiumkabels kann in der Hülse angeordnet sein. Das Anschlussteil kann aus einem Rohr gebildet sein, welches an einem Ende zu einem Flachteil verpresst ist. Dadurch, dass das Rohr verpresst ist, bildet sich ein Flachteil, welches als Anschlussteil dienen kann. Das Rohr kann so verpresst sein, dass die Innenwände des Rohrs aneinander anliegen. Auch kann das Verpressen so sein, dass auch im Bereich des verpressten Endes des Rohrs noch ein Spalt zwischen den Innenwänden vorhanden ist. Das andere Ende des Rohrs kann die Hülse bilden. Hierdurch kann in einem einzigen Verarbeitungsschritt das Anschlussteil und die Hülse aus einem Rohr geformt werden. Es sind keine Bohrungen vorzunehmen. Das Rohr kann vor dem Verpressen beschichtet worden sein. So kann das Rohr vernickelt und/oder verzinnt sein. Das Ende des Aluminiumkabels, welches in die Hülse eingeschoben ist, kann mit dem Rohr verbunden werden.
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Es wird vorgeschlagen, dass das Ende des Aluminiumkabels unter Verwendung eines Lötvermittlers mit der Hülse verlötet ist. Das Verlöten erlaubt eine kostengünstige Verbindung zwischen der Hülse und dem Aluminiumkabel herzustellen.
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Es ist erkannt worden, dass das Anschlussteil einstückig mit der Hülse aus einem Rohr geformt werden kann. Das Anschlussteil bildet dabei die Hülse. Somit kann auf den Einsatz eines weiteren Bauteils, welches die Stützhülse repräsentiert, verzichtet werden.
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Ferner ist erkannt worden, dass das Ende des Aluminiumkabels, welches im Wesentlichen die Aluminiumdrähte oder -litzen aufweist, in die Hülse eingeschoben und somit dort angeordnet werden kann. Um eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den Aluminiumdrähten oder -litzen und dem Anschlussteil herstellen zu können, wird auch vorgeschlagen, dass das Ende des Aluminiumkabels unter Verwendung eines Lötvermittlers mit der Hülse verlötet ist. Das Verlöten ist vorzugsweise dann möglich, wenn die Aluminiumdrähte oder -litzen im Bereich des Aluminiumkabels metallisch beschichtet sind und hierdurch eine elektrisch leitende Verbindung mit dem Lötvermittler eingehen können. Ein Lötvermittler kann beispielsweise ein Lotzinn oder dergleichen sein, welcher unter Temperatureinfluss aufschmilzt und eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den Anschlussdrähten oder -litzen und dem Anschlussteil/der Hülse herstellt.
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Ein Löten kann insbesondere beim Einsatz einer erhöhten Temperatur erfolgen, so wird beispielsweise vorgeschlagen, dass das Löten bei einer Temperatur von über 200°C, vorzugsweise zwischen 200 und 250°C erfolgt und somit eine Weichlötverbindung zwischen den Aluminiumdrähten oder -litzen und dem Anschlussteil entsteht.
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Bei der Verwendung eines Rohrs ist besonders vorteilhaft, wenn im Bereich des verpressten Endes einen Spalt zwischen den Innenwänden des Rohrs gebildet ist. In diesen Spalt kann bevorzugt ein weiteres Anschlussteil eingeschoben werden und anschließend mit dem Rohr verbunden werden, z. B. mittels Widerstandsschweißen, Laserschweißen, Ultraschallschweißen, Reibschweißen oder dergleichen.
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Das weiter Anschlussteil kann als Steckergesicht gebildet sein. Somit können viele verschiedenartige weitere Anschlussteile in einfacher Weise mit dem gegenständlichen Anschlussteil verbunden werden. Hierdurch ist es besonders einfach, verschiedenartige Anschlussteile mit einem Aluminiumkabel zu verbinden.
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Um das weitere Anschlussteil besonders einfach in den Spalt einzusetzen, wird auch vorgeschlagen, dass das verpresste Ende des Rohrs geschlitzt ist. Der Schlitz kann dabei im Wesentlichen parallel zur breiten Oberfläche des flach verpressten Rohrs verlaufen.
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Wie bereits erläutert, sind die Aluminiumdrähte oder -litzen im Bereich des Endes des Aluminiumkabels metallisch beschichtet. Hierbei kann insbesondere eine Verzinnung oder Vernickelung der Drähte oder Litzen erfolgen. Durch die Beschichtung der Aluminiumdrähte oder -litzen können diese eine Verbindung mit dem Lötvermittler und der Innenwand der Hülse eingehen.
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Eine besonders kostengünstige Beschichtung der Aluminiumdrähte oder -litzen erfolgt gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel mittels Ultraschallbeschichtung. Bei der Ultraschallbeschichtung werden die Aluminiumdrähte oder -litzen durch eine Sonotrode im Ultraschallbereich erregt, so dass ein auf den Drähten oder Litzen gebildetes Aluminiumoxid aufgebrochen wird, und auf dem blanken Aluminium eine Beschichtung erfolgen kann. Insbesondere ist es möglich, die Aluminiumdrähte bei der Erregung mit Ultraschall in ein metallisches Tauchbad, insbesondere ein Zinn- oder Nickelbad zu tauchen, so dass während der Erregung die Beschichtung erfolgen kann.
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Es wird vorgeschlagen, dass im Bereich des Endes des Kabels ein abisoliertes Ende frei von einer Isolierung ist. Das Aluminiumkabel ist vorzugsweise mit einem Isolator, beispielsweise einem Kunststoffisolator, isoliert. Um eine Verbindung der Aluminiumdrähte oder -litzen mit der Hülse und dem Anschlussteil zu erhalten, ist das Aluminiumkabel im Bereich seines Endes von der Isolierung befreit. Zumindest das abisolierte Ende des Aluminiumkabels kann dem Beschichtungsprozess zugeführt werden bei dem die metallische Beschichtung, insbesondere die Verzinnung und/oder Vernickelung, erfolgt. Anschließend kann das abisolierte, beschichtete Ende des Kabels in die Hülse eingeführt und mit der Hülse verlötet werden. Hierzu kann die Hülse samt Ende des Aluminiumkabels einer hohen Temperatur ausgesetzt werden, bei der der Lötvermittler schmilzt und eine Verbindung zwischen der Innenwand der Hülse und den Drähten oder Litzen des Aluminiumkabels herstellt.
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Um die Lötstelle möglichst gut vor Umwelteinflüssen zu schützen, wird vorgeschlagen, dass die Hülse zur Aufnahme des Endes des Aluminiumkabels bis über den Übergang zwischen dem abisolierten Ende und der Isolierung, einen Teil der Isolierung umschließend, reicht. Somit wird das Aluminiumkabel nicht nur mit dem abisolierten Ende in die Hülse eingeschoben, sondern auch ein Teil der Isolierung kann in die Hülse eingeschoben werden. Beim anschließenden Verlöten wird dann das abisolierte Ende mit der Innenwand der Hülse elektrisch leitend verbunden. Die Isolierung kann beispielsweise so geformt sein, dass sie beim Erhitzen, welches ohnehin beim Verlöten erfolgt, aufschmilzt. Beim Schmelzen kann dann eine feuchtigkeitsdichte Verbindung zwischen Isolation und Innenwand der Hülse entstehen. Hierdurch kann die Lotstelle vor Umwelteinflüssen geschützt werden.
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Auch wird vorgeschlagen, dass der Lötvermittler kugelförmig ist. Der Lötvermittler kann in Form von Kugeln oder Pastillen oder aber auch als Lotpaste im Bereich der Verbindungsstelle zwischen dem Aluminiumkabel und der Hülse angeordnet sein. Insbesondere ist dies im Bereich des Bodens der Hülse. Der Lötvermittler kann vorzugsweise aus Lötzinn gebildet sein. Der Lötvermittler schmilzt bei Beaufschlagung mit erhöhter Temperatur auf und bildet eine Verbindung zwischen dem Aluminiumdrähten oder -litzen und der Hülse.
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Um sicherzustellen, dass die Verbindung zwischen den Aluminiumdrähten oder -litzen ausreichend fest ist, wird vorgeschlagen, die Menge des Lötvermittlers zu wiegen. So wird sichergestellt, dass ausreichend Lötvermittler an der Lötstelle vorhanden ist. Das Wiegen kann samt Hülse und Anschlussteil erfolgen. Das Wiegen kann auch vor dem Einführen des Aluminiumkabels in die Hülse erfolgen.
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Auch wird vorgeschlagen, dass die Hülse zur Aufnahme des Lötvermittlers eine zweite Öffnung aufweist. Eine erste Öffnung der Hülse dient zur Aufnahme des Endes des Aluminiumkabels. Die zweite Öffnung, z. B. eine Bohrung, kann im Bereich der Verbindungsstelle zwischen Aluminiumkabel und Hülse vorgesehen sein. Die zweite Öffnung kann so groß sein, dass sie zur Aufnahme des Lötvermittlers geeignet ist. Beispielsweise kann der Lötvermittler aus kleinen Kugeln gebildet sein, die in die zweite Öffnung eingeführt werden können. Insbesondere ist die zweite Öffnung im Bereich des Bodens der Hülse vorgesehen, so dass der Lötvermittler in dem Bereich des Bodens der Hülse eingebracht werden kann.
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Die Menge des Lötvermittlers kann vor dem Einfüllen in die zweite Öffnung gewogen werden.
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Gemäß eines weiteren Aspekts ist es möglich, dass ein Flachteil, z. B. ein Blech, auf der einen Seite verformt wird, um die Hülse zu bilden und auf der anderen Seite das Anschlussteil bildet. Auch diese Lösung ist eigenständig erfinderisch. Bei beiden Lösungen wird ein Ausgangsteil, Rohr oder Flachteil, mechanisch spanlos verformt, so dass sich ein flaches Anschlussteil und eine Hülse bildet.
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Das Flachteil kann im Bereich der Hülse mechanisch verformt sein und somit die Hülse bildet. Die Hülse kann beispielsweise durch Tiefziehen in das Flachteil geformt werden.
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Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass eine Beschichtung den Bereich des Übergangs zwischen Hülse und Aluminium ummantelt. Dadurch, dass der Übergang zwischen Hülse und Aluminium ummantelt ist, kann die Übergangsstelle vor Umwelteinflüssen geschützt werden und es kann vermieden werden, dass Feuchtigkeit in die Lötverbindung zwischen Aluminiumkabel und Hülse gelangt. Die Beschichtung kann beispielsweise ein Schrumpfschlauch oder eine sonstige Ummantelung sein. Vorzugsweise kann ein PVC-Schrumpfschlauch oder ein Mantel als Beschichtung über die Verbindungsstelle geschoben werden.
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Ein weiterer Aspekt ist ein Verfahren zum Verbinden eines elektrischen, aus mehreren Aluminiumdrähten oder -litzen gebildeten Aluminiumkabels mit einem Anschlussteil für elektrische Anlagen, insbesondere für die elektrische Anlage eines Kraftfahrzeugs, nach Anspruch 10. Eine Hülse kann zur Aufnahme des Endes des Aluminiumkabels einstückig mit dem Anschlussteil hergestellt sein.
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Das Ende des Aluminiumkabels kann im Bereich des Bodens der Hülse unter Verwendung eines Lötvermittlers mit der Hülse verlötet werden. Hierbei wird insbesondere die Hülse mit dem Ende des Aluminiumkabels mittels Weichlöten oder Hartlöten verlötet. Beim Weichlöten werden Temperaturen zwischen 200 und 300°C verwendet. Beim Hartlöten entstehen Temperaturen von über 400°C. Insbesondere sind Heißluft, Dampf, Wärmestrahlung, Laser, Induktion, Ultraschall, Elektronenschall oder Lichtbogenlöten möglich, um die Hülse mit dem Aluminiumkabel bzw. dessen Ende zu verlöten.
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Nachfolgend wird der Gegenstand anhand einer Ausführungsbeispiele zeigenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
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1 einen Kabelschuh mit einem in der Hülse angeordneten Aluminiumkabel;
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2 einen Kabelschuh mit einem mit der Hülse verlöteten Ende und in der Hülse angeordneter Isolation;
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3 einen Kabelschuh mit einem Spalt im Bereich des Anschlussteils;
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4 einen Kabelschuh mit einem geschlitzten Anschlussteil.
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1 zeigt eine Verbindung 2 eines Kabelschuhs 4 mit einem Aluminiumkabel 6. Das Aluminiumkabel 6 ist aus einer Isolierung 6a und Aluminiumlitzen 6b gebildet. Das Ende des Aluminiumkabels 6 ist abisoliert, so dass die Aluminiumlitzen 6b frei von der Isolierung 6a sind.
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Zu erkennen ist, dass der Kabelschuh 4 aus einem Rohr gebildet ist, dass in seinem vorderen Bereich verpresst ist, so dass die Innenwände aufeinander liegen und ein Flachteil 5 gebildet ist. Das andere Ende des Rohrs bildet die Hülse 7.
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In dem Flachteil 5 des Kabelschuhs 4 kann eine Bohrung 8 vorgesehen sein zur Aufnahme eines Kabels oder zum Anschluss eines elektrischen Abgangs.
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Zu erkennen ist ferner, dass der Kabelschuh 4 derart geformt ist, dass einstückig eine Hülse 7 aus dem Rohr des Kabelschuhs 4 gebildet ist.
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In die Hülse 7 kann das abisolierte Ende des Aluminiumkabels 6, insbesondere die Aluminiumlitzen 6b eingeführt werden. Der Durchmesser der Hülse 7 ist bevorzugt entsprechend des Kabelquerschnitts des Aluminiumkabels 6 gewählt, so dass die Aluminiumlitzen 6b in die Hülse 7 eingeschoben werden können.
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Im gezeigten Beispiel ist die Isolierung 6a außerhalb der Hülse 7 angeordnet.
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Ferner ist zu erkennen, dass der Kabelschuh 4 eine Bohrung 12 im Bereich des Bodens 10 der Hülse 7 aufweist. Durch diese Bohrung, die optional ist, können Zinnkugeln 14 als Lötvermittler in die Hülse 7 geführt werden, auch nachdem das Aluminiumkabel 6 bereits in die Hülse 7 eingesteckt worden ist.
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Zum Verlöten der Litzen 6b mit der Hülse 7 bzw. der Innenwand des Kabelschuhs 4, der bevorzugt aus Kupfer oder Messing gebildet ist, besonders bevorzugt an seiner Innenwand verzinnt und/oder vernickelt ist, sind die Aluminiumlitzen 6b metallisch beschichtet, vorzugsweise verzinnt und/oder vernickelt. Hierzu können die Aluminiumlitzen 6b, bevor sie in die Hülse 7 eingesteckt werden, in ein Zinn- oder Nickelbad getaucht werden, um deren Oberfläche zu beschichten. Hierbei kann ein Ultraschallsonotrode Ultraschallschwingungen in die Litzen 6b einbringen, so dass Aluminiumoxid auf den Oberflächen der Litzen 6b abplatzt und unmittelbar im Anschluss daran eine Beschichtung mit Zinn oder Nickel erfolgen kann.
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Zum Verbinden zwischen der Innenwand der Hülse 7 bzw. des Kabelschuhs 4 und den Aluminiumlitzen 6b wird die Verbindung 2 beispielsweise in einen Induktionsofen gebracht. In dem Induktionsofen wird die Aluminiumhülse 7 bzw. der Kabelschuh 4 mittels Induktion erhitzt, so dass die Zinnkugeln 14 schmelzen und eine Lötverbindung zwischen den Litzen 6b und der Innenwand der Hülse 7 entsteht.
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Um die Verbindung vor Umwelteinflüssen zu schützen, ist der Übergang zwischen Kabelschuh 4 und Isolierung 6a mit einem Schrumpfschlauch 16 ummantelt, der verhindert, dass Feuchtigkeit in die Hülse 7 eindringen kann.
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Eine verlötete Verbindung ist in 2 dargestellt. In 2 unterscheidet sich der Kabelschuh 4 von dem in 1 gezeigten Kabelschuh dadurch, dass die Hülse 7 gestuft geformt ist, wobei zwei unterschiedliche Durchmesser gebildet sind. Ein erster Bereich der Hülse 7, der den Boden 10 der Hülse 7 zugewandt ist, hat einen kleineren Durchmesser als ein zweiter Bereich der Hülse 7, der der Öffnung der Hülse 7 zugewandt ist. Der Durchmesser des ersten Bereichs entspricht in etwa dem Kabeldurchmesser des Aluminiumkabels 6, insbesondere dem Kabeldurchmesser im Bereich der Litzen 6b. Der zweite Durchmesser entspricht in etwa dem Kabeldurchmesser des Aluminiumkabels 6 im Bereich der Isolierung 6a. Wie zu erkennen ist, ist das Aluminiumkabel 6 derart in die Hülse 7 eingeschoben, dass die Aluminiumlitzen 6b im ersten Bereich der Hülse 7 angeordnet sind und die Isolierung 6a im zweiten Bereich der Hülse 7.
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Durch die in 2 gezeigte Anordnung ist es möglich, die Isolierung 6a in der Hülse 7 zu führen. Beim Erhitzen des Lötvermittlers schmilzt dieser und verbindet sich mit den Aluminiumlitzen 6b und der Innenwand der Hülse 7, so dass eine Lötverbindung zwischen den Litzen 6b und der Innenwand der Hülse 7 entsteht.
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Die Isolierung 6a kann aus einem solchen Material gewählt sein, dass bei der Erhitzung des Lötvermittlers ebenfalls aufschmilzt und beispielsweise mit der Innenwand der Hülse 7 im zweiten Bereich verklebt oder sich mit dieser verbindet, so dass eine dichtende Verbindung entsteht. Hierdurch kann ein Eindringen von Feuchtigkeit in den Bereich der Lötverbindung 18 verhindert werden.
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Eine Ummantelung 16, wie sie in 1 gezeigt ist, kann ebenfalls aufgebracht werden, ist hier jedoch nicht gezeigt.
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Der Kabelschuh 4 kann auch ein sonstiges Anschlussteil sein, beispielsweise ein Flachteil. Dann kann das Flachteil beispielsweise mittels mechanischem, spanlosen Verformen so geformt sein, dass ein erster Bereich, in dem eine Bohrung 8 vorgesehen sein kann, flach bleibt, und ein zweiter Bereich die Hülse 7 ausbildet, in dem die Wände des Flachteils so verbogen werden, dass die Hülse 7 gebildet wird.
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Auch das Flachteil kann dazu verwendet werden, mittels Schweißen mit einem anderen Steckerteil verbunden zu werden.
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Das Flachteil ist bevorzugt aus Kupfer oder Messing geformt und lässt sich besonders einfach mit weiteren elektrischen Bauteilen, beispielsweise mittels Verschrauben, Verschweißen oder Verlöten verbinden.
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3 zeigt einen Kabelschuh 4, der dem Kabelschuh 4 nach 1 entspricht. Im Unterschied zu 1 ist der Kabelschuh im Bereich des Flachteils 5 jedoch so verpresst, dass ein Spalt 9 zwischen den Innenwänden des den Kabelschuh 4 bildenden Rohr gebildet ist.
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In den Spalt 9 kann ein weiteres Anschlussteil eingeschoben werden und anschließend mit dem Kabelschuh 4 verschweißt werden. So können beliebig geformte Anschlussteile, z. B. Steckkontakte, über eine flache Anschlusskonsole mit dem Kabelschuh 4 verschweißt werden. Der Kabelschuh 4 stellt eine kostengünstige und sichere Verbindung mit einem Aluminiumkabel 6 her. Hierdurch ist es möglich, das weitere Anschlussteil aus Kupfer zu bilden, ohne dass Probleme bei der Kontaktierung mit einem Aluminiumkabel entstehen.
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In 4 ist ein Kabelschuh 4 gezeigt, bei dem, anders als beim Kabelschuh in 3, der Spalt 9 geschlitzt ist. Das Rohr, aus dem der Kabelschuh 4 geformt ist, kann im Bereich des Flachteils 5 horizontal, im Wesentlichen parallel zur Rohrachse und im Wesentlichen parallel zur breiten Oberfläche des Flachteils 5, geschlitzt werden und anschließend so verpresst werden, dass sich der Spalt 9 bildet. In den Spalt 9 lassen sich dann auch weitere Anschlussteile, z. B. breitere Flachteile, einschieben und mit dem Flachteil 5 bzw. dem Kabelschuh 4 verschweißen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1032077 B1 [0003]
- DE 2218049 A [0004]
- DE 102005030248 B3 [0005]
