DE102011084174A1 - Crimpverbindung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Crimpverbindung und eine Crimpverbindung zwischen einem elektrischen Leiter und einem Crimpelement, das an den Leiter gecrimpt ist, wobei zwischen dem Leiter und dem Crimpelement elektrisch leitende Teilchen angeordnet sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Crimpverbindung gemäß Patentanspruch 1 und ein Verfahren zur Herstellung einer Crimpverbindung gemäß Patentanspruch 13.
  • Im Stand der Technik sind verschiedene Arten von Crimpverbindungen bekannt, bei denen ein elektrisch leitendes Crimpelement, in der Regel eine Crimphülse, mechanisch und elektrisch leitend mit einem elektrischen Leiter verbunden wird. Der elektrische Leiter weist in der Regel mehrere Leitungsdrähte auf. Eine wesentliche Funktion der Crimpverbindung besteht darin, einen geringen elektrischen Widerstand zwischen dem Crimpelement und dem elektrischen Leiter herzustellen.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Verbesserung der elektrischen Leitungsverbindung zwischen dem Crimpelement und dem elektrischen Leiter zu ermöglichen.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Crimpverbindung gemäß Patentanspruch 1 und durch das Verfahren zur Herstellung einer Crimpverbindung gemäß Patentanspruch 13 gelöst.
  • Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Ein Vorteil der beschriebenen Crimpverbindung besteht darin, dass der elektrische Widerstand zwischen dem elektrischen Leiter und dem Crimpelement reduziert ist. Zudem weist die elektrisch leitende Verbindung zwischen dem elektrischen Leiter und dem Crimpelement eine hohe zeitliche Stabilität auf. Diese Vorteile werden dadurch erreicht, dass zwischen dem elektrischen Leiter und dem Crimpelement elektrisch leitende Teilchen angeordnet sind. Die elektrisch leitenden Teilchen sind zwischen dem Crimpelement und dem elektrischen Leiter eingequetscht und stellen sowohl eine mechanische als auch eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Leiter und dem Crimpelement her.
  • Versuche haben gezeigt, dass die Teilchen vorzugsweise einen Durchmesser aufweisen, der kleiner als 100 µm, insbesondere kleiner als 60 µm ist. Vorzugsweise weisen die Teilchen eine Größe auf, so dass deren Durchmesser kleiner als 60 µm ist und vorzugsweise größer als 10 µm ist. Aufgrund der gewählten Größenordnungen eignen sich die Teilchen besonders für die Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen dem Crimpelement und dem Leiter, ohne den Crimpvorgang zu beeinträchtigen oder das Crimpelement und/oder den elektrischen Leiter zu beschädigen.
  • In einer weiteren Ausführungsform sind die Teilchen in Form eines mechanisch zerkleinerten, insbesondere gebrochenen Pulvers ausgebildet. Aufgrund der mechanischen Zerkleinerung ergeben sich kantige Strukturen der Teilchen, die vorteilhaft zur Ausbildung der elektrisch leitenden Verbindung zwischen dem Leiter und dem Crimpelement sind.
  • In einer weiteren Ausführungsform sind die elektrisch leitenden Teilchen wenigstens teilweise aus einem elektrisch leitenden Metall, insbesondere aus Kupfer gebildet. Aufgrund der metallischen Ausbildung der Teilchen wird beim Crimpen eine intermetallische Verbindung zwischen dem metallischen Leiter und dem metallischen Crimpelement ausgebildet.
  • Für die Ausbildung der Teilchen eignen sich insbesondere Kupferlegierungen. Dabei können vorzugsweise binäre Verbindungen von Kupfer und Zink oder ternäre Verbindungen aus Kupfer und Zink mit einem weiteren Element aus folgender Gruppe verwendet werden: Zinn, Aluminium, Eisen, Nickel, Silber, Titan, Magnesium oder Chrom.
  • Gute elektrische Leitfähigkeiten werden mit Teilchen erreicht, die aus Messing bestehen, wobei der Zinkgehalt vorzugsweise zwischen 10 und 70 % liegt.
  • In einer weiteren Ausführungsform wird ein Crimpelement verwendet, das von einer Zinnschicht umgeben ist. Die Zinnschicht bewirkt eine Abschirmung des elektrischen Leiters vom Luftsauerstoff im Bereich der mechanischen Verbindung des elektrischen Teilchens und dem Leiter und eine Abschirmung der mechanischen Verbindung des Teilchens und des Crimpelements. Dadurch wird die Langzeitstabilität der elektrisch leitenden Verbindung zwischen dem elektrischen Leiter und dem Crimpelement verbessert.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist der elektrische Leiter aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung mit einem Aluminiumgehalt von >90% hergestellt. Vorzugsweise bildet eine Vielzahl von Litzen den elektrischen Leiter.
  • In einer weiteren Ausführungsform sind ist das Crimpelement aus einem der folgenden Materialien aufgebaut: Cu, CuSn, CuZn, CuZnSn, CuFe, CuNiSi, CuNiZn.
  • Die elektrischen Teilchen werden vor dem Crimpvorgang zwischen das Crimpelement und den elektrischen Leiter eingebracht. Dabei können die elektrischen Teilchen in Form eines Pulvers oder mit einem Trägermittel, in das die elektrischen Teilchen gemischt sind, beispielsweise auf den elektrischen Leiter und/oder auf das Crimpelement aufgebracht werden. Als Trägermittel eignen sich beispielsweise organische Lösungsmittel, insbesondere Benzin, Alkohol, Aceton, Öle oder auch Fette.
  • Die elektrischen Teilchen können mittels eines Pinsels, eines Stempels oder mit Hilfe eines Luftstroms aufgebracht werden.
  • Die mit einem Trägermittel gemischten elektrischen Teilchen können mittels einem sprühenden oder dispensenden Verfahren wie z.B. Inkjet oder Microdispensen aufgebracht werden.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
  • Die 1 und 2 verschiedene Stufen eines Crimpvorgangs, und
  • 3 ein Kabel mit einem angeschlagenen Crimpelement.
  • 1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Crimpwerkzeug, das einen Amboss 1 und einen Stempel 2 umfasst. Auf dem Amboss 1 ist ein Crimpelement 3 angeordnet. Über dem Crimpelement 3 ist ein elektrischer Leiter 4 dargestellt, der aus einer Vielzahl von Leitungsdrähten 5, sogenannten Litzen, aufgebaut ist. Auf den Leiter 4 und/oder auf eine Kontaktseite 6 des Crimpelements 3 werden elektrisch leitende Teilchen 7 aufgebracht.
  • Die elektrischen Teilchen 7 sind in einer weiteren Ausführung wenigstens teilweise aus einem elektrisch leitenden Metall, insbesondere wenigstens teilweise aus Kupfer hergestellt. Beispielsweise bestehen die Teilchen aus Messing, wobei der Zinkgehalt vorzugsweise zwischen 10 und 70 % liegt.
  • Als ternäre Kupferlegierung für elektrisch leitende Teilchen können Verbindungen von Kupfer und Zink mit einem weiteren Element aus folgender Gruppe verwendet werden: Zinn, Aluminium, Eisen, Nickel, Silber, Titan, Magnesium oder Chrom.
  • Die elektrisch leitenden Teilchen sind beispielsweise wenigstens teilweise aus einer der folgenden Kupferlegierungen aufgebaut: CuSn, CuFe, CuNiSi, CuAl+XY.
  • Das Crimpelement 3 ist aus einem elektrisch leitenden Material, beispielsweise aus einem Metall hergestellt. Abhängig von der gewählten Ausführungsform ist das Crimpelement 3 wenigstens auf der Kontaktseite 6 mit einer Zinnschicht 8 versehen.
  • Das Crimpelement 3 und/oder der Leiter 4 können beispielsweise aus einem der folgenden Materialien hergestellt sein: Cu, CuSn, CuZn, CuZnSn, CuFe, CuNiSi, CuNiZn.
  • Abhängig von der gewählten Ausführungsform ist der Leiter aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung mit einem Aluminiumgehalt von >90% hergestellt, wobei vorzugsweise mehrere Leiterlitzen 5 als Leiter 4 vorgesehen sind.
  • Die elektrischen Teilchen 7 weisen vorzugsweise einen Durchmesser auf, der nicht größer als 5 bis 30 % des Durchmessers einer einzelnen Litze 5, vorzugsweise im Bereich von 5 bis 20 % des Durchmessers der einzelnen Litze ist. Bei den üblichen Größenordnungen der Leitungslitzen 5 entspricht dies ungefähr einem Durchmesser, der zwischen 10 und 100 µm, vorzugsweise zwischen 10 und 60 µm liegt.
  • Die Teilchen 7 werden vorzugsweise durch eine mechanische Zerkleinerung als Pulver hergestellt. Bei der mechanischen Zerkleinerung werden die Teilchen mit Kanten versehen, die eine Verbesserung der mechanischen und elektrischen Kontakte zwischen dem Crimpelement 3 und dem Leiter 4 ermöglichen.
  • Abhängig von der gewählten Ausführungsform können auch Teilchen 7 verwendet werden, die eine sphärische Oberfläche aufweisen.
  • Die elektrischen Teilchen 7 werden beispielsweise mit Hilfe eines Luftstroms auf den Leiter 4 und/oder auf die Kontaktseite 6 des Crimpelements 3 aufgetragen. Zudem kann das Auftragen der elektrischen Teilchen 7 auch mit Hilfe eines Pinsels oder eines Stempels erfolgen. Weiterhin kann ein Trägermittel verwendet werden, in das die elektrischen Teilchen eingebracht sind. Als Trägermittel eignen sich beispielsweise organische Lösungsmittel wie z. B. Benzin, Alkohol, Aceton, Öle usw. Zudem können die Teilchen in ein Fett mit oder ohne dem organischen Lösungsmittel eingebracht werden, das dann dosiert auf den Leiter 4 bzw. die Kontaktseite 6 aufgebracht wird. Die Dosierung kann mittels spühenden oder dispensenden Verfahren wie z.B. Inkjet oder Microdispensen aufgebracht werden.
  • Durch das bevorzugte Vorsehen der Zinnschicht 8 auf dem Crimpelement 3 wird eine intermetallische Kontaktfläche des Teilchens 7 zum Metall des Leiters oder zum Metall des Crimpelements abgeschirmt, so dass wenig oder kein Sauerstoff an die intermetallische Kontaktfläche gelangt. Ein eindringender Sauerstoff wird zuerst von der Zinnschicht gebunden, die zu Zinnoxid oxidiert. Damit wird der Sauerstoff von der intermetallischen Kontaktfläche zwischen dem Teilchen 7 und dem Leiter bzw. dem Teilchen 7 und dem Crimpelement 3 ferngehalten.
  • Nach dem Einbringen der elektrischen Teilchen 7 wird der Stempel 2 in Richtung auf den Amboss 1 gedrückt. Dabei drückt der Stempel 2 die Leitung 4 in das Crimpelement 3 und erfasst Crimpflanken des Crimpelements 3. Die Crimpflanken werden eingerollt, der Leiter gleichmäßig verdichtet, und die Crimpverbindung geformt. Aufgrund des mechanischen Drucks werden die Teilchen sowohl in die Kontaktseite 6 des Crimpelements 3 als auch die Oberflächen der Litzen 4 eingedrückt.
  • 2 zeigt eine Endstellung, bei der der Leiter 4 mit dem Crimpelement 3 und den Teilchen 7 verpresst ist.
  • 3 zeigt in einer perspektivischen Darstellung ein Beispiel für die Crimpverbindung der 2. Es ist eine elektrische Leitung 10 dargestellt, die einen elektrischen Leiter 4 in Form von mehreren Litzen 5 aufweist, wobei der elektrische Leiter 4 von einem elektrisch isolierenden Mantel 11 umgeben ist. An abisolierten Enden der Litzen 5 ist das Crimpelement 3 angeschlagen. Das Crimpelement 3 weist ein Kontaktelement 12 auf, das zum Aufstecken auf einen Gegenkontakt vorgesehen ist. Zudem weist das Crimpelement 3 weitere Flanken 13 auf, die mit dem Mantel 11 als Zugentlastung verpresst sind.

Claims (15)

  1. Crimpverbindung zwischen einem elektrischen Leiter (4, 5) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung und einem Crimpelement (3), das an den Leiter (4, 5) gecrimpt ist, wobei zwischen dem Leiter (4, 5) und dem Crimpelement (3) elektrisch leitende Teilchen aus einer Kupferlegierung (7) angeordnet sind.
  2. Crimpverbindung nach Anspruch 1, wobei die Teilchen (7) einen Durchmesser aufweisen, der kleiner als 100 µm, insbesondere kleiner als 60µm ist.
  3. Crimpverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Teilchen (7) größer als 10 µm und kleiner als 60µm sind.
  4. Crimpverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Teilchen (7) in Form eines mechanisch zerkleinerten Pulvers ausgebildet sind.
  5. Crimpverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Teilchen (7) Kanten aufweisen.
  6. Crimpverbindung nach Anspruch 1, wobei die Teilchen (7) wenigstens teilweise aus einem der folgenden Kupferlegierungen aufgebaut sind: CuSn, CuZnxSny, CuFe, CuNiSi, CuAlxy.
  7. Crimpverbindung nach einem der Ansprüche 1, wobei die Teilchen (7) aus einer ternären Verbindung von Kupfer und Zink mit einem weiteren Element aus folgender Gruppe: Sn, Al, Fe, Ni, Ag, Ti, Mg, oder Cr aufgebaut sind.
  8. Crimpverbindung nach Anspruch 1, wobei die Teilchen (7) aus Messing bestehen, wobei der Zinkgehalt vorzugsweise zwischen 10% und 70% liegt.
  9. Crimpverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Crimpelement (3) mit einer Zinnschicht (8) umgeben ist.
  10. Crimpverbindung nach einem der vorhergehenden Anspruche, wobei der Leiter (4, 5) aus Aluminium gebildet ist.
  11. Crimpverbindung nach einem der vorhergehenden Anspruche, wobei der Leiter (4, 5) aus einer Aluminiumlegierung > 90% Aluminium gebildet ist.
  12. Crimpverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Crimpelement (3) aus einem der folgenden Materialien aufgebaut ist: Cu, CuSn, CuZn, CuZnSn, CuFe, CuNiSi, CuNiZn.
  13. Verfahren zum Herstellen einer Crimpverbindung zwischen einem Crimpelement und einem elektrischen Leiter, wobei zwischen den Leiter und das Crimpelement elektrisch leitende Teilchen eingebracht werden, wobei anschließend das Crimpelement an den Leiter angecrimpt wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Teilchen in ein Trägermittel eingebracht werden, und wobei das Trägermittel mit den Teilchen auf den Leiter und/oder auf das Crimpelement aufgebracht wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Trägermittel in Form eines organischen Lösungsmittels, insbesondere Benzin, Alkohol, Aceton, Öl ausgebildet ist, oder in Form eines Fettes ausgebildet ist.
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