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Die Erfindung betrifft ein Kabel, insbesondere ein Aluminiumkabel, mit einem elektrischen Leiter.
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Vor allem im Flugzeugbau und im Automobilbereich werden erhebliche Anstrengungen unternommen, um das Gewicht eines Flugzeuges bzw. eines Automobils möglichst gering zu halten. Eine Möglichkeit, diesem Ziel näher zu kommen, besteht darin, Aluminiumkabel anstelle der ansonsten üblicherweise eingesetzten Kupferkabel zu verbauen. Dabei steht der Begriff Aluminiumkabel in dem hier dargelegten Kontext für eine elektrische Leitung mit zumindest einem elektrischen Leiter, beispielsweise einem Draht oder einer Litze, der aus einem Material mit einem hohen Anteil an Aluminium, also insbesondere aus einer Aluminiumlegierung, gefertigt ist. Üblicherweise ist der Leiter von einer Ummantelung umgeben. Aufgrund des deutlich geringeren spezifischen Gewichts von Aluminium im Vergleich zu Kupfer lässt sich eine Gewichtseinsparung erzielen.
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Typischerweise schließen Kabel, also auch Aluminiumkabel, an zumindest einem Ende mit einem Kontaktelement ab, so dass sich die entsprechenden Kabel einfach, sicher und häufig auch reversibel lösbar an ein elektrisches Bauteil anschließen lassen. Ein solches Kontaktelement ist hierbei beispielsweise als ein so genannter Kabelschuh nach Art eines Schraubkontaktelements, eines Steckkontaktelements oder eines sonstigen Kontaktelements für eine mechanisch reversibel lösbare Kontaktverbindung ausgebildet. Die Kontaktierung zwischen dem Kontaktelement und dem Leiter eines Kabels ist jedoch problematisch.
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Aluminium bildet in Verbindung mit dem Sauerstoff aus der Umgebung eine Oxidschicht aus, die den Aluminiumleiter überzieht und die eine nur geringe Leitfähigkeit aufweist. Für eine zuverlässige Kontaktverbindung mit einem möglichst geringen Kontaktwiderstand ist daher im Bereich der Kontaktflächen zwischen jedem Leiter und dem Kontaktelement die Ausbildung der Oxidschicht zu vermeiden.
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Außerdem zeigt Aluminium ein ungünstiges Kaltfließverhalten. Das bedeutet, dass Aluminium, im Vergleich zu Kupfer, verstärkt dazu neigt, sich allmählich zu verformen, wenn permanent eine mechanische Kraft auf das Aluminium ausgeübt wird. Dementsprechend ist Aluminium für Kontaktierungen mittels einer kraftschlüssigen Verbindung nur bedingt geeignet.
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Zur Umgehung dieser Problematik ist aus der
WO 2010/066376 A1 eine elektrische Kontaktverbindung zwischen einem abisolierten Aluminiumleiter und einem daran angeschlossenen Kontaktelement bekannt, bei der der Aluminiumleiter stoffschlüssig mit einem Adapterelement, insbesondere einer Kupferfolie, verbunden ist und bei der das Adapterelement mit dem Kontaktelement mechanisch, insbesondere mittels einer Crimp-Verbindung, verbunden ist, so dass der Aluminiumleiter mittelbar über das Adapterelement mit dem Kontaktelement elektrisch kontaktiert ist.
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Desweiteren ist in der
EP 1 817 819 B1 ein Verfahren beschrieben zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen einem Aluminiumleiter und einem hülsenförmigen Kontaktelement, bei dem ein abisoliertes Endstück des Aluminiumleiters in das Kontaktelement eingelegt und mit diesem elektrisch kontaktiert wird. Zur Ausbildung einer mechanischen Zugentlastung wird der Aluminiumleiter durch Umformen des Kontaktelements in diesem geklemmt. In der Hülse ist ein Vorrat eines Kontaktierungsmittels vorgesehen, das bis in den Bereich seiner Schmelztemperatur erwärmt wird, so dass über das Kontaktierungsmittel zur Ausbildung der elektrischen Kontaktierung eine stoffliche Verbindung zwischen dem abisolierten Endstück und dem Kontaktelement hergestellt wird.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine weitere einfach herausstellende und zuverlässige Kontaktierung eines Aluminiumleiters anzugeben.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Kabel mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die rückbezogenen Ansprüche beinhalten teilweise vorteilhafte und teilweise für sich selbst erfinderische Weiterbildungen dieser Erfindung.
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Das Kabel ist insbesondere als Aluminiumkabel der eingangsgenannten Art ausgeführt und weist einen Leiter auf, an dem endseitig ein Adapterbolzen zur Anbringung eines Kontaktelements befestigt ist. Unter Adapterbolzen wird hierbei ein zylinderförmiger Körper, insbesondere Vollkörper verstanden. Bevorzugt ist hierbei der Leiter mit dem Adapterbolzen stoffschlüssig verbunden, so dass zwischen dem Leiter und dem Adapterbolzen eine zuverlässige Kontaktverbindung mit einem relativ geringen Kontaktwiderstand gegeben ist. Der Leiter wird somit indirekt, also über den Adapterbolzen, mit dem Kontaktelement elektrisch leitend verbunden, wobei das Kontaktelement dazu dient, das Kabel einfach, sicher und insbesondere reversibel lösbar an ein elektrisches Bauteil anzuschließen. Der Adapterbolzen ist dabei bevorzugt als einheitliche Schnittstelle zwischen unterschiedlich gestalteten Kabeln und unterschiedlich gestalteten Kontaktelementen vorgesehen, wobei der Adapterbolzen hierfür als zylinderförmiger Vollkörper mit einheitlichen Abmessungen für mehrere verschieden gestaltete Kabel und mehrere verschieden gestaltete Kontaktelemente ausgestaltet ist.
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Der Leiter ist beispielsweise ein Litzenleiter mit einer Vielzahl von miteinander verseilten Einzeldrähten, wobei jeder Einzeldraht mit dem Adapterbolzen verbunden ist.
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Der Adapterbolzen ist bevorzugt aus einem nicht-Aluminium Material, insbesondere aus Kupfer oder einer Kupferlegierung. Über den Adapter wird daher der besondere Vorteil erzielt, dass mit Standard-Kontaktelementen eine sichere und zuverlässige Kontaktierung eines Aluminiumleiters ermöglicht ist. Es kann dadurch auf etablierte Kontaktierungsverfahren zurückgegriffen werden, wodurch die Fertigungskosten gering gehalten sind.
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Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsvariante ist der Leiter bzw. jeder Einzeldraht endseitig an einer Stirnfläche des Adapterbolzens befestigt und insbesondere angeschweißt oder angelötet. Die Stirnfläche weist dabei bevorzugt eine Querschnittsfläche auf, die größergleich der Querschnittsfläche des Leiters ist.
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Das Kontaktelement ist vorzugsweise als Crimpkontaktelement ausgebildet, das am Adapterbolzen befestigt ist. Der Adapterbolzen ist dabei von einer Crimpflanke des Crimpkontaktelements umgriffen. Es kann daher auf die herkömmliche Crimptechnologie und auch auf herkömmliche Crimpkontaktelemente zurückgegriffen werden.
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Zweckmäßig ist zudem eine Kabelausführung, bei der das Crimpkontaktelement einen ersten und einen zweiten Crimpbereich aufweist, wobei der erste Crimpbereich den Adapterbolzen umgreift und wobei der zweite Crimpbereich in Längsrichtung beabstandet vom ersten Crimpbereich einen sich an den Adapterbolzen anschließenden Kabelbereich umgreift. Dabei wird bevorzugt in jedem Crimpbereich eine eigene Crimp-Verbindung ausgebildet. Der zweite Crimpbereich dient somit insbesondere zur Zugentlastung. Das Crimpkontaktelement umgreift im zweiten Crimpbereich bevorzugt die durch die Ummantelung gebildete Isolierung des Kabels.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Kabelausführung, sind zur Ausbildung der Crimpbereiche voneinander unabhängige Crimpflanken vorgesehen. Dabei können für jeden Crimpbereich, insbesondere für den zweiten Crimpbereich wiederum mehrere Crimpflanken angeordnet sein.
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Einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Kabels entsprechend ragt der Adapterbolzen über den ersten Crimpbereich hinaus und in einen Zwischenbereich zwischen dem ersten Crimpbereich und dem zweiten Crimpbereich hinein. Ein Anschlussbereich, in dem der Leiter stirnseitig am Adapterbolzen befestigt ist, ist somit – beispielsweise für eine Sichtkontrolle – zugänglich.
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Einer alternativen Ausgestaltung entsprechend umgreift der erste Crimpbereich den Adapterbolzen und umschließt zudem den Anschlussbereich, zumindest teilweise. Dadurch ist eben der Anschlussbereich quasi umhüllt und somit geschützt.
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Darüber hinaus ist eine Variante des Kabels vorgesehen, bei der das Kabel zumindest in den Crimpbereichen mit einem Lack beschichtet ist. Hierdurch wird die Korrosionsfestigkeit insbesondere der Crimp-Verbindungen zusätzlich erhöht.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Dann zeigen:
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1 in einer perspektivischen Ansicht einen Endabschnitt einer Kabelausführung,
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2 in einer Seitenansicht den Endabschnitt der Kabelausführung,
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3 in einer zweiten gegenüberliegenden Seitenansicht den Endabschnitt der Kabelausführung,
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4 in einer Draufsicht den Endabschnitt der Kabelausführung,
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5 in der Draufsicht gegenüberliegenden Ansicht den Endabschnitt der Kabelausführung,
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6 in einer perspektivischen Ansicht einen Endabschnitt einer alternativen Kabelausführung,
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7 in einer Seitenansicht den Endabschnitt der alternativen Kabelausführung,
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8 in einer zweiten gegenüberliegenden Seitenansicht den Endabschnitt der alternativen Kabelausführung,
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9 in einer Draufsicht den Endabschnitt der alternativen Kabelausführung und
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10 in der Draufsicht gegenüberliegenden Ansicht den Endabschnitt der alternativen Kabelausführung.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Eine erste bevorzugte Ausgestaltung eines Kabels 2 mit zylinderförmiger Grundgeometrie ist in 1 bis 5 dargestellt. Die Abbildungen zeigen dabei einen Endabschnitt des Kabels 2 aus verschiedenen Perspektiven. Für jenes Kabel 2 ist exemplarisch ein zentral angeordneter Leiter 4 vorgesehen, der als Litze ausgeführt und aus einer Aluminiumlegierung gefertigt ist. Zur elektrischen Isolierung gegen die Umgebung liegt der Leiter 4 des Kabels 2 in einer Kunststoff-Ummantelung 6 ein.
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An zumindest einem Ende des Kabels 2 ist wie in den Abbildungen gezeigt ein Crimpkontaktelement 10 vorgesehen, um das Kabel 2 über eine herkömmliche Kontaktverbindung mit einer weiteren abgebildeten elektrischen Komponente elektrisch leitend zu verbinden. Hierfür weist das aus einer Kupferlegierung gefertigte Crimpkontaktelement 10 in Längsrichtung 8 gesehen an seinem Freiende ein vereinfacht dargestelltes Verbindungsstück 12 auf, das beispielsweise zur Ausbildung einer Steckverbindung vorgesehen ist.
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Entsprechend der hier dargelegten Grundidee ist der Leiter 4 des Kabels 2 mittelbar über einen Adapterbolzen 14 aus einer Kupferlegierung mit dem Crimpkontaktelement 10 elektrisch leitend verbunden. Der Adapterbolzen 14 ist ein massiver Zylinderbolzen, an dessen einen Stirnseite der Leiter stumpf anstößt. Die Verbindung zwischen dem Leiter 4 und dem Adapterbolzen 14 ist hierbei als stoffschlüssige Verbindung ausgeführt, welche bevorzugt durch einen (Ultraschall-)Schweißprozeß einen (Ultraschall-)Lötprozeß oder einen Stumpfschiebeschweißprozeß hergestellt wird. Dabei kommen der Ultraschalllötprozeß oder der Stumpfschiebeschweißprozeß insbesondere bei der Produktion von Kabelvarianten zum Einsatz, bei denen der Leiter 4 und/oder der Adapterbolzen 14 vor der Ausbildung der stoffschlüssigen Verbindung oberflächenbehandelt und insbesondere verzinnt werden. In einem solchen Fall erfolgt die Oberflächenbehandlung des Leiters 4 lediglich an einem abisolierten Ende, welches nachfolgend stoffschlüssig mit dem Adapterbolzen 14 verbunden wird. Zur Vereinfachung des Fertigungsprozesses wird das entsprechende Ende des Leiters unabhängig davon, ob eine Oberflächenbehandlung vorgenommen wird oder nicht, vor dem entsprechenden Verbindungsprozeß von der Kunststoff-Ummantelung 6 befreit und die stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Leiter 4 und dem Adapterbolzen 14 wird derart ausgeführt, dass eine Stirnfläche des Leiters 4 und eine Stirnfläche des Adapterbolzens 14 aneinander liegen und über die stoffschlüssige Verbindung miteinander verbunden sind.
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Die Verbindung zwischen dem Crimpkontaktelement 10 und dem Adapterbolzen 14 dagegen ist als Crimp-Verbindung ausgeführt. Das Crimpkontaktelement 10 weist hierfür einen ersten Crimpbereich 16 auf, in dem eine hohlzylinderartige Crimpflanke 18 den zylinderförmigen Adapterbolzen 14 umgreift und diesen dabei nahezu über den gesamten Umfang des Zylindermantels umschließt.
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Um die stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Leiter 4 und dem Adapterbolzen 14, die den gegenüber Zugbelastungen in Längsrichtung 8 empfindlichsten Bereich des Kabels 2 darstellt, zu entlasten, werden am Crimpkontaktelement 10 auftretende Kräfte mit Hilfe eines zweiten Crimpbereichs 20 und einer schienenartigen und insbesondere starren Verbindung zwischen dem ersten Crimpbereich 16 und dem zweiten Crimpbereich 20 auf die Kunststoff-Ummantelung 6 übertragen. Aufgrund der schienenartigen und starren Verbindung der beiden Crimpbereiche 16, 20 wird zudem die Vibrationsfestigkeit des Kabels 2 erhöht, wodurch dessen Lebenserwartung deutlich erhöht wird. Zur Ausbildung der Verbindung des Crimpkontaktelements 10 mit der Kunststoff-Ummantelung 6 sind im zweiten Crimpbereich 20 zwei fingerartige Crimpflanken 22 vorgesehen, die die Kunststoff-Ummantelung 6 jeweils in entgegengesetzter Umfangsrichtung umgreifen und dabei jeweils eine Crimp-Verbindung mit der Kunststoff-Ummantelung 6 ausbilden.
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Ein zweites in 6 bis 10 abgebildetes Ausführungsbeispiel zeigt eine weitere bevorzugte Ausgestaltungsvariante des Kabels 2. Im Gegensatz zur Ausführung aus 1 bis 5 ist der Adapterbolzen 14 hier in Längsrichtung 8 verkürzt ausgeführt und die stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Leiter 4 und dem Adapterbolzen 14 ist im ersten Crimpbereich positioniert, so dass der Bereich, in dem die stoffschlüssige Verbindung vorliegt, von der hohlzylinderartigen Crimpflanke 18 im ersten Crimpbereich 16 verdeckt ist.
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Bei beiden Ausführungen des Kabels 2 ist für die Crimpbereiche 16, 20 darüber hinaus eine Beschichtung, insbesondere eine Lackbeschichtung, vorgesehen, um die Korrosionsfestigkeit der Crimp-Verbindungen des Kabels 2 zusätzlich zu erhöhen.
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Generell für alle Ausführungsvarianten des Kabels 2 ist es weiter vorgesehen, für eine jede mittels einer Crimpflanke 18, 22 realisierte Crimp-Verbindung einen eigenen Verpressungsgrad festzulegen, insbesondere um die elektrischen Eigenschaften unabhängig von den mechanischen Eigenschaften des Kabels günstig vorzugeben.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Kabel
- 4
- Leiter
- 6
- Kunststoff-Ummantelung
- 8
- Längsrichtung
- 10
- Crimpkontaktelement
- 12
- Stecker
- 14
- Adapterbolzen
- 16
- erster Crimpbereich
- 18
- hohlzylinderartige Crimpflanke
- 20
- zweiter Crimpbereich
- 22
- fingerartige Crimpflanke
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2010/066376 A1 [0006]
- EP 1817819 B1 [0007]
