DE102012007870A1 - Verbindung eines ersten metallischen Bauteils mit einem umhüllten zweiten metallischen Bauteil - Google Patents

Verbindung eines ersten metallischen Bauteils mit einem umhüllten zweiten metallischen Bauteil Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verbindung zwischen einem ersten metallischen Bauteil und einem von einem Mantel umhüllten zweiten metallischen Bauteil. Das erste und das zweite metallische Bauteil sind durch eine Schweißverbindung miteinander verbunden. Jeweils ein Teilbereich des ersten metallischen Bauelements und ein mindestens einen Abschnitt des Mantels umfassender Teilbereich des zweiten metallischen Bauelements sind von einer aufgebrachten Isolierstoffschicht umfasst.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft eine Verbindung eines ersten metallischen Bauteils mit einem umhüllten zweiten metallischen Bauteil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Verbindung nach dem Oberbegriff des Anspruchs X. Bei dem ersten metallischen Bauteil kann es sich beispielsweise um ein aus Kupfer bestehendes Bauteil, bei dem zweiten metallischen Bauteil um ein aus Aluminium bestehendes Bauteil handeln. Aus Gründen der Kostenreduzierung und Gewichtseinsparung werden vermehrt aus Aluminium bestehende Kabel im Fahrzeugbau eingesetzt. Üblicherweise sind die Kabelenden mit aus Kupfer oder anderen Metallen bestehenden Kabelschuhen garniert, die eine Befestigung der Kabel ermöglichen. Beispielsweise im Kraftfahrzeug sind derartige Kabel extremen Belastungen ausgesetzt, wie insbesondere Temperaturwechseln, Schwingungsbeanspruchungen und Feuchtigkeitseinflüssen. Wird der Zutritt von Feuchtigkeit zu der üblicherweise durch Schweißen hergestellten Verbindung zwischen den genannten Bauteilen zugelassen, dann ist eine rasche Korrosion des Aluminiums zu befürchten, die die Festigkeit des Kabels und damit die Betriebssicherheit des gesamten Bordnetzes nachteilig beeinflusst.
  • Zwar wurde schon versucht, die Verbindungsstelle zwischen den Bauteilen mittels Schrumpfschlauch und/oder Schrumpfschlauch-Butylstreifendichtungen bzw. durch eine Umspritzung mit Polymeren feuchtigkeitsfest abzudichten. Diese bekannten Dichtsysteme können jedoch den für den Einsatz in der Praxis geforderten Temperaturbereich zwischen etwa –40°C und etwa + 230°C nicht abdecken und versagen daher. Abträglich für eine gute Dichtwirkung sind auch die sehr unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten der eingesetzten Werkstoffe.
  • Aus DE 34 42 131 A1 ist ein Verfahren zum Umhüllen von mikroelektrischen Hybrid-Halbleiterschaltungen oder von mikroelektronischen Halbleiterbauelementen bekannt, bei welchem die auf einem Substrat befindlichen Bauelemente mit einer weichen, siegelfähigen Kunststoffschicht übergossen, mit einer Kunststoff-Metall-Verbundfolie abgedeckt und anschließend mit Kunstharz verkapselt werden. Bei diesem relativ aufwändigen Verfahren wird als weiche siegelfähige Kunststoffschicht beispielsweise ein niederviskoses, flüssiges Elastomer aufgebracht. Auf diese Schicht wird dann eine Kunststoff-Metall-Verbundfolie aufgelegt und mit einem Hohlstempel angepresst. Für das anschließende Vergießen bzw. Verkapseln wird dann ein Kunstharz, insbesondere ein hochgefülltes Epoxidharz verwendet.
  • Aus EP 0 361 194 A2 ist ein Verfahren zum Umhüllen von elektrischen und elektronischen Bauelementen oder Baugruppen bekannt, bei welchem zunächst auf die mechanisch empfindlichen Bereiche eine Zwischenschicht aus einem elastischen Kunststoff und dann eine äußere Umhüllungsschicht aus einem mechanisch und chemisch stabilen Kunststoff aufgebracht werden. Dabei werden sowohl die äußere Umhüllungsschicht als auch die Zwischenschicht durch Spritzgießen einer Formmasse in einem Spritzgießwerkzeug hergestellt. Bei dem Spritzgießprozess werden zu kapselnde Bauelemente jedoch relativ hohen Druck- und Temperaturbelastungen ausgesetzt.
  • Aus DE 10 2004 062 457 A1 ist eine wasserabsorbierende Zusammensetzung mit unterdrückter Korrosivität in gequollenem Zustand gegenüber Kupfer, deren Verwendung in Kabelummantelungen sowie ein ummanteltes Kabel, bekannt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Verbindung zwischen aus unterschiedlichen Metallen bestehenden Bauteilen bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Ein vorteilhaftes Verfahren für die Herstellung einer derartigen Verbindung geht aus Anspruch x hervor.
  • Vorteile der Erfindung
  • Umfangreiche Praxistest haben erwiesen, dass die erfindungsgemäß ausgestaltete Verbindung Temperaturwechselbeanspruchungen in einem Temperaturbereich zwischen etwa –40°C und +190°C, bei starker mechanischer Schwingungsbelastung und hoher Feuchtigkeit über lange Zeit standhält. Selbst wenn die Verbindung über viele Stunden einer Dauertemperatur von etwa 180°C und Temperaturspitzen bis etwa 230°C ausgesetzt wurde, konnte kein Ausfall der Verbindung festgestellt werden. Es ist daher zu erwarten, dass bei Einsatz der erfindungsgemäß ausgestalteten Verbindung die Betriebssicherheit weiter deutlich verbessert werden kann. Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
  • Zeichnung
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 eine Aufsicht auf ein konfektioniertes Kabel;
  • 2 eine Seitenansicht eines konfektionierten Kabels;
  • 3 einen Längsschnitt durch das in 1 dargestellte Kabel;
  • 4 einen Querschnitt durch das in 1 dargestellte Kabel.
  • Beschreibung des Ausführungsbeispiels
  • Die erfindungsgemäße Verbindung wird im Folgenden unter Bezug auf die Zeichnung beispielhaft anhand eines Ausführungsbeispiels in Gestalt eines mit einem Kabelschuh konfektionierten Kabels erläutert.
  • 1 zeigt dabei eine Aufsicht auf das mit einem Kabelschuh 2 konfektionierte Kabel 1. 2 zeigt das in 1 dargestellte Kabel in einer Seitenansicht. Dabei ist das erste metallische Bauelement der vorzugsweise aus Kupfer oder einer Kupferverbindung bestehende Kabelschuh 2, der vorzugsweise mit einer aus NiP bestehenden Kontaktschicht bedeckt ist, die in der Zeichnung nicht detailliert dargestellt ist. Das zweite metallische Bauelement im Sinne der Erfindung ist ein Kabel 1, das ein von einem Mantel 1.2 umhüllten Leiter 1.1 aus Aluminium umfasst. Die metallischen Komponenten 1 und 2 sind über eine vorzugsweise durch Ultraschallschweißen hergestellte Schweißverbindung miteinander verbunden. Die Schweißstelle ist von einem Mantel aus Isolierstoff 3 umfasst, der streckenweise auch den Mantel 1.2 des Kabels 1 und den Kabelschuh 2 umschließt.
  • 3 zeigt einen Längsschnitt durch das in 1 dargestellte konfektionierte Kabel 1.
  • 4 zeigt einen Querschnitt durch das in 1 dargestellte konfektionierte Kabel 1.
  • Im Folgenden wird ein vorteilhaftes Verfahren für die Herstellung der erfindungsgemäßen Verbindung beispielhaft anhand der Herstellung eines Kabels 1 mit Kabelschuh 2 beschrieben. Das Kabel 1 besteht aus Aluminium und ist mit einem aus einem Polyorganosiloxan (HTV Silikon) bestehenden Mantel 1.2 umgeben. Der Kabelschuh 2 besteht aus Kupfer, das mit einer Kontaktschicht aus NiP von etwa 0,3 bis etwa 5 μm Dicke, insbesondere 0,5 bis 3 μm Dicke, bedeckt ist. In dem Verbindungsbereich wird durch Entfernung des Silikonmantels 1.2 der aus Aluminium bestehende Leiter 1.1 freigelegt. Die Verbindung zwischen dem Kabelschuh 2 und dem Aluminiumkabel 1 erfolgt vorzugsweise durch Ultraschallschweißen. Der Silikonmantel 1.2 des Kabels 1 wird zunächst mittels Zellstoff und Isopropanol gereinigt. Anschließend erfolgt eine Oberflächenaktivierung des Kabels 1 in dem Verbindungsbereich und des Kabelschuhs 2 in einem isolierten Atmosphärenplasma. Anschließend wird der Verbindungsbereich mit Polyorganosiloxan (2k-LSR, Flüssigsilikon, 2 Komponenten) umspritzt, dass anschließend bei einer Temperatur von etwa 160°C bis etwa 210°C, insbesondere bei einer Temperatur von etwa 170°C bis etwa 210°C, vernetzt wird.
  • Nachfolgende Untersuchungen der Verbindungsstelle haben gezeigt, dass das aufgebrachte 2k-Silikon (LSR) sich mit dem 1k-Silikon (HTV) des Kabelmantels verbunden hat und vorteilhaft eine dauerfeste feuchtigkeitsdichte Verbindung eingegangen ist. Auch zwischen der NiP-Schicht des Kabelschuhs und dem aufgebrachten 2k-Silikon wurde nach Vernetzung eine außerordentlich feste feuchtigkeitsundurchlässige Verbindung festgestellt.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Kabel
    1.1
    Aluminiumleiter
    1.2
    Mantel
    2
    Kabelschuh
    3
    Isolierstoff
    A-A
    Schnitt
    B-B
    Schnitt
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 3442131 A1 [0003]
    • EP 0361194 A2 [0004]
    • DE 102004062457 A1 [0005]

Claims (7)

  1. Verbindung zwischen einem ersten metallischen Bauteil und einem von einem Mantel umhüllten zweiten metallischen Bauteil, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite metallische Bauteil durch eine Schweißverbindung miteinander verbunden sind und dass jeweils ein Teilbereich des ersten metallischen Bauelements und ein mindestens einen Abschnitt des Mantels umfassender Teilbereich des zweiten metallischen Bauelements von einer aufgebrachten Isolierstoffschicht umfasst sind.
  2. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierstoffschicht aufgespritzt und durch Hitzeeinwirkung vernetzt ist.
  3. Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste metallische Bauteil aus Kupfer und dass das zweite metallische Bauteil aus Aluminium besteht.
  4. Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf das erste metallische Bauteil eine Kontaktschicht aus NiP aufgebracht ist.
  5. Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel des zweiten metallischen Bauteils aus einem Polyorganosiloxan (HTV Silikon) besteht.
  6. Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgebrachte Isolierstoffschicht aus einem Polyorganosiloxan (LSR = Liquid Silicone Rubber) besteht.
  7. Verfahren für die Herstellung einer Verbindung zwischen einem ersten metallischen Bauteil und einem von einem Mantel umhüllten zweiten metallischen Bauteil, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: a) Das erste metallische Bauelement wird mit einer Kontaktschicht bedeckt; b) Ein stückweise von seinem Mantel befreites Endstück des zweiten metallischen Bauteils wird durch eine Schweißverbindung mit dem ersten metallischen Bauteil verbunden; c) Ein später mit einem Isolierstoff zu umspritzender Teilbereich des Mantels des Kabels wird mit Isopropanol gereinigt; d) Der Verbindungsbereich zwischen dem ersten und dem zweiten metallischen Bauteil und der zu umspritzende Teilbereich des Mantels des Kabels werden einem isolierten Atmosphärenplasma ausgesetzt; e) Der Verbindungsbereich und wenigstens ein Teilbereich des Mantels des Kabels wird mit einem Isolierstoff umspritzt; f) Der Isolierstoff wird durch Erhitzen vernetzt.
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