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Die Erfindung betrifft eine elektrische Kontaktverbindung zwischen zwei Elementen, nämlich zwischen einem Kontaktelement und einem Kabel. Die Erfindung betrifft insbesondere die elektrische Kontaktverbindung zwischen zwei verschiedenen Metallen, insbesondere einem Aluminium-Leiter und einem Kontaktelement aus einem verschiedenen Material, insbesondere Kupfer.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Ausbildung einer derartigen elektrischen Kontaktverbindung sowie ein Element, insbesondere Kontaktelement für eine solche elektrische Kontaktverbindung.
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Bei einer elektrischen Kontaktverbindung zwischen zwei Kontaktelementen aus verschiedenen Materialien mit unterschiedlichen chemischen Potenzialen besteht die Gefahr einer Spannungskorrosion bei Kontakt mit Feuchtigkeit, welche nach Art eines Elektrolyts zur Ausbildung eines galvanischen Elements zwischen den beiden Kontaktelementen wirkt.
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Dieses Problem tritt insbesondere bei Kraftfahrzeugen und dort speziell in Bereichen auf, in denen Feuchtigkeit oder auch Spritzwasser auftreten kann.
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Im Zuge der Gewichtsreduzierung werden in Kraftfahrzeugen unter anderem auch Aluminiumleiter aufgrund ihres geringen spezifischen Gewichts eingesetzt. Die Kontaktelemente sind im Unterschied hierzu jedoch üblicherweise aus einem anderen Material, insbesondere aus Kupfer bzw. einer Kupferlegierung. Ein typisches Anwendungsbeispiel ist beispielsweise die Anbindung eines Aluminiumkabels an einen Pol, beispielsweise an einen Batteriepol im Kraftfahrzeug. Hierbei ist das Kontaktelement typischerweise nach Art eines sogenannten Kabelschuhs ausgebildet, in der Regel also ein vergleichsweise massives metallisches Element mit einem beispielsweise nach Art einer Bohrung ausgebildeten Befestigungsbereich zur Befestigung am Kontaktpol.
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Zur Vermeidung der Spannungskorrosion ist die Kontaktstelle zwischen den beiden Kontaktpartnern nach außen hin abzudichten. Dies ist herstellungstechnisch oftmals mit einem hohen Montageaufwand verbunden.
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Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Kontaktverbindung zwischen zwei Kontaktpartnern, insbesondere aus unterschiedlichen Werkstoffen in montagefreundlicher Weise zu ermöglichen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine elektrische Kontaktverbindung zwischen zwei Elementen, nämlich zwischen einem Kontaktelement und einem insbesondere nach Art einer Mantelleitung ausgebildeten Kabel. Das Kabel weist einen von einem Kabelmantel umgebenen elektrischen Leiter auf. Typischerweise weist das Kabel dabei lediglich einen zentralen Leiter auf, welcher von dem Außenmantel umgeben ist. Der Leiter ist im Endzustand an einer Kontaktstelle mit dem Kontaktelement elektrisch verbunden. Zur Vermeidung insbesondere einer Spannungskorrosion ist die Kontaktstelle mit Hilfe einer Tülle abgedichtet, die sowohl das Kontaktelement als auch das Kabel, insbesondere den Kabelmantel bereichsweise dichtend umgibt. Die Tülle ist dabei mit einem Befestigungsende an einem der beiden Elemente, vorzugsweise am Kontaktelement stoffschlüssig befestigt und mit ihrem zweiten Ende über das zweite Element, insbesondere den Kabelmantel des Kabels, geführt.
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Am zweiten Ende ist daher die Tülle mit dem anderen Element, insbesondere dem Kabelmantel nicht stoffschlüssig verbunden. Vorzugsweise sind auch keine anderen Befestigungsarten, wie beispielsweise klemmende Befestigung mit Hilfe eines zusätzlichen Klemmmittels etc. vorgesehen. Zweckdienlicherweise ist die Tülle in einfacher Art und Weise über den Kabelmantel gezogen, wobei die Tülle eine ausreichende Elastizität aufweist und beim Überziehen über den Kabelmantel ein Stück weit elastisch aufgeweitet wird, so dass sich die Tülle mit ihrem zweiten Ende dichtend um das Element, insbesondere den Kabelmantel legt.
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Dieser Ausgestaltung liegt die Überlegung zugrunde, in einer Art Vorkonfektionierung das eine Element der Kontaktverbindung, nämlich insbesondere das Kontaktelement, mit der bereits daran befestigten Tülle bereitzustellen und erst anschließend die Kontaktierung zwischen dem elektrischen Leiter und dem Kontaktelement durchzuführen, bevor dann die Tülle über die Kontaktstelle geführt und allein aufgrund ihrer Elastizität diese abdichtet. Unter geführt wird hierbei allgemein eine jegliche Bewegung verstanden, mit der das zweite Ende in Richtung zum Kabelmantel versetzt wird. Dies ist insbesondere ein Ziehen am zweiten Ende oder auch ein Schieben. Schließlich kann die gesamte Tülle auch um- und über den Kabelmantel gestülpt werden, so dass also die Innenseite nach außen und die Außenseite nach innen gekehrt wird. Schließlich besteht auch die Möglichkeit, dass die Tülle aufgerollt wird.
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Entsprechend wird die Erfindung auch durch ein Verfahren mit dem Merkmal des Anspruchs 11 gelöst, wonach die an einem Element befestigte Tülle über das andere Element geführt wird. Schließlich wird die Aufgabe erfindungsgemäß weiterhin auch gelöst durch ein vorkonfektioniertes Element für eine derartige elektrische Kontaktverbindung mit den Merkmalen des Anspruchs 14.
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Insgesamt ist daher ein vereinfachtes Montageverfahren bei gleichzeitig sicherer und dauerhaft zuverlässiger Abdichtung der Kontaktstelle erzielt. Bei herkömmlichen üblichen Methoden wird ein Dichtelement beispielsweise nach Art eines Schrumpfschlauches oder auch einer vollständigen Umspritzung, typischerweise erst nach der elektrischen Kontaktierung in einem separaten Verfahrensschritt angebracht. Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen, dass die Befestigung der Tülle an dem einen Element bereits vor der eigentlichen Kontaktierung erfolgen kann. Das Kontaktelement wird daher bereits mit der Tülle bereitgestellt und beispielsweise an das Montageband, an dem die elektrische Kontaktierung erfolgt, geliefert.
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Im Hinblick auf eine möglichst einfache Befestigung und Ausbildung der Tülle ist diese mit ihrem Befestigungsende an das Element angespritzt. Die Tülle wird dabei zweckdienlicherweise durch den Spritzvorgang erzeugt. Die Ausbildung der Tülle und ihrer Befestigung am Element erfolgen daher in nur einer Bearbeitungsstufe. Hierzu ist insbesondere vorgesehen, dass das Element, insbesondere das Kontaktelement in eine Spritzgussform eingelegt wird und anschließend der Spritzvorgang zur Ausbildung der Tülle sowie zu ihrer Befestigung am Kontaktelement durchgeführt wird.
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Als Material für die Tülle wird vorzugsweise ein ausreichend elastisches, insbesondere ein gummielastisches Material herangezogen. Dies ist insbesondere ein elastomeres Material, beispielsweise ein thermoplastisches Elastomer. Vorzugsweise wird als Material Silikon oder ein silikonartiges Material verwendet.
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Das Kontaktelement ist vorzugsweise als ein Kabelschuh mit einem Befestigungsbereich der, insbesondere ein Bohrloch aufweist, zum Anschluss an einen Kontaktpol, beispielsweise Batteriepol, ausgebildet.
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Um eine zuverlässige Befestigung der Tülle am Kontaktelement zu gewährleisten weist dieses in zweckdienlicher Weiterbildung im Befestigungsbereich eine umlaufende Befestigungsfläche auf, die vorzugsweise nach Art eines Kragens oder einer Nut ausgebildet ist. Allgemein ist diese Befestigungsfläche daher von den benachbarten Flächenbereichen des Kontaktelements in der Höhe etwas abgesetzt.
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Darüber hinaus ist für eine zuverlässige Befestigung des Befestigungsendes am Kontaktelement zweckdienlicherweise eine Vorbehandlung des Kontaktelements zumindest im Bereich der Befestigungsfläche vorgesehen, um beispielsweise die Oberfläche zu reinigen oder in geeigneter Weise zu konditionieren. Zweckdienlicherweise ist hierzu eine Plasmavorbehandlung vorgesehen, dass heißt die Oberfläche wird einem Plasmastrahl ausgesetzt. Auch kann ein Kontaktvermittler wie beispielsweise eine Beschichtung, ein Kleber verwendet werden oder auch eine Aufrauhung erfolgen.
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Allgemein weist das Kontaktelement im Bereich des Befestigungsendes typischerweise eine flache, im Querschnitt gesehen etwa rechteckförmige Querschnittsfläche auf. Insgesamt ist das Kontaktelement in seinem vorderen Bereich, in dem die Befestigung an dem Kontaktpol erfolgt, plattenförmig ausgebildet. Demgegenüber weist das Kabel typischerweise eine kreisrunde Querschnittsgeometrie auf. Entsprechend vermittelt die Tülle daher auch zwischen einer rechteckförmigen Querschnittsfläche zu einer kreisrunden Querschnittsfläche. Die Tülle weist daher an ihrem Befestigungsende eine in etwa rechteckförmige Öffnung und an ihrem zweiten Ende eine in etwa kreisrundförmige Öffnung auf.
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Für eine zuverlässige Befestigung der Tülle am Kontaktelement weist die Tülle in zweckdienlicher Ausgestaltung am Befestigungsende einen verbreiterten umlaufenden Dichtkragen auf. Daran anschließend verjüngt sich daher die Tülle zu einer normalen, reduzierten Wandungsstärke. Durch den verbreiterten Dichtkragen ist eine vergrößerte Kontakt- und Dichtfläche zwischen Tülle und Kontaktelement ausgebildet. Zweckdienlicherweise ist dabei die Breite des Dichtkragens an die Breite der Befestigungsfläche am Kontaktelement angepasst und weist insbesondere die gleiche Breite auf. Der Dichtkragen liegt daher mit seiner gesamten Breite vollflächig auf der Befestigungsfläche auf. Der Dichtkragen ist dabei umlaufend um das gesamte Kontaktelement ausgebildet, um eine umlaufende zuverlässige Abdichtung zu gewährleisten.
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Für eine sichere Abdichtung zum Kabelmantel hin ist in bevorzugter Ausgestaltung am zweiten Ende innenseitig eine Dichtstruktur, vorzugsweise zumindest eine umlaufende Rippe und insbesondere mehrere parallel nebeneinander angeordnete umlaufende Rippen ausgebildet.
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Wie bereits erläutert wird beim Montageverfahren zunächst die Kontaktierung zwischen Leiter- und Kontaktelement vorgenommen und anschließend wird die Tülle über den Kabelmantel gezogen. Um dies zu erleichtern, insbesondere um eine maschinelle automatisierte Handhabung zu ermöglichen, weist die Tülle an ihrem zweiten Ende einen Greifbereich, insbesondere einen umlaufenden Kragen auf. Im Hinblick auf ein kostengünstiges Montageverfahren wird dies vorzugsweise automatisch durchgeführt.
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Vor der elektrischen Kontaktierung zwischen Leiter- und Kotaktelement, die beispielsweise durch Löten, Schweißen, Crimpen etc. erfolgt, wird in zweckdienlicher Weise die Tülle von einer vorgezogenen Ausgangsstellung in eine zurückgezogene Montagestellung gebracht. Aus dieser wird sie nach der Kontaktierung, also nach dem eigentlichen Fügeprozess zwischen Leiter und Kotaktelement, wieder in die Ausgangsstellung zurückgeführt. Diese Ausgangsstellung entspricht dann vorzugsweise der Endstellung, in der die Tülle über den Kabelmantel gezogen ist.
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Insgesamt ist das Kabel daher nach Art einer Einzeladerabdichtung von der Tülle umgeben. Von besonderem Vorteil bei dem Montageverfahren ist die Versetzbarkeit der Tülle, so dass also für die Kontaktierung die Fügezone, also die Kontaktstelle freigelegt und anschließend wieder dichtend von der Tülle umgeben werden kann. Die Verwendung von Silikon hat darüber hinaus besondere Vorteile für die Anwendung in einem Motorraum eines Kraftfahrzeugs aufgrund der guten Temperaturbeständigkeit von Silikon. Die hier beschriebene Kontaktverbindung wird daher vorzugsweise in einem Kraftfahrzeug und dort insbesondere im Motorraum eingesetzt.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Diese zeigen
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1 eine perspektivische ausschnittsweise Darstellung einer elektrischen Kontaktverbindung zwischen einem Kabel und einem als Kabelschuh ausgebildeten Kontaktelement mit einer Tülle,
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2 eine Schnittdarstellung durch das Kontaktelement mit daran befestigter Tülle,
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3 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs A in 2,
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4 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs B in 2,
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5 eine im Vergleich zur 2 um 90° gedrehte Schnittdarstellung durch das Kontaktelement mit daran angebrachter Tülle,
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6 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs C der 5 sowie
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7 eine Aufsicht auf das Kontaktelement.
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In den Figuren sind gleichwirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die elektrische Kontaktverbindung gemäß 1 umfasst ein als Mantelleitung ausgebildetes Kabel 2 mit einem einzigen Leiter 4, welcher von einem Kabelmantel 6 umgeben ist. Bei dem Leiter 4 handelt es sich insbesondere um einen Aluminium-Litzenleiter. Die Kontaktverbindung weist neben dem Kabel 2 weiterhin ein Kontaktelement 8 sowie eine Tülle 10 insbesondere aus Silikon auf. Das Kontaktelement 8 weist einen vorderen Befestigungsbereich 12 auf, mit dem es zu elektrischer Kontaktierung an einer weiteren Komponente befestigt werden kann. Im Ausführungsbeispiel weist dieser Befestigungsbereich 12 ein Schraubloch auf. Der Befestigungsbereich 12 sowie vorzugsweise das gesamte Kontaktelement 8 ist als eine Metallplatte mit rechteckförmiger Querschnittskontur ausgebildet. Das Kontaktelement 8 weist beispielsweise eine Materialstärke von einigen Millimetern, beispielsweise von 2 bis 3 mm auf. Das Kontaktelement 8 besteht vorzugsweise aus Kupfer oder einer Kupferlegierung.
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Die Tülle 10 erstreckt sich in Längsrichtung 14 von einem Befestigungsende 16 zu einem zweiten Ende 18, welches zum Kabel 2 hin orientiert ist. Der Aufbau und die Ausgestaltung der Tülle 10 gehen insbesondere aus den 2 bis 6 hervor. Die Tülle 10 ist allgemein als ein Hohlkörper nach Art eines Schlauchs ausgebildet. Im Bereich des Befestigungsendes 16 weist die Tülle eine an das Kontaktelement 8 angepasste Querschnittskontur auf, bildet daher eine rechteckförmige Öffnung aus, durch die das Kontaktelement 8 sich hindurch erstreckt. Im rückwärtigen, im inneren der Tülle 10 liegenden Teilbereich des Kontaktelements 8 liegt eine Fügezone oder auch Kontaktstelle 20, an der die Kontaktierung mit dem Leiter 4 erfolgt.
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Die Tülle 10 weist an ihrem Befestigungsende 16 einen wulstartig verbreiterten Dichtkragen 22 als umlaufende Begrenzung der rechteckförmigen Öffnung auf. Zum Kontaktelement 8 hin weist dieser Dichtkragen 22 jeweils eine Flachseite auf. Mit dieser liegt er vorzugsweise vollflächig auf einer korrespondierenden Befestigungsfläche 24 des Kontaktelements 8 auf. Die Befestigungsfläche 24 ist dabei ebenfalls als ein vollständig um das Kontaktelement 8 umlaufender etwas erhabener Kragen ausgebildet, wie insbesondere aus 7 ersichtlich wird.
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Am gegenüberliegenden zweiten Ende 18 ist am Außenumfang der Tülle 10 ein umlaufender Kragen als Greifbereich 26 ausgebildet. Innenseitig weist die Tülle 10 eine Dichtkontur auf, welche im Ausführungsbeispiel gebildet ist durch mehrere, parallel nebeneinander angeordnete Rippen 28. Im Querschnitt betrachtet bilden diese eine Art Wellenstruktur aus. Hierdurch ist eine sichere und dauerhaft zuverlässige Abdichtung zum Kabelmantel 6 hin gewährleistet.
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Die Wandungsstärke der Tülle 10 liegt typischerweise im Bereich von wenigen Millimetern, beispielsweise im Bereich von 1 bis 2 mm. Die Breite der Rippen liegt im Bereich der Wandungsstärke und auch der Abstand zwischen den Rippen 28 liegt im Bereich der Wandungsstärke. Die Breite des Dichtkragens 22 entspricht beispielsweise einem Mehrfachen der Wandungsstärke, vorzugsweise dem 3- bis 5-fachen.
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Wie insbesondere aus einem Vergleich der 2 und 5 zu entnehme ist, ist die Tülle ausgehend vom Dichtkragen 22 mit ihrer Wandung nahezu senkrecht zum Kontaktelement 8 nach oben geführt, um einen ausreichenden Freiraum für die Kontaktierung des Leiters 4 zu ermöglichen. Demgegenüber ist sie seitlich nahezu oder vollständig anliegend an den Randseiten des Kontaktelements 8 entlanggeführt.
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Das Kontaktelement 8 zusammen mit der Tülle 10 wird als vorkonfektionierte Einheit bereitgestellt, wie sie beispielsweise aus den 2 und 5 zu entnehmen ist. Zur Ausbildung dieser vorkonfektionierten Einheit wird die Tülle 10 vorzugsweise im Rahmen eines Spritzverfahrens gefertigt und zugleich auch am Kontaktelement 8 befestigt. Dies erfolgt zweckdienlicherweise in einem einstufigen Bearbeitungsvorgang, dass heißt das Kontaktelement 8 wird in die Spritzform eingelegt und zur Ausbildung der vorkonfektionierten Einheit und insbesondere der Tülle 10 mit Spritzmaterial umspritzt.
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Die derart vorkonfektionierte Einheit wird zur Kabelkonfektionierung an ein Montageband geliefert, wo dann die Kontaktierung mit dem Kabel 2 erfolgt. Hierzu wird die Tülle 8 aus der aus den 2 und 5 zu entnehmenden Ausgangsstellung zunächst in eine zurückgezogene Montagestellung gebracht. Hierzu kann die Tülle 10 einfach zurückgezogen oder aufgerollt oder auch umgestülpt werden. Beim Umstülpen wird daher das zweite Ende über den Befestigungsbereich 12 umgestülpt. Dadurch ist die Kontaktstelle 20 und damit die Fügezone freigelegt, so dass die eigentliche Kontaktierung des Leiters 4 erfolgen kann. Dies geschieht beispielsweise durch Löten, Schweißen oder auch durch Crimpen. Im Bereich der Fügezone kann das Kontaktelement 8 eine geeignete Querschnittsform, beispielsweise einen Crimpbereich etc. aufweisen. Bei dem Leiter 4 handelt es sich üblicherweise um einen flexiblen Litzenleiter.
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Anschließend wird die Tülle 10 mit dem zweiten Ende 18 über den Kabelmantel 6 geführt. Der Innendurchmesser der Tülle, insbesondere im Bereich der Rippen 28, ist dabei geringer als der Außendurchmesser des Kabelmantels 6. Das zweite Ende 18 wird daher beim Überziehen über den Kabelmantel 6 aufgeweitet. In einer alternativen Ausführungsvariante wird beim Fertigen der vorkonfektionierten Einheit, das heißt insbesondere beim Anspritzen der Tülle 10, diese bereits im Zustand der Montageposition gefertigt, also beispielsweise im über den Befestigungsbereich 12 umgekrempelten Zustand. Für die Montage braucht dann die Tülle 10 nach der Kontaktierung nur noch über den Kabelmantel 6 gezogen werden.
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Die Konfektionierung der Kontaktverbindung, also die Kontaktierung des Leiters 4 am Kontaktelement 8 und das anschließende Abdichten mit der Tülle 10 erfolgt vorzugsweise automatisiert. Hierbei wird die Tülle 10 im Greifbereich 26 mit einem maschinellen Greifer gegriffen und über den Kabelmantel 10 geführt.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Kabel
- 4
- Leiter
- 6
- Kabelmantel
- 8
- Kontaktelement
- 10
- Tülle
- 12
- Befestigungsbereich
- 14
- Längsrichtung
- 16
- Befestigungsende
- 18
- zweites Ende
- 20
- Kontaktstelle
- 22
- Dichtkragen
- 24
- Befestigungsfläche
- 26
- Greifbereich
- 28
- Rippen
