DE102013209314B3

DE102013209314B3 - Verfahren zum elektrischen Verbinden einer elektrischen Leitung mit einem Kontaktteil

Info

Publication number: DE102013209314B3
Application number: DE201310209314
Authority: DE
Inventors: Lutz Lehmann; Georg Scheidhammer
Original assignee: Lisa Draexlmaier GmbH
Current assignee: Lisa Draexlmaier GmbH
Priority date: 2013-05-21
Filing date: 2013-05-21
Publication date: 2014-06-26
Anticipated expiration: 2033-05-22
Also published as: US20140345128A1; US9379506B2; CN104184016A

Abstract

Verfahren zum elektrischen Verbinden der Litze (2) eines elektrischen Leiters (1) mit einem Kontaktteil (6), wobei die Litze (2) mehrere Einzeldrähte (3) umfasst und das Verfahren die Schritte aufweist: a) Teilen der Litze (2) in zumindest zwei Teile (7, 8) jeweils umfassend mehrere der Einzeldrähte (3), b) Verschweißen der Einzeldrähte (3) des ersten Teils (7) der geteilten Litze (2) mit einer ersten Kontaktfläche (9) des Kontaktteils (6), c) Verschweißen der Einzeldrähte (3) des zweiten Teils (8) der geteilten Litze (2) mit den mit dem Kontaktteil (6) verschweißten Einzeldrähten (3) des ersten Teils (7) der geteilten Litze (2) oder mit einer der ersten Kontaktfläche (9) gegenüberliegenden zweiten Kontaktfläche (10) des Kontaktteils (6).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrischen Verbinden der Litze eines elektrischen Leiters mit einem Kontaktteil durch einen Schweißprozess, insbesondere einen Ultraschallschweißprozess. Diesbezüglich ist unter der Litze ein elektrischer Leiter zu verstehen, der aus mehreren Einzeldrähten gebildet ist.
Vor allem im Kraftfahrzeugbau besteht seit längerem der Wunsch, aus Gründen der Gewichtsersparnis sowie der Substitution teuerer Metalle mit kostengünstigeren Alternativen, elektrische Kabel aus Leichtmetall, wie beispielsweise Aluminium, sowie deren Legierungen, zu fertigen. Bei der elektrischen Kontaktierung dieser Kabel mit einem Kontaktelement, die insbesondere in Kraftfahrzeugen über einen langen Zeitraum von vielen Jahren einer dynamischen Belastung unterworfen sind, treten jedoch insbesondere aufgrund der Kaltfließneigung des Materials, d. h. der Neigung von Leichtmetallen, wie Aluminium, mechanische Spannungen im Gefüge auch bei niedrigen Temperaturen abzubauen sowie aufgrund einer vor allem bei Aluminiumlegierungen auf den Oberflächen der Aluminiumlegierung vorliegenden Oxidschicht und schließlich aufgrund der Gefahr elektrochemischer Korrosion im Verbindungsbereich der Leichtmetalllitzen mit den Kontaktelementen in Anwesenheit von Elektrolyten Probleme hinsichtlich der Aufrechterhaltung der Kontaktierung auf. Es besteht somit seit langem das Bedürfnis, eine dauerhaft beständige Kontaktierung von Leichtmetalllitzen mit Kontaktelementen auch unter den gegebenen Umständen bereitzustellen.
Ultraschallschweißen ist als Fügetechnik für Aluminiumlitzen aus der DE 10 2008 031 588 A1 bekannt. Verfahrensbedingt ist hierbei ein bestimmtes Verhältnis der Schweißbreite zur Schweißhöhe einzuhalten, um eine ausreichende Verbindungsqualität zu erzielen. Insbesondere bei großen Leiterquerschnitten ab ca. 50 mm² übersteigt die erforderliche Schweißbreite schnell die eigentlich notwendige Gesamtbreite des Kontaktelements, sodass die Schweißung zum bestimmenden Faktor der Baugröße wird und zudem Probleme in der Abdichtung nach sich zieht. Insbesondere in der Automobilelektrik wird eine möglichst kleine Bauform angestrebt.
Angesichts dieser Ausführungen lag die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein eingangs genanntes Verfahren zu schaffen, das einfach und kostengünstig auszuführen ist und bei großen Litzenquerschnitten zu einer möglichst schmalen Bauform führt.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen sowie der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen.
Der vorliegenden Erfindung liegt der Gedanke zu Grunde die Litze in wenigstens zwei Teilpakete jeweils umfassend mehrere Einzeldrähte zu unterteilen und die Einzelpakete in getrennten Schweißvorgängen mit dem Kontaktteil und/oder miteinander zu verbinden.
Dementsprechend schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum elektrischen sowie mechanischen Verbinden der Litze eines elektrischen Leiters mit einem Kontaktteil vor, wobei die Litze mehrere Einzeldrähte umfasst. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Einzeldrähte aus Aluminium und/oder einer Aluminiumlegierung gebildet. Das Kontaktteil selbst kann ebenfalls aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung oder aus einem anderen elektrisch leitenden Material bestehen. Das Verfahren umfasst als einen ersten Schritt, das Teilen der Litze in zumindest zwei Teile jeweils umfassend mehrere der Einzeldrähte. Mit anderen Worten werden aus der Litze wenigstens zwei Einzeldrahtpakete gebildet. Im Anschluss an das Teilen werden die Einzeldrähte des ersten Teils der geteilten Litze (des ersten Einzeldrahtpakets) mit einer ersten Kontaktfläche des Kontaktteils verschweißt. Erst im Anschluss und in einem separaten Prozessschritt werden die Einzeldrähte des zweiten Teils (des zweiten Einzeldrahtpakets) mit den mit dem Kontaktteil verschweißten Einzeldrähten des ersten Teils der geteilten Litze (des ersten Einzeldrahtpakets) oder mit einer anderen Kontaktfläche des Kontaktteils, zum Beispiel einer der ersten Kontaktfläche gegenüberliegenden zweiten Kontaktfläche des Kontaktteils verschweißt. Dadurch lässt sich der Schweißvorgang bei vergleichsweise großen Litzenquerschnitten mit relativ geringen Schweißbreiten realisieren. Die Schweißparameter werden dabei entsprechend einem Litzenquerschnitt der Teile der Litze (der Einzeldrahtpakete) festgelegt. Die erforderlichen Schweißbreiten können so um 30 bis 40% reduziert werden, da bei der Schweißbreitenauslegung lediglich ein Bruchteil des ursprünglichen Querschnitts berücksichtigt werden muss. Konkret konnte in der praktischen Umsetzung bei einem Gesamtlitzenquerschnitt von 85 mm² statt einer üblicherweise notwendigen Schweißbreite von 22 mm eine Schweißbreite von 15 mm bei hervorragender Schweißqualität erreicht werden.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform kommt für das Verschweißen der Teile der geteilten Litze jeweils ein Ultraschallschweißverfahren zum Einsatz.
Darüber hinaus umfasst das Verfahren vorteilhafterweise den Schritt Wegklappen des zweiten Teils der geteilten Litze vor dem Verschweißen der Einzeldrähte des ersten Teils der geteilten Litze und das Zurückklappen des zweiten Teils der geteilten Litze vor dem Verschweißen der Einzeldrähte des zweiten Teils der geteilten Litze.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft die Litze in zumindest zwei im Wesentlichen gleiche Teile zu unterteilen. Unter „im Wesentlichen” ist diesbezüglich eine Abweichung bis zu maximal ±10% zu verstehen. Die Abweichung ist dem geschuldet, dass ohne exakte Zählung der Einzeldrähte oder bei ungerader Einzeldrahtzahl eine exakt gleiche Teilung nicht möglich ist. Der Vorteil die Litze in im Wesentlichen gleiche Teile zu unterteilen liegt darin, dass der Schweißprozess mit gleichen Parametern und dadurch leichter steuerbar durchführbar ist.
Weitere Merkmale, die alleinstehend oder in Kombination mit einem oder mehreren der oben genannten Merkmale umgesetzt werden können, sowie Vorteile der Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen ersichtlich. Diese erfolgt unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen, in denen:
1a–c das Verfahren der vorliegenden Erfindung gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt; und
2a–c das Verfahren der vorliegenden Erfindung gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.
1a zeigt eine elektrische Leitung 1. Die elektrische Leitung 1 ist gebildet durch eine Litze 2 bestehend aus mehreren Einzeldrähten 3 aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Ferner weist die elektrische Leitung 1 eine elektrische Isolierung 4 auf, die in einem Verbindungsabschnitt 5 entfernt wurde, so dass im Verbindungsabschnitt 5 die Einzeldrähte 3 der Litze 2 frei liegen. Ferner ist in 1a schematisch ein Kontaktteil 6 dargestellt. Dieses kann ebenfalls aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildet sein und zum Beispiel ein Kabelschuh, ein Stecker oder ein anderes elektrisches Kontaktelement sein.
Gemäß der vorliegenden Erfindung und wie in 1b ersichtlich, wird zunächst die Litze 2 in mehrere Teile (hier zwei) 7 und 8 unterteilt. Jeder der Teile 7 und 8 besteht dabei aus mehreren der Einzeldrähte 3. Der in 1b unten dargestellte Teil 8 bzw. dessen Einzeldrähte werden nach unten hin weg geklappt.
Anschließend wird eine erste Kontaktfläche 9 mit dem ersten Teil 7 bzw. dessen Einzeldrähten 3 in Kontakt gebracht. Dann erfolgt ein erster S₁ durch den Pfeil in 1b dargestellter Ultraschallschweißvorgang, um den ersten Teil 7 mit der ersten Kontaktfläche 9 des Kontaktteils 6 durch Ultraschallschweißen zu verbinden. Anschließend werden die Einzeldrähte 3 des zweiten Teils 8 zurück in Kontakt mit einer gegenüberliegenden zweiten Kontaktfläche 10 des Kontaktteils 6 geklappt, wie es in 1c dargestellt ist und durch einen weiteren Schweißvorgang S₂ mit der zweiten Kontaktfläche 10 des Kontaktteils 6 durch einen Ultraschallschweißvorgang verschweißt. War es beim Verschweißen einer Litze 2 mit einem Querschnitt von 85 mm² bisher notwendig beim Ultraschallschweißvorgang eine Schweißbreite von wenigstens 22 mm vorzusehen, ist es durch die erfindungsgemäße Teilung der Litze in zwei Einzelpakete (die Teile 7 und 8) möglich, die Schweißbreite auf 15 mm zu reduzieren.
Bei einer alternativen Ausführungsform, wie sie in 2 dargestellt ist, wobei jedoch gleiche bzw. vergleichbare Bezugszeichen verwendet wurden, wird der zweite Teil 8, wie sie in 2b dargestellt ist, zunächst nach oben weg geklappt und der erste Teile 7 über ein Ultraschallschweißvorgang S₁ mit der ersten Kontaktfläche 9 kaltverschweißt. Im Anschluss wird der zweite Teil 8 bzw. dessen Einzeldrähte 3 zurückgeklappt, so dass diese auf dem ersten Teil 7 bzw. dessen Einzeldrähten 3 liegen. In einem zweiten Ultraschallschweißvorgang S₂ werden die Einzeldrähte 3 des zweiten Teils 8 mit den Einzeldrähten 3 des ersten Teils 7 kaltverschweißt. Auch hier war es möglich bei einem beispielhaften Querschnitt der Litze 2 von 85 mm² die Schweißbreite von 22 mm auf 15 mm zu verringern und dennoch einen sicheren mechanischen und elektrischen Kontakt zu realisieren.
Darüber hinaus ist in beiden Ausführungsformen die Unterteilung der Litze 2 in im Wesentlichen gleiche Teile sinnvoll, so dass die Parameter für die Schweißvorgänge S₁ und S₂ gleich gewählt werden können. Dies geschieht dabei derart, dass die Schweißparameter anhand des Querschnitts der Teile 7 bzw. 8 der geteilten Litze 2 festgelegt werden, das heißt anhand eines deutlich geringeren Litzenquerschnitts. Auch der notwendige Energieeintrag kann dadurch reduziert werden.

Claims

Verfahren zum elektrischen Verbinden der Litze (2) eines elektrischen Leiters (1) mit einem Kontaktteil (6), wobei die Litze (2) mehrere Einzeldrähte (3) umfasst und das Verfahren die Schritte aufweist: a) Teilen der Litze (2) in zumindest zwei Teile (7, 8) jeweils umfassend mehrere der Einzeldrähte (3), b) Verschweißen der Einzeldrähte (3) des ersten Teils (7) der geteilten Litze (2) mit einer ersten Kontaktfläche (9) des Kontaktteils (6), c) Verschweißen der Einzeldrähte (3) des zweiten Teils (8) der geteilten Litze (2) mit den mit dem Kontaktteil (6) verschweißten Einzeldrähten (3) des ersten Teils (7) der geteilten Litze (2) oder mit einer der ersten Kontaktfläche (9) gegenüberliegenden zweiten Kontaktfläche (10) des Kontaktteils (6).
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem für das Verschweißen der Teile (7, 8) der geteilten Litze (2) jeweils ein Ultraschallschweißverfahren zum Einsatz kommt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner umfassend Wegklappen des zweiten Teils (8) der geteilten Litze (2) vor dem Schritt b) und Zurückklappen des zweiten Teils (8) der geteilten Litze (2) vor dem Schritt c).
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Einzeldrähte (3) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehen.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Litze (2) in zumindest zwei im Wesentlichen gleiche Teile (7, 8) geteilt wird.