DE102014216833A1 - Cable connection for connecting an electric cable - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kabelverbindung zum Anschluss eines elektrischen Kabels (10) mit einem elektrischen Kontaktelement (40) und umfasst ein elektrisches Kabel (10) mit einer Crimphülse (20), die auf ein freies Ende des Kabels gepresst ist um die Litzen (14) des Kabels zusammenzudrücken. Weiter ist ein Anschlussadapter (30) vorgesehen, welcher eine Kontaktfläche (34) aufweist, die mit den Stirnseiten der zusammengedrückten Litzen verschweißt ist. Der Anschlussadapter (30) weist an der der Kontaktfläche (34) gegenüberliegenden Seite eine geeignete Verbindungsform (32) auf, mit der einfach und flexibel eine Verbindung mit einer komplementären Verbindungsform (42) des elektrischen Kontaktelements (40) möglich ist.The present invention relates to a cable connection for connecting an electric cable (10) to an electrical contact element (40) and comprises an electrical cable (10) with a crimp sleeve (20) which is pressed onto a free end of the cable around the strands (14 ) of the cable. Further, a connection adapter (30) is provided, which has a contact surface (34) which is welded to the end faces of the compressed strands. The connection adapter (30) has a suitable connection form (32) on the side opposite the contact surface (34), with which a connection with a complementary connection form (42) of the electrical contact element (40) is possible in a simple and flexible manner.
Description
1. Gebiet der Erfindung1. Field of the invention
Die Erfindung betrifft Kabelverbindungen zum Anschluss von elektrischen Kabeln mit weiteren Bauteilen, insbesondere für den Anschluss von Starkstromkabeln.The invention relates to cable connections for connecting electrical cables with other components, in particular for the connection of power cables.
2. Technischer Hintergrund2. Technical background
Elektrische Kabel dienen zur Übertragung von elektrischem Strom und bestehen typischerweise aus ein oder mehreren elektrischen Leitern, die auch Adern oder Litzen genannt werden, die von einer isolierenden Kunststoffummantelung umhüllt sind. Die elektrischen Leiter bestehen typischerweise aus Kupfer oder Kupferlegierungen. Dabei bestimmt die Art des Materials und der Durchmesser des elektrischen Leiterverbundes die Stromübertragungskapazität des Kabels. Insbesondere für Starkstromanwendungen werden große Leiterquerschnitte benötigt, was die verwendeten Kabel schwer und teuer macht. In Automobilanwendungen für beispielsweise Hybrid- oder Elektrofahrzeuge werden relativ große Mengen an derartigen Kabeln für hohe Stromstärken bzw. -spannungen benötigt. Zur Reduzierung von Gewicht und Kosten wird in derartigen Anwendungen daher häufig Aluminium als Material für die elektrischen Leiter gewählt. Zur Anwendung kommen dabei insbesondere Aluminiumlegierungen, sodass hierin, wenn von dem Material Aluminium gesprochen wird, immer auch Aluminiumlegierungen explizit mitumfasst sind. Electrical cables are used to transmit electrical current and typically consist of one or more electrical conductors, which are also called wires or strands, which are covered by an insulating plastic sheath. The electrical conductors are typically made of copper or copper alloys. In this case, determines the type of material and the diameter of the electrical conductor assembly, the power transmission capacity of the cable. Especially for heavy current applications, large conductor cross sections are needed, which makes the cables used heavy and expensive. In automotive applications for, for example, hybrid or electric vehicles, relatively large amounts of such high current or voltage cables are needed. To reduce weight and cost, therefore, aluminum is often chosen as the material for the electrical conductors in such applications. In particular, aluminum alloys are used, so that when aluminum is used as the material, aluminum alloys are always explicitly included.
In der Anwendung elektrischer Kabel ist es notwendig, diese mit weiteren Bauteilen zu verbinden, beispielsweise an einem Ende mit einer elektrischen Energiequelle und an dem anderen Ende des Kabels mit einem elektrischen Verbraucher. Hierzu müssen die Kabelenden konfektioniert werden, d. h. mit geeigneten Anschlüssen versehen werden. Im einfachsten Fall und bei elektrischen Kabeln mit kleinem Durchmesser werden hierzu geeignete Crimphülsen verwendet. Hierzu wird am freien Ende des Kabels ein Teil der Isolierung entfernt und eine metallische Crimphülse auf die freigelegten Litzen oder Adern aufgepresst. Zur Zugentlastung weisen die Crimphülsen typischerweise weitere Bereiche auf, mit denen die Hülse auch über einen Teil der Isolierung gekrimpt oder gepresst werden kann. Insbesondere bei der Konfektionierung von elektrischen Kabeln mit relativ großem Durchmesser, d. h. Kabeln, die für große Stromstärken oder -spannungen vorgesehen sind, ist eine einfache Crimpverbindung häufig nicht zufriedenstellend. Dies ist insbesondere der Fall bei der Verwendung von Aluminiumleitern, da das Aluminium dazu tendiert an der Luft zu oxidieren, wodurch sich die elektrischen Wiederstände beim Übergang vom Leiter auf das Material der Crimphülse nachteilig erhöhen.In the application of electrical cables, it is necessary to connect them to other components, for example at one end to an electrical energy source and at the other end of the cable to an electrical consumer. For this purpose, the cable ends must be assembled, d. H. be provided with suitable connections. In the simplest case and with small diameter electrical cables, suitable crimp sleeves are used for this purpose. For this purpose, a part of the insulation is removed at the free end of the cable and pressed a metallic crimp on the exposed strands or wires. For strain relief, the crimp sleeves typically have further regions with which the sleeve can also be crimped or pressed over part of the insulation. In particular, in the assembly of electrical cables with a relatively large diameter, d. H. Cables that are designed for high currents or voltages, a simple crimp connection is often unsatisfactory. This is particularly the case with the use of aluminum conductors, as the aluminum tends to oxidize in the air, thereby adversely increasing the electrical resistance in the transition from the conductor to the material of the crimp barrel.
Aus der
Die vorliegende Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, den vorbekannten Stand der Technik zu verbessern, und insbesondere eine einfache und flexible Kabelverbindung zum Anschluss eines elektrischen Kabels an ein weiteres Bauteil bereitzustellen. Die Erfindung soll insbesondere ein flexibel einsetzbares Anschlussstück für ein elektrisches Kabel bereitstellen, welches einfach und sicher mit einem elektrischen Kabel verbunden werden kann, insbesondere mit elektrischen Aluminiumkabeln für hohe Stromstärken bzw. -spannungen, wie sie in Automobilanwendungen für Hybrid- und Elektrofahrzeuge für die Übertragung der elektrischen Energie an die Elektromotoren benötigt werden. The present invention therefore has the object to improve the prior art, and in particular to provide a simple and flexible cable connection for connecting an electrical cable to another component. In particular, the invention is intended to provide a flexible connector for an electrical cable which can be easily and safely connected to an electrical cable, particularly electrical high-voltage aluminum cables such as those used in automotive applications for hybrid and electric vehicles for transmission the electrical energy needed to the electric motors.
Diese und andere Aufgaben, die beim Lesen der vorliegenden Beschreibung noch genannt werden oder vom Fachmann erkannt werden können, werden mit einer Kabelverbindung nach Anspruch 1 und einem Verfahren nach Anspruch 9 gelöst.These and other objects, which will become apparent upon reading the present specification or which may be recognized by those skilled in the art, are achieved by a cable joint according to claim 1 and a method according to claim 9.
3. Ausführliche Beschreibung der Erfindung 3. Detailed description of the invention
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Kabelverbindung zum Anschluss eines elektrischen Kabels, wie insbesondere eines elektrischen Aluminiumkabels für hohe Stromstärken oder -spannungen, mit einem elektrischen Kontaktelement bereitgestellt. Das elektrische Kontaktelement kann etwa zu einem elektrischen Verbraucher gehören sein oder aber auch ein für einen speziellen Einsatzzweck konfiguriertes Anschlussbauteil, wie etwa eine Batterieklemme, ein Kabelschuh, o. Ä., welches dann zur Verbindung mit einem elektrischen Verbraucher oder einer elektrischen Energiequelle verwendet wird. Die betroffenen elektrischen Kabel weisen mehrere Litzen auf, d. h. mehr als eine, die von einer geeigneten Isolierung umfasst sind. Das elektrische Kabel kann jedoch auch ein mehradriges Kabel sein. Auf ein freies Ende des Kabels ist eine geeignete Crimphülse gepresst, die die einzelnen Litzen zumindest im Bereich der Stirnseite der Litzen zusammendrückt. Vorteilhaft wird an diesem freien Ende die Isolierung teilweise entfernt, sodass die Crimphülse teilweise in direktem, elektrisch leitendem Kontakt mit den Litzen ist und teilweise auf die Isolierung gepresst ist. Weiter ist erfindungsgemäß ein Anschlussadapter vorgesehen, der an einer Seite eine vorzugsweise plane Kontaktfläche aufweist, die mit den Stirnseiten der zusammengedrückten Litzen verschweißt ist. Diese Verschweißung erfolgt vorzugsweise mittels Reibschweißen, wobei der Anschlussadapter in Rotation versetzt wird und das freie Ende des Kabels mit der Crimphülse gegen das rotierende Anschlussstück bzw. die Kontaktfläche desselben gepresst wird. Aufgrund der durch die Rotation entstehenden Hitze, kommt es dann zu einem Verschmelzen bzw. Verschweißen der Kontaktfläche des Anschlussadapters mit den Stirnseiten der zusammengedrückten Litzen. Um eine flexible Verwendung zu erlauben, ist der Anschlussadapter an der der Kontaktfläche gegenüberliegenden Seite mit einer Verbindungsform versehen, die mindestens eine Fläche aufweist, die schräg zur Stirnseite der Litzen ausgerichtet ist. According to the present invention, a cable connection is provided for connecting an electrical cable, in particular an electrical aluminum cable for high currents or voltages, with an electrical contact element. The electrical contact element can be part of an electrical load or else a connection component configured for a specific purpose, such as a battery terminal, a cable lug, or the like, which is then used for connection to an electrical load or an electrical energy source. The affected electrical cables have multiple strands, d. H. more than one, which are covered by a suitable insulation. However, the electrical cable can also be a multi-core cable. On a free end of the cable, a suitable crimping sleeve is pressed, which compresses the individual strands at least in the region of the end side of the strands. Advantageously, the insulation is partially removed at this free end, so that the crimping sleeve is partially in direct, electrically conductive contact with the strands and is partially pressed onto the insulation. Furthermore, according to the invention, a connection adapter is provided, which has on one side a preferably planar contact surface, which is welded to the end faces of the compressed strands. This welding is preferably carried out by means of friction welding, wherein the connection adapter is set in rotation and the free end of the cable is pressed with the crimping sleeve against the rotating connection piece or the contact surface thereof. Due to the heat generated by the rotation, there is then a fusion or welding of the contact surface of the connection adapter with the end faces of the compressed strands. In order to allow flexible use, the connection adapter is provided at the opposite side of the contact surface with a connection shape having at least one surface which is aligned obliquely to the end side of the strands.
Die Verbindungsform ist vorzugsweise eine einfache geometrische Form und ist insbesondere eine konische Form, wie beispielsweise ein Kegel oder aber eine entsprechende kegelförmige Aussparung. Die schräge Fläche vergrößert die Kontaktfläche im Vergleich zu einer einfachen planen Kontaktfläche, sodass ein guter elektrischer Übergang gegeben ist. Das elektrische Kontaktelement, wie etwa eine Batterieklemme oder ein Kabelschuh o. Ä., ist dementsprechend mit einer komplementären Verbindungsform versehen. Dies erlaubt es, ein mit einem erfindungsgemäßen Anschlussadapter versehenes elektrisches Kabel mit einer Vielzahl von verschiedenen elektrischen Kontaktelementen je nach Anwendungsgebiet auszurüsten.The connection form is preferably a simple geometric shape and is in particular a conical shape, such as a cone or a corresponding conical recess. The oblique surface increases the contact area compared to a simple planar contact surface, so that a good electrical transition is given. The electrical contact element, such as a battery terminal or a cable lug o. Ä., Is accordingly provided with a complementary connection form. This makes it possible to equip a provided with a terminal adapter according to the invention electrical cable with a variety of different electrical contact elements depending on the application.
Um die mechanische Verbindung zwischen dem Anschlussadapter und dem elektrischen Kontaktelement zu verbessern, ist vorzugsweise ein weiteres Sicherungselement vorgesehen. Besonders bevorzugt ist dieses weitere Sicherungselement in Form einer Hülse gegeben, die das Anschlussstück und das weitere Bauteil zumindest teilweise umfasst. Die Hülse kann beispielsweise eine Mutter sein und die äußeren Oberflächen von Anschlussadapter oder Kontaktelement sind dementsprechend vorzugsweise mit einem Außengewinde versehen, sodass die Mutter darüber geschraubt werden kann. In order to improve the mechanical connection between the connection adapter and the electrical contact element, a further securing element is preferably provided. Particularly preferably, this further securing element is provided in the form of a sleeve which at least partially surrounds the connecting piece and the further component. The sleeve may for example be a nut and the outer surfaces of the connection adapter or contact element are accordingly preferably provided with an external thread, so that the mother can be screwed on it.
Bei der Verwendung eines Kegels und einer entsprechenden kegelförmigen Aussparung am Anschlussadapter und elektrischen Kontaktelement ist es vorteilhaft möglich, diese derart zu dimensionieren, dass eine reibschlüssige Verbindung zwischen ihnen möglich ist. Mit anderen Worten, die Form und Oberflächengüte des Kegels und der zugehörigen kegelförmigen Aussparung erlauben eine sogenannte Kegelverbindung, wie sie aus der Konstruktionstechnik als Welle-Nabe-Verbindung bekannt ist.When using a cone and a corresponding conical recess on the connection adapter and electrical contact element, it is advantageously possible to dimension them so that a frictional connection between them is possible. In other words, the shape and surface finish of the cone and the associated conical recess allow a so-called conical connection, as known from the design technique as a shaft-hub connection.
Bei der Verwendung eines Kegels bzw. einer kegelförmigen Aussparung ist der Öffnungswinkel α vorzugsweise zwischen 60 und 130°, mehr bevorzugt zwischen 60 und 110° und am meisten bevorzugt zwischen 70 und 100°. Als geeignete Grundfläche des Kegels hat sich, unabhängig vom Öffnungswinkel α, grundsätzlich ein Durchmesser d des Kegels vom 0,7–1,3-fachen des Durchmessers des Kabels erwiesen, mehr bevorzugt vom 0,8–1,2-fachen und am meisten bevorzugt vom 0,9–1,1-fachen. Als Durchmesser des Kabels wird hierbei der Außendurchmesser des Kabels, gemessen an der Außenseite der Isolierung verstanden. When using a cone or a conical recess, the opening angle α is preferably between 60 and 130 °, more preferably between 60 and 110 °, and most preferably between 70 and 100 °. As a suitable base area of the cone, regardless of the opening angle α, a diameter d of the cone of 0.7-1.3 times the diameter of the cable has been found, more preferably 0.8-1.2 times and most preferably from 0.9-1.1-fold. The diameter of the cable is understood here as the outside diameter of the cable, measured on the outside of the insulation.
Generell bevorzugt ist die komplementäre Verbindungsform des elektrischen Kontaktelements derart eingerichtet, dass sie mittels eines Federelements in Verbindungsrichtung vorspannbar ist. Hierdurch ergibt sich ein besonders vorteilhafter elektrischer und mechanischer Kontakt zwischen den Oberflächen der Verbindungsform des Anschlussadapters und der komplementären Verbindungsform des Kontaktelements. Generally, preferably, the complementary connection form of the electrical contact element is set up such that it can be prestressed in the connection direction by means of a spring element. This results in a particularly advantageous electrical and mechanical contact between the surfaces of the connection form of the connection adapter and the complementary connection form of the contact element.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung eines elektrischen Kabels mit einem elektrischen Kontaktelement. Unter einem Kontaktelement versteht der Fachmann einen dezidierten elektrischen Anschluss, wie beispielsweise eine Batterieklemme, ein Kabelschuh, oder eine Anschlussbuchse o. ä. Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird in einem ersten Schritt ein elektrisches Kabel mit mehreren Litzen bereitgestellt, die von einer Isolierung umfasst sind. Anschließend wird eine Crimphülse auf ein freies Ende des Kabels gepresst, welches hierzu zuvor vorteilhaft zumindest teilweise abisoliert wurde. Anschließend wird ein wie oben beschriebener Anschlussadapter bereitgestellt und über seine Kontaktfläche mit den Stirnseiten der zusammengepressten Litzen verschweißt. Hierbei kommt vorzugsweise Reibschweißen zum Einsatz, wofür der Anschlussadapter in Rotation versetzt wird und die Stirnseite der Litzen zusammen mit der Stirnseite der Crimphülse gegen den rotierenden Anschlussadapter gepresst wird.The present invention also relates to a method for producing a connection of an electrical cable with an electrical contact element. A person skilled in the art understands a contact element as a dedicated electrical connection, such as, for example, a battery terminal, a cable lug or a connection socket or the like. In the method according to the invention, in a first step, an electrical cable with a plurality of strands is provided, which are covered by insulation. Subsequently, a crimp barrel is pressed onto a free end of the cable, which previously for this purpose was advantageously at least partially stripped. Subsequently, a connection adapter as described above is provided and welded via its contact surface with the end faces of the compressed strands. In this case, preferably friction welding is used, for which the connection adapter is set in rotation and the front side of the strands is pressed together with the end face of the crimping sleeve against the rotating connection adapter.
4. Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen4. Description of preferred embodiments
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren genauer erläutert. Hierbei zeigen:In the following, the present invention will be explained in more detail with reference to the attached figures. Hereby show:
In
In
In
In
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Kabel electric wire
- 1212
- Litzen strands
- 1414
- Mantel (Isolierung) Jacket (insulation)
- 2020
- Crimphülse crimp barrel
- 3030
- Anschlussadapter connection adapter
- 3232
- Verbindungsform compound form
- 3434
- Kontaktfläche contact area
- 4040
- elektrisches Kontaktelement electrical contact element
- 4242
- komplementäre Verbindungsform complementary connection form
- 5050
- Sicherungselement fuse element
- 5252
- Flansch flange
- 5454
- Gewinde thread
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- EP 1032077 [0004] EP 1032077 [0004]
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R016 | Response to examination communication | ||
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: KUKA INDUSTRIES GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: KUKA SYSTEMS GMBH, 86165 AUGSBURG, DE |
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R082 | Change of representative |
Representative=s name: BARDEHLE PAGENBERG PARTNERSCHAFT MBB PATENTANW, DE |
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R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
R003 | Refusal decision now final |