DE102016100081A1 - ELECTRICAL CONNECTION BETWEEN ELECTRICALLY CONDUCTIVE COMPONENTS - Google Patents
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Abstract
Elektrische Verbindung mit einem ersten elektrisch leitenden Bauteil (10) und einem zweiten elektrisch leitenden Bauteil (20), wobei das erste und zweite Bauteil (10, 20) in einem Verbindungsbereich (13) so verformt sind, dass das erste Bauteil (10) zumindest formschlüssig mit dem zweiten Bauteil (20) verbunden ist. Das erste elektrische Bauteil (10) weist eine erste Schicht (11) bestehend aus Leichtmetall und eine zweite Schicht (12) aus einem anderen elektrisch leitenden Material als dem der ersten Schicht (11), die zumindest in dem Verbindungsbereich (13) auf der ersten Schicht (11) vorgesehen ist, auf.Electrical connection with a first electrically conductive component (10) and a second electrically conductive component (20), wherein the first and second components (10, 20) are deformed in a connection region (13) such that the first component (10) is at least is positively connected to the second component (20). The first electrical component (10) has a first layer (11) consisting of light metal and a second layer (12) of a different electrically conductive material than that of the first layer (11), at least in the connecting region (13) on the first Layer (11) is provided on.
Description
Technisches Gebiet Technical area
Die Erfindung betrifft eine elektrische Verbindung eines ersten elektrisch leitenden Bauteils und eines zweiten elektrisch leitenden Bauteils. Das erste und zweite elektrisch leitende Bauteil sind dabei in einem Verbindungsbereich miteinander verbunden. Im Verbindungsbereich sind die Bauteile so geformt, dass das erste Bauteil das zweite Bauteil hintergreift und dadurch eine formschlüssige Verbindung entsteht. The invention relates to an electrical connection of a first electrically conductive component and a second electrically conductive component. The first and second electrically conductive components are connected to one another in a connection region. In the connection region, the components are shaped so that the first component engages behind the second component and thus creates a positive connection.
Stand der Technik State of the art
Mechanische und elektrische Verbindungen zwischen zwei elektrisch leitenden Bauteilen sind hinlänglich bekannt. Die Bauteile können dabei unmittelbar, d. h. direkt oder mittelbar sowie lösbar als auch unlösbar miteinander verbunden werden. Unlösbare Verbindungen stellen häufig für die Produktion günstige und schnelle Fügemöglichkeiten dar. Mechanical and electrical connections between two electrically conductive components are well known. The components can be directly, d. H. be connected directly or indirectly as well as detachable and inseparable. Inseparable connections often represent favorable and rapid joining options for production.
Eine Möglichkeit eine unlösbare mechanische Verbindung herzustellen ist das Verschweißen von zwei Fügepartnern. Hierzu ist zu erwähnen, dass die Fügepartner einer hohen thermischen Beanspruchung ausgesetzt sind, die sich sowohl auf die metallische Struktur der Fügepartner als auch auf benachbarte Bauteile negativ auswirken kann. Als Alternative zum Schweißen kommt beispielsweise das sogenannte Durchsetzfügen (auch TOX®-Verfahren oder Clinchen) in Betracht. Bei diesem Verfahren handelt es sich um ein Fügen mittels Umformen. Zwei miteinander zu verbindende Bauteile werden ähnlich dem Tiefziehen anhand eines Stempels und einer Matrize plastisch deformiert, so dass die Bauteile im Bereich der Verformung einen Hinterschnitt ausbilden und die Fügepartner miteinander form- und kraftschlüssig verbunden sind, insbesondere um eine bessere mechanische Festigkeit zu gewährleisten. One possibility for producing an inseparable mechanical connection is the welding of two joining partners. It should be noted that the joining partners are exposed to high thermal stress, which can have a negative effect on both the metallic structure of the joining partners and on adjacent components. As an alternative to welding, for example, so-called clinching (also TOX ® method or clinching) comes into consideration. This method is a joining by means of forming. Two components to be interconnected are plastically deformed similar to deep drawing using a punch and a die, so that the components form an undercut in the deformation and the joining partners are positively and non-positively connected, in particular to ensure better mechanical strength.
So beschreibt beispielsweise die
Vor allem in Kraftfahrzeugen besteht seit längerem bereits der Wunsch, aus Gründen der Gewichtsersparnis sowie der Substitution teurer Metalle mit kostengünstigeren Alternativen, elektrisch leitende Bauteile aus Leichtmetall, wie etwa Magnesium oder Aluminium sowie deren Legierungen, zu fertigen. Bei der elektrischen Kontaktierung dieser Bauteile, 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 etwa Aluminium und Magnesium, 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 Leichtmetallleitungen mit den üblicherweise aus edleren Metallen, wie etwa Kupfer, gefertigten Kontakten in Anwesenheit von Elektrolyten, Probleme hinsichtlich der Aufrechterhaltung der Kontaktierung auf. Insbesondere ist der Verbindungsprozess des Durchsetzfügens bei Aluminiumbauteilen aufgrund der Fließneigung und des Setzverhaltens von Aluminium nicht anwendbar. Especially in motor vehicles has long been the desire to manufacture reasons of weight savings and the substitution of expensive metals with cheaper alternatives, electrically conductive components made of light metal, such as magnesium or aluminum and their alloys. In the electrical contacting of these components, which are subjected to a dynamic load, especially in motor vehicles over a long period of many years, but in particular due to the cold flow tendency of the material, d. H. the tendency of light metals, such as aluminum and magnesium, to reduce mechanical stresses in the microstructure even at low temperatures, as well as due to an oxide layer present above all on aluminum alloys on the aluminum alloy surfaces, and finally due to the risk of electrochemical corrosion in the joint region of the light metal leads with the usually more noble metals, such as copper, made contacts in the presence of electrolytes, problems in maintaining the contact on. In particular, the joining process of clinching in aluminum components is not applicable due to the flow tendency and setting behavior of aluminum.
Zusammenfassung der Erfindung Summary of the invention
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung beruht folglich darin eine elektrische sowie zuverlässige mechanische Verbindung eines ersten elektrischen Bauteils mit einem zweiten elektrischen Bauteil zu realisieren, bei der zumindest das erste elektrische Bauteil ein Leichtmetall umfasst und bevorzugt mittels eines Durchsetzfügeverfahrens formschlüssig mit dem zweiten elektrischen Bauteil verbunden ist. The object of the present invention is therefore to realize an electrical and reliable mechanical connection of a first electrical component to a second electrical component, in which at least the first electrical component comprises a light metal and is preferably connected by means of a clinching process form-fitting manner with the second electrical component.
Diese Aufgabe wird durch eine elektrische Verbindung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen, der folgenden Beschreibung sowie den Zeichnungen. This object is achieved by an electrical connection with the features of claim 1. Advantageous developments of the invention can be found in the subclaims, the following description and the drawings.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine elektrische Verbindung zwischen einem ersten elektrisch leitenden Bauteil und einem zweiten elektrisch leitenden Bauteil vorgeschlagen. Bei dem ersten und zweiten Bauteil kann es sich beispielsweise um Stromschienen in einer elektrischen Baugruppe handeln. Derartige Stromschienen können in ihrer Querschnittsfläche und Querschnittsform unterschiedlich sein. Um die Bauteile nicht nur elektrisch miteinander zu verbinden, sondern auch eine mechanische Verbindung zu realisieren, sind das erste und zweite Bauteil in einem Verbindungsbereich (vorzugsweise liegt in dem Verbindungsbereich zugleich die elektrische Verbindung zwischen den beiden Bauteilen vor) zumindest formschlüssig, bevorzugt kraft- und formschlüssig, miteinander verbunden. Diese mechanische Verbindung wird vorteilhafter Weise dadurch erzielt, dass die beiden Bauteile im Verbindungsbereich durchsetzgefügt sind. Im Besonderen kommt hier ein Clinch- oder Tox®-Verfahren zum Einsatz. Ein solches Verfahren ist beispielsweise in der
Hierbei ist es bevorzugt, dass das Material der zweiten Schicht eine geringere Neigung zum Setzen und Fließen aufweist als das Material der ersten Schicht. Somit wird das Setz- bzw. Fließverhalten der ersten Schicht positiv beeinflusst, so dass ein Fügeverfahren mit einem Formschluss realisierbar ist. In this case, it is preferred that the material of the second layer has a lower tendency to settle and flow than the material of the first layer. Thus, the setting or flow behavior of the first layer is positively influenced, so that a joining process with a positive connection can be realized.
In einer bevorzugten Ausführungsform kommt dabei als Leichtmetall für die erste Schicht Aluminium oder eine Aluminiumlegierung zum Einsatz. Für die zweite Schicht ist Kupfer oder ein Material auf Kupferbasis bevorzugt. Durch die Kupferschicht liegt keine die elektrische Kontaktierung störende Oxidschicht vor, während durch das Aluminium ein leichtes bzw. kostengünstiges Material zur Anwendung kommt. In a preferred embodiment, aluminum or an aluminum alloy is used as light metal for the first layer. For the second layer, copper or a copper-based material is preferred. Due to the copper layer, there is no oxide layer disturbing the electrical contacting, while a light or cost-effective material is used by the aluminum.
Dementsprechend ist es bevorzugt, dass die zweite Schicht dem zweiten elektrischen Bauteil zugewandt ist. Dadurch kann erzielt werden, dass im Bereich der Kontaktierung keine störende Oxidschicht vorliegt, die zu einem hohen elektrischen Widerstand führen würde. Accordingly, it is preferable that the second layer faces the second electrical component. It can thereby be achieved that there is no disruptive oxide layer in the area of the contacting, which would lead to a high electrical resistance.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die zweite Schicht und die erste Schicht untrennbar miteinander verbunden, wodurch eine leichte Handhabbarkeit beim formschlüssigen Verbinden, insbesondere Fügen erzielbar ist. According to one embodiment of the invention, the second layer and the first layer are inseparably connected to each other, whereby an easy handling in the positive connection, in particular joining is achievable.
Vorteilhafterweise wird die untrennbare Verbindung durch Walzen erzielt, wobei die zweite Schicht auf die erste Schicht auf gewalzt wird. Dadurch wird eine einfache und kostengünstige Herstellung realisiert. Alternativ ist es auch möglich die 2 Schichten miteinander zu Verschweißen. Advantageously, the inseparable connection is achieved by rolling, wherein the second layer is rolled onto the first layer. As a result, a simple and inexpensive production is realized. Alternatively, it is also possible to weld the two layers together.
Ferner hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass für die Verbesserung der Setz- und Kriecheigenschaften lediglich eine relativ dünne zweite Schicht erforderlich ist. Um die Gewichtsvorteile der Leichtmetallschicht optimal auszunutzen, ist daher die zweite Schicht vorteilhafterweise dünner als die erste Schicht bzw. die erste Schicht stärker als die zweite Schicht. Bei der Materialpaarung Aluminium als Leichtmetall der ersten Schicht sowie Kupfer als Material der zweiten Schicht werden in der Regel zwischen 5% und 40%, bevorzugt 5 % und 20 % Kupfer auf ein Aluminiumblech aufgewalzt. Hierbei gilt, je mehr Kupfer desto teurer. Furthermore, it has surprisingly been found that only a relatively thin second layer is required to improve the setting and creep properties. In order to optimally utilize the weight advantages of the light metal layer, therefore, the second layer is advantageously thinner than the first layer or the first layer stronger than the second layer. In the material combination of aluminum as the light metal of the first layer and copper as the material of the second layer usually between 5% and 40%, preferably 5% and 20% copper are rolled onto an aluminum sheet. Here, the more copper the more expensive.
Gemäß einer Ausführungsform wird die zweite Schicht bevorzugt vor oder nach dem formschlüssigen Verbinden der beiden Bauteile durch eine Oberflächenveredelung gegen elektrochemische Korrosion geschützt. Die Oberflächenveredelung ist dabei auch vom Einsatzgebiet der elektrischen Bauteile abhängig. Insbesondere kommen Verzinnen, Versilbern oder Vergolden in Frage. Wird für die zweite Schicht reines Kupfer verwendet, kann auch ein vorverzinntes bzw. ein vorbeschichtetes Blech auf die erste Schicht aufgewalzt werden. According to one embodiment, the second layer is preferably protected from electrochemical corrosion before or after the positive connection of the two components by a surface finishing. The surface refinement is also dependent on the field of application of the electrical components. In particular, tinning, silvering or gilding come into question. If pure copper is used for the second layer, it is also possible to roll a pre-tinned or a precoated sheet onto the first layer.
Das zweite elektrische Bauteil kann ebenfalls aus den erwähnten zwei Schichten aufgebaut sein. Bei dem zweiten elektrischen Bauteil kann es sich aber auch um ein einschichtiges Bauteil, aus zum Beispiel Kupfer oder einem Material auf Kupferbasis, handeln. The second electrical component may also be constructed from the mentioned two layers. However, the second electrical component can also be a single-layer component, for example copper or a copper-based material.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung, die in Kombination mit einem oder mehreren der oben genannten Merkmalen umgesetzt werden können, insofern sich die Merkmale nicht widersprechen, sind der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform zu entnehmen. Diese erfolgt unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung, in der Further advantages and features of the invention, which can be implemented in combination with one or more of the features mentioned above, insofar as the features do not contradict each other, can be taken from the following description of a preferred embodiment. This is done with reference to the accompanying drawings in which
Beschreibung einer Ausführungsform Description of an embodiment
Die in
In dem dargestellten Verbindungsbereich
Durch das vorgesehene Kupferblech
Obwohl bei der dargestellten Ausführungsform die Bleche
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
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R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |