DE102016117835A1 - Electrical connection assembly and method of making an electrical connection assembly - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine elektrische Verbindungsanordnung (1), umfassend eine Flachleiterschiene (2) mit einer Durchgangsöffnung, welche sich durch eine erste Flachseite (9) und zweite Flachseite (10) der Flachleiterschiene (2) erstreckt; ein Kabelaufnahmeelement (3) zum elektrisch leitenden Verbinden eines Kabels mit der Flachleiterschiene (2); eine Schraube(7), deren Schaft (8) von der zweiten Flachseite (10) aus durch die Durchgangsöffnung der Flachleiterschiene (2) und durch einen Kontaktierungsbereich (5) des Kabelaufnahmeelements (3) hindurchgeführt ist; eine auf den Schaft (8) der Schraube (7) aufgeschraubte Mutter (11), mittels welcher der Kontaktierungsbereich (5) des Kabelaufnahmeelements (3) zumindest mittelbar zwischen der Mutter (11) und der ersten Flachseite (9) eingeklemmt ist; ein Kontaktierungselement (6, 14, 19, 24), welches in einem die Durchgangsöffnung umgebenden ringförmigen Fügebereich (16, 21, 25) mit der Flachleiterschiene (2) stoffschlüssig verbunden ist und an welchem der Kontaktierungsbereich (5) des Kabelaufnahmeelements (3) unmittelbar anliegt. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Verbindungsanordnung (1).The invention relates to an electrical connection arrangement (1), comprising a flat conductor rail (2) with a passage opening which extends through a first flat side (9) and second flat side (10) of the flat conductor rail (2); a cable receiving element (3) for electrically connecting a cable to the flat conductor rail (2); a screw (7) whose shaft (8) is guided from the second flat side (10) through the through-opening of the flat conductor rail (2) and through a contacting region (5) of the cable receiving element (3); a nut (11) screwed onto the shank (8) of the screw (7), by means of which the contacting region (5) of the cable receiving element (3) is clamped at least indirectly between the nut (11) and the first flat side (9); a contacting element (6, 14, 19, 24), which in a surrounding the through-opening annular joining region (16, 21, 25) is integrally connected to the flat conductor rail (2) and to which the contacting region (5) of the cable receiving element (3) directly is applied. The invention further relates to a method for producing an electrical connection arrangement (1).
Description
Die Erfindung betrifft eine elektrische Verbindungsanordnung und ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Verbindungsanordnung. The invention relates to an electrical connection arrangement and a method for producing an electrical connection arrangement.
Durch die vermehrte Verwendung unterschiedlichster Materialkombinationen bei Fahrzeugkarosserien bis hin zur kompletten Herstellung von Fahrzeugkarosserien aus kohlefaserverstärkten Kunststoffen, beispielsweise bei sogenannten Monocoques, kann die elektrische Masserückführung über die Karosserie stark beeinträchtigt werden oder funktioniert im Extremfall gar nicht. Due to the increased use of different combinations of materials in vehicle bodies to the complete production of vehicle bodies made of carbon fiber reinforced plastics, for example in so-called monocoques, the electrical mass feedback on the body can be severely impaired or does not work in extreme cases.
Der zum Beispiel über sogenannte Massekämme eingeleitete Masserückstrom folgt immer dem Weg des geringsten elektrischen Widerstandes. Durch die Verwendung unterschiedlicher Karosseriematerialien und Verbindungstechniken, wie zum Beispiel Kleben, Nieten, Schweißen und dergleichen, kann ein undefinierter bzw. ungerichteter Masserückstrom von einem Verbraucher zur Batterie des Fahrzeugs erfolgen. Infolgedessen kann es passieren, dass der elektrische Masserückfluss mit dem mit räumlichen Abstand verlegten Versorgungsstrom ein elektromagnetisches Feld aufbaut, welches Fahrzeuginsassen und auch die Bordelektronik im Fahrzeug negativ beeinflussen kann. The ground return current introduced, for example, via so-called ground combs always follows the path of the lowest electrical resistance. By using different body materials and bonding techniques, such as gluing, riveting, welding, and the like, an undefined ground leakage current from a consumer to the battery of the vehicle may occur. As a result, it can happen that the electrical ground flux with the spatially spaced supply current builds up an electromagnetic field which can adversely affect vehicle occupants and also the on-board electronics in the vehicle.
Um dennoch eine zuverlässige Masserückführung in Kraftfahrzeugen zu ermöglichen, könnte beispielsweise die Masserückführung über eigens dafür vorgesehene Leiter, z.B. in Form von Litzenleitern, erfolgen. Dies würde allerdings eine Gewichtserhöhung des Bordnetzes bzw. des Kabelbaumes mit sich bringen. In order nevertheless to enable a reliable mass recirculation in motor vehicles, for example, the mass recirculation could take place via dedicated conductors, e.g. in the form of stranded conductors. However, this would bring an increase in weight of the electrical system or the wiring harness with it.
Durch die Verwendung von sogenannten Flachleitern bzw. Flachleiterschienen, insbesondere aus Aluminium, können der für die elektrische Masserückführung erforderliche Einbauraum und das zugehörige Leitergewicht im Kraftfahrzeug stark reduziert werden. Beispielsweise können Flachleiter-Versorgungsleitungen in Form von Aluminium-Flachleiterschienen im Unterbodenbereich und auch im Interieurbereich ohne eine zweite, masserückführende Schiene eingesetzt werden. Diese bestehen üblicherweise aus strangextrudiertem Aluminium mit Seitenverhältnissen der Querschnittsfläche von ca. 1:2 bis 1:10, wie beispielsweise in der
Insbesondere eine mehrschichtige Flachleiterstruktur, beispielsweise aus einer Mehrzahl von Aluminium-Flachleiterschienen, als zentrale elektrische Versorgung und Masserückführung eliminiert das Ausbilden eines elektromagnetischen Feldes unabhängig von den eingesetzten Karosseriewerkstoffen. Durch eine derartige Flachleiteranordnung im Fahrzeug kann zudem eine verbesserte Bordnetzstabilität erreicht werden. Darüber hinaus kann durch Verwendung derartiger Flachleiterschienen im Vergleich zum Einsatz von Rundleitern der erforderliche Bauraum im Kraftfahrzeug für die Masserückführung reduziert werden. In particular, a multilayer flat conductor structure, for example of a plurality of aluminum flat conductor rails, as a central electrical supply and ground return eliminates the formation of an electromagnetic field, regardless of the body materials used. By such a flat conductor arrangement in the vehicle also improved vehicle electrical system stability can be achieved. In addition, can be reduced by using such flat conductor rails compared to the use of round conductors of the required space in the motor vehicle for mass recirculation.
Die elektrische Kontaktierung von Kabeln an derartigen Flachleiterschienen gestaltet sich mitunter allerdings relativ schwierig und kostenintensiv. However, the electrical contacting of cables on such flat conductor rails is sometimes relatively difficult and expensive.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine besonders kostengünstige und für den Einbau im Kraftfahrzeug besonders geeignete Kontaktierungsmöglichkeit von Kabeln an einer Flachleiterschiene zu ermöglichen. It is therefore the object of the present invention to enable a particularly cost-effective and for installation in motor vehicles particularly suitable contacting possibility of cables to a flat conductor rail.
Diese Aufgabe wird durch eine elektrische Verbindungsanordnung sowie durch ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Verbindungsanordnung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. This object is achieved by an electrical connection arrangement and by a method for producing an electrical connection arrangement having the features of the independent patent claims. Advantageous embodiments with expedient and non-trivial developments of the invention are specified in the dependent claims.
Die erfindungsgemäße elektrische Verbindungsanordnung umfasst eine Flachleiterschiene mit einer Durchgangsöffnung, welche sich durch eine erste Flachseite und zweite Flachseite der Flachleiterschiene erstreckt. Des Weiteren weist die elektrische Verbindungsanordnung ein Kabelaufnahmeelement zum elektrisch leitenden Verbinden eines Kabels mit der Flachleiterschiene auf. Zudem umfasst die elektrische Verbindungsanordnung eine Schraube, deren Schaft von der zweiten Flachseite aus durch die Durchgangsöffnung der Flachleiterschiene und durch einen Kontaktierungsbereich des Kabelaufnahmeelements hindurchgeführt ist. Des Weiteren weist die elektrische Verbindungsanordnung eine auf den Schaft der Schraube aufgeschraubte Mutter auf, mittels welcher der Kontaktierungsbereich des Kabelaufnahmeelements mittelbar zwischen der Mutter und der ersten Flachseite eingeklemmt ist. Ferner umfasst die elektrische Verbindungsanordnung ein Kontaktierungselement, welches in einem die Durchgangsöffnung umgebenden, ringförmigen Fügebereich mit der Flachleiterschiene stoffschlüssig verbunden ist und an welchem der Kontaktierungsbereich des Kabelaufnahmeelements unmittelbar anliegt. The electrical connection arrangement according to the invention comprises a flat conductor rail with a passage opening which extends through a first flat side and a second flat side of the flat conductor rail. Furthermore, the electrical connection arrangement has a cable receiving element for the electrically conductive connection of a cable to the flat conductor rail. In addition, the electrical connection arrangement comprises a screw whose shaft is guided from the second flat side through the through opening of the flat conductor rail and through a contacting region of the cable receiving element. Furthermore, the electrical connection arrangement has a nut screwed onto the shaft of the screw, by means of which the contacting region of the cable receiving element is indirectly clamped between the nut and the first flat side. Furthermore, the electrical connection arrangement comprises a contacting element, which is connected in a material-locking manner to the flat conductor rail in an annular joining region surrounding the through-opening and against which the contacting region of the cable receiving element rests directly.
Bei der Flachleiterschiene handelt es sich um eine bandförmige, vorzugsweise formstabile bzw. massive Schiene aus einem stromleitenden Material. Die Abmaße der Flachleiterschiene in Breitenrichtung und Längenrichtung sind dabei groß im Verhältnis zur Dicke, also der Höhe, der Flachleiterschiene. Die besagten Flachseiten erstrecken sich in Längs- und Querrichtung der Flachleiterschiene und weisen eine wesentlich größere Oberfläche als jeweilige Seitenflächen der Flachleiterschiene auf, die sich in Längs- und Hochrichtung der Flachleiter erstrecken. Die Flachseiten weisen zudem auch eine wesentlich größere Oberfläche als jeweilige Stirnflächen der Flachleiterschiene auf, die sich in Quer- und Hochrichtung der Flachleiterschiene erstrecken. In the flat conductor rail is a band-shaped, preferably dimensionally stable or massive rail of an electrically conductive material. The dimensions of the flat conductor rail in Width direction and length direction are large in relation to the thickness, ie the height of the flat conductor rail. The said flat sides extend in the longitudinal and transverse direction of the flat conductor rail and have a substantially larger surface than respective side surfaces of the flat conductor rail, which extend in the longitudinal and vertical direction of the flat conductor. The flat sides also have a much larger surface than respective end faces of the flat conductor rail, which extend in the transverse and vertical direction of the flat conductor rail.
Bei dem Kabelaufnahmeelement kann es sich beispielsweise um einen Kabelschuh handeln, wobei das Kabelaufnahmeelement vorzugsweise aus einem besonders gut elektrisch leitenden Material, wie beispielsweise Kupfer, hergestellt ist. Darüber hinaus ist es aber auch möglich, dass es sich bei dem Kabelaufnahmeelement nicht nur um einen Kabelschuh, sondern um beliebige andere Kabelaufnahmeelemente handelt, mittels welchen ein Kabel aufgenommen und elektrisch leitend mit der Flachleiterschiene verbunden werden kann. The cable receiving element may be, for example, a cable lug, wherein the cable receiving element is preferably made of a particularly good electrically conductive material, such as copper. In addition, however, it is also possible that the cable receiving element is not just a cable lug, but any other cable receiving elements by means of which a cable can be accommodated and electrically conductively connected to the flat conductor rail.
Insbesondere erstreckt sich die besagte Durchgangsöffnung in der Flachleiterschiene senkrecht zu den beiden gegenüberliegenden Flachseiten der Flachleiterschiene. Folglich ist die durch die Durchgangsöffnung hindurchgeführte Schraube in dem Fall ebenfalls senkrecht zu den beiden Flachseiten der Flachleiterschiene angeordnet. Durch Anziehen der auf den Schaft der Schraube aufgeschraubten Mutter kann der Kontaktierungsbereich des Kabelaufnahmeelements also mit einer Kraft senkrecht zu den beiden Flachseiten der Flachleiterschiene beaufschlagt werden, um das Kabelaufnahmeelement mit seinem Kontaktierungsbereich zuverlässig zwischen der Mutter und der Flachleiterschiene einzuklemmen. Dadurch wird der Kontaktierungsbereich des Kabelaufnahmeelements besonders zuverlässig an das Kontaktierungselement gepresst bzw. angelegt, welches aufgrund der stoffschlüssigen Verbindung mit der Flachleiterschiene elektrisch leitend mit dieser verbunden ist. In particular, said passage opening extends in the flat conductor rail perpendicular to the two opposite flat sides of the flat conductor rail. As a result, the screw passed through the passage opening is in this case also arranged perpendicularly to the two flat sides of the flat conductor rail. By tightening the nut screwed onto the shaft of the screw, the contacting region of the cable receiving element can thus be acted upon by a force perpendicular to the two flat sides of the flat conductor rail in order to reliably clamp the cable receiving element with its contacting region between the nut and the flat conductor rail. As a result, the contacting region of the cable receiving element is pressed or applied particularly reliably to the contacting element, which is electrically conductively connected to the latter due to the integral connection with the flat conductor rail.
Mittels der elektrischen Verbindungsanordnung kann ein besonders geringer elektrischer Übergangswiderstand zwischen der Flachleiterschiene und dem Kabelaufnahmeelement, welches zum Aufnehmen eines Kabels dient, sichergestellt werden. Ein durch das Kabel, welches im Kabelaufnahmeelement aufgenommen worden ist, fließender Strom kann dadurch über das Kabelaufnahmeelement in das Kontaktierungselement und von dort aus in die Flachleiterschiene fließen, ohne dass ein hoher elektrischer Übergangswiderstand zu überwinden wäre. Aufgrund der stoffschlüssigen Verbindung des Kontaktierungselements mit der Flachleiterschiene kann ein Strom ohne große Widerstände von dem Kontaktierungselement in die Flachleiterschiene fließen. Da zudem der Kontaktierungsbereich des Kabelaufnahmeelements unmittelbar wiederum an dem Kontaktierungselement anliegt, kann vom Kabelaufnahmeelement auch ohne einen großen Übergangswiderstand ein Strom ins Kontaktierungselement fließen. By means of the electrical connection arrangement, a particularly low electrical contact resistance between the flat conductor rail and the cable receiving element, which serves to receive a cable, can be ensured. A current flowing through the cable, which has been accommodated in the cable receiving element, can thereby flow via the cable receiving element into the contacting element and from there into the flat conductor rail, without a high electrical contact resistance having to be overcome. Due to the cohesive connection of the contacting element with the flat conductor rail, a current can flow without great resistance from the contacting element in the flat conductor rail. In addition, since the contacting region of the cable receiving element in turn rests directly against the contacting element, a current can flow into the contacting element from the cable receiving element even without a large contact resistance.
Darüber hinaus kann bei der erfindungsgemäßen elektrischen Verbindungsanordnung sichergestellt werden, dass beim Anziehen der Mutter kein Drehmoment in die stoffschlüssige Fügeverbindung zwischen dem Kontaktierungselement und der Flachleiterschiene, also in den ringförmigen Fügebereich, eingebracht wird. Denn die Schraube kann zum einen am Kopf gehalten werden, während zum anderen die Mutter, welche auf den Schaft der Schraube aufgeschraubte ist, angezogen wird. Der Kontaktierungsbereich des Kabelaufnahmeelements kann dadurch fest an das Kontaktierungselement angelegt werden, ohne dass ein Drehmoment in das Kontaktierungselement und somit in den ringförmigen Fügebereich eingebracht wird. Dadurch kann eine besonders hohe mechanische Festigkeit der gesamten Verbindungsanordnung und insbesondere des ringförmigen Fügebereichs sichergestellt werden. In addition, it can be ensured in the electrical connection arrangement according to the invention that when tightening the nut no torque in the cohesive joint connection between the contacting element and the flat conductor rail, ie in the annular joining region, is introduced. Because the screw can be held on the one hand on the head, while on the other hand, the nut, which is screwed onto the shank of the screw is tightened. The contacting region of the cable receiving element can thereby be firmly applied to the contacting element, without a torque being introduced into the contacting element and thus into the annular joining region. As a result, a particularly high mechanical strength of the entire connection arrangement and in particular of the annular joining region can be ensured.
Darüber hinaus spielt aufgrund der Anordnung der einzelnen Elemente der elektrischen Verbindungsanordnung ein materialtypisches Setz- und Kriechverhalten der Flachleiterschiene gar keine oder nur eine sehr untergeordnete Rolle. Denn das Kabelaufnahmeelement wird lediglich auf das Kontaktierungselement gedrückt bzw. an dieses herangepresst, ohne dass jedoch das Kabelaufnahmeelement unmittelbar an die Flachleiterschiene gepresst bzw. gedrückt wird. Infolgedessen spielt ein eventuelles Setzverhalten bzw. Fließverhalten der Flachleiterschiene im Hinblick auf die Kontaktierung des Kabelaufnahmeelements am Kontaktierungselement nur eine untergeordnete bzw. gar keine Rolle. Darüber hinaus weisen das Kontaktierungselement und das Kabelaufnahmeelement vorzugsweise eine Materialpaarung auf, welche innerhalb der elektrochemischen Spannungsreihe nicht weit voneinander entfernt sind. Dadurch kann Korrosion aufgrund einer ungünstigen Materialkombination beim Fließen von Strömen verhindert werden. In addition, due to the arrangement of the individual elements of the electrical connection arrangement plays a material-typical setting and creep behavior of the flat conductor rail no or only a very minor role. For the cable receiving element is merely pressed onto the contacting element or pressed against this, but without the cable receiving element is pressed or pressed directly to the flat conductor rail. As a result, a possible setting behavior or flow behavior of the flat conductor rail with respect to the contacting of the cable receiving element on the contacting element plays only a minor or no role at all. In addition, the contacting element and the cable receiving element preferably have a material pairing which are not far apart within the electrochemical series of voltages. As a result, corrosion due to an unfavorable combination of materials in the flow of currents can be prevented.
Mittels der elektrischen Verbindungsanordnung kann eine Stromversorgung und / oder gezielte Masserückführung auch bei Fahrzeugen mit schlecht oder nicht leitenden Karosserien, beispielsweise aus kohlefaserverstärktem Kunststoff, über die Flachleiterschiene und entsprechend über das Kabelaufnahmeelement aufgenommene Kabel sichergestellt werden. Zudem kann mittels der elektrischen Verbindungsanordnung eine Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit im Fahrzeug ohne eine zusätzliche Abschirmung erzielt werden. Ferner begünstigt die elektrische Verbindungsanordnung eine konventionelle Kabelbaummontage mit flexiblen Versorgungsleitungen bzw. Kabeln ohne eine externe B+-Leitung mit Karosseriedurchbrüchen und Abdichtungssystemen. By means of the electrical connection arrangement, a power supply and / or targeted Masserückführung be ensured even in vehicles with poor or non-conductive bodies, for example made of carbon fiber reinforced plastic, via the flat conductor rail and accordingly via the cable receiving element recorded cable. In addition, an improvement of the electromagnetic compatibility in the vehicle without additional shielding can be achieved by means of the electrical connection arrangement. Further, the electrical connection assembly favors a conventional wiring harness assembly with flexible Supply lines or cables without an external B + line with body openings and sealing systems.
Zudem kann die Flachleiterschiene an jeder beliebigen Stelle kontaktiert werden und weist somit eine sogenannte “Multidrop“-Fähigkeit auf. Es können dabei auch mehrere der Kabelaufnahmeelemente, also z.B. mehrere Kabelschuhe, in der beschriebenen Weise elektrisch leitend mit der Flachleiterschiene verbunden werden. In addition, the flat conductor rail can be contacted at any point and thus has a so-called "multidrop" capability. There may also be several of the cable receiving elements, e.g. a plurality of cable lugs, are electrically connected in the manner described with the flat conductor rail.
Ferner weist die elektrische Verbindungsanordnung aufgrund der flachen Ausbildung der Flachleiterschiene eine reduzierte Einbauhöhe im Gegensatz zu einem Masserundleiter auf. Darüber hinaus weist die elektrische Verbindungsanordnung eine höhere Stromtragfähigkeit als Litzenleiter mit gleicher Querschnittsfläche auf. Außerdem kann unter Verwendung der elektrischen Verbindungsanordnung eine Mehrschichtflachleiterstruktur realisiert werden, wodurch eine erhöhte Bordnetzstabilität und Eliminierung unerwünschter elektromagnetischer Felder erzielt werden kann. Darüber hinaus wird eine Entkopplung einer Starter-Generatorschiene und einer Klemme-30-Schiene ermöglicht. Die elektrische Verbindungsanordnung kann zudem in 12 V-, 48 V- und auch in Hochvolt-Bordnetzen verwendet werden. Furthermore, due to the flat configuration of the flat conductor rail, the electrical connection arrangement has a reduced installation height in contrast to a ground conductor. In addition, the electrical connection arrangement has a higher current carrying capacity than stranded conductors with the same cross-sectional area. In addition, a multilayer flat conductor structure can be realized using the electrical connection arrangement, whereby an increased on-board network stability and elimination of unwanted electromagnetic fields can be achieved. In addition, a decoupling of a starter-generator rail and a terminal -30-rail is made possible. The electrical connection arrangement can also be used in 12 V, 48 V and also in high-voltage on-board networks.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Kontaktierungselement einen kragenförmigen Randbereich aufweist, welcher einen größeren Durchmesser aufweist als die Durchgangsöffnung und an der zweiten Flachseite anliegt. Das Kontaktierungselement kann sich also mit seinem kragenförmigen Randbereich an der zweiten Flachseite der Flachleiterschiene abstützen. Dadurch wird eine besonders zuverlässige Verbindung zwischen dem Kontaktierungselement und der Flachleiterschiene begünstigt. An advantageous embodiment of the invention provides that the contacting element has a collar-shaped edge region, which has a larger diameter than the passage opening and rests against the second flat side. The contacting element can thus be supported with its collar-shaped edge region on the second flat side of the flat conductor rail. As a result, a particularly reliable connection between the contacting element and the flat conductor rail is favored.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass sich an den kragenförmigen Randbereich ein Bereich anschließt, welcher sich durch die Durchgangsöffnung der Flachleiterschiene hindurch erstreckt und eine über die erste Flachseite hinausragende Stirnseite aufweist, an welcher der Kontaktierungsbereich des Kabelaufnahmeelements unmittelbar anliegt. Der Teil des Kontaktierungselements, welcher durch die Durchgangsöffnung der Flachleiterschiene hindurch gesteckt ist, ragt also über die Flachleiterschiene heraus, wobei am Stirnbereich, welcher über die Flachleiterschiene hinausragt, der Kontaktierungsbereich des Kabelaufnahmeelements unmittelbar anliegt. Das Kabelaufnahmeelement ist dadurch in Hochrichtung der Flachleiterschiene etwas von dieser beabstandet. Die elektrische Kontaktierung des Kabelaufnahmeelements erfolgt also ausschließlich an dem Kontaktierungselement und nicht an der Flachleiterschiene. Das Kontaktierungselement ist wiederum stoffschlüssig mit der Flachleiterschiene verbunden, sodass das Kontaktierungselement also als stromleitendes Verbindungselement zwischen dem Kabelaufnahmeelement und der Flachleiterschiene dient. Ein eventuelles Kriech- oder Setzverhalten der Flachleiterschiene wirkt sich also nicht auf die Kontaktierung des Kabelaufnahmeelements aus, da das Kabelaufnahmeelement ausschließlich mit seinem Kontaktierungsbereich an der besagten Stirnseite des Kontaktierungselements anliegt, welches die erste Flachseite der Flachleiterschiene überragt. A further advantageous embodiment of the invention provides that an area adjoins the collar-shaped edge region, which extends through the passage opening of the flat conductor rail and has an end face projecting beyond the first flat side, against which the contacting region of the cable receiving element rests directly. The part of the contacting element, which is inserted through the through-opening of the flat conductor rail, thus protrudes beyond the flat conductor rail, wherein the contacting region of the cable receiving element rests directly on the end region, which projects beyond the flat conductor rail. The cable receiving element is thereby slightly spaced from the latter in the vertical direction of the flat conductor rail. The electrical contacting of the cable receiving element thus takes place exclusively on the contacting element and not on the flat conductor rail. The contacting element is in turn materially connected to the flat conductor rail, so that the contacting element thus serves as a current-conducting connecting element between the cable receiving element and the flat conductor rail. A possible creeping or setting behavior of the flat conductor rail thus does not affect the contacting of the cable receiving element, since the cable receiving element rests exclusively with its contacting region on said end face of the contacting element, which projects beyond the first flat side of the flat conductor rail.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass sich der ringförmige Fügebereich zwischen dem kragenförmigen Randbereich des Kontaktierungselements und der zweiten Flachseite befindet. Mit anderen Worten kann sich der ringförmige Fügebereich also auf der von der Mutter und dem Kabelaufnahmeelement abgewandten Seite befinden. Dadurch kann ein besonders geringer Übergangswiderstand zum Kabelaufnahmeelement erreicht werden, unter anderem durch die – bezogen auf die Anordnung des Kabelaufnahmeelements – rückseitige ringförmige Fügebereichsfläche. In diesem Zusammenhang kann es vorgesehen sein, dass der Durchmesser der Durchgangsöffnung konstant ist, die Durchgangsöffnung also eine zylinderartige Form aufweist. According to a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the annular joining region is located between the collar-shaped edge region of the contacting element and the second flat side. In other words, the annular joining region can therefore be located on the side facing away from the nut and the cable receiving element. This allows a particularly low contact resistance to the cable receiving element can be achieved, inter alia by - based on the arrangement of the cable receiving element - back annular joining area. In this context, it can be provided that the diameter of the passage opening is constant, ie the passage opening has a cylindrical shape.
Gemäß einer alternativen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Durchmesser der Durchgangsöffnung von der zweiten Flachseite zur ersten Flachseite abnimmt und sich der ringförmige Fügebereich zwischen einer die Durchgangsöffnung definierenden Mantelfläche der Flachleiterschiene und einem konischen Abschnitt des Kontaktierungselements befindet, welcher innerhalb der Durchgangsöffnung angeordnet ist. Der ringförmige Fügebereich ist also schräg zu den beiden Flachseiten der Flachleiterschiene angestellt. In Kombination mit dem konischen Abschnitt des Kontaktierungselements ergibt sich dadurch eine besonders große Fläche beim ringförmigen Fügebereich. Hierdurch werden eine besonders hohe mechanische Festigkeit innerhalb des ringförmigen Fügebereichs und ein besonders geringer elektrischer Übergangswiderstand realisiert. According to an alternative advantageous embodiment of the invention, it is provided that the diameter of the passage opening decreases from the second flat side to the first flat side and the annular joining region is between a lateral surface of the flat conductor rail defining the passage opening and a conical section of the contacting element, which is arranged within the passage opening is. The annular joining region is thus set obliquely to the two flat sides of the flat conductor rail. In combination with the conical section of the contacting element, this results in a particularly large area in the annular joining region. As a result, a particularly high mechanical strength within the annular joining region and a particularly low electrical contact resistance are realized.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass ein Schraubenkopf der Schraube das Kontaktierungselement ist. Mit anderen Worten kann es also vorgesehen sein, dass der Schraubenkopf der Schraube das Kontaktierungselement bildet. Der Schraubenkopf ist dabei vorzugsweise teilweise in die Durchgangsöffnung und somit in die Flachleiterschiene eingelassen. Vorzugsweise weist der Schraubenkopf einen versenkten Schraubenkopfantrieb, insbesondere einen Innensechskant, auf. Dadurch können Torsionskräfte beim Schraubprozess, also beim Anziehen der Mutter, formschlüssig abgefangen werden. Infolgedessen können insbesondere hohe und vibrierende Kräfte im ringförmigen Fügebereich während des Schraubprozesses vermieden werden. Da der Schraubenkopf der Schraube selbst das Kontaktierungselement bildet, muss kein separates Kontaktierungselement mehr vorgesehen werden, da zwischen dem Schraubenkopf und der Flachleiterschiene die stoffschlüssige Verbindung hergestellt wird. Zudem kann die Höhe der gesamten elektrischen Verbindungsanordnung besonders gering ausfallen, insbesondere wenn der Schraubenkopf teilweise in die Durchgangsöffnung der Flachleiterschiene eingelassen ist. A further advantageous embodiment of the invention provides that a screw head of the screw is the contacting element. In other words, it may thus be provided that the screw head of the screw forms the contacting element. The screw head is preferably partially embedded in the passage opening and thus in the flat conductor rail. Preferably, the screw head has a countersunk screw head drive, in particular a hexagon socket. As a result, torsional forces during Tightening process, so when tightening the mother, interlocked form-fitting. As a result, in particular high and vibrating forces can be avoided in the annular joining region during the screwing process. Since the screw head of the screw itself forms the contacting element, it is no longer necessary to provide a separate contacting element, since the integral connection is produced between the screw head and the flat conductor rail. In addition, the height of the entire electrical connection arrangement can be particularly low, in particular if the screw head is partially embedded in the passage opening of the flat conductor rail.
Eine alternative vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Kontaktierungselement ein von der Schraube verschiedenes Bauteil ist, durch welches der Schaft der Schraube hindurchgeführt ist und an welchem ein Schraubenkopf der Schraube anliegt. Im Zuge der Herstellung der elektrischen Verbindungsanordnung kann es in dem Fall vorgesehen sein, dass die Schraube dabei in dem Kontaktierungselement vor dem stoffschlüssigen Fügen des Kontaktierungselements und der Flachleiterschiene eingepresst wird. An alternative advantageous embodiment of the invention provides that the contacting element is a different component of the screw through which the shaft of the screw is passed and on which a screw head of the screw is applied. In the course of the production of the electrical connection arrangement, it may be provided in the case that the screw is thereby pressed into the contacting element before the cohesive joining of the contacting element and the flat conductor rail.
Eine weitere alternative vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Kontaktierungselement ein von der Schraube verschiedenes Bauteil ist, durch welches der Schaft der Schraube hindurchgeführt ist und welches sich in radialer Richtung nach außen verjüngt, wobei die Flachleiterschiene einen sich in radialer Richtung bis zur Durchgangsöffnung konisch verjüngenden ringförmigen Teil aufweist, welcher zwischen dem Kontaktierungselement und einem weiteren als Gegenelement ausgelegten baugleichen oder nicht baugleichen Bauteil angeordnet sowie ober- und unterseitig stoffschlüssig in jeweiligen die Durchgangsöffnung umgebenden ringförmigen Fügebereichen mit dem Kontaktierungselement und dem Bauteil verbunden ist. Die beiden stoffschlüssig mit der Flachleiterschiene verbundenen Bauteile sind also kegelförmig ausgebildet und in jeweiligen Aussparungen angeordnet, welche die Durchgangsöffnung umgeben. Ein eventuelles Setz- und Kriechverhalten der Flachleiterschiene kann durch einen Spalt zwischen den beiden Bauteilen abgefangen werden. Die beiden hier beschriebenen Kontaktierungselemente – also das Kontaktierungselement, welches ein von der Schraube verschiedenes Bauteil ist, und das als Gegenelement ausgelegte baugleiche oder nicht baugleiche Bauteil – können so weit von den beiden Flachseiten der Flachleiterschiene beabstandet angeordnet und miteinander verbunden sein, dass eine kraft-, form- oder vorzugsweise stoffschlüssige Verbindung miteinander erzeugt wird. Hierdurch kann ein eventuelles Setz- oder Kriechverhalten der Flachleiterschiene durch die aneinander liegenden beidseitigen ringförmigen Kontaktierungselemente überbrückt werden. A further alternative advantageous embodiment of the invention provides that the contacting element is a different component from the screw through which the shaft of the screw is passed and which tapers in the radial direction outwards, wherein the flat conductor rail extends in the radial direction to the passage opening has conically tapered annular portion which is disposed between the contacting and another designed as a counter element identical or not identical component and the upper and lower side is materially connected in each of the passage opening surrounding annular joining regions with the contacting element and the component. The two materially connected to the flat conductor rail components are thus formed cone-shaped and arranged in respective recesses which surround the passage opening. A possible setting and creep behavior of the flat conductor rail can be intercepted by a gap between the two components. The two contacting elements described here-that is, the contacting element, which is a component that is different from the screw, and the identical or non-identical component designed as a counter element-can be so far apart from the two flat sides of the flat conductor rail and connected to one another that a force , form-fitting or preferably cohesive connection is generated with each other. In this way, a possible setting or creep behavior of the flat conductor rail can be bridged by the adjacent two-sided annular contacting elements.
In den Fällen, in denen das Kontaktierungselement ein von der Schraube verschiedenes Bauteil ist, ist das Kontaktierungselement vorzugsweise aus Kupfer hergestellt. Das Kontaktierungselement kann aber auch aus Kupferlegierungen, Messing, Stahl oder Aluminiumlegierungen (z.B. 6000-Legierungen), hergestellt sein. In the cases in which the contacting element is a different component of the screw, the contacting element is preferably made of copper. However, the contacting element can also be made of copper alloys, brass, steel or aluminum alloys (e.g., 6000 alloys).
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Flachleiterschiene aus Aluminium hergestellt ist. Als Aluminiummaterial können alle üblichen Strangpressmaterialien oder Walzbänder mit einer Reinheit von mindestens 99,5 % oder höher eingesetzt werden. Hierdurch wird eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit bei einstellbarer Materialhärte gewährleistet. Die vorzugsweise aus Aluminium hergestellte Flachleiterschiene weist eine Stärke, also eine Dicke in Hochrichtung, von 0,5 bis 5 mm, vorzugsweise von 1 bis 3 mm auf. Die Flachleiterschiene kann Breiten von 5 bis 60 mm, vorzugsweise von 15 bis 60 mm aufweisen. Aus Leichtbaugründen ist die Verwendung einer aus Aluminium hergestellten Flachleiterschiene besonders vorteilhaft. Jedoch können auch weitere gängige elektrisch leitende Materialien, wie zum Beispiel Kupfer oder Messing, anstelle von Aluminium für die Herstellung der Flachleiterschiene verwendet werden. A further advantageous embodiment of the invention provides that the flat conductor rail is made of aluminum. As aluminum material, it is possible to use all customary extruded materials or rolled strips having a purity of at least 99.5% or higher. This ensures sufficient electrical conductivity with adjustable material hardness. The flat conductor rail, preferably made of aluminum, has a thickness, that is to say a thickness in the vertical direction, of 0.5 to 5 mm, preferably 1 to 3 mm. The flat conductor rail may have widths of 5 to 60 mm, preferably 15 to 60 mm. For lightweight construction, the use of a flat conductor rail made of aluminum is particularly advantageous. However, other common electrically conductive materials, such as copper or brass, instead of aluminum for the production of the flat conductor rail can be used.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Flachleiterschiene mit einer Isolationsschicht, also einer elektrischen Isolierung, versehen ist, welche zumindest die Durchgangsöffnung ausspart. Ein Abisolieren einer Kontaktierungsstelle an der Flachleiterschiene, also des Bereiches, an welchem das Kontaktierungselement stoffschlüssig mit der Flachleiterschiene verbunden wird, kann beispielsweise rechteckig um die Durchgangsöffnung herum und umlaufend um die Flachleiterschiene erfolgen. Alternativ ist es beispielsweise auch möglich, eine runde und lokal sehr begrenzte Abisolation im Bereich der Durchgangsöffnungen auf der ersten und zweiten Flachseite der Flachleiterschiene vorzunehmen. Die elektrische Isolation der Flachleiterschiene erfolgt vorzugsweise durch einen thermoplastischen Kunststoff. Der Thermoplast kann beispielsweise nicht stoffschlüssig oder auch stoffschlüssig mit der Flachleiterschiene verbunden sein. Bei einer stoffschlüssigen Verbindung des Thermoplastes mit der Flachleiterschiene wird die Oberfläche der Flachleiterschiene vorzugsweise zuvor elektrochemisch behandelt, zum Beispiel durch eine anodische Oxidation, wie beispielsweise durch ein Eloxalverfahren. Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn die Flachleiterschiene temperiert wird, um eine chemische Reaktion des Thermoplastes mit der Oberfläche während eines Extrusionsprozesses der Flachleiterschiene zu ermöglichen. Als Isolationsmaterialien können grundsätzlich alle Thermoplaste oder thermoplastischen Elastomere mit ausreichender elektrischer Isolationseigenschaft und Flexibilität verwendet werden. Insbesondere sind Polyolefine (Polypropylen-Copolymere, Polyethylene, etc.), Polyamide (PA12, etc.), Polyvinylchloride, thermoplastische Elastomere oder vernetzendes Polyethylen einsetzbar. Als Isolationsschichtstärken bzw. Wandstärken sind je nach Kunststofftyp und Verarbeitungstechnik 0,15 bis 3,5 mm, vorzugsweise 0,3 bis 1,5 mm, ausreichend. An jeweiligen Schmalseiten der Flachleiterschiene werden bevorzugt 0,5 bis 1,5 mm Schichtdicke bei der Isolation verwirklicht. In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the flat conductor rail is provided with an insulating layer, that is to say an electrical insulation, which at least eliminates the passage opening. A stripping of a contacting point on the flat conductor rail, ie the region to which the contacting element is materially connected to the flat conductor rail, for example, can be made rectangular around the through hole and circumferentially around the flat conductor rail. Alternatively, it is also possible, for example, to perform a round and locally very limited stripping in the region of the passage openings on the first and second flat sides of the flat conductor rail. The electrical insulation of the flat conductor rail is preferably carried out by a thermoplastic material. The thermoplastic, for example, can not be cohesively or materially connected to the flat conductor rail. In a cohesive connection of the thermoplastic with the flat conductor rail, the surface of the flat conductor rail is preferably treated beforehand electrochemically, for example by an anodic oxidation, such as by an anodizing process. Moreover, it is advantageous if the flat conductor rail is tempered to allow a chemical reaction of the thermoplastic with the surface during an extrusion process of the flat conductor rail. When Insulation materials can be used in principle all thermoplastics or thermoplastic elastomers with sufficient electrical insulation property and flexibility. In particular, polyolefins (polypropylene copolymers, polyethylenes, etc.), polyamides (PA12, etc.), polyvinyl chlorides, thermoplastic elastomers or crosslinking polyethylene can be used. Depending on the type of plastic and processing technology, 0.15 to 3.5 mm, preferably 0.3 to 1.5 mm, are sufficient as insulation layer thicknesses or wall thicknesses. On respective narrow sides of the flat conductor rail preferably 0.5 to 1.5 mm layer thickness are realized in the insulation.
Zudem ist es auch möglich, dass gar keine Abisolierung der Flachleiterschiene vorgenommen wird. Dies ist insbesondere dann gut möglich, wenn stoffschlüssig anhaftende Isolationskunststoffe zur Isolierung der Flachleiterschiene verwendet werden. In dem Fall muss keine aufwendige Abtrennung bzw. Abisolierung erfolgen. Denn beim Herstellen der stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem Kontaktierungselement und der Flachleiterschiene im Bereich der Durchgangsöffnung kann der Isolationskunststoff aufgeschmolzen und verdrängt werden, sodass in dem Fall auch ohne separate Abisolierung eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Kontaktierungselement und der Flachleiterschiene erzielt werden kann. In addition, it is also possible that no stripping of the flat conductor rail is made. This is particularly well possible if cohesive adhesive insulating plastics are used to insulate the flat conductor rail. In this case, no costly separation or stripping must take place. For when the cohesive connection between the contacting element and the flat conductor rail in the region of the passage opening of the insulating plastic can be melted and displaced, so that in this case a cohesive connection between the contacting element and the flat conductor rail can be achieved without separate stripping.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Schraube aus Edelstahl hergestellt ist. Die Schraube kann beispielsweise in Größen von M3 bis M10 ausgelegt sein mit Längen von 3 mm bis 35 mm. Die Schraube kann aber auch statt aus Edelstahl zum Beispiel aus Messing bestehen und eine Beschichtung aus Nickel oder Silber aufweisen. A further advantageous embodiment of the invention provides that the screw is made of stainless steel. The screw can be designed, for example, in sizes from M3 to M10 with lengths of 3 mm to 35 mm. The screw can also be made of brass instead of stainless steel, for example, and have a coating of nickel or silver.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen der erfindungsgemäßen elektrischen Verbindungsanordnung oder einer vorteilhaften Ausführung der erfindungsgemäßen elektrischen Verbindungsanordnung wird zum elektrisch leitenden Verbinden des Kabelaufnahmeelements mit der Flachleiterschiene das Kontaktierungselement unter Ausbildung des ringförmigen Fügebereichs stoffschlüssig mit der Flachleiterschiene verbunden und das Kabelaufnahmeelement unmittelbar am Kontaktierungselement anliegend angeordnet. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen elektrischen Verbindungsanordnung sind als vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen. In the method according to the invention for producing the electrical connection arrangement according to the invention or an advantageous embodiment of the electrical connection arrangement according to the invention, the contacting element is integrally connected to the flat conductor rail to form the electrically conductive connection of the cable receiving element to the flat conductor rail and the cable receiving element is arranged directly adjacent to the contacting element. Advantageous embodiments of the electrical connection arrangement according to the invention are to be regarded as advantageous embodiments of the method according to the invention.
Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass das Kontaktierungselement mittels torsionalem Ultraschallschweißen mit der Flachleiterschiene verschweißt wird. Beim torsionalen Ultraschallschweißen handelt es sich um eine Art hochfrequentes Reibschweißverfahren, bei dem eine Sonotrode abwechselnd torsionale Bewegungen um deren Längsachse in die eine und andere Richtung durchführt. Dabei wird mit einer relativ hohen Frequenz, zum Beispiel von 20 kHz, und einer Amplitude von beispielsweise bis zu 80 µm in sehr kurzer Zeit – zum Beispiel innerhalb von 0,1 bis 0,4 Sekunden – große Energie in die Grenzfläche der beiden zu verschweißenden Teile eingebracht. Durch diese Grenzflächenreibung lassen sich beide Teile fest und sicher miteinander verbinden, sodass das Kontaktierungselement besonders fest und sicher mit der Flachleiterschiene verschweißt werden kann. Durch das torsionale Ultraschallschweißen kann vor allem eine Kontaktierung des Kontaktierungselements an der Flachleiterschiene senkrecht zu den Flachseiten der Flachleiterschiene auf besonders zuverlässige Weise realisiert werden. An advantageous embodiment of the method according to the invention provides that the contacting element is welded by means of torsional ultrasonic welding to the flat conductor rail. Torsional ultrasonic welding is a type of high-frequency friction welding process in which a sonotrode alternately performs torsional movements about its longitudinal axis in one and the other direction. It is at a relatively high frequency, for example, of 20 kHz, and an amplitude of, for example, up to 80 microns in a very short time - for example, within 0.1 to 0.4 seconds - large energy in the interface of the two to be welded Parts introduced. Due to this boundary friction, both parts can be firmly and securely connected to each other, so that the contacting can be particularly strong and secure welded to the flat conductor rail. By the torsional ultrasonic welding, especially a contacting of the contacting element on the flat conductor rail perpendicular to the flat sides of the flat conductor rail can be realized in a particularly reliable manner.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments and from the drawing. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations shown below in the description of the figures and / or in the figures alone can be used not only in the particular combination given, but also alone, without departing from the scope of the invention.
Die Zeichnung zeigt in: The drawing shows in:
In den Figuren werden gleiche und funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen. In the figures, identical and functionally identical elements are provided with the same reference numerals.
Eine erste Ausführungsform einer elektrischen Verbindungsanordnung
Die Flachleiterschiene
In
In
Das Bauteil
Sowohl das Kontaktierungselement
Bei der in den
Die Schraube
In den
In der in
An den kragenförmigen Randbereich
Wie bei der ersten Ausführungsform der elektrischen Verbindungsanordnung
Durch Anziehen der Mutter
Auch hier wird ein geringer Übergangswiderstand zum Kabelschuh
In
Bei der dritten Ausführungsform der elektrischen Verbindungsanordnung
Bei der in
In den
In
Auch weist der Schraubenkopf
Im Gegensatz zu den vorherigen Ausführungsformen gibt es also bei der vierten Ausführungsform kein separates Kontaktierungselement, da der Schraubenkopf
Entgegen der vorliegend gezeigten Darstellung ist es auch möglich, dass der Schraubenkopf
In den
Allen Ausführungsformen der elektrischen Verbindungsanordnung
Je nach Ausführungsform der Mutter
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- elektrische Verbindungsanordnung electrical connection arrangement
- 22
- Flachleiterschiene Flat conductor rail
- 33
- Kabelaufnahmeelement in Form eines Kabelschuhs Cable receiving element in the form of a cable lug
- 44
- Aufnahmebereich für einen flexiblen Rund- bzw. Litzenleiter Pick-up area for a flexible round or stranded conductor
- 55
- Kontaktierungsbereich contacting
- 66
- Kontaktierungselement contacting
- 77
- Schraube screw
- 88th
- Schaft shaft
- 99
- erste Flachseite first flat side
- 10 10
- zweite Flachseite second flat side
- 11 11
- Mutter mother
- 12 12
- Unterlegscheibe washer
- 13 13
- Isolierung insulation
- 14 14
- Schraubenkopf screw head
- 15 15
- Bauteil component
- 16 16
- ringförmiger Fügebereich annular joining area
- 17 17
- ringförmiger Fügebereich annular joining area
- 18 18
- Spalt gap
- 19 19
- Kontaktierungselement contacting
- 20 20
- kragenförmiger Randbereich Collar-shaped edge area
- 21 21
- ringförmiger Fügebereich annular joining area
- 22 22
- Bereich Area
- 23 23
- Stirnseite front
- 24 24
- Kontaktierungselement contacting
- 25 25
- ringförmiger Fügebereich annular joining area
- 26 26
- konischen Abschnitten conical sections
- 27 27
- Innensechskant Allen
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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