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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Kabelschuhs und einen Kabelschuh zum elektrischen Verbinden eines Kabels mit einem stromführenden Element.
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Herkömmliche Rohrkabelschuhe sind meist an der Verschraubungsseite flachgepresste Rohre. Die resultierende Kabelanschlusshülse muss typischerweise stirnseitig vorne abgedichtet werden. Die Abdichtung ist jedoch ein fehleranfälliger Prozessschritt, sodass eine hundertprozentige Prüfung der Gasdichtigkeit erforderlich ist. Ferner haben herkömmliche Rohrkabelschuhe den Nachteil, dass sie nur bedingt gasdicht sind bzw. weitere Prozessschritte erforderlich sind, um ihre Dichtigkeit zu gewährleisten.
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Es sind Zweikomponenten-Kabelschuhe bekannt, die typischerweise eine Kabelanschlusshülse aus Aluminium mit einem via Reibschweißen verbundenen Kupferkontaktelement umfassen. Diese bekannten Zweikomponenten-Kabelschuhe sind jedoch durch einen relativ komplizierten Aufbau gekennzeichnet.
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Ferner sind Flachkabelschuhe aus Kupfer oder Messing mit und ohne Iso-Crimp bekannt. Bei den bekannten Flachkabelschuhen wird der Ultraschallschweißknoten typischerweise mittels Verguss oder Umspritzung geschützt. Dies ist jedoch relativ kompliziert und aufwendig.
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Bei dem aus dem Dokument
DE 10 2006 010 622 B3 bekannten Kabelschuh erfolgt eine vollständige Ausfüllung des Hülsenhohlraumes mit einer elektrisch leitfähigen Verbindungsschicht. Dies ist jedoch dahingehend nachteilhaft, dass ein zusätzlicher Prozessschritt zur Abdichtung der Kabelanschlusshülse erforderlich ist.
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Eine aus dem Dokument
EP 2 621 021 A1 bekannte Ausführungsform eines Kabelschuhs wird einstückig aus einem CUPAL-Rohr hergestellt. Beim Endbearbeiten wird dieses Rohr in einem Endbereich derart bearbeitet, dass auf der Innenseite die Aluminiumschicht entfernt wird, insbesondere durch Ausdrehen. Ferner wird beim Endbearbeiten der gegenüberliegende Endbereich an der Außenseite so bearbeitet, dass die Kupferschicht des Rohres entfernt wird, insbesondere durch Abdrehen. Die aus dem Dokument
EP 2 621 021 A1 bekannte Ausführungsform des Kabelschuhs hat somit den Nachteil, dass dessen Herstellung relativ kompliziert und aufwendig ist.
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Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, einen Kabelschuh anzugeben, der einfach herzustellen ist und einen einfachen und zuverlässigen Aufbau hat.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einen Kabelschuh mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 wird eine einfache Herstellung eines Kabelschuhs und ein einfacher und zuverlässiger Aufbau des Kabelschuhs erreicht. Hierzu wird ein aus einem einzigen Material bestehendes, vollzylindrisches Werkstück bereitgestellt. Das vollzylindrische Werkstück wird durch Fließpressen zwischenbearbeitet, so dass ein zwischenbearbeitetes Werkstück erzeugt wird. Das zwischenbearbeitete Werkstück weist einen Aufnahmebereich zum Aufnehmen eines Endes eines Kabels und einen Endbereich zum Erzeugen eines endseitigen Kontaktbereichs auf. Das zwischenbearbeitete Werkstück wird durch ein Prägen endbearbeitet, so dass ein endbearbeitetes Werkstück, das den Kabelschuh bildet, erzeugt wird. Das endbearbeitete Werkstück weist den Aufnahmebereich und den aus dem Endbereich erzeugten endseitigen Kontaktbereich auf. Vorzugsweise umfasst das Endbearbeiten nur ein Prägen und/oder ein Lochstanzen im Endbereich. Dadurch kann eine einfache Herstellung eines Kabelschuhs und ein einfacher und zuverlässiger Aufbau des Kabelschuhs erreicht werden, bei der das Endbearbeiten insbesondere kein Entfernen von Material des Werkstücks im Aufnahmebereich oder im Endbereich umfasst.
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Vorzugsweise erfolgt das Zwischenbearbeiten mit Hilfe einer Kombination aus einem Vorwärtsfließpressen und einem Rückwärtsfließpressen. Somit kann ein optimaler Materialfluss zur Erzeugung des zwischenbearbeiteten Werkstücks erreicht werden.
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Es ist vorteilhaft, wenn das Zwischenbearbeiten mit Hilfe eines ersten Werkzeugs, insbesondere einer Presse, und das Endbearbeiten mit Hilfe eines zweiten Werkzeugs, insbesondere einer weiteren Presse, erfolgt. Somit sind für die Herstellung des Kabelschuhs lediglich zwei typische Werkzeuge ausreichend.
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Vorzugsweise besteht das vollzylindrische Werkstück aus einem homogenen Material, insbesondere Kupfer.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Kabelschuh zum elektrischen Verbinden eines Kabels mit einem stromführenden Element. Der Kabelschuh umfasst einen einstückig ausgebildeten Kabelschuhkörper aus einem homogenen Material, der einen Aufnahmebereich zum Aufnehmen eines Endes des Kabels und einen endseitigen Kontaktbereich zum elektrisch leitfähigen Kontaktieren des stromführenden Elements aufweist. Der Aufnahmebereich weist eine rohrförmige Aufnahme für das Ende des Kabels auf, die an ihrer Endseite fluiddicht, insbesondere vollständig gasdicht, geschlossen ist. Dadurch kann eine zum endseitigen Kontaktbereich hin vollständig abgedichtete Kabelanschlusshülse bereitgestellt werden.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, die die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den beigefügten Figuren näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines Kabelschuhs;
- 2 eine dreidimensionale Ansicht eines vollzylindrischen Werkstücks zur Verwendung in dem Verfahren nach 1;
- 3A eine Querschnittsansicht eines ersten Werkzeugs in einem ersten Betriebszustand zur Veranschaulichung des Zwischenbearbeitens in einem Schritt des Verfahrens nach 1;
- 3B eine Querschnittsansicht des ersten Werkzeugs nach 3A in einem zweiten Betriebszustand;
- 4A eine Querschnittsansicht eines zwischenbearbeiteten Werkstücks, das mit Hilfe des ersten Werkzeugs nach 3A erzeugt wurde;
- 4B eine dreidimensionale Ansicht des zwischenbearbeiteten Werkstücks nach 4A;
- 5A eine Querschnittsansicht eines zweiten Werkzeugs in einem ersten Betriebszustand zur Veranschaulichung des Endbearbeitens in einem Schritt des Verfahrens nach 1;
- 5B eine Querschnittsansicht des zweiten Werkzeugs nach 5A in einem zweiten Betriebszustand;
- 6A eine Querschnittsansicht eines endbearbeiteten Werkstücks, das mit Hilfe des zweiten Werkzeugs nach 5A erzeugt wurde;
- 6B eine dreidimensionale Ansicht des endbearbeiteten Werkstücks nach 6A;
- 7A eine Querschnittsansicht eines Kabelschuhs mit einem Aufnahmebereich zum Aufnehmen eines Ende eines Aluminiumkabels; und
- 7B eine perspektivische Querschnittsansicht des Kabelschuhs nach 7A.
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1 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 10 zum Herstellen eines Kabelschuhs. Das Verfahren 10 umfasst insbesondere die folgenden Schritte. In einem Schritt S10 wird ein aus einem einzigen Material bestehendes, vollzylindrisches Werkstück bereitgestellt. In einem Schritt S12 wird das vollzylindrische Werkstück durch Fließpressen zwischenbearbeitet, so dass ein zwischenbearbeitetes Werkstück erzeugt wird. Dabei weist das zwischenbearbeitete Werkstück einen Aufnahmebereich zum Aufnehmen eines Endes eines Kabels und einen Endbereich zum Erzeugen eines endseitigen Kontaktbereichs auf. In einem Schritt S14 wird das zwischenbearbeitete Werkstück durch ein Prägen endbearbeitet, so dass ein endbearbeitetes Werkstück, das den Kabelschuh bildet, erzeugt wird. Dabei weist das endbearbeitete Werkstück den Aufnahmebereich und den aus dem Endbereich erzeugten endseitigen Kontaktbereich auf. Vorzugsweise umfasst das Endbearbeiten nur ein Prägen und/oder ein Lochstanzen im Endbereich. Nähere Einzelheiten des Verfahrens 10 werden im Folgenden anhand der 2 bis 6 näher erläutert.
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2 zeigt eine dreidimensionale Ansicht eines vollzylindrischen Werkstücks 12 zur Verwendung in dem Verfahren 10 nach 1. Das vollzylindrische Werkstück 12 wird in dem Schritt S10 bereitgestellt. In 2 ist die Mittelachse R1 des vollzylindrischen Werkstücks 12 gezeigt. Das vollzylindrische Werkstück 12 besteht aus einem homogenen Material, insbesondere Kupfer.
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3A zeigt eine Querschnittsansicht eines ersten Werkzeugs 14 in einem ersten Betriebszustand zur Veranschaulichung des Zwischenbearbeitens in dem Schritt S12 des Verfahrens 10 nach 1. 3B zeigt eine Querschnittsansicht des ersten Werkzeugs 14 nach 3A in einem zweiten Betriebszustand. Das erste Werkzeug 14 ist insbesondere eine Presse, die einen Stempel 16 aufweist. Im ersten Betriebszustand befindet sich der Stempel 16 in der in 3A gezeigten ersten Position. Im zweiten Betriebszustand befindet sich der Stempel 16 in der in 3B gezeigten zweiten Position. In dem Schritt S12 wird das auch als Rohling bezeichnete, vollzylindrische Werkstück 12 in das erste Werkzeug 14 eingelegt. Mit Hilfe des ersten Werkzeugs 14 wird der Schritt S12 durchgeführt. Der Schritt S12 umfasst insbesondere ein Fließpressen. Dabei drückt der Stempel 16 das beispielhafte Kupfermaterial des vollzylindrischen Werkstücks 12 mit sehr hohem Druck in eine Form. Diese Form wird durch den Innenbereich des ersten Werkzeugs 14 gebildet. Die Druckrichtung ist in 3A durch den Pfeil P1 angedeutet. In 3B ist der resultierende Materialfluss gezeigt. Dieser Materialfluss entspricht einer Kombination aus einem Vorwärtsfließpressen und einem Rückwärtsfließpressen.
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Der durch das Vorwärtsfließpressen erzeugte teilweise Materialfluss ist in 3B durch den Pfeil P2 angedeutet. Der durch das Rückwärtsfließpressen erzeugte teilweise Materialfluss ist in 3B durch den Pfeil P3 angedeutet. Dabei fließt das Kupfermaterial zum Teil rückwärts, d.h. in die durch den Pfeil P3 angedeutete Richtung, und um den in die zweite Position gebrachten Stempel 16 herum. Dadurch wird das auch als Halbling bezeichnete, zwischenbearbeitete Werkstück 18 erzeugt.
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4A zeigt eine Querschnittsansicht des zwischenbearbeiteten Werkstücks 18, das mit Hilfe des ersten Werkzeugs 14 nach 3A erzeugt wurde. 4B zeigt eine dreidimensionale Ansicht des zwischenbearbeiteten Werkstücks 18 nach 4A. Das zwischenbearbeitete Werkstück 18 umfasst den Aufnahmebereich 20 zum Aufnehmen eines Endes eines Kabels und den Endbereich 22 zum Erzeugen eines endseitigen Kontaktbereichs. Der Aufnahmebereich 20 umfasst eine rohrförmige Aufnahme 36 für das Ende des Kabels. Die Mittelachse R2 dieser rohrförmigen Aufnahme 36 ist in 4A gezeigt. Das zwischenbearbeitete Werkstück 18 nach 4A wird anschließend endbearbeitet.
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5A zeigt eine Querschnittsansicht eines zweiten Werkzeugs 24 in einem ersten Betriebszustand zur Veranschaulichung des Endbearbeitens in dem Schritt S14 des Verfahrens 10 nach 1. 5B zeigt eine Querschnittsansicht des zweiten Werkzeugs 24 nach 5A in einem zweiten Betriebszustand. Das zweite Werkzeug 24 ist insbesondere eine weitere Presse. Im ersten Betriebszustand befindet sich der obere Teil des zweiten Werkzeugs 24 in der in 5A gezeigten ersten Position. Im zweiten Betriebszustand befindet sich der obere Teil des zweiten Werkzeugs 24 in der in 5B gezeigten zweiten Position. Das zwischenbearbeitete Werkstück 18 wird in das zweite Werkzeug 24 eingelegt. Mit Hilfe des zweiten Werkzeugs 24 wird der Schritt S14 durchgeführt. Dabei wird aus dem vorderen, massiven Teil des zwischenbearbeiteten Werkstücks 18 (Endbereich 22) der endseitige Kontaktbereich geprägt. Optional kann gleichzeitig auch ein Lochstanzen im Endbereich 22 erfolgen. Die beim Prägen ausgeübte Druckkraft ist in 5A durch den Pfeil P4 angedeutet. Durch das Prägen bzw. Lochstanzen wird das endbearbeitete Werkstück erzeugt.
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6A zeigt eine Querschnittsansicht eines endbearbeiteten Werkstücks 26, das mit Hilfe des zweiten Werkzeugs 24 nach 5A erzeugt wurde. 6B zeigt eine dreidimensionale Ansicht des endbearbeiteten Werkstücks 26 nach 6A. Das endbearbeitete Werkstück 26 dient als ein Kabelschuh 28. Dieser Kabelschuh 28 ist in 6A und 6B gezeigt.
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Der Kabelschuh 28 umfasst den einstückig ausgebildeten Kabelschuhkörper 26 aus dem homogenen Material, insbesondere Kupfer. Der Kabelschuhkörper 26 umfasst den Aufnahmebereich 20 mit der rohrförmigen Aufnahme 36 und den endseitigen Kontaktbereich 30 zum elektrisch leitfähigen Kontaktieren eines stromführenden Elements. Wie in 6A gezeigt, ist die rohrförmige Aufnahme 36 an ihrer Endseite 38 fluiddicht, insbesondere vollständig gasdicht, geschlossen. Ferner ist in 6A gezeigt, dass der Innenbereich 37 der rohrförmigen Aufnahme 36 und der endseitige Kontaktbereich 30 fluidisch voneinander getrennt sind. Dadurch wird ein Gas- und/oder Flüssigkeitsfluss vom endseitigen Kontaktbereich 30 zum Innenbereich 37 der rohrförmigen Aufnahme 36 verhindert.
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Mit Hilfe des Kabelschuhs 28 kann insbesondere eine elektrische Verbindung eines Aluminiumkabels mit dem stromführenden Element hergestellt werden. Beim Herstellen der elektrischen Verbindung wird das Ende des Aluminiumkabels von der rohrförmigen Aufnahme 36 aufgenommen. Hierzu ist die rohrförmige Aufnahme 36 derart ausgebildet, dass das Ende des Aluminiumkabels in dieselbe einführbar ist. Ferner ist der Kabelschuh 28 derart ausgebildet, dass das eingeführte Ende des Aluminiumkabels mit der Innenseite 39 der rohrförmigen Aufnahme 36 durch Ultraschallschweißen elektrisch verbindbar ist.
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Wie in 6A und 6B gezeigt, hat der endseitige Kontaktbereich 30 einen flächigen Kontaktabschnitt 32 mit einem ausgestanzten Loch 34. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn im dem Schritt S14 auch ein Lochstanzen stattgefunden hat. Der endseitige Kontaktbereich 30 dient als Befestigungsbereich zum Befestigen des Kabelschuhs 28 an dem stromführenden Element. Hierzu dient das ausgestanzte Loch 34 zur Aufnahme eines Befestigungsmittels, wie beispielsweise einer Schraube. In 6A ist die Mittelachse R3 des ausgestanzten Loches gezeigt.
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Die in 6A gezeigte endseitig geschlossene rohrförmige Aufnahme 36 bildet eine Kabelanschlusshülse für das Ende des Aluminiumkabels. Insbesondere ist das Ende des Aluminiumkabels dessen abisolierter Abschnitt, der nur die Aluminiumleitung umfasst. Die Innenkontur der Kabelanschlusshülse wird durch den beim Fließpressen verwendeten Stempel 16 des ersten Werkzeugs 14 gebildet (siehe 3A und 3B).
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Bezug nehmend auf 3A und 3B wird die an der Endseite geschlossene und gasdichte Kabelanschlusshülse in dem Schritt S12 durch Fließpressen erzeugt. Der in 6A gezeigte endseitige Kontaktbereich 30 mit dem flächigen Kontaktabschnitt 32 wird in dem Schritt S14 durch das Prägen erzeugt (siehe 5A und 5B).
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7A und 7B zeigen Querschnittsansichten des Kabelschuhs 28 mit dem Aufnahmebereich 20, in dem das Ende des Aluminiumkabels 40 aufgenommen ist. Das Aluminiumkabel 40 umfasst die von der Isolierung 42 umgebene Aluminiumleitung 44. Wie in 7A und 7B gezeigt, ist ein Schrumpfschlauch 46 vorgesehen, der den Aufnahmebereich 20 des Kabelschuhs 28 und das Ende der Isolierung 42 des Aluminiumkabels 40 überdeckt. Dadurch kann der Übergangsbereich zwischen dem Aufnahmebereich 20 des Kabelschuhs 28 und dem Ende der Isolierung 42 des Aluminiumkabels 40 fluidisch abgedichtet werden. Hierzu wird beispielsweise ein Innenkleber zwischen den Schrumpfschlauch 46 und den Aufnahmebereich 20 des Kabelschuhs 28 und zwischen den Schrumpfschlauch 46 und das Ende der Isolierung 42 des Aluminiumkabels 40 eingebracht. Der Innenkleber kann auch weggelassen werden.
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Der in 7A und 7B gezeigte Kabelschuh 28 umfasst zwei gebildete Vertiefungen 48 im Aufnahmebereich 20, die durch ein geeignetes Füge- bzw. Verbindungsverfahren, wie beispielsweise Crimpen oder Ultraschallschweißen, entstehen.
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Die Erfindung schafft einen Kabelschuh 28, welcher zur elektrischen Verbindung von Leitungen, insbesondere Aluminiumleitungen, in herkömmlichen Geräten, Anlagen oder in Automobilen, wie beispielsweise Pkw, Nutzfahrzeuge oder Baumaschinen, oder in Schienenfahrzeugen dient.
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Das Grundmaterial des erfindungsgemäßen Kabelschuhs 28 ist Kupfer. Die Geometrie des Kabelschuhs 28 kann auf den jeweiligen Anwendungszweck optimiert werden, um z.B. den speziellen Anforderungen bei der Verwendung von Aluminiumleitungen gerecht zu werden.
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Der Kabelschuh 28 eignet sich insbesondere zur Fügung von Leitungen durch Ultraschallschweißung. Er ist dafür dimensioniert und geometrisch abgestimmt. Neben dem Ultraschallschweißverfahren sind auch andere klassische Fügetechniken zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen einer Leitung und dem Kabelschuh 28 möglich.
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Der Leitungsquerschnitt des Kabelschuhs 28 kann genau auf die Stromtragfähigkeit des jeweiligen Leitungsquerschnittes ausgelegt werden.
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Der Kabelschuh 28 eignet sich zudem insbesondere nach einer Anpassung des Leitungsquerschnittes für die Kontaktierung an Aluminiumleitungen via Ultraschallschweißung, da der Kabelschuh 28 durch das spezielle Fertigungsverfahren 10 von der Anschraubseite (d.h. dem endseitigen Kontaktbereich 32) her absolut gasdicht ist.
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Die Erfindung ermöglicht die Bereitstellung einer gasdichten Kabelanschlusshülse zur Isolierung des Schweißknotens gegenüber Feuchtigkeit und anderen Reaktionspartnern von Aluminium. Es sollte nur noch der Übergang zwischen dem Kabelschuh 28 und der Leiterisolierung abgedichtet werden.
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Der Kabelschuh 28 besitzt die folgenden Eigenschaften. Er umfasst eine gasdichte Kabelanschlusshülse für einen verbesserten Korrosionsschutz für Aluminiumleitungen. Bei seiner Herstellung ist ein reduzierter Materialeinsatz des Kupfermaterials möglich. Dies führt zu einer kosten- und gewichtsoptimierten Geometrie. Die Geometrie des Kabelschuhs 28 ist auf Ultraschallschweißung ausgelegt. Ferner besteht er aus einem Stück.
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Die Erfindung hat die folgenden Vorteile. Die Kabelanschlusshülse ist im vorderen Bereich gasdicht. Der Kabelschuh 28 ist auf das nötige Material reduziert. Der Kabelschuh 28 besteht aus einem Teil. Der Kabelschuh 28 ist in wenigen einfachen Arbeitsschritten herzustellen. Der Kabelschuh 28 ist für die Ultraschallschweißung optimiert, insbesondere beim Einsatz von Aluminiumleitungen. Der Schweißknoten ist mit einfachen Mitteln abzudichten.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Verfahren
- 12
- vollzylindrisches Werkstück
- 14,24
- Werkzeug
- 16
- Stempel
- 18
- zwischenbearbeitetes Werkstück
- 20
- Aufnahmebereich
- 22
- Endbereich
- 26
- endbearbeitetes Werkstück
- 28
- Kabelschuh
- 30
- Kontaktbereich
- 32
- Kontaktabschnitt
- 34
- Loch
- 36
- rohrförmige Aufnahme
- 37
- Innenbereich
- 38
- Endseite
- 39
- Innenseite
- R1 bis R3
- Mittelachse
- P1 bis P4
- Richtung
- S10 bis S14
- Schritt des Verfahrens
- 40
- Kabel
- 42
- Isolierung
- 44
- Leitung
- 46
- Schrumpfschlauch
- 48
- Vertiefung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006010622 B3 [0005, 0006]
- EP 2621021 A1 [0005, 0007]
