DE102021204637A1 - Electrical connection device for at least one electrical conductor element and method for establishing an electrical connection of an electrical connection device with at least one electrical conductor element - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung schafft eine elektrische Verbindungseinrichtung (10) für zumindest ein elektrisches Leiterelement (CNT), umfassend einen Befestigungsbereich (BB), welcher dazu eingerichtet ist, an zumindest einem elektrischen Leiterelement (CNT) befestigt zu werden, wobei der Befestigungsbereich (BB) eine gekrümmte und/oder biegbare Fläche aufweist, mit welcher das elektrische Leiterelement (CNT) zumindest bereichsweise radial umgebbar ist; einen Kontaktbereich (KB), welcher mit dem elektrischen Leiterelement (CNT) elektrisch verbindbar ist, wobei der Kontaktbereich (KB) zumindest ein Kontaktsegment (KS) umfasst, welches derart ausgeformt ist, um sich zumindest bereichsweise entlang einer axialen Erstreckungsrichtung des elektrischen Leiterelements (CNT) zu erstrecken.The present invention creates an electrical connection device (10) for at least one electrical conductor element (CNT), comprising a fastening area (BB), which is adapted to be attached to at least one electrical conductor element (CNT), the fastening area (BB) having a has a curved and/or bendable surface with which the electrical conductor element (CNT) can be radially surrounded at least in regions; a contact area (KB) which can be electrically connected to the electrical conductor element (CNT), the contact area (KB) comprising at least one contact segment (KS) which is shaped in such a way that it extends at least in regions along an axial direction of extent of the electrical conductor element (CNT ) to extend.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Verbindungseinrichtung für zumindest ein elektrisches Leiterelement und ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Verbindung einer elektrischen Verbindungseinrichtung mit zumindest einem elektrischen Leiterelement.The present invention relates to an electrical connection device for at least one electrical conductor element and a method for producing an electrical connection of an electrical connection device with at least one electrical conductor element.
Stand der TechnikState of the art
Kohlenstoffleiter-Wicklungen auf Basis von Kohlenstoffnanoröhrchen (CNT) oder Graphen ermöglichen für elektrische Maschinen im Vergleich zu konventionellen elektrischen Maschinen (mit Kupferwicklung) erhebliche Vorteile, wie eine besonders hohe Spitzenleistungsdichte (>25% gegenüber konventionellen elektrischen Maschinen), ein geringeres Gewicht (Reduzierung um bis zu 40%), generell geringere Verluste und ein geringeres Volumen durch höheren Schlitzfüllfaktor. Dies kann begründet sein durch die hervorragenden Eigenschaften der Kohlenstoffleiter, wie einem Potenzial für eine höhere Leitfähigkeit als etwa bei Kupfer, einer Leitfähigkeit, welche nahezu temperaturunabhängig sein kann, etwa eine 5 mal geringere Dichte als Kupfer, und textile Eigenschaften und hohe Zugfestigkeit (> 4 mal als bei Kupfer). Carbon conductor windings based on carbon nanotubes (CNT) or graphene provide significant advantages for electric machines compared to conventional electric machines (with copper winding), such as a particularly high peak power density (>25% compared to conventional electric machines), lower weight (reduction by up to 40%), generally lower losses and a lower volume due to a higher slot fill factor. This may be due to the excellent properties of carbon conductors, such as a potential for higher conductivity than, for example, copper, a conductivity that can be almost temperature-independent, a density that is about 5 times lower than copper, and textile properties and high tensile strength (> 4 times than copper).
Besonders herausfordernd kann sich dabei die Verbindungstechnik (Kontaktierung des Kohlenstoffleiters mit einem elektrisch leitfähigen Metall oder einem weiteren Kohlenstoffleiter) gestalten.The connection technology (contacting the carbon conductor with an electrically conductive metal or another carbon conductor) can be particularly challenging.
In der
Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention
Die vorliegende Erfindung schafft eine elektrische Verbindungseinrichtung für zumindest ein elektrisches Leiterelement nach Anspruch 1 und ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Verbindung einer elektrischen Verbindungseinrichtung mit zumindest einem elektrischen Leiterelement nach Anspruch 9, sowie eine Verbindungsanordnung.The present invention creates an electrical connection device for at least one electrical conductor element according to
Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.Preferred developments are the subject of the dependent claims.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the Invention
Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, eine elektrische Verbindungseinrichtung für zumindest ein elektrisches Leiterelement und ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Verbindung anzugeben, wobei eine (Crimp-) Verbindung für das Leiterelement erzielt werden kann, welche es ermöglicht den ohmschen Kontaktwiderstand der Verbindung weiter zu reduzieren.The idea on which the present invention is based is to specify an electrical connection device for at least one electrical conductor element and a method for producing an electrical connection, in which case a (crimp) connection can be achieved for the conductor element, which enables the ohmic contact resistance of the connection to be further increased to reduce.
Bei dem Leiterelement kann es sich vorteilhaft um einen Kohlenstoffleiter (z.B. Graphen oder Kohlenstofffaser Nanotubes kurz CNT) handeln.The conductor element can advantageously be a carbon conductor (e.g. graphene or carbon fiber nanotubes, CNT for short).
Erfindungsgemäß umfasst die elektrische Verbindungseinrichtung für zumindest ein elektrisches Leiterelement einen Befestigungsbereich, welcher dazu eingerichtet ist, an zumindest einem elektrischen Leiterelement befestigt zu werden, wobei der Befestigungsbereich eine gekrümmte und/oder biegbare Fläche aufweist, mit welcher das elektrische Leiterelement zumindest bereichsweise radial umgebbar ist; einen Kontaktbereich, welcher mit dem elektrischen Leiterelement elektrisch verbindbar ist, wobei der Kontaktbereich zumindest ein Kontaktsegment umfasst, welches derart ausgeformt ist, um sich zumindest bereichsweise entlang einer axialen Erstreckungsrichtung des elektrischen Leiterelements zu erstrecken.According to the invention, the electrical connection device for at least one electrical conductor element comprises a fastening area which is designed to be fastened to at least one electrical conductor element, the fastening area having a curved and/or bendable surface with which the electrical conductor element can be radially surrounded at least in certain areas; a contact area which can be electrically connected to the electrical conductor element, the contact area comprising at least one contact segment which is shaped in such a way that it extends at least in regions along an axial direction of extent of the electrical conductor element.
Durch die Verbindungseinrichtung kann ein Leiterelement kontaktiert werden oder zwei oder mehrere Leiterelemente miteinander verbunden werden, mechanisch und elektrisch. Die gekrümmte und/oder biegbare Fläche kann dabei um das Leiterelement herum gebogen werden und dieses einklemmen, oder bereits gekrümmt sein, wobei das Leiterelement durch diese gekrümmte Fläche in deren Innenbereich eingesteckt werden kann, wobei dann die gekrümmte Fläche das Leiterelement teilweise oder ganz (radial) umgeben kann und an dem Leiterelement befestigt werden kann, etwa durch ein Verändern des Radius der gekrümmten Fläche (Festklemmen) oder durch ein Befestigungselement, etwa eine Klemme oder ähnliches. Der Befestigungsbereich kann aus einem elektrisch isolierenden Material geformt sein oder dieses umfassen. Die axiale Erstreckungsrichtung entspricht einer länglichen Ausdehnungsrichtung des Leiterelements, senkrecht zu dessen Radius.A conductor element can be contacted by the connecting device or two or more conductor elements can be connected to one another, mechanically and electrically. The curved and/or bendable surface can be bent around the conductor element and clamp it, or it can already be curved, in which case the conductor element can be inserted through this curved surface into its inner area, in which case the curved surface then partially or completely (radially ) and attached to the conductor member, such as by changing the radius of the curved surface (clamping) or by a fastener such as a clamp or the like. The attachment portion may be formed from or may include an electrically insulating material. The axial direction of extension corresponds to an elongate direction of extension of the conductor element, perpendicular to its radius.
Die spezifische elektrische Leitfähigkeit der Kohlenstoffleiter kann radial geringer sein als axial. Demzufolge kann auch der ohmsche Kontaktwiderstand entsprechend beeinflusst sein, wenn mehrheitlich radial kontaktiert wird, also dieser bei einer radialen Kontaktierung größer sein kann als bei einer axialen Kontaktierung.The specific electrical conductivity of the carbon conductors can be lower radially than axially. Consequently, the ohmic contact resistance can also be influenced accordingly if the majority of contact is made radially, ie it can be greater in the case of radial contact than in the case of axial contact.
Die physikalische Begründung liegt darin, dass Kohlenstoffnanoröhren in Achsenrichtung über alle Atome hinweg sp2-hybridisiert sind. Dadurch ist die Elektronenmobilität extrem hoch. Da die Kohlenstoffnanoröhren nur durch van der Waals Kräfte aneinanderhaften und es keine stoffschlüssige Verbindung zwischen ihnen gibt, ist der Widerstand zwischen den Kohlenstoffnanoröhren sehr viel höher als in der Kohlenstoffnanoröhre. Die Leitfähigkeit in axialer Richtung beträgt je nach CNT Werkstoff 5-25 MS/m (bei Weiterentwicklungen der CNT-Werkstoffe sind zukünftig bis 50 MS/m zu erwarten). In radialer Richtung liegt die elektrische Leitfähigkeit jeweils bei ca. 25%-50% des Wertes aus axialer Richtung.The physical rationale is that carbon nanotubes are axially sp2 hybridized across all atoms. As a result, the electron mobility is extremely high. Since the carbon nanotubes are only stuck together by van der Waals forces and there is no material connection between them, the resistance between the carbon nanotubes is much higher than in the carbon nanotube. Depending on the CNT material, the conductivity in the axial direction is 5-25 MS/m (with further developments of the CNT materials, up to 50 MS/m can be expected in the future). In the radial direction, the electrical conductivity is around 25%-50% of the value in the axial direction.
Basierend auf der Tatsache, dass die spezifische elektrische Leitfähigkeit von derartigen Kohlenstoffleitern in axialer Richtung wesentlich höher liegen kann als in radialer Richtung, kann erfindungsgemäß eine Crimp-Verbindung angestrebt werden, welche eine axiale elektrische Kontaktierung ermöglicht.Based on the fact that the specific electrical conductivity of such carbon conductors can be significantly higher in the axial direction than in the radial direction, a crimp connection can be sought according to the invention, which enables axial electrical contacting.
Die erfindungsgemäße elektrische Verbindungseinrichtung kann in elektrischen Antrieben mit hoher Leistungsdichte zum Einsatz kommen, vorteilhaft da Kohlenstoffleiter (CNT/ Graphen) das Potenzial für niedrige Kosten umfassen. Der Rohstoff ist langfristig verfügbar und vom Kupfer-Marktpreis getrennt.The electrical connection device according to the invention can be used in electrical drives with high power density, advantageously since carbon conductors (CNT/graphene) have the potential for low costs. The raw material is available in the long term and is separated from the copper market price.
Erfindungsgemäß kann eine verbesserte axiale Kontaktierung der Kohlenstoffnanoröhrchen mittels Crimpprozess ermöglicht werden, dadurch kann eine Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit erzielt werden.According to the invention, improved axial contacting of the carbon nanotubes can be made possible by means of a crimping process, thereby improving the electrical conductivity.
Durch eine verbesserte Kontaktierung kann eine Verringerung des ohmschen Übergangswiderstands der Kontaktstelle ermöglicht werden und eine Verbesserung der Betriebsweise der elektrischen Maschine erzielt werden.Improved contacting can make it possible to reduce the ohmic contact resistance of the contact point and improve the mode of operation of the electrical machine.
Der Befestigungsbereich kann eine Hülse umfassen, welche um das Leiterelement gebogen werden kann. Es kann ein Erhalt eines Verbundes bestehend aus Fügeelement (Befestigungsbereich) mit geringem ohmschen Kontakt-Übergangswiderstand des Kontaktelements mit einer hohen Verbindungsfestigkeit und axialer elektrischer Kontaktierung des Leiterelements erzielt werden, vorzugsweise für Kohlenstoffnanoröhrchen.The attachment portion may include a sleeve which can be bent around the conductor member. A composite consisting of a joining element (fixing area) with a low ohmic contact transition resistance of the contact element with a high connection strength and axial electrical contacting of the conductor element can be obtained, preferably for carbon nanotubes.
Es erfolgt demnach generell eine Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit durch eine verbesserte axiale Kontaktierung (der Kohlenstoffröhrchen oder Leiterelemente) über das Verbindungselement (Crimpelement).Accordingly, there is generally an improvement in electrical conductivity through improved axial contacting (of the small carbon tubes or conductor elements) via the connecting element (crimp element).
Das Verbindungselement kann mit einem zugehörigen Fügeverfahren in sämtlichen auf Kohlenstoffleitern basierenden elektrischen Maschinen Anwendung finden. Weitere denkbare Anwendungsgebiete sind noch Transformatoren oder elektrische Leiter generell, Antennentechnik für neue Mobilfunkstandards, Elektromotoren in Handheld-Anwendungen, z.B. Elektrowerkzeuge, in der elektrischen Luftfahrt (insbesondere Lufttaxis) und/oder bei Hochgeschwindigkeits-Elektromotoren.The connecting element can be used with an associated joining method in all electrical machines based on carbon conductors. Other conceivable areas of application are transformers or electrical conductors in general, antenna technology for new mobile phone standards, electric motors in handheld applications, e.g. power tools, in electric aviation (especially air taxis) and/or in high-speed electric motors.
Der Befestigungsbereich und der Kontaktbereich können einen sogenannten Doppel-Crimp bilden. Dabei dient der Befestigungsbereich zur Gewährleistung der Verbindungsfestigkeit und der Kontaktbereich realisiert die elektrische Kontaktierung der axialen Faserenden.The fastening area and the contact area can form a so-called double crimp. The fastening area serves to ensure the connection strength and the contact area implements the electrical contacting of the axial fiber ends.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der elektrischen Verbindungseinrichtung sind der Befestigungsbereich und der Kontaktbereich als zwei separate Metallelemente ausgeformt oder einstückig ausgeformt und/oder sind dazu eingerichtet, ein elektrisches Leiterelement, welches einen Kohlenstoffnanoröhrchenleiter umfasst, zu verbinden.According to a preferred embodiment of the electrical connection device, the fastening area and the contact area are formed as two separate metal elements or are formed in one piece and/or are set up to connect an electrical conductor element, which comprises a carbon nanotube conductor.
Der Befestigungsbereich kann alternativ dazu auch ein elektrisch isolierendes Material umfassen. Hierbei kann unter „Verbinden“ verstanden werden, dass eine mechanische und/oder elektrische Verbindung mit einem anderen Leiterelement oder einem Anschluss oder einer Halterung (mechanisch) erfolgen kann. Der Befestigungsbereich und der Kontaktbereich können vorteilhaft axial entlang des Leiterelements versetzt sein.Alternatively, the attachment area can also comprise an electrically insulating material. In this context, “connecting” can be understood to mean that a mechanical and/or electrical connection can be made to another conductor element or a connection or a holder (mechanically). The attachment area and the contact area can advantageously be offset axially along the conductor element.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der elektrischen Verbindungseinrichtung umfasst das Kontaktsegment eine Kontaktfläche oder ist mit dieser elektrisch verbunden, welche zumindest bereichsweise auf einer schrägen Schnittoberfläche des elektrischen Leiterelements elektrisch leitend fixierbar ist, wobei die schräge Schnittoberfläche sich an einem Ende des elektrischen Leiterelements befindet und sich zumindest bereichsweise in einer radialen und einer axialen Richtung des elektrischen Leiterelements erstreckt.According to a preferred embodiment of the electrical connecting device, the contact segment comprises a contact surface or is electrically connected to it, which can be electrically conductively fixed at least in regions on a sloping cut surface of the electrical conductor element, the sloping cut surface being located at one end of the electrical conductor element and at least in regions extends in a radial and an axial direction of the electrical conductor element.
Die Kontaktfläche kann auf einem Anschnitt, etwa einem Ende, eines Leiterelements oder an eine seitlichen, axialen und/oder radialen Kontaktbereich des Leiterelements aufgesetzt, und/oder befestigt sein. Bei einer schrägen Schnittoberfläche kann diese sich über die ganze radiale Ausdehnung des Leiterelements und um einen axialen Teilbereich erstrecken. Entlang der Schnittoberfläche kann dann auch eine axiale Kontaktierung eines Leiterelements erreicht werden. Durch den schrägen Anschnitt kann ein reduzierter Kontaktwiderstand und eine erhöhte Verbindungsfestigkeit erreicht werden.The contact surface can be placed and/or attached to a section, for example an end, of a conductor element or to a lateral, axial and/or radial contact area of the conductor element. In the case of an inclined cut surface, this can extend over the entire radial extension of the conductor element and around an axial partial area. An axial contacting of a conductor element can then also be achieved along the cut surface. The angled cut allows for reduced contact resistance and increased connection strength.
Es kann eine Vergrößerung der axialen Kontaktierungsfläche durch einen schrägen Anschnitt erzielt werden.An increase in the axial contact area can be achieved by an oblique cut.
Die Kontaktfläche kann eine metallische Oberfläche umfassen, die an die Schnittoberfläche angelegt oder aufgesetzt sein kann.The contact surface may include a metallic surface that may be abutted or attached to the cut surface.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der elektrischen Verbindungseinrichtung umfasst die Kontaktfläche eine zumindest bereichsweise galvanisierte Fläche des Endes des elektrischen Leiterelements und das Kontaktsegment umfasst zumindest einen Kontaktleiter, welcher mit der Kontaktfläche verbunden ist oder verbindbar ist, in einem Bereich, welcher in einer radialen und/oder einer axialen Richtung des elektrischen Leiterelements verläuft.According to a preferred embodiment of the electrical connection device, the contact surface comprises a surface of the end of the electrical conductor element that is galvanized at least in some areas, and the contact segment comprises at least one contact conductor, which is or can be connected to the contact surface in an area that is in a radial and/or a axial direction of the electrical conductor element runs.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der elektrischen Verbindungseinrichtung umfasst die Kontaktfläche Silber, Kupfer oder eine elektrisch leitfähige Legierung.According to a preferred embodiment of the electrical connection device, the contact surface comprises silver, copper or an electrically conductive alloy.
Die galvanische Beschichtung (z.B. mit Silber / Kupfer) des vorzugsweise schräg angeschnittenen Kohlenstoffleiterendes kann eine elektrische Kontaktierung über diese Schnittoberfläche verbessern und die Kontaktfläche auf der Schnittoberfläche besser fixieren. Es kann ein anschließendes Crimpen über die galvanische Beschichtung erfolgen.The galvanic coating (e.g. with silver / copper) of the carbon conductor end, which is preferably cut at an angle, can improve electrical contact via this cut surface and better fix the contact area on the cut surface. Subsequent crimping can take place over the galvanic coating.
Diese Lösung ermöglicht auch die Nutzung von vorgefertigten Kohlenstoffleiterhalbzeugen mit vorgefertigten galvanischen Leiterenden und eine Entkopplung des Beschichtungs-Prozesses und des einfachen Fügens in der Linie (Klemmen mit Hülse).This solution also enables the use of prefabricated semi-finished carbon conductors with prefabricated galvanic conductor ends and a decoupling of the coating process and simple joining in the line (clamps with sleeve).
Ein schräger Anschnitt eines Kohlenstoffleiterendes dient zur Vergrößerung der axial freiliegenden Kohlenstoffröhrchen. Eine galvanische Beschichtung dient zur Reduzierungen des Kontaktwiderstandes zwischen Verbindungselement (Crimp) und Kohlenstoffleiter.A slanting cut of a carbon conductor end is used to enlarge the axially exposed carbon tubes. A galvanic coating is used to reduce the contact resistance between the connecting element (crimp) and the carbon conductor.
Es kann generell ein schräg angeschnittenes Faserende galvanisch beschichtet werden (vorzugsweise mittels metallischen Werkstoffen mit guter elektrischer Leitfähigkeit, wie z.B. Silber, Kupfer oder Legierungen) und im zweiten Schritt wird über die Beschichtung mit dem Kontaktbereich zu dem Kontaktsegment radial gecrimpt. Auf diese Weise kann auch auf einen konventionellen Crimp zurückgegriffen werden, gleichzeitig wird dabei jedoch der Strom über die galvanische Beschichtung in die schräg angeschnittenen Faserenden geleitet.In general, a slantingly cut fiber end can be galvanically coated (preferably using metallic materials with good electrical conductivity, such as silver, copper or alloys) and in the second step, the coating with the contact area is radially crimped to the contact segment. In this way, a conventional crimp can also be used, but at the same time the current is conducted via the galvanic coating into the obliquely cut fiber ends.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der elektrischen Verbindungseinrichtung umfasst das Kontaktsegment einen oder mehrere Dornelemente, welches sich von der gekrümmten und/oder biegbare Fläche zumindest bereichsweise in einer Richtung eines Radiusmittelpunkts einer Krümmung der gekrümmten und/oder biegbaren Fläche und in einer Richtung senkrecht zu dieser Richtung des Radiusmittelpunkts erstreckt.According to a preferred embodiment of the electrical connection device, the contact segment comprises one or more spike elements, which extend from the curved and/or bendable surface at least in regions in a direction of a radius center of a curvature of the curved and/or bendable surface and in a direction perpendicular to this direction of the Radius center extends.
Das Dorn(crimp)element kann zur besseren axialen Kontaktierung eines Kohlenstoffröhrchens dienen. Dabei kann sich das Dornenelement teilweise in radialer Richtung des Leiterelements erstrecken, um dieses mechanisch besser zu fixieren und auch um es radial elektrisch zu kontaktieren, und sich in dessen Verlauf auch axial (senkrecht zur Richtung des Radiusmittelpunkts) entlang des Leiterelements zu erstrecken, um die verbesserte axiale Kontaktierung zu ermöglichen.The mandrel (crimp) element can be used for better axial contacting of a carbon tube. The spike element can partially extend in the radial direction of the conductor element in order to better fix it mechanically and also to make electrical contact with it radially, and in its course also extend axially (perpendicular to the direction of the center of the radius) along the conductor element in order to to allow improved axial contact.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der elektrischen Verbindungseinrichtung umfasst das Kontaktsegment ein erstes Dornenelement und zumindest ein zweites Dornenelement, welche in der Richtung senkrecht zur Richtung zum Radiusmittelpunkt einander nachfolgen.According to a preferred embodiment of the electrical connection device, the contact segment comprises a first spike element and at least one second spike element, which follow one another in the direction perpendicular to the direction toward the center of the radius.
Bei mehr als einem Dornenelement kann sich der axiale Teilabschnitt, über welchen kontaktiert werden kann, vergrößern.If there is more than one spike element, the axial sub-section over which contact can be made can increase.
Ein Dorncrimp kann somit zur Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit verwendet werden. Die Dornen bewirken wiederum eine axiale elektrische Kontaktierung der Graphen oder Kohlenstoffröhrchen und führen zur verbesserten elektrischen Funktionalität. Dabei können die Dornen mit oder ohne Schneidanteil ausgelegt sein.A mandrel crimp can thus be used to improve electrical conductivity. The thorns in turn bring about an axial electrical contacting of the graphene or carbon tubes and lead to improved electrical functionality. The mandrels can be designed with or without a cutting portion.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der elektrischen Verbindungseinrichtung bildet das Dornelement oder das erste Dornelement und/oder das zumindest eine zweite Dornelement in einer Projektion auf eine Ebene der Richtung eines Radiusmittelpunkts einer Krümmung und der Richtung senkrecht zu dieser Richtung zum Radiusmittelpunkt eine Dreiecksform.According to a preferred embodiment of the electrical connecting device, the spike element or the first spike element and/or the at least one second spike element forms a triangular shape in a projection onto a plane of the direction of a radius center of a curvature and the direction perpendicular to this direction to the radius center.
Die Dreiecksform vereinfacht ein Stanzen und Herausbiegen aus einer Hülse, vorzugsweise des Befestigungsbereichs. Danach kann das Leiterelement vorteilhaft einfach eingesetzt werden und das Dornelement in den Leiter eingeschoben werden, radial und axial.The triangular shape simplifies punching and bending out of a sleeve, preferably the attachment area. After that, the conductor element can advantageously be easily inserted and the mandrel element can be pushed into the conductor, radially and axially.
Erfindungsgemäß erfolgt bei dem Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Verbindung eines elektrischen Verbindungseinrichtung mit zumindest einem elektrischen Leiterelement ein Bereitstellen eines Befestigungsbereichs, welcher dazu eingerichtet ist, an zumindest einem elektrischen Leiterelement befestigt zu werden, wobei der Befestigungsbereich eine gekrümmte und/oder biegbare Fläche aufweist, mit welcher das elektrische Leiterelement zumindest bereichsweise radial umgebbar ist oder umgeben wird; und ein Bereitstellen eines Kontaktbereichs, welcher mit dem elektrischen Leiterelement elektrisch verbindbar ist oder verbunden wird, wobei der Kontaktbereich zumindest ein Kontaktsegment umfasst, welches dazu ausgelegt ist, sich zumindest bereichsweise entlang einer axialen Erstreckungsrichtung des elektrischen Leiterelements zu erstrecken.According to the invention, in the method for establishing an electrical connection of an electrical connecting device with at least one electrical conductor element, a fastening area is provided, which is designed to be fastened to at least one electrical conductor element, the fastening area having a curved and/or bendable surface which the electrical conductor element can be or is surrounded radially at least in regions; and providing a contact area which can be electrically connected or is connected to the electrical conductor element, the contact area comprising at least one contact segment which is designed to extend at least in regions along an axial direction of extension of the electrical conductor element.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird eine schräge Schnittoberfläche an dem elektrischen Leiterelement erzeugt und eine Kontaktfläche zumindest bereichsweise auf der schrägen Schnittoberfläche elektrisch leitend fixiert oder hergestellt und die Kontaktfläche mit dem Kontaktsegment elektrisch verbunden oder die Kontaktfläche als ein Teil des Kontaktsegments ausgeformt, wobei die schräge Schnittoberfläche sich an einem Ende des elektrischen Leiterelements befindet und sich zumindest bereichsweise in einer radialen und einer axialen Richtung des elektrischen Leiterelements erstreckt.According to a preferred embodiment of the method, a sloping cut surface is produced on the electrical conductor element and a contact surface is electrically conductively fixed or produced at least in regions on the sloping cut surface and the contact surface is electrically connected to the contact segment or the contact surface is formed as part of the contact segment, with the sloping Cut surface is located at one end of the electrical conductor element and extends at least partially in a radial and an axial direction of the electrical conductor element.
Die Kontaktierung erfolgt dabei beispielsweise über schräg angeschnittene CNT-Faserenden. Auf diese Weise kann, trotz radialer Quetschung durch den Crimp, eine axiale elektrische Kontaktierung erzielt werden.The contact is made, for example, via CNT fiber ends cut at an angle. In this way, an axial electrical contact can be achieved despite radial squeezing by the crimp.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die Kontaktfläche als eine zumindest bereichsweise galvanisierte Fläche des Endes des elektrischen Leiterelements ausgeformt.According to a preferred embodiment of the method, the contact surface is formed as a surface of the end of the electrical conductor element that is galvanized at least in some areas.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird der Kontaktbereich derart gebildet, dass durch einen Stanzprozess zumindest ein Dornelemente bereichsweise aus der gekrümmten und/oder biegbaren Fläche herausgestanzt wird und derart herausgebogen wird, dass sich das zumindest eine Dornelement bereichsweise in einer Richtung eines Radiusmittelpunkts einer Krümmung der gekrümmten und/oder biegbaren Fläche und in einer Richtung senkrecht zu dieser Richtung zum Radiusmittelpunkt erstreckt und an einem oder mehreren Verbindungsbereichen mit der gekrümmten und/oder biegbaren Fläche mechanisch verbunden bleibt.According to a preferred embodiment of the method, the contact area is formed in such a way that at least one spike element is partially stamped out of the curved and/or bendable surface by a stamping process and is bent out in such a way that the at least one spike element is partially in a direction of a radius center of a curvature of the curved and/or bendable surface and in a direction perpendicular to that direction to the center of the radius and remains mechanically connected to the curved and/or bendable surface at one or more connection areas.
Die elektrische Verbindungseinrichtung kann sich auch durch die in Verbindung mit dem Verfahren genannten Merkmale und dessen Vorteile auszeichnen und umgekehrt.The electrical connection device can also be distinguished by the features mentioned in connection with the method and its advantages, and vice versa.
Ferner betrifft die Erfindung eine Verbindungsanordnung umfassend die beschriebene elektrische Verbindungseinrichtung und ein elektrisches Leiterelement, insbesondere einen Kohlenstoffnanoröhrchenleiter, wobei die Verbindungsanordnung vorzugsweise mittels des beschriebenen Verfahrens hergestellt ist.Furthermore, the invention relates to a connection arrangement comprising the electrical connection device described and an electrical conductor element, in particular a carbon nanotube conductor, wherein the connection arrangement is preferably produced by means of the method described.
Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.Further features and advantages of embodiments of the invention result from the following description with reference to the accompanying drawings.
Figurenlistecharacter list
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert.The present invention is explained in more detail below with reference to the exemplary embodiments given in the schematic figures of the drawing.
Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung einer elektrischen Verbindungseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit einem Leiterelement; -
2 eine schematische Darstellung einer elektrischen Verbindungseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; -
3 eine Blockdarstellung von Verfahrensschritten des Verfahrens zum Herstellen einer elektrischen Verbindungseinrichtung für zumindest ein elektrisches Leiterelement gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und -
4 eine Stanzmethode für das Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Verbindungseinrichtung für zumindest ein elektrisches Leiterelement gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
-
1 a schematic representation of an electrical connection device according to an embodiment of the present invention with a conductor element; -
2 a schematic representation of an electrical connection device according to an embodiment of the present invention; -
3 a block diagram of method steps of the method for producing an electrical connection device for at least one electrical conductor element according to an embodiment of the present invention; and -
4 a punching method for the method for producing an electrical connection device for at least one electrical conductor element according to an embodiment of the present invention.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente.In the figures, the same reference symbols denote the same elements or elements with the same function.
Die elektrische Verbindungseinrichtung für zumindest ein elektrisches Leiterelement CNT, umfasst einen Befestigungsbereich BB, welcher dazu eingerichtet ist, an zumindest einem elektrischen Leiterelement CNT befestigt zu werden, wobei der Befestigungsbereich BB eine gekrümmte und/oder biegbare Fläche aufweist, mit welcher das elektrische Leiterelement CNT zumindest bereichsweise radial umgebbar ist und beispielsweise mit einer Kraft F zum Befestigen des Leiterelements CNT verformbar sein kann.The electrical connection device for at least one electrical conductor element CNT comprises a fastening area BB, which is designed to be fastened to at least one electrical conductor element CNT, the fastening area BB having a curved and/or bendable surface with which the electrical conductor element CNT has at least can be radially surrounded in some areas and can be deformable, for example, with a force F for fastening the conductor element CNT.
Die Verbindungseinrichtung umfasst weiterhin einen Kontaktbereich KB, welcher mit dem elektrischen Leiterelement CNT elektrisch verbindbar ist, wobei der Kontaktbereich KB zumindest ein Kontaktsegment KS umfasst, welches derart ausgeformt ist, um sich zumindest bereichsweise entlang einer axialen Erstreckungsrichtung des elektrischen Leiterelements CNT zu erstrecken. Dabei kann der Befestigungsbereich BB und der Kontaktbereich KB einstückig ausgeformt sein (oder separat), welche dazu eingerichtet sind, ein elektrisches Leiterelement CNT, welches einen Kohlenstoffnanoröhrchenleiter umfasst, zu verbinden. Das Kontaktsegment (KS) kann eine Kontaktfläche KF umfassen oder mit dieser elektrisch verbunden sein, welche zumindest bereichsweise auf einer schrägen Schnittoberfläche SF des elektrischen Leiterelements CNT elektrisch leitend fixierbar ist, wobei die schräge Schnittoberfläche SF sich an einem Ende des elektrischen Leiterelements CNT befindet und sich zumindest bereichsweise in einer radialen und einer axialen Richtung des elektrischen Leiterelements CNT erstreckt. Die Kontaktfläche KF kann eine zumindest bereichsweise galvanisierte Fläche des Endes des elektrischen Leiterelements CNT umfassen und das Kontaktsegment KS zumindest einen Kontaktleiter KL umfassen, welcher mit der Kontaktfläche KF und dem Kontaktbereich KB verbunden ist oder verbindbar ist, in einem Bereich, welcher in einer radialen und/oder einer axialen Richtung des elektrischen Leiterelements verläuft. Die Kontaktfläche KF kann Silber, Kupfer oder eine elektrisch leitfähige Legierung umfassen.The connecting device also includes a contact area KB, which can be electrically connected to the electrical conductor element CNT, the contact area KB including at least one contact segment KS, which is shaped in such a way to extend at least in regions along an axial direction of extent of the electrical conductor element CNT. In this case, the attachment area BB and the contact area KB can be formed in one piece (or separately), which are set up to connect an electrical conductor element CNT, which comprises a carbon nanotube conductor. The contact segment (KS) can include a contact surface KF or be electrically connected to it, which can be electrically conductively fixed at least in regions on a sloping cut surface SF of the electrical conductor element CNT, with the sloping cut surface SF being located at one end of the electrical conductor element CNT and being extends at least partially in a radial and an axial direction of the electrical conductor element CNT. The contact surface KF can comprise an at least partially galvanized surface of the end of the electrical conductor element CNT, and the contact segment KS can comprise at least one contact conductor KL, which is or can be connected to the contact surface KF and the contact area KB, in an area which is radial and / or an axial direction of the electrical conductor element. The contact surface KF can include silver, copper or an electrically conductive alloy.
Die elektrische Verbindungseinrichtung 10 kann ein Kontaktsegment KS umfassen, welches eine oder mehrere Dornelemente (DE1, DE2) umfassen kann, welches sich von der gekrümmten und/oder biegbare Fläche des Befestigungsbereichs BB zumindest bereichsweise in einer Richtung eines Radiusmittelpunkts einer Krümmung der gekrümmten und/oder biegbaren Fläche und in einer Richtung senkrecht zu dieser Richtung des Radiusmittelpunkts erstrecken kann. Dabei kann das Kontaktsegment KS ein erstes Dornelement DE1 und zumindest ein zweites Dornelement DE2 umfassen, welche in der Richtung senkrecht zur Richtung zum Radiusmittelpunkt (axial entlang des Leiterelements) einander nachfolgen. Des Weiteren kann das erste Dornelement DE1 und/oder das zumindest eine zweite Dornelement DE2 in einer Projektion auf eine Ebene der Richtung eines Radiusmittelpunkts einer Krümmung und der Richtung senkrecht zu dieser Richtung zum Radiusmittelpunkt eine Dreiecksform bilden.
Nach der
Bei dem Verfahren erfolgt ein Bereitstellen S1 eines Befestigungsbereichs, welcher dazu eingerichtet ist, an zumindest einem elektrischen Leiterelement befestigt zu werden, wobei der Befestigungsbereich eine gekrümmte und/oder biegbare Fläche aufweist, mit welcher das elektrische Leiterelement zumindest bereichsweise radial umgebbar ist; und ein Bereitstellen S2 eines Kontaktbereichs, welcher mit dem elektrischen Leiterelement elektrisch verbindbar ist, wobei der Kontaktbereich zumindest ein Kontaktsegment umfasst, welches dazu ausgelegt ist, sich zumindest bereichsweise entlang einer axialen Erstreckungsrichtung des elektrischen Leiterelements zu erstrecken.In the method, a fastening region is provided S1, which is set up to be fastened to at least one electrical conductor element, the fastening region having a curved and/or bendable surface with which the electrical conductor element can be radially surrounded at least in regions; and providing S2 a contact area which can be electrically connected to the electrical conductor element, wherein the contact area comprises at least one contact segment which is designed to extend at least partially along an axial direction of extent of the electrical conductor element.
Hergestellt werden gemäß dem Aufbau der
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand des bevorzugten Ausführungsbeispiels vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.Although the present invention has been fully described above with reference to the preferred exemplary embodiment, it is not restricted thereto but can be modified in a variety of ways.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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