DE10223397B4

DE10223397B4 - Verfahren und Verbindung zur Kontaktierung eines Aluminiumkabels mit einer metallischen, verzinnten Kontaktklemme

Info

Publication number: DE10223397B4
Application number: DE2002123397
Authority: DE
Inventors: Eckhard Fröhlich
Original assignee: Feindrahtwerk Adolf Edelhoff GmbH and Co
Current assignee: Feindrahtwerk Adolf Edelhoff GmbH and Co
Priority date: 2003-10-04
Filing date: 2002-05-25
Publication date: 2004-05-06
Anticipated expiration: 2022-05-26
Also published as: DE10223397A1

Abstract

Verfahren zur Kontaktierung eines isolierten Kabels (10), das aus Einzelleitern (11) aus Aluminium oder Aluminiumlegierung besteht, mit einer metallischen, vorzugsweise verzinnten Kontaktklemme (22), mit folgenden Schritten:
dass über eine Stirnseite eines abisolierten Endes (13) des Kabels (10) eine metallische, zumindest an der Innenseite verzinnte Hülse geschoben wird,
dass die Einzelleiter (11) des Kabels (10) stirnseitig untereinander als auch mit der umgebenden Hülse (14) mittels Ultraschall verzinnt werden,
wobei durch die Ultraschall-Verzinnung stirnseitig über den Einzelleitern (11) und der Hülse (14) eine deckelartige Zinnverbindung (20) und im Innern der Hülse (14) zwischen den Einzelleitern (11) sowie zwischen diesen und der Hülse (14) eine innere Zinnverbindung (21) gebildet wird,
dass über das verzinnte Ende des Kabels (10) die Kontaktklemme (22) geschoben und mit diesem verpresst wird,
wobei ein Bereich (A) der Kontaktklemme (22) und der Hülse (14), über den sich die deckelartige und innere Zinnverbindung (20,...

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren und eine Verbindung zur Kontaktierung eines isolierten Kabels, das aus Einzelleiten aus Aluminium oder Aluminiumlegierung besteht, mit einer metallischen, verzinnten Kontaltklemme.
Auf den Gebieten des Flugzeugbaus und der Fahrzeugtechnik gewinnen im Zuge von Gewichtseinsparungen und damit einhergehend der Senkung des Kraftstoffverbrauchs elektrische Aluminiumleitungen eine größere Bedeutung und ersetzen zunehmend die relativ schweren Kabel aus Kupfer. Die intrinsischen Eigenschaften des Aluminiums erfordern jedoch, daß, um eine dauerhafte, leistungsstarke Kontaktierung der Aluminiumdrähte zu gewährleisten, bestimmten Vorkehrungen getroffen werden müssen. So wird Aluminium stets von einer isolierenden Aluminiumoxid-Schicht (Al₂O₃) umschlossen, die eine erhebliche Erhöhung des elektrischen Übergangswiderstandes bewirkt. Um Leitungsverluste und um die damit einhergehende unzulässige Erwärmung eines Aluminiumkabels aufgrund des Übergangswiderstandes der Oxidschicht zu reduzieren, müssen besondere Maßnahmen ergriffen werden, die eine Kontaktierung des „reinen" Aluminiums ermöglichen und die isolierende Wirkung der Oxidschicht weitestgehend ausschließen. Dies insbesondere auch deshalb, weil zur Erzielung einer höheren Flexibilität solche Kabel verwendet werden, die aus mehreren Einzelleitern wie Litzen aufgebaut sind und ein jeder Einzelleiter von einer Oxidschicht umschlossen wird und dadurch der Übergangswiderstand weiter erhöht wird.
Unter Verwendung von Kupfertechnik werden Kontaktklemmen an Kabeln üblicherweise durch Verpressen befestigt: Dies ist im Zusammenhang mit Aluminiumkabeln nur bedingt geeignet, da ein auf Aluminium ausgeübter Druck mit der Zeit durch sog. „Setzen", also einem langsamen Abbau der Druckspannungen im Aluminium abgebaut wird. Dies führt dazu, daß eine Klemmverbindung locker wird und auf diese Weise der Übergangswiderstand an der Kontaktstelle ebenfalls steigt.
Ein weiteres Problem bei der Nutzung von Aluminium bei elektrisch leitenden Verbindungen stellt die Kontaktkorrosion dar. Eine solche galvanische Korrosion tritt immer dann auf, wenn Metalle mit stark unterschiedlichem Normalpotential in direktem Kontakt miteinander stehen. Kupfer, aus dem üblicherweise Kontaktklemmen gefertigt sind, ist ein „edles" Metall mit einem positiven Normalpotential, wogegen das „unedle" Aluminium ein stark negatives Normalpotential besitzt. An der Berührungsfläche von Aluminium und Kupfer kommt es infolge der großen Potentialdifferenz zu einem Potentialausgleich, was zur Folge hat, daß das unedlere Metall, also Aluminium, zerstört wird.

In der EP 0 966 061 A2 wird ein Verfahren offenbart, mit dem den oben beschriebenen Besonderheiten bei der Kontaktierung von Aluminiumkabeln Rechnung getragen werden soll. Hierfür wird ein die Litzen eines Aluminiumkabels umschließender Kabelschuh mittels eines elektrisch leitenden Klebers mit dem Kabel verklebt und verpreßt. Durch das Verkleben wird die Auswirkung des „Setzens" vernachlässigbar.

Trotzdem ist dieses Verfahren zur Kontaktierung eines Aluminiumkabels nur bedingt geeignet. Um den elektrischen Übergangswiderstand zwischen den einzelnen Litzen des Kabels zu verringern, wird der Kontakt zwischen benachbarten Litzen dadurch verbessert, daß diese aneinandergepreßt und in dieser Position dauerhaft fixiert werden. Abhilfe gegen die isolierende Wirkung der Aluminiumoxid-Schicht und den hohen Übergangswiderstand wird hierdurch jedoch nicht geschaffen. Weiterhin trägt das offenbarte Verfahren dem elektrochemischen Verhalten zwischen den unterschiedlichen Materialien keine Rechnung und ermöglicht somit Kontaktkorrosion an Grenzflächen zwischen unterschiedlichen Metallen, also beispielsweise am Übergang Kabel-Kabelschuh oder Kabelschuh-Anschlußstelle, sofern keine absolut luftdichte Abdichtung besteht, was in der Praxis nie gegeben ist. Weiterhin können keine verläßlichen Angaben über die Dauerhaftigkeit einer solchen Klebverbindung gemacht werden. Da handelsübliche Kleber altern, ist davon auszugehen, daß die auf den Kleber einwirkenden extremen Bedingungen bei der Nutzung eines Fahrzeuges, wie z.B. starke Temperaturschwankungen und hohe mechanische Beanspruchung durch Vibrationen, während der langen Lebensdauer eines Fahrzeugs nachteilig auf die Verbindung Einfluß nehmen.

Eine Verbindung eines elektrischen Aluminiumkabels mit einem aus Kupfer bestehenden Anschlußteil wird in der EP 1 032 077 A2 offenbart. Hierbei wird auf das stirnseitige Ende eines Aluminiumkabels ein kupfernes Anschlußteil gesetzt, das mittels Reibschweißverfahren mit dem Kabel verbunden wird. Hierdurch werden die Aluminiumlitzen mit dem Anschlußteil an der Kontaktfläche verschmolzen und dadurch eine Kupfer-Aluminium-Legierung gebildet, die als „Trennschicht" fungiert und somit den direkten Kontakt zwischen Kupfer und Aluminium unterbindet, wodurch keine Kontaktkorrosion entstehen kann. Beim Reibschweißen wird die Aluminiumoxid-Schicht an der Stirnfläche des Kabels zumindest aufgerissen und ermöglicht dadurch den direkten Kontakt bzw. ein Legieren zwischen „reinem" Aluminium und Kupfer. Durch die legierte Verbindung zwischen Aluminium und Kupfer und einer damit einhergehenden, teilweisen Unterdrückung Oxidschicht wird der Übergangswiderstand zwischen Kabel und Anschlußteil verringert. Da für diese Verbindung Verpressen nicht erforderlich ist, stellt „Setzen" keine störende Erscheinung dar.

Obwohl der Stromtransport direkt von der Stirnseite des Kabels in das Anschlußteil erfolgt, stellt die offenbarte Verbindung keine befriedigende Lösung für das Verbinden von Aluminiumkabel mit Kupferanschlußteil dar. Denn ebenso wie der Stromtransport direkt über die Stirnseite des Kabels verläuft, wirken mechanische Belastungen beispielsweise durch Zug am Kabel, da keine Zugentlastung vorgesehen ist, auf die Verbindung an der Stirnseite des Kabels ein. Aus mechanischen Zusammenhängen ergibt sich, daß hier Zugkräfte direkt in Zugrichtung auftreten und nicht quer zur Zugrichtung verteilt und somit abgeschwächt werden. Infolgedessen hat die vorgeschlagene Verbindung nur eine unzureichende mechanische Festigkeit.

Aus der DE 22 50 836 A ist ein Verfahren zur Kontaktierung eines isolierten Kabels bekannt, das aus Einzelleitern aus Aluminium besteht, mit einer metallischen, verzinnten Kontaktklemme, bei denen die Stirnseite des abisolierten Kabels mittels Ultraschall verzinnt wird, wobei stirnseitig über den Einzelleitern eine deckelartige Zinnverbindung gebildet wird. Über das verzinnte Ende des Kabels wird die Kontaktklemme geschoben und mit dem Kabelende verbunden.

Aus der DE 27 23 029 A1 ist ferner ein Verfahren und eine Verbindung bekannt, bei denen die in eine innenverzinnte Hülse aus Kupfer oder Messing eingeführten und ebenfalls verzinnten Litzenleiter mittels Thermokompression (Pressen und Schweißen) durch Schweißelektroden miteinander verbunden werden.

Aus der DE 68 08 148 U ist es außerdem allgemein bekannt, für die Verbindung von Leitern unterschiedlicher Materialien das Schutzgasschweißen anzuwenden.

Schließlich ist es aus der DE 199 35 245 C2 bekannt, Verbindungen aus isolierten Kabeln mit Litzenleitern mit metallischen Kontaktklemmen herzustellen, indem über das abisolierte Ende des Kabels eine Hülse geschoben und mit diesem verbunden wird , wobei anschließend über die Hülse die Kontaktklemme geschoben und mit dieser verpresst wird.

In Erkenntnis der Unzulänglichkeiten des Standes der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Verbindung zur Kontaktierung und Befestigung eines Aluminiumkabels anzugeben, bei dem der Übergangswiderstand zwischen den Litzen und zwischen Hülse und Kontaktklemme weiter reduziert wird und Kontaktkorrosion zwischen den Einzelleitern untereinander und mit der Hülse vermieden wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in den Ansprüchen 1, 3 und 5 angegebenen Merkmale gelöst. Danach wird ein Aluminiumkabel, das aus Einzelleitern wie Drähten oder Litzen aufgebaut ist, in der Weise kontaktiert, daß ein Ende des Kabels abisoliert wird und über dieses Ende eine metallische, vorzugsweise kupferne und zumindest an seiner Innenseite verzinnte Hülse geschoben wird, und zwar soweit, daß ein Ende der Hülse bündig mit der Stirnseite des Kabels abschließt oder daß das Ende der Hülse über die Stirnseite des Kabels hinaussteht. Mittels Ultraschall-Verzinnung wird die Hülse mit den Einzelleitern am Ende des Kabels dauerhaft metallisch verbunden. Schließlich wird eine Kontaktklemme aus Kupfer, die vorzugsweise ebenfalls verzinnt ist, über das verzinnte Ende des Kabels geschoben und mit dem Kabel verpreßt.

Die Ultraschall-Verzinnung der einzelnen Al-Leiter wird in einem flüssigen Zinnbad durchgeführt, und zwei so, daß das zu verzinnende Ende des Kabels stirnseitig frontal gegenüber einer Ultraschall erzeugenden Sonotrode positioniert wird. Durch den erzeugken Schalldruck wird die Flüssigkeit des Zinnbades auf die Stirnseite des Kabels zubeschleunigt und bewirkt, daß die Aluminiumoxid-Schicht aufgebrochen wird. Das geschieht sowohl stirnseitig als auch im Innenbereich des Kabels zwischen den Einzelleitern. An den Stellen, wo die Oxidschicht aufgerissen wurde, lagert sich an freiliegendem, „reinem" Aluminium Material des Zinnbades an und baut so leitende Zinnverbindungen zwischen den Einzelleitern bzw. zwischen diesen und der Hülse auf. Die auf diese Weise aufgebauten leitenden Zinnverbindungen werden durch eine mögliche Oxidation des Aluminiums nicht beeinträchtigt.

Die Ultraschall-Verzinnung bewirkt, daß sich stirnseitig am Ende des Kabels eine deckelartige, dauerhafte Zinnverbindung bildet, welche die Einzelleiter untereinander bzw. mit der Hülse leitend verbindet. Eine solche elektrisch leitende Zinn verbindung kann sich auch teilweise in die Tiefe des abisolierten Endes des Kabels erstrecken und dort die Einzelleiter mit der Hülse verbinden.

Als letzter Verfahrensschritt wird schließlich eine Kontaktklemme, die sich in ihrer Endposition über die Hülse hinweg auf den anschließenden isolierten Teil des Kabels erstreckt, mit der Hülse und der anschließenden Isolierung formschlüssig verpreßt. Dabei werden Kontaktklemme und Hülse so miteinander verpreßt, daß der Bereich, über den sich die Zinnverbindung in der Hülse erstreckt, von der Verpressung ausgenommen wird.

In einem alternativen Verfahren zur Kontaktierung eines aus Einzelleitern wie Drähten oder Litzen aufgebauten Aluminiumkabels wird eine gegenüber Kupfer bevorzugte Hülse aus Aluminium über das abisolierte Ende des Kabels geschoben und mit den Einzelleitern am Ende des Kabels stirnseitig mittels Wolfram-Inertgasschweißen oder Metall-Inertgasschweißen dauerhaft verschweißt. Schließlich wird eine verzinnte Kontaktklemme über das verschweißte Ende des Kabels geschoben und mit diesem verpreßt. Die weiteren Verfahrensschritte entsprechen den Schritten, wie sie bereits im vorher beschriebenen Verfahren angegeben wurden.

Eine erfindungsgemäße Verbindung zur Kontaktierung und Befestigung eines aus Einzelleitern wie Drähten oder Litzen aufgebauten Aluminiumkabels weist eine zumindest an der Innenseite verzinnte Hülse auf, die über ein abisoliertes Kabelende geschoben ist und mit den Einzelleitern dauerhaft durch eine stirnseitige, deckelartige Zinn- oder Schweißverbindung verbunden ist, wobei sich die Zinn- oder Schweißverbindung zusätzlich oder ausschließlich teilweise in das Innere des Kabelendes erstrecken kann. Weiterhin weist die Verbindung eine vorzugsweise verzinnte Kontaktklemme aus Kupfer bzw. aus Kupferlegierung aus, die das Kabelende mit der Hülse und einen Teil der an die Hülse angrenzenden Isolation umschließt und formschlüssig mit Hülse und Isolation verpreßt ist. Dabei ist der Teil der Hülse, in dem die Zinn- bzw. Schweißverbindung ausgebildet ist, von der Verpressung ausgenommen.

Zusätzliche Weiterbildungen und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen und aus nachstehender Beschreibung eines in der Zeichnung unter Beschränkung auf das Wesentliche stark abstrahiert und nicht ganz maßstabsgerecht skizzierten bevorzugten Realisierungsbeispiels zur erfindungsgemäßen Lösung.
1 zeigt das Kontaktende eines abisolierten Kabels mit aufgeschobener Hülse bei der Ultraschall-Verzinnung im Zinnbad, wobei stirnseitig eine deckelartige intermetallische Zinnverbindung der Einzeldrähte mit der Hülse sowie die Erstreckung der Zinnverbindung ins Innere des Kabels dargestellt ist.
2 zeigt eine fertig verpreßte Kontaktklemme mit innenliegendem Kabelende.
3 zeigt das Kontaktende eines abisolierten Kabels mit aufgeschobener Hülse bei Verschweißung mittels WIG bzw. MIG, wobei stirnseitig eine deckelartige intermetallische Schweißverbindung der Einzeldrähte mit der Hülse sowie die Erstreckung der Schweißverbindung ins Innere des Kabels dargestellt ist.
In 1 ist ein Teillängsschnitt durch das Ende eines Aluminiumkabels 10 dargestellt. Das Kabel 10 ist aus Einzelleitern 11 wie Drähten oder Litzen aus Aluminium bzw. aus einer Aluminiumlegierung sowie einer die Einzelleiter 11 umschließenden Isolierung 12 aufgebaut. Über ein abisoliertes Ende 13 des Kabels 10 wird eine metallische Hülse 14, deren Außendurchmesser vorzugsweise dem Außendurchmesser des isolierten Kabels entspricht, geschoben. In ihrer bevorzugten Ausführungsform besteht die Hülse 14 aus Kupfer bzw. einer Kupferlegierung oder Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung. Die Hülse 14 wird soweit über das abisolierte Ende 13 des Kabels 10 geschoben, daß ein, der Isolation 12 abgewandtes Hülsenende 15 bündig mit einer stirnseitigen Fläche 16 des Kabels 10 abschließt oder daß die stirnseitige Fläche 16 gegenüber dem Hülsenende 15 zurückgesetzt ist bzw. innerhalb der Hülse 14 angeordnet ist. In optimaler Weise erfolgt die Positionierung der Hülse 14 so, daß das Kabel 10 soweit abisoliert wird, daß die auf das abisolierte Ende 13 gesteckte Hülse 14 an der Isolation 12 anliegt und gleichzeitig das Hülsenende 15 in beschriebener Weise bzgl. der stirnseitigen Fläche 16 des Kabels 10 angeordnet ist.
Um Kontaktkorrosion zwischen den Einzelleitern 11 aus Aluminium und der Hülse 14 aus Kupfer zu vermeiden, wird zumindest die Innenseite der Hülse 14 verzinnt. Dadurch liegen die Einzelleiter 11 aus Aluminium an einer Zinnschicht an und werden räumlich von der Kupferoberfläche der Hülse 14 getrennt. Diese trennende Zinnschicht bewirkt, daß die Potentialdifferenz zwischen den Normalpotentialen von Kupfer und Aluminium herabgesetzt wird und somit die Triebkraft für eine mögliche Kontaktkorrosion reduziert wird.
Verfahrensgemäß wird eine dauerhafte, leitende Verbindung zwischen Hülse 14 und Kabel 10 durch Ultraschall-Verzinnung erzeugt. Die Ultraschall-Verzinnung ist ein gängiges, in der Fachliteratur beschriebenes Verfahren und erfolgt, wie in 1 angedeutet, in einem Gefäß 17. In diesem Gefäß 17 wird ein flüssiges Zinnbad 18 von einer Ultraschall erzeugenden Sonotrode 19 angeregt. Die Verzinnung des abisolierten Endes 13 des Kabels 10 mit der übergeschobenen Hülse 14 in dem flüssigen Zinnbad 18 erfolgt so, daß die stirnseitige Fläche 16 in geringem Abstand gegenüber der Ultraschall aussendenden Sonotrode 19 angeordnet wird. Dabei ist in bevorzugter Weise die Sonotrode 19, wie in 1 dargestellt, unterhalb der stirnseitigen Fläche 16 positioniert. Von der Sonotrode 19 wird Schalldruck erzeugt, der sich näherungsweise in Pfeilrichtung in das Zinnbad 18 hinein ausbreitet.
Durch die Wirkung des Schalldrucks wird zum einen die an der stirnseitigen Fläche 16 der Einzelleiter 11 befindliche Aluminiumoxid-Schicht aufgerissen. Zum anderen breitet sich der Schalldruck auch in zwischen den Einzelleitern 11 befindlichen Kapillaren aus, dringt sozusagen entlang der Einzelleiter 11 in das abisolierte Ende 13 des Kabels 10 ein. Dort entsteht Kavitation, die bewirkt, daß die Aluminiumoxid-Schicht entlang der Einzelleiter 13 ebenfalls zumindest teilweise aufgerissen wird.
Überall dort, wo die Aluminiumoxid-Schicht aufgerissen wurde, tritt „reines" Aluminium bzw. eine „reine" Aluminium-Legierung in direkten Kontakt mit der Flüssigkeit des Zinnbades 18. Dort, wo „reines" Aluminium freigelegt wurde, scheidet sich die Flüssigkeit ab, versiegelt diese Flächen und schützt sie somit gegen erneute Oxidation. Auf solchen Schichten abgeschiedenen Zinns lagert sich weiteres Material des Zinnbades 18 an und führt so sukzessive zu einer leitenden Zinnverbindung zwischen den Einzelleitern 11. Ebenso wie an den Stellen, an denen die Oxidschicht an den Einzelleitern 11 aufgerissen wurde, lagert sich die Flüssigkeit des Zinnbades 18 auch an den verzinnten Flächen der Hülse 14 an. Dadurch wird erreicht, daß die Hülse 14 ebenfalls leitend mit allen Einzelleitern 11 verbunden wird.
Durch die Verzinnung wird eine dauerhafte, leitende Zinnverbindung zwischen allen Einzelleitern 11 untereinander sowie zwischen diesen und der umgebenden Hülse 14 geschaffen. Diese dauerhafte Zinnverbindung schließt deckelartig die stirnseitige Fläche 16 des Kabels 10 einschließlich des Hülsenendes 15 ab. Zusätzlich oder alternativ zu einer solchen deckelartigen Zinnverbindung 20 kann sich eine dauerhafte innere Zinnverbindung 21 zwischen den Einzelleitern 11 und der Hülse 14 teilweise entlang des abisolierten Teils 13 des Kabels 10 im Inneren der Hülse 14 bilden.
Alternativ zu einer Hülse 14 aus Kupfer kann eine aus Aluminium bzw. Aluminiumlegierung verwendet werden. In diesem Fall wird die an der Hülse 14 befindliche Oxidschicht in beschriebener Weise ebenfalls aufgerissen und die Hülse 14 leitend mit den Einzelleitern 11 dauerhaft verbunden. Bei der Verwendung einer Hülse 14 aus Aluminium ist es jedoch erforderlich, daß die Hülse 14 auf ihrer Außenseite verzinnt ist, wodurch Kontaktkorrosion bei Berührung mit einem weiteren Bauteil aus Kupfer vermieden werden kann.
Als weiterer Verfahrensschritt wird über das dauerhaft mit der Hülse 14 verbundene Ende des Kabels 10 eine metallische Kontaktklemme 22 geschoben und anschließend verpreßt. Dabei wird der Bereich über den sich die deckelartige bzw. innere Zinnverbindung 20, 21 erstreckt von der Verpressung ausgenommen, um so zu vermeiden, daß die deckelartige bzw. innere Zinnverbindung 20, 21 einer unnötigen mechanischen Spannung bzw. Deformation ausgesetzt wird.
Eine mittels des beschriebenen Verfahrens zur Kontaktierung hergestellte Verbindung zur Kontaktierung und Befestigung eines aus Einzelleitern 11 aufgebauten Aluminiumkabels 10 ist in 2 dargestellt. Die, über das dauerhaft mit der Hülse 14 verbundene abisolierte Ende 13 des Kabels 10, geschobene metallische Kontaktklemme 22 ist formschlüssig mit der Hülse 14 und dem daran anschließenden Teil der Isolierung 12 verpreßt. Die Kontaktklemme 22 besteht aus Kupfer bzw. einer Kupferlegierung oder aus Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung und ist in ihrer bevorzugten Ausführungsform zumindest an ihrer Innenseite verzinnt. Die Kontaktklemme 22, die zur Weiterleitung des fließenden Stromes eine Anschlußmöglichkeit 23, wie beispielsweise einen Klemmsitz oder eine Öse aufweist, ist so dimensioniert, daß sie sowohl die dauerhaft mit dem Kabel 10 verbundene Hülse 14 als auch einen Teil der anschließenden Isolation 12 umschließt. Gestrichelte Linien 24 deuten die ursprüngliche Form der Kontaktklemme 22 an, bevor diese verpreßt wird.
Die Kontaktklemme 22 wird so mit der Hülse 14 und der Isolation 12 verpreßt, daß ein Bereich A, über den sich die mechanische sowie leitende Zinnverbindung 20, 21 in bzw. an der Hülse 14 erstreckt, von der Verpressung ausgenommen wird. Besonders vorteilhaft an dieser Ausgestaltung ist, daß die dauerhafte Zinnverbindung 20, 21, die durch Ultraschall-Verzinnung hergestellt wurde, nicht einer unnötigen mechanischen Spannung bzw. Deformation ausgesetzt ist. Dabei kann vorgesehen sein, daß ein sich über die Isolation 12 erstreckender Bereich C mit einem anderen Druck verpreßt wird als ein die Hülse 14 umfassender und zu verpressender Teil B. Durch die Verpressung der Kontaktklemme 22 mit der Isolierung 12 des Kabels 10 wird erreicht, daß zum einen eine Zugentlastung geschaffen wird und zum anderen die Verbindung zur Kontaktierung und Befestigung gegen Eindringen von Feuchtigkeit abgedichtet wird.
Um einen Stromfluß zu gewährleisten ist es nicht erforderlich, daß sich die deckelartige Zinnverbindung 20 stirnseitig mit der Kontaktklemme 22 berührt. Trotz eines möglichen beabstandenden Hohlraumes 25 zwischen Kontaktklemme 22 und stirnseitig deckelartiger Verbindung 20 ist ein optimaler Stromfluß gewährleistet, da der im Aluminiumkabel 10 geleitete Strom über die innere bzw. deckelartige Zinnverbindung 21, 20 auf die Hülse 14 und von dort über einen Press-Sitz an die Kontaktklemme 22 geleitet wird.
Bei der nach dem beanspruchten Verfahren hergestellten Verbindung zur Kontaktierung und Befestigung eines Aluminiumkabels 10 stellt das „Setzen" des Aluminiums keine nennenswerte Beeinträchtigung für die Leitung von Strom dar, denn sowohl die Kontaktklemme 22 als auch die Hülse 14 sind aus Kupfer bzw. aus einer Kupferlegierung gefertigt. Bei diesem Material tritt „Setzen" nicht auf. Gleiches gilt für Zinn, das die durch Ultraschall-Verzinnung hergestellte Zinnverbindung 20 und 21 bildet. Lediglich die Einzelleiter 11 des Aluminiumkabels 10 können die durch Verpressen eingebrachten Druckspannungen abbauen und eine durch Berührungskontakt gegebene leitende Verbindung beeinträchtigen. Da die Einzelleiter 11 jedoch aufgrund der Kavitationswirkung bis in das Innere des abisolierten Endes 13 des Kabels 10 über die dauerhafte Zinnverbindungen 20, 21 einen gleichbleibenden Kontakt zur Hülse 14 haben, wirkt sich der Mechanismus des „Setzens" nicht störend auf die Leitungseigenschaften der Zinnverbindung 20, 21 aus.
In einem alternativen Verfahren zur Kontaktierung eines aus Einzelleitern 11 wie Drähten oder Litzen aus Aluminium bzw. Aluminiumlegierung aufgebauten Kabels 10 wird anstelle der Ultraschall-Verzindung eine dauerhafte Verbindung zwischen Einzelleitern 11 und Hülse 14 mittels Wolfram-Inertgasschweißen (WIG) oder Metall-Inertgasschweißen (MIG) hergestellt. Bei WIG und MIG handelt es sich um gängige, in der Fachliteratur beschriebene Lichtbogen-Schweißverfahren unter inertem Schutzgas, bei denen ein Schweißgut unter Zugabe von Schweißzusätzen aufgeschmolzen wird.
In 3 ist schematisch die Verwendung von WIG bzw. MIG für die Herstellung einer dauerhaften, mechanisch festen und elektrisch leitenden Schweißverbindung dargestellt. Aus einer Schutzgasdüse 26 wird inertes Schutzgas in Pfeilrichtung freigesetzt, das in Form eines Schutzgasschleiers 27 eine Elektrode 28 und ein als Schweißgut fungierendes Ende eines Kabels 10 umspült. Aufgrund einer angelegten Spannungsdifferenz wird zwischen der Elektrode 28 und dem Ende des Kabels 10 ein Lichtbogen 29 ausgebildet. Im Falle des MIG besteht die Elektrode 28 aus einem Aluminiumdraht, der beim Schweißen abgeschmolzen wird und auf Grund dessen kein weiterer Schweißzusatz erforderlich ist. Im Gegensatz dazu wird beim WIG eine Elektrode 28 aus Wolfram sowie ein zusätzlicher Schweißzusatz 30 verwendet.
Für die Anwendung von WIG oder MIG zur Kontaktierung eines Aluminiumkabels 10 ist es besonders vorteilhaft, wenn die metallische Hülse 14 aus Aluminium bzw. aus einer Aluminiumlegierung gefertigt ist. Eine dauerhafte Schweißverbindung wird dadurch gebildet, daß die Einzelleiter 11 sowie der Bereich der Hülse 14, an dem der elektrisch leitende Kontakt mit den Einzelleitern 11 hergestellt wird, über Aufschmelzen und Erstarren miteinander verschweißt werden. Dabei bildet sich über die stirnseitige Fläche 16 des Kabels 10 und das Hülsenende 15 hinweg eine dauerhafte, deckelartige Schweißverbindung 31, welche alle Einzelleiter 11 untereinander bzw. mit der Hülse 14 leitend und mechanisch verbindet. Darüber hinaus oder alternativ dazu kann auch eine, sich tiefer in das abisolierte Ende 13 des Kabels 10 erstreckende innere Schweißverbindung 32 gebildet werden. Die übrigen Verfahrensschritte für die Kontaktierung des Aluminiumkabels 10 entsprechen in identischer Weise den beschriebenen Verfahrensschritten bei der Ultraschall-Verzinnung.
Im Sinne der Erfindung wird somit ein aus Einzelleitern 11 aufgebautes Aluminiumkabel 10 so kontaktiert, daß über die Stirnseite eines abisolierten Endes 13 des Kabels 10 eine verzinnte metallische Hülse 14 geschoben wird, die dauerhaft so, zumindest abschnittsweise mit den Einzelleitern 11 des Kabels 10 verbunden ist, daß diese leitende Verbindung 20, 21 bzw. 31, 32 nicht durch die isolierende Wirkung von Aluminiumoxid-Schichten beeinträchtigt wird. Die dauerhafte Verbindung 20, 21 bzw. 31, 32 wird entweder in einem flüssigen Zinnbad 18 mittels Ultraschall-Verzinnung oder in einer alternativen Ausführungsform durch Wolfram-Inertgasschweißen (WIG) oder Metall-Inertgasschweißen (MIG) hergestellt. Bei der Ultraschall-Verzindung wird freigelegtes „reines" Aluminium durch Verzinnen konserviert und darüber hinaus ein jeder Einzelleiter 11 mit benachbarten Einzelleitern 11 bzw. mit der umgebenden Hülse 14 verzinnt und somit elektrisch durchkontaktiert. Um eine dauerhafte elektrische und darüber hinaus auch mechanische Zinn- 20, 21 bzw. Schweißverbindung 31, 32 zu gewährleisten, wird das verzinnte bzw. verschweißte Endes des Kabels 10 mit einer darübergeschobenen Kontaktklemme 22 einschließlich eines an die Hülse 14 anschließenden Teils der Isolierung 12 des Kabels 10 verpreßt. Dadurch wird neben einer Zugentlastung auch ein Korrosionsschutz realisiert.

Claims

Verfahren zur Kontaktierung eines isolierten Kabels (10), das aus Einzelleitern (11) aus Aluminium oder Aluminiumlegierung besteht, mit einer metallischen, vorzugsweise verzinnten Kontaktklemme (22), mit folgenden Schritten: dass über eine Stirnseite eines abisolierten Endes (13) des Kabels (10) eine metallische, zumindest an der Innenseite verzinnte Hülse geschoben wird, dass die Einzelleiter (11) des Kabels (10) stirnseitig untereinander als auch mit der umgebenden Hülse (14) mittels Ultraschall verzinnt werden, wobei durch die Ultraschall-Verzinnung stirnseitig über den Einzelleitern (11) und der Hülse (14) eine deckelartige Zinnverbindung (20) und im Innern der Hülse (14) zwischen den Einzelleitern (11) sowie zwischen diesen und der Hülse (14) eine innere Zinnverbindung (21) gebildet wird, dass über das verzinnte Ende des Kabels (10) die Kontaktklemme (22) geschoben und mit diesem verpresst wird, wobei ein Bereich (A) der Kontaktklemme (22) und der Hülse (14), über den sich die deckelartige und innere Zinnverbindung (20, 21) in der Hülse (14) erstreckt, von der Verpressung ausgenommen sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschall-Verzinnung in einem flüssigen Zinnbad (18) durchgeführt wird, indem die stirnseitige Fläche (16) des zu verzinnenden Endes des Kabels (10) gegenüber einer Ultraschall aussendenden Sonotrode (19) positioniert wird, wobei durch den erzeugten Schalldruck und einer sich im Bereich zwischen den Einzelleitern (11) ausbildende Kavitation eine die Einzelleiter (11) umschließende Oxidschicht stirnseitig sowie entlang der Einzelleiter (11) aufgebrochen wird, dort Material des Zinnbades (18) abgeschieden wird und die Einzelleiter (11) über das abgeschiedene Material dauerhaft miteinander oder mit der Hülse (14) verbunden werden.
Verfahren zur Kontaktierung eines isolierten Kabels (10), das aus Einzelleitern (11) aus Aluminium oder Aluminiumlegierung besteht, mit einer metallischen, vorzugsweise verzinnten Kontaktklemme (22) mit folgenden Schritten: dass über eine Stirnseite eines abisolierten Endes (13) des Kabels (10) eine metallische, zumindest an der Innenseite verzinnte Hülse (14) geschoben wird, dass die Einzelleiter (11) des Kabels (10) stirnseitig untereinander als auch mit der umgebenden Hülse (14) mittels Wolfram-Inertgasschweißen (WIG) oder Metall-Inertgasschweißen (MIG) verschweißt werden, wobei durch das WIG oder MIG stirnseitig über den Einzelleitern (11) und der Hülse (14) eine deckelartige Schweißverbindung (31) und im Innern der Hülse zwischen den Einzelleitern (11) sowie zwischen diesen und der Hülse (14) eine innere Schweißverbindung (32) gebildet wird, dass über das verschweißte Ende des Kabels (10) die Kontaktklemme (22) geschoben und mit diesem verpresst wird, wobei ein Bereich (A) der Kontaktklemme (22) und der Hülse (14), über den sich die deckelartige und innere Schweißverbindung (30, 31) in der Hülse (14) erstreckt, von der Verpressung ausgenommen sind.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (14) aus Kupfer, Kupferlegierung, Aluminium oder Aluminiumlegierung soweit über das Kabel (10) geschoben wird, dass ihr eines Hülsenende (15) bündig mit der stirnseitigen Fläche (16) des Kabels (10) abschließt, oder dass die stirnseitige Fläche (16) des Kabels (10) innerhalb der Hülse (14) liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktklemme (22) über das verzinnte Ende des Kabels (10), die Hülse (14) und einen Teil der Kabelisolierung (12) geschoben und mit der Hülse (14) und dem eingeführten Teil der Kabelisolierung (12) verpresst wird.
Verbindung zwischen einem isolierten Kabel (10), das aus Einzelleitern (11) aus Aluminium oder Aluminiumlegierung besteht, und einer metallischen, vorzugsweise verzinnten Kontaktklemme (22), wobei eine ein abisoliertes Ende (13) des Kabels (10) umfassende, zumindest an der Innenseite verzinnte Hülse (14) mit den Einzelleitern (11) dauerhaft durch eine stirnseitig deckelartige Zinn- (20) oder Schweißverbindung (31) und durch eine innere Zinn- (21) oder Schweißverbindung (32) verbunden ist. wobei die aufgeschobene Kontaktklemme (22) das Kabelende mit der Hülse (14) umschließt und mit dieser verpresst ist, und wobei ein Bereich (A) der Hülse (14), in dem die deckelartige und innere Zinn- (20, 21) oder Schweißverbindung (31, 32) ausgebildet ist, von der Verpressung ausgenommen ist.
Verbindung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktklemme (22) das Kabelende, die Hülse (14) und einen Teil der an die Hülse angrenzenden Isolation (12) umschließt und mit Hülse und Isolation (12) verpresst ist.
Verbindung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (14) aus Kupfer, Kupferlegierung, Aluminium oder Aluminiumlegierung besteht.
Verbindung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktklemme (22) aus Kupfer, Kupferlegierung, Aluminium oder Aluminiumlegierung besteht.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktklemme (22) über das verschweißte Ende des Kabels (10), die Hülse (14) und einen Teil der Kabelisolierung (12) geschoben und mit der Hülse (14) und dem eingeführten Teil der Kabelisolierung (12) verpresst wird.