DE10358153B4

DE10358153B4 - Verbindungsverfahren und Verbindungsanordnung für ein elektrisches Kabel mit einem Kontaktelement

Info

Publication number: DE10358153B4
Application number: DE10358153A
Authority: DE
Inventors: Nobuyuki Asakura; Kei Fujimoto; Masanori Onuma
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2002-12-11
Filing date: 2003-12-10
Publication date: 2008-01-31
Anticipated expiration: 2023-12-11
Also published as: JP2004192948A; US20040142607A1; US7705265B2; US20060057903A1; DE10358153A1; JP4413491B2

Abstract

Verbindungsverfahren für ein elektrisches Kabel mit einem Kontaktelement umfassend folgende Schritte
Vercrimpen eines Leiters des elektrischen Kabels mit einem Kabelcrimpabschnitt des Kontaktelements,
nachfolgendes Ausführen einer Laserbestrahlung des Kabelcrimpabschnitts für das Laserschweißen in wenigstens zwei Schritten,
wobei ein zweiter Laserschweißschritt nach dem ersten Laserschweißschritt innerhalb eines vorbestimmten Zeitraums ausgeführt wird, bei dem der Laserschweißabschnitt, der bei dem ersten Laserschweißschritt geschweißt wurde, noch einen vorbestimmten erhöhten Temperaturzustand aufweist, und
der zweite geschweißte Bereich, an dem der zweite Laserschweißschritt ausgeführt wird, wenigstens teilweise den ersten geschweißten Bereich, an dem der erste Laserschweißschritt ausgeführt wurde, überlappt.

Description

Die vorliegende Erfindung basiert auf der prioritätsbegründenden japanischen Patentanmeldung Nr. 2002-359486 , auf deren gesamten Offenbarungsgehalt hiermit Bezug genommen wird.
Hintergrund zur Erfindung
1. Anwendungsgebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verbindungsverfahren und eine Verbindungsanordnung eines elektrischen Kabels mit einem Kontaktelement, um einen Leiter eines elektrischen Kabels in Presskontakt mit einem Kabelquetschabschnitt (Kabelcrimpabschnitt) eines Kontaktelements zu bringen, mit nachfolgendem Verbinden des Leiters mit dem Kontaktelement mittels Laserschweißen.
2. Stand der Technik
Herkömmlich ist als Verbindungsverfahren zum elektrischen Verbinden eines elektrischen Kabels mit einem Kontaktelement ein Verfahren bekannt, bei dem ein Kabelcrimpabschnitt, der an dem Kontaktelement vorgesehen ist, mit einem Leiter des elektrischen Kabels in Presskontakt gebracht wird.
Bei einer Quetschkontaktverbindung werden, wenn der Leiter des elektrischen Kabels durch eine Anordnung aus mehreren verdrillten Leiterdrähten aufgebaut ist, die Leiterdrähte, die sich am äußeren Umfang befinden, mit dem Kontaktelement in direkten Kontakt gebracht und für diese ist eine Stromleitung einfach zu erzielen. Die Leiterdrähte, die im Zentrum des Leiters angeordnet sind, können mit dem Kontaktelement nur über die Leiterdrähte, die sich an dem äußeren Umfang befinden, in leitenden Kontakt gebracht werden.
Wenn die Abmessungen C/W und C/H eines Quetschkontaktelements 1, wie in 5 dargestellt, nicht richtig angepasst sind, wird ein Freiraum 5 zwischen einem Leiterquetschabschnitt 1a und einem Leiter 3 erzeugt, was zur Verringerung der Zuverlässigkeit der elektrischen Verbindung führt. Es besteht daher das Problem, dass viele Arten von Quetschkontaktelementen, die spezifisch angepasste Abmessungen C/W und C/H aufweisen, die der jeweiligen Größe der elektrischen Kabel entsprechen, bereitgehalten werden müssen, so dass ein solches individuelles Vercrimpen zu erhöhten Herstellungskosten führt.
Um zu verhindern, dass der Kontaktwiderstand an einem Quetschkontaktabschnitt, wie in 6 dargestellt, aufgeteilt wird, wurde daher ein Verbindungsverfahren zum Befestigen des Leiters 3 eines elektrischen Kabels 2 vorgeschlagen, bei dem zunächst ein Leiterquetschabschnitt 1a des Quetschkontaktelements 1 mit dem Leiter 3 in Quetschkontakt gebracht wird und nachfolgend ein Laserstrahl 9, der von einer Lasererzeugungsvorrichtung 8 erzeugt wird, auf den Leiter 3, der am mittleren Abschnitt, dem vorderen Abschnitt und dem hinteren Abschnitt einer oberen Fläche des Leiterquetschabschnitts 1a frei liegt, aufgebracht wird, um den Leiterquetschabschnitt 1 mit dem Leiter 3 zu verschweißen (hierzu wird beispielweise auf die JP-A-2-103876 Bezug genommen).
Das oben beschriebene Verbindungsverfahren, dessen Ergebnis beispielhaft in 7 dargestellt ist, führt zu dem Problem, dass der Kontaktelementwerkstoffanteil, der durch den aufgebrachten Laserstrahl 9 zum Schmelzen gebracht wurde, in die Freiräume des Leiters 3 fließt, so dass eine große Ausnehmung 13 an dem Laserschweißabschnitt 11 erzeugt wird, wodurch die Schweißfestigkeit verringert wird. Beim Laserschweißen erfolgt das Schweißen durch Aufbringen des Laserstrahls mit einer hohen Energiedichte, so dass ein schnelles Erwärmen oder schnelles Schmel zen des Kontaktelementwerkstoffes und des Leiters erzielt wird, was zu einem explosiven Verteilen (Spritzphänomen) führt.
Es wurde daher ein Laserschweißkontaktelement vorgeschlagen, bei dem ein Kabelcrimpabschnitt eines Kontaktelements mit einem vorragenden Abschnitt oder einem dickwandigen Abschnitt zum Ergänzen des schmelzbaren Volumens versehen ist und eine Ausnehmung, die durch Aufbringen des Laserstrahls erzeugt wird, wird durch den zum Schmelzen gebrachten vorragenden Abschnitt oder den zum Schmelzen gebrachten dickwandigen Abschnitt ausgefüllt (hierzu wird beispielsweise auf die JP-A-6-302341 verwiesen).
Es wurde ferner, wie in 8 dargestellt, eine Ausbildung eines Verbindungsabschnitts vorgeschlagen, bei dem eine Einstrahlöffnung 17 zum Aufbringen des Laserstrahls an zwei ein Paar bildenden Quetschelementen 16 eines Quetschabschnitts 15 eines Kontaktelements 14 vorgesehen ist. Die jeweiligen Litzen der Leiter 3 werden durch Aufbringen eines Lasers direkt auf die Leiter 3 innerhalb des Quetschabschnitts 15, wenn dieser durch die Bestrahlungsöffnung 17 hindurchtritt einem Laserschweißen unterzogen (Als Beispiel hierfür wird die JP-A-2000-231944 Bezug genommen).
Sogar wenn durch das Kontaktelement keine sehr starke Quetschkraft auf einen Abschnitt der Leiter, die nicht geschweißt werden, aufgebracht wird, können die Litzen innerhalb des Quetschkontaktelements verschweißt werden, so dass der elektrische Widerstand zwischen dem Kontaktelement und dem elektrischen Kabel und damit der Kontaktwiderstand zwischen den jeweiligen Litzen verringert werden können.
Wenn das elektrische Kabel und das Kontaktelement mittels Laserschweißen, wie in der JP-A-6-302341 und der JP-A-2000-231944 und wie oben beschrieben, verbunden werden, müssen ein vorragender Abschnitt oder ein dickwandiger Abschnitt zum Ergänzen des Schweißvolumens an dem Kabelcrimpabschnitt des Kontaktelements oder eine Bestrahlungsöffnung zum Aufbringen eines Laserstrahls im Inneren des Quetschkontaktelements des Kontaktelements vorgesehen werden, wodurch die Anzahl der Herstellungsschritte für das Kontaktelement vergrößert und komplizierte Formwerkzeuge zum Crimpen des Kontaktelements die Folge sind, was zu einer Erhöhung der Kosten führt.
Ferner können sich der Werkstoff (physikalische Eigenschaften) des verwendeten Kontaktelements und des elektrischen Kabels voneinander unterscheiden. Obwohl Kupferlegierungen (Cu-Legierungen) oft als Werkstoff für das Kontaktelement verwendet werden, kann im Gegensatz dazu oft ein Werkstoff für den Leiter verwendet werden, mit dem es schwierig ist, eine elektrische Leitung zu erzielen, beispielsweise einem Aluminiumwerkstoff oder einem Eisen-Nickel-Werkstoff für das elektrische Kabel. Der Schmelzpunkt für Aluminium beträgt 660°C und die Schmelzwärme 94,5 Kal/g, während der Schmelzpunkt für Kupfer 1083°C und die Schmelzwärme 50.6 Kal/g betragen, so dass sich die physikalischen Eigenschaften dieser Materialien voneinander unterscheiden und es daher schwierig ist, eine gute Verbindung mittels Laserschweißen sicherzustellen.
Aus der DE 199 02 405 A1 ist ein Verbindungsverfahren zum elektrischen Verbinden eines elektrischen Kabels mit einem Kontaktelement bekannt, wobei der Leiter im wesentlichen aus Aluminium und das Kontaktelement aus Kupfer besteht. Hierbei werden das Kontaktelement und der Leiter vercrimpt und anschließend miteinander verschweißt, wobei das Verschweißen vorzugsweise durch Widerstandsschweißen erfolgt.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung, die oben beschriebenen Probleme zu lösen und ein Verbindungsverfahren und eine Verbindungsanordnung eines elektrischen Kabels mit einem Kontaktelement vorzusehen, die eine elektrische Leitfähigkeit und eine gute mechanische Festigkeit des Kontaktelements mit dem elektrischen Leiter stabil sicherstellen, ohne dass die Herstellungskosten der Verbindung erhöht werden.
Gelöst wird die oben beschriebene Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Verbindungsverfahren für ein elektrisches Kabel mit einem Kontaktelement, folgende Schritte umfassend
Vercrimpen eines Leiters des elektrischen Kabels mit einem Kabelcrimpabschnitt des Kontaktelements,
nachfolgendes Ausführen einer Laserbestrahlung des Kabelcrimpabschnitts für das Laserschweißen in wenigstens zwei Schritten,
wobei ein zweiter Laserschweißschritt nach dem ersten Laserschweißschritt innerhalb eines vorbestimmten Zeitraums ausgeführt wird, bei dem der Laserschweißabschnitt, der bei dem ersten Laserschweißschritt geschweißt wurde, noch einen vorbestimmten erhöhten Temperaturzustand aufweist, und
der zweite geschweißte Bereich, an dem der zweite Laserschweißschritt ausgeführt wird, wenigstens teilweise den ersten geschweißten Bereich, an dem der erste Laserschweißschritt ausgeführt wurde, überlappt.
Die oben beschriebene Aufgabe wird gemäß der Erfindung ferner durch eine Verbindungsanordnung eines elektrischen Kabels mit einem Kontaktelement gelöst, wobei ein Leiter des elektrischen Kabels mit einem Kabelcrimpabschnitt des Kontaktelements in Quetschkontakt ist und mit dem Kabelcrimpabschnitt durch Laserschweißen an zwei oder mehr Abschnitten verschweißt ist und wobei sich die geschweißten Bereiche wenigstens teilweise überlappen.
Bei dem Verbindungsverfahren und der Verbindungsanordnung für das elektrische Kabel mit dem Kontaktelement, die wie oben beschrieben gestaltet sind, werden das Kontaktelement und das elektrische Kabel verschweißt, wobei der Laserstrahl von oben auf den Kabelcrimpabschnitt des Kontaktelements zum Verbinden geleitet wird, so dass ein metallischer Verbindungsabschnitt zwischen dem Kontaktelement und dem elektrischen Kabel ausgebildet wird und ein stabiler elektrischer Widerstand und eine stabile mechanische Festigkeit sichergestellt werden.
An einem Laserbestrahlungsabschnitt werden während des ersten Schweißschritts ein schnelles Erwärmen durch das Aufbringen des Laserstrahls und dabei ein explosives Verteilen an dem Kabelcrimpabschnitt hervorgerufen.
Die Laserbestrahlungsabschnitte werden für den zweiten und die nachfolgenden Schweißschritte derart festgelegt, so dass ein jeweils nachfolgend geschweißter Bereich einen geschweißten Bereich des Laserbestrahlungsabschnitts, der zuvor geschweißt wurde, teilweise überdeckt, und die Laserbestrahlung innerhalb eines Zeitraums ausgeführt wird, bei dem ein erhöhter Temperaturzustand aufgrund der Abgabe des Laserstrahls, die kurz zuvor ausgeführt wurde, noch besteht, so dass kein schnelles Erwärmen durch den Laserstrahl während des zweiten und der nachfolgenden Schweißschritte gegeben ist. Der Werkstoff schmilzt allmählich, so dass ein explosives Verteilen, das durch schnelles Erwärmen hervorgerufen wird, verhindert werden kann.
Sogar wenn eine Ausnehmung oder ein Freiraum durch ein explosives Verteilen durch die Aufbringung des Laserstrahls während des ersten Schweißschritts entsteht, fließt beim zweiten Schweißschritt Werkstoff, der allmählich geschmolzen wird, in die Ausnehmung oder in den Freiraum, um diesen auszufüllen, so dass keine Ausnehmung oder ein Freiraum in dem Laserschweißabschnitt verbleiben.
Sogar wenn der Werkstoff (die physikalischen Eigenschaften) des Kontaktelements und der des elektrischen Kabels sich voneinander unterscheiden, kann der Laserstrahl eine so hohe Energiedichte aufweisen, die dem Werkstoff entspricht, der eine hohe Schmelzwärme erfordert. Ein stabiler Schweißzustand kann durch Verhindern eines explosiven Verteilens erzielt werden, so dass ein sehr guter Verbindungszustand zwischen dem Kontaktelement und dem elektrischen Kabelleiter über einen langen Zeitraum aufrechterhalten werden kann.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Seitenansicht zur Erklärung eines Verbindungsverfahrens für ein elektrisches Kabel mit einem Kontaktelement gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
2 ist eine Schnittdarstellung eines wichtigen Abschnitts von 1.
Die 3A bis 3C stellen Schnitte wichtiger Abschnitte im vergrößerten Maßstab bezüglich des Schweißzustands des elektrischen Kabels mit dem Kontaktelement bezüglich der Ausführungsform dar.
4 ist ein Diagramm, das das Ergebnis eines Dauerhaftigkeitstests darstellt.
5 ist eine Schnittdarstellung zur Erklärung eines Problems eines Quetschkontaktelements gemäß dem Stand der Tech nik.
6 ist eine perspektivische Ansicht zur Erklärung eines Verbindungsverfahrens für ein elektrisches Kabel mit einem Kontaktelement gemäß dem Stand der Technik durch Laserschweißen.
7 ist eine Schnittdarstellung zur Erklärung eines Problems des Verbindungsverfahrens, das in 6 dargestellt ist.
8 ist eine perspektivische Ansicht zur Erklärung eines Verbindungsverfahrens für ein elektrisches Kabel mit einem Kontaktelement durch ein weiteres Laserschweißverfahren gemäß dem Stand der Technik.
Spezifische Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Ein Verbindungsverfahren und eine Verbindungsanordnung für ein elektrisches Kabel mit einem Kontaktelement einer Ausführungsform gemäß der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben.
Wie in 1 und 2 dargestellt, werden gemäß einem Verbindungsverfahren für ein elektrisches Kabel 25 mit einem Kontaktelement 21, nachdem ein Leiter 26 des elektrischen Kabels 25 vercrimpt wurde, um mit einem Kabelcrimpabschnitt 23 des Kontaktelements 21 verbunden zu werden, der Leiter 26 und der Kabelcrimpabschnitt 23 verschweißt, indem ein Laserstrahl 28 auf eine Bodenwand 23a des Kabelcrimpabschnitts 23 geleitet wird.
Die Laserbeaufschlagung erfolgt hierbei mit Unterbrechungen dreimal nacheinander. Die zweite und die nachfolgende dritte Beaufschlagung werden derart ausgeführt, dass innerhalb eines Zeitraums (innerhalb eines kurzen Zeitraums von ungefähr 2 Sekunden), bei dem ein kurz zuvor mittels Laser geschweißter Abschnitt in einen vorbestimmten erhöhten Temperaturzustand derart gebracht wurde, dass ein Ab schnitt eines geschweißten Bereichs während des zweiten Schritts und danach einen geschweißten Bereich bei der Laserbestrahlung, die kurz zuvor ausgeführt wurde, überlappt (überdeckt), ausgeführt wird.
Bei der Ausführungsform ist als Laserschweißabschnitt die Bodenwand 23a des Kabelcrimpabschnitts 23 gewählt, die bei der Quetschkontaktverbindung nicht verformt wird. Der Laserstrahl 28 wird von außen auf die Bodenwand 23a aufgebracht.
Wie in 2 dargestellt, sind die jeweiligen Laserbestrahlungsabschnitte im wesentlichen auf einer Mittellinie in Breitenrichtung der Bodenwand 23a angeordnet und der erste, zweite und dritte Schweißschritt werden in jeweils versetzten Positionen entlang einer Längsrichtung des elektrischen Kabels 25 ausgeführt.
Die 3A bis 3C stellen Schnitte dar, die einen wichtigen Abschnitt, der einen Schweißzustand des elektrischen Kabels 25 und des Kontaktelements 21 gemäß der Ausführungsform darstellt, vergrößert zeigen, wobei 3A einen geschweißten Bereich Y1 während des ersten Schweißschrittes darstellt, 3B geschweißte Bereiche Y1 und Y2, die jeweils durch den ersten und zweiten Schweißschritt geschweißt wurden, darstellen, und 3C die geschweißten Bereiche Y1, Y2 und Y3 darstellt, die jeweils während des ersten, zweiten und dritten Schweißschritts geschweißt wurden.
Bei dem oben beschriebenen Verbindungsverfahren für das elektrische Kabel 25 mit dem Kontaktelement 21 gemäß der Ausführungsform werden die drei Laserschweißschritte derart ausgeführt, dass Abschnitte der jeweiligen durch Laserbestrahlung geschweißten Bereiche Y1, Y2 und Y3 sich überlappen. An dem ersten Laserbestrahlungsabschnitt erfolgt das Erwärmen mittels Laserbestrahlung schnell, so dass das explosive Verteilen des Werkstoffs des Kabelcrimpabschnitts 23, der schnell erwärmt wurde, schnell vorüber ist. Ein Abschnitt des geschweißten Bereichs Y1, der in 3A dargestellt ist und durch das Bezugszeichen K gekennzeichnet ist, stellt einen Hohlraum dar, welcher als Defekt durch das explosive Verteilen erzeugt wurde.
An den Laserbestrahlungsabschnitten während des zweiten und nachfolgender Schritte wird jedoch die Laserbestrahlung innerhalb eines so kurzen Zeitraums nachfolgend ausgeführt, dass noch ein erhöhter Temperaturzustand, der durch die abgegebene Laserbestrahlung beim zuvor ausgeführten Schweißschritt erzeugt wurde, noch besteht. Das Erwärmen durch den abgegebenen Laserstrahl während des zweiten und dritten Schritts erzeugt daher kein schnelles Erwärmen, so dass der Werkstoff des Kabelcrimpabschnitts 23 allmählich zum Schmelzen gebracht wird. Es kann daher, wie in 3B und 3C darstellt, ein explosives Verteilen, das durch das schnelle Erwärmen erzeugt wird, verhindert werden.
Der Werkstoff, der durch den abgegebenen Laserstrahl während des zweiten Schritts allmählich zum Schmelzen gebracht wird, fließt dabei in den Freiraum K, der durch explosives Verteilen in dem abgegebenen Laserstrahl während des ersten Schritts entstanden ist, so dass der Freiraum K, wie in 3B dargestellt, ausgefüllt wird. An dem Laserschweißabschnitt verbleibt also kein Freiraum K.
Sogar wenn die Werkstoffe (physikalische Eigenschaften) des Kontaktelements 21 und des Leiters 26, die verschweißt werden sollen, sich voneinander unterscheiden (beispielsweise, wenn das Kontaktelement 21 aus einer Kupferlegierung und der Leiter 26 aus einem Metall aus der Aluminiumreihe oder der Fe-Ni-Reihe hergestellt sind), kann ein stabiler Schweißzustand durch Verhindern eines explosiven Verteilens erzielt werden.
Wenn der Leiter 26, der aus einem Metall der Aluminiumreihe hergestellt ist, und das Kontaktelement 21, das aus einer Kupferlegierung hergestellt ist, miteinander verschweißt werden, braucht der Laserstrahl, der eine hohe Energiedichte aufweist, die der dem Leiter 26, der aus dem Metall aus der Aluminiumwerkstoffreihe hergestellt ist und eine hohe Schmelzwärme erfordert, entspricht, nur auf das Kontaktelement 21, das aus der Kupferlegierung hergestellt ist, abgestrahlt zu werden. Wie oben beschrieben, kann jedoch bei dem Verbindungsverfahren nach der Erfindung ein explosives Verteilen des Kontaktelements 21 begrenzt werden, so dass ein stabiler Schweißzustand des Kontaktelements 21 mit dem Leiter 26 erzielt werden kann.
Bei dem Verbindungsverfahren und der Verbindungsanordnung für das elektrische Kabel 25 mit dem Kontaktelement 21 gemäß der Ausführungsform ist sogar dann, wenn die Werkstoffe des Kontaktelements 21 und des Leiters 26 sich voneinander unterscheiden, das Phänomen des explosiven Verteilens des geschmolzenen Werkstoffs, das durch schnelles Erwärmen des Werkstoffs durch den aufgebrachten Laserstrahl hervorgerufen wird, begrenzt, so dass ein Metallbindungsabschnitt (integrierter Abschnitt durch Legieren) des Kontaktelements 21 und des Leiters 26 durch Laserschweißen ausgebildet wird, wobei ein stabiler elektrischer Widerstand und eine stabile mechanische Festigkeit des geschweißten Abschnitts sichergestellt und somit ein sehr guter Verbindungszustand zwischen dem Kontaktelement 21 und dem Leiter 26 über einen langen Zeitraum sichergestellt werden.
Der Laserstrahl wirkt ferner direkt auf den Kabelcrimpabschnitt 23 des Kontaktelements 21, so dass das Kontaktelement 21 daher infolge einer speziellen Anordnung eines vorragenden Abschnitts oder eines dickwandigen Abschnitts oder einer Bestrahlungsöffnung oder dergleichen Abschnitt für das Laserschweißen für das Behandeln ausgerichtet gehalten werden muss.
Bei der Ausführungsform ist ferner als Laserschweißabschnitt ein Abschnitt der Bodenwand 23a des Kabelcrimpabschnitts 23 gewählt, der sich während des Quetschkontaktverbindens des Kontaktelements 21 praktisch nicht verformt, so dass die Bearbeitungsgenauigkeit des elektrischen Kabelcrimpabschnitts 23, der vercrimpt werden soll, daher nicht das Laserschweißen beeinflußt. Es ist keine hohe Formgenauigkeit der Größen C/W und C/H des Kabelcrimpabschnitts 23 notwendig, welche die Fertigungseffektivität des Quetschkontaktverbindens verringern würde.
Der elektrische Widerstand und die mechanische Festigkeit des Kontaktelements 21 und des elektrischen Kabels 25 können daher ohne eine Kostenerhöhung des Kontaktelements 21 sichergestellt werden.
Bei der Ausführungsform werden die Abschnitte des Kontaktelements 21, die mit dem Kabelcrimpabschnitt 23 mittels Laserbestrahlung verschweißt werden, an drei Positionen ausgebildet. Die Laserschweißabschnitte können anzahlmäßig wahlweise festgelegt werden, d.h. ob Laserschweißung in zwei oder mehr Abschnitten erfolgt.
Die Anzahl an Laserschweißabschnitten kann entsprechend der Größe des Kontaktelements 21, der Querschnittsfläche des Leiters 26, der benötigten mechanischen Verbindungsfestigkeit oder dergleichen festgelegt werden.
Der Überlappungsgrad (die Überlappungslänge) der geschweißten Bereiche, die in den 3B und 3C dargestellt sind, kann derart geregelt werden, dass das Schweißen des Kontaktelements 21 mit dem Leiter 26 unter Berücksichtung eines Unterschieds zwischen den Schmelztemperaturen, die den Werkstoffen des Leiters 26 und des Kontaktelements 21 zu eigen sind, korrekt ausgeführt werden kann.
Ein solcher Aluminiumwerkstoff oder Edelstahl können ferner für das Kontaktelement 21 verwendet werden, dessen physikalische Eigenschaft der physikalischen Eigenschaft hinsichtlich Schmelzpunkt oder dergleichen dem aus Aluminium hergestellten Leiters 26 angenähert ist.
Die Verbindungswirkung des Kontaktelements 21 mit dem Leiter 26 wird daher weiter verbessert.
[Beispiele]
Es wurden ein Kontaktelement gemäß der Erfindung (Ausführungsform), das mit einem Leiter eines elektrischen Kabels durch Vercrimpen und nachfolgende Laserbestrahlung in drei Schritten, wie oben beschrieben, verbunden ist, und ein Kontaktelement (Vergleichsbeispiel), das mit einem Leiter eines elektrischen Kabels nur durch Vercrimpen in der gleichen Weise wie bei der Ausführungsform, jedoch ohne eine Laserbestrahlung verbunden ist, Dauerhaftigkeitstests unterzogen. Der Leistungsvergleich der Kontaktelemente, vor und nach den jeweiligen Dauerhaftigkeitstests (Dauerhaftigkeitstest 1 und Dauerhaftigkeitstest 2) ist im Diagramm gemäß 4 dargestellt.
Ferner wurden für die jeweiligen Kontaktelemente eine Kupferlegierung und als Leiter ein Aluminiumleiter verwendet.
Der Dauerhaftigkeitstest 1 ist ein Hochtemperaturtest, bei dem Probestücke (10 Stü cke jeweils) in einer Umgebung mit hoher Temperatur von 120°C für 120 Stunden verbleiben, und die Widerstände der jeweiligen Probestücke, nachdem sie abgekühlt sind, gemessen werden, wobei ein mittlerer Wert aufgetragen ist.
Der Dauerhaftigkeitstest 2 ist ein Wärmeschockversuch, bei dem Probestücke (10 Stücke jeweils) in einer Umgebung, die wiederholt wechselnd –40°C oder 120°C beträgt, verbleiben und nach ungefähr 200 Zyklen die Widerstände der jeweiligen Proben gemessen und deren mittlerer Wert eingetragen wurde.
Obwohl, wie aus der Darstellung von 4 ersichtlich, es keine Veränderung bei dem Hochtemperaturversuch (Dauerhaftigkeitstest 1) sowohl bei der Ausführungsform als auf dem Vergleichsbeispiel gibt, ist ein großer Unterschied zwischen diesen bei dem Wärmeschockversuch (Dauerhaftigkeitstest 2) zu beobachten.
Dies folgt daraus, dass bei dem Vergleichsbeispiel, bei dem Fremdmetalle in Quetschkontakt zueinander mechanisch zusammengebracht werden, die jeweiligen Metalle verlängert werden und sich bei Veränderung der Temperatur zusammenziehen und so die Kontaktpunkte an einer Grenzfläche zwischen diesen sich verlagern. Wenn die unterschiedlichen Metalle durch Laserbestrahlung bei der Ausführungsform verschweißt werden, erfolgt ein Legieren, so dass selbst dann, wenn aufgrund Temperaturunterschiede eine Verlängerung oder Verkürzung erfolgen, die Legierung verlängert oder verkürzt wird. Die ist keine Folge der Verbindung. Es tritt daher keine Veränderung des Widerstands des Kontaktelements bei der Ausführungsform auf.
Bei dem Verbindungsverfahren und der Verbindungsanordnung des elektrischen Kabels mit dem Kontaktelement gemäß der Erfindung wird ein Kontaktelement mit einem elektrischen Kabel durch einen auf den Kabelcrimpabschnitt des Kontaktelements geleiteten Laserstrahl verschweißt, so dass eine metallische Verbindung zwischen dem Kontaktelement und dem elektrischen Kabel ausgebildet wird und somit ein stabiler elektrischer Widerstand und eine stabile mechanische Festigkeit sichergestellt werden können.
Obwohl an dem ersten Laserschweißabschnitt ein schnelles Erwärmen durch den einwirkenden Laserstrahl und ein explosives Verteilen an dem Kabelcrimpabschnitt hervorgerufen werden können, werden jedoch die Laserschweißabschnitte für den zweiten und die nachfolgenden Schweißschritte derart festgelegt, dass sich die geschweißten Bereiche der Laserschweißabschnitte, die kurz zuvor geschweißt wurden, überlappen. Der Laserstrahl wird innerhalb des Zeitraums aufgebracht, bei dem der erhöhte Temperaturzustand aufgrund der kurz zuvor Lasereinwirkung noch aufrechterhalten ist, so dass das Erwärmen während des zweiten und der nachfolgenden Schritte kein schnelles Erwärmen ist, sondern die Werkstoffe allmählich geschmolzen werden und ein explosives Verteilen, das durch schnelles Erwärmen hervorgerufen wird, daher verhindert werden kann.
Sogar wenn eine Ausnehmung oder ein Freiraum durch explosives Verteilen in dem abgegebenen Laserstrahl während des ersten Schritts ausgebildet wird, fließt während des zweiten Schritts der geschmolzene Werkstoff in die Ausnehmung oder den Freiraum, um diese auszufüllen. Es verbleibt keine Ausnehmung bzw. kein Freiraum an dem Laserschweißabschnitt.
Sogar wenn die Werkstoffe des Kontaktelements und des elektrischen Kabels sich voneinander unterscheiden und der Laserstrahl, mit einer solch hohen Energiedichte, die der eines Werkstoffs, der eine hohe Schmelzwärme aufweist, entspricht, abgegeben wird, kann eine stabiler Schweißzustand durch Verhindern eines explosiven Verteilens erzielt werden, so dass ein sehr guter Verbindungszustand zwischen dem Kontaktelement und dem elektrischen Kabelleiter über einen langen Zeitraum aufrechterhalten werden kann.
Es können daher ein sehr günstiges Verbindungsverfahren und die sehr gute Verbindungsanordnung für das elektrische Kabel mit dem Kontaktelement bereitgestellt werden, bei denen ein guter elektrischer Widerstand und eine gute mechanische Festigkeit des Kontaktelements und des Leiters sichergestellt ist, ohne dass die Herstellungskosten des Kontaktelements erhöht sind.

Claims

Verbindungsverfahren für ein elektrisches Kabel mit einem Kontaktelement umfassend folgende Schritte Vercrimpen eines Leiters des elektrischen Kabels mit einem Kabelcrimpabschnitt des Kontaktelements, nachfolgendes Ausführen einer Laserbestrahlung des Kabelcrimpabschnitts für das Laserschweißen in wenigstens zwei Schritten, wobei ein zweiter Laserschweißschritt nach dem ersten Laserschweißschritt innerhalb eines vorbestimmten Zeitraums ausgeführt wird, bei dem der Laserschweißabschnitt, der bei dem ersten Laserschweißschritt geschweißt wurde, noch einen vorbestimmten erhöhten Temperaturzustand aufweist, und der zweite geschweißte Bereich, an dem der zweite Laserschweißschritt ausgeführt wird, wenigstens teilweise den ersten geschweißten Bereich, an dem der erste Laserschweißschritt ausgeführt wurde, überlappt.
Verbindungsverfahren für ein elektrisches Kabel mit einem Kontaktelement gemäß Anspruch 1, wobei der Zeitraum nicht länger als 2 Sekunden beträgt.
Verbindungsverfahren für ein elektrisches Kabel mit einem Kontaktelement gemäß Anspruch 1, wobei das Kontaktelement aus einer Kupferlegierung und der Leiter aus einem Metall aus der Aluminiumreihe oder aus einem Metall aus einer Fe-Ni-Reihe hergestellt ist.
Verbindungsverfahren für ein elektrischen Kabel mit einem Kontaktelement gemäß Anspruch 1, wobei das Kontaktelement aus einem Aluminiumwerkstoff oder einem Edelstahl hergestellt ist.
Verbindungsanordnung für ein elektrisches Kabel (25) mit einem Kontaktelement (21), wobei ein Leiter (26) des elektrischen Kabels (25) mit einem Kabelcrimpabschnitt (23) des Kontaktelements (21) in Quetschkontakt gebracht ist und mit dem Kabelcrimpabschnitt (23) durch Laserschweißen an zwei oder mehr Abschnitten verschweißt ist, wobei sich die geschweißten Bereiche (Y1, Y2, Y3) wenigstens teilweise überlappen.
Verbindungsanordnung für ein elektrisches Kabel (25) mit einem Kontaktelement (21) gemäß Anspruch 5, wobei das Kontaktelement (21) aus einer Kupferlegierung und der Leiter (26) aus einem Metall aus der Aluminiumreihe oder aus einem Metall aus der Fe-Ni-Reihe hergestellt ist.
Verbindungsanordnung für ein elektrisches Kabel (25) mit einem Kontaktelement (21) gemäß Anspruch 5, wobei das Kontaktelement (21) aus einem Werkstoff aus der Aluminiumreihe oder einem Werkstoff aus der Edelstahlreihe hergestellt ist.