DE10360614B4 - Verfahren zum Verbinden eines Verbindungselements mit einem elektrischen Kabel - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Verbinden eines Verbindungselements (10) mit einem elektrischen Kabel (28), wobei das Verbindungselement (10) einen elektrischen Kontaktabschnitt (15) an seinem einen Ende und einen rohrförmigen Kabelverbindungsabschnitt (20) an seinem anderen Ende aufweist, folgende Schritte umfassend
Einfüllen eines elektrisch leitenden Haftmittels (32) in ein Bohrungsende (27) des Kabelverbindungsabschnitts (20),
Einführen des elektrischen Kabels (28) von einer Bohrungsöffnung (25) des Kabelverbindungsabschnitts (20) aus zu dem Bohrungsende (27), und
gleichmäßiges Zusammendrücken einer Wand (22) eines rohrförmigen Abschnitts (24) des Kabelverbindungsabschnitts (20), wobei das elektrisch leitende Haftmittel (32) in einen Spalt (16) des elektrischen Kontaktabschnitts (15) und/oder zwischen die Leiter (29a) des elektrischen Kabels (28) gedrückt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden eines Verbindungselements mit einem elektrischen Kabel und insbesondere eines Verbindungselements, das eine Verbindung einer Fahrzeugverkleidung oder eines Motorblock mit einem elektrischen Kabel für den Massestrom herstellt
  • Aus der DE 77 35 059 U1 (Beschreibung Seite 4, letzter Absatz) ist ein Kabel mit einem Kabelschuh bekannt, das mittels eines flüssigen Haftmittels abgedichtet wird. Als Haft- und Abdichtmittel wird Bitumen vorgeschlagen, das während des Crimpvorgangs zwischen die Isolierung und die Adern des Kabels gepresst wird.
  • Aus der DE 102 02 101 A1 und der DE 102 02 102 A1 sind ein Verfahren des Rotatiansumformens zum Verbinden eines Kabels mit Kabelschuh bekannt. In der DE 102 02 102 A1 ist auch das Einfüllen eines Haft- und Abdichtmittels beschrieben, welches während des Rotationsumformens des Kabelschuhs zwischen die Isolierung und die Leiter des Kabels gepresst wird.
  • Aus der JP 2002-309203 A ist die Verwendung von nickelhaltigen Pasten zum Verkleben in der Elektroindustrie bekannt.
  • Weitere Verfahren zum Verbinden eines Verbindungselements mit einem elektrischen Kabel sind beispielsweise in den japanischen Patentveröffentlichungen JP H11-86921A und JP 2000-285983A offenbart und hier in den 5 und 6 dargestellt und nachfolgend anhand derselben näher erläutert.
  • Wie aus 5 ersichtlich, wird bei dem Stand der Technik gemäß JPH11-86921A das Eindringen eines Dichtmaterials 58 in einen Kabelverbindungsabschnitt zwischen einem Leiterabschnitt 57a und dem Verbindungselement 50 zur Erzielung einer stabilen elektrischen Verbindung verhindert, wobei das Dichtmaterial eine Einführbohrung 53, die einen kleinen Durchmesser aufweist, in einer Hülse 52 vorgesehen ist und den Leiterabschnitt 57a aufnimmt, dichtend abschließt.
  • Ein Verbindungselement 50 wird durch Einpressen einer Hülse 52 mit kleinem Durchmesser in eine Hülse 51 mit großem Durchmesser, deren Durchmesser also unterschiedlich sind, oder durch Verschweißen der beiden Hülsen 51, 52 hergestellt. Es weist an einem Ende einen Kabelverbindungsabschnitt 55 und an dem anderen Ende einen elektrischen Kontaktabschnitt 56 auf. Beide Enden sind offen und ein elektrisches Kabel 57 wird in das Öffnungsende des Hülse 52 mit kleinem Durchmesser eingeführt, während ein wasserdichtes Dichtelement 54 in das andere Öffnungsende der Hülse 52 mit kleinem Durchmesser eingeführt wird.
  • Der Innendurchmesser der Hülse 52 mit kleinem Durchmesser ist geringfügig größer als der Außendurchmesser des elektrischen Kabels 57 bemessen. Der Grenzbereich zwischen einer Isolierung 57b und einem Leiterabschnitt 57a wird so positioniert, dass er sich in der Hülse 52 mit kleinem Durchmesser befindet. Wenn eine rohrförmige Wand der Hülse 52 mit kleinem Durchmesser radial zusammengedrückt wird, wird das elektrische Kabel 57 mit der Innenfläche der Hülse 52 mit kleinem Durchmesser in engen Kontakt gebracht. Das wasserdichte Dichtelement 54 ist ein flaches elastisches Gummielement. Wenn das andere Öffnungsende der Hülse 52 mit kleinem Durchmesser in Richtung der Dicke des wasserdichten Dichtelements 54 zusammengedrückt (im Querschnitt reduziert) wird, werden das elektrische Kabel 57 und die Hülse 52 mit kleinem Durchmesser, ohne dass ein Freiraum verbleibt, gehalten.
  • Nachfolgend wird ein Dichtmaterial 58 in eine Öffnung der Hülse 51 mit großem Durchmesser eingefüllt, so dass eine wasserdichte Verbindung an einem Verbindungsabschnitt zwischen dem elektrischen Kabel 57 und der Hülse 52 mit kleinem Durchmesser erzeugt wird. Hierbei verbleibt kein Freiraum zwischen dem elektrischen Kabel 57 und der Hülse 52 mit kleinem Durchmesser. Außerdem fließt das Dichtmaterial 58 nicht in die Hülse 52 mit kleinem Durchmesser.
  • Wie in 6 dargestellt, bewirkt eine Ausführungsform gemäß JP 2000-285983A eine vollständige Wasserabdichtung an einem Verbindungsabschnitt 62 eines Verbindungselements 60 dadurch, dass ein Wärmeschrumpfschlauch 63 auf dem Kabelverbindungsabschnitt 62 eng anliegend sitzt.
  • Das Verbindungselement 60 umfasst einen elektrischen Kontaktabschnitt 61, der als runde Platte (Öse) ausgebildet ist, und einen Kabelverbindungsabschnitt 62, der ein vorderes und ein rückwärtiges Paar von Crimpelementen 62a, 62b aufweist. Der elektrische Kontaktabschnitt 61 weist eine Schraubeneinführbohrung 61a zum Verbinden mit einer Fahrzeugkarosserie auf. Das vordere Crimpelementpaar 62a des Kabelverbindungsabschnitts 62 wird mit einem Leiterabschnitt 65a des elektrischen Kabels 65 vercrimpt, während das rückwärtige Crimpelementpaar 62b mit einer Isolierung 65b des elektrischen Kabels 65 vercrimpt wird. Auf den Kabelverbindungsabschnitt 62 wird der Wärmeschrumpfschlauch 63, der an seinem Innenumfang mit einem Haftmittel, beispielsweise einem heißschmelzenden Material, beschichtet ist, in engen Kontakt aufgebracht.
  • Die oben beschriebenen Verbindungsverfahren gemäß dem Stand der Technik zum Verbinden eines Verbindungselements mit dem elektrischen Kabel weisen jedoch die folgenden Probleme, die gelöst werden sollen, auf.
  • Bei der ersten Ausführungsform gemäß dem Stand der Technik sind für das Verbindungselement 50 eine Hülse 51 mit großem Durchmesser und eine Hülse 52 mit kleinem Durchmesser erforderlich und zum Verbinden des Verbindungselements 50 mit dem elektrischen Kabel 57 sind die Gummiplatte als wasserdichtes Dichtelement 54 und das Dichtmaterial 58 notwendig, so dass die Anzahl an Bauteilen und die Kosten dementsprechend erhöht sind.
  • Es ist schwierig, die geforderte Qualität der Verbindung der Hülse 51 mit großem Durchmesser mit der Hülse 52 mit kleinem Durchmesser einzuhalten, da diese von dem Zusammendrücken oder dem Schweißen abhängt, weil beispielsweise der Verbindungsabschnitt, aufgrund eines zu geringen Drucks, nicht vollständig zusammengedrückt wird oder ein Fehler beim Verschweißen auftritt. Hierbei besteht die Gefahr, dass ein Teil des Dichtmaterials 58, das durch die Öffnung der Hülse 52 mit großem Durchmesser eingefüllt wird, entweichen kann.
  • Da die rohrförmige Wand der Hülse 52 mit kleinem Durchmesser in einem Zustand, bei dem der Grenzbereich zwischen der Isolierung 57b und dem Leiterabschnitt 57a sieh in der Hülse 52 mit kleinem Durchmesser befinden soll, wenn er zusammengedrückt wird, was schwierig zu prüfen ist, kann es vorkommen, dass der Spalt zwischen dem Leiterabschnitt 57a und der Innenfläche der Hülse 52 mit kleinem Durchmesser nicht dicht abgeschlossen wird, so dass die Gefahr besteht, dass möglicherweise ein schlechter Kontakt hervorgerufen wird.
  • Bei der zweiten Ausführungsform gemäß dem Stand der Technik wird der Wärmeschrumpfschlauch 63 auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt, um seine Abmessungen zu verringern, so dass er den Kabelverbindungsabschnitt 62 des Verbindungselements 60 zur Erzielung der Wasserdichtigkeit und einer Isolierung einschließt. Da die Schrumpfrate von den Abmessungen und den Materialeigenschaften abhängt, müssen diese entsprechend ausgewählt werden. Es kann also das Problem auftreten, dass die Verbindung nur unzureichend erzielt wird.
  • Wenn ein Wärmeschrumpfschlauch 62 mit einem heißschmelzenden Material als Haftmittel an der Innenfläche verwendet wird, kann in folge des Erwärmens des Kabelverbindungsabschnitts 62, um den Haftvermittler zum Schmelzen zu bringen (die Erweichungstemperatur beträgt ungefähr 80° C), die Gefahr bestehen, dass die Wasserabdichtungseigenschaft des Wärmeschrumpfschlauches 63 zerstört wird.
  • Insbesondere 'beim Verbinden eines elektrischen Aluminiumkabels mit dem Verbindungselement 60 kann der Kontaktwiderstand dadurch erhöht werden, dass sich eine Oxidationsschicht bildet. Dadurch besteht die Gefahr, dass der Verbindungsabschnitt so hoch erhitzt wird, dass der heißschmelzende Haftverbinder zum Schmelzen gebracht wird.
    •
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Verbinden eines Verbindungselements mit einem elektrischen Kabel bereitzustellen, das eine Abdichtung des Kabelverbindungsabschnitts mit einer geringeren Anzahl an Bauteilen und kostengünstig eine stabile elektrische Leitfähigkeit gewährleistet.
  • Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Verbinden eines Verbindungselements mit einem elektrischen Kabel, wobei das Verbindungselement einen elektrischen Kontaktabschnitt an seinem einen Ende und einen rohrförmigen Kabelverbindungsabschnitt an seinem anderen Ende aufweist, folgende Schritte umfassend Einfüllen eines elektrisch leitenden Haftmittels in ein Bohrungsende des Kabelverbindungsabschnitts, Einführen des elektrischen Kabels von einer Bohrungsöffnung des Kabelverbindungsabschnitts aus zu dem Bohrungsende und gleichmäßiges Zusammendrücken einer Wand eines rohrförmigen Abschnitts des Kabelverbindungsabschnitts, wobei das elektrisch leitende Haftmittel in einen Spalt des elektrischen Kontaktabschnitts und/oder zwischen die Leiter des elektrischen Kabels gedrückt wird.
  • Wie oben beschrieben, wird das elektrisch leitende Haftmittel in das Bohrungsende des Leiterabschnitts eingefüllt, dann das etektrische Kabel eingeführt und danach die rohrförmige Wand gleichmäßig querschnittreduzierend rotationsumgeformt (zusammengedrückt), wobei das elektrisch leitende Haftmittel in den zum Leiterverbindungsabschnitt hin vorhandenen Spalt aufgrund des Drucks fließt, so dass der Freiraum von dem elektrisch leitenden Haftmittel verschlossen wird und verhindert, dass Wasser von außen eindringen kann. Die Wasserdichtigkeit kann also an dem Kabelverbindungsabschnitt ohne ein zusätzliches Dichtelement erreicht werden, so dass die Anzahl an Bauteilen und die Kosten verringert werden können. Das elektrisch leitende Haftmittel fließt ferner zwischen die Leiter, so dass der Kontaktwiderstand zwischen den Leitern verringert und die elektrische Leitefähigkeit verbessert werden.
  • Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß auch durch eine Verbindungsanordnung mit einem Verbindungselement und einem elektrischen Kabel umfassend ein Verbindungselement, das einen elektrischen Kontaktabschnitt an seinem einen Ende und einen rohrförmigen Kabelverbindungsabschnitt an seinem anderen Ende aufweist, und ein Kabel, das in den Kabelverbindungsabschnitt eingeführt ist, wobei in ein Bohrungsende des Kabelverbindungsabschnitts ein elektrisch leitendes Haftmittel eingefüllt ist, und wobei das elektrisch leitende Haftmittel einen Spalt des elektrischen Kontaktabschnitts und/oder zwischen den Leitern des elektrischen Kabels im angepressten Zustand des Kabelverbindungsabschnitts zumindest teilweise füllt.
  • Bei der oben beschriebenen Verbindungsanordnung befindet sich das elektrisch leitende Haftmittel in einem Spalt am Kontaktabschnitt oder in den Freiräumen zwischen den Leitern des elektrischen Kabels aufgrund der Kraft, die aufgebracht wurde, als die rohrförmige Wand zusammengedrückt wurde. Hierdurch ist der Spalt des elektrischen Kontaktabschnitts verschlossen, so dass verhindert wird, dass Wasser von außen in den Kabelverbindungsabschnitt eindringt. Wenn das elektrisch leitende Haftmittel sich zwischen den Leitern befindet, ist der Kontaktwiderstand zwischen den so verbundenen Leitern gering, so dass die elektrische Leitfähigkeit erhöht ist.
  • In Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt ein Zusammendrücken der rohrförmigen Wand des Kabelverbindungsabschnitts mittels querschnittsreduzierendem Rotationsumformen. Durch das Rotationsumformen wird die Wand des rohrförmigen Kabelverbindungsabschnitts über den gesamten Umfang mit einer gleichmäßigen Kraft beaufschlagt, so dass das Verbindungselement und das elektrische Kabel miteinander eng in Kontakt gebracht werden. Hierdurch wird gewährleistet, dass kein Freiraum zwischen dem Verbindungselement und dem elektrischen Kabel verbleibt, so dass die Wasserdichtigkeit und die elektrische Leitfähigkeit des Kabelverbindungsabschnitts verbessert werden.
  • Dabei werden mehrere Formwerkzeuge, die radial beweglich in Rotationsumformvorrichtung angeordnet sind, in radialer Richtung zusammen mit Hämmern bewegt, so dass die Wand des rohrförmigen Abschnitts des Verbindungselements gehämmert wird, so dass diese Wand über den gesamten Umfang zusammengedrückt wird und das Verbindungselement mit dem elektrischen Kabel in engen Kontakt stehend verbunden wirdt. Es entsteht dabei zwischen dem Verbindungselement und dem elektrischen Kabel kein Freiraum, so dass die Wasserdichtigkeit als auch die elektrische Leitfähigkeit zwischen dem Verbindungselement und dem elektrischen Kabel verbessert ist.
  • Vorzugsweise ist das elektrisch leitende Haftmittel eine Nickelpaste, bei der Nickelpulver einem flüssigen und auf Epoxidharz basierenden Bindemittel zugemischt ist.
  • Da ein in Wärme aushärtendes Epoxidharz als Bindemittel verwendet wird, ist die Härtezeit kurz, so dass die Verarbeitung des Verbindungselements mit dem elektrischen Kabel verbessert ist. Da die Aushärtung irreversibel ist, werden die Wasserdichtigkeit und elektrische Leitfähigkeit über einen langen Zeitraum aufrecht erhalten. Da das Nickelpulver leitend ist, ist die elektrische Leitfähigkeit zwischen dem Leiterabschnitt und dem Kabelverbindungsabschnitt gut.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Leiterabschnitt des elektrischen Kabels und/oder das Verbindungselement aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellt sind.
  • Bei der oben beschriebenen Verbindungsanordnung kann, da die Nickelpaste und die Aluminiumlegierung sich mit einem geringen Kontaktwiderstand kontaktieren, eine zufriedenstellende elektrische Leitfähigkeit erzielt werden. Wenn die rohrförmige Wand des Kabelverbindungsabschnitts zusammengedrückt wird, können, da das Nickelpulver als leitender Füller der Nickelpaste eine amorphe Oxidationsschicht der Aluminiumlegierung durchbrechen kann, so dass das Nickelpulver das Grundmaterial der Aluminiumlegierung direkt kontaktiert, das Verbindungselement und das elektrische Kabel, ohne dass eine Vorbehandlung zum Entfernen der Oxidationsschicht ausgeführt werden muss, miteinander verbunden werden. Hierdurch wird der Fertigungsprozess verbessert. Wenn ein elektrisches Kabel aus Aluminium verwendet wird, wird ferner das Gewicht eines Fahrzeugs, beispielsweise eines Kraftfahrzeugs, im Verhältnis zur Verwendung eines elektrischen Kupferkabels, verringert.
    •
  • Das erfindungsgemäße Verfahren und die entsprechend erzielte Verbindungsanordnung sowie Lösungen gemäß dem Stand der Technik sind in den Zeichnungen dargestellt.
  • 1 ist eine perspektivische Ansicht zur Erläuterung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Verbinden eines Verbindungselements mit einem elektrischen Kabel vor dem Verbinden der Bauteile.
  • 2 ist ein Vertikallängsschnitt, der einen Zustand darstellt, bei dem das elektrische Aluminiumkabel in das Masseverbindungselement eingeführt ist, jedoch vor dem Ausführen des querschnittsreduzierenden Rotationsumformens.
  • 3 ist eine Vorderansicht der Rotationsumformvorrichtung zum Zusammendrücken der rohrförmigen Wand des Masseverbindungselements, das in 1 dargestellt ist.
  • 4 ist ein Längsschnitt, der einen Zustand darstellt, bei dem das elektrische Aluminiumkabel in das Masseverbindungselement eingeführt ist und das querschnittsreduzierende Rotationsumformen bereits ausgeführt ist.
  • 5 ist ein Längsschnitt eines Verbindungselements mit dem elektrischen Kabel zur Erläuterung eines ersten Beispiels eines Verbindungsverfahrens gemäß dem Stand der Technik und
  • 6 ist eine Draufsicht eines Verbindungselements mit einem elektrischen Kabel zur Erläuterung eines zweiten Beispiels eines Verbindungsverfahrens gemäß dem Stand der Technik.
  • Nachfolgend werden Ausführungsformen gemäß der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben.
  • Die 1 bis 4 zeigen eine erste Ausführungsform des Verfahrens zum Verbinden eines Verbindungselements mit einem elektrischen Kabel.
  • 1 zeigt ein Masseverbindungselement (Verbindungselement), das aus einer Aluminiumlegierung hergestellt ist, und ein elektrisch leitendes Aluminiumkabel (Kabel) 28, das mit dem Masseverbindungselement verbunden werden soll. Ein Massestrom fließt in dern elektrischen Kabel 28 zu einer Fahrzeugverkleidung oder zu einem Motorblock (beide sind nicht dargestellt) über das Verbindungselement 10.
  • Das Kabel 28 besteht aus einem Leiterabschnitt 29, der aus mehreren Leiterdrähten 29a aufgebaut ist, und einer Isolierung 30, die den Umfang des Leiterabschnitts 29 abdeckt. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Leiterabschnitt 29 aus einer Aluminiumlegierung hergestellt. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Leiterabschnitte 29 aus Aluminiumlegierungen begrenzt, sondern diese können auch aus Aluminium, allgemein Kupfer oder einer Kupferlegierung bestehen. Werden Aluminium (Al) oder eine Aluminiumlegierung anstelle von Kupfer oder einer Kupferlegierung verwendet, reduziert sich das spezifische Gewicht auf ein Drittel, so dass das Gewicht eines Fahrzeugs oder Automobils verringert wird.
  • Die Isolierung 30 ist aus einem synthetischen Harzwerkstoff, beispielsweise Polypropylen, hergestellt, der einen sehr guten Wärmewiderstand aufweist. Als Harzwerkstoffe, die verwendet werden können, bieten sich Materialien an, denen Kunststoffe (Polyvinylchloridharz) hinzugefügt sind oder die damit vernetzt sind (Polyvinylchloridharz oder Polyethylenharz).
  • Das Masseverbindungselement 10 weist den plattenförmigen elektrischen Kontaktabschnitt 15 an einem Ende eines Rohlings auf, der durch Ablangen von einem länglichen Rohrrohling aus einer Al-Legierung erzielt wird. Er weist den Kabelverbindungsabschnitt 20 an dem anderen Ende auf. Der elektrische Kontaktabschnitt 15 und der Kabelverbindungsabschnitt 20 sind durch einen Verbindungsabschnitt 18 miteinander verbunden.
  • Der elektrische Kontaktabschnitt 15 wird durch abschnittsweises Umformen des Rohlings zu einer Platte hergestellt, wobei ein Spalt 16 im mittleren Abschnitt verbleibt. Der elektrische Kontaktabschnitt 15 ist zentral mit einer Schraubendurchtrittsbohrung 15a versehen, in die eine Spannschrauben (nicht dargestellt) eingeführt wird, mit der das Masseverbindungselement 10 mit einer Fahrzeugverkleidung oder einem Motorblock verbunden werden kann.
  • Der elektrische Kontaktabschnitt 15 ist bei dieser Ausführungsform als Öse gestaltet. Die Erfindung ist jedoch nicht auf eine solche Gestaltung beschränkt. Es können andere Formen gewählt werden, beispielsweise ein Steckbuchsenkontaktabschnitt, der rohrförmig ausgebildet ist, um einen zugehörigen elektrischen Steckerstift aufzunehmen. Auch ein runder Steckerstift kann vorgesehen werden, der durch spanende Formgebung hergestellt ist, wobei der elektrische Kontaktabschnitt mit dem Kabelverbindungsabschnitt mittels einer zentralen Abtrennung verbunden wird und der elektrische Kontaktabschnitt im Inneren mit einer Feder versehen ist. Wenn der zugehörige elektrische Kontaktabschnitt eingeführt wird, beaufschlagt die Feder den elektrischen Kontaktabschnitt und beide elektrischen Kontaktabschnitte sind miteinander elektrisch verbunden.
  • Der Kabelverbindungsabschnitt 20 weist eine gestufte Rohrform auf, wobei ein Abschnitt 22a mit großem Durchmesser an einem Ende ausgebildet ist und ein Abschnitt 22b mit kleinem Durchmesser einstückig an den Abschnitt 22a mit großem Durchmesser anschließt. Eine Einfuhrbohrung 24 in dem Kabelverbindungsabschnitt 20 dient zum Einführen des elektrischen Kabels 28. Der Abschnitt 22a mit großem Durchmesser und der Abschnitt 22b mit kleinem Durchmesser sind koaxial zueinan der angeordnet. Der Abschnitt 22a mit großem Durchmesser wird durch Aufweiten des Durchmessers der Bohrung des Rohlings durch ein Rohraufweitungsverfahren hergestellt.
  • Als Rohraufweitungsverfahren kommen verschiedene Aufweitungsverfahren oder Expansionsverfahren in Betracht. Das Rohr wird beispielsweise durch axiales Einpressen eines Stempels in die Bohrung des Rohrrohlings oder durch Aufbringen eines Öldrucks auf die Innenfläche des Rohrs durch eine Ölpressvorrichtung aufgeweitet.
  • Abhängig von dem gewählten Aufweitungsverfahren kann der Abschnitt 22a mit großem Durchmesser dickenmäßig kleiner als der Abschnitt 22b mit kleinem Durchmesser 22b ausgebildet sein. Wenn die Wand 22 des Kabelverbindungsabschnitts 20 einem querschnittsreduzierenden Rotationsumformen mittels Formwerkzeugen mit einer Stufenform unterzogen wird, kann der Abschnitt 22a mit großem Durchmesser leichter zusammengedrückt werden als der Abschnitt 22b mit kleinem Durchmesser, so dass die Isolierung 30 eng mit dem Abschnitt 22a mit großem Durchmesser in Kontakt steht (eng an dem Abschnitt 22a mit großem Durchmesser haftet).
  • 2 ist ein Längsschnitt, der einen Zustand darstellt, bei dem das elektrische Kabel 28 in das Masseverbindungselement 10 eingeführt ist, bevor das querschnitts- reduzierende Rotationsumformen ausgeführt wird. Die Einfuhrbohrung 24 für das elektrische Kabel weist einen Bohrungsabschnitt 24b mit kleinem Durchmesser und einen Bohrungsabschnitt 24a mit großem Durchmesser auf und ist insgesamt als sogenannte Blindbohrung ausgebildet. Es wird daher verhindert, dass das elektrische Kabel 28, das von der Bohrungsöffnung 25 aus eingeführt wird, in Einführrichtung heraustreten kann.
  • Der Innendurchmesser des Bohrungsabschnitts 24b mit kleinem Durchmesser ist gleich oder geringfügig größer als der Außendurchmesser des Leiterabschnitts 29, da, wenn der Innendurchmesser des Bohrungsabschnitts 24b mit kleinem Durchmesser kleiner wäre als der Außendurchmesser des Leiterabschnitts 29, der Leiter abschnitt 29 nicht in den Bohrungsabschnitt 24b mit kleinem Durchmesser eingeführt werden könnte. Der Innendurchmesser des großen Bohrungsabschnitts 24a ist größer als der Außendurchmesser der Isolierung 30, da, wenn der Innendurchmesser des großen Bohrungsabschnitts 24a gleich oder kleiner als der Außendurchmesser der Isolierung 30 wäre, Luft nicht entweichen kann, wenn das querschnittsreduzierende Rotationsumformen ausgeführt wird. Die Wand 22 des Kabelverbindungsabschnitts 20 könnte dann nicht zusammengedrückt werden. Da die Isolierung 30 aus einem weichen Harz, das einen sehr guten Wärmewiderstand aufweist, hergestellt ist, wird, wenn die rohrförmige Wand querschnittsreduzierend rotationsumgeformt (zusammengedrückt) wird, der Spalt 26 der Bohrungsöffnung 25 perfekt geschlossen.
  • Die Bohrungslänge (Bohrungstiefe) des Bohrungsabschnitts 24b mit kleinem Durchmesser ist gleich groß oder größer als eine freigelegte Länge des Leiterabschnitts 29, da, wenn sie kürzer als die freigelegte Länge des Leiterabschnitts 29 wäre, die Kontaktfläche des Leiterabschnitts 29 mit dem Bohrungsabschnitt 24b mit kleinem Durchmesser verkleinert würde, so dass die elektrische Leitfähigkeit verringert wird. Die Bohrungslänge des Bohrungsabschnitts 24a mit großem Durchmesser wird so ausgebildet, dass die Isolierung 30 eng gehalten wird und das Kabel 28 nicht nach hinten heraustreten kann.
  • Von dem elektrischen Kabel 28, das in die Einführbohrung 24 des Kabelverbindungsabschnitts 20 eingeführt wird, wird der Leiterabschnitt 29 in dem Abschnitt 22b mit kleinem Durchmesser aufgenommen. Die Isolierung 30 wird in dem Abschnitt 22a mit großem Durchmesser aufgenommen und kontaktiert ein Ende des Stufenabschnitts 24c der Einführbohrung 24, so dass das elektrische Kabel 28 in Einführrichtung positioniert wird.
  • Der Verbindungsabschnitt 18, der zwischen dem elektrischen Kontaktabschnitt 15 und dem Kabelverbindungsabschnitt 20 angeordnet ist, ist verjüngend ausgebildet. Ein rückwärtiges Ende des Verbindungsabschnitts 18 stellt das innere Ende der Einführbohrung 24 für das elektrische Kabel 28 dar. Ein vorderes Ende des Leiterab schnitts 29 liegt der Rückseite des Verbindungsabschnitts 18 gegenüber, so dass nur ein kleiner Freiraum verbleibt. Der Freiraum bildet einen Aufnahmeraum für eine Nickelpaste (leitendes Haftmittel) 32, das als gegen Wasser abdichtendes Dichtelement dient. Diese Nickelpaste 32 schließt den Freiraum 16 an einer Naht des elektrischen Kontaktabschnitts 15 ab.
  • Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Masseverbindungselement 10, das den Rohrrohling umfasst, an einem Ende den durch Umformen aus einem Abschnitt des Rohrrohlings hergestellten (flachgedrückten) plattenförmigen elektrischen Kontaktabschnitt 15 und an dem anderen Ende den Kabelverbindungsabschnitt 20, der aus dem Abschnitt 22a mit großem Durchmesser und dem Abschnitt 22b mit kleinem Durchmesser gebildet ist und die gestufte Einführbohrung 24 für das elektrische Kabel aufweist, umfasst, wobei die Nickelpaste 21 in das Bohrungsende 27 der Einführbohrung 24 für das elektrische Kabel 28 zum Abschließen des Spalts 16, der mit dem elektrischen Kontaktabschnitt 15 in Verbindung steht, eingefüllt wird. Das elektrische Kabel 28 wird in das Bohrungsende 27 von der Bohrungsöffnung 25 derf Einführbohrung 24 her eingeführt, und der Abschnitt 22a des Kabelverbindungsabschnitts 20 mit dem großem Durchmesser und der Abschnitt 22b mit dem kleinen Durchmesser werden durch querschnitts- reduzierendes Rotationsumformen radial verformt, so dass die Nickelpaste 32 in den Freiraum 16 des elektrischen Kontaktabschnitts 15 und zwischen die Leiter 29a fließen kann.
  • Das Masseverbindungselement 10 ist einstückig aus dem Rohrrohling geformt, so dass es daher nicht notwendig ist, Rohrabschnitte zu verbinden, die sich hinsichtlich des äußeren Durchmessers beim Stand der Technik (siehe 6) unterscheiden, so dass die Herstellung des Masseverbindungselements 10 daher sehr einfach ist. Da die gegen Wasser abdichtende Nickelpaste 32 in das Bohrungsende 27 der Einführbohrung 24 für das elektrische Kabel eingefüllt wird, das auf dem Leiterabschnitt 29 des elektrischen Kabels 28 angeordnet ist, fließt, wenn die Wand 22 des Kabelverbindungsabschnitts zusammengedrückt wird, die Nickelpaste 32 entlang der Bohrungsöffnung 25 und des Bohrungsende 27 der Einführbohrung 24 und ferner zwischen die Leiter 29a. Auch dann, wenn ein rundes Stiftverbindungselement oder eine Steckbuchse als Kontaktabschnitte vorgesehen sein sollten, wird die Nickelpaste in die Einführbohrung für das elektrische Kabel, die als Blindbohrung gestaltet ist, eingefüllt und fließt in den Freiraum zwischen der Isolierung und Wandung der Einführbohrung und zwischen die Leiter.
  • Die Nickelpaste 32 fließt in den Spalt 26 zwischen der Isolierung 30 und der Wandung der Einführbohrung 24 für das elektrische Kabel. Die Nickelpaste 32 fließt in den Spalt 16 zu der Naht des elektrischen Kontaktabschnitts 15 und zwischen die Leiter 29a, so dass der Freiraum 16 abgeschlossen und verhindert wird, dass Wasser in die Einführbohrung 24 eindringen kann. Wenn die Nickelpaste 32 zwischen die Leiter 29a des Leiterabschnitts 29 fließt, wird ferner der Kontaktwiderstand der verbundenen Leiter verringert und die elektrische Leitfähigkeit verbessert.
  • Die Wand 22 des rohrförmigen Kabelverbindungsabschnitts 20 mit dem Abschnitt 22a mit großem Durchmesser wird auf der Isolierung 30 und der Abschnitt 22b mit kleinem Durchmesser auf dem Leiterabschnitt 29 angeordnet. Wenn die Wand 22 des Kabelverbindungsabschnitts 20 durch querschnittsreduzierendes Rotationsumformen zusammengedrückt wird, wird das elektrische Kabel 28 mit der Innenfläche der Einführbohrung 24 eng in Kontakt gebracht und die Bohrungsöffnung 25 der Einführbohrung 24 wird so abgeschlossen, dass verhindert wird, das Wasser entlang des elektrischen Kabels 28 in die Einführbohrung 24 eindringen kann.
  • Durch Einfüllen der Nickelpaste in die Einführbohrung und durch radiales Zusammendrücken der Wand 22 des Kabelverbindungsabschnitts 20 ist es daher möglich, beide Spalte 16, 26 nahe der Bohrungsöffnung 25 und zum Bohrungsende 27 der Einführbohrung 25 hin ohne eine Erhöhung der Anzahl an Bauteilen abzuschließen und die elektrische Leitfähigkeit zwischen dem Masseverbindungselement 10 und dem elektrischen Kabel 28 über einen langen Zeitraum und ohne dass die Gefahr von Korrosion gegeben ist, aufrechtzuerhalten.
  • Wenn das elektrische Kabel 28 aus Aluminium mit dem Masseverbindungselement 10, das aus der Aluminiumlegierung hergestellt ist, durch Nutzung der Nickelpaste 32 verbunden wird, durchbricht das Nickelpulver als leitender Füller die amorphe Oxida tionsschicht der Aluminiumlegierung infolge des Drucks (einer Kraft), der bei dem querschnittsreduzierenden Rotationsumformen erzeugt wird, so dass das Nickelpulver unmittelbar mit der reinen Oberfläche der Aluminiumlegierung in Kontakt tritt. Das elektrische Kabel 28 aus Aluminium und das Masseverbindungselement 20 können daher, ohne dass eine Vorbehandlung zum Entfernen solcher Schichten auf der Aluminiumlegierung (beispielsweise durch alkalisches Ätzen mittels einer wässrigen Lösung aus Ätznatron, Neutralisieren mittels einer wässrigen Lösung aus Salpetersäure oder Waschen mit Wasser und Trocknen) erforderlich ist, verbunden werden.
  • Die Nickelpaste 32 ist eine Mischung aus Nickelpulver, einem Bindemittel aus der Gruppe flüssiger Epoxidharze, dem das Nickelpulver zugemischt wird, und einem Haftmittel, das in Wärme aushärtet und dessen Aushärtung irreversible ist. Aufgrund der Aushärtung unter Wärmeeinwirkung ist die Härtezeit kurz, so dass der Arbeitsschritt des Verbindens des Masseverbindungselements 10 mit dem elektrischen Kabel 28 aus Aluminium günstig ist. Beispielsweise beträgt die Aushärtezeit ungefähr 30 Minuten bei einer Erwärmungstemperatur von 85°C und beträgt ungefähr 1 Minute bei einer Erwärmungstemperatur von 120°C. Da die Aushärtung irreversibel ist, ist ein Erweichen schwierig und die Nickelpaste bewirkt den gewünschten Wärmewiderstand und die gewünschte Wasserdichtigkeit.
  • Die Nickelpaste 32 ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktwiderstand zu der Aluminiumlegierung gering ist. Der Kontaktwiderstand einer Silberpaste zu der Aluminiumlegierung beträgt ungefähr 6000 mΩ und der Kontaktwiderstand einer Goldpaste zu der Aluminiumlegierung beträgt ungefähr 1200 mΩ, während der Kontaktwiderstand der Nickelpaste zu der Aluminiumlegierung ungefähr 200 mΩ beträgt. Es wird angenommen, dass die Aktivierungsenergie der metallischen Verbindung des Aluminiums mit dem Nickel hoch ist.
  • Nachfolgend erfolgt eine Erläuterung des querschnittsreduzierenden Rotationsumformens (Rotationsschmiedeverfahren) durch radiales Verformen der Wand 22 des Masseverbindungselements 10 über den gesamten Umfang durch eine gleichmäßige Radiatkraft anhand von 3 im Detail.
  • Die eine Querschnittsreduzierung bewirkende Rotationsumformvorrichtung 35 umfasst ein Spindelantriebssystem, das eine Spindel 36 in Rotation versetzt, wodurch die Formwerkzeuge 37 und die Hämmer 38 ebenfalls in Drehung versetzt werden. Innerhalb der Spindel 36 sind die Formwerkzeuge 37 und die Hämmer 38 radial beweglich gehalten und kontaktieren einander. Bei dieser Ausführungsform sind zwei Paare mit jeweils diametral angeordneten Formwerkzeugen 37, 37 vorgesehen. Im Zentrum der Spindel 36 wird das zu bearbeitende Masseverbindungselement 10 mit dem davon aufgenommenen Kabel als Ausgangsprodukt angeordnet. Es wird durch die Innenflächen der Formwerkzeuge 37 gehalten.
  • Die Innenflächen der Formwerkzeuge 37 sind gestuft ausgebildet, so dass ein gleichzeitiges Pressen (Rotationsumformen) des Abschnitts 22b mit kleinem Durchmesser und des Abschnitts 22a mit großem Durchmesser des Masseverbindungselements 10 erfolgen kann. Verglichen mit dem Fall, dass der Abschnitt 22b mit kleinem Durchmesser und der Abschnitt 22a mit großem Durchmesser individuell rotationsumgeformt (zusammengedrückt) werden, können daher die Bearbeitungszeit verkürzt und die Effizienz erhöht werden.
  • Der Hammer 38, der an der Außenseite (in radialer Richtung außen) des Formwerkzeugs 37 angeordnet ist, ist von dem Formwerkzeug 37 getrennt, wird jedoch in einer Pfeilrichtung zusammen mit dem Formwerkzeug 37 in Drehung versetzt und wird in Richtung des Radius (zum Mittelpunkt hin) bewegt. Das Formwerkzeug 37 und der Hammer 38 werden beispielsweise durch eine Schraube gesichert. Der Hammer 38 ist allgemeiner Bestandteil der Vorrichtung und nur das Formwerkzeug 37 wird an den jeweiligen Anwendungsfall, d.h. Durchmesser angepasst. Das Formwerkzeug 37 und der Hammer 38 können andererseits einstückig ausgebildet sein. Das Bewegen in Richtung des Radius erfolgt über den Kontakt der Hämmer 38 mit den Führungsrollen 39.
  • Der äußere Umfang jedes Hammers 38 umfasst eine Nockenfläche 38a. Die Nockenfläche 38a ist nicht mit einem bestimmten Krümmungsradius ausgebildet. Sie ist als zentral bezüglich seines Umfangs einen radial nach außen vorragender Abschnitt ausgebildet. Wenn der rotierende Hammer 38 die Führungsrolle 39 kontaktiert, wird der Hammer 38 durch die Führungsrolle 39 in Richtung des Radius um ein Maß, das gleich der Höhe des zentralen Vorsprungs ist, radial nach innen bewegt, womit auch das Formwerkzeug 37 radial nach innen bewegt wird.
  • Die Führungsrollen 39 sind um 90° gleichmäßig auf dem Umfang beabstandet angeordnet und können rotieren. Bei der Ausführungsform sind vier Führungsrollen 39, entsprechend der Anzahl der Formwerkzeuge 37, vorgesehen. Es können aber auch acht vorgesehen werden.
  • Ferner werden ein gepresster Zustand und ein nicht gepresster Zustand, die aufgrund der relativen Positionen der Formwerkzeuge 37 und der Führungsrollen 39 erzielt werden, beschrieben. Wenn die Spindel 36 durch einen (nicht dargestellten) Motor in Drehung versetzt wird, rotieren auch die Formwerkzeuge 37 und die Hämmer 38. Die Führungsrollen 39 rotieren gleichzeitig um sich. Die Hämmer 38, die radial außerhalb des Formwerkzeugs 37 angeordnet sind, kontaktieren die Führungsrollen 39. Wenn die Nockenfläche 38a der Hämmer 38 zu der Führungsrolle 39 in Kontakt gelangt, drückt die Innenfläche jedes Hammers 38 auf das zugehörige Formwerkzeug 37, so dass dieses radial nach innen verlagert wird und die Wand 22 des rohrförmigen Masseverbindungselements 10 durch die Innenfläche des Formwerkzeugs 37 hämmernd beaufschlagt wird, so dass sich insgesamt eine Querschnittsreduzierung ergibt.
  • Wenn der Hammer 38 die Führungsrolle 39 nicht kontaktiert, befindet er sich aufgrund der auf ihn einwirkenden Zentrifugalkraft in einer geringfügig radial nach außen verlagerten Position, so dass das Formwerkzeug 37 von dem Masseverbindungselement 10 getrennt ist und kein Hämmern durch das Formwerkzeug 37 erfolgt. Wenn die Hämmer 38 die Führungsrolle 39 wieder kontaktieren, wird der oben beschriebene Schritt wiederholt. Die Wand 22 des rohrförmigen Masseverbindungselements 10 wird durch die identischen Hämmerkräfte über den gesamten Umfang gleichmäßig den Querschnitt reduzierend rotationsumgeformt, so dass das Masse verbindungselement 10 und das Kabel 28 eng anliegend miteinander verbunden werden. Wenn gewährleistet ist, dass das Masseverbindungselement 10 und der Leiterabschnitt 28 an dem Abschnitt 22b mit kleinem Durchmesser eng aneinander haften, ist ein Auftreten von Oxidationsschichten an den Aluminiumlegierungen verhindert, so dass ein Kontakt mit einem geringen Kontaktwiderstand erreicht wird.
  • 4 zeigt einen Längsschnitt des Masseverbindungselements 10 mit dem elektrischen Kabel 28, nachdem das querschnittsreduzierende Rotationsumformen ausgeführt wurde. Der große Bohrungsabschnitt 24a und der Bohrungsabschnitt 24b mit kleinem Durchmesser sind in radialer Richtung verringert, bleiben jedoch zueinander koaxial ausgerichtet. Bei dem großen Bohrungsabschnitt 24a der Einführbohrung 24 für das Kabel 28 haftet die Isolierung 30 eng an der Innenfläche der Bohrung. Bei dem Bohrungsabschnitt 24b mit kleinem Durchmesser haftet der Leiterabschnitt 29 eng an der Innenfläche der Bohrung, so dass die Nickelpaste in dem Bohrungsende 27 der Einführbohrung 24 verbleibt und der Spalt 16 am Bohrungsende 27 abgeschlossen ist.
  • Obwohl bei der Ausführungsform eine Nickelpaste 32 als leitendes Haftmittel verwendet wird, kann für ein Kabel 28 oder ein Masseverbindungselement 10, das aus einer Aluminiumlegierung hergestellt ist, auch eine Kohlenstoffpaste mit geringem Kontaktwiderstand verwendet werden. Für ein elektrisches Kabel oder ein Masseverbindungselement, das aus einer Kupferlegierung hergestellt ist, kann eine Silberpaste mit geringem Kontaktwiderstand verwendet werden.

Claims (8)

  1. Verfahren zum Verbinden eines Verbindungselements (10) mit einem elektrischen Kabel (28), wobei das Verbindungselement (10) einen elektrischen Kontaktabschnitt (15) an seinem einen Ende und einen rohrförmigen Kabelverbindungsabschnitt (20) an seinem anderen Ende aufweist, folgende Schritte umfassend Einfüllen eines elektrisch leitenden Haftmittels (32) in ein Bohrungsende (27) des Kabelverbindungsabschnitts (20), Einführen des elektrischen Kabels (28) von einer Bohrungsöffnung (25) des Kabelverbindungsabschnitts (20) aus zu dem Bohrungsende (27), und gleichmäßiges Zusammendrücken einer Wand (22) eines rohrförmigen Abschnitts (24) des Kabelverbindungsabschnitts (20), wobei das elektrisch leitende Haftmittel (32) in einen Spalt (16) des elektrischen Kontaktabschnitts (15) und/oder zwischen die Leiter (29a) des elektrischen Kabels (28) gedrückt wird.
  2. Verfahren zum Verbinden eines Verbindungselements (10) mit einem elektrischen Kabel (28) gemäß Anspruch 1, wobei das Zusammendrücken der rohrförmigen Wand (22) des Kabelverbindungsabschnitts (20) mittels querschnittsreduzierenden Rotationsumformens erfolgt.
  3. Verfahren zum Verbinden eines Verbindungselements (10) mit einem elektrischen Kabel (28) gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das elektrisch leitende Haftmittel eine Nickelpaste (32) ist, bei der Nickelpulver einem flüssigen und auf Epoxidharz basierenden Bindemittel zugemischt ist.
  4. Verfahren zum Verbinden eines Verbindungselements (10) mit einem elektrischen Kabel (28) gemäß Anspruch 1, wobei ein Leiterabschnitt (29) des elektrischen Kabels (28) und/oder das Verbindungselement (10) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellt sind.
  5. Verbindungsanordnung mit einem Verbindungselement (10) und einem elektrischen Kabel (28) umfassend ein Verbindungselement (10), das einen elektrischen Kontaktabschnitt (15) an seinem einen Ende und einen rohrförmigen Kabelverbindungsabschnitt (20) an seinem anderen Ende aufweist, und ein Kabel (28), das in den Kabelverbindungsabschnitt (20) eingeführt ist, wobei in ein Bohrungsende (27) des Kabelverbindungsabschnitts (20) ein elektrisch leitendes Haftmittel (32) eingefüllt ist, und wobei das elektrisch leitende Haftmittel (27) einen Spalt (16) des elektrischen Kontaktabschnitts (15) und/oder zwischen den Leitern (29a) des elektrischen Kabels (28) im angepressten Zustand des Kabelverbindungsabschnitts (20) zumindest teilweise füllt.
  6. Verbindungsanordnung gemäß Anspruch 5, wobei der Kabelverbindungsabschnitt (20) mittels guerschnittsreduzierenden Rotationsumformens angedrückt ist.
  7. Verbindungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei das elektrisch leitende Haftmittel eine Nickelpaste (32) ist, bei der Nickelpulver einem flüssigen und auf Epoxidharz basierenden Bindemittel zugemischt ist.
  8. Verbindungsanordnung gemäß Anspruch 5, wobei ein Leiterabschnitt (29) des elektrischen Kabels (28) und/oder das Verbindungselement (10) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellt sind.
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