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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
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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.
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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.
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Aus
der JP 2002-309203 A ist die Verwendung von nickelhaltigen Pasten
zum Verkleben in der Elektroindustrie bekannt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Vorzugsweise
ist das elektrisch leitende Haftmittel eine Nickelpaste, bei der
Nickelpulver einem flüssigen
und auf Epoxidharz basierenden Bindemittel zugemischt ist.
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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.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Leiterabschnitt
des elektrischen Kabels und/oder das Verbindungselement aus Aluminium
oder einer Aluminiumlegierung hergestellt sind.
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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.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
und die entsprechend erzielte Verbindungsanordnung sowie Lösungen gemäß dem Stand
der Technik sind in den Zeichnungen dargestellt.
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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.
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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.
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3 ist
eine Vorderansicht der Rotationsumformvorrichtung zum Zusammendrücken der rohrförmigen Wand
des Masseverbindungselements, das in 1 dargestellt
ist.
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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.
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5 ist
ein Längsschnitt
eines Verbindungselements mit dem elektrischen Kabel zur Erläuterung
eines ersten Beispiels eines Verbindungsverfahrens gemäß dem Stand
der Technik und
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6 ist
eine Draufsicht eines Verbindungselements mit einem elektrischen
Kabel zur Erläuterung
eines zweiten Beispiels eines Verbindungsverfahrens gemäß dem Stand
der Technik.
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Nachfolgend
werden Ausführungsformen gemäß der Erfindung
unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben.
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Die 1 bis 4 zeigen
eine erste Ausführungsform
des Verfahrens zum Verbinden eines Verbindungselements mit einem
elektrischen Kabel.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.