EP3526860A1 - Verfahren zum herstellen eines kabelschuhs und kabelschuh zum elektrischen verbinden eines kabels mit einem stromführenden element - Google Patents

Verfahren zum herstellen eines kabelschuhs und kabelschuh zum elektrischen verbinden eines kabels mit einem stromführenden element

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EP3526860A1
EP3526860A1 EP17791959.4A EP17791959A EP3526860A1 EP 3526860 A1 EP3526860 A1 EP 3526860A1 EP 17791959 A EP17791959 A EP 17791959A EP 3526860 A1 EP3526860 A1 EP 3526860A1
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EP
European Patent Office
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cable
lug
region
workpiece
receiving
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP17791959.4A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Herbert Schmidt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bremi Fahrzeug-Elektrik GmbH and Co KG
Original Assignee
Bremi Fahrzeug-Elektrik GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Bremi Fahrzeug-Elektrik GmbH and Co KG filed Critical Bremi Fahrzeug-Elektrik GmbH and Co KG
Publication of EP3526860A1 publication Critical patent/EP3526860A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R43/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining, or repairing of line connectors or current collectors or for joining electric conductors
    • H01R43/16—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining, or repairing of line connectors or current collectors or for joining electric conductors for manufacturing contact members, e.g. by punching and by bending
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R11/00—Individual connecting elements providing two or more spaced connecting locations for conductive members which are, or may be, thereby interconnected, e.g. end pieces for wires or cables supported by the wire or cable and having means for facilitating electrical connection to some other wire, terminal, or conductive member, blocks of binding posts
    • H01R11/11—End pieces or tapping pieces for wires, supported by the wire and for facilitating electrical connection to some other wire, terminal or conductive member
    • H01R11/12—End pieces terminating in an eye, hook, or fork
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R4/00—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation
    • H01R4/58—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation characterised by the form or material of the contacting members
    • H01R4/62—Connections between conductors of different materials; Connections between or with aluminium or steel-core aluminium conductors
    • H01R4/625—Soldered or welded connections
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R4/00—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation
    • H01R4/70—Insulation of connections
    • H01R4/72—Insulation of connections using a heat shrinking insulating sleeve

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a cable lug and a cable lug for electrically connecting a cable to a current-carrying element.
  • tubular cable lugs are usually flat-pressed tubes at the gland side.
  • the resulting cable connection sleeve typically has to be front-sealed at the front.
  • sealing is an error-prone process step, requiring 100% gas tightness testing.
  • conventional tubular cable lugs have the disadvantage that they are only partially gas-tight or further process steps are required to ensure their tightness.
  • Two-component cable lugs are known which typically include an aluminum cable termination sleeve having a friction contact-bonded copper contactor.
  • these known two-component cable lugs are characterized by a relatively complicated structure.
  • flat cable lugs made of copper or brass with and without iso-crimp are known.
  • the ultrasonic welding node is typically protected by encapsulation or encapsulation.
  • this is relatively complicated and expensive.
  • An embodiment of a cable lug known from the document EP 2 621 021 A1 is produced in one piece from a CUPAL pipe. During finishing, this tube is processed in an end region such that the aluminum layer is removed on the inside, in particular by unscrewing. Further, in finishing, the opposite end portion on the outside is machined to remove the copper layer of the pipe, particularly by twisting.
  • the known from the document EP 2 621 021 AI embodiment of the cable lug thus has the disadvantage that its production is relatively complicated and expensive.
  • a simple production of a cable lug and a simple and reliable construction of the cable lug is achieved.
  • an existing from a single material, fully cylindrical workpiece is provided.
  • the fully cylindrical workpiece is intermediately worked by extrusion, so that an intermediate machined workpiece is produced.
  • the intermediate machined workpiece has a receiving area for receiving an end of a cable and an end area for creating an end-side contact area.
  • the intermediate machined workpiece is finished by embossing, so that a finished workpiece, which forms the cable lug, is generated.
  • the finished workpiece has the receiving area and the end-side contact area generated from the end area.
  • the finishing comprises only embossing and / or punching in the end region.
  • the intermediate processing is carried out by means of a combination of a forward extrusion and a reverse extrusion.
  • a forward extrusion preferably a forward extrusion
  • a reverse extrusion preferably a reverse extrusion
  • the fully cylindrical workpiece preferably consists of a homogeneous material, in particular copper.
  • a further aspect of the invention relates to a cable lug for electrically connecting a cable to a current-carrying element.
  • the cable lug comprises an integrally formed lug body of a homogeneous material, which has a receiving area for receiving one end of the cable and an end-side contact area for electrically conductive contacting of the current-carrying element.
  • the receiving region has a tubular receptacle for the end of the cable, which is fluid-tight, in particular completely gastight, closed at its end side.
  • FIG. 1 shows a flow chart of a method for producing a
  • Figure 2 is a three-dimensional view of a fully cylindrical
  • Figure 7A is a cross-sectional view of a cable lug with a
  • FIG. 7B shows a perspective cross-sectional view of the cable lug according to FIG. 7A.
  • FIG. 1 shows a flow chart of a method 10 for producing a cable lug.
  • the method 10 comprises in particular the following steps.
  • a step S10 a solid cylindrical workpiece made of a single material is provided.
  • a step S12 the fully cylindrical workpiece is intermediately worked by extrusion, so that an intermediate machined workpiece is produced.
  • the intermediate machined workpiece has a receiving area for receiving an end of a cable and an end area for generating an end-side contact area.
  • the intermediate machined workpiece is finished by embossing so that a finished workpiece forming the cable lug is produced.
  • the finished workpiece has the receiving area and the end-side contact area generated from the end area.
  • the finishing comprises only embossing and / or punching in the end region. Further details of the method 10 are explained in more detail below with reference to FIGS 2 to 6.
  • FIG. 2 shows a three-dimensional view of a fully cylindrical workpiece 12 for use in the method 10 according to FIG. 1.
  • the fully cylindrical workpiece 12 is provided in step S10.
  • the central axis Rl of the fully cylindrical workpiece 12 is shown.
  • the fully cylindrical workpiece 12 is made of a homogeneous material, in particular copper.
  • FIG. 3A shows a cross-sectional view of a first tool 14 in a first operating state to illustrate the intermediate processing in the step S12 of the method 10 of Figure 1.
  • Figure 3B shows a cross-sectional view of the first tool 14 of Figure 3A in a second operating state.
  • the first tool 14 is in particular a press, which has a punch 16.
  • the punch 16 In the first operating state, the punch 16 is in the first position shown in FIG. 3A.
  • the punch 16 is in the second position shown in FIG. 3B.
  • step S12 the fully cylindrical workpiece 12, which is also referred to as a blank, is inserted into the first tool 14. With the aid of the first tool 14, the step S12 is performed.
  • step S12 includes extrusion.
  • the punch 16 presses the exemplary copper material of the fully cylindrical workpiece 12 with a very high pressure in a mold.
  • This shape is formed by the inner region of the first tool 14.
  • the printing direction is indicated in FIG. 3A by the arrow PI.
  • FIG. 3B shows the resulting material flow.
  • This material flow corresponds to a combination of a forward extrusion and a backward extrusion.
  • the partial material flow generated by the forward extrusion is indicated by the arrow P2 in FIG. 3B.
  • the partial material flow generated by the backward extrusion is indicated by the arrow P3 in FIG. 3B.
  • the copper material partially flows backwards, i. in the direction indicated by the arrow P3, and around the punch 16 placed in the second position.
  • FIG. 4A shows a cross-sectional view of the intermediate machined workpiece 18 produced by means of the first tool 14 of FIG. 3A.
  • FIG. 4B shows a three-dimensional view of the intermediate machined workpiece 18 according to FIG. 4A.
  • the intermediate machined workpiece 18 includes the receiving portion 20 for receiving an end of a cable and the end portion 22 for creating an end-side contact portion.
  • the receiving area 20 comprises a tubular receptacle 36 for the end of the cable.
  • the center axis R2 of this tubular receptacle 36 is shown in Figure 4A.
  • the intermediate machined workpiece 18 according to FIG. 4A is subsequently finished.
  • FIG. 5A shows a cross-sectional view of a second tool 24 in a first operating state to illustrate the finishing in step S14 of the method 10 of Figure 1.
  • Figure 5B shows a cross-sectional view of the second tool 24 of Figure 5A in a second operating state.
  • the second tool 24 is in particular a further press.
  • the upper part of the second tool 24 is in the first position shown in FIG. 5A.
  • the second operating state the upper part of the second tool 24 is in the second position shown in FIG. 5B.
  • the intermediate machined workpiece 18 is inserted into the second tool 24.
  • the step S14 is performed.
  • the end-side contact region is embossed from the front, solid part of the intermediate machined workpiece 18 (end region 22).
  • a punching in the end region 22 can take place at the same time.
  • the pressure exerted during embossing pressure force is indicated in Figure 5A by the arrow P4. By embossing or punching the finished workpiece is produced.
  • Figure 6A shows a cross-sectional view of a finished workpiece 26 produced by the second tool 24 of Figure 5A.
  • Figure 6B shows a three-dimensional view of the finished workpiece 26 of Figure 6A.
  • the finished workpiece 26 serves as a cable lug 28. This cable lug 28 is shown in FIGS. 6A and 6B.
  • the cable lug 28 comprises the integrally formed lug body 26 made of the homogeneous material, in particular copper.
  • the cable shoe body 26 comprises the receiving region 20 with the tubular receptacle 36 and the end-side contact region 30 for the electrically conductive contacting of a current-carrying element.
  • the tubular receptacle 36 at its end face 38 is fluid-tight, in particular completely gas-tight, closed.
  • the inner region 37 of the tubular receptacle 36 and the end-side contact region 30 are fluidically separated from one another. As a result, a gas and / or liquid flow from the end-side contact region 30 to the inner region 37 of the tubular receptacle 36 is prevented.
  • an electrical connection of an aluminum cable to the current-carrying element can be produced with the aid of the cable lug 28.
  • the end of the aluminum cable is received by the tubular receptacle 36.
  • the tubular receptacle 36 is formed such that the end of the aluminum cable is inserted into the same.
  • the cable lug 28 is formed such that the inserted end of the aluminum cable is electrically connectable to the inner side 39 of the tubular receptacle 36 by ultrasonic welding.
  • the end-side contact portion 30 has a flat contact portion 32 with a punched-out hole 34. This is particularly the case if hole punching has also occurred in step S14.
  • the end-side contact portion 30 serves as a fastening portion for fastening of the cable lug 28 on the current-carrying element.
  • the punched hole 34 serves to receive a fastening means, such as a screw.
  • Fig. 6A the central axis R3 of the punched hole is shown.
  • the end-closed tubular receptacle 36 shown in FIG. 6A forms a cable connection sleeve for the end of the aluminum cable.
  • the end of the aluminum cable is its stripped section, which comprises only the aluminum line.
  • the inner contour of the cable connection sleeve is formed by the stamp 16 of the first tool 14 used during extrusion molding (see FIGS. 3A and 3B).
  • the end-side sealed and gas-tight cable terminal sleeve is formed by extrusion in step S12.
  • the end-side contact area 30 shown in FIG. 6A with the areal contacting portion 32 is formed by embossing in step S14 (see FIGS. 5A and 5B).
  • FIGS. 7A and 7B show cross-sectional views of the cable lug 28 with the receiving portion 20 in which the end of the aluminum cable 40 is received.
  • the aluminum cable 40 comprises the aluminum line 44 surrounded by the insulation 42.
  • a heat-shrinkable tube 46 is provided which covers the receiving area 20 of the cable lug 28 and the end of the insulation 42 of the aluminum cable 40.
  • the transition region between the receiving region 20 of the cable lug 28 and the end of the insulation 42 of the aluminum cable 40 can be fluidly sealed.
  • an inner adhesive between the shrink tubing 46 and the receiving portion 20 of the cable lug 28 and between the shrink tubing 46 and the end the insulation 42 of the aluminum cable 40 introduced.
  • the inner adhesive can also be omitted.
  • the cable lug 28 shown in FIGS. 7A and 7B comprises two recesses 48 formed in the receiving region 20, which are produced by a suitable joining or connection method, such as, for example, crimping or ultrasonic welding.
  • the invention provides a cable lug 28 which serves for the electrical connection of lines, in particular aluminum lines, in conventional devices, installations or in automobiles, such as passenger cars, commercial vehicles or construction machines, or in rail vehicles.
  • the basic material of the cable lug 28 according to the invention is copper.
  • the geometry of the cable lug 28 can be optimized for the particular application, e.g. to meet the special requirements when using aluminum pipes.
  • the cable lug 28 is particularly suitable for the joining of lines by ultrasonic welding. He is dimensioned for it and geometrically tuned. In addition to the ultrasonic welding, other classic joining techniques for making an electrical connection between a line and the cable lug 28 are possible.
  • the cable cross section of the cable lug 28 can be designed precisely for the current carrying capacity of the respective cable cross section.
  • the cable lug 28 is also particularly suitable after an adaptation of the cable cross-section for the contacting of aluminum cables via ultrasonic Welding, since the cable lug 28 by the special manufacturing process 10 from the Anschraubseite (ie, the end-side contact portion 32) ago is completely gastight.
  • the invention enables the provision of a gas-tight cable connection sleeve for the insulation of the welding node from moisture and other reactants of aluminum. Only the transition between the cable lug 28 and the conductor insulation should be sealed.
  • the cable lug 28 has the following characteristics. It includes a gas-tight cable connection sleeve for improved corrosion protection for aluminum cables. In its manufacture, a reduced material use of the copper material is possible. This leads to a cost and weight optimized geometry. The geometry of the cable lug 28 is designed for ultrasonic welding. Furthermore, it consists of one piece.
  • the invention has the following advantages.
  • the cable connection sleeve is gastight in the front area.
  • the cable lug 28 is reduced to the necessary material.
  • the cable lug 28 consists of a part.
  • the cable lug 28 is produced in a few simple steps.
  • the cable lug 28 is optimized for ultrasonic welding, in particular when using aluminum cables.
  • the welding knot should be sealed with simple means.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Connections Effected By Soldering, Adhesion, Or Permanent Deformation (AREA)
  • Processing Of Terminals (AREA)

Abstract

Bei einem Verfahren (10) zum Herstellen eines Kabelschuhs (28) wird ein aus einem einzigen Material bestehendes, vollzylindrisches Werkstück (12) bereitgestellt. Das vollzylindrische Werkstück (12) wird durch Fließpressen zwischenbearbeitet, so dass ein zwischenbearbeitetes Werkstück (18) erzeugt wird. Das zwischenbearbeitete Werkstück (18) weist einen Aufnahmebereich (20) zum Aufnehmen eines Endes eines Kabels (40) und einen Endbereich (22) zum Erzeugen eines endseitigen Kontaktbereichs (28) auf. Das zwischenbearbeitete Werkstück (18) wird durch ein Prägen endbearbeitet, so dass ein endbearbeitetes Werkstück (26), das den Kabelschuh (28) bildet, erzeugt wird. Das endbearbeitete Werkstück (26) weist den Aufnahmebereich (20) und den aus dem Endbereich (22) erzeugten endseitigen Kontaktbereich (30) auf.

Description

Verfahren zum Herstellen eines Kabelschuhs und Kabelschuh zum elektrischen Verbinden eines Kabels mit einem stromführenden Element
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Kabelschuhs und einen Kabelschuh zum elektrischen Verbinden eines Kabels mit einem stromführenden Element.
Herkömmliche Rohrkabelschuhe sind meist an der Verschraubungsseite flachgepresste Rohre. Die resultierende Kabelanschlusshülse muss typischerweise stirnseitig vorne abgedichtet werden. Die Abdichtung ist jedoch ein fehleranfälliger Prozessschritt, sodass eine hundertprozentige Prüfung der Gasdichtigkeit erforderlich ist. Ferner haben herkömmliche Rohrkabelschuhe den Nachteil, dass sie nur bedingt gasdicht sind bzw. weitere Prozessschritte erforderlich sind, um ihre Dichtigkeit zu gewährleisten.
Es sind Zweikomponenten-Kabelschuhe bekannt, die typischerweise eine Kabelanschlusshülse aus Aluminium mit einem via Reibschweißen verbundenen Kupferkontaktelement umfassen. Diese bekannten Zweikomponenten-Kabelschuhe sind jedoch durch einen relativ komplizierten Aufbau gekennzeichnet. Ferner sind Flachkabelschuhe aus Kupfer oder Messing mit und ohne Iso-Crimp bekannt. Bei den bekannten Flachkabelschuhen wird der Ultraschallschweißknoten typischerweise mittels Verguss oder Umspritzung geschützt. Dies ist jedoch relativ kompliziert und aufwendig.
Verschiedene Typen von Kabelschuhen sind beispielsweise aus den Dokumenten DE 10 2006 010 622 B3 und EP 2 621 021 AI bekannt.
Bei dem aus dem Dokument DE 10 2006 010 622 B3 bekannten Kabelschuh erfolgt eine vollständige Ausfüllung des Hülsenhohlraumes mit einer elektrisch leitfähigen Verbindungsschicht. Dies ist jedoch dahingehend nachteilhaft, dass ein zusätzlicher Prozessschritt zur Abdichtung der Kabelanschlusshülse erforderlich ist.
Eine aus dem Dokument EP 2 621 021 AI bekannte Ausführungsform eines Kabelschuhs wird einstückig aus einem CUPAL-Rohr hergestellt. Beim Endbearbeiten wird dieses Rohr in einem Endbereich derart bearbeitet, dass auf der Innenseite die Aluminiumschicht entfernt wird, insbesondere durch Ausdrehen. Ferner wird beim Endbearbeiten der gegenüberliegende Endbereich an der Außenseite so bearbeitet, dass die Kupferschicht des Rohres entfernt wird, insbesondere durch Abdrehen. Die aus dem Dokument EP 2 621 021 AI bekannte Ausführungsform des Kabelschuhs hat somit den Nachteil, dass dessen Herstellung relativ kompliziert und aufwendig ist.
Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, einen Kabelschuh anzugeben, der einfach herzustellen ist und einen einfachen und zuverlässigen Aufbau hat. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einen Kabelschuh mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 wird eine einfache Herstellung eines Kabelschuhs und ein einfacher und zuverlässiger Aufbau des Kabelschuhs erreicht. Hierzu wird ein aus einem einzigen Material bestehendes, vollzylindrisches Werkstück bereitgestellt. Das vollzylindrische Werkstück wird durch Fließpressen zwischenbearbeitet, so dass ein zwischenbearbeitetes Werkstück erzeugt wird. Das zwischenbearbeitete Werkstück weist einen Aufnahmebereich zum Aufnehmen eines Endes eines Kabels und einen Endbereich zum Erzeugen eines endseitigen Kontaktbereichs auf. Das zwischenbearbeitete Werkstück wird durch ein Prägen endbearbeitet, so dass ein endbearbeitetes Werkstück, das den Kabelschuh bildet, erzeugt wird. Das endbearbeitete Werkstück weist den Aufnahmebereich und den aus dem Endbereich erzeugten endseitigen Kontaktbereich auf. Vorzugsweise umfasst das Endbearbeiten nur ein Prägen und/oder ein Lochstanzen im Endbereich. Dadurch kann eine einfache Herstellung eines Kabelschuhs und ein einfacher und zuverlässiger Aufbau des Kabelschuhs erreicht werden, bei der das Endbearbeiten insbesondere kein Entfernen von Material des Werkstücks im Aufnahmebereich oder im Endbereich umfasst.
Vorzugsweise erfolgt das Zwischenbearbeiten mit Hilfe einer Kombination aus einem Vorwärtsfließpressen und einem Rückwärtsfließpressen. Somit kann ein optimaler Materialfluss zur Erzeugung des zwischenbearbeiteten Werkstücks erreicht werden.
Es ist vorteilhaft, wenn das Zwischenbearbeiten mit Hilfe eines ersten Werkzeugs, insbesondere einer Presse, und das Endbearbeiten mit Hilfe eines zweiten Werk- zeugs, insbesondere einer weiteren Presse, erfolgt. Somit sind für die Herstellung des Kabelschuhs lediglich zwei typische Werkzeuge ausreichend.
Vorzugsweise besteht das vollzylindrische Werkstück aus einenn homogenen Material, insbesondere Kupfer.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Kabelschuh zum elektrischen Verbinden eines Kabels mit einem stromführenden Element. Der Kabelschuh umfasst einen einstückig ausgebildeten Kabelschuhkörper aus einem homogenen Material, der einen Aufnahmebereich zum Aufnehmen eines Endes des Kabels und einen endseitigen Kontaktbereich zum elektrisch leitfähigen Kontaktieren des stromführenden Elements aufweist. Der Aufnahmebereich weist eine rohrförmige Aufnahme für das Ende des Kabels auf, die an ihrer Endseite fluiddicht, insbesondere vollständig gasdicht, geschlossen ist. Dadurch kann eine zum endseitigen Kontaktbereich hin vollständig abgedichtete Kabelanschlusshülse bereitgestellt werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, die die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den beigefügten Figuren näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines
Kabelschuhs;
Figur 2 eine dreidimensionale Ansicht eines vollzylindrischen
Werkstücks zur Verwendung in dem Verfahren nach Figur
1; eine Querschnittsansicht eines ersten Werkzeugs in einenn ersten Betriebszustand zur Veranschaulichung des Zwi- schenbearbeitens in einenn Schritt des Verfahrens nach Figur 1; eine Querschnittsansicht des ersten Werkzeugs nach Figur 3A in einem zweiten Betriebszustand; eine Querschnittsansicht eines zwischenbearbeiteten Werkstücks, das mit Hilfe des ersten Werkzeugs nach Figur 3A erzeugt wurde; eine dreidimensionale Ansicht des zwischenbearbeiteten Werkstücks nach Figur 4A; eine Querschnittsansicht eines zweiten Werkzeugs in einem ersten Betriebszustand zur Veranschaulichung des Endbearbeitens in einem Schritt des Verfahrens nach Figur 1; eine Querschnittsansicht des zweiten Werkzeugs nach Figur 5A in einem zweiten Betriebszustand; eine Querschnittsansicht eines endbearbeiteten Werkstücks, das mit Hilfe des zweiten Werkzeugs nach Figur 5A erzeugt wurde; Figur 6B eine dreidimensionale Ansicht des endbearbeiteten Werkstücks nach Figur 6A;
Figur 7A eine Querschnittsansicht eines Kabelschuhs mit einem
Aufnahmebereich zum Aufnehmen eines Ende eines Aluminiumkabels; und
Figur 7B eine perspektivische Querschnittsansicht des Kabelschuhs nach Figur 7A.
Figur 1 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 10 zum Herstellen eines Kabelschuhs. Das Verfahren 10 umfasst insbesondere die folgenden Schritte. In einem Schritt S10 wird ein aus einem einzigen Material bestehendes, vollzylindrisches Werkstück bereitgestellt. In einem Schritt S12 wird das vollzylindrische Werkstück durch Fließpressen zwischenbearbeitet, so dass ein zwischenbearbeitetes Werkstück erzeugt wird. Dabei weist das zwischenbearbeitete Werkstück einen Aufnahmebereich zum Aufnehmen eines Endes eines Kabels und einen Endbereich zum Erzeugen eines endseitigen Kontaktbereichs auf. In einem Schritt S14 wird das zwischenbearbeitete Werkstück durch ein Prägen endbearbeitet, so dass ein endbearbeitetes Werkstück, das den Kabelschuh bildet, erzeugt wird. Dabei weist das endbearbeitete Werkstück den Aufnahmebereich und den aus dem Endbereich erzeugten endseitigen Kontaktbereich auf. Vorzugsweise umfasst das Endbearbeiten nur ein Prägen und/oder ein Lochstanzen im Endbereich. Nähere Einzelheiten des Verfahrens 10 werden im Folgenden anhand der Figuren 2 bis 6 näher erläutert.
Figur 2 zeigt eine dreidimensionale Ansicht eines vollzylindrischen Werkstücks 12 zur Verwendung in dem Verfahren 10 nach Figur 1. Das vollzylindrische Werkstück 12 wird in dem Schritt S10 bereitgestellt. In Figur 2 ist die Mittelachse Rl des vollzylindrischen Werkstücks 12 gezeigt. Das vollzylindrische Werkstück 12 besteht aus einem homogenen Material, insbesondere Kupfer.
Figur 3A zeigt eine Querschnittsansicht eines ersten Werkzeugs 14 in einem ersten Betriebszustand zur Veranschaulichung des Zwischenbearbeitens in dem Schritt S12 des Verfahrens 10 nach Figur 1. Figur 3B zeigt eine Querschnittsansicht des ersten Werkzeugs 14 nach Figur 3A in einem zweiten Betriebszustand. Das erste Werkzeug 14 ist insbesondere eine Presse, die einen Stempel 16 aufweist. Im ersten Betriebszustand befindet sich der Stempel 16 in der in Figur 3A gezeigten ersten Position. Im zweiten Betriebszustand befindet sich der Stempel 16 in der in Figur 3B gezeigten zweiten Position. In dem Schritt S12 wird das auch als Rohling bezeichnete, vollzylindrische Werkstück 12 in das erste Werkzeug 14 eingelegt. Mit Hilfe des ersten Werkzeugs 14 wird der Schritt S12 durchgeführt. Der Schritt S12 umfasst insbesondere ein Fließpressen. Dabei drückt der Stempel 16 das beispielhafte Kupfermaterial des vollzylindrischen Werkstücks 12 mit sehr hohem Druck in eine Form. Diese Form wird durch den Innenbereich des ersten Werkzeugs 14 gebildet. Die Druckrichtung ist in Figur 3A durch den Pfeil PI angedeutet. In Figur 3B ist der resultierende Materialfluss gezeigt. Dieser Materialfluss entspricht einer Kombination aus einem Vorwärtsfließpressen und einem Rückwärtsfließpressen. Der durch das Vorwärtsfließpressen erzeugte teilweise Materialfluss ist in Figur 3B durch den Pfeil P2 angedeutet. Der durch das Rückwärtsfließpressen erzeugte teilweise Materialfluss ist in Figur 3B durch den Pfeil P3 angedeutet. Dabei fließt das Kupfermaterial zum Teil rückwärts, d.h. in die durch den Pfeil P3 angedeutete Richtung, und um den in die zweite Position gebrachten Stempel 16 herum.
Dadurch wird das auch als Halbling bezeichnete, zwischenbearbeitete Werkstück 18 erzeugt. Figur 4A zeigt eine Querschnittsansicht des zwischenbearbeiteten Werkstücks 18, das mit Hilfe des ersten Werkzeugs 14 nach Figur 3A erzeugt wurde. Figur 4B zeigt eine dreidimensionale Ansicht des zwischenbearbeiteten Werkstücks 18 nach Figur 4A. Das zwischenbearbeitete Werkstück 18 umfasst den Aufnahmebereich 20 zum Aufnehmen eines Endes eines Kabels und den Endbereich 22 zum Erzeugen eines endseitigen Kontaktbereichs. Der Aufnahmebereich 20 umfasst eine rohrförmige Aufnahme 36 für das Ende des Kabels. Die Mittelachse R2 dieser rohrförmigen Aufnahme 36 ist in Figur 4A gezeigt. Das zwischenbearbeitete Werkstück 18 nach Figur 4A wird anschließend endbearbeitet.
Figur 5A zeigt eine Querschnittsansicht eines zweiten Werkzeugs 24 in einem ersten Betriebszustand zur Veranschaulichung des Endbearbeitens in dem Schritt S14 des Verfahrens 10 nach Figur 1. Figur 5B zeigt eine Querschnittsansicht des zweiten Werkzeugs 24 nach Figur 5A in einem zweiten Betriebszustand. Das zweite Werkzeug 24 ist insbesondere eine weitere Presse. Im ersten Betriebszustand befindet sich der obere Teil des zweiten Werkzeugs 24 in der in Figur 5A gezeigten ersten Position. Im zweiten Betriebszustand befindet sich der obere Teil des zweiten Werkzeugs 24 in der in Figur 5B gezeigten zweiten Position. Das zwischenbearbeitete Werkstück 18 wird in das zweite Werkzeug 24 eingelegt. Mit Hilfe des zweiten Werkzeugs 24 wird der Schritt S14 durchgeführt. Dabei wird aus dem vorderen, massiven Teil des zwischenbearbeiteten Werkstücks 18 (Endbereich 22) der endseitige Kontaktbereich geprägt. Optional kann gleichzeitig auch ein Lochstanzen im Endbereich 22 erfolgen. Die beim Prägen ausgeübte Druckkraft ist in Figur 5A durch den Pfeil P4 angedeutet. Durch das Prägen bzw. Lochstanzen wird das endbearbeitete Werkstück erzeugt.
Figur 6A zeigt eine Querschnittsansicht eines endbearbeiteten Werkstücks 26, das mit Hilfe des zweiten Werkzeugs 24 nach Figur 5A erzeugt wurde. Figur 6B zeigt eine dreidimensionale Ansicht des endbearbeiteten Werkstücks 26 nach Figur 6A. Das endbearbeitete Werkstück 26 dient als ein Kabelschuh 28. Dieser Kabelschuh 28 ist in Figur 6A und 6B gezeigt.
Der Kabelschuh 28 umfasst den einstückig ausgebildeten Kabelschuhkörper 26 aus dem homogenen Material, insbesondere Kupfer. Der Kabelschuhkörper 26 umfasst den Aufnahmebereich 20 mit der rohrförmigen Aufnahme 36 und den endseitigen Kontaktbereich 30 zum elektrisch leitfähigen Kontaktieren eines stromführenden Elements. Wie in Figur 6A gezeigt, ist die rohrförmige Aufnahme 36 an ihrer Endseite 38 fluiddicht, insbesondere vollständig gasdicht, geschlossen. Ferner ist in Figur 6A gezeigt, dass der Innenbereich 37 der rohrförmigen Aufnahme 36 und der endseitige Kontaktbereich 30 fluidisch voneinander getrennt sind. Dadurch wird ein Gas- und/oder Flüssigkeitsfluss vom endseitigen Kontaktbereich 30 zum Innenbereich 37 der rohrförmigen Aufnahme 36 verhindert.
Mit Hilfe des Kabelschuhs 28 kann insbesondere eine elektrische Verbindung eines Aluminiumkabels mit dem stromführenden Element hergestellt werden. Beim Herstellen der elektrischen Verbindung wird das Ende des Aluminiumkabels von der rohrförmigen Aufnahme 36 aufgenommen. Hierzu ist die rohrförmige Aufnahme 36 derart ausgebildet, dass das Ende des Aluminiumkabels in dieselbe einführbar ist. Ferner ist der Kabelschuh 28 derart ausgebildet, dass das eingeführte Ende des Aluminiumkabels mit der Innenseite 39 der rohrförmigen Aufnahme 36 durch Ultraschallschweißen elektrisch verbindbar ist.
Wie in Figur 6A und 6B gezeigt, hat der endseitige Kontaktbereich 30 einen flächigen Kontaktabschnitt 32 mit einem ausgestanzten Loch 34. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn im dem Schritt S14 auch ein Lochstanzen stattgefunden hat. Der endseitige Kontaktbereich 30 dient als Befestigungsbereich zum Befestigen des Kabelschuhs 28 an dem stromführenden Element. Hierzu dient das ausgestanzte Loch 34 zur Aufnahme eines Befestigungsmittels, wie beispielsweise einer Schraube. In Figur 6A ist die Mittelachse R3 des ausgestanzten Loches gezeigt.
Die in Figur 6A gezeigte endseitig geschlossene rohrförmige Aufnahme 36 bildet eine Kabelanschlusshülse für das Ende des Aluminiumkabels. Insbesondere ist das Ende des Aluminiumkabels dessen abisolierter Abschnitt, der nur die Aluminiumleitung umfasst. Die Innenkontur der Kabelanschlusshülse wird durch den beim Fließpressen verwendeten Stempel 16 des ersten Werkzeugs 14 gebildet (siehe Figur 3A und 3B).
Bezug nehmend auf Figur 3A und 3B wird die an der Endseite geschlossene und gasdichte Kabelanschlusshülse in dem Schritt S12 durch Fließpressen erzeugt. Der in Figur 6A gezeigte endseitige Kontaktbereich 30 mit dem flächigen Kontaktabschnitt 32 wird in dem Schritt S14 durch das Prägen erzeugt (siehe Figur 5A und 5B).
Figur 7A und 7B zeigen Querschnittsansichten des Kabelschuhs 28 mit dem Aufnahmebereich 20, in dem das Ende des Aluminiumkabels 40 aufgenommen ist. Das Aluminiumkabel 40 umfasst die von der Isolierung 42 umgebene Aluminiumleitung 44. Wie in Figur 7A und 7B gezeigt, ist ein Schrumpfschlauch 46 vorgesehen, der den Aufnahmebereich 20 des Kabelschuhs 28 und das Ende der Isolierung 42 des Aluminiumkabels 40 überdeckt. Dadurch kann der Übergangsbereich zwischen dem Aufnahmebereich 20 des Kabelschuhs 28 und dem Ende der Isolierung 42 des Aluminiumkabels 40 fluidisch abgedichtet werden. Hierzu wird beispielsweise ein Innenkleber zwischen den Schrumpfschlauch 46 und den Aufnahmebereich 20 des Kabelschuhs 28 und zwischen den Schrumpfschlauch 46 und das Ende der Isolierung 42 des Aluminiumkabels 40 eingebracht. Der Innenkleber kann auch weggelassen werden.
Der in Fig. 7A und 7B gezeigte Kabelschuh 28 umfasst zwei gebildete Vertiefungen 48 im Aufnahmebereich 20, die durch ein geeignetes Füge- bzw. Verbindungsverfahren, wie beispielsweise Crimpen oder Ultraschallschweißen, entstehen.
Die Erfindung schafft einen Kabelschuh 28, welcher zur elektrischen Verbindung von Leitungen, insbesondere Aluminiumleitungen, in herkömmlichen Geräten, Anlagen oder in Automobilen, wie beispielsweise Pkw, Nutzfahrzeuge oder Baumaschinen, oder in Schienenfahrzeugen dient.
Das Grundmaterial des erfindungsgemäßen Kabelschuhs 28 ist Kupfer. Die Geometrie des Kabelschuhs 28 kann auf den jeweiligen Anwendungszweck optimiert werden, um z.B. den speziellen Anforderungen bei der Verwendung von Aluminiumleitungen gerecht zu werden.
Der Kabelschuh 28 eignet sich insbesondere zur Fügung von Leitungen durch Ultra- schallschweißung. Er ist dafür dimensioniert und geometrisch abgestimmt. Neben dem Ultraschallschweißverfahren sind auch andere klassische Fügetechniken zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen einer Leitung und dem Kabelschuh 28 möglich.
Der Leitungsquerschnitt des Kabelschuhs 28 kann genau auf die Stromtragfähigkeit des jeweiligen Leitungsquerschnittes ausgelegt werden.
Der Kabelschuh 28 eignet sich zudem insbesondere nach einer Anpassung des Leitungsquerschnittes für die Kontaktierung an Aluminiumleitungen via Ultraschall- schweißung, da der Kabelschuh 28 durch das spezielle Fertigungsverfahren 10 von der Anschraubseite (d.h. dem endseitigen Kontaktbereich 32) her absolut gasdicht ist.
Die Erfindung ermöglicht die Bereitstellung einer gasdichten Kabelanschlusshülse zur Isolierung des Schweißknotens gegenüber Feuchtigkeit und anderen Reaktionspartnern von Aluminium. Es sollte nur noch der Übergang zwischen dem Kabelschuh 28 und der Leiterisolierung abgedichtet werden.
Der Kabelschuh 28 besitzt die folgenden Eigenschaften. Er umfasst eine gasdichte Kabelanschlusshülse für einen verbesserten Korrosionsschutz für Aluminiumleitungen. Bei seiner Herstellung ist ein reduzierter Materialeinsatz des Kupfermaterials möglich. Dies führt zu einer kosten- und gewichtsoptimierten Geometrie. Die Geometrie des Kabelschuhs 28 ist auf Ultraschallschweißung ausgelegt. Ferner besteht er aus einem Stück.
Die Erfindung hat die folgenden Vorteile. Die Kabelanschlusshülse ist im vorderen Bereich gasdicht. Der Kabelschuh 28 ist auf das nötige Material reduziert. Der Kabelschuh 28 besteht aus einem Teil. Der Kabelschuh 28 ist in wenigen einfachen Arbeitsschritten herzustellen. Der Kabelschuh 28 ist für die Ultraschallschweißung optimiert, insbesondere beim Einsatz von Aluminiumleitungen. Der Schweißknoten ist mit einfachen Mitteln abzudichten.
Bezugszeichenliste
10 Verfahren
12 vollzylindrisches Werkstück
14, 24 Werkzeug
16 Stempel
18 zwischenbearbeitetes Werkstück
20 Aufnahmebereich
22 Endbereich
26 endbearbeitetes Werkstück
28 Kabelschuh
30 Kontaktbereich
32 Kontaktabschnitt
34 Loch
36 rohrförmige Aufnahme
37 Innenbereich
38 Endseite
39 Innenseite
Rl bis R3 Mittelachse
PI bis P4 Richtung
S10 bis S14 Schritt des Verfahrens
40 Kabel
42 Isolierung
44 Leitung
46 Schrumpfschlauch
48 Vertiefung

Claims

Ansprüche
Verfahren (10) zum Herstellen eines Kabelschuhs (28), bei dem ein aus einem einzigen Material bestehendes, vollzylindrisches Werkstück (12) bereitgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das vollzylindrische Werkstück (12) durch Fließpressen zwischenbearbeitet wird, so dass ein zwischenbearbeitetes Werkstück (18) erzeugt wird, wobei das zwischenbearbeitete Werkstück (18) einen Aufnahmebereich (20) zum Aufnehmen eines Endes eines Kabels (40) und einen Endbereich (22) zum Erzeugen eines endseitigen Kontaktbereichs (28) aufweist, und dass das zwischenbearbeitete Werkstück (18) durch ein Prägen endbearbeitet wird, so dass ein endbearbeitetes Werkstück (26), das den Kabelschuh (28) bildet, erzeugt wird, wobei das endbearbeitete Werkstück (26) den Aufnahmebereich (20) und den aus dem Endbereich (22) erzeugten endseitigen Kontaktbereich (30) aufweist.
Verfahren (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Endbearbeiten nur ein Prägen und/oder ein Lochstanzen im Endbereich (22) umfasst.
Verfahren (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenbearbeiten mit Hilfe einer Kombination aus einem Vorwärtsfließpressen und einem Rückwärtsfließpressen erfolgt.
4. Verfahren (10) nach einenn der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenbearbeiten mit Hilfe eines ersten Werkzeugs (14) und das Endbearbeiten mit Hilfe eines zweiten Werkzeugs (24) erfolgt.
5. Verfahren (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das vollzylindrische Werkstück (12) aus einem homogenen Material besteht.
6. Verfahren (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das homogene Material Kupfer ist.
7. Kabelschuh (28) zum elektrischen Verbinden eines Kabels (40) mit einem stromführenden Element, mit einem einstückig ausgebildeten Kabelschuhkörper (26) aus einem homogenen Material, der einen Aufnahmebereich (20) zum Aufnehmen eines Endes des Kabels (40) und einen endseitigen Kontaktbereich (30) zum elektrisch leitfähigen Kontaktieren des stromführenden Elements aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmebereich (20) eine rohrförmige Aufnahme (36) für das Ende des Kabels (40) aufweist, die an ihrer Endseite (38) fluiddicht geschlossen ist.
8. Kabelschuh (28) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die rohrförmige Aufnahme (36) an ihrer Endseite (38) vollständig gasdicht geschlossen ist.
9. Kabelschuh (28) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenbereich (37) der rohrförmigen Aufnahnne (36) und der endseitige Kontaktbereich (30) fluidisch voneinander getrennt sind.
10. Kabelschuh (28) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die rohrförmige Aufnahme (36) derart ausgebildet ist, dass das Ende des Kabels (40) in dieselbe einführbar ist, und dass das eingeführte Ende des Kabels (40) mit der Innenseite (39) der rohrförmigen Aufnahme (37) durch Ultraschallschweißen elektrisch verbindbar ist.
11. Kabelschuh (28) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der endseitige Kontaktbereich (30) einen flächigen Kontaktabschnitt (32) mit einem ausgestanzten Loch (34) aufweist.
12. Kabelschuh (28) nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Kabelschuhkörper (26) aus Kupfer besteht.
13. Kabelschuh (28) nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die rohrförmige Aufnahme (36) dazu ausgebildet ist, das Ende eines Aluminiumkabels aufzunehmen.
14. Kabelschuh (28) nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der endseitige Kontaktbereich (30) als Befestigungsbereich zum Befestigen des Kabelschuhs (28) an dem stromführenden Element ausgebildet ist.
15. Kabelschuh (28) nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Kabelschuh (28) einen Schrumpfschlauch (46) aufweist, der da- zu ausgebildet ist, einen Übergangsbereich zwischen dem Aufnahnnebereich (20) des Kabelschuhs (28) und dem Ende einer Isolierung (42) des Kabels (40) fluidisch abzudichten.
Kabelschuh (28) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen dem Schrumpfschlauch (46) und dem Aufnahmebereich (20) des Kabelschuhs (28) und zwischen dem Schrumpfschlauch (46) und dem Ende der Isolierung (42) des Kabels (40) ein Innenkleber befindet.
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