EP3750214A1 - Verfahren zum verbinden wenigstens eines elektrischen kontaktelements mit einem flachleiter für ein bordnetz eines kraftfahrzeugs - Google Patents

Verfahren zum verbinden wenigstens eines elektrischen kontaktelements mit einem flachleiter für ein bordnetz eines kraftfahrzeugs

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EP3750214A1
EP3750214A1 EP18705358.2A EP18705358A EP3750214A1 EP 3750214 A1 EP3750214 A1 EP 3750214A1 EP 18705358 A EP18705358 A EP 18705358A EP 3750214 A1 EP3750214 A1 EP 3750214A1
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EP
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contact element
electrical contact
flat conductor
stainless steel
produced
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Wolfgang Wimmer
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Lisa Draexlmaier GmbH
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Lisa Draexlmaier GmbH
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    • H01R43/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining, or repairing of line connectors or current collectors or for joining electric conductors for soldered or welded connections
    • H—ELECTRICITY
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    • H01R12/50—Fixed connections
    • H01R12/59—Fixed connections for flexible printed circuits, flat or ribbon cables or like structures
    • H01R12/65—Fixed connections for flexible printed circuits, flat or ribbon cables or like structures characterised by the terminal
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    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a method for connecting at least one
  • flat conductors preferably made of aluminum
  • the installation space and the conductor weight can be greatly reduced in on-board networks of motor vehicles.
  • Such flat conductors serve as power distributors or busbars and are laid, for example, along a floor group contour from a rear area to an engine compartment.
  • On such flat conductors usually different conductors must be contacted electrically conductive.
  • stainless steel bolts are welded to such flat conductor.
  • cable lugs can be slipped over and screwed onto the stainless steel bolts.
  • a disadvantage for example, affect a result of the stainless steel bolts height. In addition, this can only result in a defined departure direction.
  • the at least one electrical contact element comprises a contact region for contacting a further contact element and is produced at least from a stainless steel sheet with a curvature. The curvature dominates the rest of the stainless steel sheet.
  • the electrical contact element is arranged with its curvature on the flat conductor. Thereafter, a friction welding is carried out by the arranged on the flat conductor curvature of the electrical contact element by means of a Reibsch spawerkmaschineschwmaschinemaschinemaschinemaschinemaschineschwips offset in relative movement to the flat conductor and thereby a welded connection between the flat conductor and the contact element is produced.
  • the flat conductor preferably serves as a power distributor or as a busbar and is preferably made of aluminum.
  • the friction welding can be done for example by ultrasonic friction welding by a sonotrode, which is part of the
  • Reibsch bulkwerkmaschinezeugs is pressed in the region of the curvature of the electrical contact element on this with a certain pressure or with a certain force.
  • a high-frequency, oscillating movement is exerted on the electrical contact element by means of the sonotrode, as a result of which said relative movement between the curvature of the stainless steel sheet and the flat conductor results.
  • the curvature in the stainless steel sheet can for example be formed by producing a bead, which then forms on the back of the stainless steel sheet in the form of curvature. It is essential that the curvature dominates the remaining stainless steel sheet, so that during the friction welding process only the curvature of the
  • Stainless steel sheet is in contact with the flat conductor. Due to the distance that extends through the Warp in terms of the remaining stainless steel sheet results in the flat conductor, the welding process can be carried out very easily and reliably.
  • the inventive method can be particularly cost-effective, since it is a very simple
  • the stainless steel sheet has no unfavorable setting and flow behavior, so that a permanently stable welded joint between the flat conductor and the at least one electrical contact element can be ensured.
  • An advantageous embodiment of the invention provides that the curvature is produced with an at least substantially circular base, which for
  • Making the welded joint is offset by means of the friction welding tool in a rotating relative movement to the flat conductor.
  • torsional friction welding is preferably carried out.
  • the curvature can, for example, in minimal
  • An alternative advantageous embodiment of the invention provides that the curvature is produced with an elongated base surface, which is set to produce the welded joint by means of the friction welding tool in a translational relative movement to the flat conductor.
  • the elongated base area is preferably produced in such a way that it is at least substantially orthogonal to the longitudinal extent of the electrical Contact element runs. As a result, the entire electrical contact element can be made particularly compact.
  • At least one force application area for the positive engagement of the friction welding tool is produced on the electrical contact element.
  • at least one slot-shaped passage opening belonging to the force application area can be produced on the electrical contact element.
  • the curvature is made with the circular base, it may be provided, for example, that the curvature is formed by a conical depression, in which case distributed over the circumference, for example, several of these slot-shaped through holes can be made.
  • a particularly favorable force application region is formed, in which the friction welding tool can intervene for the expression of the relative movement.
  • at least one elevation belonging to the force application region it is also possible for at least one elevation belonging to the force application region to be produced on the electrical contact element.
  • a particular area may be partially punched out and then bent so that said elevation is made.
  • the electrical contact element is bent upwards, for example, in edge areas, in order to thus provide a particularly good force application area.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that the electrical contact element is made exclusively from the stainless steel sheet. Since the electrical contact element is formed in one piece or in one piece in the case, this can be produced particularly cost-effective in large quantities.
  • Copper sheet is produced, which are cohesively or positively connected with each other.
  • the advantage of this embodiment is that the electrical contact element on the one hand due to the stainless steel sheet particularly good mechanical properties and on the other hand, due to the copper sheet having particularly good electrically conductive properties.
  • the stainless steel sheet and the copper sheet can be connected to each other, for example by Toxen, welding and / or embossing.
  • the copper sheet is made thicker than the stainless steel sheet.
  • the layer thickness of the stainless steel sheet depending on the variant can be kept either thin or small compared to the copper sheet due to the lower conductivity.
  • the stainless steel sheet serves as an intermediate layer between the copper sheet and the flat conductor, so that electrochemical corrosion can be prevented.
  • galvanic galvanic
  • Coatings are dispensed with.
  • Overlapping area is connected. For example, it is possible to do that first
  • Overlap area is connected to the stainless steel sheet. But it is also possible to first connect the stainless steel sheet with the copper sheet and then the
  • Friction welding process are arranged one above the other and connected to each other. This can be done for example by plating.
  • a current can flow through the copper sheet and only the current in the region of the weld produced a very short distance through the stainless steel sheet, but then with very large cross-sectional area, must flow through to get to the flat conductor.
  • Figure 1 is a perspective view of a flat conductor for an electrical system of a motor vehicle, wherein a first embodiment of an electrical contact element has been connected by friction welding to the flat conductor and a bolt has been inserted through an opening of the electrical contact element.
  • Fig. 2 is a perspective view of the first embodiment of the electrical
  • Fig. 3 is a perspective view of a second embodiment of the electrical
  • Fig. 4 is a perspective view of a third embodiment of the electrical
  • Fig. 5 is a perspective view of a fourth embodiment of the electrical
  • a contact element which in a central region of serving as a force application point for a Reibsch dowerkmaschinemaschinemaschinemaschine survey has;
  • Fig. 6 is a perspective view of a fifth embodiment of the electrical
  • FIG. 7 is a perspective view of a sixth embodiment of the electrical
  • Fig. 8 is a perspective view of a seventh embodiment of the electrical
  • Fig. 9 is a perspective view showing the seventh embodiment of the electrical contact element even before it has been welded to the lead.
  • a flat conductor 1 for a vehicle electrical system of a motor vehicle is shown in a perspective view in FIG. 1.
  • An insulation 2 surrounding the flat conductor 1 has been cut out in one area.
  • an electrical contact element 3 has been connected to the partially stripped flat conductor 1 by a friction welding.
  • a bolt 5 has been inserted therethrough.
  • a cable lug can be slipped, which is then pressed by a screw on a contact area 6.
  • the cable lug has received, for example, a cable or a cable before screwing, which is then electrically connected by means of the electrical contact element 3 to the flat conductor 1.
  • a plurality of such electrical contact elements 3 are connected by friction welding at different positions with the flat conductor 1.
  • FIG. 2 shows the same embodiment of the electrical contact element 3 as in FIG. 1 in a perspective view.
  • This embodiment of the electrical contact element 3 is exclusively and completely made of a stainless steel sheet S.
  • the stainless steel sheet S has a curvature 7, which according to the present illustration the underside of the electrical contact element 3 has been produced. This curvature towers over 7 according to the present illustration, down the rest of the
  • the curvature 7 was produced in the form of a circular base. Opposite of the curvature 7, the electrical contact element 3 has a corresponding conical recess 8 with a circular base. For producing the welded connection between the electrical contact element 3 and the flat conductor 1, the electrical contact element 3 with its curvature 7 is arranged on the flat conductor 1. Subsequently, a friction welding process is performed by the am
  • the curvature 7 for producing the welded connection is set into a rotating relative movement to the flat conductor 1 by means of the friction welding tool.
  • a sonotrode can act on the electrical contact element 3 and set the curvature 7 in rotational ultrasonic oscillations, as a result of which the friction welding process is carried out.
  • the resulting friction causes heating and plasticization of the electrical contact element 3 in the region of the curvature 7 and at the corresponding position of the flat conductor 1.
  • a second embodiment of the electrical contact element 3 is shown in a perspective view.
  • the embodiment shown here differs from the embodiment of the electrical contact element 3 shown in FIG. 2 only in that a plurality of slot-shaped passage openings 9 have been produced in the region of the recess 8, which serve as a force application area for a correspondingly designed
  • said friction welding tool can engage positively and thereby during the
  • a third embodiment of the electrical contact element 3 is shown in a perspective view.
  • the embodiment shown here differs from the embodiment shown in FIG. 3 only in that, as force application regions, respective elevations 10 have been formed or reshaped on the electrical contact element 3. At respective longitudinal edges of the electrical contact element 3, the elevations 10 were formed, so that at the elevations 10 said
  • Reibsch spallier theory can attack to offset the electrical contact element 3 in said relative movement during the friction welding operation. In this case, it is possible to ensure that the friction-welding tool acting on the elevations 10 does not touch the flat conductor 1 during the friction-welding operation.
  • FIG. 5 shows a perspective view of a fourth embodiment of the electrical contact element 3, wherein this embodiment differs from the embodiment shown in FIG. 4 in that an elevation 11 has been produced in a middle region of the electrical contact element 3 as a force application region ,
  • This elevation 11 can be produced, for example, first by a punching process and then by bending up the partially punched-out area.
  • the elevation 1 1 exactly in the opposite direction as the curvature not visible here 7, so that the Reibsch spawerkmaschinemaschinemaschine can easily attack on the electrical contact element 3, without touching the flat conductor 1 during the Reibsch dervorgangs.
  • FIG. 6 shows a fifth embodiment of the electrical contact element 3 in a perspective view.
  • the electrical contact element 3 in the form of a sheet metal composite of the stainless steel sheet S and a copper sheet K was prepared, which have been materially or positively connected with each other.
  • the stainless steel sheet S was outside of the buckle 7 with the copper sheet K in one
  • Overlap area 12 connected.
  • the stainless steel sheet S and the copper sheet K can be connected to each other, for example, by toxins, welding or embossing.
  • the connection of the two sheets S, K can be done either before the friction welding or after the friction welding.
  • FIG. 7 shows a sixth embodiment of the electrical contact element 3 in a perspective view.
  • Contact element 3 is again a sheet metal composite of a
  • the copper sheet K was placed on the side facing away from the buckle 7 on the stainless steel sheet S.
  • the copper sheet K extends very close to the region of the curvature 7, not recognizable here, whereby a particularly good conductivity can be achieved.
  • an eighth embodiment of the electrical contact element 3 is shown in a perspective view, this in turn in the form of a sheet metal composite of a copper sheet K and a unspecified stainless steel sheet S has been prepared.
  • the contact element 3 is made only of stainless steel. The one shown here
  • Embodiment of the electrical contact element 3 differs from all previous embodiments in that the curvature 7, which is not visible in the present perspective (see FIG. 9), has been produced with an elongated shape or base area. To produce the welded joint, this curvature 7 is displaced by means of the friction welding tool into a translatory relative movement to the flat conductor 1. The curvature 7 extends transversely to the main extension direction of the electrical contact element 3. Since the said relative movement transversely to
  • the electrical contact element 3 can be made relatively short.
  • the stainless steel sheet S and the copper sheet K are produced by a plating process to a two-layer composite material and are thereby before the
  • the copper sheet K has an at least substantially similar curvature as the curvature 7 of the stainless steel sheet S.
  • the same embodiment of the electrical contact element 3 as shown in Fig. 8 is shown only from another perspective.
  • the stainless steel sheet S is substantially thinner than the copper sheet K is.
  • the thickness of the stainless steel sheet S and the copper sheet K can be chosen depending on the variant. In particular, due to the lower electrical conductivity of the
  • the respective stainless steel sheets S serve as an intermediate layer in order to prevent electrochemical corrosion between the copper sheet K and the copper sheet K.
  • a particularly good electrical conductivity of the electrical contact element 3 results.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
  • Connections Effected By Soldering, Adhesion, Or Permanent Deformation (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden wenigstens eines elektrischen Kontaktelements (3) mit einem Flachleiter (1) für ein Bordnetz eines Kraftfahrzeugs, mit den Schritten: Bereitstellen des wenigstens einen elektrischen Kontaktelements (3), welches einen Kontaktbereich (6) zur Kontaktierung eines weiteren Kontaktelements aufweist und wenigstens aus einem Edelstahlblech (S) mit einer Wölbung (7) hergestellt wird, die das restliche Edelstahlblech (S) überragt; Anordnen des elektrischen Kontaktelements (3) mit seiner Wölbung (7) an dem Flachleiter (1); Durchführen eines Reibschweißvorgangs, indem die am Flachleiter (1) angeordnete Wölbung (7) des elektrischen Kontaktelements (3) mittels eines Reibschweißwerkzeugs in Relativbewegung zum Flachleiter (1) versetzt und dadurch eine Schweißverbindung zwischen dem Flachleiter (1) und dem elektrischen Kontaktelement (3) hergestellt wird.

Description

VERFAHREN ZUM VERBINDEN WENIGSTENS EINES ELEKTRISCHEN
KONTAKTELEMENTS MIT EINEM FLACHLEITER FÜR EIN BORDNETZ EINES
KRAFTFAHRZEUGS
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden wenigstens eines
elektrischen Kontaktelements mit einem Flachleiter für ein Bordnetz eines Kraftfahrzeugs.
Stand der Technik
Durch die Anwendung von sogenannten Flachleitern, vorzugsweise aus Aluminium, können der Einbauraum und das Leitergewicht bei Bordnetzen von Kraftfahrzeugen stark reduziert werden. Derartige Flachleiter dienen als Stromverteiler beziehungsweise Stromschienen und werden beispielsweise entlang einer Bodengruppenkontur von einem hinteren Bereich bis zu einem Motorraum verlegt. An solchen Flachleitern müssen üblicherweise unterschiedliche Leiter elektrisch leitend kontaktiert werden. Dafür werden beispielsweise Edelstahlbolzen auf derartige Flachleiter geschweißt. Über die Edelstahlbolzen können dann zum Beispiel Kabelschuhe gestülpt und daran verschraubt werden. Nachteilig kann sich beispielsweise eine durch die Edelstahlbolzen ergebende Bauhöhe auswirken. Zudem kann sich dadurch nur eine definierte Abgangsrichtung ergeben.
Beschreibung der Erfindung
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Lösung bereitzustellen, mittels welcher auf besonders einfache und kompakte Weise elektrische Kontaktierungen an Flachleitern hergestellt werden können. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Verbinden wenigstens eines elektrischen Kontaktelements mit einem Flachleiter für ein Bordnetz eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Verbinden wenigstens eines elektrischen Kontaktelements mit einem Flachleiter für ein Bordnetz eines Kraftfahrzeugs, wird das wenigstens eine elektrische Kontaktelement bereitgestellt. Das elektrische Kontaktelement umfasst einen Kontaktbereich zur Kontaktierung eines weiteren Kontaktelements und wird wenigstens aus einem Edelstahlblech mit einer Wölbung hergestellt. Die Wölbung überragt dabei das restliche Edelstahlblech. Das elektrische Kontaktelement wird mit seiner Wölbung an dem Flachleiter angeordnet. Danach wird ein Reibschweißvorgang durchgeführt, indem die am Flachleiter angeordnete Wölbung des elektrischen Kontaktelements mittels eines Reibschweißwerkzeugs in Relativbewegung zum Flachleiter versetzt und dadurch eine Schweißverbindung zwischen dem Flachleiter und dem Kontaktelement hergestellt wird.
Der Flachleiter dient vorzugsweise als Stromverteiler beziehungsweise als Stromschiene und wird bevorzugt aus Aluminium hergestellt. Der Reibschweißvorgang kann beispielsweise mittels Ultraschallreibschweißen erfolgen, indem eine Sonotrode, welche Teil des
Reibschweißwerkzeugs ist, im Bereich der Wölbung des elektrischen Kontaktelements auf dieses mit einem gewissen Druck beziehungsweise mit einer gewissen Kraft aufgedrückt wird. Dabei wird mittels der Sonotrode eine hochfrequente, oszillierende Bewegung auf das elektrische Kontaktelement ausgeübt, infolgedessen die besagte Relativbewegung zwischen der Wölbung des Edelstahlblechs und dem Flachleiter resultiert. Durch die dabei
entstehende Reibung kommt es zur Erwärmung und Plastifizierung der Wölbung und des Flachleiters, wodurch die Schweißverbindung hergestellt wird. Statt des
Ultraschallreibschweißens kommen aber auch andere Reibschweißverfahren in Frage.
Die Wölbung in dem Edelstahlblech kann beispielsweise durch Herstellen einer Sicke eingeformt werden, welche sich auf einer Rückseite des Edelstahlblechs dann in Form der Wölbung ausbildet. Wesentlich hierbei ist, dass die Wölbung das restliche Edelstahlblech überragt, sodass während des Reibschweißvorgangs auch nur die Wölbung des
Edelstahlblechs in Kontakt mit dem Flachleiter ist. Durch den Abstand, der sich durch die Wölbung hinsichtlich des restlichen Edelstahlblechs zum Flachleiter ergibt, kann der Schweißvorgang besonders einfach und prozesssicher durchgeführt werden.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, dass wenigstens eine elektrische Kontaktelement mit dem Flachleiter zu verbinden, wobei die so hergestellte Verbindung eine sehr geringe Bauraumhöhe aufweist. Darüber hinaus kann das erfindungsgemäße Verfahren besonders kostengünstig erfolgen, da es sich um einen sehr einfachen
Verarbeitungsprozess handelt. Im Bereich der hergestellten Schweißverbindung ist zudem nicht zwangsläufig eine Abdichtung gegen ein Elektrolyt erforderlich. Denn die
Materialpaarung aus dem Edelstahlblech und dem vorzugsweise aus Aluminium
hergestellten Flachleiter ist im Hinblick auf die elektrochemische Spannungsreihe günstig beziehungsweise unkritisch. Ferner weist das Edelstahlblech gute mechanische
Eigenschaften beispielsweise im Vergleich zu Kupfer auf, bei welchem es zu Setz- und unerwünschten Fließvorgängen kommen kann. Das Edelstahlblech hingegen hat kein ungünstiges Setz- und Fließverhalten, sodass eine dauerhaft stabile Schweißverbindung zwischen dem Flachleiter und dem wenigstens einen elektrischen Kontaktelement sichergestellt werden kann.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Wölbung mit einer zumindest im Wesentlichen kreisförmigen Grundfläche hergestellt wird, welche zum
Herstellen der Schweißverbindung mittels des Reibschweißwerkzeugs in eine rotierende Relativbewegung zum Flachleiter versetzt wird. In dem Fall erfolgt vorzugsweise ein torsionales Reibschweißen. Die Wölbung kann dabei beispielsweise in minimale
oszillierende Rotationsbewegungen versetzt werden. Genauso ist es auch möglich, die Wölbung in Rotationsbewegungen mit einer größeren Amplitude zu versetzen. Durch die rotierende Relativbewegung zum Flachleiter kann eine besonders zuverlässige
Schweißverbindung hergestellt werden.
Eine alternative vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Wölbung mit einer länglichen Grundfläche hergestellt wird, welche zum Herstellen der Schweißverbindung mittels des Reibschweißwerkzeugs in eine translatorische Relativbewegung zum Flachleiter versetzt wird. Die längliche Grundfläche wird dabei vorzugsweise so hergestellt, dass diese zumindest im Wesentlichen orthogonal zur Längserstreckung des elektrischen Kontaktelements verläuft. Infolgedessen kann das gesamte elektrische Kontaktelement besonders kompakt ausgestaltet werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass am elektrischen Kontaktelement wenigstens ein Kraftangriffsbereich zum formschlüssigen Eingreifen des Reibschweißwerkzeugs hergestellt wird. Dabei kann beispielsweise wenigstens eine zum Kraftangriffsbereich gehörende schlitzförmige Durchgangsöffnung am elektrischen Kontaktelement hergestellt werden. Für den Fall, dass die Wölbung mit der kreisförmigen Grundfläche hergestellt wird, kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass die Wölbung durch eine konische Vertiefung ausgebildet wird, wobei in dem Fall über den Umfang verteilt beispielsweise mehrere dieser schlitzförmigen Durchgangsöffnungen hergestellt werden können. Dadurch wird ein besonders günstiger Kraftangriffsbereich gebildet, in welchen das Reibschweißwerkzeug zur Ausprägung der Relativbewegung eingreifen kann. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, dass wenigstens eine zum Kraftangriffsbereich gehörende Erhebung am elektrischen Kontaktelement hergestellt wird. Beispielsweise kann ein bestimmter Bereich teilweise ausgestanzt und anschließend verbogen werden, sodass die besagte Erhebung hergestellt wird. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, dass das elektrische Kontaktelement beispielsweise in Randbereichen nach oben gebogen wird, um so einen besonders guten Kraftangriffsbereich bereitzustellen. Durch den Kraftangriffsbereich kann sichergestellt werden, dass das Reibschweißwerkzeug formschlüssig am elektrischen Kontaktelement angreifen und so prozesssicher die
Relativbewegung aufprägen kann. Infolgedessen kann eine besonders gute
Schweißverbindung hergestellt werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das elektrische Kontaktelement ausschließlich aus dem Edelstahlblech hergestellt wird. Da das elektrische Kontaktelement in dem Fall einteilig beziehungsweise einstückig ausgebildet ist, kann dieses besonders kostengünstig in großen Stückzahlen hergestellt werden.
Eine alternative vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das elektrische Kontaktelement in Form eines Blechverbunds aus dem Edelstahlblech und einem
Kupferblech hergestellt wird, welche stoffschlüssig oder formschlüssig miteinander verbunden werden. Der Vorteil bei dieser Ausführungsform besteht darin, dass das elektrische Kontaktelement einerseits aufgrund des Edelstahlblechs besonders gute mechanische Eigenschaften und andererseits aufgrund des Kupferblechs besonders gute elektrisch leitende Eigenschaften aufweist. Das Edelstahlblech und das Kupferblech können beispielsweise durch Toxen, Schweißen und/oder Prägen miteinander verbunden werden. Vorzugsweise wird das Kupferblech dabei dicker ausgeführt als das Edelstahlblech. Ganz allgemein kann die Schichtdicke des Edelstahlblechs variantenabhängig aufgrund der geringeren Leitfähigkeit entweder dünn oder klein im Vergleich zum Kupferblech gehalten werden. Zudem dient das Edelstahlblech als Zwischenschicht zwischen dem Kupferblech und dem Flachleiter, sodass eine elektrochemische Korrosion verhindert werden kann. Insbesondere bei dieser Ausführungsform kann beispielsweise auf galvanische
Beschichtungen verzichtet werden.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das
Edelstahlblech außerhalb von der Wölbung mit dem Kupferblech in einem
Überlappungsbereich verbunden wird. Beispielsweise ist es möglich, zunächst das
Edelstahlblech mit seiner Wölbung in der bereits beschriebenen Weise dem
Reibschweißvorgang zu unterziehen, wonach dann das Kupferblech in dem
Überlappungsbereich mit dem Edelstahlblech verbunden wird. Es ist aber auch möglich, zuerst das Edelstahlblech mit dem Kupferblech zu verbinden und anschließend den
Reibschweißvorgang vorzunehmen.
Schließlich sieht eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung vor, dass das Edelstahlblech und das Kupferblech deckungsgleich hergestellt und vor dem
Reibschweißvorgang übereinander angeordnet und miteinander verbunden werden. Dies kann beispielsweise durch Plattieren erfolgen. In dem Fall ergeben sich besonders gute stromleitende Eigenschaften bei dem Kontaktelement, da über die gesamte Länge des elektrischen Kontaktelements ein Strom durch das Kupferblech hindurchfließen kann und lediglich der Strom im Bereich der hergestellten Schweißverbindung eine sehr kurze Strecke durch das Edelstahlblech hindurch, allerdings dann mit sehr großer Querschnittsfläche, durchströmen muss, um zum Flachleiter zu gelangen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der
nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Kurze Figurenbeschreibung
Die Zeichnung zeigt in:
Fig. 1 eine Perspektivansicht auf einen Flachleiter für ein Bordnetz eines Kraftfahrzeugs, wobei eine erste Ausführungsform eines elektrischen Kontaktelements durch Reibschweißen mit dem Flachleiter verbunden und ein Bolzen durch eine Öffnung des elektrischen Kontaktelements hindurchgesteckt worden ist;
Fig. 2 eine Perspektivansicht auf die erste Ausführungsform des elektrischen
Kontaktelements, welches ausschließlich aus einem Edelstahlblech hergestellt worden ist, das eine Wölbung aufweist, die das restliche Edelstahlblech gemäß der Darstellung nach unten überragt;
Fig. 3 eine Perspektivansicht auf eine zweite Ausführungsform des elektrischen
Kontaktelements, wobei dieses mehrere Schlitze aufweist, die als Kraftangriffspunkt für ein Reibschweißwerkzeug dienen;
Fig. 4 eine Perspektivansicht auf eine dritte Ausführungsform des elektrischen
Kontaktelements, wobei dieses in seitlichen Randbereichen Erhebungen aufweist, die wiederum als Kraftangriffsbereich für ein Reibschweißwerkzeug dienen;
Fig. 5 eine Perspektivansicht auf eine vierte Ausführungsform des elektrischen
Kontaktelements, welches in einem mittleren Bereich einer als Kraftangriffspunkt für ein Reibschweißwerkzeug dienende Erhebung aufweist;
Fig. 6 eine Perspektivansicht auf eine fünfte Ausführungsform des elektrischen
Kontaktelements, wobei dieses in Form eines Blechverbunds aus dem
Edelstahlblech und einem Kupferblech hergestellt worden ist; Fig. 7 eine Perspektivansicht auf eine sechste Ausführungsform des elektrischen
Kontaktelements, welches wiederum in Form eines Blechverbunds hergestellt worden ist;
Fig. 8 eine Perspektivansicht auf eine siebte Ausführungsform des elektrischen
Kontaktelements, wobei dieses eine längliche Wölbung zur Verschweißung mit der Flachleiterschiene aufweist; und in
Fig. 9 eine Perspektivansicht, in welcher die siebte Ausführungsform des elektrischen Kontaktelements gezeigt ist, noch bevor dieses mit dem Flachleiter verschweißt worden ist.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen worden.
Ein Flachleiter 1 für ein Bordnetz eines Kraftfahrzeugs ist in einer Perspektivansicht in Fig. 1 gezeigt. Eine den Flachleiter 1 umgebende Isolierung 2 ist in einem Bereich ausgespart worden. Dort ist ein elektrisches Kontaktelement 3 mit dem partiell abisolierten Flachleiter 1 durch einen Reibschweißvorgang verbunden worden. Durch eine hier nicht näher bezeichnete Durchgangsöffnung 4 (siehe Fig. 2) des elektrischen Kontaktelements 3 ist ein Bolzen 5 hindurchgesteckt worden.
Über den Bolzen 5 kann beispielsweise ein Kabelschuh gestülpt werden, welcher anschließend durch eine Verschraubung auf einen Kontaktbereich 6 gepresst wird. Der Kabelschuh hat vor dem Verschrauben beispielsweise ein Kabel beziehungsweise eine Leitung aufgenommen, welches dann unter Vermittlung des elektrischen Kontaktelements 3 stromleitend mit dem Flachleiter 1 verbunden ist. Entgegen der vorliegenden Darstellung ist es möglich, dass eine Vielzahl solcher elektrischer Kontaktelemente 3 durch Reibschweißen an unterschiedlichen Positionen mit dem Flachleiter 1 verbunden werden.
In Fig. 2 ist dieselbe Ausführungsform des elektrischen Kontaktelements 3 wie in Fig. 1 in einer Perspektivansicht gezeigt. Diese Ausführungsform des elektrischen Kontaktelements 3 ist ausschließlich und vollständig aus einem Edelstahlblech S hergestellt worden. Das Edelstahlblech S weist eine Wölbung 7 auf, welche gemäß der vorliegenden Darstellung an der Unterseite des elektrischen Kontaktelements 3 hergestellt worden ist. Diese Wölbung 7 überragt gemäß der vorliegenden Darstellung nach unten hin das restliche aus dem
Edelstahlblech S hergestellte elektrische Kontaktelement 3.
Wie zu erkennen, wurde die Wölbung 7 in Form einer kreisförmigen Grundfläche hergestellt. Gegenüberliegend von der Wölbung 7 weist das elektrische Kontaktelement 3 eine entsprechende konische Vertiefung 8 mit einer kreisrunden Grundfläche auf. Zum Herstellen der Schweißverbindung zwischen dem elektrischen Kontaktelement 3 und dem Flachleiter 1 wird das elektrische Kontaktelement 3 mit seiner Wölbung 7 an dem Flachleiter 1 angeordnet. Anschließend wird ein Reibschweißvorgang durchgeführt, indem die am
Flachleiter 1 angeordnete Wölbung 7 des elektrischen Kontaktelements 3 mittels eines Reibschweißwerkzeugs in Relativbewegung zum Flachleiter 1 versetzt und dadurch eine Schweißverbindung zwischen dem Flachleiter 1 und dem Kontaktelement 3 hergestellt wird.
Bei der hier gezeigten Ausführungsform des elektrischen Kontaktelements 3 wird die Wölbung 7 zum Herstellen der Schweißverbindung mittels des Reibschweißwerkzeugs in eine rotierende Relativbewegung zum Flachleiter 1 versetzt. Dafür kann beispielsweise eine Sonotrode an dem elektrischen Kontaktelement 3 angreifen und die Wölbung 7 in rotatorische Ultraschallschwingungen versetzen, infolgedessen der Reibschweißvorgang durchgeführt wird. Durch die dabei entstehende Reibung kommt es zur Erwärmung und Plastifizierung des elektrischen Kontaktelements 3 im Bereich der Wölbung 7 und an der entsprechenden Stellung des Flachleiters 1.
In Fig. 3 ist eine zweite Ausführungsform des elektrischen Kontaktelements 3 in einer Perspektivansicht gezeigt. Die hier gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform des elektrischen Kontaktelements 3 lediglich dadurch, dass im Bereich der Vertiefung 8 mehrere schlitzförmige Durchgangsöffnungen 9 hergestellt worden sind, welche als Kraftangriffsbereich für ein entsprechend ausgebildetes
Reibschweißwerkzeug dienen. In diese schlitzförmigen Durchgangsöffnungen 9 kann das besagte Reibschweißwerkzeug formschlüssig eingreifen und dadurch während des
Reibschweißvorgangs auf zuverlässige Weise die besagte Relativbewegung zum Flachleiter 1 bewirken. In Fig. 4 ist eine dritte Ausführungsform des elektrischen Kontaktelements 3 in einer Perspektivansicht gezeigt. Die hier gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform lediglich dadurch, dass als Kraftangriffsbereiche jeweilige Erhebungen 10 am elektrischen Kontaktelement 3 ausgeformt beziehungsweise umgeformt worden sind. An jeweiligen Längsrändern des elektrischen Kontaktelements 3 wurden die Erhebungen 10 ausgeformt, sodass an den Erhebungen 10 das besagte
Reibschweißwerkzeug angreifen kann, um das elektrische Kontaktelement 3 in die besagte Relativbewegung während des Reibschweißvorgangs zu versetzten. Die Erhebungen 10 weisen dabei in die genau entgegengesetzte Richtung wie die Wölbung 7. Dadurch kann sichergestellt werden, dass das an den Erhebungen 10 angreifende Reibschweißwerkzeug während des Reibschweißvorgangs den Flachleiter 1 nicht berührt.
In Fig. 5 ist eine vierte Ausführungsform des elektrischen Kontaktelements 3 in einer Perspektivansicht gezeigt, wobei sich diese Ausführungsform von der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform dadurch unterscheidet, dass als Kraftangriffsbereich eine Erhebung 1 1 in einem mittleren Bereich des elektrischen Kontaktelements 3 hergestellt worden ist. Diese Erhebung 1 1 kann beispielsweise zuerst durch einen Stanzvorgang und danach durch Hochbiegen des teilweise ausgestanzten Bereichs hergestellt werden. Auch hier weist die Erhebung 1 1 genau in die entgegengesetzte Richtung wie die hier nicht erkennbare Wölbung 7, sodass das Reibschweißwerkzeug problemlos am elektrischen Kontaktelement 3 angreifen kann, ohne während des Reibschweißvorgangs den Flachleiter 1 zu berühren.
In Fig. 6 ist eine fünfte Ausführungsform des elektrischen Kontaktelements 3 in einer Perspektivansicht gezeigt. Hier wurde das elektrische Kontaktelement 3 in Form eines Blechverbunds aus dem Edelstahlblech S und einem Kupferblech K hergestellt, welche stoffschlüssig oder formschlüssig miteinander verbunden worden sind. Das Edelstahlblech S wurde dabei außerhalb von der Wölbung 7 mit dem Kupferblech K in einem
Überlappungsbereich 12 verbunden. Im Überlappungsbereich 12 kann das Edelstahlblech S und das Kupferblech K beispielsweise durch Toxen, Schweißen oder Verprägen miteinander verbunden werden. Die Verbindung der beiden Bleche S, K kann dabei entweder vor dem Reibschweißvorgang oder nach dem Reibschweißvorgang erfolgen.
In Fig. 7 ist eine sechste Ausführungsform des elektrischen Kontaktelements 3 in einer Perspektivansicht gezeigt. Bei der hier gezeigten Ausführungsform des elektrischen Kontaktelements 3 handelt es sich wiederum um einen Blechverbund aus einem
Edelstahlblech S und einem Kupferblech K. In diesem Fall wurde das Kupferblech K auf der von der Wölbung 7 abgewandten Seite auf dem Edelstahlblech S angeordnet. Dabei erstreckt sich das Kupferblech K sehr nahe an den Bereich der hier nicht erkennbaren Wölbung 7 heran, wodurch eine besonders gute Leitfähigkeit erzielt werden kann.
Im Bereich der Durchgangsöffnung 4, welche sowohl das Kupferblech K und das
Edelstahlblech S aufweist, wird bei der zuvor zusammen mit der Fig. 1 erwähnten
Verschraubung mit dem Kabelschuh das Kupferblech K auf das Edelstahlblech S gedrückt. Durch den Anpressdruck entsteht eine elektrische Kontaktierung. Das heißt, in diesem Bereich ist es nicht zwingend erforderlich, das Edelstahlblech S und das Kupferblech K form- oder kraftschlüssig zu verbinden, infolgedessen ebene Kontaktflächen erhalten bleiben. Um bei Bedarf die Steifigkeit des gesamten Kontaktelements 3 zu erhöhen, können das
Edelstahlblech S und das Kupferblech K aber auch im Bereich rund um die
Durchgangsöffnung 4 form- oder kraftschlüssig miteinander verbunden werden.
In Fig. 8 ist eine achte Ausführungsform des elektrischen Kontaktelements 3 in einer Perspektivansicht gezeigt, wobei dieses wiederum in Form eines Blechverbunds aus einem Kupferblech K und einem hier nicht näher bezeichneten Edelstahlblech S hergestellt worden ist. Das Kontaktelement 3 ist aber nur aus Edelstahl hergestellt. Die hier gezeigte
Ausführungsform des elektrischen Kontaktelements 3 unterscheidet sich von allen vorangegangenen Ausführungsformen dadurch, dass die in der vorliegenden Perspektive nicht erkennbare Wölbung 7 (siehe hierzu Fig. 9) mit einer länglichen Form beziehungsweise Grundfläche hergestellt worden ist. Zum Herstellen der Schweißverbindung wird diese Wölbung 7 mittels des Reibschweißwerkzeugs in eine translatorische Relativbewegung zum Flachleiter 1 versetzt. Die Wölbung 7 verläuft dabei quer zur Haupterstreckungsrichtung des elektrischen Kontaktelements 3. Da die besagte Relativbewegung quer zur
Haupterstreckungsrichtung des elektrischen Kontaktelements 3 aufgeprägt wird, kann das elektrische Kontaktelement 3 relativ kurz gestaltet werden.
Das Edelstahlblech S und das Kupferblech K werden mittels eines Plattierverfahrens zu einem zweilagigen Verbundmaterial hergestellt und sind dadurch vor dem
Reibschweißvorgang miteinander verbunden. Das Kupferblech K weist eine zumindest im Wesentlichen ähnliche Wölbung auf wie die Wölbung 7 des Edelstahlblechs S. In Fig. 9 ist die gleiche Ausführungsform des elektrischen Kontaktelements 3 wie in Fig. 8 nur aus einer anderen Perspektive gezeigt. In der vorliegenden Darstellung kann man gut erkennen, dass das Edelstahlblech S wesentlich dünner ist als das Kupferblech K ist. Die Dicke des Edelstahlblechs S und des Kupferblechs K kann dabei variantenabhängig gewählt werden. Insbesondere aufgrund der geringeren elektrischen Leitfähigkeit des
Edelstahlblechs S wird die Dicke des Edelstahlblechs S geringer gewählt als die Dicke des Kupferblechs K. Bei den in den Fig. 7 bis 9 gezeigten Ausführungsformen des elektrischen Kontaktelements 3 dienen die jeweiligen Edelstahlbleche S als Zwischenschicht, um eine elektrochemische Korrosion zwischen dem Kupferblech K und dem aus Aluminium hergestellten Flachleiter 1 zu verhindern. Vor allem bei den Ausführungsformen des elektrischen Kontaktelements 3, welche auch das Kupferblech K aufweisen, ergibt sich eine besonders gute elektrische Leitfähigkeit des elektrischen Kontaktelements 3.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 Flachleiter
2 Isolierung
3 elektrisches Kontaktelement
4 Durchgangsöffnung
5 Bolzen
6 Kontaktbereich
7 Wölbung
8 Vertiefung
9 schlitzförmige Durchgangsöffnung
10 Erhebung
1 1 Erhebung
12 Verbindungsbereich
K Kupferblech
S Edelstahlblech

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Verbinden wenigstens eines elektrischen Kontaktelements (3) mit einem Flachleiter (1 ) für ein Bordnetz eines Kraftfahrzeugs, mit den Schritten:
Bereitstellen des wenigstens einen elektrischen Kontaktelements (3), welches einen Kontaktbereich (6) zur Kontaktierung eines weiteren Kontaktelements aufweist und wenigstens aus einem Edelstahlblech (S) mit einer Wölbung (7) hergestellt wird, die das restliche Edelstahlblech (S) überragt;
- Anordnen des elektrischen Kontaktelements (3) mit seiner Wölbung (7) an dem Flachleiter (1 );
Durchführen eines Reibschweißvorgangs, indem die am Flachleiter (1 ) angeordnete Wölbung (7) des elektrischen Kontaktelements (3) mittels eines Reibschweißwerkzeugs in Relativbewegung zum Flachleiter (1 ) versetzt und dadurch eine Schweißverbindung zwischen dem Flachleiter (1 ) und dem elektrischen Kontaktelement (3) hergestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Wölbung (7) mit einer zumindest im Wesentlichen kreisförmigen Grundfläche hergestellt wird, welche zum Herstellen der Schweißverbindung mittels des
Reibschweißwerkzeugs in eine rotierende Relativbewegung zum Flachleiter (1 ) versetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Wölbung (7) mit einer länglichen Grundfläche hergestellt wird, welche zum Herstellen der Schweißverbindung mittels des Reibschweißwerkzeugs in eine translatorische Relativbewegung zum Flachleiter (1 ) versetzt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
am elektrischen Kontaktelement (3) wenigstens ein Kraftangriffsbereich zum formschlüssigen Eingreifen des Reibschweißwerkzeugs hergestellt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens eine zum Kraftangriffsbereich gehörende schlitzförmige
Durchgangsöffnung (9) am elektrischen Kontaktelement (3) hergestellt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens eine zum Kraftangriffsbereich gehörende Erhebung (10, 1 1 ) am elektrischen Kontaktelement (3) hergestellt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das elektrische Kontaktelement (3) ausschließlich aus dem Edelstahlblech (S) hergestellt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
das elektrische Kontaktelement (3) in Form eines Blechverbunds aus dem
Edelstahlblech (S) und einem Kupferblech (K) hergestellt wird, welche stoffschlüssig oder formschlüssig miteinander verbunden werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Edelstahlblech (S) außerhalb von der Wölbung (7) mit dem Kupferblech (K) in einem Überlappungsbereich (12) verbunden wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Edelstahlblech (S) und das Kupferblech (K) deckungsgleich hergestellt und vor dem Reibschweißvorgang übereinander angeordnet und miteinander verbunden werden.
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