EP3761452A1

EP3761452A1 - Elektrische verbindung zwischen einem elektrischen leiter und einem kontaktelement

Info

Publication number: EP3761452A1
Application number: EP19184264.0A
Authority: EP
Inventors: Karl Fröschl
Original assignee: Gebauer and Griller Kabelwerke GmbH
Current assignee: Gebauer and Griller Kabelwerke GmbH
Priority date: 2019-07-03
Filing date: 2019-07-03
Publication date: 2021-01-06
Also published as: JP7508493B2; CN114080737A; EP3994767B1; EP3994767A1; US12015230B2; WO2021001434A1; CN114080737B; US20220328985A1; JP2022540058A

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen einem mehrere Einzeldrähte (9) umfassenden elektrischen Leiter (5) und einem Kontaktelement (2),wobei der elektrische Leiter (5) in einem Kontaktabschnitt (4) des Kontaktelements (2) angeordnet wird und nachfolgend der Kontaktabschnitt (4) und der elektrische Leiter (5) miteinander verpresst werden, sodass der Kontaktabschnitt (4) den elektrischen Leiter (5) umgreift, undwobei mittels einer Laserbestrahlung des Kontaktabschnitts (4) zumindest zwei voneinander beabstandete längliche Schweißverbindungen (14) zwischen dem Kontaktabschnitt (4) und dem elektrischen Leiter (5) hergestellt werden, wobei sich die länglichen Schweißverbindungen (14) in einer Bestrahlungsrichtung jeweils von einem bestrahlten Bereich (13) des Kontaktabschnitts (4) zumindest abschnittsweise in den elektrischen Leiter (5) erstrecken.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen einem mehrere Einzeldrähte umfassenden elektrischen Leiter und einem Kontaktelement, wobei der elektrische Leiter in einem Kontaktabschnitt des Kontaktelements angeordnet wird und nachfolgend der Kontaktabschnitt und der elektrische Leiter miteinander verpresst werden, sodass der Kontaktabschnitt den elektrischen Leiter umgreift.
Die Erfindung betrifft weiters eine entsprechende Vorrichtung zur Herstellung einer elektrischen Verbindung sowie eine Einheit aus einem mehrere Einzeldrähte umfassenden elektrischen Leiter und einem Kontaktelement.
Das Kontaktelement wird beispielsweise durch einen Kabelschuh, wie einen Crimpkabelschuh, oder eine Kabelhülse, wie eine Crimphülse, gebildet.

STAND DER TECHNIK

Bekannt sind Verbindungsverfahren zum elektrischen Verbinden eines elektrischen Kabels mit einem Kontaktelement, bei dem ein Kabelcrimpabschnitt, der an dem Kontaktelement vorgesehen ist, mit einem elektrischen Leiter des elektrischen Kabels in Presskontakt gebracht wird. Bei einer solchen Quetschkontaktverbindung werden, wenn der Leiter des elektrischen Kabels aus mehreren Einzeldrähten aufgebaut ist, die Leiterdrähte, die sich am äußeren Umfang befinden, mit dem Kontaktelement in direkten Kontakt gebracht und für diese ist eine Stromleitung einfach zu erzielen. Die Einzeldrähte, die im Zentrum des Leiters angeordnet sind, können mit dem Kontaktelement nur über die Einzeldrähte, die sich an dem äußeren Umfang befinden, in leitenden Kontakt gebracht werden.
Um einen entsprechenden Querkontakt zwischen den im Inneren des Leiters liegenden Einzeldrähten zu anderen Einzeldrähten und weiter zum Kontaktelement herzustellen, wurde etwa in der DE 10358153 A1 vorgeschlagen, zusätzlich zum Vercrimpen die Einzeldrähte untereinander und mit dem Kontaktelement mittels Laser zu verschweißen. Dabei ist dort vorgesehen, dass mehrere Bereiche des Leiters nacheinander und überlappend verschweißt werden. Während des ersten Schweißschritts erfolgt ein schnelles Erwärmen durch das Aufbringen des Laserstrahls und dabei ein explosives Verteilen von Material innerhalb des Leiters. Ein jeweils nachfolgend geschweißter Bereich überdeckt den zuerst geschweißten Bereich und nutzt den dadurch vorhandenen erhöhten Temperaturzustand, indem kein schnelles Erwärmen durch den Laserstrahl während des zweiten und der nachfolgenden Schweißschritte gegeben ist. Der Werkstoff schmilzt allmählich, so dass ein explosives Verteilen verhindert werden kann. Nachteilig an diesem Verfahren ist allerdigs, dass es beim ersten Schweißschritt dennoch zu einem explosiven Verteilen kommen kann.

AUFGABE DER ERFINDUNG

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung die Nachteile des Stands der Technik zu überwinden und ein Verfahren vorzuschlagen, bei welchem die Gefahr des explosiven Verteilens verringert und dennoch eine Querleitfähigkeit zwischen Einzeldrähten hergestellt werden kann.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Ausgangspunkt dafür ist ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen einem mehrere Einzeldrähte umfassenden elektrischen Leiter und einem Kontaktelement, wobei der elektrische Leiter in einem Kontaktabschnitt des Kontaktelements angeordnet wird und nachfolgend der Kontaktabschnitt und der elektrische Leiter miteinander verpresst werden, sodass der Kontaktabschnitt den elektrischen Leiter umgreift.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass mittels einer Laserbestrahlung des Kontaktabschnitts zumindest zwei voneinander beabstandete längliche Schweißverbindungen zwischen dem Kontaktabschnitt und dem elektrischen Leiter hergestellt werden, wobei sich die länglichen Schweißverbindungen in einer Bestrahlungsrichtung jeweils von einem bestrahlten Bereich des Kontaktabschnitts zumindest abschnittsweise in den elektrischen Leiter erstrecken.
Durch die Herstellung von zumindest zwei, in der Regel aber mehreren länglichen Schweißverbindungen, die sich jeweils von der Oberfläche des Kontaktabschnitts durch diesen und weiter in das Innere des Leiters erstrecken, jedoch voneinander beabstandet sind, wird der Energieeintrag gegenüber herkömmlichen Schweißverfahren verringert, weil das Material zwischen den länglichen Schweißverbindungen erfindungsgemäß nicht aufgeschmolzen werden soll.
Längliche Schweißverbindungen gemäß der vorliegenden Erfindung haben in ihrer Längsrichtung, also in Bestrahlungsrichtung, eine größere Ausdehnung als in Breitenrichtung. Vorzugsweise beträgt die Länge ein Vielfaches der durchschnittlichen Breite bzw. ihres Durchmessers, insbesondere können die länglichen Schweißverbindungen dabei stabförmig sein, also einen annähernd konstanten Durchmesser über deren Länge aufweisen.
Derartige längliche, insbesondere stabförmige, Schweißverbindungen können durch Lasertiefschweißen hergestellt werden, wo sich durch hohe Strahlintensitäten in der Schmelze in Strahlungsrichtung eine Dampfkapillare in die Tiefe des Werkstücks bildet. Der Werkstoff wird dadurch auch in der Tiefe aufgeschmolzen, die Schmelzzone ist in der Regel mehr tief als breit.
Der bestrahlte Bereich ist nach der Laserbestrahlung an der Oberfläche des Kontaktbereichs in der Regel als ein annähernd runder Bereich sichtbar, entsprechend dem Durchmesser des Laserstrahls und dem rundherum aufgeschmolzenen Material des Kontaktbereichs.
Durch die Konzentration des geschmolzenen Materials pro sogenanntem Lasereinstich, also pro Bereich der späteren länglichen Schweißverbindung, auf einen sehr engen Bereich wird relativ zu herkömmlichen Schweißmethoden nur wenig Material verflüssigt, was die Gefahr eines explosiven Verteilens von Material verringert.
Umso tiefer die länglichen Schweißverbindungen in den Leiter reichen, umso mehr Einzeldrähte werden mit der länglichen Schweißverbindungen verbunden und umso besser ist die Querleitfähigkeit.
Eine Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, dass die Laserbestrahlung so durchgeführt wird, dass sich die längliche Schweißverbindung in Bestrahlungsrichtung durch den gesamten Querschnitt des verpressten elektrischen Leiters erstreckt. Die länglichen Schweißverbindungen sollen also in ihrer Längsrichtung am besten vom bestrahlten Bereich des Kontaktabschnitts durch den Leiter bis zu jenem Bereich des um den Leiter herumgeführten Kontaktabschnitts erstrecken, der dem bestrahlten Bereich gegenüber liegt. Dann wären die von dieser Schweißverbindung erfassten Einzeldrähte sogar an zwei Stellen mit dem Kontaktabschnitt verbunden.
Durch Variation der vom Laser in das Material eingebrachten Energie und/oder durch die Dauer der Laserbestrahlung kann eingestellt werden, wie tief der Laser in das Material eindringt.
Eine Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, dass mehrere längliche Schweißverbindungen, vorzugsweise alle, zeitlich nacheinander durch die gleiche Quelle der Laserbestrahlung hergestellt werden. Mit einer Quelle, also einem Laser, können z.B. durch entsprechende optische Umlenkungen (z.B. Spiegel, etc.) alle gewünschten bestrahlten Bereiche von einer Quelle aus erreicht werden, ohne dass das Kontaktelement relativ zur Quelle bewegt werden muss.
Eine Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, dass mehrere längliche Schweißverbindungen in regelmäßig voneinander beabstandeten bestrahlten Bereichen hergestellt werden. Die bestrahlten Bereiche, in der Regel als kleine annähernd kreisrunde Stellen an der Oberfläche des Kontaktbereichs sichtbar, sind also mit einem Abstand zueinander auf der Oberfläche des Kontaktbereichs angeordnet. Durch die regelmäßige Anordnung kann eine regelmäßige Durchdringung des Leiters, und damit Verbindung der Einzeldrähte des Leiters, mit länglichen Schweißverbindungen sichergestellt werden. Die bestrahlten Bereiche können etwa gemäß einem Raster auf der Oberfläche des Kontaktbereichs angeordnet sein. Dass die Einzeldrähte in der Regel zusätzlich verdrillt sind und ihre Lage im Leiterquerschnitt über ihre Länge ändern, trägt ebenfalls zur Kontaktierung aller Einzeldrähte bei.
Insbesondere, aber nicht nur im Fall einer rasterförmigen Anordnung der bestrahlten Bereiche kann vorgesehen sein, dass ein bestrahlter Bereich zu einem anderen bestrahlten Bereich normal zur Längsrichtung der Einzeldrähte versetzt ist. Damit ist sichergestellt, dass nicht nur immer ein und derselbe Einzeldraht von verschiedenen, in Längsrichtung der Einzeldrähte aufeinanderfolgenden länglichen Schweißverbindungen kontaktiert wird und andere benachbarte Einzeldrähte nicht.
Es kann vorgesehen sein, dass der Verpressungsgrad der Einzeldrähte in einem Längsbereich des Kontaktelements, in dem sich keine bestrahlten Bereiche befinden, geringer ist als in einem Längsbereich des Kontaktelements, wo sich bestrahlte Bereiche befinden.
Der Verpressungsgrad gibt das Verhältnis von Leiterquerschnitt nach dem Verpressen (bzw. Vercrimpen) zu Leiterquerschnitt vor dem Verpressen (bzw. Vercrimpen) an. Ein Verpressungsgrad von 100% bedeutet, dass der Leiterquerschnitt durch das Verpressen (bzw. Vercrimpen) gar nicht vermindert worden, sondern gleich geblieben ist. Ein Verpressungsgrad von 80% bedeutet, dass sich der Leiterquerschnitt durch das Verpressen (bzw. Vercrimpen) auf 80% des ursprünglichen Leiterquerschnitts verringert hat.
Es kann nun vorgesehen sein, dass der Kontaktabschnitt quer zur Längsrichtung der Einzeldrähte in zwei Längsbereiche unterteilt wird. In einem Längsbereich wird der Leiter nur verpresst, im anderen Längsbereich wird der Leiter verpresst und zusätzlich erfindungsgemäß mit dem Laser bestrahlt. In dem Längsbereich, wo zusätzlich mit dem Laser bestrahlt wird, ist es vorteilhaft, wenn möglichst viele Zwischenräume zwischen den Einzeldrähten vorhanden sind, also eine offene Seilstruktur sichergestellt wird, die bei Aufbau eines Schmelzedrucks im Rahmen des Laserschweißvorgangs als Entlüftungskanal fungiert. Diese Maßnahme stabilisiert den Laserschweißprozess, das heißt beispielsweise, falls sich zwischen den verpressten Drähten ein Emulsionsrückstand befindet, kann es beim Einbringen der Energie zu einer Verdampfung dieser Emulsion kommen, die das Laserschweißergebnis negativ beeinflusst. Stellt man nun sicher, dass durch die lockere Seilstruktur eine Art Kamineffekt gegeben ist, so hat die Verdampfung dieses Emulsionsrückstands keinen negativen Einfluss auf das Ergebnis.
Eine Möglichkeit, um einen unterschiedlichen Verpressungsgrad herzustellen, besteht darin, dass der unterschiedliche Verpressungsgrad durch ein Verpresswerkzeug mit einer gestuften Auflagefläche hergestellt wird. Die Länge der beiden Stufen entspricht jeweils einem Längsabschnitt des Kontaktabschnitts. Die unterschiedliche Höhe der Auflagefläche relativ zum Kontaktabschnitt des Kontaktelements bewirkt, dass der Leiter in den beiden Längsabschnitten des Kontaktelements unterschiedlich stark zusammengepresst wird.
Eine andere Möglichkeit, um einen unterschiedlichen Verpressungsgrad herzustellen, besteht darin, dass der unterschiedliche Verpressungsgrad durch einen Kontaktabschnitt mit in Querrichtung unterschiedlich langen Kabelschuhkrallen hergestellt wird. Jener Längsabschnitt, welcher mehr zusammengepresst werden soll, weist dann längere Kabelschuhkrallen, also mehr Material auf, das beim Verpressen in Richtung Leiter gepresst wird. So kann auch bei ebener Auflagefläche des Verpresswerkzeugs eine unterschiedliche Höhe bzw. Pressung des Leiters erreicht werden.
Es ist auch nicht ausgeschlossen, gleichzeitig gestufte Auflageflächen und unterschiedliche lange Kabelschuhkrallen zu verwenden.
Im Hinblick auf eine offene Seilstruktur der Einzeldrähte ist es vorteilhaft, wenn der Verpressungsgrad der Einzeldrähte in einem Längsbereich des Kontaktelements, wo sich bestrahlte Bereiche befinden, größer als 70% ist.
Um unnötige Bearbeitungsschritte, wie das Verbringen des verpressten Leiters zu einer Schweißstation, zu vermeiden, kann vorgesehen sein, dass die Laserbestrahlung in jenem Werkzeug erfolgt, in welchem die Verpressung erfolgt.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Lage des verpressten elektrischen Leiters zwischen Verpressen und Laserbestrahlung nicht verändert wird. Der verpresste elektrische Leiter verbleibt also nach dem Verpressen im Werkzeug und wird dort auch mit dem Laser verschweißt.
Es kann vorgesehen sein, dass die Herstellung einer länglichen Schweißverbindung weniger als 50 ms, insbesondere weniger als 40 ms, z.B. um 30 ms dauert.
Es kann vorgesehen sein, dass der Kontaktabschnitt zumindest im Bereich, wo dieser den elektrischen Leiter berührt, mit einer Nickelbeschichtung versehen ist. Die Nickelschicht bewirkt einerseits einen Korrosionsschutz zwischen dem Leiter und dem Kontaktabschnitt und erhöht andererseits die Energieabsorption beim Laserschweißen.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, also zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen einem mehrere Einzeldrähte umfassenden elektrischen Leiter und einem Kontaktelement, umfasst ein Verpresswerkzeug, mit welchem der in einem Kontaktabschnitt des Kontaktelements angeordnete elektrische Leiter mit dem Kontaktelement verpresst werden kann, sodass der Kontaktabschnitt den elektrischen Leiter umgreift, und ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zur Laserbestrahlung vorgesehen ist, welche ausgebildet ist, zumindest zwei voneinander beabstandete längliche Schweißverbindungen zwischen dem Kontaktabschnitt und dem elektrischen Leiter herzustellen, wobei sich die länglichen Schweißverbindungen in einer Bestrahlungsrichtung jeweils von einem bestrahlten Bereich des Kontaktabschnitts zumindest abschnittsweise in den elektrischen Leiter erstrecken.
Insbesondere kann die Vorrichtung so ausgebildet sein, dass die Lage des verpressten elektrischen Leiters zwischen Verpressen und Laserbestrahlung nicht verändert wird.
Die Erfindung umfasst auch eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren oder mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellte Einheit aus einem mehrere Einzeldrähte umfassenden elektrischen Leiter und einem Kontaktelement, wobei der elektrische Leiter in einem Kontaktabschnitt des Kontaktelements angeordnet ist und der Kontaktabschnitt und der elektrische Leiter miteinander verpresst sind, sodass der Kontaktabschnitt den elektrischen Leiter umgreift und eine elektrische Verbindung zwischen elektrischen Leiter und Kontaktelement besteht. Die Einheit ist dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei voneinander beabstandete längliche Schweißverbindungen zwischen dem Kontaktabschnitt und dem elektrischen Leiter vorliegen, wobei sich die länglichen Schweißverbindungen in einer Bestrahlungsrichtung jeweils von einem bestrahlten Bereich des Kontaktabschnitts zumindest abschnittsweise in den elektrischen Leiter erstrecken.
Die Erfindung kann verwendet werden, um eine sogenannte B-Crimpform oder Herz-Crimpform herzustellen, wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist. Die Erfindung kann selbstverständlich auch für andere Arten der Crimpform oder Pressform verwendet werden.
Die Erfindung ermöglicht es insbesondere, Einzeldrähte aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung zu verwenden. Die Verwendung von Aluminium für die Einzeldrähte führt bekanntermaßen dazu, dass sich auf der Oberfläche der Einzeldrähte eine Oxidschicht bildet und damit keine stabilen Widerstandsverhältnisse über die Einsatzdauer des Leiters vorliegen. Durch die erfindungsgemäßen länglichen Schweißverbindungen wird aber eine stoffschlüssige Verbindung und damit ein elektrischer Kontakt zwischen den Einzeldrähten und dem Kontaktabschnitt des Kontaktelements hergestellt, welcher Kontakt nicht oxidiert und daher gleichbleibende Widerstandsverhältnisse garantiert.
In vorteilhafter Weise werden die Einzeldrähte aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung mit einem Kontaktabschnitt bzw. einem Kontaktelement (z.B. Crimpkabelschuh, Crimphülse) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, z.B. Bronze, Messing, verpresst.
Die erfindungsgemäße Verbindung kann für Hochvoltstecksysteme verwendet werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnungen sind beispielhaft und sollen den Erfindungsgedanken zwar darlegen, ihn aber keinesfalls einengen oder gar abschließend wiedergeben.
Dabei zeigt:

Fig. 1a-d: eine erste Ausführungsvariante einer Vorrichtung zum Verpressen und Laserschweißen, für Kontaktabschnitte mit in Querrichtung unterschiedlich langen Kabelschuhkrallen,
Fig. 2: eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung aus Fig. 1a-c,
Fig. 3a-b: die Vorrichtung aus Fig. 1a-c in Schnittdarstellung beim Laserschweißen,
Fig. 4: eine Vergrößerung aus Fig. 3b,
Fig. 5: eine Aufsicht des Kontaktelements nach dem Laserschweißen,
Fig. 6: das Kontaktelement nach dem Laserschweißen in einer Vorrichtung nach den Fig. 1a-d,
Fig. 7a-e: eine zweite Ausführungsvariante einer Vorrichtung zum Verpressen und Laserschweißen, wobei das Verpresswerkzeug eine gestufte Auflagefläche aufweist.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Fig. 1a-d zeigen eine erste Ausführungsvariante einer Vorrichtung zum Verpressen und Laserschweißen, wobei diese Vorrichtung für Kontaktelemente mit Kontaktabschnitten mit in Querrichtung unterschiedlich langen Kabelschuhkrallen ausgebildet ist.
In Fig. 1a ist ein Längsschnitt durch die geöffnete Vorrichtung dargestellt. In einem Unterteil 1 des Verpresswerkzeugs ist ein Kontaktelement 2 (Kabelschuh) eingelegt. Durch Absenken des Oberteils 3 des Verpresswerkzeugs wird der Kontaktabschnitt 4 des Kontaktelements 2, welcher Kontaktabschnitt 4 den elektrischen Leiter 5 umgreift, nach unten gepresst, wobei die Enden der Kabelschuhkrallen 6,7 nach innen in den Leiter 5 gepresst werden. Auf diese Weise wird die Press- oder Crimpverbindung in Form einer B-Crimpung hergestellt.
In Fig. 1d ist das Kontaktelement 2 im Zustand vor dem Verpressen dargstellt. Das Kontaktelement 2 weist hier, in seiner Längsrichtung gesehen, einen Verbindungsabschnitt 8 mit einer runden Lasche zur weiteren elektrischen Verbindung und einen Kontaktabschnitt 4 zum Verpressen mit dem elektrischen Leiter 5 auf. Der Kontaktabschnitt 4 ist in zwei Längsbereiche mit in Querrichtung unterschiedlich langen Kabelschuhkrallen 6,7 geteilt. Die kürzere Kabelschuhkralle 6 umgibt dann einen Bereich des Leiters 5, der näher am Verbindungsabschnit 8 liegt und der zusätzlich mit dem Laser verschweißt wird. Innerhalb der Kabelschuhkralle 6 ergibt sich daher ein höherer Verpressungsgrad, z.B. höher als 70%, insbesondere höher als 80% oder höher als 90%. Hier soll also eine offene Seilstruktur der Einzeldrähte 9 des Leiters 5 sichergestellt werden. Dies ist in Fig. 1b erkennbar, die einen Querschnitt entlang Linie B-B in Fig. 1a zeigt. Unten sind die Einzeldrähte 9 des Leiters 5 an dieser Stelle dargestellt, die noch einen kreisrunden Querschnitt aufweisen.
Die längere Kabelschuhkralle 7 umgibt einen Bereich des Leiters 5, der weiter vom Verbindungsabschnitt 8 entfernt ist und der nicht mit dem Laser verschweißt wird. Innerhalb der Kabelschuhkralle 7 ergibt sich daher ein niedrigerer Verpressungsgrad, z.B. weniger als 80%. Hier sind weniger Zwischenräume zwischen den Einzeldrähten 9 vorhanden. Dies ist in Fig. 1c erkennbar, die ein Querschnitt entlang Linie C-C in Fig. 1a zeigt. Unten ist zu sehen, dass die Einzeldrähte 9 so stark miteinander verpresst sind, dass sie bereits einen eher sechseckigen Querschnitt aufweisen.
Die Auflagefläche 10 (siehe Fig. 1a) des Unterteils 1 ist hier gerade und daher für beide Kabelschuhkrallen 6,7 gleich ausgebildet. Ein Laserteil 11 ist absenkbar im Oberteil 3 eingelassen.
Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung aus Fig. 1a-c, mit verpresstem, aber noch nicht verschweißtem Leiter 5.
Fig. 3a-b zeigen die Vorrichtung aus Fig. 1a-c in Schnittdarstellung beim Laserschweißen, entsprechend den Darstellungen in Fig. 1a und 1b. Der Laserteil 11 enthält oder ist verbunden mit einem Laser als Quelle der Strahlung. Der Laserteil kann mittels Optik enthaltend Linsen, Spiegel, etc., einen Laserstrahl in Bestrahlungsrichtung, hier die Vertikale, aussenden und diesen Laserstrahl längs eines Rasters horizontal verschieben, wobei die senkrechte Orientierung des Laserstrahls erhalten bleibt. Damit kann der Laserstrahl zeitlich aufeinanderfolgend auf verschiedene, in etwa punktförmige, bestrahlte Bereiche gelenkt werden. Die Laserstrahlen 12 sind hier als dünne Linien dargestellt.
In Fig. 3a sind zwei Laserstrahlen 12 dargestellt, die jeweils in einem bestrahlten Bereich auftreffen und dort jeweils nach unten in den Leiter 5 hinein und bis zur Kabelschuhkralle 6 auf der gegenüberliegenden Seite eine längliche Schweißverbindung 14 ausbilden. In Fig. 3b sind entsprechend sechs Laserstrahlen 12 dargestellt, die jeweils in einem bestrahlten Bereich auftreffen und dort jeweils nach unten in den Leiter 5 hinein und bis zur Kabelschuhkralle 6 auf der gegenüberliegenden Seite eine längliche Schweißverbindung 14 ausbilden. Die länglichen Schweißverbindungen 14 verlaufen im Wesentlichen in Bestrahlungsrichtung, also hier vertikal. Sie überlappen oder berühren einander nicht.
Fig. 4 zeigt eine Vergrößerung aus Fig. 3b, wo die länglichen Schweißverbindungen 14 schematisch dargestellt und besser erkennbar sind.
Fig. 5 zeigt eine Aufsicht des Kontaktelements 2 nach dem Laserschweißen, wo die Eintrittspunkte des Laserstrahls 12 jeweils als bestrahlter Bereich 13 erkennbar ist. Die bestrahlten Bereiche 13 sind regelmäßig voneinander beabstandet und bilden hier ein Raster mit in Querrichtung des Kontaktelements 2 verlaufenden Reihen von abwechselnd sechs und fünf bestrahlten Bereichen 13. In Längsrichtung der Einzeldrähte 9 bzw. in Längsrichtung des Kontaktelements 2 aufeinanderfolgende Reihen sind zueinander in Querrichtung versetzt.
Fig. 6 zeigt das Kontaktelement 2 nach dem Laserschweißen im Unterteil 1 des Verpresswerkzeugs, wobei hier die bestrahlten Bereiche 13 sichtbar sind.
Fig. 7a-e zeigen eine zweite Ausführungsvariante einer Vorrichtung zum Verpressen und Laserschweißen, wobei das Verpresswerkzeug eine gestufte Auflagefläche aufweist. Fig. 7a entspricht weitgehend Fig. 1a bis auf die Tatsache, dass die Auflagefläche 10 des Unterteils 1 für den Kontaktabschnitt 4 hier entsprechend den beiden Längsbereichen des Kontaktabschnitts 4 eine unterschiedliche Höhe hat, somit zwei Stufen 15,16 ausbildet. Die Kabelschuhkrallen 6,7 können, müssen aber nicht gleich lang sein.
Fig. 7d und 7e zeigen das Kontaktelement 2 im verpressten Zustand.
Fig. 7b entspricht Fig. 1b und weist den selben Verpressungsgrad auf, Fig. 7c entspricht Fig. 1c und weist den selben Verpressungsgrad auf.
Die Kabelschuhkralle 6 umgibt einen Bereich des Leiters 5, der näher am Verbindungsabschnitt 8 liegt und der zusätzlich mit dem Laser verschweißt wird. Innerhalb der Kabelschuhkralle 6 ergibt sich aufgrund der weiter unten liegenden Stufe 15 ein höherer Verpressungsgrad, z.B. höher als 70%, insbesondere höher als 80% oder höher als 90%. Hier wird wieder eine offene Seilstruktur der Einzeldrähte 9 des Leiters 5 sichergestellt, die Einzeldrähte 9 weisen wie in Fig. 1b noch einen kreisrunden Querschnitt auf.
Die Kabelschuhkralle 7 umgibt wieder einen Bereich des Leiters 5, der weiter vom Verbindungsabschnit 8 entfernt ist und der nicht mit dem Laser verschweißt wird. Innerhalb der Kabelschuhkralle 7 ergibt sich daher ein niedrigerer Verpressungsgrad, z.B. weniger als 80%. Hier sind weniger Zwischenräume zwischen den Einzeldrähten 9 vorhanden, gleich wie in Fig. 1c unten, wo die Einzeldrähte 9 so stark miteinander verpresst sind, dass sie bereits einen eher sechseckigen Querschnitt aufweisen.
Im Anschluss an das Verpressen findet in der Vorrichtung nach den Fig. 7a-c das Laserschweißen wie in den Fig. 3a-b und 4 statt, mit dem gleichen Ergebnis wie in den Fig. 5 und 6.

BEZUGSZEICHENLISTE

1: Unterteil des Verpresswerkzeugs
2: Kontaktelement (Kabelschuh)
3: Oberteil des Verpresswerkzeugs
4: Kontaktabschnitt
5: elektrischer Leiter
6: Kabelschuhkralle
7: Kabelschuhkralle
8: Verbindungsabschnitt
9: Einzeldraht
10: Auflagefläche
11: Laserteil (Quelle der Laserbestrahlung, Einrichtung zur Laserbestrahlung)
12: Laserstrahl
13: bestrahlter Bereich
14: längliche Schweißverbindung
15: Stufe
16: Stufe

Claims

Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen einem mehrere Einzeldrähte (9) umfassenden elektrischen Leiter (5) und einem Kontaktelement (2), wobei der elektrische Leiter (5) in einem Kontaktabschnitt (4) des Kontaktelements (2) angeordnet wird und nachfolgend der Kontaktabschnitt (4) und der elektrische Leiter (5) miteinander verpresst werden, sodass der Kontaktabschnitt (4) den elektrischen Leiter (5) umgreift,
dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Laserbestrahlung des Kontaktabschnitts (4) zumindest zwei voneinander beabstandete längliche Schweißverbindungen (14) zwischen dem Kontaktabschnitt (4) und dem elektrischen Leiter (5) hergestellt werden, wobei sich die länglichen Schweißverbindungen (14) in einer Bestrahlungsrichtung jeweils von einem bestrahlten Bereich (13) des Kontaktabschnitts (4) zumindest abschnittsweise in den elektrischen Leiter (5) erstrecken.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserbestrahlung so durchgeführt wird, dass sich die längliche Schweißverbindung (14) in Bestrahlungsrichtung durch den gesamten Querschnitt des verpressten elektrischen Leiters (5) erstreckt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere längliche Schweißverbindungen (14) zeitlich nacheinander durch die gleiche Quelle (11) der Laserbestrahlung hergestellt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere längliche Schweißverbindungen (14) in regelmäßig voneinander beabstandeten bestrahlten Bereichen (13) hergestellt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein bestrahlter Bereich (13) zu einem anderen bestrahlten Bereich (13) normal zur Längsrichtung der Einzeldrähte (9) versetzt ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verpressungsgrad der Einzeldrähte (9) in einem Längsbereich des Kontaktelements (2), in dem sich keine bestrahlten Bereiche befinden, geringer ist als in einem Längsbereich des Kontaktelements (2), wo sich bestrahlte Bereiche (13) befinden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der unterschiedliche Verpressungsgrad durch ein Verpresswerkzeug (1) mit einer gestuften Auflagefläche (10,15,16) hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der unterschiedliche Verpressungsgrad durch einen Kontaktabschnitt (4) mit in Querrichtung unterschiedlich langen Kabelschuhkrallen (6,7) hergestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verpressungsgrad der Einzeldrähte (9) in einem Längsbereich des Kontaktelements, wo sich bestrahlte Bereiche (13) befinden, größer als 70% ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserbestrahlung in jenem Werkzeug (1,3) erfolgt, in welchem die Verpressung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage des verpressten elektrischen Leiters (5) zwischen Verpressen und Laserbestrahlung nicht verändert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Herstellung einer länglichen Schweißverbindung (14) weniger als 50 ms, insbesondere weniger als 40 ms, z.B. um 30 ms dauert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktabschnitt (4) zumindest im Bereich, wo dieser den elektrischen Leiter (5) berührt, mit einer Nickelbeschichtung versehen ist.
Vorrichtung zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen einem mehrere Einzeldrähte (9) umfassenden elektrischen Leiter (5) und einem Kontaktelement (2), die Vorrichtung umfassend ein Verpresswerkzeug (1,3), mit welchem der in einem Kontaktabschnitt (4) des Kontaktelements (2) angeordnete elektrische Leiter (5) mit dem Kontaktelement (2) verpresst werden kann, sodass der Kontaktabschnitt (4) den elektrischen Leiter (5) umgreift,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung (11) zur Laserbestrahlung vorgesehen ist, welche ausgebildet ist, zumindest zwei voneinander beabstandete längliche Schweißverbindungen (14) zwischen dem Kontaktabschnitt (4) und dem elektrischen Leiter (5) herzustellen, wobei sich die länglichen Schweißverbindungen (14) in einer Bestrahlungsrichtung jeweils von einem bestrahlten Bereich (13) des Kontaktabschnitts (4) zumindest abschnittsweise in den elektrischen Leiter (5) erstrecken.
Einheit aus einem mehrere Einzeldrähte (9) umfassenden elektrischen Leiter (5) und einem Kontaktelement (2), wobei der elektrische Leiter (5) in einem Kontaktabschnitt (4) des Kontaktelements (2) angeordnet ist und der Kontaktabschnitt (4) und der elektrische Leiter (5) miteinander verpresst sind, sodass der Kontaktabschnitt (4) den elektrischen Leiter (5) umgreift und eine elektrische Verbindung zwischen elektrischem Leiter (5) und Kontaktelement (2) besteht, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei voneinander beabstandete längliche Schweißverbindungen (14) zwischen dem Kontaktabschnitt (4) und dem elektrischen Leiter (5) vorliegen, wobei sich die länglichen Schweißverbindungen (14) in einer Bestrahlungsrichtung jeweils von einem bestrahlten Bereich (13) des Kontaktabschnitts (4) zumindest abschnittsweise in den elektrischen Leiter (5) erstrecken.