EP4118717A1 - REIBSCHWEIßVERBINDER UND VERFAHREN ZU DESSEN HERSTELLUNG - Google Patents

REIBSCHWEIßVERBINDER UND VERFAHREN ZU DESSEN HERSTELLUNG

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EP4118717A1
EP4118717A1 EP21710936.2A EP21710936A EP4118717A1 EP 4118717 A1 EP4118717 A1 EP 4118717A1 EP 21710936 A EP21710936 A EP 21710936A EP 4118717 A1 EP4118717 A1 EP 4118717A1
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EP
European Patent Office
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contact part
joining section
section
joining
contact
Prior art date
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Pending
Application number
EP21710936.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christoph Forstmeier
Klaus Specht
Ludwig Stephan
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.)
Lisa Draexlmaier GmbH
Original Assignee
Lisa Draexlmaier GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Lisa Draexlmaier GmbH filed Critical Lisa Draexlmaier GmbH
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Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • H01R43/02—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
    • H01R43/0207—Ultrasonic-, H.F.-, cold- or impact welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
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    • B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
    • H—ELECTRICITY
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    • 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
    • H01R4/60—Connections between or with tubular conductors
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    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H01R4/10—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 effected solely by twisting, wrapping, bending, crimping, or other permanent deformation
    • H01R4/18—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 effected solely by twisting, wrapping, bending, crimping, or other permanent deformation by crimping
    • H01R4/187—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 effected solely by twisting, wrapping, bending, crimping, or other permanent deformation by crimping combined with soldering or welding

Definitions

  • the present invention relates to a method for establishing an electrical connection by materially bonded joining, in particular by friction welding or rotational friction welding, of two contact parts.
  • the invention also relates to an electrical connection arrangement.
  • electrical conductors made of aluminum can be used for the purpose of lightweight construction, cost savings, etc.
  • the area of application ranges from on-board networks with 12 V, through 48 V to high voltage with more than 60 V.
  • a material different from aluminum such as copper, brass or stainless steel, is preferably used to make contact with the conductor.
  • Copper in particular has comparatively good mechanical properties with a comparatively low contact resistance, which makes it suitable for making contact with electrical conductors.
  • the object of the invention is therefore to create an alternative possibility for establishing an electrical connection in which different materials can also be combined with one another.
  • a first aspect provides a method for producing an electrical connection and / or line arrangement by materially joining a first contact part to a second contact part.
  • the procedure consists of the following steps:
  • the first contact part which has a male, first joining section as a solid component with an at least substantially rotationally symmetrical profile towards the second contact part.
  • the second contact part which has a female, second joining section with a hollow profile towards the first contact part.
  • Cohesive joining using a friction welding tool can in particular be understood as joining by means of a friction welding process, for example rotary friction welding.
  • the term solid component can be understood to mean that it is not a stranded conductor, but rather a solid material is preferably used.
  • the first contact part or a part thereof can at the same time form a solid conductor of the electrical connection.
  • the solid component can, for example, have a cylindrical shape.
  • the female second joining section can be a type of sleeve that can also be open on both sides in order to pass the male profile through a first from one side To be able to introduce opening, while the friction welding tool, for example in the form of a dome, can be attached or introduced from the other, opposite side at a second opening.
  • This process enables a wide range of combinations of different materials, particularly due to the materially bonded joining using a friction welding process which, for example, can break up oxide layers and prevent their new formation.
  • a material of the first contact part can have a lower mechanical strength or lower yield point than a material of the second contact part.
  • the material of the first contact part can be softer than the material of the second contact part.
  • the material of the first contact part can be an aluminum material, such as pure aluminum or an aluminum alloy.
  • the material of the second contact part can be, for example, a copper material or a copper alloy, brass or a stainless steel.
  • the first contact part can be provided with at least one material recess formed in the first joining section.
  • a material cutout can also be understood here to mean a removal of material or the like.
  • the solid component can be locally weakened by the material cut-out in order, for example, to enable better deformability, compression, etc. by pressing the first and second joining section prior to friction welding. If, for example, the ductility or the flowability of the first joining section is insufficient or not sufficient on its own, the material recess can be provided for e.g. improved pressing of the hollow profile onto the solid component.
  • the at least one material recess can be formed by a machining production method. For example, this can be done by drilling, cutting, milling, etc. As a result, the first contact part can be provided with the material recess in a simple manner.
  • the material recess can extend along an axis of rotation of the first joining section.
  • the material recess can extend along the longitudinal axis of the cylinder.
  • the material recess can preferably extend over the first joining section, which at the same time can correspond to a pressing section. In this way, improved compressibility can be achieved.
  • the material recess can be arranged on a lateral surface of the first joining section.
  • the material recess can be designed as a type of notch, as a radially extending bore or the like. This is particularly easy to manufacture.
  • the first contact part and / or the second contact part can have an electrical connection section in addition to the joining section for attaching a further contact partner or contact part.
  • the connection section can be selected, for example, from: a contact tongue or contact blade, contact housing, welding surface, screw tab, screw bolt and plug element. This means that there are numerous possible uses.
  • the method can furthermore have the step of attaching at least one further contact partner to an electrical connection section of the first and / or second contact part.
  • the method can furthermore have the step of applying a pressing force to the first joining section and the second joining section in order to press them together after the first joining section has been introduced into the second joining section.
  • the method can furthermore have the step of sheathing the first and / or second joining section after it has been plasticized or melted with an insulation material.
  • a second aspect provides an electrical connection arrangement which can preferably be produced using a method according to the first aspect.
  • the electrical connection arrangement comprises: a first contact part, which has a male, first joining section designed as a solid component with an at least substantially rotationally symmetrical profile, a second contact part, which has a female, second joining section with a hollow profile, the first joining section being arranged in the second joining section and integrally connected to it is.
  • Figure 1 is a perspective view of an electrical connection arrangement according to an embodiment of the invention
  • Figure 2 is a perspective view of an electrical connection arrangement according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 3 shows, in a perspective view, an electrical connection arrangement with insulation according to an embodiment of the invention
  • FIG. 4 shows, in a perspective view, an electrical connection arrangement with insulation according to an embodiment of the invention
  • FIG. 5 in each case a perspective view, of different first contact parts with a material recess according to embodiments of the invention
  • FIG. 6 shows a sectional view of a first and a second contact part according to an embodiment of the invention before a joining process
  • FIG. 7 in a sectional view a first and a second contact part according to an embodiment of the invention during a friction welding process
  • FIG. 8 in a sectional view a first and a second contact part according to an embodiment of the invention after a joining process.
  • FIG. 1 shows, in a perspective view, an electrical connection arrangement 100 which is particularly suitable for use in a motor vehicle.
  • the line arrangement 100 has a first contact part 110 and a second contact part 120, each of which in turn can be connected to one or more electrical contact partners.
  • the first contact part 110 is connected here to a contact partner 200, which is here a type of busbar as an example.
  • a contact partner 200 which is here a type of busbar as an example.
  • the first contact part 110 is connected on the one hand to the second contact part 120 and on the other hand to the contact partner 200, so that a continuous current path can be formed between several contact partners via the line arrangement 100.
  • the second contact part 120 can likewise be connected to a further contact partner (not shown here).
  • the first contact part 110 and the second contact part 120 are made of mutually different materials, the second contact part 120 being mechanically stronger than the first contact part 110.
  • the first contact part 110 can have a higher ductility than the second contact part 120.
  • the first contact part 110 can be made of an aluminum material, for example.
  • the second contact part 120 can be made of a copper or steel material, for example.
  • the first contact part 110 and the second contact part 120 are connected to one another in a section 130, forming an integral connection.
  • the first contact part 110 and the second contact part 120 are in the section 130 possibly also pressed together.
  • the first contact part 110 has a male first joining section 111, which is designed as a solid component, for example a solid material, and has a rotationally symmetrical profile, which here has a cylindrical shape as an example.
  • the second contact part 120 has a female second joining section 121 which is complementary to the first joining section and which is accordingly designed as a hollow profile for receiving the first joining section.
  • the second joining section can therefore also be understood as a type of sleeve.
  • the first contact part 110 and the second contact part 120 each have an electrical connection section 112 or 122 additional to the joining section 111 or 121 for attaching a further contact partner, such as the contact partner 200 here.
  • the first connection section 122 of the first contact part 110 is here exemplarily designed as a welding lug, but can also be designed as a screw lug, etc.
  • the second connection section 122 of the first contact part 110 is designed here as a screw tab, but can also be designed as a welding tab, etc.
  • the first contact part 110 and / or the second contact part 120 can have an offset which is formed between the respective joining section 111, 121 and the respective connection section 112, 122.
  • the respective joining section 111, 121 and the respective connection section 112, 122 can be rotated with respect to one another, in particular about their longitudinal axis.
  • FIG. 2 shows a further exemplary embodiment of the line arrangement 100, the first contact part 110 here having a different connection section 112.
  • the connection section 112 is not designed here as a welding lug, but is suitable for connection by means of a form fit and / or force fit, for example for a Tox connection.
  • the line arrangement 100 is sheathed in each case with an insulating material 140 which is at least electrically insulating, but possibly also has a sealing function.
  • FIG. 5 comprises three sub-figures 5A, 5B and 5C, each showing the first contact part 110 as an individual component. What these three exemplary embodiments have in common is that the first joining section 111 has a material recess 113. This is for example formed by a machining process, such as drilling, milling or the like.
  • the first joining section 111 has, as an example of a material recess 113, a central bore, which is designed here as a blind hole, which extends at least in sections along a longitudinal extension or an axis of rotation of the first joining section 111.
  • a material recess 113 This is for example formed by a machining process, such as drilling, milling or the like.
  • the first joining section 111 has, as an example of a material recess 113, a central bore, which is designed here as a blind hole, which extends at least in sections along a longitudinal extension or an axis of rotation of the first joining section 111.
  • three bores are provided by way of example as the material recess 113, which, for example, can have a smaller cross section than the central bore from FIG. 5A.
  • a number of material recesses 113 are provided, which are formed on a lateral surface of the first joining section 111.
  • the two contact parts 110, 120 are inserted into one another by inserting the first joining section 111 into the second joining section 121.
  • a pressing tool 300 is placed on the outside in section 130 and a pressing force F is applied to it, as indicated in FIG. 7 by two arrows.
  • a deformation of the first joining section 111 can be promoted by the material recess 113 (see also FIGS. 5 and 6).
  • a friction welding tool 400 is then brought up to section 130, as indicated by a double arrow.
  • the friction welding tool is a kind of mandrel that can be moved, but also turned or rotated, for example.
  • the friction welding tool 400 is guided on or partially into the second joining area 121, which is open on both sides for this purpose, so that the first contact part 110 can be brought in from a first side and the friction welding tool 400 can be brought in from a second side.
  • the friction welding tool 400 is then moved, in particular rotated or rotated, at least to the first contact part 110 and / or the second contact part 120 in order to generate welding energy partial plasticizing of a part of the first joining section 111 and / or second joining section 121 facing the other contact part.
  • FIG. 8 the finished connecting arrangement 110 is shown in a sectional view.
  • a welded connection 131 is now formed in section 130 here.
  • the insulation material 140 (see FIGS. 3 and 4) can then be applied in section 130, possibly also with an overlap with another section, for example by overmolding with a suitable plastic or by a similar manufacturing process.
  • connection arrangement 100 can optionally be connected to the one or more contact partners 200, for example by screwing, welding, toxening, etc.

Landscapes

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

Abstract

Vorgeschlagen wird ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Verbindung (100) durch stoffschlüssiges Fügen eines ersten Kontaktteils (110) an ein zweites Kontaktteil (120), mit den Schritten: Bereitstellen des ersten Kontaktteils (110), das hin zu dem zweiten Kontaktteil (120) einen männlichen, ersten Fügeabschnitt (111) als Massivbauteil mit einem zumindest im Wesentlichen rotationssymmetrischen Profil aufweist, Bereitstellen des zweiten Kontaktteils (120), das hin zu dem ersten Kontaktteil einen weiblichen, zweiten Fügeabschnitt (121) mit einem Hohlprofil aufweist, Einbringen des ersten Fügeabschnitts (111) in den zweiten Fügeabschnitt (121), Ansetzen eines Reibschweißwerkzeugs (400) an oder in einer Öffnung des zweiten Fügeabschnitts (121), und Bewegen des Reibschweißwerkzeugs (400) relativ zu dem ersten Kontaktteil (110) und/oder dem zweiten Kontaktteil (120) zum Erzeugen von Schweißenergie zum zumindest teilweisen Plastifizieren eines dem anderen Kontaktteil (110, 120) zugewandten Teils des ersten Fügeabschnitts (111) und/oder zweiten Fügeabschnitts (121).

Description

REIBSCHWEIßVERBINDER UND VERFAHREN ZU DESSEN HERSTELLUNG
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Verbindung durch stoffschlüssiges Fügen, insbesondere durch Reibschweißen oder Rotationsreibschweißen, von zwei Kontaktteilen. Ferner betrifft die Erfindung eine elektrische Verbindungsanordnung.
Stand der Technik
Beispielsweise in der Fahrzeugtechnik können zum Zweck von Leichtbau, Kosteneinsparung usw. elektrische Leiter aus Aluminium eingesetzt werden. Das Einsatzgebiet reicht dabei von Bordnetzen mit 12 V, über 48 V bis hin zu Hochvolt mit mehr als 60 V.
Durch die Bildung von z.B. einer vermindert elektrisch leitenden Oberflächen-Oxidschicht und/oder einer vergleichsweise starken Neigung zum Kaltfließen eines sonst gut elektrisch leitenden Aluminiumwerkstoffs wird zur Kontaktierung des Leiters vorzugsweise ein zu Aluminium unterschiedliches Material verwendet, wie etwa Kupfer, Messing oder Edelstahl. Insbesondere Kupfer hat vergleichsweise gute mechanische Eigenschaften mit einem vergleichsweise geringen Übergangswiderstand, wodurch es sich zur Kontaktierung von elektrischen Leitern eignet.
Aufgrund der unterschiedlichen Materialeigenschaften und einer Korrosionsgefahr, insbesondere aufgrund der jeweiligen Anordnung der zu verbindenden Werkstoffe in der elektrochemischen Spannungsreihe, eignen sich nur wenige Fertigungsverfahren zum Verbinden eines Leiters auf Aluminiumbasis mit einem Kontaktteil auf Kupfer-, Messing- oder Edelstahlbasis. Beschreibung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine alternative Möglichkeit zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zu schaffen, bei der auch unterschiedliche Material miteinander kombiniert werden können.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den begleitenden Figuren angegeben.
Ein erster Aspekt stellt ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Verbindung und/oder Leitungsanordnung durch stoffschlüssiges Fügen eines ersten Kontaktteils an ein zweites Kontaktteil zur Verfügung. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
Bereitstellen des ersten Kontaktteils, das hin zu dem zweiten Kontaktteil einen männlichen, ersten Fügeabschnitt als Massivbauteil mit einem zumindest im Wesentlichen rotationssymmetrischen Profil aufweist.
Bereitstellen des zweiten Kontaktteils, das hin zu dem ersten Kontaktteil einen weiblichen, zweiten Fügeabschnitt mit einem Hohlprofil aufweist.
Einbringen des ersten Fügeabschnitts in den zweiten Fügeabschnitt,
Ansetzen eines Reibschweißwerkzeugs an oder in einer Öffnung des zweiten Fügeabschnitts.
Bewegen des Reibschweißwerkzeugs relativ zu dem ersten Kontaktteil und/oder dem zweiten Kontaktteil zum Erzeugen von Schweißenergie zum zumindest teilweisen Plastifizieren eines dem anderen Kontaktteil zugewandten Teils des ersten Fügeabschnitts und/oder zweiten Fügeabschnitts.
Das stoffschlüssige Fügen unter Verwendung eines Reibschweißwerkzeugs kann insbesondere als Fügen mittels eines Reibschweißverfahrens, z.B. Rotationsreibschweißen, verstanden werden. Unter dem Begriff Massivbauteil kann in diesem Zusammenhang verstanden werden, dass es sich nicht um einen Litzenleiter handelt, sondern vorzugsweise ein Vollmaterial verwendet wird. Das erste Kontaktteil oder ein Teil davon kann gleichzeitig einen Massivleiter der elektrischen Verbindung ausbilden. Das Massivbauteil kann z.B. eine Zylinderform aufweisen. Der weibliche zweite Fügeabschnitt kann eine Art Hülse sein, die auch beidseitig offen sein kann, um von einer Seite das männliche Profil durch eine erste Öffnung einführen zu können, während von der anderen, gegenüberliegenden Seite an einer zweiten Öffnung das Reibschweißwerkzeug, z.B. in Form eines Doms, angesetzt oder eingeführt werden kann.
Dieses Verfahren ermöglicht insbesondere aufgrund des stoffschlüssigen Fügens durch ein Reibschweißverfahren, welches z.B. Oxidschichten aufbrechen und deren Neubildung verhindern kann, vielfältige Kombinationen unterschiedlicher Materialien.
Gemäß einer Weiterbildung kann ein Material des ersten Kontaktteils eine geringere mechanische Festigkeit oder niedrigere Fließgrenze aufweisen als ein Material des zweiten Kontaktteils. In anderen Worten kann das Material des ersten Kontaktteils weicher sein als das Material des zweiten Kontaktteils. Beispielsweise kann das Material des ersten Kontaktteils ein Aluminiumwerkstoff sein, wie etwa reines Aluminium oder eine Aluminiumlegierung. Das Material des zweiten Kontaktteils kann z.B. ein Kupferwerkstoff oder eine Kupferlegierung, Messing oder ein Edelstahl sein.
In einer Weiterbildung kann das erste Kontaktteil mit wenigstens einer im ersten Fügeabschnitt gebildeten Materialaussparung bereitgestellt werden. Unter Materialaussparung kann hier auch ein Materialabtrag oder ähnliches verstanden werden. Durch die Materialaussparung kann das Massivbauteil örtlich geschwächt werden, um z.B., durch ein dem Reibschweißen vorausgehendes Pressen des ersten und zweiten Fügeabschnitts eine bessere Verformbarkeit, Verpressung usw. zu ermöglichen. Sollte beispielsweise die Duktilität bzw. die Fließfähigkeit des ersten Fügeabschnitts nicht oder nicht alleine ausreichen, kann für z.B. eine verbesserte Verpressung des Hohlprofils auf das Massivbauteil die Materialaussparung vorgesehen werden.
Gemäß einer Weiterbildung kann die wenigstens eine Materialaussparung durch ein spanendes Fertigungsverfahren gebildet werden. Beispielsweise kann das durch Bohren, Schneiden, Fräsen usw. erfolgen. Dadurch kann das erste Kontaktteil auf einfache Weise mit der Materialaussparung bereitgestellt werden.
In einer Weiterbildung kann sich die Materialaussparung entlang einer Rotationsachse des ersten Fügeabschnitts erstrecken. Bei z.B. einer Zylinderform kann sich die Materialaussparung entlang der Zylinderlängsachse erstrecken. Es können auch mehrere, vorzugsweise zueinander parallel verlaufende, Materialaussparungen vorgesehen sein. Vorzugsweise kann sich die Materialaussparung über den ersten Fügeabschnitt erstrecken, der gleichzeitig einem Verpressungsabschnitt entsprechen kann. Dadurch kann eine verbesserte Verpressbarkeit bewerkstelligt werden.
Gemäß einer Weiterbildung kann die Materialaussparung an einer Mantelfläche des ersten Fügeabschnitts angeordnet sein. Beispielsweise kann die Materialaussparung als eine Art Kerbe, als sich radial erstreckende Bohrung oder dergleichen ausgebildet sein. Dies lässt sich besonders einfach fertigen.
In einer Weiterbildung können das erste Kontaktteil und/oder das zweite Kontaktteil einen zu dem Fügeabschnitt zusätzlichen elektrischen Anschlussabschnitt zum Anbringen eines weiteren Kontaktpartners oder Kontaktteils aufweisen. Der Anschlussabschnitt kann beispielsweise ausgewählt sein aus: eine Kontaktzunge oder Kontaktmesser, Kontaktgehäuse, Schweißfläche, Schraublasche, Schraubbolzen und Steckelement. Damit sind zahlreiche Einsatzmöglichkeiten gegeben.
Gemäß einer Weiterbildung kann das Verfahren ferner den Schritt eines Anbringens von wenigstens einem weiteren Kontaktpartner an einen elektrischen Anschlussabschnitt des ersten und/oder zweiten Kontaktteils aufweisen.
In einer Weiterbildung kann das Verfahren ferner den Schritt eines Aufbringens einer Presskraft auf den ersten Fügeabschnitt und den zweiten Fügeabschnitt zum miteinander Verpressen derselben, nach dem Einbringen des ersten Fügeabschnitts in den zweiten Fügeabschnitt aufweisen.
Gemäß einer Weiterbildung kann das Verfahren ferner den Schritt eines Ummantelns des ersten und/oder zweiten Fügeabschnitts nach dem Plastifizieren oder Aufschmelzen desselben mit einem Isolationsmaterial aufweisen.
Ein zweiter Aspekt stellt eine elektrische Verbindungsanordnung zur Verfügung, die vorzugsweise mit einem Verfahren gemäß dem ersten Aspekt hergestellt werden kann. Die elektrische Verbindungsanordnung weist auf: ein erstes Kontaktteil, das einen als Massivbauteil ausgebildeten männlichen, ersten Fügeabschnitt mit einem zumindest im Wesentlichen rotationssymmetrischen Profil aufweist, ein zweites Kontaktteil, das einen weiblichen, zweiten Fügeabschnitt mit einem Hohlprofil aufweist, wobei der erste Fügeabschnitt in dem zweiten Fügeabschnitt angeordnet und stoffschlüssig damit verbunden ist.
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von vorteilhaften Ausführungsformen und den begleitenden Figuren.
Kurze Figurenbeschreibung
Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren erläutert. Es zeigen:
Figur 1 in einer perspektivischen Ansicht eine elektrische Verbindungsanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
Figur 2 in einer perspektivischen Ansicht eine elektrische Verbindungsanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
Figur 3 in einer perspektivischen Ansicht eine elektrische Verbindungsanordnung mit einer Isolierung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
Figur 4 in einer perspektivischen Ansicht eine elektrische Verbindungsanordnung mit einer Isolierung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
Figur 5 in jeweils einer perspektivischen Ansicht unterschiedliche erste Kontaktteile mit einer Materialaussparung gemäß Ausführungsformen der Erfindung,
Figur 6 in einer Schnittansicht ein erstes und ein zweites Kontaktteil gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vor einem Fügevorgang, Figur 7 in einer Schnittansicht ein erstes und ein zweites Kontaktteil gemäß einer Ausführungsform der Erfindung während eines Reibschweißvorgangs und
Figur 8 in einer Schnittansicht ein erstes und ein zweites Kontaktteil gemäß einer Ausführungsform der Erfindung nach einem Fügevorgang.
Die Figuren sind lediglich schematische Darstellungen und dienen nur der Erläuterung der Erfindung. Gleiche oder gleichwirkende Elemente sind durchgängig mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Detaillierte Beschreibung
Figur 1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht eine elektrische Verbindungsanordnung 100, die sich insbesondere zum Einsatz in ein Kraftfahrzeug eignet. Die Leitungsanordnung 100 weist ein erstes Kontaktteil 110 und ein zweites Kontaktteil 120 auf, die jeweils wiederum mit einem oder mehreren elektrischen Kontaktpartnern verbunden sein können. Zur besseren Veranschaulichung ist hier das erste Kontaktteil 110 mit einem Kontaktpartner 200 verbunden, bei dem es sich hier exemplarisch um eine Art Stromschiene handelt. Das heißt, dass das erste Kontaktteil 110 einerseits mit dem zweiten Kontaktteil 120 und andererseits mit dem Kontaktpartner 200 verbunden ist, so dass über die Leitungsanordnung 100 ein durchgängiger Strompfad zwischen mehreren Kontaktpartnern ausgebildet werden kann. Anhand von Figur 1 ist nachvollziehbar, dass gleichermaßen das zweite Kontaktteil 120 mit einem weiteren (hier nicht gezeigten) Kontaktpartner verbunden werden kann.
Das erste Kontaktteil 110 und das zweite Kontaktteil 120 sind aus zueinander unterschiedlichen Materialien gefertigt, wobei das zweite Kontaktteil 120 mechanisch fester als das erste Kontaktteil 110 ist. Gleichermaßen kann das erste Kontaktteil 110 eine höhere Duktilität aufweisen als das zweite Kontaktteil 120. Insbesondere kann das erste Kontaktteil 110 beispielsweise aus einem Aluminiumwerkstoff gefertigt sein. Das zweite Kontaktteil 120 kann beispielsweise aus einem Kupfer- oder Stahlwerkstoff gefertigt sein.
Gemäß Figur 1 sind das erste Kontaktteil 110 und das zweite Kontaktteil 120 unter Ausbildung einer stoffschlüssigen Verbindung in einem Abschnitt 130 miteinander verbunden. Im Abschnitt 130 sind das erste Kontaktteil 110 und das zweite Kontaktteil 120 ggf. auch miteinander verpresst. Das erste Kontaktteil 110 verfügt über einen männlichen ersten Fügeabschnitt 111, der als Massivbauteil, z.B. einem Vollmaterial, ausgebildet ist und ein rotationssymmetrisches Profil aufweist, das hier exemplarisch eine Zylinderform hat. Das zweite Kontaktteil 120 weist einen zu dem ersten Fügeabschnitt komplementären, weiblichen zweiten Fügeabschnitt 121 auf, der dementsprechend als Hohlprofil zur Aufnahme des ersten Fügeabschnitts ausgebildet ist. Der zweite Fügeabschnitt kann daher auch als eine Art Hülse aufgefasst werden.
Das erste Kontaktteil 110 und das zweite Kontaktteil 120 weisen jeweils einen zu dem Fügeabschnitt 111 bzw. 121 zusätzlichen elektrischen Anschlussabschnitt 112 bzw. 122 zum Anbringen eines weiteren Kontaktpartners auf, wie z.B. hier des Kontaktpartners 200. Der erste Anschlussabschnitt 122 des ersten Kontaktteils 110 ist hier exemplarisch als Schweißlasche ausgebildet, kann jedoch auch als Schraublasche usw. ausgebildet sein. Der zweite Anschlussabschnitt 122 des ersten Kontaktteils 110 ist hier exemplarisch als Schraublasche ausgebildet, kann jedoch auch als Schweißlasche usw. ausgebildet sein. Gemäß Figur 1 kann das erste Kontaktteil 110 und/oder das zweite Kontaktteil 120 eine Kröpfung aufweisen, die zwischen dem jeweiligen Fügeabschnitt 111, 121 und dem jeweiligen Anschlussabschnitt 112, 122 ausgebildet ist. Alternativ oder zusätzlich dazu, können der jeweilige Fügeabschnitt 111, 121 und der jeweilige Anschlussabschnitt 112, 122, insbesondere um deren Längsachse, zueinander verdreht sein.
Figur 2 zeigt eine weitere exemplarische Ausführungsform der Leitungsanordnung 100, wobei hier das erste Kontaktteil 110 einen anderen Anschlussabschnitt 112 aufweist. Abweichend von der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist der Anschlussabschnitt 112 hier nicht als Schweißlasche ausgebildet, sondern eignet sich zum Verbinden mittels Form- und/oder Kraftschluss, beispielsweise für eine Tox-Verbindung.
In den Figuren 3 und 4 ist die Leitungsanordnung 100 jeweils mit einem Isolationsmaterial 140 ummantelt, das zumindest elektrisch isolierend ist, ggf. aber auch eine abdichtende Funktion hat.
Figur 5 umfasst drei Teilfiguren 5A, 5B und 5C, die jeweils das erste Kontaktteil 110 als Einzelbauteil zeigen. Diesen drei exemplarischen Ausführungsformen ist gemeinsam, dass der erste Fügeabschnitt 111 eine Materialaussparung 113 aufweist. Diese ist beispielsweise durch ein spanendes Fertigungsverfahren ausgebildet, wie etwa Bohren, Fräsen oder dergleichen. In Figur 5A weist der erste Fügeabschnitt 111 als Materialaussparung 113 exemplarisch eine zentrale Bohrung auf, die hier als Sackloch ausgebildet ist, die sich zumindest abschnittsweise entlang einer Längenausdehnung bzw. einer Rotationsachse des ersten Fügeabschnitts 111 erstreckt. In Figur 5B sind als Materialaussparung 113 exemplarisch drei Bohrungen vorgesehen, die beispielsweise einen geringeren Querschnitt als die zentrale Bohrung aus Figur 5A haben kann. In Figur 5C ist eine Anzahl Materialaussparungen 113 vorgesehen, die an einer Mantelfläche des ersten Fügeabschnitt 111 ausgebildet sind.
Anhand der Figuren 6, 7 und 8 soll nun im Folgenden ein Verfahren zum Herstellen der elektrischen Leitungsanordnung 100 durch stoffschlüssiges Fügen des ersten Kontaktteils 110 an das zweite Kontaktteil 120 erläutert werden.
Zunächst werden, wie in Figur 6 angedeutet, die beiden Kontaktteile 110, 120 ineinander eingebracht, indem der erste Fügeabschnitt 111 in den zweiten Fügeabschnitt 121 eingeführt wird.
Wie in Figur 7 angedeutet, wird in einem optionalen Schritt aus radialer Richtung ein Presswerkzeug 300 im Abschnitt 130 außen angesetzt und eine Presskraft F darauf aufgebracht, wie dies in Figur 7 durch zwei Pfeile angedeutet ist. Dabei kann eine Verformung des ersten Fügeabschnitts 111 durch die Materialaussparung 113 (siehe auch Figuren 5 und 6) begünstigt werden.
Weiter Bezug nehmend auf Figur 7, wird dann ein Reibschweißwerkzeug 400 an den Abschnitt 130 herangeführt, wie dies durch einen Doppelpfeil angedeutet ist. Das Reibschweißwerkzeug ist hier eine Art Dorn, der sich z.B. Verschieben aber auch Drehen bzw. Rotieren lässt. Beispielsweise wird das Reibschweißwerkzeug 400 an oder teilweise in den zweiten Fügebereich 121 geführt, der hierzu beidseitig offen ist, so dass von einer ersten Seite das erste Kontaktteil 110 und von einer zweiten Seite das Reibschweißwerkzeug 400 herangeführt werden kann. Das Reibschweißwerkzeug 400 wird dann relativ zu dem ersten Kontaktteil 110 und/oder dem zweiten Kontaktteil 120 zum Erzeugen von Schweißenergie bewegt, insbesondere gedreht oder rotiert, zum zumindest teilweisen Plastifizieren eines dem anderen Kontaktteil zugewandten Teils des ersten Fügeabschnitts 111 und/oder zweiten Fügeabschnitts 121.
In Figur 8 ist die fertige Verbindungsanordnung 110 in einer Schnittansicht gezeigt. Im Abschnitt 130 ist hier nun eine Schweißverbindung 131 ausgebildet.
In einem weiteren optionalen Schritt kann dann im Abschnitt 130, ggf. auch mit einer Überlappung mit einem anderen Abschnitt, das Isolationsmaterial 140 (siehe Figuren 3 und 4) aufgebracht werden, beispielsweise durch Umspritzen mit einem geeigneten Kunststoff, oder durch ein ähnliches Fertigungsverfahren.
Schließlich kann die Verbindungsanordnung 100 ggf. mit dem einen oder den mehreren Kontaktpartnern 200 verbunden werden, beispielsweise durch Schrauben, Schweißen, Toxen, usw.
BEZUGSZEICHENLISTE
100 elektrische Verbindungs- und/oder Leitungsanordnung 110 erstes Kontaktteil 111 erster Fügeabschnitt
112 Anschlussabschnitt
113 Materialaussparung
120 zweites Kontaktteil
121 zweiter Fügeabschnitt 122 Anschlussabschnitt
130 Abschnitt
131 Schweißverbindung
200 weitere(r) Kontaktpartner 300 Presswerkzeug
400 Reibschweißwerkzeug

Claims

ANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Verbindung (100) durch stoffschlüssiges Fügen eines ersten Kontaktteils (110) an ein zweites Kontaktteil (120), mit den Schritten:
Bereitstellen des ersten Kontaktteils (110), das hin zu dem zweiten Kontaktteil (120) einen männlichen, ersten Fügeabschnitt (111) als Massivbauteil mit einem zumindest im Wesentlichen rotationssymmetrischen Profil aufweist,
Bereitstellen des zweiten Kontaktteils (120), das hin zu dem ersten Kontaktteil einen weiblichen, zweiten Fügeabschnitt (121) mit einem Hohlprofil aufweist,
Einbringen des ersten Fügeabschnitts (111) in den zweiten Fügeabschnitt (121), Ansetzen eines Reibschweißwerkzeugs (400) an oder in einer Öffnung des zweiten Fügeabschnitts (121), und
Bewegen des Reibschweißwerkzeugs (400) relativ zu dem ersten Kontaktteil (110) und/oder dem zweiten Kontaktteil (120) zum Erzeugen von Schweißenergie zum zumindest teilweisen Plastifizieren eines dem anderen Kontaktteil (110, 120) zugewandten Teils des ersten Fügeabschnitts (111) und/oder zweiten Fügeabschnitts (121).
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Material des ersten Kontaktteils (110) eine geringere mechanische Festigkeit oder niedrigere Fließgrenze aufweist als ein Material des zweiten Kontaktteils (120).
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das erste Kontaktteil (110) mit wenigstens einer im ersten Fügeabschnitt (111) gebildeten Materialaussparung (113) bereitgestellt wird.
4. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die wenigstens eine Materialaussparung (113) durch ein spanendes Fertigungsverfahren gebildet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei sich die Materialaussparung (113) entlang einer Rotationsachse des ersten Fügeabschnitts (111) erstreckt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Materialaussparung (113) an einer Mantelfläche des ersten Fügeabschnitts (111) angeordnet ist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Kontaktteil (110) und/oder das zweite Kontaktteil (120) einen zu dem
Fügeabschnitt (111) zusätzlichen elektrischen Anschlussabschnitt (112) zum Anbringen eines weiteren Kontaktpartners (200) oder Kontaktteils aufweist.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend den Schritt:
Anbringen von wenigstens einem weiteren Kontaktpartner (200) an einen elektrischen Anschlussabschnitt (112, 122) des ersten Kontaktteils (110) und/oder zweiten Kontaktteils (120).
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend den
Schritt:
Ummanteln des ersten und/oder zweiten Fügeabschnitts (111, 121) nach dem Aufschmelzen desselben mit einem Isolationsmaterial (140).
10. Elektrische Verbindungsanordnung (100), vorzugsweise hergestellt mit einem
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem ersten Kontaktteil (110), der einen als Massivbauteil ausgebildeten männlichen, ersten Fügeabschnitt (111) mit einem zumindest im Wesentlichen rotationssymmetrischen Profil aufweist, einem zweiten Kontaktteil (120), der einen weiblichen, zweiten Fügeabschnitt (121) mit einem Hohlprofil aufweist, wobei der erste Fügeabschnitt (111) in dem zweiten Fügeabschnitt (121) angeordnet und stoffschlüssig damit verbunden ist.
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