EP4381568A1 - Vorrichtung und verfahren zur kontaktierung eines leiters - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur kontaktierung eines leiters

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EP4381568A1
EP4381568A1 EP22758450.5A EP22758450A EP4381568A1 EP 4381568 A1 EP4381568 A1 EP 4381568A1 EP 22758450 A EP22758450 A EP 22758450A EP 4381568 A1 EP4381568 A1 EP 4381568A1
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EP
European Patent Office
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disc
contacting
designed
contacting element
disk
Prior art date
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Pending
Application number
EP22758450.5A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Georg Völlner
Thomas Herzing
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
Family has litigation
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Application filed by Lisa Draexlmaier GmbH filed Critical Lisa Draexlmaier GmbH
Publication of EP4381568A1 publication Critical patent/EP4381568A1/de
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
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    • H01R4/62—Connections between conductors of different materials; Connections between or with aluminium or steel-core aluminium conductors
    • H01R4/625—Soldered or welded connections
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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
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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
    • H01R43/0214—Resistance welding

Definitions

  • the present invention relates to a device and a method for contacting a conductor with an electrical component.
  • DE102014012489 A1 shows a connecting part designed as a flange for aluminum lines, which is welded into a drilled flat conductor and then contacted.
  • One object of the invention is therefore to provide a device and a method for directly contacting a conductor, in particular made of aluminum, with an electrical component using means that are as simple as possible in terms of design.
  • the object is solved by the subject matter of the independent claims.
  • Advantageous developments of the invention are specified in the dependent claims, the description and the accompanying figures.
  • the present invention is based on the finding that the above object can be achieved by a device and a method in which a contacting element designed as a so-called adapter element is applied to a busbar designed as an aluminum flat conductor for reliable contacting of the busbar with an electrical component.
  • the contacting element can be embodied as a silver or copper-coated disk or as a disk made of copper, which is applied to a stripped surface of the aluminum flat conductor by using a common welding process such as spin welding, ultrasonic welding or resistance welding.
  • the busbar can then be contacted with an electrical component by means of the adapter element or contacting element according to the invention via a corresponding positive or non-positive connection.
  • the disclosure relates to a device for contacting a conductor made of aluminum in the form of a flat conductor with an electrical component by means of a contacting element which can be connected to the flat conductor in a materially bonded manner, the contacting element being made of copper.
  • the contacting element is designed as a disk, the disk having a friction aid designed as a conical or ring-shaped structure on a first side of the disk, referred to as the joining side.
  • the pane has an outer contour provided with at least one recess on a second side opposite the joining side of the pane for receiving the pane in an insertion contour corresponding to a welding tool.
  • the friction aid of the disc which is designed as a conical or ring-shaped structure, has the advantage that when the disc is connected to the insulated flat conductor using a suitable welding process, the oxides of the aluminum surface of the flat conductor are either driven into the center of the disc, where the oxides or Burrs can be reliably removed by machining the disc after the welding process, in particular by drilling through the disc welded onto the flat conductor can, or to the outside, where they can be caught by a surrounding collar.
  • the oxides are already on the aluminum surface of the flat conductor and are transported outwards or inwards through the contour of the disc.
  • the friction aid of the disc can also have a weld boss-like shape, under which the conical or annular structure of the disc falls.
  • the disk itself can be relatively flat compared to a conventional, generally cylindrical flange. In this way, a smaller installation space is advantageously required with the same contacting area being made available.
  • the installation space can therefore be optimized by the pane according to the invention in accordance with the respective application.
  • a relatively flat disk also requires significantly less material.
  • the at least one recess in the outer contour of the pane is designed as a notch. This achieves the advantage that the disc can easily be inserted in an existing welding tool for connecting the disc to the flat conductor in a form-fitting manner. Another advantage is that the welding tool can be placed optimally on the pane. In addition, this makes the welding process more reliable.
  • the at least one recess in the outer contour of the pane has at least one angular section or at least one elongate section. This achieves the advantage that the disc can easily be inserted in an existing welding tool for connecting the disc to the flat conductor in a form-fitting manner.
  • This special shape of the disk in its outer contour which is also referred to here as the shaped contour of the disk, also allows the disk to be welded onto the flat conductor at an exact angle.
  • a so-called coding of the disk for a screw point or a possible plug-in contact can be implemented through the contour of the disk.
  • the disc has a substantially centrally aligned
  • the bore is preferably formed as an elongated hole. "Through this the advantage is achieved that a flexible grid dimension can be set to a mating connector in order to easily compensate for tolerances.
  • the contact surface of the disk can be screwed on over a large area through a drilled hole in the disk.
  • the discs are usually drilled after the disc has been joined to the flat conductor.
  • the disc is either partially silver plated, nickel plated, or partially tin plated. This achieves the advantage of better contacting with the connection element.
  • the disclosure relates to a method for materially bonded contacting of a conductor with a contacting element for subsequent non-positive contacting with an electrical component.
  • a flat conductor made of aluminum is provided in a first step.
  • the flat conductor is materially connected to a contacting element, with the contacting element being made of copper and with the contacting element being designed as a disk, with the disk having a friction aid designed as a conical or ring-shaped structure on a first side of the disk, referred to as the joining side as well as an outer contour provided with at least one recess on a second side lying opposite the joining side of the pane for receiving the pane in an insertion contour corresponding to a welding tool.
  • the method step of the materially bonded connection takes place by means of rotary friction welding, ultrasonic welding or resistance welding.
  • FIG. 1 shows a device for contacting a conductor in one embodiment
  • FIG. 2a shows a mold contour of a contacting element in one embodiment
  • FIG. 2b shows a tool-side mold contour of a contacting element in one embodiment
  • FIG. 2c shows a tool-side mold contour of a contacting element in one embodiment
  • FIG. 3a An application aid for a contacting element in one embodiment
  • FIG. 3b shows a rubbing-on aid for a contacting element in one embodiment
  • FIG. 4 shows a contacting element in one embodiment
  • FIG. 5 shows a machining process of the device in one embodiment
  • FIG. 6 shows a contacting element in one embodiment
  • FIG. 7 shows a schematic of a method for contacting a conductor in one embodiment.
  • FIG. 1 shows a device 1 for contacting a conductor 2 designed as a flat conductor 3 made of aluminum in one embodiment.
  • the contacting element 4 which is designed as a disk 4 preferably made of copper, has a borehole 8 arranged in the middle or in the center of the disk 4 .
  • the circular bore 8 is set after the welding has taken place, in which the disk 4 is applied to the surface of the stripped flat conductor 3 in a material-to-material manner, and enables a burr which has formed during the welding process to be removed.
  • the disc 4 according to the invention has a friction aid 6 designed as a conical or ring-shaped structure - see Fig. 3a and Fig. 3b - on a first side (4a) of the disc 4 designated as the joining side.
  • the pane 4 has an outer contour 7 provided with at least one recess 5 on a second side (4b) opposite the joining side (4a) of the pane - see Figures 2a, 2b, 2c and Figures 3a and 3b - for receiving the pane 4 in an insertion contour (not shown) corresponding to a welding tool, to be connected to an electrical component (not shown), such as a battery or charging socket.
  • an electrical component not shown
  • Figures 2a, 2b and 2c show various examples of tool-side contours of the contacting element 4 according to the invention:
  • FIG. 2a shows a first mold contour of the contacting element 4 according to the invention in a first embodiment.
  • the disk 4 has on its outer contour 7 a first and a second notch 5a designed as a recess 5 .
  • FIG. 2b shows a further mold contour of the contacting element 4 according to the invention in a second embodiment.
  • the disc 4 has on its outer contour 7 a recess 5 designed as an angular section 5b, which characterizes the shape of the disc 4 as a hexagon.
  • Other shapes of the recesses 5 of the outer contour 7 of the disk 4 that have more or more teeth or are polygonal and/or additionally provided with wavy or curved sections, for example in a pentagonal shape or a heptagonal shape are also conceivable and not limited thereto.
  • FIG. 2c shows an embodiment of the pane 4 in which the recess 5 of the outer contour 7 of the pane 4 has a plurality of elongate sections 5c.
  • FIG. 3a shows a rubbing aid 6 for a contacting element 4 in a first embodiment in relation to a flat conductor 3, on the surface of which the contacting element 4 is welded.
  • the disc 4 has a rubbing aid 6 designed as a conical or ring-shaped structure 6a on a second side 4b lying opposite the joining side 4a of the disc 4 .
  • FIG. 3 b shows a disk 4 which has a friction aid 6 designed as another conical or ring-shaped structure 6 b on a second side 4 b lying opposite the joining side 4 a of the disk 4 .
  • the second side 4b of the pane 4, that is to say the rubbing aid 6 can have a weld boss-like and/or semicircular shape.
  • the form of the rubbing aid 6 can therefore always be designed in such a way that the oxide of the aluminum surface of the flat conductor is driven into the center of the pane, where it can then be removed more easily as a burr.
  • the welding boss-like and/or semicircular shape of the rubbing aid 6 makes it possible for the welding process to begin on a linear or circular contour and the available welding surface to increase, which also results in better displacement of the oxide layer.
  • the layer of oxides on the aluminum surface of the flat conductor is removed and transported away by the welding process.
  • the underside of the disk 4, i.e. its joining surface 4a, is therefore provided with a flat, conical surface which is either raised on the outer circumference and then pushes oxide layers inwards during the welding process, or the conical surface is raised on the inner diameter of the disc 4 and oxide -Layers are pushed outwards. In the latter case, the displaced material is intercepted by a peripheral collar or sheared off by peripheral teeth.
  • this burr/ejected material is removed by the subsequent drilling of the flat conductor 3. Since the drilling takes place afterwards, the welding process is carried out on solid material, which represents more stable process conditions than with a rail that has already been drilled. During the aluminum welding process, the aluminum reaches the plastic area and flows quickly and uncontrollably into areas with little lateral support.
  • FIG. 4 shows a contacting element 4 in one embodiment, the disk 4 having a shaped contour 9 for realizing a coding of a contacting point 9a of the disk 4. This enables or facilitates precise angular positioning of the pane before the welding process.
  • the surface of the disc 4 can also be equipped with one or more pegs or indentations in order to implement a coding (PokeYoke) for later contacting.
  • This coding can also be used in the welding tool recorded and then positioned at the exact angle at the end of the weld
  • the component is firmly bonded to the rail at an exact angle.
  • Figure 5 shows a machining process of the device 1 in one embodiment, before a hole is made - preferably in the middle or in the center of the disc 4 - by a corresponding tool and after a welding process that has already taken place for the cohesive attachment of the disc 4 on the stripped surface of the flat conductor 3 becomes. This enables screw contacting. Before the welding process, the aluminum flat conductor 3 does not yet have a hole that must be positioned congruently with the hole in the disc. As a result, no critical position tolerances need to be maintained for the welding process.
  • the outer diameter of a welded bush/flange must have a very narrow tolerance window.
  • the gap dimensions must be very small and constant so that touching of the bore wall is prevented on the one hand, and on the other hand the gap dimension must not be too large, since undefined material can flow off and the process monitoring becomes blurred.
  • FIG. 6 shows a contacting element 4 in one embodiment, with the disk 4 having a substantially centrally aligned bore 8 and with the bore 8 being designed as a slot 8a in this special embodiment.
  • tolerance compensation or a flexible grid dimension can be set in a particularly simple manner.
  • the disc 4 can have a height profile, depending on the embodiment turns out differently - as shown by way of example with the left and right embodiment of the disk 4 in FIG.
  • FIG. 7 schematically shows a method 100 for contacting a conductor 2 in one embodiment.
  • a flat conductor 3 made of aluminum is provided in a first method step 110.
  • the flat conductor 3 is materially connected to a contacting element 4, wherein the contacting element 4 consists of copper and wherein the contacting element 4 is designed as a disk 4, the disk 4 having a friction aid 6 designed as a conical or annular structure a first side 4a of the pane 4 referred to as the joining side, and an outer contour 7 provided with at least one recess 5 on a second side 4b opposite the joining side 4a of the pane for receiving the pane in an insertion contour corresponding to a welding tool.
  • the contacting of the electrical component with the pane 4 can then take place, for example, via a positive or non-positive connection.
  • the method step 120 of the material connection can be carried out by means of rotary friction welding, ultrasonic welding or resistance welding.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung umfasst eine Vorrichtung (1) zur Kontaktierung eines Leiters (2) mit einer elektrischen Komponente mit einem Flachleiter (3) aus Aluminium, einem Kontaktierungselement (4), welches mit dem Flachleiter (3) stoffschlüssig verbindbar ist, wobei das Kontaktierungselement (3) aus Kupfer besteht und wobei das Kontaktierungselement (4) als eine Scheibe ausgebildet ist, wobei die Scheibe eine als kegel- oder ringförmige Struktur ausgebildete Anreibhilfe (6) auf einer als Fügeseite bezeichneten ersten Seite (4a) der Scheibe sowie eine mit mindestens einer Aussparung (5) versehenen Außenkontur (7) auf einer gegenüber der Fügeseite (4a) der Scheibe liegenden zweiten Seite (4b) zur Aufnahme der Scheibe in einer einem Schweißwerkzeug korrespondierende Einlegekontur aufweist. Ferner umfasst die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Kontaktierung eines Leiters.

Description

VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUR KONTAKTIERUNG EINES LEITERS
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Kontaktierung eines Leiters mit einer elektrischen Komponente.
Stand der Technik
Der Einsatz von Flachleitern aus Aluminium als Stromschiene bzw. Multischiene für die Übertragung von hohen Strömen und Spannungen im Bereich der Fahrzeugtechnik gewinnt stetig an Bedeutung. Diese Flachleiter werden an ihren Enden mit einer elektrischen Komponente, wie zum Beispiel einer Batterie oder einer Ladedose elektrisch verbunden. Wie es aus dem Stand der Technik jedoch hinlänglich bekannt ist, eignet sich Aluminium aufgrund seiner physikalischen Eigenschaften, wie zum Beispiel seinem plastischem Fließverhalten unter Druck, nicht zur direkten Kontaktierung mit einer bestehenden elektrischen Komponente.
Die DE102014012489 A1 zeigt ein als Flansch ausgebildetes Anschlussteil für Aluminiumleitungen, der in einem gebohrten Flachleiter eingeschweißt und anschließend kontaktiert wird.
Beschreibung der Erfindung
Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, unter Einsatz konstruktiv möglichst einfacher Mittel eine Vorrichtung und ein Verfahren zur direkten Kontaktierung eines Leiters, insbesondere aus Aluminium, mit einer elektrischen Komponente bereitzustellen. Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den begleitenden Figuren angegeben.
Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass die obige Aufgabe durch eine Vorrichtung und ein Verfahren gelöst werden kann, bei welchem ein als sogenanntes Adapterelement ausgebildetes Kontaktierungselement an einem als Aluminium-Flachleiter ausgebildeten Stromschiene zur sicheren Kontaktierung der Stromschiene mit einer elektrischen Komponente aufgebracht wird. Das Kontaktierungselement kann dabei als eine mit Silber oder Kupfer beschichtete oder eine aus Kupfer bestehenden Scheibe ausgebildet sein, welche durch Anwendung eines gängigen Schwei ßverfahrens wie zum Beispiel dem Rotationsschweißen, dem Ultraschallschweißen oder dem Widerstandsschweißen auf eine abisolierte Oberfläche des Aluminium-Flachleiters aufgebracht wird. Die Kontaktierung der Stromschiene mit einer elektrischen Komponente kann dann mittels dem erfindungsgemäßen Adapterelement oder Kontaktierungselement über einen entsprechenden Kraft- oder Formschluss erfolgen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Offenbarung eine Vorrichtung zur Kontaktierung eines als Flachleiter ausgebildeten Leiters aus Aluminium mit einer elektrischen Komponente mittels eines Kontaktierungselements, welches mit dem Flachleiter stoffschlüssig verbindbar ist, wobei das Kontaktierungselement aus Kupfer besteht. Das Kontaktierungselement ist dabei als eine Scheibe ausgebildet, wobei die Scheibe einerseits eine als kegel- oder ringförmige Struktur ausgebildete Anreibhilfe auf einer als Fügeseite bezeichneten ersten Seite der Scheibe aufweist. Andererseits weist die Scheibe eine mit mindestens einer Aussparung versehenen Außenkontur auf einer gegenüber der Fügeseite der Scheibe liegenden zweiten Seite zur Aufnahme der Scheibe in einer einem Schweißwerkzeug korrespondierende Einlegekontur auf.
Durch die als eine kegel- oder ringförmige Struktur ausgebildete Anreibhilfe der Scheibe wird der Vorteil erreicht, dass beim Verbinden der Scheibe mit dem isolierten Flachleiter mittels eines geeigneten Schweißprozesses die Oxide der Aluminiumoberfläche des Flachleiters entweder ins Zentrum der Scheibe getrieben werden, wo die Oxide bzw. Grate durch eine dem Schweißvorgang nachfolgende Bearbeitung der Scheibe, insbesondere dem Durchbohren der auf den Flachleiter aufgeschweißten Scheibe, sicher entfernt werden können, oder nach Außen, wo diese durch einen umlaufenden Kragen eingefangen werden können. Ganz allgemein gesagt, die Oxide befinden sich also bereits auf der Aluminiumoberfläche des Flachleiters und werden durch die Kontur der Scheibe nach außen bzw. innen gefördert.
Die Anreibhilfe der Scheibe kann allgemein gesprochen auch eine schweißbuckelartige Form aufweisen, unter welcher die kegel- oder ringförmige Struktur der Scheibe fällt.
Die Scheibe selbst kann dabei gegenüber einem herkömmlichen, in der Regel zylindrisch ausgebildeten Flansch relativ flach ausgebildet sein. Auf diese Weise wird auf vorteilhafte Weise bei gleicher zur Verfügung gestellter Kontaktierungsfläche ein kleinerer Bauraum benötigt. Der Bauraum kann also durch die erfindungsgemäße Scheibe entsprechend der jeweiligen Anwendung optimiert werden. Auch erfordert eine relativ flache Scheibe einen wesentlich geringeren Materialbedarf.
In einer Ausführungsform ist die mindestens eine Aussparung der Außenkontur der Scheibe als eine Einkerbung ausgebildet. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass die Scheibe auf einfache Weise formschlüssig in ein bestehendes Schweißwerkzeug zum Verbinden der Scheibe mit dem Flachleiter eingelegt werden kann. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das Schweißwerkzeug optimal an die Scheibe angesetzt werden kann. Zudem wird dadurch der Schweißvorgang prozesssicherer gemacht.
In einer Ausführungsform weist die mindestens eine Aussparung der Außenkontur der Scheibe mindestens einen eckig ausgebildeten Abschnitt oder mindestens einen länglich ausgebildeten Abschnitt auf. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass die Scheibe auf einfache Weise formschlüssig in ein bestehendes Schweißwerkzeug zum Verbinden der Scheibe mit dem Flachleiter eingelegt werden kann.
Durch diese besondere Ausprägung der Scheibe in ihrer Außenkontur, die hier auch als Formkontur der Scheibe bezeichnet wird, kann zudem ein winkelgenaues Aufschweißen der Scheibe auf den Flachleiter ermöglicht werden. Zudem kann durch die Formkontur der Scheibe eine sogenannte Codierung der Scheibe für einen Schraubpunkt oder einen möglichen Steckkontakt realisiert werden.
In einer Ausführungsform weist die Scheibe eine im Wesentlichen mittig ausgerichtete
Bohrung auf, wobei die Bohrung vorzugsweise als ein Langloch ausgebildet ist. „Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass ein flexibles Rastermaß zu einem Gegenstecker eingestellt werden kann, um auf einfache Weise einen Toleranzausgleich zu realisieren. Generell kann durch ein Bohrloch in der Scheibe auf vorteilhafte Weise die Kontaktfläche der Scheibe großflächig verschraubt werden. Das Bohren der Scheiben erfolgt in der Regel nach dem Fügen der Scheibe mit dem Flachleiter.
In einer Ausführungsform ist die Scheibe entweder teilweise versilbert, vernickelt oder partiell verzinnt. Dadurch wird der Vorteil einer besseren Kontaktierung zum Anschlusselement erreicht.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Offenbarung ein Verfahren zur stoffschlüssigen Kontaktierung eines Leiters mit einen Kontaktierungselement zur anschließenden kraftschlüssigen Kontaktierung mit einer elektrischen Komponente. In einem ersten Schritt wird ein Flachleiter aus Aluminium bereitgestellt. In einem zweiten Schritt wird der Flachleiter stoffschlüssig mit einem Kontaktierungselement verbunden, wobei das Kontaktierungselement aus Kupfer besteht und wobei das Kontaktierungselement als eine Scheibe ausgebildet ist, wobei die Scheibe eine als kegel- oder ringförmige Struktur ausgebildete Anreibhilfe auf einer als Fügeseite bezeichneten ersten Seite der Scheibe sowie eine mit mindestens einer Aussparung versehenen Außenkontur auf einer gegenüber der Fügeseite der Scheibe liegenden zweiten Seite zur Aufnahme der Scheibe in einer einem Schweißwerkzeug korrespondierende Einlegekontur aufweist.
In einer Ausführungsform gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung erfolgt der Verfahrensschritt des stoffschlüssigen Verbindens mittels Rotationsreibschweißen, Ultraschallschweißen oder Widerstandsschweißen.
Kurze Figurenbeschreibung
Nachfolgend werden weitere vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine Vorrichtung zur Kontaktierung eines Leiters in einer Ausführungsform; Figur 2a eine werkzeugseitige Formkontur eines Kontaktierungselements in einer Ausführungsform; Figur 2b eine werkzeugseitige Formkontur eines Kontaktierungselements in einer Ausführungsform;
Figur 2c eine werkzeugseitige Formkontur eines Kontaktierungselements in einer Ausführungsform;
Figur 3a eine Anreibhilfe eines Kontaktierungselements in einer Ausführungsform;
Figur 3b eine Anreibhilfe eines Kontaktierungselements in einer Ausführungsform;
Figur 4 ein Kontaktierungselement in einer Ausführungsform;
Figur 5 einen Bearbeitungsvorgang der Vorrichtung in einer Ausführungsform;
Figur 6 ein Kontaktierungselement in einer Ausführungsform; und
Figur 7 schematisch ein Verfahren zur Kontaktierung eines Leiters in einer Ausführungsform.
Die Figuren sind lediglich schematische Darstellungen und dienen nur der Erläuterung der Erfindung. Gleiche oder gleichwirkende Elemente sind durchgängig mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Figur 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zur Kontaktierung eines als Flachleiter 3 aus Aluminium ausgebildeten Leiter 2 in einer Ausführungsform. Das Kontaktierungselement 4, welches als eine Scheibe 4 aus vorzugweise Kupfer ausgebildet ist, umfasst ein mittig oder im Zentrum der Scheibe 4 angeordnetes Bohrloch 8 auf. Die kreisrunde Bohrung 8 wird nach erfolgter Schweißung, bei der die Scheibe 4 auf der Oberfläche des abisolierten Flachleiters 3 stoffschlüssig aufgebracht wird, gesetzt, und ermöglicht das Entfernen eines während des Schweißvorgangs entstandenen Grats.
Generell ist im Sinne der vorliegenden Erfindung zu sagen, dass die erfindungsgemäße Scheibe 4 eine als kegel- oder ringförmige Struktur ausgebildete Anreibhilfe 6 - siehe hierzu Fig. 3a und Fig. 3b - auf einer als Fügeseite bezeichneten ersten Seite (4a der Scheibe 4 aufweist.
Ferner weist die Scheibe 4 eine mit mindestens einer Aussparung 5 versehenen Außenkontur 7 auf einer gegenüber der Fügeseite (4a) der Scheibe liegenden zweiten Seite (4b) - siehe hierzu Figuren 2a, 2b, 2c sowie Figuren 3a und 3b - zur Aufnahme der Scheibe 4 in einer einem Schweißwerkzeug korrespondierende Einlegekontur (nicht dargestellt) auf, um mit einer elektrischen Komponente (nicht dargestellt), wie etwa einer Batterie oder einer Ladedose, verbunden zu werden.
Die Figuren 2a, 2b und 2c zeigen verschiedene Beispiele für werkzeugseitige Formkonturen des erfindungsgemäßen Kontaktierungselements 4 auf:
Die Figur 2a zeigt eine erste werkzeugseitige Formkontur des erfindungsgemäßen Kontaktierungselements 4 in einer ersten Ausführungsform. Dabei weist die Scheibe 4 an ihrer Außenkontur 7 eine als Aussparung 5 ausgebildete eine erste und eine zweite Einkerbung 5a auf.
Die Figur 2b zeigt eine weitere werkzeugseitige Formkontur des erfindungsgemäßen Kontaktierungselements 4 in einer zweiten Ausführungsform. Dabei weist die Scheibe 4 an ihrer Außenkontur 7 einen als Aussparung 5 ausgebildeten eckig ausgebildeten Abschnitt 5b auf, der die Form der Scheibe 4 als Sechskant prägt. Andere mehr- oder vielzahnige oder mehreckige und / oder zusätzlich mit wellen- oder kurvenförmigen Abschnitten versehene Ausprägungen der Aussparungen 5 der Außenkontur 7 der Scheibe 4, zum Beispiel in einer Fünfkantform oder einer Siebenkantform sind ebenso denkbar und nicht darauf beschränkt.
In der Figur 2c ist eine Ausführungsform der Scheibe 4 gezeigt, bei der die Aussparung 5 der Außenkontur 7 der Scheibe 4 mehrere länglich ausgebildete Abschnitte 5c aufweist.
Diese werkzeugseitigen Formkonturen 5a, 5b, 5c der Scheibe 4 ermöglichen auf vorteilhafte Weise ein einfacheres Einlegen der Scheibe 4 in ein Schweißwerkzeug (nicht dargestellt).
Die Figur 3a zeigt eine Anreibhilfe 6 eines Kontaktierungselements 4 in einer ersten Ausführungsform in Bezug auf einen Flachleiter 3, auf dessen Oberfläche das Kontaktierungselement 4 durch Schweißung aufgebacht wird. Dabei weist die Scheibe 4 eine als eine kegelförmige oder ringförmige Struktur 6a ausgebildete Anreibhilfe 6 auf einer gegenüber der Fügeseite 4a der Scheibe 4 liegenden zweiten Seite 4b auf.
Die Figur 3b zeigt eine Scheibe 4, welche eine als eine andere kegelförmige oder ringförmig ausgebildete Struktur 6b ausgebildete Anreibhilfe 6 auf einer gegenüber der Fügeseite 4a der Scheibe 4 liegenden zweiten Seite 4b aufweist. Grundsätzlich kann die zweite Seite 4b der Scheibe 4, also die Anreibhilfe 6 über eine schweißbuckelähnliche und / oder halbrunde Form aufweisen. Die Anreibhilfe 6 kann also in ihrer Form stets so gestaltet sein, das Oxid der Aluminiumoberfläche des Flachleiters, ins Zentrum der Scheibe getrieben wird, wo es dann als Grat leichter entfernt werden kann. Die schweißbuckelähnliche und / oder halbrunde Form der Anreibhilfe 6 ermöglicht es, dass der Schweißprozess an einer linien- oder kreisförmigen Kontur beginnt und die zur Verfügung stehende Schweißfläche größer wird und es dadurch zudem zu einer besseren Verdrängung der Oxidschicht kommt. Durch den Schweißvorgang wird also die aus Oxiden bestehende Schicht auf der Aluminiumoberfläche des Flachleiters beseitigt und abtransportiert.
Die Unterseite der Scheibe 4, also dessen Fügefläche 4a ist also mit einer flachen, kegelförmigen Fläche versehen, die entweder am äußeren Umfang überhöht ist und dann während des Schweißprozesses Oxid-Schichten nach innen verdrängt oder die Kegelfläche ist am Innendurchmesser der Scheibe 4 überhöht und Oxid-Schichten werden nach außen verdrängt. Im letzteren Fall wird das verdrängte Material durch einen umlaufenden Kragen abgefangen oder durch umlaufende Zähne abgeschert.
Wird das Material durch die Kegelgeometrie nach innen verdrängt, wird dieser Grat / Materialauswurf durch das anschließende Bohren der Flachleiters 3 entfernt. Da die Bohrung im Anschluss geschieht, wird der Schweißprozess auf Vollmaterial durchgeführt, was stabilere Prozessvoraussetzungen als bei einer schon gelochten Schiene darstellt. Denn bei Schweißprozessen von Aluminium gelangt das Aluminium in den plastischen Bereich und fließt schnell und unkontrolliert in Bereiche mit geringer, seitlichen Abstützung.
Die Figur 4 zeigt ein Kontaktierungselement 4 in einer Ausführungsform, wobei die Scheibe 4 eine Formkontur 9 zur Realisierung einer Codierung einer Kontaktierungsstelle 9a der Scheibe 4 aufweist. Dadurch wird ein winkelgenaues Positionieren der Scheibe vor dem Schweißvorgang ermöglicht bzw. erleichtert.
Bei geeigneter Gegenstelle kann die Oberfläche der Scheibe 4 auch mit einem oder mehreren Zapfen oder Vertiefungen ausgestattet sein um eine Codierung (PokeYoke) für die spätere Kontaktierung zu realisieren. Im Schweißwerkzeug kann diese Codierung ebenfalls aufgenommen werden und dann am Ende der Schweißung winkelgenau positioniert werden
- das Bauteil wird winkelgenau auf der Schiene stoffschlüssig angebunden.
Die Figur 5 zeigt einen Bearbeitungsvorgang der Vorrichtung 1 in einer Ausführungsform, bevor durch ein entsprechendes Werkzeug und nach einem bereits erfolgten Schweißvorgang zur stoffschlüssigen Befestigung der Scheibe 4 auf der abisolierten Oberfläche des Flachleiters 3 eine Bohrung - vorzugsweise mittig oder im Zentrum der Scheibe 4 - gesetzt wird. Dadurch wird eine Schraubkontaktierung ermöglicht. Der Aluminium- Flachleiter 3 hat vor dem Schweißvorgang noch keine Bohrung, die deckungsgleich zur Bohrung der Scheibe positioniert sein muss. Dadurch sind keine kritischen Positionstoleranzen für den Schweißprozess einzuhalten.
Die weiteren Vorteile einer Bohrung der Aluminiumschiene nach dem Schweißvorgang der Scheibe 4 auf den Flachleiter 3 sind:
- Geringere Anforderungen an die Positionstoleranzen während des Schweißprozesses -Keine hohen Toleranzanforderungen an die Bohrung.
Wird eine Buchse in eine gebohrte Schiene geschweißt muss der Außendurchmesser einer eingeschweißten Buchse /Flansch ein sehr enges Toleranzfenster haben. Die Spaltmaße müssen in so einem Fall sehr gering und konstant sein, damit einerseits ein Touchieren der Bohrungswand verhindert wird, andererseits darf das Spaltmaß nicht zu groß sein, da so Undefiniert Material abfließen kann und die Prozessüberwachung unscharf wird.
Weitere Vorteile einer Bohrung des Flachleiters 3 sind geringere Anforderungen an die Positionstoleranzen während des Schweißprozesses. Es werden zudem keine hohen Toleranzanforderungen an die Bohrung gestellt. Wird eine Buchse in eine gebohrte Schiene geschweißt, dann muss der Außendurchmesser einer eingeschweißten Buchse bzw. der Flansch ein sehr enges Toleranzfenster haben. Die Spaltmaße müssen in so einem Fall sehr gering und konstant sein, damit ein Touchieren der Bohrungswand verhindert wird.
Die Figur 6 zeigt ein Kontaktierungselement 4 in einer Ausführungsform, wobei die Scheibe 4 eine im Wesentlichen mittig ausgerichtete Bohrung 8 aufweist und wobei die Bohrung 8 in dieser speziellen Ausführungsform als ein Langloch 8a ausgebildet ist. Dadurch wird auf besonders einfache Weise ein Toleranzausgleich bzw. ein flexibles Rastermaß einstellbar. Die Scheibe 4 kann dabei ein Höhenprofil aufweisen, das je nach Ausführungsform unterschiedlich ausfällt - wie es exemplarisch mit der linken und rechten Ausführungsform der Scheibe 4 der Fig. 6 dargestellt ist.
Die Figur 7 zeigt schematisch ein Verfahren 100 zur Kontaktierung eines Leiters 2 in einer Ausführungsform. In einem ersten Verfahrensschritt 110 wird ein Flachleiter 3 aus Aluminium bereitgestellt. In einem zweiten Verfahrensschritt 120 wird der Flachleiter 3 stoffschlüssig mit einem Kontaktierungselement 4 verbunden, wobei das Kontaktierungselement 4 aus Kupfer besteht und wobei das Kontaktierungselement 4 als eine Scheibe 4 ausgebildet ist, wobei die Scheibe 4 eine als kegel- oder ringförmige Struktur ausgebildete Anreibhilfe 6 auf einer als Fügeseite bezeichneten ersten Seite 4a der Scheibe 4, sowie eine mit mindestens einer Aussparung 5 versehenen Außenkontur 7 auf einer gegenüber der Fügeseite 4a der Scheibe liegenden zweiten Seite 4b zur Aufnahme der Scheibe in einer einem Schweißwerkzeug korrespondierende Einlegekontur aufweist. Die Kontaktierung der elektrischen Komponente mit der Scheibe 4 kann dann zum Beispiel über einen Form- oder Kraftschluss erfolgen.
Der Verfahrensschritt 120 des stoffschlüssigen Verbindens kann dabei mittels Rotationsreibschweißen, Ultraschallschweißen oder Widerstandsschweißen erfolgen.
Bezugszeichenliste
1 Vorrichtung
2 Leiter
3 Flachleiter
4 Kontaktierungselement / Scheibe
4a Erste Seite der Scheibe (Fügeseite)
4b Zweite Seite der Scheibe
5 Aussparung der Scheibe
5a Einkerbung der Scheibe
5b Eckig ausgebildeter Abschnitt der Scheibe
5c Länglich ausgebildeter Abschnitt der Scheibe
6, 6a, 6b Anreibhilfe der Scheibe
7 Außenkontur der Scheibe
8 Bohrung / Bohrloch der Scheibe
8a Langloch der Scheibe
9 Formkontur der Scheibe
9a Kontaktierungsstelle der Scheibe
100 Verfahren
110 Schritt des Bereitstellens eines Flachleiters
120 Schritt des stoffschlüssigen Verbindens eines Flachleiters

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Vorrichtung (1) zur Kontaktierung eines Leiters (2) mit einer elektrischen Komponente aufweisend: einen Flachleiter (3) aus Aluminium, ein Kontaktierungselement (4), welches mit dem Flachleiter (3) stoffschlüssig verbindbar ist, wobei das Kontaktierungselement (3) aus Kupfer besteht und wobei das Kontaktierungselement (4) als eine Scheibe ausgebildet ist, wobei die Scheibe eine als kegel- oder ringförmige Struktur ausgebildete Anreibhilfe (6) auf einer als Fügeseite bezeichneten ersten Seite (4a) der Scheibe sowie eine mit mindestens einer Aussparung (5) versehenen Außenkontur (7) auf einer gegenüber der Fügeseite (4a) der Scheibe liegenden zweiten Seite (4b) zur Aufnahme der Scheibe in einer einem Schweißwerkzeug korrespondierende Einlegekontur aufweist.
2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Aussparung (5) der Außenkontur (7) der Scheibe (4) als eine Einkerbung (5a) ausgebildet ist.
3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Aussparung (5) der Außenkontur (7) der Scheibe mindestens einen eckig ausgebildeten Abschnitt (5b) oder mindestens einen länglich ausgebildeten Abschnitt (5c) aufweist.
4. Vorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Scheibe (4) eine im Wesentlichen mittig ausgerichtete Bohrung (8) aufweist, wobei die Bohrung (8) als ein Langloch (8a) ausgebildet ist.
5. Vorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Scheibe (4) entweder teilweise versilbert, vernickelt oder partiell verzinnt ist.
6. Vorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Scheibe (4) eine Formkontur (9) zur Realisierung einer Codierung einer Kontaktierungsstelle (9a) der Scheibe (4) aufweist.
7. Verfahren (100) zur Kontaktierung eines Leiters (2) mit einer elektrischen Komponente mit den folgenden Schritten:
Bereitstellen (110) eines Flachleiters (3) aus Aluminium, Stoffschlüssiges Verbinden (120) des Flachleiters (3) mit einem Kontaktierungselement (4), wobei das Kontaktierungselement (4) aus Kupfer besteht und wobei das Kontaktierungselement (4) als eine Scheibe ausgebildet ist,
- wobei die Scheibe eine als kegel- oder ringförmige Struktur ausgebildete Anreibhilfe (6) auf einer als Fügeseite bezeichneten ersten Seite (4a) der Scheibe - sowie eine mit mindestens einer Aussparung (5) versehenen Außenkontur (7) auf einer gegenüber der Fügeseite (4a) der Scheibe liegenden zweiten Seite (4b) zur Aufnahme der Scheibe in einer einem Schweißwerkzeug korrespondierende Einlegekontur aufweist.
8. Verfahren (100) nach Anspruch 7, wobei das stoffschlüssige Verbinden (120) mittels
Rotationsreibschweißen, Ultraschallschweißen oder Widerstandsschweißen erfolgt.
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