WO2011120854A1 - Verfahren zur kabelkonfektionierung sowie konfektioniertes kabel - Google Patents

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WO2011120854A1
WO2011120854A1 PCT/EP2011/054443 EP2011054443W WO2011120854A1 WO 2011120854 A1 WO2011120854 A1 WO 2011120854A1 EP 2011054443 W EP2011054443 W EP 2011054443W WO 2011120854 A1 WO2011120854 A1 WO 2011120854A1
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cable
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Lutz Lehmann
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Lisa Dräxlmaier GmbH
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    • Y10T29/49208—Contact or terminal manufacturing by assembling plural parts

Definitions

  • the present invention relates to the cable assembly.
  • the present invention relates to
  • Such cables are used primarily in the automotive industry to provide electrical consumers with electrical energy. Likewise, such cables are used for grounding electrical systems. In addition to the method for cable assembly, the present invention also relates to a ready-made cable.
  • magnesium or aluminum and their salts For example, magnesium or aluminum and their salts
  • Ultrasonic welding is cold-welded. This sleeve then serves to make contact with the
  • the ultrasonic welding process takes between 500 and 1,500 ms. Alternatively known soft or brazing operations take even several seconds.
  • Magnetic pulse welding method by means of which the sleeve of a cable lug is cold-welded as a contact element with the exposed strand of a cable.
  • the sleeve is pressed from the outside extremely accelerated on the strand in analogy to the known mechanical crimping or caulking on the Magnetimpulssch diehabilit from outside to make contact with this.
  • This method has the disadvantage that the effect of the magnetic pulse to the center of the strand decreases. As a result, cold swabbing no longer takes place between the centrally located individual wires, as a result of which both the reliability of the mechanical connection of the contact element to the strand and the electrical connection of the contact element
  • the present invention is therefore based on the object to provide a method for cable assembly, which in comparatively short process duration in the
  • Comparison with WO 2008/104668 ensures more reliable contacting of the contact element with the stranded conductor of the cable even when using light metal strands.
  • the present invention relates to the creation of a ready-made cable, which is produced in a short process time and thus cost and a more reliable
  • the present invention is based on the idea of ensuring, by providing at least one abutment within the stranded conductor, that the mechanical impulse also optimally transmits to the inner individual wires, thus reducing the quality of the electrical and mechanical contacting to the center avoid.
  • the cable to be assembled is typically a single-core cable with a cable
  • Stranded wire but the cable can also have several wires, i. against each other electrically insulated, stranded wire and in addition a shield, as for example, for
  • the stranded conductor is made up of several individual wires. In the case of large Conductor cross sections necessary, very large number
  • Alloy or a light metal alloy such as
  • the inventive method comprises the introduction of at least one preferably elongate, in particular pin-shaped abutment at the end of a vein in a preferred
  • a partial length of the cable or the wire is preferably stripped in a previous step in order to expose the wire.
  • the introduction of the abutment can be such that initially in a separate step the
  • Stranded conductor can be distributed. Furthermore, the method according to the invention comprises the positioning of a sleeve around the outer circumference of the exposed stranded conductor.
  • the sleeve is preferably positioned so that they both a Part length of the exposed stranded conductor as well as a partial length of the abutment surrounds. D, h. at least in a partial area, the sleeve surrounds at least the exposed stranded conductor and the abutment.
  • the sleeve may be listed in advance on the cable before the abutment in the
  • Stranded conductor is introduced. But it is also the reverse process or a simultaneous application of sleeve and introducing the abutment conceivable. The latter, in particular when both the sleeve and the abutment formed integrally with the contact element (see later).
  • the sleeve is preferably a sleeve with a closed, preferably circular cross-section.
  • the method of the present invention comprises the cohesive connection (compression) of the sleeve with the stranded wires and the
  • the contact element with the sleeve is a contact element with the sleeve
  • the pin and / or the sleeve can be made of the same material as the contact element, d. H. z. B. of copper or its alloys or of the same material as the stranded conductor may be formed. However, it is also conceivable, the sleeve and / or the pin from another
  • Aluminum strands can be used. It can be used. It can be used. It can be used. It can be used. It can be used. It can be used. It can be used. It can be used. It can be used. It can be used. It can be used. It can be used. It can be used. It can be used. It can be used. It can be used. It can be used. It can be used. It can be used. It can be used. It can be used. It can be used. It can be used. It can be used. It can be used. It can be used. It can be used. It can be used. It can be used. It can be used. It can be used. It can be used. It can be used. It can be used. It can be used. It can be used. It can be used. It can be used. It can be used. It can be used. It can be used. It can be used. It can be used. It can be used. It can be used. It can be used. It can be used. It can be used. It can be used.
  • the cohesive joining is carried out by a pressure welding process.
  • a pressure welding process wherein the sleeve should be radially centered. For this reason and around the
  • Magnetic pulse welding method is referred to the aforementioned WO 2008/104668 A1.
  • Magnetic pulse welding method in contrast to ultrasonic welding also allows for large
  • the abutment substantially centrally in the stranded conductor. This can be ensured such that the exposed end of the strand is first fully held in a tool that the maximum diameter after insertion of the
  • Abutment pretends. Held in this tool, the abutment or pin is introduced to form a space for the abutment, as described above.
  • the pen is centered relative to the tool so that a central arrangement of the abutment can be ensured relative to the stranded conductor.
  • the central arrangement can only be achieved substantially because a single wire, which is otherwise centrally located, must dodge radially in one direction.
  • this is also to be understood by the term “central” and is characterized in the claims by the term “substantially”.
  • the present invention also relates to a ready-made, single or multi-core, shielded or unshielded cable for one or more wires arranged in the center of the stranded conductor pin (the abutment described above), one pressed onto the outer circumference of the stranded conductor Sleeve and a contact element which is connected to the sleeve and / or the pin, preferably integrally formed, and is in electrical contact with the Litzegoriter.
  • the cable is preferably a
  • Round conductor with a longitudinal central axis and the pin is aligned substantially aligned with the longitudinal axis.
  • Stranded conductor made of aluminum or an aluminum alloy, wherein the inside of the sleeve with the
  • Figure 1 is a schematic view of a cable with a contact element according to the present invention prior to
  • Figure 2 shows the combination of Figure 1 in an intermediate step of the method according to the invention.
  • FIG. 3 shows schematically the connection process of the combination of Figure 1.
  • a cable 1 is shown schematically.
  • the cable 1 in the illustrated embodiment is a round conductor with a substantially circular cross-section.
  • the cable 1 has a stranded conductor 4, which is formed from individual wires.
  • the stranded conductor 4 may be twisted differently than shown or formed as shown from mutually parallel wires.
  • the cable 1 comprises an insulation 5 in the conventional sense, which surrounds the stranded conductor 4 completely and isolated from external influences, as is well known to the skilled person. At one end of the cable 1, which is shown in Figure 1, the cable 1 is stripped. Ie. of the
  • Stranded conductor 4 is exposed over a partial length L. In this area L is no insulation 5 more available. Is the strand 4 twisted, the stripping is carried out against the twist to align the individual wires at least in the end region L substantially parallel to each other, which facilitates the subsequent insertion of the pin 6 (also abutment),
  • the individual wires of the stranded conductor 4 are in the
  • Copper strands, magnesium strands or strands of alloys of these metals are used.
  • a contact element 2 is shown in FIG.
  • the contact element 2 is formed by the contact part 7, z.
  • Integral with the contact part 7, a pin 6 is formed in the illustrated embodiment.
  • the pin 6 is an elongated abutment whose cross-sectional dimension
  • the cross section of the Abutment 6 correspond to the cross section of the stranded conductor 4.
  • larger or smaller cross sections are conceivable.
  • a sleeve 3 is shown in Figure 1, which has a closed circular shape in cross section. The diameter is slightly larger than that
  • Diameter of the cable 1 with insulation 5 may also be that the sleeve only over the
  • the Litz wire 4 can move in the area L, but the diameter is smaller than the diameter of the cable 1 in the region of the insulation 5.
  • the sleeve 3 is designed thin-walled and preferably has a thickness between 0.1 mm and 0.5 mm.
  • the sleeve 3 is preferably made of metal, in particular copper or aluminum or an alloy of one of these metals.
  • the sleeve may also have on its surface a metallic coating, e.g. Silver, exhibit.
  • the pin 6 is formed of metal and preferably has a hardness which is not less than the hardness of the individual wires of the stranded conductor 4.
  • a metal in particular copper or aluminum or a
  • the pin 6 may also have a metallic coating, such as e.g. Silver, exhibit.
  • the contact part is formed of the same material.
  • the inventive method according to an embodiment As shown in FIG. 1, first the cable 1 in the region L is completely stripped. This can, as mentioned, take place counter to the twist of the stranded conductor 4.
  • the pin 6 is then inserted together with the contact part 7 in the stripped end of the cable 1 between the individual wires of the stranded conductor 4.
  • the stranded conductor 4 is divided in the middle, which ideally the
  • the introduction of the pin 6 in the stranded conductor 4 is indicated schematically in Figure 2 by the arrow A.
  • the sleeve 3, as indicated by the arrow B in Figure 2 pushed over the exposed length L of the stranded conductor 4 or at least a part thereof.
  • the sleeve 3 surrounds a part of the length L of the stranded conductor 4 in full and a part of the pin 6.
  • the sleeve 3 is at least arranged so that it surrounds both the stranded conductor 4 and the pin 6 in a partial area.
  • the sleeve is compressed in an accelerated manner within microseconds and strikes the outer stranded wires at high speed.
  • the energy released suddenly on impact breaks up existing oxide layers and leads to a
  • the impulse also causes a plastic deformation, in particular the
  • Stranded conductor can be eliminated. Decisive for the optimal, cohesive contacting, which goes beyond the mere pressing of the strand f , however, is that a maximum
  • Pulse transfer takes place between the joining partners. This is precisely what the correspondingly dimensioned abutment in the center ensures, without which the energy transmitted through the impulse to the center can at best only be deformed contained therein individual wires, but not to their
  • Aluminum strands is a complete cold welding in turn crucial for an optimal conductivity of the electrical connection, because of the natural
  • Stranded conductor 4 made with the contact element 7 via the pin 6.
  • this method enables high mechanical strength and consistently low contact resistance, even with large cable cross-sections of more than 60 mm 2 .
  • a more uniform cold welding in the radial direction than in a method can be achieved in which no pin 6 is used, but only the sleeve 3 is connected to the contact part 7, resulting in a more conductive, mechanically stable and thus more reliable and durable contact leads.
  • the method can be used on aluminum strands as well as copper strands or strands with other materials without having to change processes or contact element geometries.
  • a prefabricated cable which has a

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  • Connections Effected By Soldering, Adhesion, Or Permanent Deformation (AREA)

Abstract

Verfahren zur Kabelkonfektionierung umfassend die Schritte: Einbringen eines länglichen, insbesondere stiftförmigen Widerlagers (6) am Ende eines Kabels (1) zwischen frei liegende Einzeldrähte eines Litzenleiters (4) des Kabels; Positionieren einer Hülse (3) um den Außenumfang des frei liegenden Litzenleiters (4), so dass die Hülse zumindest eine Teillänge (L) des frei liegenden Litzenleiters (4) und des Widerlagers (6) umgibt; Verpressen der Hülse, wodurch ein Kontaktteil (7), das mit der Hülse (3) und/oder dem Widerlager (6) verbunden ist, mit dem Litzenleiter (4) elektrisch verbunden wird. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein derart konfektioniertes Kabel.

Description

VERFAHREN ZUR KABELKONFEKTIONIERUNG SOWIE KONFEKTIONIERTES
KABEL
Die vorliegende Erfindung betrifft die Kabelkonfektionierung . Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung die
Kontaktierung von Kabeln umfassend Leichtmetalllitzen, wie beispielsweise Aluminiumlitzen, Die Erfindung ist aber auch auf andere Litzenmaterialien, wie beispielsweise Magnesium- und Kupferlitzen oder auf Litzen aus Legierungen eines oder mehrerer der zuvor genannten, oder anderer geeigneter
Materialen übertragbar. Derartige Kabel werden vor allem im Kraftfahrzeugbau verwendet, um elektrische Verbraucher mit elektrischer Energie zu versorgen. Ebenso werden derartige Kabel für die Erdung von elektrischen Systemen verwendet. Neben dem Verfahren zur Kabelkonfektionierung betrifft die vorliegende Erfindung auch ein konfektioniertes Kabel.
Vor allem im Kraftfahrzeugbau besteht seit längerem der
Wunsch, aus Gründen der Gewichtsersparnis sowie der
Substitution teuerer Metalle mit kostengünstigeren
Alternativen, elektrische Kabel aus Leichtmetall wie
beispielsweise Magnesium oder Aluminium sowie deren
Legierungen, zu fertigen. Bei der elektrischen Kontaktierung dieser Kabel mit einem Kontaktelement, die insbesondere in Kraftfahrzeugen über einen langen Zeitraum von vielen Jahren einer dynamischen Belastung unterworfen sind, treten jedoch insbesondere aufgrund der Kaltfließneigung des Materials, d. h. der Neigung von Leichtmetallen, wie Aluminium und
Magnesium, mechanische Spannungen im Gefüge auch bei
niedrigen Temperaturen abzubauen sowie aufgrund einer vor allem bei Aluminiumlegierungen auf den Oberflächen der
Aluminiumlegierung vorliegenden Oxidschicht und schließlich aufgrund der Gefahr elektrochemischer Korrosion im
Verbindungsbereich der Leichtmetalllitzen mit den
Kontaktelementen in Anwesenheit von Elektrolyten Probleme hinsichtlich der Aufrechterhaltung der Kontaktierung auf. Es besteht somit seit langem das Bedürfnis, eine dauerhaft beständige Kontaktierung von Leichtmetalllitzen mit
Kontaktelementen auch unter den gegebenen Umständen
bereitzustellen .
Um diese Problematik zu lösen, schlägt die DE 10 2008 031 588
AI vor, Leichtmetalllitzen über ein
Ultraschallschweißverfahren mit einem Kontaktelement zu verbinden, wobei zunächst eine Hülse mit den frei liegenden Enden der Leichtmetalllitze mittels des
Ultraschallschweißverfahrens kalt verschweißt wird. Diese Hülse dient anschließend der Kontaktierung mit dem
Kontaktelement. Der Ultraschallschweißvorgang beansprucht zwischen 500 und 1.500 ms. Alternativ bekannte Weich- oder Hartlötvorgänge beanspruchen sogar mehrere Sekunden.
Ein alternatives Verfahren ist aus der WO 2008/104668 AI bekannt. Dieses Verfahren nutzt ein
Magnetimpulsschweißverfahren mittels dem die Hülse eines Kabelschuhs als Kontaktelement mit der frei liegenden Litze eines Kabels kalt verschweißt wird. Dabei wird die Hülse analog zum bekannten mechanischen Vercrimpen bzw. Verstemmen über das Magnetimpulsschweißverfahren von außen extrem beschleunigt auf die Litze gedrückt, um den Kontakt mit dieser herzustellen. Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass die Wirkung des Magnetimpulses zum Zentrum der Litze hin nachlässt. Dadurch findet zwischen den mittig gelegenen Einzeldrähten keine Kaltverschweiftung mehr statt, wodurch sowohl die Zuverlässigkeit der mechanischen Verbindung des Kontaktelements mit der Litze als auch die elektrische
Leitfähigkeit der Verbindung verringert ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt folglich die Aufgabe zu Grunde ein Verfahren zur Kabelkonfektionierung zu schaffen, das bei vergleichsweise geringer Prozessdauer eine im
Vergleich zur WO 2008/104668 zuverlässigere Kontaktierung des Kontaktelements mit dem Litzenleiter des Kabels selbst bei Verwendung von Leichtmetalllitzen gewährleistet. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung die Schaffung eines konfektionierten Kabels, das in kurzer Prozessdauer und damit kostengünstig herstellbar ist und eine zuverlässigere
Kontaktierung von Kontaktelementen mit dem Litzenleiter des Kabels selbst bei Verwendung von Leichtmetall als
Leiterwerkstoff ermöglicht.
Die obigen Aufgaben werden entsprechend durch ein Verfahren zur Kabelkonfektionierung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein konfektioniertes Kabel mit den Merkmalen des
Anspruchs 5 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der
vorliegenden Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.
Der vorliegenden Erfindung liegt der Gedanke zur Grunde, durch Vorsehen wenigstens eines Widerlagers innerhalb des Litzenleiters dafür zu sorgen, dass sich der mechanische Impuls in optimaler Weise auch auf die inneren Einzeldrähte überträgt und damit eine Verringerung der Qualität der elektrischen und mechanischen Kontaktierung zum Zentrum hin zu vermeiden.
Dementsprechend schlägt die vorliegende Erfindung ein
Verfahren zur Kabelkonfektionierung vor. Unter
Kabelkonfektionierung ist in diesem Zusammenhang die
Produktion von einbaufertigen Kabeln, Kabelbündeln oder gesamten Kabelbäumen mit samt Kontaktelementen zu verstehen. Als Kontaktelemente im Sinne der vorliegenden Erfindung sind beliebige Stecker und Kontakte umfasst. Rein beispielhaft seien Kabelschuhe und Rundstifte für Hochvolt-Anwendungen genannt. Bei dem zu konfektionierenden Kabel handelt es sich typischerweise um ein einadriges Kabel mit einem
Litzenleiter, Das Kabel kann aber auch mehrere Adern, d.h. gegeneinander elektrisch isolierte, Litzenleiter sowie zusätzlich eine Schirmung, wie sie z.B, für
Hochvoltanwendungen notwendig ist, aufweisen. Ein
Litzenleiter ist im Gegensatz zu einem Massivleiter aus mehreren Einzeldrähten aufgebaut. Bei der bei großen Leiterquerschnitten notwendigen, sehr großen Anzahl an
Einzeldrähten, werden aus Symmetriegründen auch mehrere
Litzenleiter miteinander verseilt, die dadurch wiederum einen annähernd runden Querschnitt des Leiters ergeben.
Bevorzugterweise sind die Drähte einer Litze aus einem
Leichtmetall oder einer Leichtmetalllegierung, wie
beispielsweise Magnesium oder Aluminium bzw. Legierungen davon gebildet. Besonders bevorzugt kommt hier Reinaluminium aufgrund seines Kosten- und Gewichtvorteils zum Einsatz. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst das Einbringen wenigstens eines bevorzugterweise länglichen, insbesondere stiftförmigen Widerlagers am Ende einer Ader in einer bevorzugten
Ausführungsform ins Zentrum des frei liegenden Litzenleiters, d. h. zwischen die Einzeldrähte des Litzenleiters. Hierzu wird vorzugsweise in einem vorherigen Arbeitsschritt eine Teillänge des Kabels bzw. der Ader abisoliert, um die Litze frei zu legen. Das Einbringen des Widerlagers kann derart erfolgen, dass zunächst in einem separaten Schritt die
Einzeldrähte des Litzenleiters auseinander geschoben werden, um einen entsprechenden Raum für das Widerlager zu schaffen. Dieser Vorgang kann beispielsweise durch Einführen eines sehr spitz gestalteten Dorns erfolgen, der zwischen die
Einzeldrähte eingeführt und nach dem Auseinanderschieben des Litzenleiters wieder entfernt wird. Alternativ ist es auch denkbar, das Widerlager selbst mit seinem Vorderende spitz zu gestalten und direkt in den Litzenleiter einzubringen und während dieses Vorgangs auseinander zu drücken. D. h. das Widerlager selbst kann zum „Verformen" des Litzenleiters dienen. Es ist auch denkbar mehrere Elemente, z. B. Stifte, zwischen die frei liegenden Einzeldrähte des Litzenleiters einzubringen, die gemeinsam das Widerlager bilden. Auch sind mehrere Widerlager möglich, die sich z. B. gegeneinander abstützen und symmetrisch um die Mittelachse des
Litzenleiters verteilt sein können. Ferner umfasst das erfindungsgemäße Verfahren das Positionieren einer Hülse um den Außenumfang des frei liegenden Litzenleiters. Dabei wird die Hülse vorzugsweise so positioniert, dass sie sowohl eine Teillänge des frei liegenden Litzenleiters als auch eine Teillänge des Widerlagers umgibt. D, h. zumindest in einem Teilbereich umgibt die Hülse zumindest den frei liegenden Litzenleiter und das Widerlager. Die Hülse kann vorab auf das Kabel aufgeführt sein, bevor das Widerlager in den
Litzenleiter eingeführt wird. Es ist aber auch der umgekehrte Prozess oder ein gleichzeitiges Aufbringen von Hülse und Einbringen des Widerlagers denkbar. Letzteres, insbesondere wenn sowohl die Hülse als auch das Widerlager einstückig mit dem Kontaktelement ausgebildet (siehe später) sind. Die Hülse ist vorzugsweise eine Hülse mit geschlossenem, vorzugsweise kreisrundem Querschnitt. Schließlich umfasst das Verfahren der vorliegenden Erfindung das Stoffschlüssige Verbinden (Verpressen) der Hülse mit den Litzendrähten sowie der
Litzendrähte mit dem Widerlager, wodurch das Kontaktelement mit dem Litzenleiter elektrisch verbunden wird.
Erfindungsgemäß kann das Kontaktelement mit der Hülse
und/oder dem Widerlager verbunden, insbesondere einstückig ausgebildet sein. Diesbezüglich ist es denkbar, das
Kontaktelement einstückig mit der Hülse zu gestalten oder einstückig mit dem Stift. Der Stift bzw. die Hülse sind in diesen Fällen entsprechend separate Elemente, die erst nach dem Verpressen eine Verbindung mit den anderen Elementen eingehen. Alternativ ist es auch denkbar, sowohl die Hülse als auch den Stift einstückig mit dem Kontaktelement
auszubilden. Der Stift und/oder die Hülse können aus dem gleichen Werkstoff wie das Kontaktelement, d. h. z. B. aus Kupfer oder dessen Legierungen oder aus dem gleichen Material wie der Litzenleiter gebildet sein. Es ist jedoch auch denkbar, die Hülse und/oder den Stift aus einem anderen
Material als das Kontaktelement und/oder den Litzenleiter auszugestalten. Neben den oben genannten Vorteilen bietet die vorliegende Erfindung den weiteren Vorteil, dass das
Verfahren sowohl für die Kontaktierung von Kupferleitungen, d, h. Kupferlitzen, als auch Aluminiumleitungen, d.h.
Aluminiumlitzen, verwendet werden kann. Dabei können
dieselben Kontaktelementgeometrien und das gleiche Verfahren verwendet werden. Lediglich kann es gegebenenfalls erforderlich sein, den Hülsendurchmesser auf den bei
Aluminium im Vergleich zu Kupfer größeren Querschnitt
anzupassen.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung erfolgt das Stoffschlüssige Verbinden (Verpressen) durch einen Pressschweißvorgang. Hier kommt ein Ultraschallschweißvorgang in Frage, wobei die Hülse radial zentriert werden sollte. Aus diesem Grund und um die
Prozessdauer zu reduzieren, ist ein
Magnetimpulsschweißvorgang bevorzugt. Hinsichtlich des
Magnetimpulsschweißverfahrens wird auf die eingangs genannte WO 2008/104668 A1 verwiesen. Die Verwendung des
Magnetimpulsschweißverfahrens ermöglicht im Gegensatz zum Ultraschallschweißen ferner auch bei großen
Leitungsquerschnitten über 60 mm2 hohe mechanische
Festigkeiten und gleichbleibend geringe Übergangswiderstände. Durch die Verwendung eines Pressschweißvorgangs wird die Innenseite der Hülse mit den in Kontakt stehenden
Einzeldrähten kalt verschweißt. Ferner erfolgt eine
Kaltverschweißung der miteinander in Kontakt stehenden
Einzeldrähten untereinander sowie eine Kaltverschweißung der mit dem Widerlager in Kontakt stehenden Einzeldrähte mit dem Widerlager. Dadurch wird eine zuverlässige Verschweißung aller Drähte des Litzenleiters mit nahezu konstanter Qualität in Radialrichtung geschaffen.
Diesbezüglich ist es ferner bevorzugt, das Widerlager im Wesentlichen zentral in den Litzenleiter einzubringen. Dies kann derart gewährleistet werden, dass das frei liegenden Litzenende zunächst in einem Werkzeug vollumfänglich gehalten wird, das den maximalen Durchmesser nach Einführen des
Widerlagers vorgibt. In diesem Werkzeug gehalten, wird das Widerlager oder ein Stift zum Bilden eines Raums für das Widerlager eingeführt, wie es oben beschrieben wurde. Der Stift ist relativ zu dem Werkzeug zentriert, so dass eine zentrale Anordnung des Widerlagers relativ zum Litzenleiter gewährleistet werden kann. Bei Verwendung einer geraden
Anzahl an Einzeldrähten ist es möglich, das Widerlager exakt zentral anzuordnen, wobei sich die Einzeldrähte gleichmäßig über den Umfang des Widerlagers verteilen. Bei einer
ungeraden Anzahl an Einzeldrähten lässt sich die zentrale Anordnung nur im Wesentlichen erreichen, da ein Einzeldraht, der sonst zentral angeordnet ist, in einer Richtung radial ausweichen muss. Dies ist im Sinne der vorliegenden Anmeldung auch unter dem Begriff „zentral" zu verstehen und wird in den Ansprüchen durch die Begrifflichkeit „im Wesentlichen" gekennzeichnet .
Um das Einführen des Widerlagers oder des Stifts zum Formen eines Raums für das Widerlager zu erleichtern, ist es bevorzugt, bei verdrillten Litzen gegen den Drall
abzuisolieren, wodurch sich die Verdrillung im zu
kontaktierenden Bereich zumindest reduziert und damit das Einbringen des Widerlagers erleichtert wird.
Neben dem Verfahren zu Kabelkonfektionierung betrifft die vorliegende Erfindung auch ein konfektioniertes, ein- oder mehradriges, geschirmtes oder ungeschirmtes Kabel, das für eine oder mehrere Adern einen im Zentrum des Litzenleiters angeordneten Stift (das oben beschriebene Widerlager) , eine auf den Außenumfang des Litzenleiters gepresste Hülse und ein Kontaktelement umfasst, das mit der Hülse und/oder dem Stift verbunden ist, vorzugsweise einstückig ausgebildet ist, sowie mit dem Litzenieiter in elektrischem Kontakt steht.
Bei dem Kabel handelt es sich vorzugsweise um einen
Rundleiter mit einer Längsmittelachse und der Stift ist im Wesentlichen mit der Längsachse fluchtend ausgerichtet.
Diesbezüglich wird auf das oben beschriebene zentrale
Einbringen des Widerlagers Bezug genommen. Ferner ist es bevorzugt, dass die Einzeldrähte des
Litzenleiters aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildet sind, wobei die Innenseite der Hülse mit den
Einzeldrähten, die Einzeldrähte untereinander und die
Einzeldrähte mit dem Stift kaltverschweißt sind, wie es oben erläutert wurde.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung, die alleinstehend oder in Kombination mit einem oder mehreren der obigen Merkmale umgesetzt werden können, finden sich in der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform.
Diese erfolgt unter Bezugnahme auf die begleitenden
Zeichnungen in denen
Figur 1 eine schematische Ansicht eines Kabels mit einem Kontaktelement gemäß der vorliegenden Erfindung vor dem
Kontaktieren zeigt;
Figur 2 die Kombination aus Figur 1 in einem Zwischenschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt; und
Figur 3 schematisch den Verbindungsvorgang der Kombination aus Figur 1 zeigt.
In der folgenden Beschreibung wird eine bevorzugte
Ausführungsform erläutert. Es versteht sich jedoch, dass die vorliegende Erfindung auch auf andere Kabel mit Litzenleitern aus einem anderen Material sowie für andere Kontaktelemente eingesetzt werden kann. Auch ist es denkbar, dass das
Kontaktelement nicht wie im Folgenden beschrieben mit dem Widerlager bzw. Stift einstückig verbunden ist, sondern es kann auch eine Verbindung alternativ mit der Hülse oder beiden Elementen vorgesehen werden. Auch ist es möglich die Verbindung nicht einstückig, sondern z. B. stoffschlüssig, kraft- und/oder formschlüssig, zu gestalten. In Figur 1 ist ein Kabel 1 schematisch dargestellt. Bei dem Kabel 1 handelt es sich bei der dargestellten Aus führungs form um einen Rundleiter mit einem im Wesentlichen kreisrunden Querschnitt. Das Kabel 1 weist einen Litzenleiter 4 auf, der aus Einzeldrähten gebildet ist. Der Litzenleiter 4 kann anders als dargestellt verdrillt sein oder wie dargestellt aus parallel zueinander verlaufenden Drähten gebildet sein. Ferner umfasst das Kabel 1 eine Isolierung 5 im herkömmlichen Sinne, die den Litzenleiter 4 vollumfänglich umgibt und gegenüber äußeren Einflüssen isoliert, wie es dem Fachmann gut bekannt ist. An einem Ende des Kabel 1, das in Figur 1 dargestellt ist, ist das Kabel 1 abisoliert. D. h. der
Litzenleiter 4 liegt über eine Teillänge L frei. In diesem Bereich L ist keine Isolierung 5 mehr vorhanden. Ist die Litze 4 verdrillt, erfolgt die Abisolierung entgegen des Dralls, um die Einzeldrähte zumindest in dem Endbereich L im Wesentlich parallel zueinander auszurichten, was das spätere Einführen des Stifts 6 (auch Widerlager) erleichtert,
insbesondere dessen zentrales Einbringen.
Die Einzeldrähte des Litzenleiters 4 sind bei der
dargestellten Ausführungsform aus Reinaluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildet. Es können jedoch auch
Kupferlitzen, Magnesiumlitzen oder Litzen aus Legierungen dieser Metalle zum Einsatz kommen.
Ferner ist in Figur 1 ein Kontaktelement 2 dargestellt. Das Kontaktelement 2 wird gebildet durch das Kontaktteil 7, z. B. einen Kabelschuh oder einen Rundstift (wie dargestellt) . Es sind jedoch andere Kontaktteile, d. h. herkömmliche Kontakte und/oder Stecker als Kontaktteil 7 denkbar. Einstückig mit dem Kontaktteil 7 ist bei der dargestellten Ausführungsform ein Stift 6 ausgebildet. Bei dem Stift 6 handelt es sich um ein längliches Widerlager, dessen Querschnittdimension
(insbesondere Durchmesser) deutlich geringer ist als die Querschnittsform des Litzenleiters 4 (insbesondere dessen Durchmesser) . Gegebenenfalls kann der Querschnitt des Widerlagers 6 dem Querschnitt des Litzenleiters 4 entsprechen. Es sind aber größere oder kleinere Querschnitte denkbar .
Darüber hinaus ist in Figur 1 eine Hülse 3 dargestellt, die im Querschnitt eine geschlossene kreisrunde Form aufweist. Der Durchmesser ist dabei geringfügig größer als der
Durchmesser des Kabels 1 mit Isolierung 5. Gegebenenfalls kann es auch sein, dass sich die Hülse nur über den
Litzenleiter 4 im Bereich L schieben lässt, der Durchmesser aber kleiner ist als der Durchmesser des Kabels 1 im Bereich der Isolierung 5. Die Hülse 3 ist dünnwandig gestaltet und weist vorzugsweise eine Stärke zwischen 0,1 mm und 0,5 mm auf. Die Hülse 3 ist vorzugsweise aus Metall, insbesondere Kupfer oder Aluminium oder einer Legierung eines dieser Metalle, gebildet. Die Hülse kann zudem auf ihrer Oberfläche eine metallische Beschichtung, wie z.B. Silber, aufweisen.
Der Stift 6 ist aus Metall gebildet und weist vorzugsweise eine Härte auf, die nicht geringer ist als die Härte der Einzeldrähte des Litzenleiters 4. Vorzugsweise kommt ein Metall, insbesondere Kupfer oder Aluminium oder eine
Legierung eines dieser Metalle, zum Einsatz. Weiterhin kann der Stift 6 auch eine metallische Beschichtung, wie z.B. Silber, aufweisen. Bei einer einstückigen Ausgestaltung ist das Kontaktteil aus dem gleichen Werkstoff gebildet.
Andererseits ist es auch denkbar unterschiedliche Werkstoffe für den Stift 6 und das Kontaktteil 7 zu verwenden und diese durch einen beliebigen Verbindungsprozess Stoffschlüssig, kraftschlüssig und/oder formschlüssig miteinander zu verbinden .
Im Folgenden wird, unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 3 das erfindungsgemäße Verfahren gemäß einer Ausführungsform Wie es in Figur 1 dargestellt ist, wird zunächst das Kabel 1 im Bereich L vollständig abisoliert. Dies kann, wie erwähnt, entgegen des Dralls des Litzenleiters 4 erfolgen.
Anschließend wird auf das so vorbereitete Kabel 1 die Hülse 3 aufgeschoben .
Der Stift 6 wird daraufhin zusammen mit dem Kontaktteil 7 in das abisolierte Ende des Kabels 1 zwischen die Einzeldrähte des Litzenleiters 4 eingeschoben. Dabei wird der Litzenleiter 4 in der Mitte zerteilt, wobei sich idealerweise die
Einzeldrähte gleichmäßig über den Umfang des Stifts 6 verteilen. Alternativ ist es auch denkbar, zunächst einen Dorn zwischen die Einzeldrähte des Litzenleiters 4
einzuschieben, um den Litzenleiter in der Mitte zu teilen und einen Raum für das stiftförmige Element 6 zu schaffen, wie es zuvor genauer erläutert wurde. Damit die Einzeldrähte des Litzenleiters 4 gleichmäßig ausweichen, kann es vorteilhaft sein, das Litzenleiterende L in einem Werkzeug aufzunehmen, das diesen vollumfänglich umgibt. Dieses Werkzeug kann aus zwei Werkzeughälften gestaltet sein. Dieses Werkzeug gibt den maximalen Umfang des Litzenleiters 4 nach dem Zerteilen vor und ermöglicht bei einem zentralen Einbringen des Stifts 6 das Ausweichen der Einzeldrähte des Litzenleiters 4 nur so, dass der Stift 6 am Ende zentral im Litzenleiter 4 liegt. Dies ist jedoch nur dann möglich, wenn eine gerade Anzahl an Einzeldrähten vorhanden ist. Bei einer ungeraden Anzahl wird der zentral positionierte Einzeldraht des Litzenleiters in eine beliebige radiale Richtung ausweichen. Dieser
geringfügige Versatz zur zentralen Anordnung hat jedoch keinen erheblichen negativen Einfluss auf das
Verbindungsergebnis und fällt unter die Begrifflichkeit einer zentralen Anordnung. Nach dem Einbringen ist der Stift 6 im Wesentlichen fluchtend zur Mittelachse des Kabels 1
ausgerichtet. Das Einbringen des Stifts 6 in den Litzenleiter 4 ist in Figur 2 schematisch durch den Pfeil A angedeutet. Anschließend wird die Hülse 3, wie es durch den Pfeil B in Figur 2 angedeutet ist, über die frei liegende Länge L des Litzenleiters 4 oder zumindest einen Teil davon geschoben. In diesem Zustand umgibt die Hülse 3 einen Teil der Länge L des Litzenleiters 4 vollumfänglich sowie einen Teil des Stifts 6. Mit anderen Worten ist die Hülse 3 zumindest so angeordnet, dass sie in einem Teilbereich sowohl den Litzenleiter 4 als auch den Stift 6 umgibt.
In einem nächsten Verfahrensschritt, wie er in Figur 3 durch die Pfeile C angedeutet ist, wird die Hülse durch ein
Magnetimpulsschweißverfahren, wie es in der WO 2008/104668 A1 offenbart ist, mit dem Litzenleiter 4 Stoffschlüssig
verbunden. Dazu wird in die Hülse über ein Magnetfeld ein Strom induziert, der ein dem äußeren Magnetfeld entgegen gerichtetes Magnetfeld erzeugt. Durch die dadurch
resultierenden Abstoßungskräfte wird die Hülse innerhalb von Mikrosekunden beschleunigt zusammengepresst und trifft mit hoher Geschwindigkeit auf die äußeren Litzendrähte auf. Die beim Aufprall schlagartig frei werdende Energie bricht vorhandene Oxidschichten auf und führt zu einer
Kaltverschweißung der Metalloberflächen. Bei diesem Vorgang wird die radial innen liegende Seite der Hülse 3 mit den mit dieser Innenseite in Kontakt stehenden Einzeldrähten des Litzenleiters 4 kaltverschweißt. Gleiches gilt für die miteinander in Kontakt stehenden Einzeldrähte des
Litzenleiters 4 sowie die Einzeldrähte des Litzenleiters, die mit dem Stift 6 in Kontakt stehen. Durch den Impuls erfolgt zudem eine plastische Verformung insbesondere der
Litzendrähte, wodurch zuvor existierende Hohlräume im
Litzenleiter beseitigt werden. Maßgeblich für die optimale, stoffschlüssige Kontaktierung, die über das bloße Verpressen der Litze hinaus geht f ist jedoch, dass ein maximaler
Impulsübertrag zwischen den Fügepartnern stattfindet. Eben dies stellt das entsprechend dimensionierte Widerlager im Zentrum sicher, ohne welches die durch den Impuls ins Zentrum- übertragene Energie allenfalls nur noch zum Verformen der darin befindlichen Einzeldrähte, nicht aber zu deren
Kaltverschweißung ausreichen würde. Insbesondere bei
Aluminiumlitzen ist eine vollständige Kaltverschweißung wiederum entscheidend für einen optimalen Leitwert der elektrischen Verbindung, da aufgrund der natürlichen
Qxidschicht auf den Einzeldrähten des Litzenleiters keine oder nur eine stark verminderte elektrische Leitung quer zum Leiterquerschnitt erfolgt.
Anschließend ist eine elektrische Kontaktierung des
Litzenleiters 4 mit dem Kontaktelement 7 über den Stift 6 hergestellt. Dieses Verfahren ermöglicht im Gegensatz zum Ultraschallschweißen auch bei großen Leitungsquerschnitten über 60 mm2 hohe mechanische Festigkeit und gleichbleibend geringe Übergangswiderstände. Darüber hinaus kann eine gleichmäßigere Kaltverschweißung in Radialrichtung als in einem Verfahren erzielt werden, bei dem kein Stift 6 zum Einsatz kommt, sondern nur die Hülse 3 mit dem Kontaktteil 7 verbunden ist, was zu einer leitfähigeren, mechanisch stabileren und damit auch zuverlässigeren und langlebigeren Kontaktierung führt. Darüber hinaus kann das Verfahren sowohl bei Aluminiumlitzen als auch Kupferlitzen oder Litzen mit anderen Materialien zum Einsatz kommen, ohne dass Verfahren oder Kontaktelementgeometrien verändert werden müssen.
Lediglich könnte es gegebenenfalls erforderlich sein die Hülsengröße der Hülse 3, d. h. deren Durchmesser an den entsprechenden Leitungsquerschnitt anzupassen.
Dementsprechend liefert die vorliegende Erfindung ein
Verfahren mit einer kurzen Prozessdauer, zuverlässigem
Kontaktergebnis und flexibler Einsatzmöglichkeit. Ferner wird ein konfektioniertes Kabel geschaffen, das eine
zuverlässigere Kontaktierung als im bekannten Stand der Technik aufweist und kostengünstig herstellbar ist. Es versteht sich jedoch, dass die vorliegende Erfindung auch anderweitig als oben in Bezug auf die bevorzugte
Ausführungsform beschrieben, umgesetzt werden kann, wie es eingangs erwähnt wurde. Die vorliegende Erfindung ist folglich in den folgenden Patentansprüchen definiert.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Kabelkonfektionierung umfassend die
Schritte :
Einbringen wenigstens eines Widerlagers (6) am Ende eines Kabels (1) zwischen die frei liegenden Einzeldrähte eines Litzenleiters (4) des Kabels;
Positionieren einer Hülse (3) um den Außenumfang des frei liegenden Litzenleiters {4), so dass die Hülse zumindest eine Teillänge (L) des frei liegenden Litzenleiters (4) und des Widerlagers {6} umgibt;
Verpressen der Hülse, wodurch ein Kontaktteil (7), das mit der Hülse (3) und/oder dem Widerlager (6) verbunden ist, mit dem Litzenleiter (4) elektrisch verbunden wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Verpressen durch einen Pressschweißvorgang, insbesondere einen
Magnetimpulsschweißvorgang, erfolgt, wodurch die Innenseite der Hülse (3) mit den damit in Kontakt stehenden
Einzeldrähten des Litzenleiters (4) , die miteinander in
Kontakt stehenden Einzeldrähte des Litzenleiters (4)
untereinander und die mit dem Widerlager {6) in Kontakt stehenden Einzeldrähte des Litzenleiters {4) mit dem
Widerlager kaltverschweißt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , bei dem das Widerlager (6) im Wesentlichen zentral zwischen die Einzeldrähte des Litzenleiters (4) eingebracht wird.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Kabel (1} an einem Ende abisoliert wird, um den
Litzenleiter (4) frei zu legen, wobei die Einzeldrähte des Litzenleiters (4) des Kabels verdrillt sind und der
Litzenleiter gegen den Drall abisoliert wird.
5. Konfektioniertes Kabel, umfassend wenigstens eine Ader mit einem Litzenleiter, wenigstens ein zwischen Einzeldrähten des Litzenleiters (4) angeordnetes Widerlager (6), eine auf den Außenumfang des Litzenleiters gepresste Hülse (3) und ein Kontaktteil (7), das mit der Hülse (3) und/oder dem
Widerlager (6) verbunden, vorzugsweise einstückig ausgebildet ist und somit mit dem Litzenleiter (4) in elektrischem
Kontakt steht.
6. Konfektioniertes Kabel nach Anspruch 5, bei dem das Kabel (1) ein Rundleiter mit einer Längsmittelachse ist, und das Widerlager (6) im Wesentlichen mit der Längsmittelachse fluchtet .
7. Konfektioniertes Kabel nach Anspruch 5 oder 6, bei dem die Einzeldrähte des Litzenleiters (4) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildet ist.
8. Konfektioniertes Kabel nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei dem die Innenseite der Hülse (3) mit den damit in Kontakt stehenden Einzeldrähten des Litzenleiters (4), die
miteinander in Kontakt stehenden Einzeldrähte des
Litzenleiters (4) untereinander und die mit dem Widerlager (6) in Kontakt stehenden Einzeldrähte des Litzenleiters (4) mit dem Stift kaltverschweißt sind.
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