WO2013143011A1 - Hochleistungsverbindung für flexible kabel - Google Patents

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WO2013143011A1
WO2013143011A1 PCT/CH2013/000047 CH2013000047W WO2013143011A1 WO 2013143011 A1 WO2013143011 A1 WO 2013143011A1 CH 2013000047 W CH2013000047 W CH 2013000047W WO 2013143011 A1 WO2013143011 A1 WO 2013143011A1
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electrical
electrical conductor
sleeve
conductor
connection
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PCT/CH2013/000047
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Richard Phillips
Andreas SEGURA
Jean-Michel Martin
Yves Martin
Luc ESPIC
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Brugg Cables Industry Ag
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    • H01R4/70—Insulation of connections

Definitions

  • the invention relates to a device comprising a first and a second electrical conductor, wherein the first and the second electrical conductor of Meiailen and / or metal alloys are formed with different standard Poiential, an electrical connection between the first and the second electrical conductor, and an insulating jacket surrounding at least one of the electrical conductors.
  • the invention relates to a method for the manufacture of such a device. State of the art
  • Electrical lines have in their interior an electrical conductor made of a conductive material. These are usually wires or strands of copper or Aiuminium, These are sheathed by an insulating layer, It is not a problem if the lines comprise electrical conductors of only one conductive material. In contrast, a transition between two conductive materials is susceptible to external influences. He can i. B. often attacked by moisture or destroyed completely.
  • the object of the invention is to provide a device belonging to the technical field mentioned above, which is robust to external conditions and a method for producing such a device.
  • the solution of the problem is defined by the features of claim 1.
  • According to the invention is a method of manufacturing a device in which a first and a second electrical conductor are provided, wherein the first and the second electrical conductor of metals or Metal alloys are formed with different standard potentials.
  • An insulating jacket is provided which surrounds at least one of the two electrical conductors. Between the first and the second electrical conductor is an electrical connection by Kaitverpressen
  • the solution of the problem is further defined by the features of claim 7.
  • a device which comprises a first and a second electrical conductor, wherein the first and the second electrical conductor are formed from metals or metal alloys with different standard potentials.
  • the first and second electrical conductors have an electrical connection. At least one of the two electrical conductors is of an insulating mania! surround.
  • the electrical connection is a cold-pressed connection, ie a connection that is produced by cold forming.
  • a cold-pressed connection is understood as meaning an electrical connection which arises at a working temperature which is significantly below the recrystallization temperature of the metal or metal alloy used; in particular, the electrical connection is produced clearly below the melting temperature. Due to the cold deformation, the materia! the electrical conductor or at least one electrical conductor compressed » so that the porosity of one or both electrical conductors decreases and the connection is compact.
  • the porosity is the ratio of void volume to total volume of a substance, it is less than 30%, in particular less than 20%. More preferably, the porosity is less than 10%, in particular embodiments 5% to 1%.
  • the compound formed by the Kaitverformung is so compact and has very few voids.
  • the electrical connection is preferably a corrosion-resistant raft-splice connection
  • a corrosion-resistant connection of two electrical conductors allows a versatile use of the line thus formed, the line can be used regardless of the prevailing conditions in the environment.
  • the conduit may be used regardless of whether moisture or moisture is present in the environment.
  • it is suitable for a device according to the invention for outdoor use. It is also suitable for use in the automotive sector, Mechanical engineering, plant engineering, in plants in the field of new energies, such. As in wind turbines, especially in offshore installations, where in addition to the occurring moisture and temperature differences may be added.
  • Corrosion is generally understood to mean a reaction of a material or a combination of materials with the environment, which results in a change of at least one material, whereby the function of an element of the material or materials can be reduced. Corrosion often removes a material. In some operations, however, the corrosion product is deposited on the surface of the material. Often, corrosion is a process of metals, but it can also be other materials,
  • Water especially salt water, accelerates this process, but even humidity can promote corrosion.
  • a first and a second electrical conductor are made of a conductive material, preferably of a metal or of a metal alloy.
  • electrical conductors individual wires, strands or even rigid bodies, such as thin rods, tubes, sleeves, plates, etc. can function. The two electrical conductors must neither consist of the same material nor be shaped the same way. 8.
  • an electrical conductor of several strands are connected to a rigid second electrical conductor, z. B. with a plug or with a transition piece to the then a plug can be attached.
  • Cable-like conductors can be designed as a round cable with a sheathed wire. But it can also be flat cable with multiple, insulated wires, connectors for such flat cables can be designed so that they merge the individual wires or connect with individual, mutually insulated conductors.
  • a flat cable with multiple wires can also be connected to several plugs.
  • an electrical connection is meant a region in which there is a contact point between the first and second electrical conductors through which an electrical current can flow.
  • electrical connections can be made detachable or non-detachable. In this case, it is an indissoluble, permanent connection. Permanent connections are usually realized by welding, cold press welding, gluing, pressing, squeezing, riveting or splicing.
  • the connection can be realized by means of a suitable tool, such. B, with a crimping pliers. But it is also possible to produce the connection without tools without tools, z. B. with the help of the electro-magnetic pulse method.
  • the mechanical Crtmpen is the Cn 'mpen with the electromagnetic pulse method cold forming.
  • the electromagnetic pulse is very short, and the resulting energy can be distributed very quickly and causes no significant increase in temperature.
  • no temperatures of significantly more than 150 ° C. are produced, which means that the method does not cause any thermal change in the material, thus retaining the properties of the two electrical conductors, in particular with regard to hardness, elongation at break and strength of the material.
  • the cold process is particularly advantageous when at least one of the materials of the electrical conductors is an alloy.
  • connection of the two electrical conductors is a frictional connection.
  • the connection is formed so tightly that a creeping in of moisture between the first and the second electrical conductors is prevented or sufficiently reduced.
  • At least one of the two electrical! Ladder is wrapped in an insulating jacket.
  • the insulating jacket is designed according to the influences against which it is intended to protect. He may be einlaglg or multi-layered.
  • the outermost layer or alternatively the intermediate layers consist for example of PVC, polyurethane, polyethylene or thermoplastic elastomers, gum rubber or rubber.
  • a hydrophobic layer is arranged between the insulating jacket and at least one of the electrical conductors, so that the electrical connection is corrosion-resistant.
  • a hydrophobic layer forms a water-repellent surface. This is characterized by the fact that their contact angle with respect to water is large, usually> 90 °. the larger the Koniaktwinkei, the greater the tendency of the water to arrange spherical. The interaction with one's own molecules within a drop is more attractive than the lesser interaction with the hydrophobic surface, so that the surface is relatively little covered or wetted. The water is difficult to disperse on a hydrophobic surface, so that the hydrophobic surface forms a water barrier.
  • the layer thickness of the hydrophobic layer is for example about 10-100 micrometers.
  • the electrical connection between the first and the second electrical conductor is formed by a direct contact.
  • the two electrical conductors have aiso one or more contact surfaces.
  • each transition from one material to another is a contact surface that can be particularly easily attacked. Therefore, it is advantageous if an intermediate element is dispensed with.
  • the first electrical conductor has an insulating jacket over almost its entire length. Only in the region of the contact with the second electrical conductor is there no insulating layer, ie the first electrical conductor protrudes from the insulating jacket. In this case, not only the end face of the first electrical conductor but also a short, non-insulated region of the lateral surface of the electrical conductor, which adjoins the front side, apply to the region of the contact with the second electrical conductor. In this area, the insulating layer was removed. The free end face and the free lateral surface of the first electrical conductor together form a fsolationsschichi-free area.
  • the first electrical conductor is preferably a thin, long object with a round cross section.
  • the cross section may also be modified, z, B, square or oval.
  • the electrical conductor may consist of a single wire, but it may also be a plurality of stranded together wires, strands or other.
  • the first electrical conductor may be formed as a flat cable.
  • the first electrical conductor is designed flexibly, so that it can be used at different and sometimes difficult to access locations. He can then be moved if necessary,
  • a flexible electrical conductor is preferably in the form of a strand, but it can also be present as a rope.
  • the first electrical conductor is relatively rigid. It is then particularly suitable for fixed installations.
  • the second electrical conductor at the end, via which it is connected to the first electrical conductor first on a sleeve.
  • the sleeve has essentially an entrance area to a cylindrical cavity, it can open on the side facing away from the entrance area in a thin long object that is similar to the first electrical conductor. But it may also have a possibility for attaching a plug or already include a plug itself, the sleeve of the second electrical conductor is pushed over the insulating layer-free area of the first electrical conductor, so that in an interior of the sleeve, the electrical connection is formed ,
  • the sleeve has z. B. a circular cross section. But it can also have a different cross section, z, B. an oval, square or any cross section.
  • the use of a sleeve is advantageous, since the area of the connection is flexible, since no larger area of the conductor is stiffened.
  • z, B a shrink tube is used, the area where it rests, relatively rigid.
  • the compound of the invention thus facilitates the use of an electrical conductor in places with little space.
  • the insulation-free area of the first electrical conductor and the sleeve of the second electrical conductor are dimensioned such that an overlap region is formed when the first electrical conductor is pushed into the sleeve. This means that the depth of the sleeve is greater than the length of the non-insulated portion of the first electrical conductor.
  • the Studentsiappungs Trial is z, B. 2 - 30 mm long, preferably about 5 - 15 mm long.
  • a hydrophobic layer is provided. Its layer thickness is preferably about 10 ⁇ 100 microns.
  • the first electrical conductor is very highly compressed, it is already prevented by an electrolyte can penetrate into the interior of the conductor. This minimizes corrosion.
  • the first and the second electrical conductors are formed of metals and / or metal alloys with different standard potentials.
  • the first electrical conductor preferably consists of a metal and / or metal alloys with a lower standard potential and the second electrical conductor and / or provided at its end sleeve of a metal and / or metal alloys with a higher standard potential, the first electrical conductor is so lighter electrons than the second.
  • the first electrical conductor is formed of a comparatively less noble material, while the second electrical conductor consists of a nobler material.
  • first electrical conductor made of the nobler metal and / or metal alloy and to form the second electrical conductor of a less noble metal and / or metal alloy.
  • the hydrophobic layer of fluoropolymers such as. As polytetrafluoroethylene (Teflon) is formed. Fluoropolymers form a hydrophobic surface that prevents the ingress of water. Alternatively, there is the hydrophobic Layer of another material such. 8. Silicone. Furthermore, it is also possible to provide feet, which however can migrate and do not remain stationary within the overlapping area.
  • a sealing ring is provided at the end of the first electrical conductor, which is inserted for connection in the sleeve of the second electrical conductor. It shunts the first electrical conductor in the area where there is no insulating layer. The forehead remains of the first electrical conductor is left free in order to be able to come into direct contact with the sleeve.
  • the sealing ridge is usually made of a metal such. As aluminum or copper or a metal alloy. He also serves ais insertion s facilitating the insertion of the first electric conductor in a sleeve.
  • the sealing ring may be cylindrical. But it can also have a conical shape, with a taper towards the front side of the first electrical conductor out or away from it.
  • the first electrical conductor is formed of aluminum.
  • the second electrical conductor consists of copper.
  • it is an aluminum / copper compound (Ai / Cu compound).
  • it is an electrical conductor made of aluminum, which is connected to a copper plug, preferably a standardized copper plug or with a transition piece to a plug,
  • Copper is a good electrical conductor. To reduce the weight of an electric line, the lighter and cheaper aluminum is used. Often, plugs are made of copper. Especially in applications in vehicles, the use of copper plugs is common. To be able to rely on established plug, therefore, a suitable connection between aluminum and copper is necessary. However, the connection can also be formed between two kabeiförmigen electrical conductors,
  • first electrical conductor made of copper with a second electrical conductor made of aluminum.
  • first electrical conductor and the second electrical conductor can each i. 8. made of aluminum, copper, silver, brass, bronze, tin or other metals and / or metal alloys.
  • the first electrical conductor is a flexible aluminum conductor constructed as a Class 5 copper conductor according to Horm IEC 60228.
  • the standard is an international standard for designating the conductor cross-section of insulated copper cables.
  • the class 5 ladders are made of fine copper strands.
  • the first electrical conductor used consists of fine aluminum leads.
  • the second electrical conductor is a sleeve. The sleeve of the second electrical conductor is slid over the insulation layer-free region of the aluminum strands and the sleeve is press-crimped. Preferably, the sleeve is pressed so strong that the resulting compound has a porosity of less than 5%, in particular ca, i%.
  • the materials of the two electrical conductors are selected such that they are deformable by an electromagnetic pulse.
  • the material of the second electrical conductor of importance when this conductor is used as a sleeve, and the first electrical conductor protrudes into the interior of this sleeve.
  • the sleeve material should be sufficiently deformable, so not too rigid. Too rigid a material can not or only partially be deformed by an electromagnetic pulse. By deforming the sleeve, however, both the Kraftschius with the first conductor is made inside the sleeve, as well as the first conductor compressed. If the material of the second electrical conductor can not be deformed sufficiently, the connection is not strong enough and there is a gap between the first and the second electrical conductor. Depending on the size of the gap, the connection is also movable, ie the first electrical conductor can be moved against the sleeve. It also means that the first electrical conductor can not be sufficiently compacted and the Connection is thus more susceptible to corrosion, moisture can then penetrate both between the two electrical conductors, as well as between the individual strands of the first electrical conductor.
  • a sufficient elongation at break of the material can be considered. It has been found that materials with an elongation at break below 10% are less well suited to be deformed by an electromagnetic pulse, materials with an elongation at break of at least! G%, preferably more than 20% can be well with an electromagnetic pulse deform.
  • the deformability depends on the material used.
  • brass e.g. deform well
  • the values of elongation at break depend on the specific alloy.
  • the elongation at break of iVsesssng is 8-43%.
  • the elongation at break values for copper strongly depend on the state of the copper. If copper is cold-formed, its elongation at break can be z. 8. below 5%.
  • Annealed copper may have elongation at break up to about 40%.
  • the electrical connection between the first and second electrical conductors is a connection made using the electromagnetic pulse technology.
  • the compound produced has a mechanical strength, which is higher than the load capacity of the individual elements.
  • a connection is more sustainable than the Eänzeleiemente, If too high a tensile force is applied, then a break does not occur in the area of the connection, but on one of the EinzeleSemente.
  • the electrical connection is an electrical conductor of strands which becomes crimped in a sleeve
  • the connection between the two conductors is stronger than e.g. the strands. This means that if the load is too high, the lugs break before they slip out of the sleeve.
  • the strength of such a connection basically depends on the frictional connection present at the connection. This can be influenced by process parameters as well as factors such as Sufficient overlap length of the electrical conductors and tube wall thickness of the sleeve be impressed.
  • the strength of a compound made with the electromagnetic pulse method is usually higher than that of a mechanically crimped compound in which the compound as such is the weakest point in the system.
  • a first and a second electrical conductor are provided, wherein the two conductors are formed from metals or metal alloys with different standard potentials.
  • the first conductor which is a thin, long object, is covered with an insulating sheath.
  • the method is characterized in that the electrical connection is formed as a corrosion resistant KraftschSuss-Verbtndung.
  • a hydrophobic layer is preferably arranged between the insulating jacket and at least one of the electrical conductors so that the electrical connection is corrosion-resistant.
  • the order of the individual stages of the process can be changed depending on the application.
  • the hydrophobic material on the first or second conductor e.g. already attached as part of a deployment step.
  • the hydrophobic material is injected after the joining of the electrical conductors to the desired location.
  • the first electrical conductor provided with an insulating jacket, in the form of a cable, is provided, wherein at one end the electrical conductor protrudes from the jacket.
  • the first conductor is inserted into the sleeve of the second electrical conductor, so that an overlap region is formed.
  • the sleeve is pressed in a form-fitting manner on the first electrical conductor.
  • the pressing of the sleeve takes place with the most possible force from all sides to the center of the conductor, so that both a good contact of the two electrical conductors is formed, as well as a dense overlap region.
  • the tightness can be improved by using a thicker hydrophobic layer,
  • the pressing of the sleeve is usually done mechanically, for. B. with HHFE pliers, especially with a crimping pliers.
  • the sleeve and the electrical conductor are connected frictionally.
  • connection is at least connected via raft gleich,
  • a Shank increases the tightness of the connection and thus increases the corrosion resistance
  • Vorteiihaft total pressing of the sleeve is performed on the first electrical conductor by means of electromagnetic pulse technology (E P technology).
  • E P technology electromagnetic pulse technology
  • the sleeve is placed with the inserted first electrical conductor within a stable agnetspuie, which is equipped with a concentrator.
  • the sleeve and the electrical conductor are aligned on the passage axis of the coil, for. B. more or less pushed into the interior of the coil, so the elements to be connected are adjusted with respect to the Axiaiposition, so that the overlap region is located at the correct location of the Magnetspuäe.
  • Magnetimpuisaniage with connected coil corresponds to an electrical resonant circuit.
  • the charging energy of the capacitor is converted into coil work W.
  • a high current pulse is generated and passed through the magnetic coil, creating a strong magnetic field in the coil.
  • This magnetic field generates within the sleeve a current, which in turn generates an internal magnetic field oppositely directed to the external magnetic field.
  • the magnetic coil and the sleeve repel each other,
  • the resulting electromagnetic force pulse causes a radial compression of the sleeve, the sleeve is abruptly pressed onto the lying in its end of the first electrical conductor.
  • By a pulse both the electrical contact as well as the tightness is produced.
  • the electrical pulse is produced by the first pulse, and the tightness is also realized by a second turkey.
  • the test voltage U is set in a range of t - 10 kV, more preferably 3 - 8 kV
  • the charging energy E is z. B. in a range of 1 - 10 kj, in particular 2 - 5 kj.
  • the discharge frequency f is 10 - 50 kHz. preferably at 20-40 kHz,
  • the EMP technology offers several advantages, within the connection the contact between the electrical conductor and the sleeve is homogeneous over the entire surface. This means an improved electrical conductivity. At the same time, the tightness of the overlapping area is increased. The compound thus has in addition to Kraftschiuss also an improved Formschuuss. In addition, it is a non-contact, fast and also automatable method that delivers very consistent products.
  • the outer surface of the connection is not unregulated by the mechanical action of a pair of pliers changed and thus has an improved appearance.
  • the pressing of the sleeve on the first electrical conductor by means of the electromagnetic pulse technology can be carried out regardless of whether a hydrophobic layer or other insulating elements are provided or not.
  • a hydrophobic layer is applied to the inside of the hood in the area of the opening. Preferably, it is sprayed or painted on.
  • the hydrophobic layer is located Layer in the overlapping area between the inside of the sleeve and the insulating layer of the first electrical conductor.
  • the hydrophobic layer may also be applied to the insole layer of the first electrical conductor. It is also possible to press the hydrophobic layer after positioning the first electrical conductor in the strokes of the second electrical conductor in the gap between the two conductors.
  • Fig. 2a ⁇ c three embodiments of a first electrical conductor
  • FIG. 3a ⁇ c show a method of manufacturing the connection of a first and a second electrical conductor
  • Fig. 5 shows an alternative embodiment of the device for connecting two electrical conductors
  • Fig. 6a, b show two embodiments of a first electrical conductor and a second electrical conductor, which are connected to each other without an overlap region;
  • FIG. 1 shows, by way of example, a cable 1 and a plug 2 which are to be connected to one another.
  • FIG. 1 comprises an electrical conductor, z, 8, of an Aiumsnium wire 3, which is encased by an insulating layer 4 (z, B, of polyethylene).
  • z, B of polyethylene
  • the plug 2 which forms the second electrical conductor, consists for example of copper and is designed as a sleeve 6.
  • the sleeve 6 has an input region 7 and a contact region 8, each of which forms a circular cylindrical cavity. As a result, there is a shoulder 9 between the input area 7 and the contact area 8.
  • the intermediar te the sleeve ⁇ is also circular cylindrical and can in the Emgangs Scheme 7 the same outer diameter as in the contact area. 8 to have.
  • the insulating layer-free region 5 of the aluminum wire 3 fits into the contact region 8.
  • the cable 1 should have space with its insulating layer 4 in the entrance area 7.
  • G. 2a-c show three embodiments of connections 10a-c of the cable 1 with the plug 2.
  • the simplest connection 10a is shown in FIG. 2a.
  • the cable 1 is inserted into the sleeve 6 with the end having the insulating layer-free area 5.
  • the diameters of the contact region 8 and of the aluminum wire 3 are precisely fitting, so that a smooth mechanical and electrical contact results.
  • the result is direct contact between aluminum wire 3 and copper sleeve 6 both on the front side 1 1 as well as on the lateral surface 12 of the aluminum wire 3, the interior ⁇ entrance area and contact area) of the sleeve 6 is overall so deep that the cable 1 projects so far into the interior of the sleeve 6 that (in the longitudinal direction of the cable 1), an overlap region 13 between the sleeve 6 and the insulating layer 4 is formed.
  • the overlap area 3 is z. B. 15 mm long. He is responsible for ensuring that the entire contact area between aluminum wire 3 and connector 2 is isolated from the ambient atmosphere.
  • the compound 1 öa has no hydrophobic layer.
  • connection 10b which is shown in FIG. 2b, is constructed substantially like connection 10a, but additionally has a hydrophobic layer 14 in the overlapping area 13 between the sleeve 6 and the insulating layer 4.
  • the hydrophobic layer 14 is e.g. a polyethylene acetate layer having a thickness in the range of 10-100 microns, e.g. 20 microns.
  • the hydrophobic layer 14 closes the contact area between the two electrical conductors towards the environment. Moisture is prevented from creeping past the hydrophobic layer.
  • connection 10c shown in FIG. 2c, on the aluminum wire 3 in the insulating layer-free region 5 has a sealing ring 15.
  • the direct contact between aluminum wire 3 and copper sleeve 6 only at the end face 1 1.
  • Fig. 3a - c the method for producing a connection 10b between the cable 1 and the plug 2 is shown schematically.
  • the aluminum wire 3 has a diameter D 1 in the insulating layer-free region 5.
  • the aluminum wire 3 together with insulating layer 4 has outer diameter D2, which is greater than that Diameter D 1.
  • the sleeve 6 has a two-stage interior, consisting of entrance area and contact area, in the interior of the sleeve 6, the ännenraum is narrower. It is the contact area and has a diameter D3 which is deeper than the insulating layer-free area 5 of the first electrical conductor.
  • the Snnenraum the sleeve 6 is wider towards the outside and takes in the entrance area the diameter D4,
  • a matching sleeve 6 has z. B. in the contact area a diameter D3 ⁇ 10.5 mm and in the entrance area a diameter D4 » 13.4 mm.
  • the diameter does not necessarily have to be round, then the smallest diameter on the sleeve 6 with the largest diameters on the first electrical conductor to vote and, if necessary, to take into account the fit.
  • pressure is exerted from the outside, for example by means of electromagnetic pulse method.
  • the sleeve ö are positioned with the inserted cable 1 in the middle of a stable magnetic coil.
  • the area where the overlap area is created must be in the middle of the magnetic track.
  • This magnetic field generates within the sleeve 6 a current, which in turn generates a magnetic field opposite to the external magnetic field.
  • the magnetic coil and the sleeve 6 are mutually distended and the sleeve 6 is compressed in a sliding manner from the outside.
  • the diameters D3 and D4 are simultaneously reduced by a pulse, so that the sleeve rests tightly on the cable 1.
  • a hydrophobic layer 14 made of Teflon is provided in the entrance area of the sleeve 6. This is located after the Squeezing the sleeve in the overlapping area between sleeve 6 and insulating layer. 4
  • FIG. 4a, b two alternative embodiments of a sleeve of a second electrical conductor 2 are shown.
  • the sleeve 20 (FIG. 4 a) has a recess 21 (cavity) on one side and a cylindrical pin 22 with a constant outside diameter on the other, closed side 21.
  • This is suitable to be there in a separate Work step to attach a plug, eg, by welding.
  • This embodiment makes it possible to attach a variety of different connectors without having to specify this in an early step of production.
  • a pin 27 is already formed on the side facing away from the recess 26. Between the pin and the closed end of the sleeve 25, a tapered portion (shark) may be formed.
  • a finished product is produced. The attachment of such Hüisen 25 is thus time-saving.
  • FIG. 5 shows an alternative embodiment of the device according to the invention.
  • the second electrical conductor is designed as a short plug 32.
  • the direct contact 33 between the two electrical conductors 1 and 31 is welded, for example, and embedded in an enveloping polymer layer 34.
  • the polymer layer 34 comprises the cable so as to pass over the insulating jacket.
  • the electrical conductor 3 is thus completed by its environment.
  • the second electrical conductor 31 has no casing. However, it too is enveloped by the polymer layer 34.
  • a hydrophobic layer 35 is provided at the contact surface between the second conductor 31 and the polymer layer 34, which prevents the penetration of moisture to the direct contact 33 of the two conductors.
  • Fig. 0a, b show two inventive compounds without overlapping areas between the sleeve and jacket of the electrical conductors.
  • the first connection 40a is shown in FIG. 6a.
  • the cable 1 with the electrical conductor 3 and an insulating layer 4 is inserted with the end having the insulating layer-free area 5 » in the sleeve 41.
  • the sleeve 41 has a constant diameter circular cylindrical cavity. There is direct contact between the Aiuminium wire 3 and copper sleeve 41, both on the front side 42 as well as on the lateral surface 43 of the electrical conductor 3.
  • the cavity of the sleeve 41 is generally so deep that the insulating layer-free area 5 of electrical conductor 3 only partially in the interior of the Sleeve 41 protrudes, there is a gap 44 between the sleeve 41 and the insulating layer 4, at which the electrical conductor 3 is free and is not isolated from the outside.
  • Fig. 6b shows a second electrical connection 40b, which has no Studentsiappungs Scheme between sleeve and jacket of the electrical letter.
  • an additional layer 45 is located at the connection 40b, which prevents the electrical conductor 3 from being exposed to the outside.
  • This additional layer 45 may be a shrink sleeve, a gasket or a hydrophobic layer.
  • the additional layer 45 is formed so as to extend over an end region of the insulating layer 4, the region of the electrical conductor 3 lying in the gap 44 and partially into the interior of the sleeve 41.
  • Fig. 7a ⁇ c the method for producing a connection 10a between the cable 1 and the plug 2 is shown schematically.
  • the aluminum wire 3 has a diameter D 1 in the insulating layer-free region 5.
  • the aluminum wire 3 together with insulating layer 4 has an outer diameter D2, which is greater than the diameter D1, the sleeve ⁇ has a two-stage interior, consisting of Esngangs Scheme and contact area, inside the sleeve 6, the interior is narrower, It is the ontakt Scheme and has a diameter D3, which is deeper than the insulating layer-free area 5 of the first electrical conductor.
  • the interior of the sleeve 6 is wider towards the outside and takes in the entrance area the diameter D4.
  • a matching sleeve 6 has z. B. in the contact area a diameter D3 ⁇ 10.5 mm and in the input area a diameter D4 » 13.4 mm. The diameters do not necessarily have to be round, then the smallest diameters on the sleeve 6 are to be matched with the largest diameters on the first electrical conductor and, if necessary, also taken into account the fit.
  • the Hüise 6 is positioned with the inserted Kabei 1 in the middle of a stable agnetspuie.
  • the area "in which the overlapping area 13 arises must be located in the center of the magnet coil.
  • a high-current pulse e is passed, whereby in the magnetic coil, a strong magnetic field is generated.
  • This magnetic field generates within the sleeve 6 a current, which in turn generates a magnetic field opposite to the external magnetic field.
  • connection with a sealing ring on the aluminum wire which has no hydrophobic layer in the overlap region between the Hüise and the insulating layer.
  • connection is made by the application of two electromagnetic pulses.
  • first pulse of the electrical contact is made and thereby reduced D3.
  • second pulse D4 is then reduced, the Hüise is pressed tightly onto the insulation of the first conductor.

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Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung umfassend die Schritte a) Bereitstellen eines ersten und eines zweiten elektrischen Leiters (3, 6), wobei der erste und der zweite elektrische Leiter (3, 6) aus Metallen oder Metalllegierungen mit unterschiedlichen Standardpotentialen gebildet sind, b) Bereitstellen eines isolierenden Mantels, der mindestens einen der elektrischen Leiter (3, 6) umgibt, c) Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten elektrischen Leiter (1, 2), wobei die elektrische Verbindung durch Kaltverpressen hergestellt wird. Die elektrische Verbindung derart stark verpresst wird, dass sie kraftschlüssig und korrosionsbeständig ist, Zwischen dem isolierenden Mantel und mindestens einem der elektrischen Leiter eine hydrophobe Schicht angeordnet wird.

Description

Hochlefatungsverbsnd rjg fOr flexible Kabel
Teehsifse es Gebsei
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung umfassend einen ersten und einen zweiten elektrischen Leiter, wobei der erste und der zweite elektrische Leiter aus Meiailen und/oder Metallegierungen mit unterschiedlichen Standardpoientialen gebildet sind, eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten elektrischen Leiter, und einen isolierenden Mantel, der mindestens einen der elektrischen Leiter umgibt. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Hersteiking einer solchen Vorrichtung. Stand der Technik
Elektrische Leitungen weisen in ihrem Inneren einen elektrischen Leiter aus einem leitfähigen Material auf. Zumeist handelt es sich dabei um Drähte oder Litzen aus Kupfer oder Aiuminium, Diese sind von einer Isolierschicht ummantelt, Dabei ist es unproblematisch, wenn die Leitungen elektrische Leiter aus nur einem leitfähigen Material umfassen. Dagegen ist ein Übergang zwischen zwei leitfähigen Materiaisen anfällig für Einflüsse von aussen. Er kann i. B. durch Feuchtigkeit häufig angegriffen oder ganz zerstört werden.
In der US 2002/0096352 werden wasserdichte Kabelverbindungen offenbart. Die Dichtigkeit dieser Kabelverbindung beruht jedoch ausschliesslich auf dem Formschluss der Verbindung, der nicht immer ausreichend ist. Mit der Zeit kann in eine solche Verbindung Feuchtigkeit eindringen.
Die US 2001 /0016459 beschreibt die Möglichkeit, ein Kabel mit Hilfe der Elektromagnetischen Puls-Technologie mit einem Kabelschuh zu verbinden. Diese Verbindung ist jedoch nicht vor Feuchtigkeit geschützt.
Darstellung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, eine dem eingangs genannten technischen Gebiet zugehörende Vorrichtung zu schaffen, welche robust gegenüber äusseren Bedingungen ist sowie ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Vorrichtung. Die Lösung der Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 definiert, Gemäss der Erfindung handelt es sich um ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung, bei dem ein erster und ein zweiter elektrischer Leiter bereitgestellt werden, wobei der erste und der zweite elektrische Leiter aus Metallen oder Metallegierungen mit unterschiedlichen Standardpotentialen gebildet sind. Es wird ein isolierender Mantel bereitgestellt, der mindestens einen der beiden elektrischen Leiter umgibt. Zwischen dem ersten und dem zweiten elektrischen Leiter wird eine elektrische Verbindung durch Kaitverpressen hergestellt, Die Lösung der Aufgabe ist weiterhin durch die Merkmaie des Anspruchs 7 definiert. Es wird eine Vorrichtung bereitgestellt, die einen ersten und einen zweiten elektrischen Leiter umfasst, wobei der erste und der zweite elektrische Leiter aus Metallen oder Metallegierungen mit unterschiedlichen Standardpotentiale gebildet sind. Der erste und der zweite elektrische Leiter weisen eine elektrische Verbindung auf. Mindesten einer der beiden elektrischen Leiter ist von einem isolierenden Manie! umgeben. Die elektrische Verbindung ist eine kaltverpresste Verbindung, also eine Verbindung, die durch Kaltumformung hergestellt wird.
Eine Kaltumformung findet bei einer Arbeitstemperatur unterhalb der Rekristallisations- temperatur statt. Unter einer kaltgepressten Verbindung wird im Rahmen der Erfindung eine elektrische Verbindung verstanden, die bei einer Arbeitstemperatur entsteht, die deutlich unterhalb der Rekristallisationstemperatur des verwendeten Metalls oder der Metallegierung liegt, insbesondere wird die elektrische Verbindung deutlich unterhalb der Schmelztemperatur hergestellt. Durch die Kaltumforrnung wird das Materia! der elektrischen Leiter oder zumindest eines elektrischen Leiters verdichtet» so dass die Porosität des einen oder beider elektrischen Leiter abnimmt und die Verbindung kompakt wird. Die Porosität ist das Verhältnis von Hohlraumvolumen zu Gesamtvolumen eines Stoffes, Sie beträgt weniger als 30%, insbesondere weniger als 20%. Besonders bevorzugt beträgt die Porosität weniger als 10%, in besonderen Ausführungsformen 5% bis hin zu 1%. Die Verbindung, die durch die Kaitverformung gebildet wird, ist also kompakt und weist nur sehr wenige Hohlräume auf.
Bevorzugt ist die elektrische Verbindung eine korrosionsbeständige raftsehluss- Verbindung,
Eine korrosionsbeständige Verbindung zweier elektrischer Leiter ermöglicht eine vielseitige Verwendung der so gebildeten Leitung, Die Leitung kann unabhängig von den vorherrschenden Bedingungen in der Umgebung eingesetzt werden. Insbesondere kann die Leitung unabhängig davon verwendet werden, ob in der Umgebung Feuchtigkeit oder Nässe vorhanden sind, So eignet sieh eine erfindungsgernässe Vorrichtung für den Einsatz im Aussenbereich. Sie eignet sich aber auch für die Verwendung im Automobilbereich, Maschinenbau, Anlagebau, bei Anlagen im Bereich der neuen Energien, wie z. B. bei Windkraftanlagen, insbesondere bei Öffshore-Anlagen, wo zusätzlich zur auftretenden Feuchtigkeit auch Temperaturdifferenzen hinzukommen können.
Unter Korrosion versteht man im Allgemeinen eine Reaktion eines Werkstoffs oder einer Kombination von Werkstoffen mit der Umgebung, die zu einer Veränderung von mindestens einem Werkstoff führt, wodurch die Funktion eines Elements aus dem Werkstoff oder den Werkstoffen vermindert werden kann. Durch Korrosion wird ein Werkstoff häufig abgetragen. Bei einigen Vorgängen wird aber das Korrosionsprodukt auf der Oberfläche des Werkstoffs abgeschieden. Häufig handelt es sich bei der Korrosion um einen Vorgang an Metallen, es kann sich aber auch um andere Werkstoffe handeln,
Wenn Metalle oder Metallegierungen mit unterschiedlichen Standardpotentialen miteinander in Kontakt stehen, kann Korrosion {Kontaktkorrosion) auftreten. Das edlere Metall (mit dem höheren Standardpotential) begünstigt dann die Korrosion des unedleren Metalis (mit dem tieferen Standardpotentiaij. Durch die Fotentialdifferenz bilden sich zwei Pole aus, das unedlere Metall wird zur Anode und das edlere Metall zur Kathode. Stehen beide Metalle in Kontakt mit einem Elektrolyten, so fliesst ein schwacher Strom. Aus dem unedleren Metall fliessen Elektronen in das edlere Metali (zur Kathode), gleichzeitig werden Metall-Kationen an die Elektrolyt-Lösung abgegeben. Am edleren Metall werden die Elektronen an den Elektrolyten abgegeben und reduzieren dort z, B. den Wasserstoff, der in den Wassermolekülen vorliegt, zu elementarem Wasserstoff.
Wasser, insbesondere Salzwasser, beschleunigt diesen Vorgang, Doch kann auch bereits Luftfeuchtigkeit die Korrosion begünstigen.
Ein erster und ein zweiter elektrischer Leiter bestehen aus einem leitfähigen Material, vorzugsweise aus einem Metall oder aus einer Metallegierung, Als elektrische Leiter können einzelne Drähte, Litzen oder auch starre Körper, wie dünne Stangen, Röhrchen, Hülsen, Platten etc. fungieren. Dabei müssen die beiden elektrischen Leiter weder aus dem gleichen Material bestehen noch gleich geformt sein, So kann z. 8. auch ein elektrischer Leiter aus mehreren Litzen mit einem starren zweiten elektrischen Leiter verbunden werden, z. B. mit einem Stecker oder mit einem Übergangsstück, an das anschliessend ein Stecker angebracht werden kann. Es ist aber auch möglich, zwei langgezogene kabeiartige elektrische Leiter miteinander zu verbinden. Kabelartige Leiter können als Rundkabel mit einer ummantelten Ader ausgebildet sein. Es kann sich aber auch um Flachkabel mit mehreren, voneinander isolierten Adern handeln, Stecker für solche Flachkabel können derart ausgebildet sein, dass sie die einzelnen Adern zusammenführen oder aber auch mit einzelnen, voneinander isolierten Leitern verbinden. Ein Flachkabel mit mehreren Adern kann auch mit mehreren Steckern verbunden werden.
Unter einer elektrischen Verbindung ist ein Bereich zu verstehen, in dem es zwischen dem ersten und dem zweiten elektrischen Leiter eine Kontaktstelle gibt, über die ein elektrischer Strom fiiessen kann. Prinzipiell können elektrische Verbindungen lösbar oder unlösbar ausgebildet sein. Im vorliegenden Fall handelt es sich um eine unlösbare, dauerhafte Verbindung. Dauerhafte Verbindungen werden üblicherweise durch Schweissen, Kaltpressschweissen, Kleben, Pressen, Quetschen, Nieten oder Spleissen realisiert. Das Verbinden kann mit Hilfe eines geeigneten Werkzeugs realisiert werden, wie z. B, mit einer Crimp-Zange. Es ist aber auch möglich, die Verbindung berührungsfrei ohne Werkzeug herzusteilen, z. B. mit Hilfe des Elektromagnetäschen Impuls-Verfahrens.
Wie auch das mechanische Crtmpen ist das Cn'mpen mit dem Elektromagnetischen Impuls- Verfahren eine Kaltumformung. Der elektromagnetische Impuls ist sehr kurz, und die dabei entstehende Energie kann sehr schell verteilt werden und bewirkt keinen signifikanten Temperaturanstieg. So werden z.B. keine Temperaturen von deutlich mehr als 150 "C erzeugt. Das bedeutet, dass durch das Verfahren keine thermische Veränderung am Material bewirkt wird. Somit bleiben die Eigenschaften der beiden elektrischen Leiter erhalten, insbesondere was Härte, Bruchdehnung und Festigkeit des Materials angeht. Das Kaltverfahren ist insbesondere dann von Vorteil, wenn es sich bei mindestens einem der Materialien der elektrischen Leiter um eine Legierung handelt.
Die Verbindung der beiden elektrischen Leiter ist eine Kraftschluss-Verbmdung, Die Verbindung ist derart fest ausgebildet, dass ein Hineinkriechen von Feuchtigkeit zwischen den ersten und den zweiten elektrischen Leiter verhindert oder hinreichend reduziert wird. Mindestens einer der beiden elektrischer! Leiter ist von einem isolierenden Mantel umhüllt. Der isolierende Mantel ist den Einflüssen entsprechend ausgebildet, vor denen er schützen soll. Er kann einlaglg oder mehrlagig ausgebildet sein. Die äusserste Schicht oder aber auch die Zwischenschichten bestehen beispielsweise aus PVC, Polyurethan, Polyethylen oder thermoplastischen Elastomeren, Stifkongummi oder Gummi.
Bevorzugt ist zwischen dem isolierenden Mantel und mindestens einem der eiektrischen Leiter eine hydrophobe Schicht angeordnet, so dass die elektrische Verbindung korrosionsbeständig ist.
Eine hydrophobe Schicht bildet eine wasserabweisende Oberfläche. Diese zeichnet sich dadurch aus, dass ihr Kontaktwinkel gegenüber Wasser gross ist, üblicherweise > 90°. je grösser der Koniaktwinkei, um so grösser das Bestreben des Wassers, sich kugelförmig anzuordnen. Die Wechselwirkung mit den eigenen Molekülen innerhalb eines Tropfens ist attraktiver als die geringere Wechselwirkung mit der hydrophoben Oberfläche, so dass die Oberfläche verhältnismässig wenig bedeckt oder benetzt wird. Das Wasser kann sich nur schwer auf einer hydrophoben Oberfläche verteilen, so dass die hydrophobe Oberfläche eine Wasserbarriere bildet. Die Schichtdicke der hydrophoben Schicht beträgt beispielsweise ca. 10 - l öö Mikrometer.
Es kann aber auch auf eine hydrophobe Schicht zwischen dem isolierenden Hant l und mindestens einem der elektrischen Leiter verzichtet werden, insbesondere dann, wenn die Kraftschluss-Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten eiektrischen Leiter hinreichend fest ist.
Insbesondere kann bei einer Verbindung, die stark verdichtet ist, auf eine hydrophobe Schicht verzichtet werden. Sind z. B, die ursprünglich einzelnen Litzen an der Verbindungsstelle derart stark verdichtet, dass sie nur eine sehr geringe Porosität aufweisen, z. B. eine Porosität von weniger als 5%, in besonderen Ausführungsformen bis hin zu 1%, so kann zwar Feuchtigkeit bzw. ein Elektrolyt an die Aussenf lache der Litzen, jedoch nicht in das verdichtete Innere eindringen, so dass dort keine massgebliche Korrosion stattfinden kann. Sollten dennoch Spuren eines Elektrolyten in das Innere der Verbindung eindringen» so findet die Korrosion derart langsam statt, dass das System zumindest korrosionsarm ist.
Grundsätzlich ist es auch möglich, zwischen dem isolierenden Mantel und mindestens einem der elektrischen Leiter zusätzliche wasserdichte Beschichtungen anzubringen, die im Gegensatz zu hydrophoben Schichten eine mechanische Barriere für den Elektrolyten bilden. Es ist aber auch möglich, eine wasserdichte Beschichtung aussen an der Vorrichtung im Bereich der Verbändung vorzusehen.
Vorzugsweise ist die elektrische Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten elektrischen Leiter durch einen direkten Kontakt gebildet. Die beiden elektrischen Leiter weisen aiso eine oder auch mehrere Kontaktflächen auf.
Alternativ wäre es auch möglich, ein Zwäschenelemeni zwischen dem ersten und dem zweiten elektrischen Leiter vorzusehen, so dass die beiden elektrischen Leiter nicht miteinander in direktem Kontakt stehen. Allerdings stellt das Anbringen einer Zwischenschicht einen zusätzlichen Arbeitsschritt bei der Herstellung der Vorrichtung dar. Zudem stellt jeder Übergang von einem Material zum anderen eine Kontaktfläche dar, die besonders leicht angegriffen werden kann. Daher ist es von Vorteil, wenn auf ein Zwischenelement verzichtet wird.
Der Bereich des direkten Kontakts muss besonders gegen Feuchtigkeit bzw. Nässe geschützt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der erste elektrische Leiter nahezu über seine gesamte Länge einen isolierenden Mantel auf. Lediglich im Bereich des Kontakts zum zweiten elektrischen Leiter liegt keine Isolierschicht vor, der erste elektrische Leiter ragt also aus dem isolierenden Mantel heraus. Ais Bereich des Kontakts zum zweiten elektrischen Leiter gilt dabei nicht nur die Stirnseite des ersten elektrischen Leiters, sondern auch ein kurzer nicht isolierter Bereich der Mantelfläche des elektrischen Leiters, der sich an die Stirnseite anschliesst. in diesem Bereich wurde die Isolierschicht entfernt. Die freie Stirnseite und die freie Mantelfläche des ersten elektrischen Leiters bilden zusammen einen fsolationsschichi-freien Bereich. Bevorzugt handelt es sich bei dem ersten elektrischen Leiter um ein dünnes langes Objekt mit einem runden Querschnitt. Optional kann der Querschnitt auch abgewandelt sein, z, B, quadratisch oder oval. Der elektrische Leiter kann aus einem einzelnen Draht bestehen, Es kann sich aber auch um mehrere miteinander verseilte Drähte, Litzen oder anderes handeln. Alternativ zum Rundkabel kann der erste elektrische Leiter als Flachkabel ausgebildet sein.
Bevorzugt ist der erste elektrische Leiter flexibel ausgelegt, so dass er an verschiedenen und zum Teil auch schwer zugänglichen Orten eingesetzt werden kann. Auch kann er dann bei Bedarf bewegt werden, Ein flexibler elektrischer Leiter liegt bevorzugt als Litze vor, er kann aber auch als Seil vorliegen.
Es ist aber auch möglich, dass der erste elektrische Leiter relativ starr ausgebildet ist. Er eignet sich dann insbesondere für ortsfeste Verlegungen.
Bevorzugt weist der zweite elektrische Leiter an dem Ende, über das er mit dem ersten elektrischen Leiter verbunden wird, zunächst eine Hülse auf. Die Hülse weist im Wesentlichen einen Eingangsbereich zu einem zylindrischen Hohlraum auf, Sie kann an der dem Eingangsbereich abgewandten Seite in ein dünnes langes Objekt münden, das ähnlich ausgebildet ist wie der erste elektrische Leiter. Sie kann aber auch eine Möglichkeit zum Anbringen eines Steckers aufweisen oder bereits einen Stecker an sich umfassen, Die Hülse des zweiten elektrischen Leiters wird über den Isolationsschicht-freien Bereich des ersten elektrischen Leiters geschoben, so dass in einem Innenraum der Hülse die elektrische Verbindung gebildet wird.
Die Hülse weist z. B. einen kreisrunden Querschnitt auf. Sie kann aber auch einen anderen Querschnitt aufweisen, z, B. einen ovalen, eckigen oder beliebigen Querschnitt.
Wenn einer der beiden elektrischen Leiter ein Kabel ist, der mit einem Stecker verbunden werden sali, ist die Verwendung einer Hülse vorteilhaft, da der Bereich der Verbindung flexibel ist, da kein grösserer Bereich des Leiters versteift wird. Wird dagegen z, B, ein Schrumpfschlauch verwendet, so ist der Bereich, an dem dieser aufliegt, relativ starr, Die erfindungsgemässe Verbindung erleichtert somit die Verwendung eines elektrischen Leiters an Orten mit nur wenig Platz. Bevorzugt sind der Isolationsschieht-freie Bereich des ersten elektrischen Leiters und die Hülse des zweiten elektrischen Leiters derart dimensioniert, dass ein Überiappungsbereich entsteht, wenn der erste elektrische Leiter in die Hülse geschoben wird. Das bedeutet, dass die Tiefe der Hülse grösser ist als die Länge des nicht isolierten Bereichs des ersten elektrischen Leiters. Im Überiappungsbereich gibt es einen direkten Kontakt zwischen der Isolierschicht des ersten elektrischen Leiters und dem vorderen Bereich der Innenseite der Hülse. Bevorzugterweise liegt die Innenseite der Hülse fest auf der Isolierschicht auf. Der Überiappungsbereich ist z, B. 2 - 30 mm lang, bevorzugt ca. 5 - 15 mm lang.
Insbesondere bevorzugt ist im Überiappungsbereich zwischen der Innenseite der Hülse und dem isolierenden Mantel des ersten elektrischen Leiters eine hydrophobe Schicht vorgesehen. Ihre Schichtdicke beträgt bevorzugt ca. 10 ~ 100 Mikrometer.
Es kann aber auch auf einen Überlappungsbereich zwischen der Innenseite der Hülse und dem isolierenden Mantel des ersten elektrischen Leiters verzichtet werden, ist der erste elektrische Leiter sehr stark verdichtet, so wird bereits dadurch verhindert, dass ein Elektrolyt in das innere des Leiters dringen kann. Dadurch wird Korrosion minimiert.
Der erste und der zweite elektrische Leiter sind aus Metallen und/oder Metalllegierungen mit unterschiedlichen Standardpotentialen gebildet. Dabei besteht der erste elektrische Leiter bevorzugt aus einem Metall und/oder Metaillegierungen mit einem niedrigeren Standardpotential und der zweite elektrische Leiter und/oder die an seinem Ende vorgesehene Hülse aus einem Metall und/oder Metallegierungen mit einem höheren Standardpotential, Der erste elektrische Leiter gibt also leichter Elektronen ab als der zweite. Der erste elektrische Leiter ist aus einem im Vergleich unedleren Material gebildet, während der zweite elektrische Leiter aus einem edleren Material besteht.
Es ist aber auch möglich, den ersten elektrischen Leiter aus dem edleren Metall und/oder Metaillegierung vorzusehen und den zweiten elektrischen Leiter aus einem unedleren Metall und/oder Metalllegierung auszubilden.
Besonders bevorzugt ist die hydrophobe Schicht aus Fluoropolymeren, wie z. B. Polytetrafluorethylen (Teflon) ausgebildet. Fluoropolymere bildet eine hydrophobe Oberfläche, die das Eindringen von Wasser verhindert. Alternativ besteht die hydrophobe Schicht aus einem anderen Material wie z. 8. Silikon. Weiterhin können auch Feite vorgesehen sein, die jedoch migrieren können und nicht ortsfest innerhalb des Überiappungsbereichs verbleiben.
Optional ist am Ende des ersten elektrischen Leiters, der zum Verbinden in die Hülse des zweiten elektrischen Leiters gesteckt wird, ein Dichtring vorgesehen. Er urnschliesst den ersten elektrischen Leiter in dem Bereich, in dem keine Isolierschicht vorhanden ist. Die Stirnseste des ersten elektrischen Leiters wird dabei frei gelassen, um in direkten Kontakt zur Hülse treten zu können. Der Dichträng besteht üblicherweise aus einem Metall wie z. B. Aluminium oder Kupfer oder aus einer Metalflegierung. Er dient zudem ais Einführhilfes die das Einführen des ersten elektrischen Leiters in eine Hülse erleichtert.
Der Dichtring kann zylinderförmig ausgebildet sein. Er kann aber auch eine konische Form aufweisen, mit einer Verjüngung zur Stirnseite des ersten elektrischen Leiters hin oder auch davon abgewandt.
Es ist aber auch möglich, auf einen solchen Dächtring am Ende des ersten elektrischen Leiters zu verzichten.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der erste elektrische Leiter aus Aluminium gebildet. Bevorzugterweise besteht der zweite elektrische Leiter aus Kupfer. Insbesondere handelt es sich um eine Aluminium/Kupfer-Verbindung (Ai/Cu-Verbindung).
Vorteilhafterweise handelt es sich um einen elektrischen Leiter aus Aluminium, der mit einem Kupfer-Stecker, bevorzugt einem standardisierten Kupfer-Stecker oder mit einem Übergangsstück zu einem Stecker verbunden wird,
Verbindungen von Aluminium und Kupfer sind von grossem Interesse. Kupfer ist ein guter elektrischer Leiter. Um das Gewicht einer elektrischen Leitung zu reduzieren, wird das leichtere und auch kostengünstigere Aluminium verwendet. Häufig bestehen Stecker aus Kupfer. Gerade bei Anwendungen in Fahrzeugen ist die Verwendung von Kupfersteckern verbreitet. Um auf etablierte Stecker zurückgreifen zu können, ist daher eine geeignete Verbindung zwischen Aluminium und Kupfer notwendig. Die Verbindung kann jedoch auch zwischen zwei kabeiförmigen elektrischen Leitern ausgebildet sein,
Es ist aber auch möglich, einen ersten elektrischen Leiter aus Kupfer mit einem zweiten elektrischen Leiter aus Aluminium zu verbinden. Grundsätzlich kann der erste elektrische Leiter und der zweite elektrische Leiter jeweils i. 8. aus Aluminium, Kupfer, Silber, Messing, Bronze, Zinn oder aus weiteren Metallen und /oder Metallegierungen bestehen.
Besonders bevorzugt handelt es sich um eine Vorrichtung, bei der der erste elektrische Leiter ein flexibler Aluminium-Leiter ist, der aufgebaut ist, wie ein Kupfer-Leiter der Klasse 5 nach Horm IEC 60228 ist. Die Norm ist eine internationale Norm zur Bezeichnung des Leiterquerschnitts isolierter Kupfer-Kabel. Die Leiter der Klasse 5 bestehen aus feinen Kupfer-Litzen. Der verwendete erste elektrische Leiter besteht demnach aus feinen Aluminium-Lätzen, Bei dem zweiten elektrischen Leiter handelt es sich um eine Hülse. Die Hülse des zweiten elektrischen Leiters wird über den Isoäationsschicht-freien Bereich der Aluminium-Litzen geschoben, und die Hülse wird kaitverpresst. Bevorzugt wird die Hülse derart stark verpresst, dass die entstehende Verbindung eine Porosität von weniger als 5%, insbesondere ca, i% aufweist.
Bevorzugt sind die Materialien der beiden elektrischen Leiter derart ausgewählt, dass sie durch einen elektromagnetischen Impuls verformbar sind. Dabei ist insbesondere das Material des zweiten elektrischen Leiters von Bedeutung, wenn dieser Leiter als Hülse verwendet wird, und der erste elektrische Leiter in den Innenraum dieser Hülse hineinragt.
Das Hülsenmaterial sollte hinreichend verformbar, also nicht zu starr sein. Ein zu starres Material kann durch einen elektromagnetischen Impuls nicht oder nur teilweise verformt werden. Durch das Verformen der Hülse wird jedoch sowohl der Kraftschiuss mit dem ersten Leiter im Inneren der Hülse hergestellt, wie auch der erste Leiter verdichtet. Lässt sich das Material des zweiten elektrischen Leiters nicht hinreichend verformen, so ist die Verbindung nicht fest genug, und es besteht ein Spalt zwischen dem ersten und dem zweiten elektrischen Leiter. Je nach Grösse des Spalts ist die Verbindung auch beweglich, d. h. der erste elektrische Leiter kann gegen die Hülse bewegt werden. Es bedeutet auch, dass der erste elektrische Leiter nicht ausreichend verdichtet werden kann und die Verbindung deshaib anfälliger für Korrosion ist, Feuchtigkeit kann dann sowohl zwischen die beiden elektrischen Leiter, wie auch zwischen die einzelnen Litzen des ersten elektrischen Leiters dringen.
Als Kriterium für die Verformbarkeit kann eine hinreichende Bruchdehnung des Materials angesehen werden. Es hat sich herausgestellt, dass Werkstoffe mit einer Bruchdehnung unterhalb von 10% weniger gut geeignet sind, durch einen elektromagnetischen Impuls verformt zu werden, Werkstoffe mit einer Bruchdehnung von mindestens !G%, bevorzugt mehr als 20% lassen sich hingegen gut mit einem elektromagnetischen Impuls verformen.
Die Verformbarkeit ist abhängig vom verwendeten Material. So lässt sich Messing z.B. gut verformen, wobei die Werte der Bruchdehnung von der spezifischen Legierung abhängen. Allgemein liegt die Bruchdehnung von iVsesssng bei 8 - 43 %. Die Bruchdehnwerte für Kupfer hängen stark davon ab, in welchem Zustand das Kupfer vorliegt. ¥i urde Kupfer kalt verformt, so kann seine Bruchdehnung z. 8. unter 5%., weichgeglühtes Kupfer dagegen kann Bruchdehnwerte bis zu ca. 40% aufweisen. Ganz besonders bevorzugt handelt es sich bei der elektrischen Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten elektrischen Leiter um eine Verbindung, die mit Hilfe der Elektromagnetischen Puls-Technologie hergestellt wird.
Bevorzugt weist die hergestellte Verbindung eine mechanische Beiastbarkeit auf, die höher ist als die Belastbarkeit der Einzelelemente. Eine solche Verbindung ist tragfähiger als die Eänzeleiemente, Wird eine zu hohe Zugkraft angelegt, so tritt demnach ein Bruch nicht im Bereich der Verbindung, sondern an einem der EinzeleSemente auf.
Handelt es sich bei der elektrischen Verbindung um einen elektrischen Leiter aus Litzen, der in einer Hülse verpress wird, so ist die Verbindung zwischen den beiden eiekirischen Leitern stärker als z.B. die Litzen. Das bedeutet, dass bei einer zu hohen Belastung die Lätzen reissen, bevor sie aus der Hülse rutschen.
Die Festigkeit einer solchen Verbindung hängt grundsätzlich von dem Kraftschluss ab, der an der Verbindung vorliegt. Dieser kann durch Prozessparameter aber auch Faktoren wie hinreichende Überlappungslänge der elektrischen Leiter und Rohrwanddicke der Hülse beeinfäusst werden.
Die Festigkeit einer Verbindung, die mit dem Elektromagnetischen Puls-Verfahren hergestellt wird, ist üblicherweise höher als die einer mechanisch gecrimpten Verbindung, bei welcher die Verbindung als solche die schwächste Stelle im System ist.
Um eine erfindungsgemasse Verbindung herzustellers, werden ein erster und ein zweiter elektrischer Leiter bereitgestellt, wobei die beiden Leiter aus Metallen oder Metallegierungen mit unterschiedlichen Standardpotentialen gebildet sind. Der erste Leiter, der als dünnes langes Objekt vorliegt, ist mit einem isolierenden Mantel umhüllt. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die elektrische Verbindung als eine korrosionsbeständige KraftschSuss-Verbtndung ausgebildet wird.
Bevorzugt wird bei dem Verfahren zwischen dem isolierenden Mantel und mindestens einem der elektrischen Leiter eine hydrophobe Schicht angeordnet, so dass die elektrische Verbindung korrosionsbeständig ist. Die Reihenfolge der einzelnen Sehritte des Verfahrens kann je nach Anwendungsfall geändert werden. So kann z.B. bereits als Teil eines Bereitstellungsschrittes das hydrophobe Material auf den ersten oder zweiten Leiter angebracht werden. Es ist aber auch denkbar, dass das hydrophobe Material nach dem aneinanderfügen der elektrischen Leiter an den gewünschten Ort eingespritzt wird.
Es kann aber auch darauf verzichtet werden, an der erfindungsgemässen Verbindung eine hydrophobe Schicht vorzusehen.
Insbesondere wird der erste elektrische Leiter, umhüllt mit einem isolierenden Mantel, in Form eines Kabels, bereitgestellt, wobei an einem Ende der elektrische Leiter aus dem Mantel ragt. Der erste Leiter wird in die Hülse des zweiten elektrischen Leiters gesteckt, so dass ein Überlappungsbereich entsteht. Anschliessend wird die Hülse formschlüssig auf den ersten elektrischen Leiter gepresst. Das Anpressen der Hülse erfolgt dabei mit möglichst gieichmässiger Krafteinwirkung von allen Seiten zum Zentrum des Leiters, so dass sowohl ein guter Kontakt der beiden elektrischen Leiter ausgebildet wird, wie auch ein dichter Überlappungsbereich. Alternativ kann die Dichtigkeit durch die Verwendung einer dickeren hydrophoben Schicht verbessert werden,
Das Anpressen der Hülse erfolgt üblicherweise mechanisch, z. B. mit HHfe einer Zange, insbesondere mit einer Crimp-Zange. Dabei werden die Hülse und der elektrische Leiter kraftschäüssig verbunden.
Entscheidend dabei ist, dass die Verbindung zumindest über raftschluss verbunden ist, Zusätzlich erhöht ein Formschfuss die Dichtigkeit der Verbindung und erhöht somit die Korrosionsbeständigkeit,
Vorteiihafterweise wird das Anpressen der Hülse auf den ersten elektrischen Leiter mit Hilfe der Elektromagnetischen Puls-Technologie (E P-Technologie) durchgeführt.
Dazu wird die Hülse mit dem eingesteckten ersten elektrischen Leiter innerhalb einer stabilen agnetspuie, die mit einem Konzentrator ausgestattet ist, platziert. Die Hülse und der elektrische Leiter werden auf der Durchtrittsachse der Spule ausgerichtet, z. B. mehr oder weniger in das Innere der Spule geschoben, Die zu verbindenden Elemente werden also bezüglich der Axiaiposition eingestellt, so dass sich der Überlappungsbereich an der richtigen Steile der Magnetspuäe befindet. Die Magnetimpuisaniage mit angeschlossener Spule entspricht einem elektrischen Schwingkreis. Zunächst wird bei geöffnetem Hochstromschalter und geschlossenem Ladeschalter der Kondensator aufgeladen, Sobald die vorgegebenen Ladespannung und Ladeenergie erreicht sind, wird der Ladeschalter geöffnet und der Hochstromschalter geschlossen. Die Ladeenergie des Kondensators wird dabei in Spulenarbeit W umgewandelt. Es wird ein Hochstromimpuls erzeugt und durch die Magnetspule geleitet, wodurch in der Spule ein starkes Magnetfeld erzeugt wird. Dieses Magnetfeld erzeugt innerhalb der Hülse einen Strom, der wiederum ein dem äusseren Magnetfeld entgegengesetzt gerichtetes inneres Magnetfeld erzeugt. Dadurch stossen sich die Magnetspule und die Hülse gegenseitig ab, Der so entstehende elektromagnetische Kraftimpuls bewirkt eine radiale Kompression der Hülse, Die Hülse wird schlagartig auf das in ihrem Inneren liegende Ende des ersten elektrischen Leiters gepresst. Durch einen Puls wird sowohl der elektrische Kontakt wie auch die Dichtigkeit hergestellt. Es ist aber auch möglich, die Verbindung durch mehrere Pu!se, insbesondere durch zwei Pulse herzustellen. Dabei wird durch den ersten Puls der elektrische Koniakt hergestellt und durch einen zweiten Pute auch die Dichtigkeit realisiert.
Die Ladeenergie E des Systems ist definiert durch E *= 0,5 · C ' U2 mit der Kapazität C und der Ladespannung U. Üblicherweise ist die Kapazität konstant und die Ladespannung U kann stufentos eingestellt werden. Bei konstanter Kapazität wird die Frequenz f ebenfalls nicht verändert. Somit kann über die Einstellung einer Ladespannung eine bestimmte Entladeenergie definiert werden.
Bevorzugt wird die Testspannung U in einem Bereich von t - 10 kV, besonders bevorzugt 3 - 8 kV eingestellt, Die Ladeenergie E liegt z. B. in einem Bereich von 1 - 10 kj, insbesondere 2 - 5 kj. Die Entladefrequenz f liegt bei 10 - 50 kHz. bevorzugt bei 20 - 40 kHz,
Typische Werte für die Parameter sind z. B, Testspannung U ~ 5.0 kV und Ladeenergie E = 3.3 kj bei einer Kapazität C = 266 μΡ und eine Entladefrequenz f ^ 23 kHz.
Im Vergleich zum Verwenden einer Zange bietet die EMP-Technologie mehrere Vorteile, innerhalb der Verbindung ist der Kontakt zwischen elektrischem Leiter und Hülse homogen über die ganze Fläche. Dies bedeutet eine verbesserte elektrische Leitfähigkeit. Gleichzeitig wird auch die Dichtigkeit des Überlappungsbereichs erhöht. Die Verbindung weist also zusätzlich zum Kraftschiuss auch einen verbesserten Formschiuss auf. Zudem handelt es sich um eine berührungsfreie, schnelle und auch automatisierbare Methode, die sehr konstante Produkte liefert. Die Aussenfläche der Verbindung ist nicht unregeimässig durch die mechanische Einwirkung einer Zange verändert und weist somit eine verbesserte Erscheinung auf.
Das Anpressen der Hülse auf den ersten elektrischen Leiter mit Hilfe der Elektromagnetischen Puls-Technologie kann unabhängig davon durchgeführt werden, ob eine hydrophobe Schicht oder andere isolierende Elemente vorgesehen sind oder nicht.
Insgesamt kann es aber auch von Vorteil sein, das Anpressen der Hülse traditionell durchzuführen, insbesondere bei kleinen Stückzahlen an gewünschten Verbindungen, bei denen es zu aufwendig ist, die Verfahrensparameter zu optimieren. 6
In einem besonders bevorzugten Verfahren wird vor dem Verbinden der beiden elektrischen Leiter an der Innenseite der Hüäse im Bereich der Öffnung eine hydrophobe Schicht angebracht, Bevorzugt wird sie aufgesprüht oder aufgestrichen, Durch das Verbinden des ersten elektrischen Leiters mit dem zweiten elektrischen Leiter befindet sich die hydrophobe Schicht im Überlappungsbereich zwischen der Innenseite der Hülse und der Isolierschicht des ersten elektrischen Leiters.
Optional kann die hydrophobe Schicht auch auf die äsolierschicht des ersten elektrischen Leiters aufgetragen werden. Auch ist es rnögiich, die hydrophobe Schicht nach dem Positionieren des ersten elektrischen Leiters in der Hübe des zweiten elektrischen Leiters in den Spalt zwischen den beiden Leitern zu pressen.
Aus der nachfolgenden Detailbeschreibung und der Gesamtheit der Patentansprüche ergeben sich weitere vorteilhafte Äusführungsformen und Merkmalskombinationen der Erfindung, urze Beschreiby-fig der Zeichnungen Die zur Erläuterung des Ausführungsbeispieis verwendeten Zeichnungen zeigen: einen schematischen Querschnitt eines Kabels und eines Steckers, die miteinander verbunden werden sollen;
Fig, 2a~c drei Äusführungsformen von einem ersten elektrischen Leiter und
zweiten elektrischen Leiter, die miteinander verbunden sind; Fig, 3a~c ein Herstellungsverfahren der Verbindung von einem ersten und einem zweiten elektrischen Leiter;
Fig. 4atb zwei alternative Äusführungsformen der Rückseite einer Hülse;
Fig. 5 eine alternative Ausführungsform der Vorrichtung zum Verbinden zweier elektrischer Leiter; Fig. 6a,b zwei Ausführungsformen von einem ersten elektrischen Leiter und einem zweiten elektrischen Leiter, die miteinander ohne einen Überlappungsbereich verbunden sind;
Fig. 7a~c ein Herstellungsverfahren der Verbindung von einem ersten und einem zweiten elektrischen Leiter ohne hydrophobe Schicht im Überlappungsbereich,
Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Wage zur Ausführung der Erfindung
Fig 1. zeigt beispielhaft ein Kabel 1 und einen Stecker 2, die miteinander verbunden werden sollen. Das abei 1 umfasst einen elektrischen Leiter, z, 8, aus einem Aiumsnium- Draht 3, der von einer Isolierschicht 4 (z, B, aus Polyethylen) ummantelt ist. Am Ende des Kabels 1 , das zum Verbinden mit dem Stecker 2 vorbereitet ist, Hegt ein Isolierschicht- freier Bereich 5 des Aluminium-Drahts 3 vor. Das heisst, der Aluminium-Draht 3 ragt um eine bestimmte Länge (die z, 8, grösser ist als der Durchmesser des Kabels 1 ) aus dem durch die Isolierschicht 4 gebildeten rohrartigen Mantel heraus.
Der Stecker 2, weicher den zweiten elektrischen Leiter bildet, besteht beispielsweise aus Kupfer und ist als Hülse 6 ausgebildet. Die Hülse 6 hat einen Eingangsbereich 7 und einen Kontaktbereich 8, von denen jeder einen kreiszylindrischen Hohlraum bildet. Der Eingangsbereich 7 hat einen Durchmesser der grösser ist als der des Kontaktbereichs 8. Infolgedessen besteht eine Schulter 9 zwischen dem Eingangsbereich 7 und dem Kontaktbereich 8. Die Aussense te der Hülse ό ist ebenfalls kreiszylindrisch und kann im Emgangsbereich 7 den gleichen Aussendurchmesser wie im Kontaktbereich 8 haben. Der Isolierschicht-freie Bereich 5 des Aluminium-Drahts 3 passt in den Kontaktbereich 8 hinein. Ferner soll das Kabel 1 mit seiner Isolierschicht 4 im Eingangsbereich 7 Platz haben. g. 2a - c zeigen drei Ausführungsformen von Verbindungen 10a - c des Kabeis 1 mit dem Stecker 2. Die einfachste Verbindung 10a ist in Fig. 2a abgebildet. Das Kabel 1 wird mit dem Ende, das den Isolierschicht-freien Bereich 5 aufweist, in die Hülse 6 gesteckt. Dabei sind die Durchmesser des Kontaktbereicbs 8 und des Aluminium-Drahts 3 passgenau, so dass ein fl cbenhafter mechanischer und elektrischer Kontakt resultiert. Es entsteht direkter Kontakt zwischen Aluminium-Draht 3 und Kupfer-Hülse 6 und zwar sowohl an der Stirnseite 1 1 wie auch an der Mantelfläche 12 des Aluminium-Drahts 3, Der innenraum {Eingangsbereich und Kontaktbereich) der Hülse 6 ist insgesamt so tief, dass das Kabel 1 derart weit in den Innenraum der Hülse 6 hineinragt, dass (in Längsrichtung des Kabels 1 ) ein Überlappungsbereich 13 zwischen der Hülse 6 und der Isolierschicht 4 entsteht. Der Überlappungsbereich 3 ist z. B. 15 mm lang. Er ist dafür verantwortlich, dass die gesamte KontaktfSäebe zwischen Aluminium-Draht 3 und Stecker 2 von der Umgebungsatmosphäre isoliert ist. Die Verbindung 1 öa weist keine hydrophobe Schicht auf.
Die Verbindung 10b, die in Fig. 2b gezeigt wird, ist weitgehend so aufgebaut wie Verbindung 10a, weist aber zusätzlich im Überlappungsbereich 13 zwischen der Hülse 6 und der Isolierschicht 4 eine hydrophobe Schicht 14 auf. Die hydrophobe Schicht 14 ist z.B. eine aus Poiytetraf!uorethylen-Schicht mit einer Dicke im Bereich von 10 - 100 Mikrometern, z.B. 20 Mikrometer. Die hydrophobe Schicht 14 schliesst die Kontaktf lache zwischen den beiden elektrischen Leitern zur Umgebung hin ab. Feuchtigkeit wird gehindert an der hydrophoben Schicht vorbei zu kriechen.
Als dritte Äusführungsform weist die Verbindung 10c, abgebildet in Fig, 2c, am Aluminium- Draht 3 im Isolierschicht-freien Bereich 5 einen Dichtring 15 auf. Somit besteht in dieser Ausführungsform der direkte Kontakt zwischen Aluminium-Draht 3 und Kupfer-Hülse 6 nur an der Stirnseite 1 1. In Fig 3a - c ist schematisch das Verfahren zum Herstellen einer Verbindung 10b zwischen dem Kabel 1 und dem Stecker 2 abgebildet.
Kabel 1 und Stecker 2 werden zueinander ausgerichtet (Fig. 3a). Der Aluminium-Draht 3 weist im Isolierschicht-freien Bereich 5 einen Durchmesser D 1 auf. Der Aluminium-Draht 3 samt Isolierschicht 4 weist Äussendurchmesser D2 auf, der grösser ist als der Durchmesser D 1. Die Hülse 6 weist einen zweistufigen Innenraum auf, bestehend aus Eingangsbereich und Kontaktbereich, im inneren der Hülse 6 ist der ännenraum enger. Es ist der Kontaktbereich und weist einen Durchmesser D3 auf, der tiefer ist als der Isolierschicht-freie Bereich 5 des ersten elektrischen Leiters. Der Snnenraum der Hülse 6 wird nach aussen hin breiter und nimmt im Eingangsbereich den Durchmesser D4 ein, Um das Kabel 1 in die Hülse 6 des zweiten elektrischen Leiters 2 einstecken zu können, muss der Durchmesser D3 grösser sein als Durchmesser D 1 und Durchmesser D4 grösser als Durchmesser D2 (Fig, 3b). So kann z. 8. der Durchmesser 01 = 10 mm sein. Bei einer Isolierschicht von 1.5 mm Schichtdicke beträgt der Aussendurchmesser D2 » 3 mm. Eine passende Hülse 6 weist z. B. im Kontaktbereich einen Durchmesser D3 ~ 10.5 mm und im Eingangshereich einen Durchmesser D4 » 13.4 mm auf. Dabei müssen die Durchmesser nicht zwingend rund sein, dann sind die kleinsten Durchmesser an der Hülse 6 mit den grössten Durchmessern am ersten elektrischen Leiter abzustimmen und ggf, auch die Passform zu berücksichtigen. Auf die ineinander gesteckten elektrischen Leiter 1 und 2 wird von aussen Druck ausgeübt, beispielsweise mittels elektromagnetischem Puls- Verfahren. Dazu werden die Hülse ö mit dem eingesteckten Kabel 1 in der Mitte einer stabilen Magnetspule positioniert. Der Bereich, in dem der Überlappungsbereich entsteht, muss sich dabei in der Mitte der Magnetspuie befinden. Durch die Magnetspule wird ein Hochstromimpuis e geleitet, wodurch in der Magnetspule ein starkes Magnetfeld erzeugt wird. Dieses Magnetfeld erzeugt innerhalb der Hülse 6 einen Strom, der wiederum ein dem äusseren Magnetfeld entgegengesetzt gerichtetes inneres Magnetfeld erzeugt. Dadurch Stessen sich die Magnetspule und die Hülse 6 gegenseitig ab und die Hülse 6 wird von aussen gleiehmässig zusammengedrückt. Die Durchmesser D3 und D4 werden gleichzeitig durch einen Puls verkleinert, so dass die Hülse eng auf dem Kabel 1 aufliegt (Fig. 3c}. Im beschriebenen Verfahren ist im Eingangsbereich der Hülse 6 eine hydrophobe Schicht 14 aus Teflon vorgesehen. Diese befindet sieh nach dem Zusammendrücken der Hülse im Überlappungsbereich zwischen Hülse 6 und isolierender Schicht 4.
In der Fig. 4a, b sind zwei alternative Ausführungsformen einer Hülse eines zweiten elektrischen Leiters 2 gezeigt. Die Hülse 20 (Fig. 4a) auf der einen Seite eine Ausnehmung 21 (Hohlraum) und an der anderen, geschlossenen Seite 21 einen Zylinderzapfen 22 mit konstantem Aussendurchmesser. Dieser eignet sich dazu, dort in einem separaten Arbeitsschritt einen Stecker zu befestigen, z, B. durch Schweissen. Diese Ausführungsforrn erlaubt es, eine Vielzahl unterschiedlicher Stecker anzubringen, ohne dies in einem frühen Schritt der Produktion festlegen zu müssen.
Dagegen ist an der Hülse 25 {Fig. 4b) bereits auf der der Ausnehmung 26 abgewandten Seite ein Stift 27 angeformt. Zwischen dem Stift und dem geschlossenen Ende der Hülse 25 kann ein verjüngter Bereich (Hais) gebildet sein. Somit wird durch das Anpressen der Hülse 25 auf einen ersten elektrischen Leiter ein fertiges Produkt hergestellt. Das Anbringen solcher Hüisen 25 ist somit zeitsparend.
In Fig. 5 ist eine alternative Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung gezeigt. Ein Kabel 1 , umfassend einen elektrischen Leiter 3. der mit einem isolierenden Mantel umhüllt ist, ist mit einem zweiten elektrischen Leiter 31 verbunden. Der zweite elektrische Leiter ist als ein kurzer Stecker 32 ausgebildet. Der direkte Kontakt 33 zwischen den beiden elektrischen Leitern 1 und 31 ist beispielsweise geschweisst und in eine umhüllende Poiymerschicht 34 eingebettet. Die Polymerschicht 34 umfasst das Kabel derart, dass sie über den isolierenden Mantel Siegt. Der elektrische Leiter 3 ist somit von seiner Umgebung abgeschlossen. Dagegen weist der zweite elektrische Leiter 31 keine Ummantelung auf. Allerdings ist auch er von der Polymerschicht 34 umhüllt. Im Randbereich der Polymerschicht 34 ist an der Kontaktfläche zwischen dem zweiten Leiter 31 und der Polymerschicht 34 eine hydrophobe Schicht 35 vorgesehen, die das Eindringen von Feuchtigkeit an den direkten Kontakt 33 der beiden Leiter verhindert.
Fig. 0a,b zeigen zwei erfindungsgemässe Verbindungen ohne Überlappungsbereiche zwischen Hülse und Mantel der elektrischen Leiter.
Die erste Verbindung 40a ist In Fig. 6a abgebildet. Das Kabel 1 mit dem elektrischen Leiter 3 und einer Isolierschicht 4 wird mit dem Ende, das den Isolierschicht-freien Bereich 5 aufweist» in die Hülse 41 gesteckt. Die Hülse 41 weist einen im Durchmesser konstanten kreiszylindrischen Hohlraum auf. Es entsteht direkter Kontakt zwischen Äiuminium-Draht 3 und Kupfer-Hülse 41 und zwar sowohl an der Stirnseite 42 wie auch an der Mantelfläche 43 des elektrischen Leiters 3. Der Hohlraum der Hülse 41 ist insgesamt so tief, dass der Isolierschicht-freie Bereich 5 des elektrischen Leiters 3 nur partiell in den innenraum der Hülse 41 hineinragt, Zwischen der Hülse 41 und der Isolierschicht 4 besteht eine Lücke 44, an weicher der elektrische Leiter 3 frei vorliegt und nicht gegen aussen Isoliert ist.
Fig. 6b zeigt eine zweite elektrische Verbindung 40b, die keinen Überiappungsbereich zwischen Hülse und Mantel des elektrischen Letters aufweist. Im Gegensatz zur Verbindung 4öa befindet sich jedoch an der Verbindung 40b eine zusätzliche Schicht 45, welche verhindert, dass der eiektrische Leiter 3 nach aussen frei vorliegt. Bei dieser zusätzlichen Schicht 45 kann es sich um einen SchrumpfschJauch, eine Dichtung oder um eine hydrophobe Schicht handeln. Die zusätzliche Schicht 45 ist dermassen ausgebildet, dass sie sich über einen Endbereich der Isolierschicht 4, den in der Lücke 44 liegenden Bereich des elektrischen Leiters 3 und partiell in den innenraum der Hülse 41 erstreckt.
In Fig. 7a ~ c ist schematisch das Verfahren zum Herstellen einer Verbindung 10a zwischen dem Kabel 1 und dem Stecker 2 abgebildet.
Kabel 1 und Stecker 2 werden zueinander ausgerichtet (Fig. 7a). Der Aluminium-Draht 3 weist im Isolierschicht-freien Bereich 5 einen Durchmesser D 1 auf. Der Aluminium-Draht 3 samt Isolierschicht 4 weist einen Aussendurchmesser D2 auf, der grösser ist als der Durchmesser D1 , Die Hülse ό weist einen zweistufigen Innenraum auf, bestehend aus Esngangsbereich und Kontaktbereich, Im Inneren der Hülse 6 ist der Innenraum enger, Es ist der ontaktbereich und weist einen Durchmesser D3 auf, der tiefer ist als der Isolierschicht-freie Bereich 5 des ersten elektrischen Leiters. Der Innenraum der Hülse 6 wird nach aussen hin breiter und nimmt im Eingangsbereich den Durchmesser D4 ein. Um das Kabel 1 in die Hülse ό des zweiten elektrischen Leiters 2 einstecken zu können, muss der Durchmesser D3 grösser sein als Durchmesser D 1 und Durchmesser D4 grösser als Durchmesser D2 (Fig. 7b), So kann z. B. der Durchmesser D1 =» 10 mm sein. Bei einer Isolierschicht von 1.5 mm Schichtdicke beträgt der Aussendurchmesser D2 » 13 mm. Eine passende Hülse 6 weist z. B. im Kontaktbereich einen Durchmesser D3 ~ 10.5 mm und im Eingangsbereich einen Durchmesser D4 » 13,4 mm auf. Dabei müssen die Durchmesser nicht zwingend rund sein, dann sind die kleinsten Durchmesser an der Hülse ö mit den grössten Durchmessern am ersten elektrischen Leiter abzustimmen und ggf. auch die Passform zu berücksichtigen. Auf die ineinander gesteckten elektrischen Leiter 1 und 2 wird von aussen Druck ausgeübt, beispielsweise mitteis elektromagnetischem Puls- Verfahren, Dazu wird die Hüise 6 mit dem eingesteckten Kabei 1 in der Mitte einer stabilen agnetspuie positioniert. Der Bereich» in dem der Überlappungsbereich 13 entsteht, muss sich dabei in der Mitte der Magnetspule befinden. Durch die Magnetspule wird ein Hochstromimpuls e geleitet, wodurch in der Magnetspule ein starkes Magnetfeld erzeugt wird. Dieses Magnetfeld erzeugt innerhalb der Hülse 6 einen Strom, der wiederum ein dem äusseren Magnetfeld entgegengesetzt gerichtetes inneres Magnetfeld erzeugt. Dadurch stossen sich die Magnetspule und die Hülse 6 gegenseitig ab und die Hülse 6 wird von aussen gfeichmässig zusammengedrückt. Die Durchmesser D3 und D4 werden gleichzeitig durch einen Puls verkleinert, so dass die Hülse 6 eng auf dem Kabel 1 aufliegt (Fig, 7c), Bei einer im Verhältnis zum Durchmesser des Aiumäniurndrahtes sehr dünnen Isolierschicht sind die Durchmesser des Aluminiumdrahtes und des gesamten elektrischen Leiters nahezu gleich, z. 8, DI » 10.5 mm und D2 - 1 1 ,5 mm, In dem Fall ist es nicht unbedingt notwendig, dass die Hülse eine zweistufige Vertiefung aufweist. Eine hinreichend tiefe Vertiefung mit konstantem Durchmesser von z. B, 12 mm kann in diesem Fall auch gut eingesetzt werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist es auch möglich, eine Verbindung mit einem Dichtring am Aluminium-Draht vorzusehen, die im Überlappungsbereich zwischen der Hüise und der Isolierschicht keine hydrophobe Schicht aufweist.
Bei der Hersteilung der elektrischen Verbindung ist es ebenso gut möglich, die hydrophobe Schicht auf dem isolierenden Mantel vorzusehen und nicht an der Innenseite der Hülse.
Optional erfolgt die Herstellung der Verbindung durch die Anwendung von zwei elektromagnetischen Pulsen. Durch den ersten Puls wird der elektrische Kontakt hergestellt und dabei D3 verkleinert. Durch den zweiten Puls wird dann D4 verkleinert, die Hüise wird dicht auf die Isolierung des ersten Leiters gepresst. Zusammenfassend ist festzustellen, dass eine Verbindung zwischen zwei elektrischen Leitern bereitgestellt wird, die korrosionsbeständig ausgebildet ist.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung mit folgenden Schritten: a) Bereitstellen eines ersten und eines zweiten elektrischen Leiters (3, 6), wobei der erste und der zweite elektrische Leiter (3, 6} aus Metallen oder Metalllegierungen mit unterschiedlichen Standardpotentialen gebildet sind, b) Bereitste en eines isolierenden Mantels, der mindestens einen der elektrischen Leiter (3, 6) umgibt» c) Hersteilen einer elektrischen Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten elektrischen Leiter { 1 , 2), dadurch gekennzeichnet, dass d) die elektrische Verbindung durch Kaltverpressen hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Verbindung derart stark verpresst wird, dass sie kraftschiüssig und korrosionsbeständig ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 ~ 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem isolierenden Mantel und mindestens einem der elektrischen Leiter eine hydrophobe Schicht angeordnet wird,
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 3ä dadurch gekennzeichnet, dass der isolierende Mantel und der erste elektrische Leiter (3) in Form eines Kabels mit einem aus dem Mantel herausragenden Ende des elektrischen Leiters bereit gestel t werden und dass der elektrische Leiter mit dem isolierenden Mantel in eine durch den zweiten elektrischen Leiter gebildete Hülse (6) gesteckt wird und die Hülse (6) formschiüssig auf den ersten elektrischen Leiter (3) und den Mantel gepresst wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (6) des zweiten elektrischen Leiters mittels eiektrorrsagnetischern Impuls-Verfahren auf den ersten e ektrischen Leiter gepresst wird.
6, Verfahren nach einem der Ansprüche 4 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (6) aus einem Material verwendet wird, das eine Bruchdehnung von mindestens 10%, bevorzugt mehr als 20% aufweist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Einstecken des ersten elektrischen Leiters (1) in die Hüise (6) an der Innenseite der Hüise (ό) eine hydrophobe Schicht ( 14) aufgetragen wird,
Vorrichtung umfassend a) einen ersten und einen zweiten elektrischen Leiter (3, 6), wobei der erste und der zweite elektrische Leiter (3, 6) aus Metallen oder etalllegierungen mit unterschiedlichen Standardpotentiaien gebildet sind, bj eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten elektrischen Leiter (1, 2), c) einen isolierenden Mantel, der mindestens einen der elektrischen Leiter (3, 6) umgibt, dadurch gekennzeichnet, dass d) die elektrische Verbindung eine verdichtete kaltverpresste Verbindung ist. 9, Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Verbindung derart stark verpresst ist, dass sie eine korrosionsbeständige raftschluss-Verbindung ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 - 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem isolierenden Manie! und mindestens einem der elektrischen Leiter eine hydrophobe Schicht (1 ) angeordnet ist.
1 1. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 - 10, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten elektrischen Leiter (3,
6} durch einen direkten Koniakt gebildet ist. 2. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 - 1 1, dadurch gekennzeichnet, dass der isolierende Mantel und der erste elektrische Leiter ein isoliertes Kabel bilden, und dass der elektrische Leiter aus dem Mantel heraus ragt und so einen Isolationsschicht-freien Bereich bildet. 3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 - 12, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite elektrische Leiter (6) an einem Ende eine Hülse (6) aufweist, wobei ein Ende des ersten elektrischen Leiters (3) in die Hülse (6) des zweiten elektrischen Leiters (2) ragt, so dass die elektrische Verbindung in einem innenraum der Hülse liegt, 4. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der isolierende Mantel in den Innenraum der Hülse (6) hineinragt und dass die hydrophobe Schicht in einen Überiappungsbereich zwischen Hülse und Mantel angeordnet ist. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 - 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Standardpotential des Metalls oder der Metalllegierung des ersten elektrischen Leiters niedriger ist ais ein Standardpotential des Metalls oder der Metalilegierung des zweiten elektrischen Leiters.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 - 15, dadurch gekennzeichnet, dass die hydrophobe Schicht (14) aus einem Fiuoropolymer besteht. 17, Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 - 16» dadurch gekennzeichnet, dass die hydrophobe Schicht (1 ) aus Poiytetrafluorethy!en besteht.
18, Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 - 17. dadurch gekennzeichnet, dass der erste Leiter im Wesentiichen aus Aluminium und der zweite Leiter im WesentHchen aus Kupfer besteht,
1 . Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 - 18, dadurch gekennzeichnet, lass der zweite Leiter aus einem Material besteht, das eine Bruchdehnung von mindestens 10%, bevorzugt mehr als 20% aufweist.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 - 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten elektrischen Leiter derart stark verpresst ist, dass die sie stärker ist, als die einzelnen elektrischen Leiter,
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 - 20, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Verbindung mitteis elektromagnetischem Srnpuls-Verfahren hergesteilt ist.
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