WO2015154808A1 - Elektrischer leiter mit einer mehrzahl von einzeldrähten und herstellungsverfahren hierfür - Google Patents

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WO2015154808A1
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conductor
individual wires
region
metallic component
insulating material
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PCT/EP2014/057260
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Daniel BECHSTEIN
Daniel Glasbrenner
Original Assignee
Kromberg & Schubert Gmbh
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    • H02G—INSTALLATION OF ELECTRIC CABLES OR LINES, OR OF COMBINED OPTICAL AND ELECTRIC CABLES OR LINES
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    • H02G1/14—Methods or apparatus specially adapted for installing, maintaining, repairing or dismantling electric cables or lines for joining or terminating cables
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R4/00—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation
    • H01R4/70—Insulation of connections
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R43/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining, or repairing of line connectors or current collectors or for joining electric conductors
    • H01R43/005—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining, or repairing of line connectors or current collectors or for joining electric conductors for making dustproof, splashproof, drip-proof, waterproof, or flameproof connection, coupling, or casing
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    • H02G15/00—Cable fittings
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02G—INSTALLATION OF ELECTRIC CABLES OR LINES, OR OF COMBINED OPTICAL AND ELECTRIC CABLES OR LINES
    • H02G15/00—Cable fittings
    • H02G15/013—Sealing means for cable inlets

Definitions

  • the invention relates to an electrical conductor having a plurality of individual wires, and a method for producing such an electrical conductor.
  • the cable ends are garnished with copper or other metals cable lugs, plug contacts or the like, which allow contacting and attachment of the cable.
  • cable lugs, plug contacts or the like which allow contacting and attachment of the cable.
  • cables are exposed to extreme loads, in particular temperature changes, vibration stresses and moisture.
  • the invention relates to an electrical conductor with a plurality of individual wires.
  • a filling material is arranged between at least a part of the plurality of individual wires over a predeterminable length range along a longitudinal coordinate of the conductor.
  • the individual wires are made of aluminum or copper, for example.
  • some or all of the individual wires may each be electrically isolated per se, whereas in further embodiments, some or all of the individual wires may each also be uninsulated.
  • a plurality of individual wires may also be insulated in groups. Combinations of the above variants are also conceivable.
  • both additionally applied coatings of insulating material are to be understood as well as implicit isolations, as they are e.g. result in single wires of aluminum materials due to the formation of a surface layer of aluminum oxide on the individual wires.
  • the filler material is a substantially homogeneous material, for example an elastic plastic, in particular a self-adhesive liquid silicone, 2K-LSR (two-component LSR, English "liquid silicone rubber”), a silicone rubber or a silicone elastomer or generally from the group of Polysiloxanes or polyorganosiloxanes or the like.
  • an elastic plastic in particular a self-adhesive liquid silicone, 2K-LSR (two-component LSR, English "liquid silicone rubber”), a silicone rubber or a silicone elastomer or generally from the group of Polysiloxanes or polyorganosiloxanes or the like.
  • the invention can increase and precisely adjust a stiffness of the conductor in the said length range (by the choice of material for the filling material and / or the location of the insertion between the individual wires and / or the extension or length of the longitudinal region), wherein the conductor advantageous overall remains elastic.
  • the filling material may preferably be arranged on such axial sections of the conductor on which the electrical conductor is mechanically stressed in a special way. In particular, at an end portion and / or at an attachment portion of the conductor to which it is connected, for example, to a contact element and / or mechanically fixed thereto, the conductor stiffened according to the invention or be charged with the filler.
  • the rigidity of the conductor can be increased at an axially middle section, to which the conductor is (additionally) mechanically fixed and / or electrically contacted.
  • the provision of the filling material according to the invention between at least part of the individual wires enables effective protection of individual individual wires against the aforementioned stresses or their mechanical stabilization.
  • the invention also has the advantage that the inventively constructed conductor comparatively little by vibration loads, for example at accelerations of about 190 m / s (meters per second) and for example at frequencies of about 20 Hz to 2000 Hz (Hertz), and for example in a temperature range of about -40 ° C to + 160 ° C (degrees Celsius) is claimed.
  • Such loads may arise in particular in an ultrasonic welding of the conductor according to the invention to a contact partner, such as a cable lug, a plug contact or the like.
  • the length range is about 5 millimeters to about 50 centimeters, preferably about 10 millimeters to about 10 centimeters, more preferably about 10 millimeters to about 4 centimeters.
  • Embodiments of the invention can be applied in a particularly simple and advantageous manner if the individual wires are surrounded radially on the outside by a jacket.
  • the sheath in a simple manner, to arrange the filler between at least a portion of the plurality of individual wires, in particular to inject in the axial direction between the individual wires.
  • the jacket surrounding the individual wires also forms an advantageous radial boundary for the filling material.
  • FM filling material
  • percent minimum filling values are specified, which are particularly suitable for achieving the desired mechanical properties of the conductor.
  • the stated percentages of the filling material are provided in the same way for embodiments of the electrical conductor with or without sheath.
  • the cross-sectional area of an embodiment the cross-sectional area is understood, which is defined by an outer contour of the conductor or a free inner cross-section in a conductor with sheath, minus the sum of the cross-sectional areas of all the individual wires of the conductor.
  • a cross-sectional surface area of 100% describes the entire free cross-section of the conductor (within the outer contour or the inner surface of the jacket), which is not occupied by individual wires or their insulation.
  • the length region is arranged in the region of an axial end section of the conductor, wherein the length region is preferably spaced approximately 5 millimeters or more from one end of the conductor, in particular approximately two centimeters or more.
  • the spacing is advantageously made possible that one end of the conductor or one end of the plurality of individual wires with at least one contact partner, which is for example a cable lug or a plug contact, can be connected.
  • the connection can be advantageously carried out without an optionally disturbing influence of the filling material.
  • the filling material starting from an (axial) beginning (or end) of the jacket over at least about 5 millimeters along the longitudinal coordinate within the shell, and in particular between the individual wires, preferably over at least about 2 centimeters .
  • the filling material extends from the beginning (or the end) of the shell in both axial directions. This can be avoided in a particularly suitable manner, an axial stiffness jump at the beginning (or at the end) of the shell and a vibration damping or kink protection of the conductor are made particularly effective.
  • connection region in particular cohesively, connected to a metallic component
  • the connection is preferably located in an axial end portion of the conductor.
  • a connection may also be arranged at one or more other axial positions of the conductor.
  • the metallic component is, for example, another conductor, a cable lug, a plug contact, a flat contact or the like.
  • the connection of the plurality of individual wires to the metallic component can be mechanically and electrically protected in a particularly suitable manner.
  • the insulating material is elastic.
  • An arrangement of the conductor can be improved if the insulating material simultaneously forms the filling material for the predeterminable length range and / or is formed integrally with the filling material. Due to the resulting homogeneity of the insulating material with the filler, the arrangement formed from the conductor and the metallic component can be particularly well damped against possible vibrations, whereby the fatigue strength of the arrangement of the conductor can be increased.
  • At least part of the metallic component and / or at least part of the plurality of individual wires has a contact layer, the contact layer in particular having a nickel-phosphorus alloy, in particular being formed from a nickel-phosphorus alloy.
  • the contact layer according to the invention has a relatively low galvanic potential, which reduces corrosion effects in compounds containing metallic components.
  • the contact layer according to the invention makes it possible to produce a permanent, moisture-tight connection between the metallic component having the contact layer and the insulating material or filling material and / or other insulation possibly to be applied to the metallic component.
  • the invention relates to a method for producing a conductor having a plurality of individual wires, wherein the plurality of individual wires is provided, characterized in that over a predeterminable length range along a longitudinal coordinate of the conductor, a filler between at least a portion of the plurality of individual wires is arranged.
  • the filling material can be pressed in the liquid state with a comparatively high pressure between the plurality of individual wires.
  • a curing of the filling material can then be carried out by means of cooling or by chemical modification (for example by crosslinking with heat or heat), wherein the thus hardened filler material remains elastic.
  • At least one jacket surrounding the individual wires is provided radially on the outside, wherein the filler material is arranged, starting from an (axial) start of the jacket over at least approximately 5 millimeters along the longitudinal coordinate within the jacket, and in particular between the individual wires about at least about 2 inches.
  • the jacket not only improves the mechanical properties of the individual wires as a whole, but also makes it easier to introduce the filler material between the individual wires of the conductor, in particular to inject.
  • connection region in particular a material fit
  • connection preferably lies in an axial end section of the conductor
  • at least a part of the plurality of individual wires and / or or at least a part of a jacket of the conductor and / or at least a part of the metallic component in the connecting region surrounded by an insulating material, in particular encapsulated is.
  • the compound thus produced and the axially adjacent portions of the metallic component and / or the conductor are encapsulated with the insulating material. This is preferably done in such a way that the compound is protected radially encircling mechanically, electrically and against ingress of moisture.
  • the inventive method can provide that the insulating material simultaneously forms the filling material for the predeterminable length range, and / or that the filling material and the insulating material are provided in the same method step.
  • this method step preferably takes place using a tool that at least partially encloses the metallic component on the one hand and the conductor on the other hand.
  • the insulating material not only completely surround the connection region, but it can be sprayed under pressure at the same time between the individual wires of the conductor, which thus results in the function of the filling material.
  • the method is not only simplified in an advantageous manner, but the insulating material can be transferred continuously into the region of the filling material, so that the mechanical properties of the conductor or the arrangement produced in this way are improved.
  • Figure 1 is a side view of an electrical conductor with a plurality of individual wires according to a first embodiment
  • Figure 2 is a side view of an electrical conductor with a plurality of individual wires according to a second embodiment
  • 3a shows a side view of an electrical conductor with a plurality of individual wires and a jacket according to a third embodiment
  • FIG. 3b shows a side view of an electrical conductor with a plurality of individual wires and a jacket according to a fourth embodiment
  • Figure 4 is a radial sectional view of the electrical conductor of Figure 3b;
  • Figure 5 is a partial longitudinal section through an arrangement of an electrical conductor with a plurality of individual wires, a metallic component, and an insulating material;
  • FIG. 6a shows a first radial sectional view through the arrangement of FIG. 5;
  • FIG. 6b shows a second radial sectional view through the arrangement of FIG. 5;
  • FIG. 6c shows a third radial sectional view through the arrangement of FIG. 5;
  • FIG. 7 shows a flowchart for a method for producing an electrical conductor having a plurality of individual wires according to an embodiment.
  • FIG. 1 shows schematically a side view of an electrical conductor 100 with a plurality of individual wires 102 according to one embodiment.
  • a predeterminable length range L1 is shown.
  • a filler material FM is arranged between at least part of the plurality of individual wires 102.
  • the length range L1 is about 5 millimeters to about 50 centimeters.
  • the length range L1 may also be about 10 millimeters to about 10 centimeters or about 10 millimeters to about 4 centimeters.
  • the plurality of individual wires 102 may, for example, correspond to the individual wires 102 in a strand, wherein the individual wires 102 (in particular if they are made of a copper material) are electrically conductive at their radial outer surfaces and can thus contact each other electrically.
  • the individual wires are made of aluminum material.
  • the plurality of individual wires 102 it is possible according to the invention for the plurality of individual wires 102 to be electrically insulated from one another, for example by means of a lacquer layer or by means of an individual sheath 104 made of plastic.
  • the individual wires 102 have the function of wires, as used for example in a multipolar cable.
  • the predeterminable length region L1 can be arranged at any point along the electrical conductor 100. This can also be at several sections along the longitudinal coordinate x at the same time.
  • the filling material FM can be arranged between the at least one part of the plurality of individual wires 102 along the electrical conductor 100 at one or more locations, whereby the electrical conductor 100 has a greater rigidity at least in some sections.
  • the electrical conductor 100 may be bent or kinked to some extent at those areas where the filler material FM is disposed between the individual wires 102, with little risk of breaking some or more of the individual wires 102.
  • FIG. 2 shows an arrangement of an electrical conductor 100a according to a further embodiment, similar to FIG. 1, wherein in the present case the length region L1 is arranged in the region of an axial end section AE of the conductor 100a.
  • the length region L1 is, for example, spaced about 5 millimeters or further away from one end 106a of the conductor 100. This corresponds in FIG. 2 to a difference between the longitudinal coordinates x0 and x1.
  • the length region L1 it is readily possible for the length region L1 to be farther from the end 106a of the conductor 100, in particular about 2 centimeters or more.
  • the filling material FM is arranged in a region of the electrical conductor 100 between the longitudinal coordinates x1 and x2.
  • a right-hand region between the longitudinal coordinates x2 and x3 in FIG. 2 has no filler material FM.
  • three points indicate that the structure of the conductor 100 can be continued in any desired manner.
  • the individual wires 102 can be continued as desired without using the filling material FM, or an axial region can be provided on the individual wires 102 corresponding to FIG. 1, in which a further length region L1 (not shown) is a filler material FM similar to the arrangement according to FIG having.
  • the filler material FM used according to the invention generally has preferably elastic properties.
  • the filler material FM is a self-adhesive liquid silicone, 2K-LSR (two-component LSR, liquid silicone rubber).
  • 2K-LSR two-component LSR, liquid silicone rubber
  • other types of silicone rubbers or silicone elastomers or other elastic plastics may be suitable for the filling material FM, generally materials from the group of polysiloxanes or polyorganosiloxanes or the like.
  • FIG. 3 a shows a longitudinal view of an electrical conductor 100 b having a plurality of individual wires 102 according to a further embodiment, which are surrounded by a jacket 104 together radially on the outside. Similar to FIG. 2, in FIG. 3a along the length region L1a, in a section between the longitudinal coordinates x4 and x5, the filler material FM is arranged between at least part of the plurality of individual wires 102. This is indicated in FIG. 3a by a dashed border. In particular, the longitudinal coordinate x4 characterizes an axial beginning or an axial end of the jacket 104.
  • the filling material FM extends from the beginning x4 of the shell 104 over at least about 5 millimeters, preferably over at least about 2 centimeters, along the longitudinal coordinate x within the shell 104, in particular between the individual wires 102.
  • FIG. 3b shows an electrical conductor 100c according to a further embodiment.
  • the jacket 104 surrounding the individual wires 102 is further spaced from the end 106 a.
  • the left-hand end of the jacket 104 in FIG. 3b is identified by the longitudinal coordinate x7.
  • the filling material FM is also arranged between at least a part of the plurality of individual wires 102 in the FIG. 3 b, wherein in the present case a first part of the filling material FM is arranged between the longitudinal coordinates x 6 and x 7 outside of the jacket 104.
  • a second part of the filling material FM is comparable to the figure 3a radially disposed within the shell 104 between the individual wires 102 to the longitudinal coordinate x8.
  • the filler material FM in FIG. 3 b preferably forms a monolithic body, in particular as well as in the other variants, which effectively protects the individual wires 102 from mechanical stress or reduces them.
  • FIG. 4 shows a radial cross section of the electrical conductor 100 shown in FIG. 3b at a longitudinal coordinate x71.
  • the jacket 104 has a substantially circular cross-section.
  • this is not mandatory.
  • elliptical or approximately rectangular cross sections are possible.
  • FIG. 4 shows the jacket 104 radially on the outside, and the individual wires 102 and the filler material FM arranged between the individual wires 102 radially inwardly therefrom.
  • a cross-sectional area within the shell 104 between the individual wires 102 is approximately 100 percent filled with the filling material FM.
  • said cross-sectional area is at least about 20 percent, or even at least about 60 percent filled with the filler FM, with the filler being distributed evenly (eg, within predeterminable sector areas) or unevenly across the cross-sectional area according to various embodiments can be.
  • a mass coating (defined as mass per unit length along the longitudinal coordinate x) of the conductor 100 increases by providing the filler FM by at least 2 percent, preferably at least 5 percent. It should be noted that the inventive use of the filler material FM and the insulating material 108 is also possible in those embodiments of the conductor 100 in which the conductor 100 does not include a jacket 104.
  • FIG. 5 shows a partial longitudinal section through a conductor arrangement 200, which in the present case comprises the electrical conductor 100d with a plurality of individual wires 102, a metallic component 110 and an insulating material 108.
  • the metallic component 110 is designed as a contact element on a left end section in the drawing, which can preferably releasably connect the electrical conductor 100 to an electrical connection or contact (not shown).
  • a left-side end of the metallic component 110 in FIG. 5 is designed as a pin contact, as a flat contact, as a screw contact, as an electrical cable lug or the like.
  • a right in the figure 5 end portion 112 of the metallic member 110 - in the drawing approximately in the middle - is formed such that it in a region of the axial end portion AE (see Figure 2) of the electrical conductor 100d the jacket 104 and optionally a part the individual wires 102 can hold by means of adhesion and / or positive fit.
  • the said right end portion 112 of the metallic component 110 is designed such that it can be crushed, clamped or crimped onto the conductor 100d, whereby the conductor 100d or the jacket 104 is enclosed at least over a radial angle range.
  • the individual wires 102 are in the present case designed as aluminum wires, which are naturally surrounded by an insulating aluminum oxide layer.
  • the electrical conductor 100d corresponds to a single cable designed as a stranded wire.
  • Said cohesive connection of the individual wires 102 to the metallic component 110 takes place here by means of friction welding, in particular ultrasonic welding.
  • friction welding in particular ultrasonic welding.
  • other material connections known to the person skilled in the art between the individual wires 102 and the metallic component 110 are also possible.
  • a crimp connection, a press connection, a crimp connection, a clamp connection, or a screw connection are also possible for producing an electrical contact between the individual wires 102 and the metallic component 110.
  • the individual wires 102 are made of copper.
  • the connection can be made at the connection region VB between the individual wires 102 and the metallic component 110, for example also by means of soft soldering.
  • FIG. 5 shows that an axial section of the plurality of individual wires 102 and an axial section of the jacket 104 of the conductor 100d and an axial section of the metallic component 110, in particular in an environment of the connection region VB, are surrounded, in particular encapsulated, by an insulating material 108 , are. It can be seen in FIG. 5 that a left-hand end section of the electrical conductor 100d in the drawing and a middle section of the metallic component 110 in the middle of the drawing are radially enclosed by the insulating material 108.
  • the following functions can be performed: a mechanical coupling supplementing the crimp connection or the crimped connection between the metallic component 110 and the conductor 100d, electrical insulation in said axial region, protection against oxidation and penetration of Moisture in particular at the connection region VB between the conductor 100 and the metallic component 110, and an additional mechanical and / or electrical protection for better handling of the electrical conductor 100th
  • the filling material FM is arranged in the drawing up to a longitudinal coordinate x17 between at least a part of the individual wires 102.
  • the filler material FM clearly penetrates further to the right between the individual wires 102 in the drawing than the insulating material 108 surrounding the conductor 100d or the jacket 104 on the outside.
  • the filling material FM and the insulating material 108 are both preferably designed as elastic material. According to the embodiment of the electrical conductor 100d shown in FIG. 5, this also advantageously results in an additional anti-buckling protection for the electrical conductor 100, in particular at the end section 112.
  • the insulating material 108 simultaneously forms the filling material FM for the predeterminable longitudinal region L1.
  • the insulating material 108 is formed integrally with the filler FM.
  • a possible movement of the electrical conductor 100d in a right-hand area in FIG. 5 can be intercepted in cascade, so to speak. That is, a rigidity of the electrical conductor 100 between the longitudinal coordinates x14 and x16 is greater than a rigidity between the longitudinal coordinates x16 and x17, and this in turn is greater than a rigidity of the electrical conductor 100 in the drawing to the right of the longitudinal coordinate x17 , As a result, it is advantageously possible to prevent a possible breakage of individual wires 102 during a possible movement of the conductor 100d.
  • the electrical conductor 100d according to the invention is therefore also less susceptible to possible vibrations or load changes on the conductor 100d.
  • FIG. 6a shows a radial sectional view corresponding to FIG. 5 at a longitudinal coordinate x11.
  • FIG. 6b shows a radial sectional view of the arrangement of FIG. 5 at a longitudinal coordinate x12 in a region of the connection region VB.
  • FIG. 6c shows a radial sectional view of the arrangement of FIG. 5 at a longitudinal coordinate x15.
  • Figure 6c thus additionally shows the insulating material 108, with which the conductor 100d is encapsulated.
  • At least a part of the metallic component 110 (FIG. 5) and / or at least part of the plurality of individual wires 102 has a contact layer, wherein the contact layer has in particular a nickel-phosphorus alloy, in particular one Nickel-phosphorus alloy is formed.
  • FIG. 7 shows a flowchart for a method for producing an electrical conductor 100, 100 a, 100 b, 100 c, 100 d having a plurality of individual wires 102, for example according to the conductor arrangement 200 of FIG. 5.
  • a part of the jacket 104 becomes at an end portion of the conductor 100 (see the longitudinal coordinates x12 to x13 of Fig. 5).
  • the end section 112 of the metallic component 110 is mechanically connected to an end section of the jacket 104 by means of crimping or crimping.
  • ends 106a of the individual wires 102 are adhesively bonded to the metallic component 110 at the connection region VB, for example by means of ultrasonic welding.
  • step 306 the thus preassembled conductor arrangement 200 in a tool, which preferably encloses an axial region of the metallic component 110 and an axial region of the conductor 100, is encapsulated with the insulating material 108, so that the components with the reference symbols 102, 104, 110, 112 and VB are at least partially enclosed by it, compare FIG. 5.
  • the insulating material 108 is introduced into the tool in a liquid state and at high pressure, so that the insulating material 108 advantageously also in an axial region between the longitudinal coordinates x13 and x17 (see Figure 5) between at least a portion of the plurality of individual wires 102nd arranges and thus at the same time forms the filler FM.
  • this spraying operation occurs e.g. in the axial direction.
  • the injection process can take place axially and / or radially. In this way, the filler material FM and the insulating material 108 are made in one piece and chemically the same. The resulting particularly homogeneous arrangement can provide additional advantages in terms of corrosion resistance and / or fatigue strength.
  • the filler material FM or the insulating material 108 is injected cold between or radially outside around the individual wires 102 and can then be chemically cured. This is particularly easily possible if the filling material FM or the insulating material 108 consists of a two-component material, for example from the 2k LSR described above.
  • the insulating material 108 or the filling material FM is heated in method step 306 in order to obtain the viscosity required for the injection process and / or to initiate a crosslinking reaction.
  • a time is waited until the insulating material 108 or the filling material FM has hardened sufficiently, and then the conductor arrangement 200 is removed from the mold.
  • step 306 first, the filler FM is placed between at least a portion of the plurality of individual wires 102, and thereafter the insulating material 108 is applied to the conductor assembly 200, see FIG. 5.
  • the filling material FM is arranged between at least part of the plurality of individual wires 102 after method step 300 ("stripping") and before method step 302 ("crimping").

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Leiter (100) mit einer Mehrzahl von Einzeldrähten (102). Erfindungsgemäß ist über einen vorgebbaren Längenbereich (L1) entlang einer Längskoordinate (x) des Leiters (100) ein Füllmaterial (FM) zwischen wenigstens einem Teil der Mehrzahl von Einzeldrähten (102) angeordnet.

Description

Elektrischer Leiter mit einer Mehrzahl von Einzeldrähten und Herstellungsverfahren hierfür
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Leiter mit einer Mehrzahl von Einzeldrähten, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen elektrischen Leiters.
Aus Gründen der Kostenreduzierung und Gewichtseinsparung werden - insbesondere im Fahrzeugbau - vermehrt aus Aluminium bestehende Kabel eingesetzt. Üblicherweise sind die Kabelenden mit aus Kupfer oder anderen Metallen bestehenden Kabelschuhen, Steckkontakten oder dergleichen garniert, die eine Kontaktierung und Befestigung der Kabel ermöglichen. Beispielsweise im Kraftfahrzeug sind derartige Kabel extremen Belastungen ausgesetzt, wie insbesondere Temperaturwechseln, Schwingungsbeanspruchungen und Feuchtigkeitseinflüssen.
Wird der Zutritt von Feuchtigkeit zu der üblicherweise durch Schweißen hergestellten Verbindung zwischen den genannten Bauteilen zugelassen, dann ist eine rasche Korrosion des Aluminiums zu befürchten, die die Festigkeit des Kabels und damit die Betriebssicherheit des gesamten Bordnetzes nachteilig beeinflusst. Häufig werden daher solche Verbindungen mittels elastischer Tüllen oder Umspritzungen gegen Beschädigung und Korrosion geschützt.
Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird durch einen elektrischen Leiter nach Anspruch 1, sowie durch ein Verfahren nach dem nebengeordneten Anspruch gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Für die Erfindung wichtige Merkmale finden sich ferner in der nachfolgenden Beschreibung und in den Zeichnungen, wobei die Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf nochmals explizit hingewiesen wird.
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Leiter mit einer Mehrzahl von Einzeldrähten. Erfindungsgemäß ist über einen vorgebbaren Längenbereich entlang einer Längskoordinate des Leiters ein Füllmaterial zwischen wenigstens einem Teil der Mehrzahl von Einzeldrähten angeordnet. Die Einzeldrähte sind beispielsweise aus Aluminium oder Kupfer hergestellt. Bei einer Ausführungsform können manche oder alle Einzeldrähte für sich jeweils elektrisch isoliert sein, wohingegen bei weiteren Ausführungsformen manche oder alle Einzeldrähte auch jeweils unisoliert sein können. Bei noch weiteren Ausführungsformen können auch mehrere Einzeldrähte jeweils gruppenweise miteinander isoliert sein. Kombinationen aus den vorstehend genannten Varianten sind ebenfalls denkbar. Als "Isolierung" im Sinne der vorstehenden Varianten sind sowohl zusätzlich aufgebrachte Ummantelungen aus Isolierstoff zu verstehen als auch implizite Isolierungen, wie sie sich z.B. bei Einzeldrähten aus Aluminium-Werkstoffen aufgrund der Ausbildung einer Oberflächenschicht aus Aluminiumoxid auf den Einzeldrähten ergeben.
Vorzugsweise ist das Füllmaterial ein im Wesentlichen homogener Stoff, beispielsweise ein elastischer Kunststoff, insbesondere ein selbsthaftendes Flüssigsilikon, 2K-LSR (Zweikomponenten-LSR, engl. "liquid silicone rubber"), ein Silikonkautschuk bzw. ein Silikonelastomer bzw. generell aus der Gruppe der Polysiloxane bzw. Polyorganosiloxane oder dergleichen. Dadurch können mechanische Eigenschaften in einem erfindungsgemäß ausgebildeten Abschnitt des Leiters verbessert werden. Dadurch kann insbesondere eine Beanspruchung, speziell Biegebeanspruchung, radial äußerer Einzeldrähte des Leiters vermindert werden. Allgemein kann durch die Erfindung eine Steifigkeit des Leiters in dem besagten Längenbereich erhöht und präzise eingestellt werden (durch die Materialwahl für das Füllmaterial und/oder den Ort der Einbringung zwischen die Einzeldrähte und/oder die Ausdehnung bzw. Länge des Längenbereichs), wobei der Leiter vorteilhaft insgesamt elastisch bleibt. Das Füllmaterial kann vorzugsweise an solchen axialen Abschnitten des Leiters angeordnet sein, an denen der elektrische Leiter in einer besonderen Weise mechanisch beansprucht wird. Insbesondere kann an einem Endabschnitt und/oder an einem Befestigungsabschnitt des Leiters, an welchem dieser beispielsweise an ein Kontaktelement angeschlossen und/oder mechanisch daran fixiert ist, der Leiter erfindungsgemäß versteift bzw. mit dem Füllmaterial beaufschlagt werden. Ebenso kann alternativ oder ergänzend an einem axial mittleren Abschnitt, an welchem der Leiter (zusätzlich) mechanisch fixiert und/oder elektrisch kontaktiert wird, die Steifigkeit des Leiters erhöht werden. Besonders vorteilhaft ermöglicht die erfindungsgemäße Vorsehung des Füllmaterials zwischen wenigstens einem Teil der Einzeldrähte einen wirksamen Schutz einzelner Einzeldrähte vor den vorstehend genannten Beanspruchungen bzw. dessen mechanische Stabilisierung.
Die Erfindung weist außerdem den Vorteil auf, dass der erfindungsgemäß ausgebildete Leiter vergleichsweise wenig durch Vibrationsbelastungen, beispielsweise bei Beschleunigungen von etwa 190 m/s (Meter pro Sekunde) und beispielsweise bei Frequenzen von etwa 20 Hz bis 2000 Hz (Hertz), und beispielsweise in einem Temperaturbereich von etwa -40°C bis +160°C (Grad Celsius), beansprucht wird. Dadurch kann eine Bruchgefahr des Leiters bzw. der Einzeldrähte vermindert werden. Derartige Belastungen können sich insbesondere bei einem Ultraschallschweißen des erfindungsgemäßen Leiters an einen Kontaktpartner, beispielsweise einen Kabelschuh, einen Steckkontakt oder dergleichen ergeben.
In einer Ausgestaltung der Erfindung beträgt der Längenbereich etwa 5 Millimeter bis etwa 50 Zentimeter, vorzugsweise etwa 10 Millimeter bis etwa 10 Zentimeter, weiter vorzugsweise etwa 10 Millimeter bis etwa 4 Zentimeter. Dadurch werden besonders geeignete Längenbereiche für den elektrischen Leiter bzw. seine Beaufschlagung mit dem Füllmaterial angegeben. Insbesondere kann damit in besonderer Weise eine Dämpfung gegen mögliche Schwingungen an dem verbauten Leiter ermöglicht werden, wodurch die Gefahr des Bruchs einzelner Einzeldrähte vermindert oder vermieden wird.
Ausführungsformen der Erfindung können besonders einfach und vorteilhaft angewendet werden, wenn die Einzeldrähte radial außenseitig von einem Mantel umgeben sind. Insbesondere ist es durch den Mantel auf einfache Weise möglich, das Füllmaterial zwischen wenigstens einem Teil der Mehrzahl von Einzeldrähten anzuordnen, insbesondere in axialer Richtung zwischen die Einzeldrähte einzuspritzen. Der die Einzeldrähte umgebende Mantel bildet ferner eine vorteilhafte radiale Begrenzung für das Füllmaterial.
In einer weiteren Ausgestaltung des Leiters ist, vorzugsweise entlang des gesamten Längenbereichs, ein Querschnittsflächenbereich innerhalb des Mantels und zwischen den Einzeldrähten zu mindestens etwa 20 Prozent, vorzugsweise zu mindestens etwa 60 Prozent, mit dem Füllmaterial (FM) gefüllt. Dadurch werden prozentuale Mindestfüllwerte angegeben, welche zur Erreichung der gewünschten mechanischen Eigenschaften des Leiters besonders geeignet sind. Die angegebenen Prozentwerte des Füllmaterials sind in gleicher Weise für Ausführungsformen des elektrischen Leiters mit oder ohne Mantel vorgesehen. Als Querschnittsflächenbereich wird einer Ausführungsform zufolge diejenige Querschnittsfläche verstanden, welche durch eine Außenkontur des Leiters bzw. einen freien Innenquerschnitt in einem Leiter mit Mantel definiert wird, abzüglich der Summe der Querschnittsflächen aller Einzeldrähte des Leiters. Mithin beschreibt ein Querschnittsflächenbereich von 100 % den gesamten freien Querschnitt des Leiters (innerhalb der Außenkontur bzw. der Innenoberfläche des Mantels), der nicht von Einzeldrähten bzw. deren Isolierung belegt ist.
In einer weiteren Ausgestaltung des Leiters ist der Längenbereich im Bereich eines axialen Endabschnitts des Leiters angeordnet, wobei der Längenbereich vorzugsweise etwa 5 Millimeter oder weiter entfernt von einem Ende des Leiters beabstandet ist, insbesondere etwa zwei Zentimeter oder weiter. Durch diese Beabstandung wird vorteilhaft ermöglicht, dass ein Ende des Leiters beziehungsweise ein Ende der Mehrzahl von Einzeldrähten mit wenigstens einem Kontaktpartner, welcher beispielsweise ein Kabelschuh oder ein Steckkontakt ist, verbunden werden kann. Somit kann die Verbindung vorteilhaft ohne eine gegebenenfalls störende Beeinflussung durch das Füllmaterial erfolgen.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass sich das Füllmaterial ausgehend von einem (axialen) Beginn (bzw. einem Ende) des Mantels über mindestens etwa 5 Millimeter entlang der Längskoordinate innerhalb des Mantels, und insbesondere zwischen den Einzeldrähten, erstreckt, vorzugsweise über mindestens etwa 2 Zentimeter. Ergänzend kann vorgesehen sein, dass sich das Füllmaterial ausgehend von dem Beginn (bzw. dem Ende) des Mantels in beide axiale Richtungen erstreckt. Dadurch kann auf besonders geeignete Weise ein axialer Steifigkeitssprung am Beginn (bzw. am Ende) des Mantels vermieden und eine Schwingungsdämpfung beziehungsweise ein Knickschutz des Leiters besonders wirkungsvoll ermöglicht werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist wenigstens ein Teil der Mehrzahl von Einzeldrähten in einem Verbindungsbereich, insbesondere stoffschlüssig, mit einem metallischen Bauteil verbunden, wobei die Verbindung vorzugsweise in einem axialen Endabschnitt des Leiters liegt. Alternativ oder ergänzend kann eine Verbindung bei weiteren Ausführungsformen auch an einer oder mehreren anderen axialen Positionen des Leiters angeordnet sein. Dadurch kann der erfindungsgemäße Leiter beziehungsweise die Mehrzahl von Einzeldrähten vorteilhaft mit dem metallischen Bauteil verbunden werden. Das metallische Bauteil ist beispielsweise ein weiterer Leiter, ein Kabelschuh, ein Steckkontakt, ein Flachkontakt oder dergleichen.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass wenigstens ein Teil der Mehrzahl von Einzeldrähten und/oder wenigstens ein Teil eines Mantels des Leiters und/oder wenigstens ein Teil des metallischen Bauteils in dem Verbindungsbereich mit einem Isolierstoff umgeben, insbesondere umspritzt, ist. Dadurch kann die Verbindung der Mehrzahl der Einzeldrähte mit dem metallischen Bauteil in einer besonders geeigneten Weise mechanisch und elektrisch geschützt werden. Beispielsweise kann einer Korrosion oder Versprödung des Leiters bzw. der Einzeldrähte vorgebeugt werden. Vorzugsweise ist der Isolierstoff elastisch.
Eine Anordnung des Leiters kann verbessert werden, wenn der Isolierstoff gleichzeitig das Füllmaterial für den vorgebbaren Längenbereich bildet und/oder einstückig mit dem Füllmaterial ausgebildet ist. Durch die sich dadurch ergebende Homogenität des Isolierstoffs mit dem Füllmaterial kann die aus dem Leiter und dem metallischen Bauteil gebildete Anordnung besonders gut gegen mögliche Schwingungen gedämpft werden, wodurch die Dauerfestigkeit der Anordnung des Leiters erhöht werden kann.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist wenigstens ein Teil des metallischen Bauteils und/oder wenigstens ein Teil der Mehrzahl von Einzeldrähten eine Kontaktschicht auf, wobei die Kontaktschicht insbesondere eine Nickel-Phosphor-Legierung aufweist, insbesondere aus einer Nickel-Phosphor-Legierung gebildet ist. Untersuchungen der Anmelderin zufolge ergibt sich abhängig von einem Phosphorgehalt der Kontaktschicht eine optimale Eignung zur Herstellung von stoffschlüssigen Verbindungen, insbesondere Schweißverbindungen, mit anderen metallischen Bauteilen. Vorzugsweise beträgt der Phosphorgehalt der aus der Nickel-Phosphor-Legierung bestehenden Kontaktschicht zwischen etwa 8 Massenprozent und etwa 14,5 Massenprozent, insbesondere zwischen etwa 9 Massenprozent und etwa 13 Massenprozent. Darüber hinaus weist die erfindungsgemäße Kontaktschicht ein verhältnismäßig geringes galvanisches Potenzial auf, wodurch Korrosionseffekte bei metallischen Bauteilen enthaltenden Verbindungen reduziert werden. Ferner ermöglicht die erfindungsgemäße Kontaktschicht die Herstellung einer dauerfesten, feuchtigkeitsdichten Verbindung zwischen dem die Kontaktschicht aufweisenden metallischen Bauteil und dem ggf. auf das metallische Bauteil aufzubringenden Isolierstoff bzw. Füllmaterial und/oder einer sonstigen Isolation.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Leiters mit einer Mehrzahl von Einzeldrähten, wobei die Mehrzahl von Einzeldrähten bereitgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass über einen vorgebbaren Längenbereich entlang einer Längskoordinate des Leiters ein Füllmaterial zwischen wenigstens einem Teil der Mehrzahl von Einzeldrähten angeordnet wird. Beispielsweise kann das Füllmaterial im flüssigen Zustand mit einem vergleichsweise hohen Druck zwischen die Mehrzahl der Einzeldrähte gepresst werden. Eine Aushärtung des Füllmaterials kann anschließend mittels Abkühlung beziehungsweise mittels chemischer Veränderung erfolgen (z.B. durch Vernetzen unter Wärme- bzw. Hitzeeinwirkung), wobei das derart ausgehärtete Füllmaterial weiterhin elastisch bleibt.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens ist mindestens ein die Einzeldrähte radial außenseitig umgebender Mantel vorgesehen, wobei das Füllmaterial ausgehend von einem (axialen) Beginn des Mantels über mindestens etwa 5 Millimeter entlang der Längskoordinate innerhalb des Mantels, und insbesondere zwischen den Einzeldrähten, angeordnet wird, vorzugsweise über mindestens etwa 2 Zentimeter. Der Mantel verbessert nicht nur die mechanischen Eigenschaften der Einzeldrähte insgesamt, sondern vereinfacht es auch, das Füllmaterial zwischen die Einzeldrähte des Leiters einzubringen, insbesondere einzuspritzen.
In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird wenigstens ein Teil der Mehrzahl von Einzeldrähten in einem Verbindungsbereich, insbesondere stoffschlüssig, mit einem metallischen Bauteil verbunden, wobei die Verbindung vorzugsweise in einem axialen Endabschnitt des Leiters liegt, und wobei wenigstens ein Teil der Mehrzahl von Einzeldrähten und/oder wenigstens ein Teil eines Mantels des Leiters und/oder wenigstens ein Teil des metallischen Bauteils in dem Verbindungsbereich mit einem Isolierstoff umgeben, insbesondere umspritzt, wird. Mit diesem Verfahrensschritt wird es besonders vorteilhaft ermöglicht, den aus den Einzeldrähten bestehenden Leiter mit einem metallischen Bauteil elektrisch leitend zu verbinden. Anschließend werden die derart hergestellte Verbindung sowie die axial benachbarten Abschnitte des metallischen Bauteils und/oder des Leiters mit dem Isolierstoff umspritzt. Dies erfolgt vorzugsweise derart, dass die Verbindung radial umlaufend mechanisch, elektrisch sowie gegen ein Eindringen von Feuchtigkeit geschützt wird.
Weiterhin kann das erfindungsgemäße Verfahren vorsehen, dass der Isolierstoff gleichzeitig das Füllmaterial für den vorgebbaren Längenbereich bildet, und/oder dass das Füllmaterial und der Isolierstoff in demselben Verfahrensschritt vorgesehen werden. Dieser Verfahrensschritt erfolgt einer Ausführungsform zufolge vorzugsweise unter Verwendung eines das metallische Bauteil einerseits und den Leiter andererseits zumindest teilweise umschließenden Werkzeugs. Dadurch kann der Isolierstoff nicht nur den Verbindungsbereich vollständig umschließen, sondern es kann der Isolierstoff unter Druck zugleich zwischen die Einzeldrähte des Leiters gespritzt werden, wodurch sich also die Funktion des Füllmaterials ergibt. Dadurch wird das Verfahren nicht nur vorteilhaft vereinfacht, sondern es kann der Isolierstoff stetig in den Bereich des Füllmaterials übergehen, so dass die mechanischen Eigenschaften des derart hergestellten Leiters beziehungsweise der Anordnung verbessert werden.
Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Figur 1 eine Seitenansicht eines elektrischen Leiters mit einer Mehrzahl von Einzeldrähten gemäß einer ersten Ausführungsform;
Figur 2 eine Seitenansicht eines elektrischen Leiters mit einer Mehrzahl von Einzeldrähten gemäß einer zweiten Ausführungsform;
Figur 3a eine Seitenansicht eines elektrischen Leiters mit einer Mehrzahl von Einzeldrähten und einem Mantel gemäß einer dritten Ausführungsform;
Figur 3b eine Seitenansicht eines elektrischen Leiters mit einer Mehrzahl von Einzeldrähten und einem Mantel gemäß einer vierten Ausführungsform;
Figur 4 eine radiale Schnittansicht des elektrischen Leiters von Figur 3b;
Figur 5 einen teilweisen Längsschnitt durch eine Anordnung eines elektrischen Leiters mit einer Mehrzahl von Einzeldrähten, einem metallischen Bauteil, und einem Isolierstoff;
Figur 6a eine erste radiale Schnittansicht durch die Anordnung von Figur 5;
Figur 6b eine zweite radiale Schnittansicht durch die Anordnung von Figur 5;
Figur 6c eine dritte radiale Schnittansicht durch die Anordnung von Figur 5; und
Figur 7 ein Flussdiagramm für ein Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Leiters mit einer Mehrzahl von Einzeldrähten gemäß einer Ausführungsform.
Es werden für funktionsäquivalente Elemente und Größen in allen Figuren auch bei unterschiedlichen Ausführungsformen die gleichen Bezugszeichen verwendet.
Die Figur 1 zeigt schematisch eine Seitenansicht eines elektrischen Leiters 100 mit einer Mehrzahl von Einzeldrähten 102 gemäß einer Ausführungsform. Horizontal etwa in der Mitte von Figur 1 ist entlang einer Längskoordinate x des Leiters 100, welche sich in axialer Richtung des Leiters 100 erstreckt, ein vorgebbarer Längenbereich L1 dargestellt. Über den Längenbereich L1 ist ein Füllmaterial FM zwischen wenigstens einem Teil der Mehrzahl von Einzeldrähten 102 angeordnet. Beispielsweise beträgt der Längenbereich L1 etwa 5 Millimeter bis etwa 50 Zentimeter. In Abhängigkeit von einer jeweiligen Ausführungsform des elektrischen Leiters 100 kann der Längenbereich L1 jedoch auch etwa 10 Millimeter bis etwa 10 Zentimeter oder etwa 10 Millimeter bis etwa 4 Zentimeter betragen.
Die Mehrzahl von Einzeldrähten 102 kann beispielsweise den Einzeldrähten 102 in einer Litze entsprechen, wobei die Einzeldrähte 102 (insbesondere wenn diese aus einem Kupfermaterial hergestellt sind) an deren radialen Außenflächen elektrisch leitend sind und somit einander elektrisch kontaktieren können. Vorliegend sind die Einzeldrähte aus Aluminiummaterial hergestellt. Ebenso ist es erfindungsgemäß möglich, dass die Mehrzahl von Einzeldrähten 102 elektrisch gegeneinander isoliert ist, beispielsweise mittels einer Lackschicht oder mittels eines individuellen Mantels 104 aus Kunststoff. In diesem Falle haben die Einzeldrähte 102 die Funktion von Adern, wie sie beispielsweise in einem mehrpoligen Kabel verwendet werden.
Der Darstellung von Figur 1 entsprechend kann der vorgebbare Längenbereich L1 an einer beliebigen Stelle längs des elektrischen Leiters 100 angeordnet sein. Dies kann auch an mehreren Abschnitten entlang der Längskoordinate x zugleich sein. Dabei kann längs des elektrischen Leiters 100 an einzelnen oder mehreren Stellen das Füllmaterial FM zwischen wenigstens einem Teil der Mehrzahl von Einzeldrähten 102 angeordnet sein, wodurch der elektrische Leiter 100 zumindest abschnittsweise eine größere Steifigkeit aufweist. Insbesondere kann der elektrische Leiter 100 an solchen Bereichen, an denen das Füllmaterial FM zwischen den Einzeldrähten 102 angeordnet ist, in einem gewissen Maß gebogen oder geknickt werden, wobei wenig Gefahr besteht, dass einige oder mehrere der Einzeldrähte 102 brechen.
Die Figur 2 zeigt eine Anordnung eines elektrischen Leiters 100a gemäß einer weiteren Ausführungsform, ähnlich zu der Figur 1, wobei vorliegend der Längenbereich L1 im Bereich eines axialen Endabschnitts AE des Leiters 100a angeordnet ist. Dabei ist der Längenbereich L1 beispielsweise etwa 5 Millimeter oder weiter entfernt von einem Ende 106a des Leiters 100 beabstandet. Dies entspricht in der Figur 2 einer Differenz zwischen den Längskoordinaten x0 und x1. Es ist jedoch ohne Weiteres möglich, dass der Längenbereich L1 weiter von dem Ende 106a des Leiters 100 beabstandet ist, insbesondere etwa 2 Zentimeter oder weiter.
Vorliegend ist das Füllmaterial FM in einem Bereich des elektrischen Leiters 100 zwischen den Längskoordinaten x1 und x2 angeordnet. Ein in der Figur 2 rechter Bereich zwischen den Längskoordinaten x2 und x3 weist dagegen kein Füllmaterial FM auf. In einem äußersten rechten Bereich von Figur 2 deuten drei Punkte an, dass die Struktur des Leiters 100 in beliebiger Weise fortgesetzt werden kann. Beispielsweise können die Einzeldrähte 102 beliebig ohne Verwendung des Füllmaterials FM fortgesetzt werden, oder es kann ein axialer Bereich an den Einzeldrähten 102 entsprechend der Figur 1 vorgesehen sein, in welchem ein weiterer Längenbereich L1 (nicht dargestellt) ein Füllmaterial FM ähnlich zur Anordnung gemäß Figur 1 aufweist.
Das erfindungsgemäß verwendete Füllmaterial FM weist allgemein bevorzugt elastische Eigenschaften auf. Beispielsweise handelt es sich bei dem Füllmaterial FM um ein selbsthaftendes Flüssigsilikon, 2K-LSR (Zweikomponenten-LSR, engl. "liquid silicone rubber"). Weiterhin können auch sonstige Arten von Silikonkautschuken bzw. Silikonelastomeren oder sonstige elastische Kunststoffe für das Füllmaterial FM geeignet sein, generell Materialien aus der Gruppe der Polysiloxane bzw. Polyorganosiloxane oder dergleichen.
Figur 3a zeigt eine Längsansicht eines elektrischen Leiters 100b mit einer Mehrzahl von Einzeldrähten 102 gemäß einer weiteren Ausführungsform, welche radial außenseitig gemeinsam von einem Mantel 104 umgeben sind. Vergleichbar zu der Figur 2 ist in der Figur 3a entlang des Längenbereichs L1a in einem Abschnitt zwischen den Längskoordinaten x4 und x5 das Füllmaterial FM zwischen wenigstens einem Teil der Mehrzahl von Einzeldrähten 102 angeordnet. Dies ist in der Figur 3a durch eine gestrichelte Umrandung gekennzeichnet. Insbesondere charakterisiert die Längskoordinate x4 einen axialen Beginn bzw. ein axiales Ende des Mantels 104.
In einer Ausführungsform des elektrischen Leiters 100 erstreckt sich das Füllmaterial FM ausgehend von dem Beginn x4 des Mantels 104 über mindestens etwa 5 Millimeter, vorzugsweise über mindestens etwa 2 Zentimeter, entlang der Längskoordinate x innerhalb des Mantels 104, insbesondere zwischen den Einzeldrähten 102.
Die Figur 3b zeigt einen elektrischen Leiter 100c gemäß einer weiteren Ausführungsform. Im Unterschied zu der Ausführungsform nach Figur 3a ist in der Figur 3b der die Einzeldrähte 102 umgebende Mantel 104 weiter von dem Ende 106a beabstandet. Vorliegend ist das in der Figur 3b linksseitige Ende des Mantels 104 durch die Längskoordinate x7 gekennzeichnet. Vergleichbar zu der Figur 3a ist auch in der Figur 3b das Füllmaterial FM zwischen wenigstens einem Teil der Mehrzahl der Einzeldrähte 102 angeordnet, wobei vorliegend ein erster Teil des Füllmaterials FM zwischen den Längskoordinaten x6 und x7 außerhalb des Mantels 104 angeordnet ist. Ein zweiter Teil des Füllmaterials FM ist vergleichbar zu der Figur 3a radial innerhalb des Mantels 104 zwischen den Einzeldrähten 102 angeordnet bis hin zur Längskoordinate x8. Vorzugsweise bildet das Füllmaterial FM in Figur 3b – insbesondere ebenso wie bei den anderen Varianten – einen monolithischen Körper, der die Einzeldrähte 102 wirksam vor mechanischer Beanspruchung schützt bzw. diese reduziert.
Die Figur 4 zeigt einen radialen Querschnitt des in der Figur 3b gezeigten elektrischen Leiters 100 an einer Längskoordinate x71. Vorliegend weist der Mantel 104 einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt auf. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Beispielsweise sind auch elliptische oder näherungsweise eckige Querschnitte möglich.
Die Figur 4 zeigt radial außen den Mantel 104, radial innerhalb davon die Einzeldrähte 102 und das zwischen den Einzeldrähten 102 angeordnete Füllmaterial FM. Vorliegend ist ein Querschnittsflächenbereich innerhalb des Mantels 104 zwischen den Einzeldrähten 102 in etwa zu 100 Prozent mit dem Füllmaterial FM gefüllt. In einer nicht dargestellten Ausführungsform des Leiters 100 ist der besagte Querschnittsflächenbereich zu mindestens etwa 20 Prozent, oder sogar zu mindestens etwa 60 Prozent mit dem Füllmaterial FM gefüllt, wobei das Füllmaterial unterschiedlichen Ausführungsformen zufolge gleichmäßig (z.B. innerhalb vorgebbarer Sektorbereiche) oder ungleichmäßig über den Querschnittsflächenbereich verteilt sein kann.
Bei einer Ausführungsform erhöht sich ein Massenbelag (definiert als Masse je Längeneinheit entlang der Längskoordinate x) des Leiters 100 durch Vorsehung des Füllmaterials FM um wenigstens 2 Prozent, vorzugsweise um wenigstens 5 Prozent. Es sei darauf hingewiesen, dass die erfindungsgemäße Verwendung des Füllmaterials FM und des Isolierstoffs 108 auch bei solchen Ausführungsformen des Leiters 100 möglich ist, bei welchen der Leiter 100 keinen Mantel 104 umfasst.
Die Figur 5 zeigt einen teilweisen Längsschnitt durch eine Leiteranordnung 200, welche vorliegend den elektrischen Leiter 100d mit einer Mehrzahl von Einzeldrähten 102, ein metallisches Bauteil 110 und einen Isolierstoff 108 umfasst. In der Ausführungsform von Figur 5 ist das metallische Bauteil 110 an einem in der Zeichnung linken Endabschnitt als ein Kontaktelement ausgeführt, welches den elektrischen Leiter 100 mit einem (nicht dargestellten) elektrischen Anschluss oder Kontakt vorzugsweise lösbar verbinden kann. Beispielsweise ist ein in der Figur 5 linksseitiges Ende des metallischen Bauteils 110 als Stiftkontakt, als Flachkontakt, als Schraubkontakt, als elektrischer Kabelschuh oder dergleichen ausgeführt.
Ein in der Figur 5 rechter Endabschnitt 112 des metallischen Bauteils 110 - in der Zeichnung etwa in der Mitte – ist derart ausgeformt, dass er in einem Bereich des axialen Endabschnitts AE (siehe Figur 2) des elektrischen Leiters 100d den Mantel 104 und gegebenenfalls einen Teil der Einzeldrähte 102 mittels Kraftschluss und/oder Formschluss halten kann. Beispielsweise ist der besagte rechte Endabschnitt 112 des metallischen Bauteils 110 derart ausgeführt, das ein Quetschen, ein Klemmen oder ein Crimpen an den Leiter 100d erfolgen kann, wodurch der Leiter 100d beziehungsweise der Mantel 104 zumindest über einen radialen Winkelbereich umschlossen wird.
Die Einzeldrähte 102 sind vorliegend als Aluminiumdrähte ausgeführt, welche naturgemäß von einer isolierenden Aluminium-Oxidschicht umgeben sind. Dabei entspricht der elektrische Leiter 100d einem als Litze ausgeführten Einzelkabel. Zur Herstellung einer elektrischen Verbindung der Einzeldrähte 102 mit dem metallischen Bauteil 110 ist daher wenigstens ein Teil der Mehrzahl der Einzeldrähte 102, vorzugsweise alle Einzeldrähte 102, in einem Verbindungsbereich VB insbesondere stoffschlüssig mit dem metallischen Bauteil 110 verbunden, vergleiche die Längskoordinate x12.
Die besagte stoffschlüssige Verbindung der Einzeldrähte 102 mit dem metallischen Bauteil 110 erfolgt vorliegend mittels Reibschweißen, insbesondere Ultraschallschweißen. Es sind jedoch auch sonstige, dem Fachmann bekannte stoffschlüssige Verbindungen zwischen den Einzeldrähten 102 und dem metallischen Bauteil 110 möglich. Auch eine Quetschverbindung, eine Pressverbindung, eine Crimpverbindung, eine Klemmverbindung, oder eine Schraubverbindung sind zur Herstellung eines elektrischen Kontakts zwischen den Einzeldrähten 102 und dem metallischen Bauteil 110 möglich.
In einer weiteren Ausführungsform des elektrischen Leiters ähnlich zu der Figur 5 sind die Einzeldrähte 102 aus Kupfer hergestellt. In diesem Falle kann die Verbindung an dem Verbindungsbereich VB zwischen den Einzeldrähten 102 und dem metallischen Bauteil 110 beispielsweise auch mittels Weichlöten erfolgen.
Insbesondere zeigt die Figur 5, dass ein axialer Abschnitt der Mehrzahl von Einzeldrähten 102 und ein axialer Abschnitt des Mantels 104 des Leiters 100d und ein axialer Abschnitt des metallischen Bauteils 110, insbesondere in einer Umgebung des Verbindungsbereichs VB, mit einem Isolierstoff 108 umgeben, insbesondere umspritzt, sind. Man erkennt in der Figur 5, dass ein in der Zeichnung linker Endabschnitt des elektrischen Leiters 100d sowie ein in der Zeichnung mittlerer und rechter Abschnitt des metallischen Bauteils 110 von dem Isolierstoff 108 radial umschlossen sind.
Dadurch können unter anderem folgende Funktionen erfüllt werden: Eine die Quetschverbindung bzw. die Klemmverbindung bzw. die Crimpverbindung zwischen dem metallischen Bauteil 110 und dem Leiter 100d ergänzende mechanische Kopplung, eine elektrische Isolation in dem besagten axialen Bereich, ein Schutz gegen Oxidation und das Eindringen von Feuchtigkeit insbesondere an dem Verbindungsbereich VB zwischen dem Leiter 100 und dem metallischen Bauteil 110, sowie ein zusätzlicher mechanischer und/oder elektrischer Schutz zur besseren Handhabung des elektrischen Leiters 100.
Insbesondere ist zu erkennen, dass das Füllmaterial FM in der Zeichnung bis zu einer Längskoordinate x17 zwischen mindestens einem Teil der Einzeldrähte 102 angeordnet ist. Daraus ergibt sich, dass in der Ausführungsform des elektrischen Leiters 100d gemäß der Figur 5 das Füllmaterial FM deutlich weiter in der Zeichnung nach rechts zwischen den Einzeldrähten 102 dringt, als es der den Leiter 100d beziehungsweise den Mantel 104 außen umgebende Isolierstoff 108 tut. Beispielsweise beträgt eine axiale Eindringtiefe des Füllmaterials FM zwischen die Einzeldrähte 102 - in Figur 5 also zwischen den Längskoordinaten x13 bzw. x14 und x17 - 20 mm (Millimeter). Dadurch kann eine deutliche Dämpfungswirkung in Bezug auf eine eventuelle Schwingbeanspruchung des Leiters 100d ermöglicht werden, wobei abrupte Änderungen in der Steifigkeit und eine mögliche Bruchgefahr für die Einzeldrähte 102 längs des Leiters 100 vermieden werden. Dies ergibt sich insbesondere in einer axialen Umgebung des Endabschnitts 112 ("Isolationscrimp") des metallischen Bauteils 110.
Das Füllmaterial FM sowie der Isolierstoff 108 sind beide bevorzugt als elastisches Material ausgeführt. Gemäß der in der Figur 5 gezeigten Ausführungsform des elektrischen Leiters 100d ergibt sich dadurch vorteilhaft auch ein zusätzlicher Knickschutz für den elektrischen Leiter 100, insbesondere an dem Endabschnitt 112.
Vorzugsweise ist die Leiteranordnung 200 gemäß Figur 5 derart ausgeführt, dass der Isolierstoff 108 gleichzeitig das Füllmaterial FM für den vorgebbaren Längenbereich L1 bildet. In diesem Fall ist der Isolierstoff 108 einstückig mit dem Füllmaterial FM ausgebildet. Dadurch wird eine besonders große Homogenität der den Leiter 100 und das metallische Bauteil 110 bildenden Umhüllung ermöglicht, wodurch die mechanischen Eigenschaften zusätzlich verbessert werden können.
Wenn ein in der Zeichnung linker Bereich des metallischen Bauteils 110 mittels eines (nicht dargestellten) Kontaktpartners mechanisch fixiert ist, so kann eine mögliche Bewegung des elektrischen Leiters 100d in einem in der Figur 5 rechten Bereich sozusagen kaskadiert abgefangen werden. Das bedeutet, dass eine Steifigkeit des elektrischen Leiters 100 zwischen den Längskoordinaten x14 und x16 insgesamt größer ist als eine Steifigkeit zwischen den Längskoordinaten x16 und x17, und diese wiederum insgesamt größer ist als eine Steifigkeit des elektrischen Leiters 100 in der Zeichnung rechts von der Längskoordinate x17. Dadurch kann vorteilhaft einem möglichen Bruch von Einzeldrähten 102 bei einer möglichen Bewegung des Leiters 100d vorgebeugt werden. Der erfindungsgemäße elektrische Leiter 100d ist somit auch gegen mögliche Vibrationen beziehungsweise Lastwechsel an dem Leiter 100d wenig empfindlich.
Die Figur 6a zeigt eine radiale Schnittansicht entsprechend der Figur 5 an einer Längskoordinate x11.
Die Figur 6b zeigt eine radiale Schnittansicht der Anordnung von Figur 5 an einer Längskoordinate x12 in einem Bereich des Verbindungsbereiches VB.
Die Figur 6c zeigt eine radiale Schnittansicht der Anordnung von Figur 5 an einer Längskoordinate x15. Ergänzend zu der Ansicht von Figur 4 zeigt die Figur 6c also zusätzlich den Isolierstoff 108, mit welchem der Leiter 100d umspritzt ist.
In einer weiteren Ausführungsform des elektrischen Leiters 100d weist wenigstens ein Teil des metallischen Bauteils 110 (Figur 5) und/oder wenigstens ein Teil der Mehrzahl von Einzeldrähten 102 eine Kontaktschicht auf, wobei die Kontaktschicht insbesondere eine Nickel-Phosphor-Legierung aufweist, insbesondere aus einer Nickel-Phosphor-Legierung gebildet ist. Dadurch kann die Herstellung und/oder die Qualität der stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem Leiter 100 und dem metallischen Bauteil 110 zusätzlich vereinfacht bzw. verbessert werden.
Die Figur 7 zeigt ein Flussdiagramm für ein Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Leiters 100, 100a, 100b, 100c, 100d mit einer Mehrzahl von Einzeldrähten 102, beispielsweise gemäß der Leiteranordnung 200 von Figur 5. In einem ersten Verfahrensschritt 300 wird ein Teil des Mantels 104 an einem Endabschnitt des Leiters 100 (siehe die Längskoordinaten x12 bis x13 von Figur 5) entfernt.
In einem weiteren Verfahrensschritt 302 wird der Endabschnitt 112 des metallischen Bauteils 110 mit einem Endabschnitt des Mantels 104 mittels Quetschen oder Crimpen mechanisch verbunden.
In einem weiteren Verfahrensschritt 304 werden Enden 106a der Einzeldrähte 102 an dem Verbindungsbereich VB mit dem metallischen Bauteil 110 stoffschlüssig verbunden, beispielsweise mittels Ultraschallschweißen.
In einem weiteren Verfahrensschritt 306 wird die derart vormontierte Leiteranordnung 200 in einem Werkzeug, welches vorzugsweise einen axialen Bereich des metallischen Bauteils 110 und einen axialen Bereich des Leiters 100 umschließt, mit dem Isolierstoff 108 umspritzt, so dass die Komponenten mit den Bezugszeichen 102, 104, 110, 112 und VB zumindest teilweise davon umschlossen werden, vergleiche die Figur 5.
Dabei wird der Isolierstoff 108 in einem flüssigen Zustand und mit hohem Druck in das Werkzeug eingebracht, so dass sich der Isolierstoff 108 vorteilhaft auch in einem axialen Bereich zwischen den Längskoordinaten x13 und x17 (siehe Figur 5) zwischen wenigstens einem Teil der Mehrzahl von Einzeldrähten 102 anordnet und somit zugleich das Füllmaterial FM bildet. Bei Ausführungsformen von Leitern 100, welche einen Mantel 104 umfassen, erfolgt dieser Spritzvorgang z.B. in axialer Richtung. Bei Ausführungsformen von Leitern 100, welchen den Mantel 104 nicht umfassen, kann der Spritzvorgang axial und/oder radial erfolgen. Auf diese Weise sind das Füllmaterial FM und der Isolierstoff 108 einstückig ausgeführt und chemisch gleich. Die dadurch bedingte besonders homogene Anordnung kann zusätzliche Vorteile in Bezug auf die Korrosionsbeständigkeit und/oder die Dauerfestigkeit ergeben.
Beispielsweise wird das Füllmaterial FM bzw. der Isolierstoff 108 kalt zwischen bzw. radial außen um die Einzeldrähte 102 gespritzt und kann danach chemisch aushärten. Dies ist besonders einfach möglich, wenn das Füllmaterial FM bzw. der Isolierstoff 108 aus einem Zweikomponentenwerkstoff besteht, beispielsweise aus dem oben beschriebenen 2k-LSR.
In einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens wird im Verfahrensschritt 306 der Isolierstoff 108 bzw. das Füllmaterial FM erhitzt, um die für den Spritzvorgang erforderliche Viskosität zu erhalten und/oder eine Vernetzungsreaktion einzuleiten.
In einem folgenden, optionalen, Verfahrensschritt 308 wird eine Zeitlang abgewartet, bis der Isolierstoff 108 beziehungsweise das Füllmaterial FM genügend ausgehärtet bzw. fest ist, und danach wird die Leiteranordnung 200 aus dem Werkzeug entformt.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform des Verfahrens wird in dem Verfahrensschritt 306 zuerst das Füllmaterial FM zwischen wenigstens einem Teil der Mehrzahl von Einzeldrähten 102 angeordnet und danach wird der Isolierstoff 108 auf die Leiteranordnung 200 aufgebracht, vergleiche die Figur 5. In einer weiteren alternativen Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Anordnen des Füllmaterials FM zwischen wenigstens einem Teil der Mehrzahl von Einzeldrähten 102 nach dem Verfahrensschritt 300 ("Abisolieren") und vor dem Verfahrensschritt 302 ("Crimpen").

Claims (14)

  1. Elektrischer Leiter (100; 100a; 100b; 100c; 100d) mit einer Mehrzahl von Einzeldrähten (102), dadurch gekennzeichnet, dass über einen vorgebbaren Längenbereich (L1) entlang einer Längskoordinate (x) des Leiters (100) ein Füllmaterial (FM) zwischen wenigstens einem Teil der Mehrzahl von Einzeldrähten (102) angeordnet ist.
  2. Leiter (100) nach Anspruch 1, wobei der Längenbereich (L1) etwa 5 Millimeter bis etwa 50 Zentimeter beträgt, vorzugsweise etwa 10 Millimeter bis etwa 10 Zentimeter, weiter vorzugsweise etwa 10 Millimeter bis etwa 4 Zentimeter.
  3. Leiter (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei mindestens ein die Einzeldrähte (102) radial außenseitig umgebender Mantel (104) vorgesehen ist.
  4. Leiter (100) nach Anspruch 3, wobei, vorzugsweise entlang des gesamten Längenbereichs (L1), ein Querschnittsflächenbereich innerhalb des Mantels (104) und zwischen den Einzeldrähten (102) zu mindestens etwa 20 Prozent, vorzugsweise zu mindestens etwa 60 Prozent, mit dem Füllmaterial (FM) gefüllt ist.
  5. Leiter (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Längenbereich (L1) im Bereich eines axialen Endabschnitts (AE) des Leiters (100) angeordnet ist, wobei der Längenbereich (L1) vorzugsweise etwa 5 Millimeter oder weiter entfernt von einem Ende (106a) des Leiters (100) beabstandet ist, insbesondere etwa zwei Zentimeter oder weiter.
  6. Leiter (100) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei sich das Füllmaterial (FM) ausgehend von einem Beginn (x4) des Mantels (104) über mindestens etwa 5 Millimeter entlang der Längskoordinate (x) innerhalb des Mantels (104), und insbesondere zwischen den Einzeldrähten (102), erstreckt, vorzugsweise über mindestens etwa 2 Zentimeter.
  7. Leiter (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei wenigstens ein Teil der Mehrzahl von Einzeldrähten (102) in einem Verbindungsbereich (VB), insbesondere stoffschlüssig, mit einem metallischen Bauteil (110) verbunden ist, wobei die Verbindung vorzugsweise in einem axialen Endabschnitt (AE) des Leiters (100) liegt.
  8. Leiter (100) nach Anspruch 7, wobei wenigstens ein Teil der Mehrzahl von Einzeldrähten (102) und/oder wenigstens ein Teil eines Mantels (104) des Leiters (100) und/oder wenigstens ein Teil des metallischen Bauteils (110) in dem Verbindungsbereich (VB) mit einem Isolierstoff (108) umspritzt ist.
  9. Leiter (100) nach Anspruch 8, wobei der Isolierstoff (108) gleichzeitig das Füllmaterial (FM) für den vorgebbaren Längenbereich (L1) bildet und/oder einstückig mit dem Füllmaterial (FM) ausgebildet ist.
  10. Leiter (100) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei wenigstens ein Teil des metallischen Bauteils (110) und/oder wenigstens ein Teil der Mehrzahl von Einzeldrähten (102) eine Kontaktschicht aufweist, wobei die Kontaktschicht insbesondere eine Nickel-Phosphor-Legierung aufweist, insbesondere aus einer Nickel-Phosphor-Legierung gebildet ist.
  11. Verfahren zur Herstellung eines Leiters (100) mit einer Mehrzahl von Einzeldrähten (102), wobei die Mehrzahl von Einzeldrähten (102) bereitgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass über einen vorgebbaren Längenbereich (L1) entlang einer Längskoordinate (x) des Leiters (100) ein Füllmaterial (FM) zwischen wenigstens einem Teil der Mehrzahl von Einzeldrähten (102) angeordnet wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei mindestens ein die Einzeldrähte (102) radial außenseitig umgebender Mantel (104) vorgesehen ist, und wobei das Füllmaterial (FM) ausgehend von einem Beginn (x4) des Mantels (104) über mindestens etwa 5 Millimeter entlang der Längskoordinate (x) innerhalb des Mantels (104), und insbesondere zwischen den Einzeldrähten (102), angeordnet wird, vorzugsweise über mindestens etwa 2 Zentimeter.
  13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei wenigstens ein Teil der Mehrzahl von Einzeldrähten (102) in einem Verbindungsbereich (VB), insbesondere stoffschlüssig, mit einem metallischen Bauteil (110) verbunden wird, wobei die Verbindung vorzugsweise in einem axialen Endabschnitt (AE) des Leiters (100) liegt, wobei wenigstens ein Teil der Mehrzahl von Einzeldrähten (102) und/oder wenigstens ein Teil eines Mantels (104) des Leiters (100) und/oder wenigstens ein Teil des metallischen Bauteils (110) in dem Verbindungsbereich (VB) mit einem Isolierstoff (108) umgeben, insbesondere umspritzt, wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Isolierstoff (108) gleichzeitig das Füllmaterial (FM) für den vorgebbaren Längenbereich (L1) bildet, und wobei das Füllmaterial (FM) und der Isolierstoff (108) in demselben Verfahrensschritt (306) vorgesehen werden.
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