WO2016012138A1 - Elektrische verbindungsanordnung - Google Patents

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WO2016012138A1
WO2016012138A1 PCT/EP2015/062122 EP2015062122W WO2016012138A1 WO 2016012138 A1 WO2016012138 A1 WO 2016012138A1 EP 2015062122 W EP2015062122 W EP 2015062122W WO 2016012138 A1 WO2016012138 A1 WO 2016012138A1
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WO
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contacting element
individual wires
wall
individual
electrical connection
Prior art date
Application number
PCT/EP2015/062122
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Eike-Christian Kersten
Andreas Topf
Armin Elser
Jeihad Zeadan
Tobias HEIN
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO2016012138A1 publication Critical patent/WO2016012138A1/de

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    • 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
    • H01R4/10—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation effected solely by twisting, wrapping, bending, crimping, or other permanent deformation
    • H01R4/18—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation effected solely by twisting, wrapping, bending, crimping, or other permanent deformation by crimping
    • H01R4/187—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation effected solely by twisting, wrapping, bending, crimping, or other permanent deformation by crimping combined with soldering or welding
    • 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
    • H01R43/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining, or repairing of line connectors or current collectors or for joining electric conductors for soldered or welded connections
    • H01R43/0228—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining, or repairing of line connectors or current collectors or for joining electric conductors for soldered or welded connections without preliminary removing of insulation before soldering or welding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R11/00—Individual connecting elements providing two or more spaced connecting locations for conductive members which are, or may be, thereby interconnected, e.g. end pieces for wires or cables supported by the wire or cable and having means for facilitating electrical connection to some other wire, terminal, or conductive member, blocks of binding posts
    • H01R11/11—End pieces or tapping pieces for wires, supported by the wire and for facilitating electrical connection to some other wire, terminal or conductive member
    • H01R11/12—End pieces terminating in an eye, hook, or fork

Definitions

  • the invention relates to an electrical connection arrangement with the features of the preamble of the independent device claim.
  • the invention further relates to a method for producing such an electrical connection arrangement.
  • Resistance hot pressing has been known for a long time. Such methods are also referred to as hot crimping. DE 572 079 describes such a method.
  • the invention is based on the recognition that a plurality of, for example, enamel-insulated individual wires in resistance hot pressing or hot crimping are usually arranged randomly and randomly in a contacting element, for example a tinned copper sleeve.
  • a contacting element for example a tinned copper sleeve.
  • the contacting element including the inner individual wires, is acted upon by a force and at the same time electrically energized.
  • an insulating layer possibly surrounding the individual wires is melted or decomposed or removed and those individual wires with direct contact to the contacting can by means of a diffusion process a material connection with a wall of the
  • Connection can be generated only by a positive connection, as can be determined in a simple manner by microsections of such electrical connection arrangements.
  • This form-fit can be influenced by various interference factors and have the consequence that the mechanical strength of an undesired increased scattering can be subject.
  • an electrical connection arrangement is proposed, which has an advantageously improved connection quality between
  • connection can advantageously have good mechanical and electrical properties over a long time, for example, and also under dynamic operating conditions, the vibration loads or
  • Vibration loads and thermal cycling e.g. in the range of - 40 ° C to + 150 ° C provide (dynamic stability).
  • the contacting element has at least one wall.
  • the contacting element and the individual wires are electrically and mechanically connected to one another by means of a pressure welding operation with the aid of electrical current, in particular by means of a resistance hot-pressing process.
  • a pressing direction of the pressure welding process extends transversely to the insertion direction.
  • the contacting element is designed such that each individual wire has at least one contact point with the at least one wall of the contacting element.
  • Connection arrangement has the advantage that is electrically and mechanically connected by the at least one contact point of each individual wire each individual wire directly to the at least one wall of the contacting. In this way, results in a much more homogeneous mechanical and electrical connection quality than in the currently known electrical connection arrangements, by means of a
  • each individual wire is connected to the at least one contact point by a material connection with the at least one wall of the contacting, is advantageously causes a particularly high mechanical stability of the electrical connection assembly is achieved.
  • this results in a particularly low dispersion in the mechanical strength, since the electrical
  • Connecting arrangement is no longer assembled in this way by a störssennan Hospitalen positive connection but by the cohesive connection between each individual of the individual wires and the at least one wall.
  • this can be advantageous causes a more uniform and higher current carrying capacity and it may result in more uniform and lower contact resistance between the individual wires and the contact element.
  • At least 5 individual wires are electrically and mechanically connected to the contacting element, very particularly preferably at least 30 individual wires. This is advantageous a particularly high current carrying capacity of the electrical
  • the individual wires may have a wire diameter which is in a range between 0.3 mm (mm) and 2.5 mm, preferably in a range between 0.5 mm and 1.0 mm. However, it is also possible to use single wires that have a diameter of up to 5mm.
  • the contacting element has at least two adjoining chambers delimited by the at least one wall. Each chamber has two facing wall surfaces. In this case, the individual wires are arranged between the mutually facing wall surfaces, wherein the wall surfaces extend substantially along planes perpendicular to the pressing direction.
  • each chamber has at least one web which connects the two mutually facing wall surfaces with each other, wherein the at least two adjoining chambers have a common wall separating the chambers.
  • the formation of at least two adjoining chambers advantageously causes the contacting element to have an overall larger wall surface, for example if the outer circumference remains the same. This makes it possible in a simple manner to allow at least one individual contact point with a wall of the contacting element for a larger number of individual wires and thus to improve the connection quality in the electrical connection arrangement.
  • the contacting element may be designed, for example, S-shaped or in the form of a paragraph character ( ⁇ -sign) wherein the contacting element in this case has three adjoining chambers or the contacting can quite generally in the manner of a Leporello-folding or in the Art an accordion folding be zigzag shaped and in this way several contiguous
  • each two chambers have a common wall.
  • Characterized in that the contacting element is designed such that in
  • the contacting element is designed such that, after the step of compressing into the second position, each individual wire has at least one contact point with the at least one wall of the contacting element.
  • the contacting element can be integrated into a circuit in order to be able to conduct the current necessary for heating the contacting element through the contacting element.
  • the following step in the method can be provided:
  • this method has the advantage that in an easy, safe and reliable manner an electric
  • connection arrangement in which the mechanical strength and the electrical connection quality are particularly high and in which the mechanical strength has a particularly low scattering. Because there are no individual wires that have no contact with the at least one wall of the contacting element.
  • each individual wire is connected to the at least one contact point by a material connection with the at least one wall of the contacting element. This results in a particularly stable
  • the contacting element is designed such that after the step of compressing into the first position, each individual wire has at least one contact point with the at least one wall of the contacting element. This has the advantageous effect that even before the heating of the arrangement, the individual wires are arranged in the contact element and in the subsequent
  • Heating process a particularly good heat transfer from the contact element is ensured on the individual wires.
  • insulated individual wires such as copper enamel wires
  • the insulation removed, for example, melted or burned or decomposed, and the connection of the individual wires made with the at least one wall of the contacting, for example a
  • Fig. 1 is a perspective view of a pressure weldable electrical
  • FIG. 2a shows a cross section through the electrical connection arrangement according to FIG. 1 before the application of the pressure welding process
  • FIG. 2b shows a cross section through the electrical connection arrangement according to FIG. 1 in the press-welded state
  • FIG. 3a shows a cross section through an inventive contacting element of an electrical connection arrangement before the pressure welding operation.
  • FIG. 3b shows a cross section through the contacting of Fig. 3a after the
  • Fig. 3c is a detail view of Fig. 3b;
  • FIG. 4a shows a plan view of the contacting element according to FIG. 4a in the unfolded state
  • FIG. Figs.4b and 4c are cross-sections through further embodiments of the contacting electrical connection assembly according to the invention
  • Figs. 5a to 5d a representation in cross section of various method steps for producing an electrical connection arrangement according to the invention.
  • FIG. 1 shows an electrical connection arrangement 100 according to the prior art, in which a plurality of individual wires 300 can be mechanically and electrically connected to a contact sleeve 600 or a contact shoe 600 by means of a pressure welding process.
  • the contact sleeve 600 has a press-on section 630 and a fastening section 640 with a fastening eye 650.
  • Contact sleeve 600 and the contact shoe 600 and the contact body 600 can For example, by a screw which is inserted through the attachment eye 650, are electrically and mechanically connected to another contact element.
  • the contact sleeve 600 is formed, for example, from a thin sheet metal, which is rolled up like a sleeve in the region of the compression portion 630, whereby one of a contact sleeve wall 610 or contact body wall 610 surrounded
  • Insertion opening 620 results.
  • Particularly suitable for the electrical contacting of coil arrangements is such an electrical connection arrangement 100, which is produced by a pressure welding process. Because in electrical coils often copper wires or
  • FIGS. 2 a and 2 b show a cross section through the pressing section 630 of the contact sleeve from FIG. 1 in the state before the pressure welding operation (FIG. 2 a) and in the state after the pressure welding operation (FIG. 2 b).
  • FIGS. 2 a and 2 b show a cross section through the pressing section 630 of the contact sleeve from FIG. 1 in the state before the pressure welding operation (FIG. 2 a) and in the state after the pressure welding operation (FIG. 2 b).
  • FIGS. 2 a and 2 b show a cross section through the pressing section 630 of the contact sleeve from FIG. 1 in the state before the pressure welding operation (FIG. 2 a) and in the state after the pressure welding operation (FIG. 2 b).
  • FIGS. 2 a and 2 b show a cross section through the pressing section 630 of the contact sleeve from FIG. 1 in the state before the pressure welding operation (FIG. 2 a) and
  • Connection arrangements 100 are located inside the contact sleeve. It can be seen that some individual wires 300a are arranged immediately adjacent to the contact sleeve wall 610, while other individual wires 300b are located more in the interior of the contact sleeve 600 and are surrounded exclusively by other individual wires 300a, 300b. In Fig. 2b, the electrical connection assembly 100 of Fig. 2a in
  • Single wires 300b are defined in the electrical connection assembly 100 by positive locking or frictional connection.
  • an electrical connection assembly 100 according to the invention is shown, which has a plurality of individual wires 300 and an electrically conductive
  • FIG. 3a shows the electrical connection assembly 100 in a condition prior to the pressure welding operation
  • FIGS. 3b and 3c show the electrical
  • Plug-in direction 280 extends in the illustrated figure 3a in the image plane.
  • the contacting element 102 is shown in a cross section, the
  • Cross-sectional plane is spanned by a pressing direction 282 and a lateral axis 284, wherein the pressing direction 282 and the lateral axis 284 each extend transversely to the insertion direction and are transverse to each other.
  • the term transverse may be understood to mean the term orthogonal.
  • the pressing direction 282 extends in Figs. 3a to 5 from top to bottom, the lateral axis 284 extends in the figures from left to right.
  • the contacting element 102 has in the illustrated embodiment, a wall 1 10.
  • the contacting element 102 and the individual wires 300 are connected by means of a
  • the contacting element 102 is configured such that each individual wire 300 has at least one contact point 340 (see FIG. 3c) with the at least one wall 110 of the contacting element 102.
  • a cohesive connection 342 can be formed between the respective individual wire 300 and the wall 110. This cohesive connection can be created by the formation of an intermetallic phase, by the formation of an alloy or by a diffusion process as a result of the pressing process and the supply of thermal energy.
  • a plurality of individual wires 300 for example, more than five, preferably more than 10, most preferably more than 30 individual wires 300, a
  • the width w can be, for example, between 5 mm and 15 mm, so that between 5 and 15 individual wires can lie side by side in one layer.
  • each chamber 120a, 120b mutually facing wall surfaces 1 12.
  • the individual wires 300 are arranged between the facing wall surfaces 1 12, wherein the wall surfaces 1 12 substantially along to the
  • Extending pressing direction perpendicular planes extend.
  • the extension of the wall surfaces 1 12 along the lateral axis 284 is shown.
  • each chamber 120a, 120b at least one web 1 14 which connects the two mutually facing wall surfaces 1 12 together.
  • the two adjoining chambers 120a, 120b have a common wall 16 separating the chambers 120a, 120b. This makes it possible to use a variety of
  • the wall 1 10 of the contacting 102 is folded in S-shape. It forms two superimposed chambers 120a, 120b, wherein the facing wall surfaces in Fig. 3a are horizontal and wherein a web 1 14 connects the lower wall surfaces 1 12 with the central wall surfaces 1 12 at the right side and another web 1 14 the middle Wall surface 1 12 with the upper wall surface 1 12 on the left side.
  • the wall 1 10 At the end of the upper wall surface 1 12, the wall 1 10 right again bent down to a partial web 1 15 so as to prevent the single wires 300 from coming out of the chamber 120a during the pressing process.
  • the two partial webs 1 15 are pressed during the pressing process on the common wall 1 16 or on the transition of the webs 1 14 to the common wall 1 16 (Figs 3b and 3c) and are there in mechanical and electrical contact.
  • the contacting element 102 can be designed as a stamped and bent part.
  • the contactor 102 may be partially formed of coated copper, which coating may include tin or a tin alloy.
  • Coating may also comprise nickel, or generally an electrically conductive material having a higher electrical resistance than copper.
  • the contacting element 102 can be made of a thin sheet metal for this purpose.
  • the contacting element 102 can also be formed in one piece or it can be formed from a plurality of individual pieces initially produced separately, wherein the individual pieces initially produced separately then assembled to Victorierelement 102 and, for example, non-detachably connected to each other, for example by a welding operation or a soldering process.
  • the wire diameter of the individual wires 300 may be in a range between 0.3 mm and 2.5 mm, preferably in a range between 0.5 mm and 1 mm.
  • Fig. 4a the contacting element 102 of Figs. 3a to 3c shown in the unfolded state. It can be seen how a three-dimensional shape with an S-shape in cross-section with two chambers 120a, 120b by simply bending along from in a simple manner from a flat pattern of the contacting 102 Bending lines 130 and in the direction of bending arrows 140 can be formed. From this pattern can be in Figs. 3a and 3b illustrated lower, middle and upper wall surfaces 1 12 and the webs 1 14 and the partial webs 1 15 form. In Figs. 4b and 4c, further embodiments of the contacting element 102 are shown.
  • FIG. 4b shows a contacting element 102 which has five chambers 120a, 120b, 120c, 120d, 120e arranged one above the other along the pressing direction 282, which can all be formed from a single piece of sheet metal.
  • Each two adjoining chambers in this case have a common wall, for example, the chambers 120a, 120b, the common wall 1 16 a, the chambers 120b and 120c, the common wall 1 16b, the chambers 120c, 120d the common wall 1 16c and the Chambers 120d, 120e the common wall 1 16d.
  • the illustrated in Fig. 4b horizontal wall surfaces 1 12 and the common walls 1 16a, 1 16b, 1 16c, 1 16d are interconnected by alternately left side and right side extending webs 1 14.
  • the webs 1 14 in the transition region of the common wall 1 16 and the web 1 14 are each slightly bent in the direction of the next web 1 14 on the same side, in this way the emergence of the individual wires 300 on the side at which no Bridge 1 14 is to prevent possible. During the pressing process, these pieces bent towards one another are pressed against one another and are then connected to one another in an electrically conductive manner.
  • the contacting element 102 results, for example, by a folding of a metal strip in accordion form.
  • the shape of the contacting element can also be described by superimposing several S-shapes.
  • FIG. 4c shows a contacting element 102 which has the form of a paragraph character ( ⁇ sign). It comprises three chambers 120a, 120b, 120c, with the middle chamber 120b being arranged between the chambers 120a and 120c.
  • the central chamber 120b is enclosed on all sides, while the adjoining chambers 120a, 120c are each connected only by means of a web 1 14 with the middle chamber 120b.
  • the wall 1 10 has at the upper chamber 120 a and the lower chamber 120 c each have a partial web 1 15 on the side at which there is no web 1 14. These partial webs are analogous to the S-shaped contacting element 102 of Figs. 3a to 3c during the pressing process on the wall 1 16a or 1 16b of the middle chamber pressed and then stand with these walls in electrical and mechanical contact.
  • Figs. 5a to 5d are steps of a method for producing a
  • inventive electrical connection assembly 100 shown.
  • this is formed, for example, in an S-shape
  • a plurality of individual wires 300 is inserted, disposed between a first electrode 410 and a second electrode 420.
  • a plurality of individual wires 300 at least five individual wires 300, preferably at least 10 individual wires 300, more preferably at least 30 individual wires 300, are meant here.
  • the first electrode 410 and the second electrode 420 are arranged along the pressing direction 282.
  • the plurality of individual wires 300 is oriented independently by the special shape of the contact element 102.
  • Individual wires 300 arranged one above the other.
  • a voltage is applied between the first electrode 410 and the second electrode 420.
  • This is illustrated in FIG. 5 c by a voltage source labeled P, which is connected to the first electrode 410 and by the ground potential GND, which is connected to the second electrode 420.
  • the second electrode 420 may also be at a potential other than the ground potential GND. Since the contacting element 102 is designed to be electrically conductive, a current now flows through the wall 110 of FIG. 5 c
  • Chambers 120a, 120b arranged individual wires 300 heated.
  • insulations on the individual wires 300 e.g. be melted or burned or decomposed. If, as a result of the heat supply, a certain temperature is exceeded and / or if the heat supply is present for a certain minimum time, then it may occur at the contact points 340 between the
  • the first electrode 410 and the second electrode 420 are moved apart and the completed electrical connection assembly 100 can be removed from the production tool.
  • a particularly good mechanical and dynamic stability of the electrical connection arrangement 100 is achieved by the special shaping of the contacting element 102, for example by the integral connection 342 between each individual wire 300 with the contacting element 102 at the contact point 340 of FIG Due to the fact that each individual wire 300 has at least one contact point 340 with the wall 110 of the contact element 102, the necessary power supply time can be reduced, whereby power costs can be saved and the cycle time for the production of the electrical
  • Connection arrangement 100 can be significantly reduced.
  • the proposed electrical connection arrangement 100 or the proposed contacting element 102 can generally be press-welded for all
  • Connection arrangements 100 of Maisierettin 102 are used with a plurality of individual wires 300. Examples are the contacting of electrical coils with a plurality of windings, in which insulated individual wires 300 are used, for example single wires 300 made of enameled copper wire. Examples of methods by which the inventive connection assembly 100 can be made are resistance hot pressing and hot crimping.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Connections Effected By Soldering, Adhesion, Or Permanent Deformation (AREA)
  • Manufacturing Of Electrical Connectors (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Verbindungsanordnung, umfassend eine Vielzahl von Einzeldrähten (300) und ein elektrisch leitfähiges Kontaktierelement (102) zum Einstecken der Einzeldrähte (300) in einer Einsteckrichtung (280). Dabei weist das Kontaktierelement (102) wenigstens eine Wand (110) auf. Dabei sind das Kontaktierelement (102) und die Einzeldrähte (300) mittels eines Pressschweißvorgangs unter Zuhilfenahme elektrischen Stroms, insbesondere durch einen Widerstandswarmverpressvorgang, elektrisch und mechanisch miteinander verbunden, wobei sich eine Verpressrichtung (282) des Pressschweißvorgangs quer zur Einsteckrichtung (280) erstreckt. Um die Anbindungsqualität der Einzeldrähte (300) an das Kontaktierelement (102) zu verbessern und dadurch eine erhöhte mechanische Stabilität der Verbindungsanordnung (100), eine erhöhte Stromtragfähigkeit sowie einen geringeren Übergangswiderstand zu erzielen ist dabei vorgesehen, dass das Kontaktierelement (102) derart gestaltet ist, dass jeder Einzeldraht (300) wenigstens eine Kontaktstelle (340) mit der wenigstens einen Wand (110) des Kontaktierelements (102) aufweist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Verbindungsanordnung.

Description

Beschreibung
Titel
Elektrische Verbindunqsanordnunq
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine elektrische Verbindungsanordnung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen elektrischen Verbindungsanordnung.
Stand der Technik
Die Herstellung elektrischer Verbindungsanordnungen aus einer Vielzahl von
Einzeldrähten und einem Kontaktierelement mittels eines Pressschweißvorgangs unter Zuhilfenahme elektrischen Stroms, insbesondere durch einen
Widerstandswarmverpressvorgang ist seit langem bekannt. Derartige Verfahren werden auch als Hotcrimping bezeichnet. In der DE 572 079 ist ein derartiges Verfahren beschrieben.
Derartige Pressschweißverfahren eignen sich besonders gut für die elektrische
Anbindung lackisolierter Einzeldrähte an Kontaktierelemente, beispielsweise für die Kontaktierung elektrische Spulen.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung geht aus von der Erkenntnis, dass eine Vielzahl beispielsweise lackisolierter Einzeldrähte beim Widerstandswarmverpressen bzw. Hotcrimping üblicherweise zufällig und ungeordnet in einem Kontaktierelement, beispielsweise einer verzinnten Kupferhülse angeordnet sind. Durch Elektroden wird das Kontaktierelement inklusive der innen liegenden Einzeldrähte mit einer Kraft beaufschlagt und gleichzeitig elektrisch bestromt. Infolge der thermischen Energie wird eine die Einzeldrähte möglicherweise umgebende Isolierschicht aufgeschmolzen bzw. zersetzt bzw. entfernt und diejenigen Einzeldrähte mit direktem Kontakt zum Kontaktierelement können mittels eines Diffusionsprozesses eine stoffschlüssige Verbindung mit einer Wand des
Kontaktierelements eingehen. Dadurch wird ein direkter mechanischer (stoffschlüssiger) und elektrischer Kontakt zwischen diesen Einzeldrähten und dem Kontaktierelement hergestellt. Für innenliegende Einzeldrähte, die keine Kontaktstelle zum
Kontaktierelement aufweisen, kann hingegen eine mechanische und elektrische
Anbindung nur durch einen Formschluss erzeugt werden, wie sich in einfacher Weise durch Schliffbilder derartiger elektrischer Verbindungsanordnungen feststellen lässt. Dieser Formschluss kann durch verschiedene Störfaktoren beeinflusst werden und zur Folge haben, dass die mechanische Festigkeit einer unerwünschten erhöhten Streuung unterliegen kann. Es kann daher der Bedarf bestehen, eine elektrische Verbindungsanordnung zu schaffen, bei welcher die Verbindungsqualität durch weniger Störfaktoren oder Störfaktoren mit geringerer Auswirkung beeinflusst wird und deren mechanische Festigkeit eine geringere Streuung aufweist. Die Erfassung der mechanischen Festigkeit erfolgt beispielsweise durch eine zerstörende Prüfung mithilfe von Zugversuchen.
Vorteile der Erfindung
Dieser Bedarf kann durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß den unabhängigen Ansprüchen gedeckt werden. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Im Folgenden werden Merkmale, Einzelheiten und mögliche Vorteile einer elektrischen Verbindungsanordnung bzw. eines Kontaktierelements sowie eines Verfahrens zur Herstellung einer elektrischen Verbindungsanordnung gemäß Ausführungsformen der Erfindung im Detail diskutiert.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine elektrische Verbindungsanordnung vorgeschlagen, welche eine vorteilhaft verbesserte Verbindungsqualität zwischen
Einzeldrähten und einem Kontaktierelement aufweist und deren mechanische Festigkeit eine geringere Streuung aufweist. Dadurch kann die Verbindung vorteilhaft über eine lange Zeit gute mechanische und elektrische Eigenschaften aufweisen, beispielsweise und auch unter dynamischen Einsatzbedingungen, die Vibrationsbelastungen bzw.
Schwingungsbelastungen und thermische Wechselbelastungen, z.B. im Bereich von - 40°C bis +150°C vorsehen (dynamische Stabilität).
Dies wird dadurch erreicht, dass die elektrische Verbindungsanordnung eine Vielzahl von Einzeldrähten sowie ein elektrisch leitfähiges Kontaktierelement zum Einstecken der Einzeldrähte in einer Einsteckrichtung umfasst. Dabei weist das Kontaktierelement wenigstens eine Wand auf. Dabei sind das Kontaktierelement und die Einzeldrähte mittels eines Pressschweißvorgangs unter Zuhilfenahme elektrischen Stroms, insbesondere durch einen Widerstandswarmverpressvorgang, elektrisch und mechanisch miteinander verbunden. Dabei erstreckt sich eine Verpressrichtung des Pressschweißvorgangs quer zur Einsteckrichtung. Um eine vorteilhaft verbesserte Verbindungsqualität zwischen den Einzeldrähten und dem Kontaktierelement zu bewirken ist dabei erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Kontaktierelement derart gestaltet ist, dass jeder Einzeldraht wenigstens eine Kontaktstelle mit der wenigstens einen Wand des Kontaktierelements aufweist.
Gegenüber dem Stand der Technik weist die erfindungsgemäße elektrische
Verbindungsanordnung den Vorteil auf, dass durch die wenigstens eine Kontaktstelle jedes Einzeldrahts jeder Einzeldraht unmittelbar mit der wenigstens einen Wand des Kontaktierelements elektrisch und mechanisch verbunden ist. Auf diese Weise ergibt sich eine wesentlich homogenere mechanische und elektrische Anbindungsqualität als bei den derzeit bekannten elektrischen Verbindungsanordnungen, die mittels eines
Pressschweißverfahrens bzw. mittels eines Widerstandswarmverpressvorgangs bzw. mittels Hotcrimpen hergestellt sind. Darüber hinaus kann eine beispielsweise vorhandene Isolierschicht der Einzeldrähte, zum Beispiel eine Lackisolierung bei der Verwendung von Kupferlackdraht, bei einer derartigen elektrischen Verbindungsanordnung zuverlässiger und in kürzerer Zeit durch die thermische Energie in Folge der Bestromung entfernt werden als bei herkömmlichen Verbindungsanordnungen, die auf die oben genannte Weise hergestellt werden (Hotcrimpen, etc.). Dadurch können in vorteilhafter Weise die Taktzeit für die Herstellung derartiger elektrischer Verbindungsanordnungen ebenso gesenkt werden wie die Stromkosten.
Dadurch, dass jeder Einzeldraht an der wenigstens einen Kontaktstelle durch eine stoffschlüssige Verbindung mit der wenigstens einen Wand des Kontaktierelements verbunden ist, wird vorteilhaft bewirkt, dass eine besonders hohe mechanische Stabilität der elektrischen Verbindungsanordnung erreicht wird. Vorteilhaft ergibt sich dadurch eine besonders geringe Streuung in der mechanischen Festigkeit, da die elektrische
Verbindungsanordnung auf diese Weise nicht mehr durch einen störgrößenanfälligen Formschluss sondern durch die stoffschlüssige Verbindung zwischen jedem einzelnen der Einzeldrähte und der wenigstens einen Wand zusammengefügt ist. Darüber hinaus kann dadurch vorteilhaft eine gleichmäßigere und höhere Stromtragfähigkeit bewirkt werden und es können sich gleichmäßigere und geringere Übergangswiderstände zwischen den Einzeldrähten und dem Kontaktierelement ergeben.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind wenigstens 5 Einzeldrähte, bevorzugt wenigstens 10 Einzeldrähte mit dem Kontaktierelement elektrische und mechanisch verbunden, ganz besonders bevorzugt wenigstens 30 Einzeldrähte. Dadurch wird vorteilhaft eine besonders große Stromtragfähigkeit der elektrischen
Verbindungsanordnung erreicht. Die Einzeldrähte können einen Drahtdurchmesser aufweisen, der in einem Bereich zwischen 0,3mm (Millimeter) und 2,5mm liegt, bevorzugt in einem Bereich zwischen 0,5mm und 1 ,0mm. Es ist jedoch auch möglich, Einzeldrähte zu verwenden, die einen Durchmesser bis zu 5mm aufweisen. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Kontaktierelement wenigstens zwei aneinandergrenzende Kammern auf, die durch die wenigstens eine Wand begrenzt sind. Dabei weist jede Kammer zwei einander zuweisende Wandflächen auf. Dabei sind die Einzeldrähte zwischen den einander zuweisenden Wandflächen angeordnet, wobei sich die Wandflächen im Wesentlichen entlang von zur Verpressrichtung senkrechten Ebenen erstrecken. Dabei weist jede Kammer wenigstens einen Steg auf, der die zwei einander zuweisenden Wandflächen miteinander verbindet, wobei die wenigstens zwei aneinandergrenzenden Kammern eine die Kammern trennende gemeinsame Wand aufweisen. Durch die Ausbildung von wenigstens zwei aneinandergrenzenden Kammern wird vorteilhaft bewirkt, dass das Kontaktierelement bei beispielsweise gleich bleibendem Außenumfang eine insgesamt größere Wandfläche aufweist. Damit wird es auf eine einfache Weise möglich, einer größeren Anzahl von Einzeldrähten jeweils wenigstens eine eigene Kontaktstelle mit einer Wand des Kontaktierelements zu ermöglichen und damit die Verbindungsqualität in der elektrischen Verbindungsanordnung zu verbessern. Das Kontaktierelement kann dabei beispielsweise S-förmig gestaltet sein oder in Form eines Paragraphen-Zeichens (§-Zeichen) wobei das Kontaktierelement in diesem Fall drei aneinandergrenzende Kammern aufweist oder das Kontaktierelement kann ganz allgemein in der Art einer Leporello-Faltung bzw. in der Art einer Ziehharmonikafaltung zickzackförmig gestaltet sein und auf diese Weise mehrere aneinandergrenzende
Kammern aufweisen, wobei je zwei Kammern eine gemeinsame Wand aufweisen. Dadurch, dass das Kontaktierelement derart gestaltet ist, dass im
pressschweißverbundenen Zustand entlang der Verpressrichtung des Kontaktierelements zwischen zwei einander gegenüberliegenden Wandflächen der wenigstens einen Wand des Kontaktierelements jeweils höchstens zwei Lagen von Einzeldrähten angeordnet sind wird vorteilhaft bewirkt, dass jeder Einzeldraht eine besonders zuverlässige und stabile mechanische und elektrische Verbindung mit der wenigstens einen Wand des
Kontaktierelements eingehen kann.
Dadurch, dass die Einzeldrähte entlang der Verpressrichtung des Kontaktierelements zwischen zwei einander gegenüberliegenden Wandflächen der wenigstens einen Wand wenigstens bereichsweise in genau zwei übereinanderliegenden Lagen in dem
Kontaktierelement angeordnet sind wird vorteilhaft bewirkt, dass der Raum zwischen den zwei einander gegenüberliegenden Wandflächen des Kontaktierelements besonders effizient genutzt wird. Dadurch ergibt sich eine optimale Ausnutzung der verfügbaren Wandfläche des Kontaktierelements für die einzelnen Einzeldrähte bzw. Drähte. Denn auf diese Weise ist sichergestellt, dass in dem Bereich mit den genau zwei Lagen von Einzeldrähten bzw. Drähten jeder Einzeldraht bzw. Draht idealerweise mit genau einer der beiden einander gegenüberliegenden Wandflächen eine Kontaktstelle ausbildet. Dadurch lässt sich die größtmögliche Anzahl von Einzeldrähten im Kontaktierelement anordnen. Darüber hinaus sinkt bei gleicher Anzahl von Einzeldrähten die für das Verpressen des Kontaktierelements notwendige Kraft im Vergleich zu einer Situation, in der an jeder Stelle nur eine einzige Lage von Einzeldrähten zwischen den zwei einander
gegenüberliegenden Wandflächen angeordnet ist. Denn es muss dann nicht für jede Lage von Einzeldrähten eine Wand des Kontaktierelements verpresst werden sondern nur für jede zweite Lage von Einzeldrähten. Dies kann bei Anordnungen, die beispielsweise mehrere Kammern aufweisen, in denen Einzeldrähte verpresst werden einen Vorteil darstellen.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Verbindungsanordnung vorgesehen, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
■ Bereitstellen mehrerer Einzeldrähte, insbesondere von wenigstens fünf
Einzeldrähten,
■ Bereitstellen eines elektrisch leitfähigen Kontaktierelements zum Einstecken von Einzeldrähten in einer Einsteckrichtung, wobei das Kontaktierelement wenigstens eine Wand aufweist,
■ Einstecken der Einzeldrähte in das Kontaktierelement, ■ Zusammenpressen der Anordnung aus Kontaktierelement und Einzeldrähten in eine erste Position entlang einer Verpressrichtung quer zur Einsteckrichtung,
■ Erhitzen der Anordnung aus Kontaktierelement und Einzeldrähten mittels
Durchleitung von elektrischem Strom durch das Kontaktierelement,
■ Zusammenpressen der Anordnung aus Kontaktierelement und Einzeldrähten in eine zweite Position
Dabei ist vorgesehen, dass das Kontaktierelement derart gestaltet ist, dass nach dem Schritt des Zusammenpressens in die zweite Position jeder Einzeldraht wenigstens eine Kontaktstelle mit der wenigstens einen Wand des Kontaktierelements aufweist.
Dabei kann das Kontaktierelement in einen Stromkreis eingebunden werden, um den zum Erhitzen des Kontaktierelements notwendigen Strom durch das Kontaktierelement leiten zu können. Dazu kann folgender Schritt in dem Verfahren vorgesehen sein:
■ Einbinden des Kontaktierelements in einen Stromkreis.
Gegenüber dem Stand der Technik weist dieses Verfahren den Vorteil auf, dass sich dadurch auf einfache, sichere und zuverlässige Weise eine elektrische
Verbindungsanordnung herstellen lässt, bei welcher die mechanische Festigkeit sowie die elektrische Anbindungsqualität besonders hoch sind und bei welcher die mechanische Festigkeit eine besonders geringe Streuung aufweist. Denn es gibt keine Einzeldrähte, die keinen Kontakt mit der wenigstens einen Wand des Kontaktierelements aufweisen. Durch den Schritt des Zusammenpressens der Anordnung aus Kontaktierelement und
Einzeldrähten in die erste Position entlang der Verpressrichtung quer zur Einsteckrichtung können sich die in das Kontaktierelement beispielsweise als ein Bündel von Einzeldrähten eingesteckten Einzeldrähte automatisch so anordnen, dass jeder Einzeldraht im pressverschweißten Zustand wenigstens eine Kontaktstelle mit der wenigstens einen Wand des Kontaktelements aufweist.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens ist jeder Einzeldraht an der wenigstens einen Kontaktstelle durch eine stoffschlüssige Verbindung mit der wenigstens einen Wand des Kontaktierelements verbunden. Dadurch ergibt sich eine besonders stabile
Verbindung zwischen jedem Einzeldraht und dem Kontaktierelement. Weiterhin werden dadurch die Streuung der mechanischen Festigkeit und der elektrische
Übergangswiderstand zwischen den Einzeldrähten und dem Kontaktierelement reduziert sowie die Stromtragfähigkeit der elektrischen Verbindungsanordnung erhöht. Streuungen in der mechanischen Festigkeit, die beispielsweise durch eine rein formschlüssige Verbindung oder eine rein kraftschlüssige Verbindung entstehen können, werden in der erfindungsgemäßen Ausführungsform ausgeschlossen. Bei der Verwendung von ursprünglich isolierten Einzeldrähten, beispielsweise Kupfer-Lackdrähten, wird durch die stoffschlüssige Verbindung eine gute elektrische Anbindung zwischen den Einzeldrähten und dem Kontaktierelement sichergestellt.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens ist das Kontaktierelement derart gestaltet, dass nach dem Schritt des Zusammenpressens in die erste Position jeder Einzeldraht wenigstens eine Kontaktstelle mit der wenigstens einen Wand des Kontaktierelements aufweist. Dadurch wird vorteilhaft bewirkt, dass bereits vor dem Erhitzen der Anordnung die Einzeldrähte geordnet im Kontaktierelement vorliegen und beim anschließenden
Erhitzungsvorgang eine besonders gute Wärmeübertragung vom Kontaktierelement auf die Einzeldrähte sichergestellt ist. Vorteilhaft werden dadurch auch bei der Verwendung von isolierten Einzeldrähten, beispielsweise Kupfer-Lackdrähten, mit einem minimalen Aufwand an thermischer Energie die Isolierungen entfernt, beispielsweise abgeschmolzen oder verbrannt oder zersetzt, und die Verbindung der Einzeldrähte mit der wenigstens einen Wand des Kontaktierelements hergestellt, beispielsweise durch eine
Diffusionsverbindung bzw. stoffschlüssige Verbindung. Auf diese Weise lässt sich vorteilhaft die Taktzeit bei der Herstellung der elektrischen Verbindungsanordnung reduzieren und es lassen sich Energiekosten, beispielsweise Stromkosten, reduzieren.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens sind nach dem Schritt des
Zusammenpressens der Anordnung aus Kontaktierelement und Einzeldrähten in die erste Position im Kontaktierelement in der Verpressrichtung zwischen zwei einander gegenüberliegenden Wandflächen der wenigstens einen Wand des Kontaktierelements höchstens zwei Lagen von Einzeldrähten angeordnet. Durch diese Ausführungsform ist vorteilhaft sichergestellt, dass eine besonders hohe mechanische Festigkeit der elektrischen Verbindungsanordnung geschaffen ist.
Zeichnungen
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen, die jedoch nicht als die Erfindung beschränkend auszulegen sind, unter Bezugnahme auf die beigelegten Zeichnungen ersichtlich.
Es zeigen: Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer pressschweißverbindbaren elektrischen
Verbindungsanordnung gemäß dem Stand der Technik;
Fig. 2a einen Querschnitt durch die elektrische Verbindungsanordnung gemäß Fig. 1 vor Anwendung des Pressschweißvorgangs;
Fig. 2b einen Querschnitt durch die elektrische Verbindungsanordnung gemäß Fig. 1 im pressverschweißten Zustand; Fig. 3a einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kontaktierelement einer elektrischen Verbindungsanordnung vor dem Pressschweißvorgangs;
Fig. 3b einen Querschnitt durch das Kontaktierelement aus Fig. 3a nach dem
Pressschweißvorgangs;
Fig. 3c eine Detailansicht der Fig. 3b;
Fig. 4a eine Aufsicht auf das Kontaktierelement gemäß Fig. 4a im aufgefalteten Zustand; Figs.4b und 4c Querschnitte durch weitere Ausführungsformen des Kontaktierelements elektrischen Verbindungsanordnung gemäß der Erfindung;
Figs. 5a bis 5d eine Darstellung im Querschnitt von verschiedenen Verfahrensschritten zur Herstellung einer erfindungsgemäßen elektrischen Verbindungsanordnung.
Alle Figuren sind lediglich schematische Darstellungen erfindungsgemäßer Vorrichtungen und Verfahren bzw. ihrer Bestandteile gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung. Insbesondere Abstände und Größenrelationen sind in den Figuren nicht maßstabsgetreu wiedergegeben. In den verschiedenen Figuren sind sich entsprechende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In Fig. 1 ist eine elektrische Verbindungsanordnung 100 gemäß Stand der Technik dargestellt, bei der eine Vielzahl von Einzeldrähten 300 mit einer Kontakthülse 600 bzw. einem Kontaktschuh 600 mittels eines Pressschweißvorgangs mechanisch und elektrisch verbunden werden können. Die Kontakthülse 600 weist einen Verpress-Abschnitt 630 auf und einen Befestigungsabschnitts 640 mit einer Befestigungsöse 650 auf. Die
Kontakthülse 600 bzw. der Kontaktschuh 600 bzw. der Kontaktkörper 600 kann beispielsweise durch eine Schraube, welche durch die Befestigungsöse 650 gesteckt wird, mit einem anderen Kontaktelement elektrisch und mechanisch verbunden werden. Die Kontakthülse 600 ist beispielsweise aus einem dünnen Blech geformt, welches im Bereich des Verpress-Abschnitts 630 hülsenartig zusammengerollt ist, wodurch sich eine von einer Kontakthülsenwand 610 bzw. Kontaktkörperwand 610 umgebene
Einstecköffnung 620 ergibt.
Zur Ausbildung der elektrischen Verbindungsanordnung 100 wird eine Vielzahl von Einzeldrähten 300 in einer Einsteckrichtung 280 in die Einstecköffnung 620 der
Kontakthülse 600 eingeschoben. Anschließend werden die Einzeldrähte 300 mit der Kontakthülse 600 durch einen Pressschweißvorgang elektrisch und mechanisch verbunden.
Besonders zur elektrischen Kontaktierung von Spulenanordnungen eignet sich eine derartige elektrische Verbindungsanordnung 100, die durch einen Pressschweißvorgangs hergestellt wird. Denn in elektrischen Spulen werden häufig Kupferlackdrähte bzw.
anderweitig isolierte Drähte eingesetzt, um elektrische Kurzschlüsse in den
Spulenwicklungen zu verhindern. Durch die Verwendung eines Pressschweißvorgangs, bei dem durch die zugeführte thermische Energie die Isolierung beispielsweise durch Aufschmelzen entfernt wird, kann eine zeit- und kostenintensive Abisolierung der Einzeldrähte 300, z.B. mit umlaufenden Messern, vor der Verbindung mit einem
Kontaktierelement, beispielsweise der Kontakthülse 600, entfallen. Vorteilhaft kann dadurch auch das Risiko einer Einschnürung des Durchmessers der Einzeldrähte 300 vermieden werden.
In den Figuren 2a und 2b ist ein Querschnitt durch den Verpress-Abschnitt 630 der Kontakthülse aus Fig. 1 im Zustand vor dem Pressschweißvorgang (Fig. 2a) und im Zustand nach dem Pressschweißvorgang (Fig. 2b) dargestellt. In Fig. 2a ist die Vielzahl der Einzeldrähte 300 dargestellt, die sich in derartigen
Verbindungsanordnungen 100 gemäß Stand der Technik im Innern der Kontakthülse befinden. Es ist zu erkennen, dass einige Einzeldrähte 300a unmittelbar benachbart zur Kontakthülsenwand 610 angeordnet sind, während andere Einzeldrähte 300b sich mehr im Innern der Kontakthülse 600 befinden und ausschließlich von anderen Einzeldrähten 300a, 300b umgeben sind. In Fig. 2b ist die elektrische Verbindungsanordnung 100 aus Fig. 2a im
pressverschweißten Zustand zu erkennen. Auch hier gibt es viele Einzeldrähte 300b, welche ausschließlich von anderen Einzeldrähten 300a, 300b umgeben sind und keine einzige Kontaktstelle mit der Kontakthülsenwand 610 bzw. Kontaktkörperwand 610 aufweisen. Diese ausschließlich von anderen Einzeldrähten 300a, 300b umgebenen
Einzeldrähte 300b sind in der elektrischen Verbindungsanordnung 100 durch Formschluss oder Kraftschluss festgelegt.
Insgesamt besteht bei derartigen elektrischen Verbindungsanordnungen 100 gemäß Stand der Technik der Nachteil, dass die mechanische Festigkeit durch die im Inneren gelegenen Einzeldrähte 300b, die lediglich durch Formschluss oder Kraftschluss der elektrischen Verbindungsanordnung 100 gehalten sind, eingeschränkt ist bzw. es zu einer großen Streuung der mechanischen Festigkeit kommt. Außerdem bedarf es beim
Pressschweißen einer hohen und relativ langanhaltenden Strom- bzw. Energiezufuhr, um zuverlässig die Isolierung auch der im Innern der Kontakthülse 600 gelegenen
Einzeldrähte 300b, die keine Kontaktstelle zur Kontakthülsenwand 610 aufweisen, zu entfernen.
In den Figs. 3a bis 3c ist eine erfindungsgemäße elektrische Verbindungsanordnung 100 dargestellt, die eine Vielzahl von Einzeldrähten 300 sowie ein elektrisch leitfähiges
Kontaktierelement 102 zum Einstecken der Einzeldrähte 300 in einer Einsteckrichtung 280 umfasst. Fig. 3a zeigt die elektrische Verbindungsanordnung 100 in einem Zustand vor dem Pressschweißvorgang, die Figs. 3b und 3c zeigen die elektrische
Verbindungsanordnung in einem Zustand nach dem Pressschweißvorgang. Die
Einsteckrichtung 280 erstreckt sich in der dargestellten Figur 3a in die Bildebene hinein.
Das Kontaktierelement 102 ist in einem Querschnitt dargestellt, dessen
Querschnittsebene durch eine Verpressrichtung 282 und eine Lateral-Achse 284 aufgespannt wird, wobei die Verpressrichtung 282 und die Lateral-Achse 284 sich jeweils quer zur Einsteckrichtung erstrecken und quer zueinander stehen. Unter dem Begriff quer kann der Begriff orthogonal verstanden werden. Die Verpressrichtung 282 erstreckt sich in den Figs. 3a bis 5 von oben nach unten, die Lateral-Achse 284 erstreckt sich in den Figuren von links nach rechts. Das Kontaktierelement 102 weist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Wand 1 10 auf. Das Kontaktierelement 102 und die Einzeldrähte 300 sind mittels eines
Pressschweißvorgangs unter Zuhilfenahme elektrischen Stroms, insbesondere durch einen Widerstandswarmverpressvorgang, elektrisch und mechanisch miteinander verbunden. Das Kontaktierelement 102 ist dabei derart gestaltet, dass jeder Einzeldraht 300 wenigstens eine Kontaktstelle 340 (siehe Fig. 3c) mit der wenigstens einen Wand 1 10 des Kontaktierelements 102 aufweist. An der wenigstens einen Kontaktstelle 340 kann dabei eine stoffschlüssige Verbindung 342 zwischen dem jeweiligen Einzeldraht 300 und der Wand 1 10 ausgebildet sein. Diese stoffschlüssige Verbindung kann durch die Bildung einer intermetallischen Phase, durch die Ausbildung einer Legierung oder auch durch einen Diffusionsvorgang in Folge des Pressvorgangs und des Zuführens thermischer Energie geschaffen sein.
Um bei einer Vielzahl von Einzeldrähten 300, beispielsweise bei mehr als fünf, bevorzugt mehr als 10, ganz besonders bevorzugt mehr als 30 Einzeldrähten 300, ein
Kontaktierelement 102 bereitzustellen, welches einerseits für jeden Einzeldraht 300 eine Kontaktstelle 340 mit der Wand 1 10 ermöglicht und welches gleichzeitig entlang der Lateral-Achse 284 nicht mit steigender Anzahl der Einzeldrähte 300 eine immer größere Breite w einnimmt, ist es notwendig, das Kontaktierelement 102 auf eine besondere Weise zu gestalten. Bei einem Durchmesser eines Einzeldrahtes von 1 mm kann die Breite w beispielsweise zwischen 5mm und 15mm liegen, so dass zwischen 5 und 15 Einzeldrähte einlagig nebeneinander liegen können.
Das Kontaktierelement ist im dargestellten Ausführungsbeispiel mit zwei
aneinandergrenzenden Kammern 120a, 120b gestaltet, die durch die Wand 1 10 begrenzt sind. Dabei weist jede Kammer 120a, 120b zueinander weisende Wandflächen 1 12 auf. Die Einzeldrähte 300 sind zwischen den einander zuweisenden Wandflächen 1 12 angeordnet, wobei sich die Wandflächen 1 12 im Wesentlichen entlang von zur
Verpressrichtung senkrechten Ebenen erstrecken. Im dargestellten Querschnitt durch das Kontaktierelement 102 ist die Erstreckung der Wandflächen 1 12 entlang der Lateral- Achse 284 dargestellt. Weiterhin weist jede Kammer 120a, 120b wenigstens einen Steg 1 14 auf, der die zwei einander zuweisenden Wandflächen 1 12 miteinander verbindet. Die zwei aneinandergrenzenden Kammern 120a, 120b weisen eine die Kammern 120a, 120b trennende gemeinsame Wand 1 16 auf. Dadurch ist es möglich, eine Vielzahl von
Einzeldrähten 300 derart anzuordnen, dass in jeder Kammer 120a, 120b jeweils höchstens zwei Lagen von Einzeldrähten 300 entlang der Verpressrichtung 282 übereinander angeordnet sind, und gleichzeitig die Breite w des Kontaktierelements zu beschränken. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Wand 1 10 des Kontaktierelements 102 in S- Form gefaltet. Sie bildet zwei übereinanderliegende Kammern 120a, 120b, wobei die einander zuweisenden Wandflächen in Fig. 3a horizontal verlaufen und wobei ein Steg 1 14 die untere Wandflächen 1 12 mit der mittleren Wandflächen 1 12 an deren rechter Seite verbindet und ein weiterer Steg 1 14 die mittlere Wandfläche 1 12 mit der oberen Wandfläche 1 12 an der linken Seite. Am Ende der oberen Wandfläche 1 12 ist die Wand 1 10 rechts noch einmal nach unten zu einem Teilsteg 1 15 umgebogen, um so beim Verpressvorgang ein Heraustreten der Einzeldrähte 300 aus der Kammer 120a zu verhindern. In gleicher Weise ist an der unteren Wandflächen 1 12 die Wand 1 10 links noch einmal nach oben zu einem weiteren Teilsteg 1 15 umgebogen, um zu verhindern, dass beim Verpressvorgang Einzeldrähte 300 aus der Kammer 120b heraustreten. Die beiden Teilstege 1 15 werden beim Verpressvorgang auf die gemeinsame Wand 1 16 bzw. auf den Übergang der Stege 1 14 zur gemeinsamen Wand 1 16 gepresst (Figs. 3b und 3c) und stehen dort in mechanischem und elektrischem Kontakt.
Das Kontaktierelement 102 kann dabei als ein Stanzbiegeteil ausgebildet sein. Das Kontaktierelement 102 kann beispielsweise teilweise aus beschichtetem Kupfer gebildet sein, wobei die Beschichtung Zinn oder eine Zinnlegierung umfassen kann. Die
Beschichtung kann auch Nickel umfassen oder allgemein ein elektrisch leitfähiges Material mit einem größeren elektrischen Widerstand als Kupfer. Das Kontaktierelement 102 kann dazu aus einem dünnen Blech hergestellt sein. Das Kontaktierelement 102 kann auch einstückig ausgebildet sein oder es kann aus mehreren zunächst separat hergestellten Einzelstücken gebildet sein, wobei die zunächst separat hergestellten Einzelstücke dann zum Kontaktierelement 102 zusammengesetzt und beispielsweise unlösbar miteinander verbunden werden, zum Beispiel durch einen Schweißvorgang oder einen Lötvorgang.
Der Drahtdurchmesser der Einzeldrähte 300 kann in einem Bereich zwischen 0,3mm und 2,5mm liegen, bevorzugt in einem Bereich zwischen 0,5mm und 1 mm. Für die
Bestromung größerer elektrischer Elemente, beispielsweise großer Magnetspulen, ist es jedoch auch möglich, Einzeldrähte 300 mit einem Drahtdurchmesser von bis zu 5mm vorzusehen.
In Fig. 4a ist das Kontaktierelement 102 aus den Figs. 3a bis 3c im aufgefalteten Zustand dargestellt. Es ist zu erkennen, wie auf einfache Art und Weise aus einem flächigen Schnittmuster des Kontaktierelements 102 eine dreidimensionale Gestalt mit einer S- Form im Querschnitt mit zwei Kammern 120a, 120b durch einfaches Biegen entlang von Biegelinien 130 und in Richtung von Biegepfeilen 140 geformt werden kann. Aus diesem Schnittmuster lassen sich die in den Figs. 3a und 3b dargestellten unteren, mittleren und oberen Wandflächen 1 12 sowie die Stege 1 14 und die Teilstege 1 15 formen. In den Figs. 4b und 4c sind weitere Ausführungsformen des Kontaktierelements 102 dargestellt. Fig. 4b zeigt dabei ein Kontaktierelement 102, welches fünf entlang der Verpressrichtung 282 übereinander angeordnete Kammern 120a, 120b, 120c, 120d, 120e aufweist, die alle aus einem einzigen Stück Blech geformt sein können. Je zwei aneinandergrenzende Kammern weisen dabei eine gemeinsame Wand auf, zum Beispiel weisen die Kammern 120a, 120b die gemeinsame Wand 1 16 a auf, die Kammern 120b und 120c die gemeinsame Wand 1 16b, die Kammern 120c, 120d die gemeinsame Wand 1 16c und die Kammern 120d, 120e die gemeinsame Wand 1 16d. Die in der Fig. 4b dargestellten horizontalen Wandflächen 1 12 bzw. die gemeinsamen Wände 1 16a, 1 16b, 1 16c, 1 16d sind untereinander durch abwechselnd linksseitig und rechtsseitig verlaufende Stege 1 14 miteinander verbunden. Dabei sind die Stege 1 14 im Übergangsbereich von der gemeinsamen Wand 1 16 und dem Steg 1 14 jeweils leicht in Richtung des nächsten Stegs 1 14 auf derselben Seite umgebogen, um auf diese Weise das Heraustreten der Einzeldrähte 300 an der Seite, an welcher sich kein Steg 1 14 befindet möglichst zu verhindern. Beim Verpressvorgang werden diese aufeinander zu gebogenen Stücke gegeneinander gepresst und sind dann elektrisch leitfähig miteinander verbunden.
Das Kontaktierelement 102 gemäß der dargestellten Ausführungsform ergibt sich beispielsweise durch eine Faltung eines Blechstreifens in Ziehharmonikaform. Alternativ kann die Form des Kontaktierelements auch durch das Übereinandersetzen mehrerer S- Formen beschrieben werden. Es sind auch Ausführungsformen möglich, bei denen weniger als fünf Kammern oder auch mehr als fünf Kammern übereinander bzw.
nebeneinander angeordnet sind.
In Fig. 4c ist ein Kontaktierelement 102 dargestellt, welches die Form eines Paragraphen- Zeichens (§-Zeichen) aufweist. Es umfasst drei Kammern 120a, 120b, 120c, wobei die mittlere Kammer 120b zwischen den Kammern 120a und 120c angeordnet ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die mittlere Kammer 120b allseitig umschlossen, während die an sie angrenzenden Kammern 120a, 120c jeweils nur mittels eines Stegs 1 14 mit der mittleren Kammer 120b verbunden sind. Die Wand 1 10 weist bei der oberen Kammer 120a und der unteren Kammer 120c jeweils einen Teilsteg 1 15 an der Seite auf, an der sich kein Steg 1 14 befindet. Diese Teilstege werden analog zu dem S-förmigen Kontaktierelement 102 aus den Figs. 3a bis 3c beim Verpressvorgang auf die Wand 1 16a bzw. 1 16b der mittleren Kammer gepresst und stehen dann mit diesen Wänden in elektrischem und mechanischem Kontakt.
In den Figs. 5a bis 5d sind Schritte eines Verfahrens zur Herstellung einer
erfindungsgemäßen elektrischen Verbindungsanordnung 100 dargestellt. In einem in Fig. 5a dargestellten ersten Schritt wird das beispielsweise in S-Form ausgebildete
Kontaktierelement 102, in welchem eine Vielzahl von Einzeldrähten 300 eingesteckt ist, zwischen einer ersten Elektrode 410 und einer zweiten Elektrode 420 angeordnet. Mit einer Vielzahl von Einzeldrähten 300 sind hierbei wenigstens fünf Einzeldrähte 300, bevorzugt wenigstens 10 Einzeldrähte 300, ganz bevorzugt wenigstens 30 Einzeldrähte 300 gemeint. Die erste Elektrode 410 und die zweite Elektrode 420 sind entlang der Verpressrichtung 282 angeordnet. Die Vielzahl der Einzeldrähten 300 orientiert sich dabei selbstständig durch die spezielle Form des Kontaktierelements 102. So sind in jeder der beiden Kammern 120a, 120b des Kontaktierelements höchstens zwei Lagen von
Einzeldrähten 300 übereinander angeordnet.
In einem weiteren Schritt, der in Fig. 5b dargestellt ist, wird die Anordnung aus
Kontaktierelement 102 und Einzeldrähten 300 entlang der Verpressrichtung 282 in eine erste Position zusammengepresst. Dazu wird die erste Elektrode 410 relativ zur zweiten Elektrode 420 entlang der Verpressrichtung mit einer Kraft F beaufschlagt. Durch diesen Schritt werden die Einzeldrähte 300 innerhalb der Kammern 120a, 120b des
Kontaktierelements 102 an die Kammerwände 1 12 bzw. Wandflächen 1 12 gepresst und richten sich den Druckverhältnissen entsprechend innerhalb der jeweiligen Kammer 120a, 120b aus. Die Einzeldrähte 300 werden sozusagen innerhalb der jeweiligen Kammer 120a, 120b sortiert. Bei diesem Schritt werden auch die Teilstege 1 15, in der Figur 5b an der oberen rechten bzw. unteren linken Seite des Kontaktierelements 102 auf die gemeinsame Wand 1 16 zwischen den beiden Kammern gepresst.
In einem weiteren Schritt, der in Fig. 5c dargestellt ist, wird zwischen der ersten Elektrode 410 und der zweiten Elektrode 420 eine Spannung angelegt. Dies ist in Fig. 5c durch eine mit dem Buchstaben P gekennzeichnet Spannungsquelle, die mit der ersten Elektrode 410 verbunden ist und durch das Erdpotenzial GND, welches mit der zweiten Elektrode 420 verbunden ist dargestellt. Selbstverständlich kann die zweite Elektrode 420 auch auf einem anderen Potenzial als dem Erdpotenzial GND liegen. Da das Kontaktierelement 102 elektrisch leitfähig ausgebildet ist fließt nun ein Strom über die Wand 1 10 des
Kontaktierelements 102 von der ersten Elektrode 410 zur zweiten Elektrode 420. Dabei sind verschiedene Stromflusswege möglich, die mit den Pfeilen innerhalb der Wand 1 10 dargestellt sind. In Folge des elektrischen Widerstands des Kontaktierelements 102 entsteht Wärme bzw. thermische Energie. Durch den um die nunmehr geschlossenen Kammern 120a, 120b fließenden Strom wird nun eine gleichmäßige Erwärmung der Kammerwand bewirkt. Mittels dieser thermischen Energie werden auch die in den
Kammern 120a, 120b angeordneten Einzeldrähte 300 erwärmt. Mithilfe der thermischen Energie können so beispielsweise auf den Einzeldrähten 300 befindlich Isolierungen z.B. abgeschmolzen oder verbrannt oder zersetzt werden. Wird in Folge der Wärmezufuhr eine bestimmte Temperatur überschritten und/oder liegt die Wärmezufuhr über eine bestimmte Mindestzeit an, so kann es an den Kontaktstellen 340 zwischen den
Einzeldrähten 300 und der Wand 1 10 zu einer stoffschlüssigen Verbindung 342 kommen. Dies geschieht beispielsweise durch Diffusion oder durch die Ausbildung einer Legierung oder einer intermetallischen Phase zwischen den zwei Materialien der Einzeldrähte 300 und des Kontaktierelements 102. Ein weiterer Schritt des Verfahrens ist in Fig. 5d dargestellt: während der Zufuhr von
Wärme bzw. der Zuführung von elektrischem Strom oder unmittelbar im Anschluss daran wird die Anordnung aus Kontaktierelement 102 und Einzeldrähten 300 in eine zweite Position, die Endposition, der elektrischen Verbindungsanordnung 100,
zusammengepresst. Dadurch werden eine endgültige Verdichtung der Anordnung und eine besonders hohe mechanische Stabilität elektrischen Verbindungsanordnung erreicht.
Anschließend werden die erste Elektrode 410 und die zweite Elektrode 420 auseinander gefahren und die fertig gestellte elektrische Verbindungsanordnung 100 kann aus dem Fertigungswerkzeug entnommen werden.
Im Unterschied zum Stand der Technik wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren durch die spezielle Formgebung des Kontaktierelements 102 eine besonders gute mechanische und dynamische Stabilität der elektrischen Verbindungsanordnung 100 erreicht, beispielsweise durch die stoffschlüssige Verbindung 342 zwischen jedem Einzeldraht 300 mit dem Kontaktierelement 102 an der Kontaktstelle 340 des jeweiligen Einzeldrahtes 300 mit der Wand 1 10 des Kontaktierelements 102. Dadurch, dass jeder Einzeldraht 300 wenigstens eine Kontaktstelle 340 mit der Wand 1 10 des Kontaktelements 102 aufweist lässt sich die notwendige Stromzufuhrzeit verringern, wodurch Stromkosten gespart werden können und die Taktzeit für die Herstellung der elektrischen
Verbindungsanordnung 100 deutlich reduziert werden kann. Die vorgeschlagene elektrische Verbindungsanordnung 100 bzw. das vorgeschlagene Kontaktierelement 102 kann generell für alle pressverschweißten
Verbindungsanordnungen 100 aus Kontaktierelementen 102 mit einer Vielzahl von Einzeldrähten 300 verwendet werden. Beispiele sind die Kontaktierung von elektrischen Spulen mit einer Vielzahl von Windungen, bei denen isolierter Einzeldrähte 300 verwendet werden, beispielsweise Einzeldrähte 300 aus Kupferlackdraht. Beispiele für Verfahren, mit denen sich die erfindungsgemäße Verbindungsanordnung 100 herstellen lässt sind das Widerstandswarmverpressen und das Hotcrimping.

Claims

Elektrische Verbindungsanordnung, umfassend
~ eine Vielzahl von Einzeldrähten (300),
~ ein elektrisch leitfähiges Kontaktierelement (102) zum Einstecken der
Einzeldrähte (300) in einer Einsteckrichtung (280),
wobei das Kontaktierelement (102) wenigstens eine Wand (1 10) aufweist, wobei das Kontaktierelement (102) und die Einzeldrähte (300) mittels eines Pressschweißvorgangs unter Zuhilfenahme elektrischen Stroms, insbesondere durch einen Widerstandswarmverpressvorgang, elektrisch und mechanisch miteinander verbunden sind, wobei sich eine Verpressrichtung (282) des
Pressschweißvorgangs quer zur Einsteckrichtung (280) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktierelement (102) derart gestaltet ist, dass jeder Einzeldraht (300) wenigstens eine Kontaktstelle (340) mit der wenigstens einen Wand (1 10) des Kontaktierelements (102) aufweist.
Elektrische Verbindungsanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
jeder Einzeldraht (300) an der wenigstens einen Kontaktstelle (340) durch eine stoffschlüssige Verbindung (342) mit der wenigstens einen Wand (1 10) verbunden ist.
Elektrische Verbindungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass
wenigstens 10 Einzeldrähte (300) mit dem Kontaktierelement (102) elektrisch und mechanisch verbunden sind, insbesondere wenigstens 30 Einzeldrähte (300).
Elektrische Verbindungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
das Kontaktierelement (102) wenigstens zwei aneinandergrenzende Kammern (120a, 120b) aufweist, die durch die wenigstens eine Wand (1 10) begrenzt sind, wobei jede Kammer (120a, 120b) zwei einander zuweisende Wandflächen (1 12) aufweist,
wobei die Einzeldrähte (300) zwischen den einander zuweisenden Wandflächen (1 12) angeordnet sind,
wobei sich die Wandflächen (1 12) im Wesentlichen entlang von zur
Verpressrichtung (282) senkrechten Ebenen erstrecken,
wobei jede Kammer (120a, 120b) wenigstens einen Steg (1 14) aufweist, der die zwei einander zuweisenden Wandflächen (1 12) miteinander verbindet,
wobei die wenigstens zwei aneinandergrenzenden Kammern (120a, 120b) eine die
Kammern trennende gemeinsame Wand (1 16) aufweisen.
Elektrische Verbindungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
das Kontaktierelement (102) derart gestaltet ist, dass im pressschweißverbundenen Zustand entlang der Verpressrichtung (282) des Kontaktierelements (102) zwischen zwei einander gegenüberliegenden Wandflächen (1 12) der wenigstens einen Wand (1 10) des Kontaktierelements (102) jeweils höchstens zwei Lagen von
Einzeldrähten (300) angeordnet sind.
Elektrische Verbindungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Einzeldrähte (300) entlang der Verpressrichtung (282) des Kontaktierelements (102) zwischen zwei einander gegenüberliegenden Wandflächen (1 12) der wenigstens einen Wand (1 10) wenigstens bereichsweise in genau zwei
übereinander liegenden Lagen in dem Kontaktierelement (102) angeordnet sind.
Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Verbindungsanordnung, umfassend folgende Schritte:
~ Bereitstellen mehrerer Einzeldrähte (300), insbesondere von wenigstens 5 Einzeldrähten (300),
~ Bereitstellen eines elektrisch leitfähigen Kontaktierelements (102) zum Einstecken von Einzeldrähten (300) in einer Einsteckrichtung (280), wobei das
Kontaktierelement (102) wenigstens eine Wand (1 10) aufweist,
~ Einstecken der Einzeldrähte (300) in das Kontaktierelement (102),
~ Zusammenpressen der Anordnung aus Kontaktierelement (102) und
Einzeldrähten (300) in eine erste Position entlang einer Verpressrichtung (282) quer zur Einsteckrichtung,
~ Erhitzen der Anordnung aus Kontaktierelement (102) und Einzeldrähten (300) mittels Durchleitung von elektrischem Strom durch das Kontaktierelement (102), ~ Zusammenpressen der Anordnung aus Kontaktierelement (102) und Einzeldrähten (300) in eine zweite Position, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktierelement (102) derart gestaltet ist, dass nach dem Schritt des
Zusammenpressens in die zweite Position jeder Einzeldraht (300) wenigstens eine Kontaktstelle (340) mit der wenigstens einen Wand (1 10) des Kontaktierelements (102) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass
jeder Einzeldraht (300) an der wenigstens einen Kontaktstelle (340) durch eine stoffschlüssige Verbindung (342) mit der wenigstens einen Wand (1 10) des
Kontaktierelements (102) verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass
das Kontaktierelement (102) derart gestaltet ist, dass nach dem Schritt des
Zusammenpressens in die erste Position jeder Einzeldraht (300) wenigstens eine Kontaktstelle (340) mit der wenigstens einen Wand (1 10) des Kontaktierelements (102) aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Schritt des Zusammenpressens der Anordnung aus Kontaktierelement (102) und Einzeldrähten (300) in die erste Position im Kontaktierelement (102) in der Verpressrichtung (282) zwischen zwei einander gegenüberliegenden Wandflächen (1 12) der wenigstens einen Wand (1 10) des Kontaktierelements (102) jeweils höchstens zwei Lagen von Einzeldrähten (300) angeordnet sind.
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