AT503774A1 - Verfahren zum verbinden von zwei elektrisch leitenden bauteilen miteinander - Google Patents

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Description

18 Jan.2007 10:42 +43 1 587 34 72 DIPL.ING.ATZWANGER #4549 P.003 /015 18 Jan.2007 10:42 +43 1 587 34 72 DIPL.ING.ATZWANGER #4549 P.003 /015 ······ · · · ······· · · ·····«· · ♦ ·· ·· ·· · ···· #··« 2
Die gegenständliche Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden eines ersten elektrisch leitenden Bauteiles in Form eines aus metallischen Drähten bestehenden flexiblen elektrischen Leiters mit einem zweiten elektrisch leitenden metallischen Bauteil, z.B. einer Anschlussklemme oder eines zweiten elektrischen Leiters.
Es besteht das Bestreben, die in einem Kraftfahrzeug befindlichen, von der Batterie zum Starter fahrenden elektrischen Leitungen vorzufertigen, um hierdurch den Man» tageaufwand bei der Verlegung dieser Leitungen weitgehend herabzusetzen. Diese elektrischen Leitungen werden einerseits mit vorgegebenen Längen hergestellt und werden andererseits über ihren Verlauf mit Krümmungen bzw. mit Abwinkelungen ausgebildet, um hierdurch deren Verlegung maßgeblich zu vereinfachen. Um eine derartige Vorkonfektionierung durchführen zu können, müssen diese Leitungen eine entsprechende Steifigkeit aufweisen, welche dadurch erzielt wird, dass der elektrische Leiter als einstückiges metallisches Band oder als einstückiger Draht bzw. stab ausgebildet ist.
Da jedoch derartige elektrische Leitungen auch flexible Bereiche enthalten müssen bzw. da ungeachtet von deren Vorkonfektionierung die Möglichkeit bestehen muss, einen Längenausgleich vorzunehmen, besteht das Erfordernis, diese elektrischen Leitungen mit flexiblen Leitungsstücken auszubilden.
Aufgrund der vergleichsweise geringen Kosten werden derartige Leitungen vorzugsweise aus Aluminium hergestellt.
Aluminium ist aufgrund seines Preis-Leistimgsverbältnisses im Vergleich zu Kupfer auch für Leitungen außerhalb der Automobilindustrie befindliche Anwendungsgebiete von Interesse. Eines dieser Anwendungsgebiete besteht im Bereich der Aufzugssteuertechnik. Dabei werden Flachleitungen verwendet, welche im Aufzugsschacht als Verbindung zwischen einem ortsfesten Schaltschrank und der Aufzugskabine eingesetzt werden. Bei derartigen Leitungen muss die Zugfestigkeit der Leitungen auf die Förderhöhe des Aufzugs abgesdmmt werden. Ab einer bestimmten Förderhöhe müssen gebräuchliche Leitungen durch Tragdemente in Form von Textilschnüren oder Stahlseilen verstärkt werden. Dies trifft insbesondere für solche Leitungen zu, welche aus Aluminium hergestellt sind, da Aluminium eine vergleichsweise geringe Zugfestigkeit aufweist. Aus diesem Grund lat es bekannt, aus Aluminium hergestellte Litzen durch einen aus einer Chrom-Nickellegierung hergestellten Draht zu verstärken. 18/01 '07 DO 10:14 [SE/EH NR 7191]
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Bei jeglichen flexiblen elektrischen Leitungen, welche mit einem zweiten elektrisch leitenden Bauteil, wie mit einer steifen elektrischen Leitung oder mit einer Anschlussklemme ausgebildet sind, besteht das Erfordernis, diese miteinander zu verbinden, wobei an der Verbindungsstelle durch diese Verbindung bedingte Übergangs widerstände weitestgehend vermieden weiden müssen.
Es ist bekannt, steife metallische Bauteile miteinander mittels Widerstandsschweißung zu verbinden. Es ist dies deshalb möglich, da die beiden steifen metallischen Bauteile aneinander dicht zur Anlage gebracht und mittels durch diese hindurchgeführten elektrischen Stromes miteinander durch Schweißung verbunden werden können. Es ist jedoch bisher deshalb nicht möglich, einen aus einer Mehrzahl von metallischen Drähten bestehenden flexiblen elektrischen Leiter mit einem steifen metallischen Bauteil mittels Widerstandsschweißung zu verbinden, da die Drähte des flexiblen elektrischen Leiters an den metallischen Bauteil nicht in der für die Widers tandsschweissung erforderlichen Welse unter Druck zur Anlage gebracht werden können.
Der gegenständlichen Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, durch welches auch ein aus einer Mehrzahl von Drähten bestehender flexibler elektrischer Leiter mit einem zweiten metallischen Bauteil, z.B. einem einstöckigen metallischen Leiter, durch Widerstandsschweißung verbunden werden kann.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erzielt, dass auf das freie Ende des flexiblen elektrischen Leiters eine Hülse aufgesetzt und mit diesem verprasst wird, dass weiters in das freie Ende der Hülse das dem flexiblen elektrischen Leiter zugeordnete Ende des zweiten elektrisch leitenden Bauteiles eingesetzt sowie an den flexiblen elektrischen Leiter zur Anlage gebracht wird und dass durch diese beiden Bauteile elektrischer Strom hindurchgeleitet wird, wodurch deren aneinander liegende Enden miteinander verschmolzen werden, wobei die Hülse aus einem solchen Metall berge-stellt ist, welches gegenüber dem Metall bzw. den Metallen der beiden miteinander zu verbindenden Bauteile einen höheren Schmelzpunkt aufweist.
Vorzugsweise ist der elektrisch leitende, metallische zweite Bauteil durch eine elektrische Leitung mit einem bandförmigen oder stabförmigen bzw. drahtförmigen elektrischen Leiter gebildet, welcher mit einer elektrischen leitenden Litze verbunden wird. Weiters kann der zweite elektrisch leitende Bauteil durch einen Polschuh ge- 18/01 '07 DO 10:14 [SE/EM NR 7191]
18.Jan.2007 10:43 +43 1 587 34 72 #4549 P.OOS /015 DIPL. ING. ATZWANGER ·♦···· · · · · · ······ · · * »··♦··· · · ······· · · ·· ·· ·· · ···· ··«« 4 bildet sein, welcher mit einer elektrisch leitenden Litze verbunden wird. Dabei kann die der Litze zugewandte Stirnfläche des Polschuhs profiliert ausgebildet sein. Zudem kann der flexible elektrische Leiter durch eine Litze aus Aluminium, welche durch einen aus einer Chrom-Nickellegierung bestehenden Draht verstärkt ist, gebildet sein. Dabei können die beiden elektrisch leitenden Bauteile aus Aluminium, aus Kupfer, aus Messing und aus Aluminium und einem Draht aus einer Chrom-Nickellegierung hergestellt sein. Weiters kann die Hülse aus Stahlblech hergestellt sein. Sobald die beiden elektrischen Leiter miteinander verschwcisst worden sind, wird vorzugsweise über die Verbindungsstelle eine Isolierung, insbesondere in Form einer Schrumpffolie, aufgebracht.
Das erflndungsgemäBe Verfahren und eine erfindungsgemäBe elektrische Leitung sind nachstehend anhand von drei in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig l zwei elektrische Bauteile, welche mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens durch Widerstandsschweissung miteinander verbunden werden, in Seitenansicht; die Flg.la, lb und lc jeweils Schnitte nach den Linien Ia. Ib und Ic der Fig. 1; die Fig.2, Fig.2a und Fig.2b die beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Bauteile in drei aufeinanderfolgenden Verfahrensschritten, jeweils in axialem Schnitt; die Fig.3 und 3a die Bauteile eines zweiten Ausführungsbeispiels, bei welchem das erflndungsgemäße Verfahren angewendet wird; und die Fig.4 und 4a die Bauteile eines dritten Ausführungsbeispieles, bei welchem das erfindungsgemäße Verfahren angewendet wird. ln den Fig.l und Fig.la bis lc sind eine elektrische Leitung 1, welche aus einer Vielzahl von metallischen Drähten 11 besteht und welche mit einer Isolierung 12 ausgebildet ist, sowie eine elektrische Leitung 2 mit einem einstückigen metallischen, elektrischen Leiter 21, welcher gleichfalls mit einer Isolierung 22 ausgeblldet ist, dargestellt, welche beiden Leitungen l und 2 miteinander verbunden werden sollen· Hierfür werden diese beiden elektrischen Leitungen 1 und 2 an den einander zugewandten Enden abisoliert. Zur Herstellung der Verbindung ist eine metallische Hülse 3 vorgesehen, deren lichter Querschnitt dem Querschnitt der beiden Leiter 1X und 21, welche miteinander verbunden werden sollen, angenähert gleich ist. 18/01 '07 DO 10:14 [SE/EM NR 7191] 18.Jan.2007 10:43 +43 1 587 34 72 DIPL. ING. ATZWANGER #4549 P.006 /015 • · · · • · · · • · · · • ·
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Wie dies in Fig.2 dargestellt ist, wird in einem eisten Verfahrensschritt das freie Ende des aus einer Vielzahl von Drähten 11 bestehenden flexiblen Leiters 1 in die Hülse 3 über mindestens zwei Drittel der Längs der Hülse 3 in diese hineingeschoben und wird die Hülse 3 mit den Drähten 11 verpresst. In weiterer Folge wird von der anderen Seite her das freie Ende des Leiters 21 in die Hülse 3 so weit eingeschoben, dass die Stirnflächen der beiden Leiter 11 und 21 aneinander unter Druck zur Anlage kommen. Es wird hiezu auf die Darstellung der Fig.2a verwiesen.
Hierauf wird durch die beiden Leiter 11 und 21 elektrischer Strom hindurchgeleitet, wodurch aufgrund des bestehenden Übergangs Widerstandes innerhalb der Hülse 3 so hohe Temperaturen auftreten, dass die freien Enden der Leiter 11 und 2i miteinander verschmolzen werden.
Um diese Wirkungsweise zu ermöglichen, muss die Hülse 3 aus einem Metall hergestellt sein, dessen Schmelzpunkt über dem Schmelzpunkt bzw. den Schmelzpunkten des Metalles bzw. derjenigen Metalle liegt, aus welchen die elektrischen Leiter 11 und 21 hergestellt sind. Nach bevorzugten Ausführungsbeispielen sind die Leiter 11 und 21 aus Aluminium bzw. aus Kupfer hergestellt und Ist die Hülse 3 aus Stahlblech hergestellt· Insoweit als die verwendeten Metalle miteinander verschweisebar sind, können die Leiter 11 und 21 aus unterschiedlichen Metallen hergestellt sein. Sobald die beiden Leiter 11 und 21 miteinander fest verbunden sind, wird die Verbindungsstelle mittels einer über diese aufgeschobenen Schrumpffolie 4 isoliert. Es wird hiezu auf die Darstellung der Flg.2b verwiesen.
Mit diesem Verfahren können somit entsprechend den Erfordernissen bei deren Verwendung elektrische Leitungen hergestellt werden, welche mit steifen Bereichen und dazwischen bzw. anschließend mit flexiblen Bereichen ausgebildet sind. Durch derartige elektrische Leitungen kann somit speziellen Erfordernissen bei der Verlegung von elektrischen Leitungen in Kraftfahrzeugen entsprochen werden.
Maßgeblich dabei ist es, dass mit diesem Verfahren eine aus einer Mehrzahl von Drähten bestehende und somit flexible elektrische Leitung X mit einer steifen Leitung 2 mittels Verschweißung verbunden werden kann. Durch die an der Verbindungsstelle befindliche metallische Hülse 3 wird zudem die Verbindungsstelle dieser elektrischen Leitung gegenüber Beschädigungen durch Abbiegen geschützt. Durch diese Verschweißung wird die erforderliche elektrische und mechanische Verbindung der beiden Leitungen miteinander erzielt. 18/01 '07 DO 10:14 [SE/EM NR 7191] 18.Jan.2007 10:43 +43 1 587 34 72
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Gemäß dem in den Fig.3 und 3a dargestellten zweiten Ausfuhrungsbeispiel wird nach diesem Verfahren eine flexible Leitung ia, deren elektrischer Leiter aus einer Vielzahl von Drähten Ua besteht und welche mit einer Isolierung 12a ausgebildet ist» mit einem Kabelschuh 5 verbunden. Auch dabei wird das abisolierte freie Ende der Leitung la von einer Seite her in eine Hülse 3a eingeschoben, wird von der anderen Seite her ein zylindrischer Teil 51 des Kabelschuhs 5 in die Hülse 3a eingeschoben und werden die Stirnflächen dieser beiden Bauteile la und 5 unter Druck aneinander zur Anlage gebracht Hierauf wird durch diese beiden Bauteile la und 5 elektrischer Strom hindurchgeleitet, wodurch diese so stark erhitzt werden, dass sie miteinander verschmolzen werden.
Es ist dies ein weiteres Anwendungsbeispiel dafür, dass mittels einer auf einen durch eine Mehrzahl von metallischen Drähten gebildeten elektrischen Leiter aufgebrachte Hülse dieser Leiter durch Widerstandsschweißung mit einem anderen elektrisch leitenden Bauteil dauerhaft verbunden werden kann.
Gemäß dem in den Fig.4 und 4a dargestellten dritten Ausführungsbeispiel besteht die elektrische Leitung lb aus einer Mehrzahl von durch eine Isolierung 12b umhüllten Drähten 11b, welche aus Aluminium hergesteüt sind und welche einen mittleren Draht 13 enthält, welcher aus einem gegenüber Aluminium wesentlich zugfesterem Metall, z.B. aus einer ChromnickeUcgierung. besteht. Eine derartige durch einen zusätzliche Draht 13 verstärkte Leitung wird beispielsweise in Aufzugsschächten verwendet.
Auch dabei wird das abisolierte freie Ende der Leitung lb von einer Seite her in eine Hülse 3b eingeschoben, wird von der anderen Seite her ein zylindrischer Teil 51 des Kabelschuhe 5 in die Hülse 3b eingeschoben und werden die Stirnflächen dieser beiden Bauteile la und 5 unter Druck aneinander zur Anlage gebracht. Hierauf wird durch diese beiden Bauteile lb und 5 elektrischer Strom hindurchgeleitet, wodurch diese so stark erhitzt werden, dass sie miteinander verschmolzen werden. Vorzugsweise ist die den Drähten 11a bzw. Hb zugewandte Stirnfläche des Kabelschuhs 5 profiliert ausgebildet. Hierdurch wird die durch die Verschweißung dieser beiden Bauteile erzielte Verbindung im Hinblick auf einen geringen Übergangs widerstand und auf Vergrößerung der Zugfestigkeit optimiert. 18/01 '07 DO 10:14 [SE/EM NR 7191] 18.Jan.2007 10:44 +43 1 587 34 72 DIPL.ING.ATZWANGER #4549 P.008 /015 • · • · ···· ···· 7
Betreffend die Zugfestigkeit wird darauf verwiesen, dass Aluminium eine Zugfestigkeit von etwa 80 N/mm’, Kupfer eine Zugfestigkeit von etwa 250 N/mra* und Chrom-Nickellegierungen eine Zugfestigkeit von etwa 2000 N/rom2 aufweisen.
Somit kann mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens auch eine aus Aluminium hergestellte flexible elektrische Leitung, deren Zugfestigkeit mittels eines zusätzlichen Drahtes wesentlich erhöht ist, mit einer Anschlussklemme mittels Widerstandsschweißung verbunden werden, wodurch einerseits den Erfordernissen auf einen möglichst geringen Übergangswideratand und andererseits auf hohe mechanische Festigkeit in optimaler Weise entsprochen ist 18/01 '07 DO 10:14 [SE/EM NR 7191]

Claims (8)

1 1Θ.Jan.2007 10:44 +43 1 587 34 72 1 #4549 P.009 /015 DIPL.ING.ATZWANGER • · • • • · • • · • · • · • · • · • • • • · • • « · • • • • · • • • · • • • ·· ·· ·· • • M« ···· Patentansprüche 1. Verfahren zum Verbinden eines ersten elektrisch leitenden Bauteiles in Form eines aus metallischen Drähten (l 1) bestehenden flexiblen elektrischen Leiters (1) mit einem zweiten elektrisch leitenden, metallischen Bauteil, z.B. einem metallischen Leiter (21) in Form eines Bandes, eines Stabes oder eines Drahtes, dadurch gekennzeichnet, dass auf das freie Ende des flexiblen elektrischen Leiters (1) eine Hülse (3) aufgesetzt und mit diesem vcrpresst wird, dass weiters ln das freie Ende der Hülse [31 das dem elektrischen Leiter (1) zugeordnete Ende des zweiten elektrisch leitenden Bauteiles (2) eingesetzt sowie an den flexiblen elektrischen Leiter (1) zur Anlage gebracht wird und dass durch diese beiden Bauteile (1, 2) elektrischer Strom hindurch geleitet wird, wodurch deren aneinander liegende Enden miteinander verschmolzen werden, wobei die Hülse (3) aus einem solchen Metall hergestellt ist, welches gegenüber dem Metall bzw. den Metallen der beiden miteinander zu verbindenden Bauteile (1,2) einen höheren Schmelzpunkt auf weist.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch leitende, metallische zweite Bauteil (2) durch eine elektrische Leitung mit einem bandförmigen oder stabförmigen bzw. drahtförmigen elektrischen Leiter (21) gebildet ist, welcher mit einer elektrischen leitenden Litze (1) verbunden wird.
3. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite elektrisch leitende Bauteil durch einen Polschuh (5) gebildet Ist, welche mit einer elektrisch leitenden Litze (la) verbunden wird.
4. Verfahren nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die der Litze (la) zugewandte Stirnfläche des Polschuhs (5) proOUert ausgebildet ist,
5. Verfahren nach einem der Patentansprüche 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Litze (lla. 11b) durch einen aus einer Chrom-Nickellegierung hergestellten Draht (13) verstärkt ist.
6. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden elektrisch leitenden Bauteile (1, la, 2) aus Aluminium, aus Kupfer oder aus Messing bzw. aus Aluminium und einem Draht aus einer Chrom- 18/01 '07 DO 10:14 [SE/EM NR 7191] Jan.2007 10:44 +43 1 587 34 72 #4549 P.010 /015 DIPL.ING.ATZWANGER
• · · · ·· ·· 9 • > • · • · Nickellegierung hergestellt sind und dass die Hülse (3. 3a) aus Stahlblech berge-stellt ist
7. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Ober die Verbindungsstelle eine Isolierung, insbesondere in Form einer Schrumpffolie (4), aufgebracht wird.
8. Elektrische Leitung, insbesondere Batterieleitung für Kraftfahrzeuge, welche mit mindestens einem steifen Bereich und mit mindestens einem flexiblen Bereich ausgebildet ist, wobei die aneinanderUegenden Enden der metallischen Leiter [11, 11a, 21a) dieser Bereiche unter Verwendung einer die Verbindungsetelle umgebenden metallischen Hülse [3, 3a) durch Widerstandsschweißung miteinander verbunden sind.
18.01.2007 18/01 '07 DO 10:14 [SE/EM NR 71911
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