DE102016124601B3

DE102016124601B3 - Verbindung eines elektrischen Flachleiters mit elektrischen Litzenleitern

Info

Publication number: DE102016124601B3
Application number: DE102016124601.8A
Authority: DE
Inventors: Corinna Busen; Oliver Scharkowski
Original assignee: Auto Kabel Management GmbH
Current assignee: Auto Kabel Management GmbH
Priority date: 2016-12-16
Filing date: 2016-12-16
Publication date: 2018-03-01
Anticipated expiration: 2036-12-17

Abstract

Verbindung eines aus einem ersten Metallwerkstoff gebildeten elektrischen Flachleiters mit zumindest einem aus einem von dem ersten Metallwerkstoff verschiedenen zweiten Metallwerkstoff gebildeten elektrischen Litzenleiter, wobei der Flachleiter eine aus dem zweiten Metallwerkstoff gebildete und zumindest teilweise auf dem Flachleiter angeordnete Beschichtung aufweist, wobei der zumindest eine Litzenleiter unmittelbar über die Beschichtung durch ein Ultraschallschweißverfahren stoffschlüssig mit dem Flachleiter verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbindung eines elektrischen Flachleiters mit zumindest einem elektrischen Litzenleiter sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung eines elektrischen Flachleiters mit zumindest einem elektrischen Litzenleiter.
Im Kraftfahrzeugbereich werden heute aus Gründen der Gewichtsreduktion vorzugsweise Aluminiumflachleiter zur Stromübertragung eingesetzt. Der Anschluss der Verbraucher erfolgt jedoch in der Regel über flexible Kupferleiter, vorzugsweise Kupferlitzenleiter, die gegenüber flexiblen Aluminiumleitern insbesondere den Vorteil einer höheren Vibrationsfestigkeit aufweisen.
Im Hinblick auf die notwendige Verbindung zwischen den Aluminium- und Kupferleitern ergibt sich dabei jedoch vor allem in feuchten Umgebungen das Problem von Kontaktkorrosion im Kontaktbereich der sortenunreinen Verbindungen, da die Bildung von Korrosion an der Grenzfläche zweier unterschiedlicher Metalle bzw. Metallverbindungen begünstigt ist. Besonders bei sortenunreinen Verbindungen zweier Metalle bzw. Metallverbindungen, bei denen sich die Verbindungspartner bezüglich ihrer Redoxpotentiale stark unterscheiden, wird die Korrosion des unedleren der beiden Metalle bzw. Metallverbindungen gefördert.
Zur Vermeidung von Kontaktkorrosion könnten zwar bekannte mit Kupfer beschichtete Aluminiumlitzenleiter eingesetzt werden, mittels derer eine werkstoffreine Kontaktierung von flexiblen Kupferleitern möglich wäre, die Aluminiumlitzenleiter weisen hierbei jedoch unter anderem den Nachteil eines vergleichsweise hohen Bauraumbedarfs auf und eigenen sich daher nur bedingt zur Übertragung hoher Ströme.
Da es im Kraftfahrzeug zudem auch Bereiche gibt, an denen nahezu keine Vibrationsbelastung herrscht, wie beispielsweise den Kofferraum, wäre es aus Gründen der Gewichtsreduktion ferner vorteilhaft, in diesen Bereichen anstatt flexiblen Kupferleitern flexible Aluminiumleiter einzusetzen.
Aus der DE 10 2014 004 433 A1 ist eine Verbindung eines aus Aluminium gebildeten elektrischen Flachleiters mit einem aus Kupfer gebildeten Litzenleiter bekannt, die durch ein Schweißverfahren miteinander verbunden sind.
Aus diesem Grund lag dem Gegenstand die Aufgabe zugrunde, eine Verbindung eines elektrischen Flachleiters mit aus verschiedenen Werkstoffen gebildeten elektrischen Litzenleitern zu ermöglichen, die trotz des unterschiedlichen Materials der Litzenleiter langlebige und zuverlässige, insbesondere korrosionsbeständige Verbindungen zwischen dem Flachleiter und den Litzenleitern gewährleistet.
Diese Aufgabe wird gegenständlich durch eine Verbindung eines elektrischen Flachleiters mit zumindest einem elektrischen Litzenleiter nach Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung eines elektrischen Flachleiters mit zumindest einem elektrischen Litzenleiter nach Anspruch 10 gelöst.
Es ist erkannt worden, dass ein aus einem ersten Metallwerkstoff gebildeter elektrischer Flachleiter mit zumindest einem aus einem von dem ersten verschiedenen zweiten Metallwerkstoff gebildeten elektrischen Litzenleiter stoffschlüssig verbunden werden kann, ohne dass die Gefahr von Kontaktkorrosion besteht, indem der Flachleiter eine aus dem zweiten Metallwerkstoff gebildete und zumindest teilweise auf dem Flachleiter angeordnete Beschichtung aufweist und der zumindest eine Litzenleiter unmittelbar über die Beschichtung stoffschlüssig mit dem Flachleiter verbunden ist, so dass zwischen Litzenleiter und Flachleiter eine werkstoffreine Verbindung gebildet ist.
Als „werkstoffrein” können im Rahmen dieser Anmeldung dabei sowohl Kombinationen derselben Metalle, als auch Kombinationen eines Metalls mit einer Legierung des entsprechenden Metalls verstanden werden. Entsprechend kann eine Kombination zwischen Reinstkupfer und einer Kupferlegierung im Rahmen dieser Anmeldung ebenfalls als werkstoffreine Verbindung verstanden werden.
Beispielsweise können im Rahmen dieser Anmeldung von dem Begriff Kupferwerkstoff sowohl Reinstkupfer, als auch jegliche möglichen Kupferlegierungen, wie Bronze, Messing, Rotguss, Kupfer-Aluminium Legierungen und dergleichen umfasst sein. Es hat sich gezeigt, dass eine sehr effiziente unaufwendige und kostengünstige Methode zur Herstellung einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen Litzenleitern und Flachleitern mit Hilfe eines Ultraschallschweißverfahrens erfolgen kann, weshalb gegenständlich vorgesehen ist, dass die Verbindung zwischen einem Flachleiter und zumindest einem Litzenleiter ultraschallverschweißt ist.
In einer alternativen Ausgestaltung kann die Herstellung einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem Flachleiter und zumindest einem Litzenleiter auch mittels anderer, insbesondere mittels anderer Schweiß- oder Lötverfahren erfolgen.
Da die gegenständliche Verbindung eines elektrischen Flachleiters mit zumindest einem elektrischen Litzenleiter vorzugsweise in automotiven Anwendungen, insbesondere in Verbindung mit einer Batterieleitung eines Kraftfahrzeugs zum Einsatz kommt, wird vorgeschlagen, dass der Flachleiter vorzugsweise aus einem Vollmaterial gebildet ist und eine Stromtragfähigkeit von zumindest 10 A, vorzugsweise von zumindest 50 A, insbesondere von zumindest 100 A aufweist.
Bei dem zur Verbindung mit dem elektrischen Flachleiter verwendeten, zumindest einen elektrischen Litzenleiter handelt es sich vorzugsweise um einen Bündellitzenleiter, insbesondere um einen semikonzentrischen oder konzentrischen Litzenleiter. In einer alternativen Ausführungsform kann der zumindest eine Litzenleiter auch als Flechtdraht gebildet sein.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel, bei dem der zumindest eine elektrische Litzenleiter als konzentrischer Litzenleiter gebildet ist, wird vorgeschlagen, dass der Litzenleiter aus mindestens 7 Drähten, vorzugsweise aus mindestens 19 Drähten, besonders bevorzugt aus mindestens 37 Drähten gebildet ist.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel, bei dem der zumindest eine elektrische Litzenleiter als semikonzentrischer Litzenleiter gebildet ist, wird vorgeschlagen, dass der Litzenleiter aus mindestens 12 Drähten, vorzugsweise aus mindestens 16 Drähten, besonders bevorzugt aus mindestens 24 Drähten gebildet ist.
Der die gegenständliche Verbindung umfassende elektrische Flachleiter ist vorzugsweise aus einem anderen Material gebildet, als der zumindest eine elektrische Litzenleiter. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der elektrische Flachleiter aus einem Nichteisenmetallwerkstoff gebildet, insbesondere aus einem Aluminiumwerkstoff, wohingegen der zumindest eine Litzenleiter vorzugsweise auch aus einem Nichteisenmetallwerkstoff, insbesondere einem Kupferwerkstoff gebildet ist.
Alternativ zu einer Ausführungsform, in der der elektrische Flachleiter aus einem Aluminiumwerkstoff und der elektrische Litzenleiter aus einem Kupferwerkstoff gebildet ist, kann der Flachleiter gemäß einer weiteren Ausführung auch aus einem Kupferwerkstoff und der Litzenleiter aus einem Aluminiumwerkstoff gebildet sein.
Zur Vermeidung von Kontaktkorrosion bei der Verbindung zweier unterschiedlicher Werkstoffe wird gegenständlich vorgeschlagen, dass die stoffschlüssige Verbindung zwischen dem zumindest einen elektrischen Litzeneiter und dem elektrischen Flachleiter in Form einer werkstoffreinen Verbindung gebildet wird. Um auch bei aus unterschiedlichen Werkstoffen gebildeten Verbindungspartnern werkstoffreine Verbindungen zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, dass der Flachleiter aus einem ersten Metallwerkstoff gebildet ist und eine aus einem von dem ersten Metallwerkstoff verschiedenen zweiten Metallwerkstoff gebildete zumindest teilweise auf dem Flachteil angeordnete Beschichtung aufweist.
Dadurch kann der zumindest eine elektrische Litzenleiter gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der gegenständlichen Verbindung unmittelbar über die zumindest teilweise auf dem elektrischen Flachleiter angeordnete Beschichtung stoffschlüssig und werkstoffrein mit dem Flachleiter verbunden sein, wenn der Litzenleiter und die Beschichtung aus ähnlichen, insbesondere aus denselben Werkstoffen gebildet sind.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der gegenständlichen Verbindung wird vorgeschlagen, dass neben dem zumindest einen aus einem von dem ersten verschiedenen zweiten Metallwerkstoff gebildeten elektrischen Litzenleiter, zumindest ein weiterer elektrischer Litzenleiter durch ein Ultraschallschweißverfahren stoffschlüssig mit dem elektrischen Flachleiter verbunden ist, wobei zumindest der erste Litzenleiter unmittelbar über die zumindest teilweise auf dem Flachleiter angeordnete Beschichtung stoffschlüssig mit dem Flachleiter verbunden ist.
Die zumindest teilweise auf dem elektrischen Flachleiter angeordnete Beschichtung kann vorzugsweise über ein Kaschierverfahren erfolgen. Alternativ können auch Reibbeschichtungsverfahren, galvanische Beschichtungsverfahren, Pulverbeschichtungsverfahren, Tauchbeschichtungsverfahren, Lackierverfahren oder dergleichen zur Beschichtung des Flachleiters genutzt werden.
Die aus dem zweiten Metallwerkstoff gebildete Beschichtung kann dabei derart auf den Flachleiter aufgetragen werden, dass die Beschichtung den elektrischen Flachleiter im Wesentlichen vollständig umgibt. Im Falle der Verwendung eines Kaschierverfahrens kann der Flachleiter beispielsweise als Bandware von einem Coil abgewickelt und vollständig kupferkaschiert werden. Eine im Wesentlichen vollständige Beschichtung kann hierbei bedeuten, dass der Flachleiter an jeder Oberfläche eine vollständige Beschichtung aufweist, so wie sie beispielsweise mit Hilfe eines Tauchbeschichtungsverfahrens oder eines Lackierverfahrens in einfacher Weise aufgetragen werden kann. Eine im Wesentlichen vollständige Beschichtung kann jedoch auch – insbesondere bei der Verwendung eines Kaschierverfahrens – bedeuten, dass nur die oberen und unteren, parallel zur Längsachse eines Flachleiters verlaufenden Flächen beschichtet werden. In diesem Fall können die bei dem Kaschierverfahren nicht beschichteten Oberflächen zur Vermeidung von Kontaktkorrosion zusätzlich mit einem Lack bzw. einer Nickel- oder Zinnbeschichtung versehen werden.
Eine im Wesentlichen vollständige Beschichtung eines aus einem ersten Metallwerkstoff gebildeten Flachleiters, welche aus einem von dem ersten Metallwerkstoff verschiedenen zweiten Metallwerkstoff gebildet ist, bietet sich insbesondere an, wenn ein aus einem ersten Metallwerkstoff gebildeter elektrischer Flachleiter örtlich besonders flexibel mit zumindest einem aus einem von dem ersten Metallwerkstoff verschiedenen zweiten Metallwerkstoff gebildeten elektrischen Litzenleiter verbunden werden soll.
Gemäß einer ersten Ausgestaltung der gegenständlichen Verbindung, in dem die Beschichtung den elektrischen Flachleiter im Wesentlichen vollständig umgibt, kann der elektrische Flachleiter aus einem Aluminiumwerkstoff gebildet – und stoffschlüssig und werkstoffrein mit zwei aus einem Kupferwerkstoff gebildeten Litzenleitern verbunden sein. In diesem Fall können die aus einem Kupferwerkstoff gebildeten Litzenleiter auf derselben oder auf gegenüberliegenden Oberflächen des Flachleiters angeordnet und über die Beschichtung stoffschlüssig und werkstoffrein mit dem Flachleiter verbunden sein.
Es versteht sich, dass der elektrische Flachleiter gemäß der ersten Ausgestaltung der gegenständlichen Verbindung, in dem die Beschichtung den elektrischen Flachleiter im Wesentlichen vollständig umgibt, ebenso aus einem Kupferwerkstoff gebildet- und stoffschlüssig und werkstoffrein mit zwei aus einem Aluminiumwerkstoff gebildeten Litzenleitern verbunden sein kann, wobei die Litzenleiter in diesem Fall über die dann vorteilhafterweise ebenfalls aus einem Aluminiumwerkstoff gebildete, auf dem Flachleiter angeordnete Beschichtung mit dem Flachleiter verbunden sein können.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass die aus dem zweiten Metallwerkstoff gebildete Beschichtung nur auf einer Fläche des elektrischen Flachleiters angeordnet ist und die der beschichteten Fläche gegenüberliegende Fläche des Flachleiters im Wesentlichen frei von der Beschichtung ist, wobei die Seitenflächen des Flachleiters vorzugsweise eine zusätzliche Beschichtung, insbesondere eine Zinnbeschichtung aufweisen.
Dadurch kann auch ein aus einem ersten Metallwerkstoff gebildeter elektrischer Flachleiter mit zumindest zwei aus unterschiedlichen Metallwerkstoffen gebildeten elektrischen Litzenleitern werkstoffrein verbinden werden. Die zusätzliche Beschichtung, die auch in Form einer Lack- oder Nickelbeschichtung gebildet sein kann, dient insbesondere der Vermeidung von Kontaktkorrosion in den sortenunreinen Kontaktbereichen.
Gemäß der Ausführungsform der gegenständlichen Verbindung, in dem die Beschichtung nur auf einer Fläche des elektrischen Flachleiters angeordnet ist, kann der Flachleiter aus einem Aluminiumwerkstoff gebildet – und stoffschlüssig und werkstoffrein mit einem aus einem Kupferwerkstoff sowie einem aus einem Aluminiumwerkstoff gebildeten Litzenleiter verbunden sein. In diesem Fall kann der aus einem Kupferwerkstoff gebildete Litzenleiter über die auf einer ersten Oberfläche des Flachleiters angeordnete ebenfalls aus einem Kupferwerkstoff gebildete Beschichtung mit dem Flachleiter verbunden sein, wohingegen der aus einem Aluminiumwerkstoffgebildete Litzenleiter über die, der ersten Oberfläche gegenüber liegende unbeschichtete Oberfläche des Flachleiters direkt mit dem Flachleiter verbunden sein kann.
Vorliegend ist klar, dass der elektrische Flachleiter gemäß der weiteren Ausgestaltung der gegenständlichen Verbindung, in dem die Beschichtung nur auf einer Fläche des elektrischen Flachleiters angeordnet ist, ebenso aus einem Kupferwerkstoff gebildet- und stoffschlüssig und werkstoffrein mit einem aus einem Kupferwerkstoff sowie einem aus einem Aluminiumwerkstoff gebildeten Litzenleiter verbunden sein kann, wobei der aus einem Aluminiumwerkstoff gebildete Litzenleiter in diesem Fall vorzugsweise über die auf einer ersten Oberfläche des Flachleiters angeordnete ebenfalls aus einem Aluminiumwerkstoff gebildete Beschichtung mit dem Flachleiter verbunden sein kann, wohingegen der aus einem Kupferwerkstoff gebildete Litzenleiter vorzugsweise über die, der ersten Oberfläche gegenüber liegende unbeschichtete Oberfläche des Flachleiters direkt mit dem Flachleiter verbunden sein kann.
Um den Flachleiter entsprechend nach außen elektrisch zu isolieren, wird gegenständlich vorgeschlagen, dass der elektrische Flachleiter eine um den Flachleiter herum angeordnete, den Flachleiter nach außen abgrenzende Isolation aufweist, wobei der Flachleiter mit Ausnahme der Schnittstellen vorzugsweise im Wesentlichen vollständig von der Isolation umgeben ist.
Für eine einfache Verlegbarkeit des Flachleiters in einem Kraftfahrzeug ist es vorteilhaft, wenn dieser möglichst biegsam und flexibel gebildet ist. Gegenständlich wird deshalb vorgeschlagen, dass die den Flachleiter umgebende und nach außen abgrenzende Isolation aus einem flexiblen, biegefesten Isoliermaterial gebildet ist, wobei dessen Biegefestigkeit nach DIN EN ISO 178 mindestens 20 MPa, bevorzugt mehr als 40 MPa, besonders bevorzugt mehr als 60 MPa beträgt.
Da besonders bei Flachleitern, die einen hohen Strom übertragen schnell hohe Temperaturen entstehen, ist es darüber hinaus erforderlich, die verwendeten Isoliermaterialien zumindest dort für entsprechend hohe Temperaturen auszulegen. Es wird deshalb vorgeschlagen, dass die den Flachleiter umgebende Isolation aus einem temperaturstabilen Isoliermaterial gebildet ist, wobei sich dessen zulässiger Temperaturbereich von –10°C bis +80°C, bevorzugt von –20°C bis +120°C, besonders bevorzugt von unter –20°C bis über 120°C erstreckt.
Eine grundsätzlich notwendige Voraussetzung für ein geeignetes Isoliermaterial ist dessen je nach Anforderungsbereich geringe spezifische elektrische Leitfähigkeit.
Hierzu wird vorgeschlagen, dass die den Flachleiter umgebende Isolation aus einem nichtleitenden Isoliermaterial gebildet ist, wobei dessen spezifische elektrische Leitfähigkeit zumindest weniger als 10^–5 S·cm^–1, bevorzugt weniger als 10^–10 S·cm^–1, besonders bevorzugt weniger als 10^–15 S·cm^–1 beträgt.
Ein geeignetes Isoliermaterial kann dabei aus einem Kunststoff gebildet sein. Der Kunststoff kann bevorzugt ein Elastomer, besonders bevorzugt ein thermoplastischer Kunststoff sein. Der thermoplastische Kunststoff kann ein thermoplastischer Standardkunststoff, bevorzugt ein thermoplastischer Konstruktionskunststoff, insbesondere ein thermoplastischer Hochleistungskunststoff sein.
Um einerseits eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem elektrischen Flachleiter und zumindest einem elektrischen Litzenleiter sowie andererseits auch eine effiziente elektrische Isolation der gegenständlichen Verbindung zu gewährleisten, wird gegenständlich vorgeschlagen, dass der elektrische Flachleiter vorzugsweise in zumindest einem Anschlussbereich von der Isolation freigelegt ist, wobei der Flachleiter insbesondere unmittelbar an dem zumindest einen von der Isolation freigelegten Anschlussbereich stoffschlüssig mit zumindest einem elektrischen Litzenleiter verbunden ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft der Gegenstand ein Verfahren nach Anspruch 9.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des gegenständlichen Verfahrens, bei dem zumindest ein aus einem zweiten Werkstoff gebildeter elektrischer Litzenleiter durch ein Ultraschallschweißverfahren stoffschlüssig mit einem aus einem von dem zweiten Werkstoff verschiedenen ersten Werkstoff gebildeten elektrischen Flachleiter verbunden wird, wird vorgeschlagen, dass der zumindest eine elektrische Litzenleiter unmittelbar über die ebenfalls aus einem zweiten Werkstoff gebildete zumindest teilweise auf dem elektrischen Flachleiter angeordnete Beschichtung stoffschlüssig mit dem Flachleiter verbunden wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführung des gegenständlichen Verfahrens wird vorgeschlagen, dass neben dem zumindest einen aus einem von dem ersten Metallwerkstoff verschiedenen zweiten Metallwerkstoff gebildeten elektrischen Litzenleiter, zumindest ein weiterer Litzenleiter durch ein Ultraschallschweißverfahren stoffschlüssig mit dem elektrischen Flachleiter verbunden wird, wobei vorzugsweise zumindest der erste Litzenleiter unmittelbar über die zumindest teilweise auf dem Flachleiter angeordnete Beschichtung stoffschlüssig mit dem Flachleiter verbunden wird.
Vorteilhafterweise kann die aus dem zweiten Metallwerkstoff gebildete Beschichtung in diesem Fall nur auf einer Fläche des elektrischen Flachleiters angeordnet werden und die der beschichteten Fläche gegenüberliegende Fläche des Flachleiters im Wesentlichen frei von der Beschichtung bleiben.
Zur Vermeidung von Kontaktkorrosion sollten die Seitenflächen des Flachleiters dann jedoch vorzugsweise eine zusätzliche Beschichtung, insbesondere eine Zinnbeschichtung aufweisen.
In einer vorteilhaften Ausführung des gegenständlichen Verfahrens, die es erlaubt aus unterschiedlichen Werkstoffen gebildete elektrische Litzenleiter stoffschlüssig und werkstoffrein mit einem elektrischen Flachleiter zu verbinden werden die stoffschlüssigen Verbindungen vorzugsweise auf jeweils gegenüberliegenden Flächen des Flachleiters angeordnet und als unterschiedliche werkstoffreine Verbindungen gebildet.
Beispielsweise kann mittels einer entsprechenden Ausführung des gegenständlichen Verfahrens auf einer insbesondere mit einem Kupferwerkstoff beschichteten Fläche eines aus einem Aluminiumwerkstoff gebildeten elektrischen Flachleiters eine stoffschlüssige werkstoffreine Verbindung zwischen dem Flachleiter und einem aus einem Kupferwerkstoff gebildeten elektrischen Litzenleiter gebildet werden, wohingegen auf einer anderen vorzugsweise der gegenüberliegenden Fläche des Flachleiters eine stoffschlüssige werkstoffreine Verbindung zwischen dem Flachleiter und einem aus einem Aluminiumwerkstoff gebildeten Litzenleiter gebildet werden kann.
Zur Bereitstellung von Flachleitern gewünschter Länge können gemäß einer weiteren Ausführungsform des gegenständlichen Verfahrens zunächst entsprechende Flachleiter gewünschter Länge, vorzugsweise durch einen im Wesentlichen rechtwinklig zur Achse des Flachleiters erfolgenden Schnitt abgelängt werden.
Hierbei kann der Flachleiter vorzugsweise von einem Coil abgewickelt und als Bandware bereitgestellt werden. Vorzugsweise kann das Band mit den vorgefertigten Flachleitern dabei über ein Transportband transportiert werden, so dass der Flachleiter nur noch an der gewünschten Stelle vom Band abgetrennt werden muss.
Alternativ zu einem durch Schneiden erfolgenden Ablängvorgang, kann das Ablängen auch durch Sägen erfolgen. Insbesondere, wenn das Ablängen des Flachleiters durch Sägen erfolgt, wird vorgeschlagen die Schnittstellen des elektrischen Flachleiters nach dem Ablängen nachzubearbeiten, insbesondere zu überschleifen.
Um die Schnittstellen des Flachleiters nach dem Ablängen entsprechend elektrisch zu isolieren können die Schnittstellen des Flachleiters mit Hilfe von Schrumpfendkappen isoliert werden.
Vorzugsweise sind die Schrumpfendkappen hierbei ebenfalls aus einem gut isolierenden Material gebildet, vorzugsweise aus einem Kunststoff, der insbesondere aus demselben Material gebildet ist, wie die vorzugsweise um den Flachleiter herum angeordnete Isolation.
Vor der Herstellung einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen einem Flachleiter und zumindest einem Litzenleiter wird ferner vorgeschlagen, die um den Flachleiter herum angeordnete Isolation in zumindest einem Anschlussbereich zu entfernen.
Um die Isolation des Flachleiters in den Anschlussbereichen auf einfache und gleichzeitig prozesstechnisch präzise Weise zu entfernen, wird daher vorgeschlagen, dass zur Entfernung der Isolation eine Strahlungsquelle verwendet wird, insbesondere eine Laserstrahlungsquelle.
Mit Hilfe einer Laserstrahlungsquelle kann die Isolation in den Anschlussbereichen mit Laserstrahlung hoher Energiedichte bestrahlt werden, um Partikel der Isolation zu verdampften und ausgewählte Bereiche der Beschichtung bzw. des Flachteils freizulegen. Über entsprechende optische Bauelemente sind sowohl die Energiedichte der Strahlung, als auch der zu bestrahlende Bereich sehr präzise einstellbar, wodurch auch eine äußerst präzise Auswahl der zu entfernenden Fläche und Schichtdicke erfolgen kann.
Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird die Isolation in den Anschlussbereichen im Wesentlichen rückstandsfrei entfernt. „Im Wesentlichen rückstandsfrei” bedeutet hier vorzugsweise, dass in dem Anschlussbereich, insbesondere auf der Oberfläche des Anschlussbereichs, wenigstens 95%, bevorzugt wenigstens 98%, weiter bevorzugt wenigstens 99% der Isolation entfernt werden. Damit kann eine besonders reine Oberfläche des Anschlussbereichs zum Anschließen eines Leiters oder Kabels, beispielsweise durch Schweißen, insbesondere Ultraschallschweißen, bereitgestellt werden. Insbesondere kann die Entfernung derart sein, dass die Beschichtung im Anschlussbereich keine geschlossene Fläche bzw. Abdeckung des Anschlussbereichs mehr darstellt.
Dabei kann das Strahlverfahren neben dem Entfernen der Isolation auch dem Reinigen und Glätten der Oberfläche des Anschlussbereichs dienen. Im Vergleich zu Maskierverfahren besteht hier der Vorteil, dass nach dem Entfernen der Isolation keine verfahrensbedingten Verunreinigungen, wie z. B. Klebstoffrückstände oder Bandreste im Anschlussbereich anhaften.
Nach einer Weiterbildung des gegenständlichen Verfahrens kann durch die Strahlungsquelle nicht nur die Isolation entfernt werden, sondern auch die Rauheit der Oberfläche des freigelegten Anschlussbereichs durch eine Oberflächenbearbeitung mit der Strahlquelle eingestellt werden, um die Stabilität einer später auf der Kontaktfläche ausgebildeten stoffschlüssigen Verbindung weiter zu verbessern. Dabei kann die Oberfläche des freigelegten Anschlussbereichs nach der Oberflächenbearbeitung insbesondere einen nach EN ISO 25178 bestimmten arithmetischen Mittenrauwert Ra von weniger als 15 pm, bevorzugt weniger als 10 pm, weiter bevorzugt weniger als 5 pm aufweisen.
Die Oberflächenbearbeitung kann dabei unmittelbar nach dem Schichtabtrag erfolgen. Beispielweise kann der Strahl nach dem im Wesentlichen rückstandsfreien Entfernen der Isolation für eine vorgegebene Zeitdauer von beispielsweise wenigstens 2 s, bevorzugt wenigstens 1 s, weiter bevorzugt wenigstens 0,5 s auf die Oberfläche des freigelegten Anschlussbereichs einwirken, um die geforderte Rauheit einzustellen.
Alternativ zur Entfernung ausgewählter Bereiche der Isolation mittels Laserstrahlung können auch andere Verfahren zur Entfernung der Isolation verwendet werden, insbesondere Verfahren der physikalischen Gasphasenabscheidung wie thermisches Verdampfen, Elektronenstrahlverdampfen, Lichtbogenverdampfen, Sputtern oder dergleichen.
Nachfolgend wird der Gegenstand anhand einer Ausführungsbeispiele zeigenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1 eine Verbindung zweier elektrischer Litzenleiter mit einem elektrischen Flachleiter in einer Draufsicht gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
2 eine Schnittansicht der Verbindung zweier elektrischer Litzenleiter mit einem elektrischen Flachleiter gemäß 1;
3 eine Verbindung zweier elektrischer Litzenleiter mit einem elektrischen Flachleiter in einer Draufsicht gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
4 eine Schnittansicht der Verbindung zweier elektrischer Litzenleiter mit einem elektrischen Flachleiter gemäß 3;
5a–d ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zweier elektrischer Litzenleiter mit einem elektrischen Flachleiter gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
6a–f ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zweier elektrischer Litzenleiter mit einem elektrischen Flachleiter gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
Nach Möglichkeit wurden in den Figuren der Zeichnung für gleiche Elemente die gleichen Bezugszeichen verwendet.
1 zeigt eine Verbindung 2 zweier elektrischer Litzenleiter 10 mit einem elektrischen Flachleiter 4 in einer Draufsicht. Der Flachleiter 4 kann dabei vorteilhafterweise als Bandware bereitgestellt werden und vor der Herstellung einer Verbindung mit den Litzenleitern 10 entsprechend abgelängt werden. Zur Isolation der durch das Ablängen gebildeten Schnittkanten wird der Flachleiter 4 an beiden Enden mit Schrumpfendkappen 8 versehen, die aus einem Isolationsmaterial, vorzugsweise einem Kunststoff gebildet sind. Der Flachleiter 4 ist zudem im Wesentlichen vollständig von einer Isolation 18 umgeben, die nur an den Schnittkanten des Flachleiters 4 sowie an den Anschlussbereichen 6 unterbrochen ist.
Die Isolation 18 kann vorzugsweise ebenfalls aus einem Kunststoff, insbesondere aus demselben Material gebildet sein, aus dem auch die Schrumpfendkappen 8 gebildet sind. In den von der Isolation 18 freigelegten Anschlussbereichen 6 ist der elektrische Flachleiter 4 jeweils mit einem elektrischen Litzenleiter 10 stoffschlüssig verbunden, vorzugsweise ultraschallverschweißt. Die Litzenleiter 10 sind gemäß dem Ausführungsbeispiel aus 1 beide aus einem Kupferwerkstoff gebildet und zur Ausbildung einer stoffschlüssigen Verbindung mit dem Flachleiter 4 an ihrem stirnseitigen Ende von der Leiterisolierung 12 befreit.
Der genaue Aufbau des Flachleiters 4 ist erst aus 2 zu erkennen, welche eine Schnittansicht der Verbindung zweier elektrischer Litzenleiter 10 mit einem elektrischen Flachleiter 4 entlang der Linie II-II gemäß 1 zeigt. Aus 2 ist erkennbar, dass der Flachleiter 4 aus einem Kern 14 gebildet ist, der gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem Aluminiumwerkstoff gebildet ist. Der Kern 14 ist im Wesentlichen vollständig von einer Beschichtung 16 umgeben, die gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem Kupferwerkstoff gebildet ist. Die Beschichtung 16 kann mit Hilfe eines beliebigen Verfahrens, insbesondere mittels eines Kaschierverfahrens auf den Kern 14 aufgetragen werden. Auf der Beschichtung 16 ist ferner die Isolation 18 angeordnet, die lediglich im Bereich der Schnittkanten des Flachleiters 4 sowie in den Anschlussbereichen 6 unterbrochen ist. An den Schnittkanten sind schließlich – wie bereits in der Ausführung betreffend 1 beschrieben – zur elektrischen Isolation Schrumpfendkappen 8 angeordnet. Wie aus 2 erkennbar, liegt an den von der Isolation 18 freigelegten Anschlussbereichen 6 eine werkstoffreine Verbindung des Flachleiters 4 und der Litzenleiter 10 vor.
3 zeigt eine Verbindung 2 zweier elektrischer Litzenleiter 10, 10' mit einem elektrischen Flachleiter 4 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel in einer Draufsicht. Im Gegensatz zu dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die beiden Litzenleiter 10, 10' nicht auf derselben, sondern auf jeweils gegenüber liegenden Flächen des Flachleiters 4 angeordnet. Die von der Isolation 18 freigelegten Bereiche 6, 6' befinden sich entsprechend auch auf gegenüber liegenden Flächen des Flachleiters 4.
Aus 4, welche eine Schnittansicht der Verbindung zweier elektrischer Litzenleiter 10, 10' mit einem elektrischen Flachleiter 4 entlang der Linie IV-IV gemäß 3 zeigt, ist zu erkennen, dass die Beschichtung 16 im Gegensatz zu dem ersten Ausführungsbeispiel nur auf einer Oberfläche des Kerns 14 angeordnet ist. Über diese aus einem Kupferwerkstoff gebildete, an der Oberfläche des Kerns 14 angeordnete Beschichtung 16 ist der ebenfalls aus einem Kupferwerkstoff gebildete Litzenleiter 10, an dem von der Isolation 18 freigelegten Bereich 6 werkstoffrein mit dem Flachteil 4 verbunden, so dass der Gefahr von Kontaktkorrosion erfolgreich vorgebeugt werden kann. Dadurch, dass der auf der gegenüberliegenden unbeschichteten Fläche des Flachteils 4 angeordnete Litzenleiter 10' in diesem Fall nicht aus einem Kupfer – sondern aus einem Aluminiumwerkstoff gebildet ist, kann dieser an dem von der Isolation 18 freigelegten Bereich 6' werkstoffrein direkt mit dem Aluminiumkern 14 des Flachteils 4 verbunden werden. Auf diese Weise kann ein und derselbe Flachleiter 4 mit aus verschiedenen Werkstoffen gebildeten elektrischen Litzenleitern 10, 10' verbunden werden, ohne dass die Gefahr der Bildung von Kontaktkorrosion besteht.
5 zeigt ein insgesamt vier Schritte umfassendes Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zweier elektrischer Litzenleiter 10 mit einem elektrischen Flachleiter 4 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
In einem ersten Verfahrensschritt gemäß 5a wird durch ein entsprechendes Ablängen ein Flachleiter 4 gewünschter Länge bereitgestellt. Das Ablängen kann durch Schneiden oder Sägen erfolgen. Vorteilhafterweise kann der Flachleiter 4 auch als Bandware bereitgestellt und beispielsweise von einem Coil abgewickelt werden. In diesem Fall reicht zur Abtrennung der gewünschten Länge eines Flachleiters 4 – wie aus 5a zu erkennen – bereits ein Schnitt aus. Dieser Schnitt sollte vorzugsweise im Wesentlichen rechtwinklig zur Längsachse des Flachleiters 4 erfolgen. Je nach Anwendung bzw. je nach gewünschter Qualität der Schnittkante können die Schnittkanten in einem anschließenden Schritt nach dem Ablängen des Flachleiters 4 noch nachbearbeitet, insbesondere überschliffen werden.
In dem in 5b dargestellten zweiten Verfahrensschritt werden die Schnittkanten des Flachleiters 4 mittels geeigneter Schrumpfendkappen 8 elektrisch isoliert. Die Schrumpfendkappen 8 sind aus einem elektrisch isolierenden Material, vorzugsweise einem Kunststoff gebildet.
In einem dritten Schritt des gegenständlichen Verfahrens, welcher in 5c dargestellt ist, werden die Anschlussbereiche 6 freigelegt, indem die Isolation 18 in den entsprechenden Bereichen vorzugsweise rückstandsfrei entfernt wird. Die Entfernung der Isolation 18 kann vorzugsweise mittels einer Strahlquelle, insbesondere einer Laserstrahlquelle erfolgen. Alternativ können Ätzverfahren oder physikalische Gasphasenabscheidungsverfahren zur Entfernung der Isolation 18 genutzt werden. In dem in 4 dargestellten vierten Schritt des vorliegenden Verfahrens werden schließlich die Litzenleiter 10 an den von der Isolation 18 freigelegten Bereichen 6 stoffschlüssig und werkstoffrein, vorzugsweise über ein Ultraschallschweißverfahren mit dem Flachleiter 4 verbunden. Die Litzenleiter 10 können über das andere, nicht mit dem Flachleiter 4 verbundene Ende, ferner beispielsweise mit einem Anschlussteil 20, vorzugsweise einem Kabelschuh verbunden sein.
6 zeigt ein insgesamt sechs Schritte umfassendes Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zweier elektrischer Litzenleiter 10, 10' mit einem elektrischen Flachleiter 4 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
Ebenso wie in den beiden ersten Verfahrensschritten des in 5 dargestellten Verfahrens wird in den in 6a und b dargestellten Verfahrensschritten ein Flachleiter 4 gewünschter Länge durch entsprechendes Ablängen bereitgestellt, dessen Schnittkanten schließlich mittels geeigneter Schrumpfendkappen 8 elektrisch isoliert werden.
In dem in 6c dargestellten dritten Schritt des gegenständlichen Verfahrens, wird im Gegensatz zu dem Verfahren gemäß 5 zunächst nur auf einer ersten Oberfläche eines Flachteils 4 ein Anschlussbereich 6 freigelegt, indem die Isolation 18 in dem entsprechenden Bereich 6 vorzugsweise rückstandsfrei entfernt wird. Auch hier kann die Entfernung der Isolation 18 vorzugsweise mittels einer Strahlquelle, insbesondere einer Laserstrahlquelle erfolgen. Nach Entfernung der Isolation 18 in dem Anschlussbereich 6 wird das Flachteil 4 zunächst entlang seiner Längsachse um 180° gedreht, bevor wie in 6d dargestellt auch auf einer zweiten, der ersten Oberfläche gegenüberliegenden Oberfläche ein Anschlussbereich 6' durch Entfernung der Isolation 18 in dem entsprechenden Bereich 6' freigelegt wird.
6e und 6f zeigen schließlich die letzten beiden Verfahrensschritte des gegenständlichen Verfahrens, bei dem gemäß 6e zunächst nur ein Litzenleiter 10 an dem auf der ersten Oberfläche des Flachteils 4 von der Isolation 18 freigelegten Bereich 6 stoffschlüssig, vorzugsweise über ein Ultraschallschweißverfahren mit dem Flachleiter 4 verbunden wird. Der gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus einem Kupferwerkstoff gebildete Litzenleiter 10 ist dabei über die aus einem Kupferwerkstoff gebildete Beschichtung 16 werkstoffrein mit dem Flachteil 4 verbunden.
In dem darauffolgenden in 6f gezeigten letzten Verfahrensschritt des gegenständlichen Verfahrens wird nach einer Drehung des Flachteils 4 entlang seiner Längsachse um 180° auch der zweite Litzenleiter 10' an dem von der Isolation 18 freigelegten Anschlussbereich 6' auf der zweiten Oberfläche des Flachteils 4 stoffschlüssig mit dem Flachteil 4 verbunden. Dadurch, dass der Litzenleiter 10' in diesem Fall nicht aus einem Kupfer – sondern aus einem Aluminiumwerkstoff gebildet ist und das Flachteil 4 nur an der gegenüberliegenden Oberfläche mit einer aus einem Kupferwerkstoff gebildeten Beschichtung 16 versehen ist, kann der Litzenleiter 10' an dem von der Isolation 18 freigelegten Bereich 6 werkstoffrein direkt mit dem Aluminiumkern 14 des Flachteils 4 verbunden werden. Auf diese Weise kann ein und derselbe Flachleiter 4 mit aus verschiedenen Werkstoffen gebildeten elektrischen Litzenleitern 10 verbunden werden, ohne dass die Gefahr der Bildung von Kontaktkorrosion besteht. Die beiden Litzenleiter 10, 10' können schließlich über das andere, nicht mit dem Flachleiter 4 verbundene Ende noch mit jeweils einem Anschlussteil 20, 20', vorzugsweise einem Kabelschuh verbunden sein, wobei die Anschlussteile – zwecks Ausbildung einer werkstoffreinen Verbindung – vorteilhafterweise aus verschiedenartigen Werkstoffen gebildet sein können.

Claims

Verbindung eines aus einem ersten Metallwerkstoff gebildeten elektrischen Flachleiters mit zumindest einem aus einem von dem ersten Metallwerkstoff verschiedenen zweiten Metallwerkstoff gebildeten elektrischen Litzenleiter, – wobei der Flachleiter eine aus dem zweiten Metallwerkstoff gebildete und zumindest teilweise auf dem Flachleiter angeordnete Beschichtung aufweist, – wobei der zumindest eine Litzenleiter unmittelbar über die Beschichtung durch ein Ultraschallschweißverfahren stoffschlüssig mit dem Flachleiter verbunden ist.
Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aus dem zweiten Metallwerkstoff gebildete Beschichtung den elektrischen Flachleiter im Wesentlichen vollständig umgibt.
Verbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass neben dem zumindest einen aus einem von dem ersten Metallwerkstoff verschiedenen zweiten Metallwerkstoff gebildeten elektrischen Litzenleiter, zumindest ein weiterer Litzenleiter durch ein Ultraschallschweißverfahren stoffschlüssig mit dem elektrischen Flachleiter verbunden ist, wobei zumindest der erste Litzenleiter unmittelbar über die zumindest teilweise auf dem Flachleiter angeordnete Beschichtung stoffschlüssig mit dem Flachleiter verbunden ist.
Verbindung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aus dem zweiten Metallwerkstoff gebildete Beschichtung nur auf einer Fläche des elektrischen Flachleiters angeordnet ist und die der beschichteten Fläche gegenüberliegende Fläche des Flachleiters im Wesentlichen frei von der Beschichtung ist, wobei die Seitenflächen des Flachleiters vorzugsweise eine zusätzliche Beschichtung, insbesondere eine Zinnbeschichtung aufweisen.
Verbindung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Metallwerkstoff ein Aluminiumwerkstoff und der zweite Metallwerkstoff ein Kupferwerkstoff ist.
Verbindung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest teilweise beschichtete elektrische Flachleiter als kaschierter Flachleiter, insbesondere als kupferkaschierter Flachleiter gebildet ist.
Verbindung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Flachleiter eine um den Flachleiter herum angeordnete, den Flachleiter nach außen abgrenzende Isolation aufweist, wobei der Flachleiter mit Ausnahme der Schnittstellen vorzugsweise im Wesentlichen vollständig von der Isolation umgeben ist.
Verbindung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Flachleiter in zumindest einem Bereich von der Isolation freigelegt ist, wobei der Flachleiter insbesondere unmittelbar an dem zumindest einen von der Isolation freigelegten Bereich stoffschlüssig mit zumindest einem elektrischen Litzenleiter verbunden ist.
Verfahren zur Herstellung einer Verbindung eines aus einem ersten Metallwerkstoff gebildeten elektrischen Flachleiters mit zumindest einem aus einem von dem ersten Metallwerkstoff verschiedenen zweiten Metallwerkstoff gebildeten elektrischen Litzenleiter, – wobei der Flachleiter eine aus dem zweiten Metallwerkstoff gebildete und zumindest teilweise auf dem Flachleiter angeordnete Beschichtung aufweist, – wobei der zumindest eine Litzenleiter unmittelbar über die Beschichtung durch ein Ultraschallschweißverfahren stoffschlüssig mit dem Flachleiter verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass neben dem zumindest einen aus einem von dem ersten Metallwerkstoff verschiedenen zweiten Metallwerkstoff gebildeten elektrischen Litzenleiter, zumindest ein weiterer Litzenleiter durch ein Ultraschallschweißverfahren stoffschlüssig mit dem elektrischen Flachleiter verbunden wird, wobei zumindest der erste Litzenleiter unmittelbar über die zumindest teilweise auf dem Flachleiter angeordnete Beschichtung stoffschlüssig mit dem Flachleiter verbunden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Flachleiter als Bandware bereitgestellt und von einem Coil abgerollt wird, wobei eine Einstellung der Länge des Flachleiters vorzugsweise über ein entsprechendes Ablängen von dem als Bandware bereitgestellten Flachleiter erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstellen des elektrischen Flachleiters nach dem Ablängen mittels Schrumpfendkappen isoliert werden, wobei Schrumpfendkappen aus einem isolierenden Material, vorzugsweise aus einem ähnlichen, insbesondere aus demselben Material gebildet sind wie die vorzugsweise um den Flachleiter herum angeordnete Isolation.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine um den elektrischen Flachleiter herum angeordnete, den Flachleiter nach außen abgrenzende Isolation in zumindest einem Bereich des Flachleiters entfernt wird, wobei die Entfernung der Isolation vorzugsweise mittels einer Strahlquelle, insbesondere einer Laserstrahlquelle erfolgt.