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EP2874234A1 - Verfahren zum abdichten einer verbindungsstelle zwischen einem Leiter und einem Kontaktelement - Google Patents

Verfahren zum abdichten einer verbindungsstelle zwischen einem Leiter und einem Kontaktelement Download PDF

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EP2874234A1
EP2874234A1 EP20130306568 EP13306568A EP2874234A1 EP 2874234 A1 EP2874234 A1 EP 2874234A1 EP 20130306568 EP20130306568 EP 20130306568 EP 13306568 A EP13306568 A EP 13306568A EP 2874234 A1 EP2874234 A1 EP 2874234A1
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EP
European Patent Office
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conductor
contact element
insulation
piece
bent
Prior art date
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EP20130306568
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English (en)
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EP2874234B1 (de
Inventor
Helmut Steinberg
Gerhard Lindner
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Nexans SA
Original Assignee
Nexans SA
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Publication date
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Publication of EP2874234A1 publication Critical patent/EP2874234A1/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
    • H01R4/183—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 for cylindrical elongated bodies, e.g. cables having circular cross-section
    • H—ELECTRICITY
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    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
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    • H01R4/70—Insulation of connections
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R43/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining, or repairing of line connectors or current collectors or for joining electric conductors
    • H01R43/005—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining, or repairing of line connectors or current collectors or for joining electric conductors for making dustproof, splashproof, drip-proof, waterproof, or flameproof connection, coupling, or casing

Definitions

  • the invention relates to a method for sealing the connection point between an electrical conductor surrounded by an insulation and connected to the conductor, tubular electrical contact element, with which initially freed the conductor at its end from the insulation and then plugged the contact element on the head and electrically conductively connected thereto.
  • At the junction between the conductor insulation and connected to the stripped conductor end contact element may be a conditional, inter alia, by the crimp gap exist, through which the metallic connection conductor contact element is exposed and exposed to environmental influences.
  • oxygen or moisture can reach the individual conductor and lead to corrosion on the same.
  • contact element and conductors made of different metals for example, aluminum and copper
  • Corrosion results in increased contact resistance between the conductor and the contact element and may affect the strength of the metallic connection.
  • moisture and in particular water penetrates through the gap between the conductor and the insulation in the line direction, which can lead to a short circuit between attached at the other end of the conductor contact elements.
  • the gap at the junction between the insulation and the contact element must be sealed media-tight.
  • shrink tube which is provided on its inside with a hot melt adhesive and contracts when heated around the junction.
  • the material connection of shrink tubing and adhesive is not optimally resistant to strong temperature fluctuations, which may be exposed to the conductors and contact elements.
  • the joint can also be overmolded directly with a plastic in a special injection molding process to form an insulating body around the joint.
  • the Schrumpfschlauch- and overmolding have the disadvantage that they are relatively time consuming, costly and not optimally suitable for single conductors.
  • a single-wire seal near the stripped conductor end may be crimped around the conductor insulation, for example by means of a cable lug.
  • the contacted individual conductor can then be inserted into the opening of a housing, that the connection point is within the housing. However, it is not the junction itself sealed between stripped conductor end and cable lug.
  • the invention is therefore based on the object to provide an improved method by which the metallic compound single-conductor contact element can be securely sealed against moisture and other media.
  • the inventive method allows the sealing of the joint in simple steps, is inexpensive and well suited for single conductors. Due to the elasticity of the piece of hose this is pressed under tension by its elastic forces firmly to the insulation of the conductor on the one hand and the tubular contact element on the other hand to seal the connection point media-tight.
  • the inventive method is preferably carried out fully automated and is particularly suitable for mass production. As a result, it is particularly advantageous to provide a large number of individual conductors with media-tight contact elements quickly and easily.
  • Fig. 1 shows an electrical conductor 1, which is surrounded by an insulation 2.
  • the conductor 1 is for example a solid conductor or a stranded conductor and is preferably made of aluminum. At its end, the conductor 1 is freed from its insulation 2 in order to be electrically connected to a contact element.
  • An electrical contact element 3 is in Fig. 2 shown schematically.
  • the contact element 3 is preferably made of copper or a copper alloy and is to be connected for example by crimping or pressing with the conductor 1.
  • the contact element 3 has at the end 4, in which the stripped conductor end is to be inserted, a tubular cross-section 5. It is also possible to weld the contact element 3 to the conductor end.
  • the other, flat end 7 of the contact element 3 is connected to further electrical conductors, for which the flat end 7 may have a hole 6, for example.
  • FIG Fig. 3 A tube piece used according to the method of the invention is shown in FIG Fig. 3 shown in a preferred embodiment.
  • the hose piece 8 consists of a permanently elastic insulating material, for example, neoprene from DuPont.
  • the hose piece 8 has a tubular cross-section. In addition, it may have one or more circumferentially disposed ribs 12. These cause an even firmer fit of the tube piece 8 on the insulation 2 of the conductor 1, since they are slightly pressed into the surface of the insulation 2.
  • a first end 9 of the hose piece 8 rests firmly on the insulation 2, wherein a second end 10 of the hose piece 8 is bent over the first end 9.
  • Fig. 4A shown schematically.
  • the contact element 3 is then plugged onto the stripped conductor end and electrically conductively connected thereto.
  • the tubular cross-section of the contact element 3 is pressed in its central region to abut tightly around the stripped conductor end and to be materially and / or non-positively connected thereto.
  • the contact element 3 is connected to the conductor 1 so that its circular-cylindrical outer surface is maintained in the region adjacent to the insulation 2 of the conductor 1. Finally, the bent-over second end 10 of the hose piece 8 is bent back over the contact element 3 under firm contact therewith. How out Fig. 4B can be seen, the hose piece 8 extends over a portion of the insulation 2 of the conductor 1 and over the first, tubular end 4 of the contact element. 3
  • the second end 10 of the hose piece 8 is bent, as in Fig. 5 shown.
  • the tube piece 8 is then expanded in a bent form mechanically, pneumatically or hydraulically in order to be able to apply it to the conductor insulation 2.
  • the second end 10 of the hose piece 8 can only be bent when the first end 9 is already fixed on the insulation 2.
  • the same is pressed in the desired position thanks to its elastic forces firmly to the conductor insulation 2 and to the conductor insulation 2 and the contact element 3.
  • the connection point between the conductor 1 and contact element 3 and in particular the possibly existing gap 13 is sealed completely media-tight between the contact element 3 and the conductor insulation 2.

Landscapes

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

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Abdichten der Verbindungsstelle zwischen einem von einer Isolierung (2) umgebenen elektrischen Leiter (1) und einem mit dem Leiter (1) verbundenen, rohrförmigen elektrischen Kontaktelement (3) angegeben. Zunächst wird der Leiter (1) an seinem Ende von der Isolierung (2) befreit und danach das Kontaktelement (3) auf den Leiter (1) aufgesteckt und elektrisch leitend mit demselben verbunden. Vor dem Aufstecken des Kontaktelements (3) auf den Leiter (1) wird ein Schlauchstück (8) aus elastischem Isoliermaterial mit einem ersten Ende (9) fest anliegend auf die Isolierung (2) des Leiters (1) aufgebracht, wobei ein zweites Ende (10) des Schlauchstücks (8) bis über das erste Ende (9) umgebogen ist. Das Kontaktelement (3) wird unter Beibehaltung seiner Rohrform in dem an die Isolierung (2) des Leiters (1) angrenzenden Bereich mit dem Leiter (1) elektrisch leitend verbunden. Das umgebogene zweite Ende (10) des Schlauchstücks (8) wird dann bis über das Kontaktelement (3) unter fester Anlage an demselben zurückgebogen.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Abdichten der Verbindungsstelle zwischen einem von einer Isolierung umgebenen elektrischen Leiter und einem mit dem Leiter verbundenen, rohrförmigen elektrischen Kontaktelement, mit welchem zunächst der Leiter an seinem Ende von der Isolierung befreit und danach das Kontaktelement auf den Leiter aufgesteckt und elektrisch leitend mit demselben verbunden wird.
  • In der Elektrotechnik und insbesondere in der Automobilelektronik kommen eine Vielzahl von elektrischen Einzelleitern und mit diesen verbundenen Kontaktelementen aus elektrisch leitendem Material zum Einsatz, um elektrische Verbindungen zu Aktuatoren, Sensoren, Steuerelementen, Batterien usw. herzustellen. Beispielsweise in Fahrzeugen mit elektrischem Antrieb oder Hybridantrieb gibt es eine zunehmende Anzahl von Kontaktelementen, an welche elektrische Leiter angeschlossen werden müssen. In den meisten Fällen handelt es sich dabei um flexible isolierte Litzenleiter. Die Kontaktelemente sind Elemente aus Metall, beispielsweise Kabelschuhe, welche so beschaffen sind, daß sie an ein abisoliertes Leiterende gecrimpt oder mit diesem verschweißt werden können. Der Einzelleiter und das Kontaktelement werden dabei kraft- und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden.
  • An der Verbindungsstelle zwischen der Leiterisolierung und dem mit dem abisolierten Leiterende verbundenen Kontaktelement kann ein unter anderem durch den Crimpvorgang bedingter Spalt bestehen, durch welchen die metallische Verbindung Leiter-Kontaktelement offen liegt und Umwelteinflüssen ausgesetzt ist. Dadurch kann beispielsweise Sauerstoff oder Feuchtigkeit an den Einzelleiter gelangen und zu Korrosion an demselben führen. Bestehen, wie in den meisten Fällen, Kontaktelement und Leiter aus unterschiedlichen Metallen (beispielsweise Aluminium und Kupfer), so kann es bei einwirkender Feuchtigkeit aufgrund der unterschiedlichen elektrochemischen Standardpotentiale der Metalle zu Kontaktkorrosion kommen. Korrosion hat einen erhöhten Übergangswiderstand zwischen Leiter und Kontaktelement zur Folge und kann die Festigkeit der metallischen Verbindung beeinträchtigen. Weiterhin ist es möglich, daß Feuchtigkeit und insbesondere Wasser durch den Spalt zwischen dem Leiter und der Isolierung in Leitungsrichtung vordringt, was zu einem Kurzschluß zwischen am anderen Leiterende angebrachten Kontaktelementen entstehen kann.
  • Um derartige Funktionsstörungen zu vermeiden, muß der Spalt an der Verbindungsstelle zwischen der Isolierung und dem Kontaktelement mediendicht abgedichtet werden.
  • Beispielsweise kann um die Verbindungsstelle ein Schrumpfschlauch gebracht werden, welcher auf seiner Innenseite mit einem Heißklebstoff versehen ist und sich beim Erhitzen um die Verbindungsstelle zusammenzieht. Die Materialverbindung von Schrumpfschlauch und Klebstoff ist jedoch gegenüber starken Temperaturschwankungen, denen die Leiter und Kontaktelemente ausgesetzt sein können, nicht optimal beständig.
  • Die Verbindungsstelle kann auch direkt in einem speziellen Spritzgießverfahren mit einem Kunststoff umspritzt werden, um einen isolierenden Körper um die Verbindungsstelle zu formen.
  • Die Schrumpfschlauch- und Umspritzverfahren haben den Nachteil, daß sie relativ zeitaufwendig, kostspielig und nicht optimal für Einzelleiter geeignet sind.
  • Alternativ kann eine Einzeladerdichtung in der Nähe des abisolierten Leiterendes, beispielsweise mittels eines Kabelschuhs, um die Leiterisolierung gecrimpt werden. Der kontaktierte Einzelleiter kann dann so in die Öffnung eines Gehäuses gesteckt werden, daß die Verbindungsstelle innerhalb des Gehäuses liegt. Dabei wird allerdings nicht die Verbindungsstelle selbst zwischen abisoliertem Leiterende und Kabelschuh abgedichtet.
  • Allen genannten Methoden ist gemein, daß die Abdichtung der Verbindungsstelle gegenüber Feuchtigkeit und anderen Umwelteinflüssen nicht in jedem Fall ausreichend und zufriedenstellend ist.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren bereitzustellen, durch welches die metallische Verbindung Einzelleiter-Kontaktelement sicher gegen Feuchtigkeit und andere Medien abgedichtet werden kann.
  • Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst,
    • daß vor dem Aufstecken des Kontaktelements auf den Leiter ein Schlauchstück aus elastischem Isoliermaterial mit einem ersten Ende fest anliegend auf die Isolierung des Leiters aufgebracht wird, dessen zweites Ende bis über sein erstes Ende umgebogen ist,
    • daß das Kontaktelement unter Beibehaltung seiner Rohrform in dem an die Isolierung des Leiters angrenzenden Bereich mit dem Leiter elektrisch leitend verbunden wird und
    • daß das umgebogene zweite Ende des Schlauchstücks bis über das Kontaktelement unter fester Anlage an demselben zurückgebogen wird.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt das Abdichten der Verbindungsstelle in einfachen Arbeitsschritten, ist kostengünstig und gut für Einzelleiter geeignet. Durch die Elastizität des Schlauchstücks wird dieses unter Spannung durch seine elastischen Kräfte fest an die Isolierung des Leiters einerseits und das rohrförmige Kontaktelement andererseits angedrückt, um die Verbindungsstelle mediendicht abzudichten. Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise vollautomatisiert durchgeführt und eignet sich besonders für die serienmäßige Produktion. Dadurch kann mit besonderem Vorteil eine große Anzahl an Einzelleitern schnell und einfach mediendicht mit Kontaktelementen versehen werden.
  • Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
    • Fig. 1 das Ende eines abisolierten elektrischen Leiters,
    • Fig. 2 die Längs- und Querschnitte eines elektrischen Kontaktelements,
    • Fig. 3 den Längsschnitt eines elastischen Schlauchstücks,
    • Fig. 4A und 4B, in Längsschnitten, ein mit dem Leiterende verbundenes Kontaktelement und ein aufgebrachtes Schlauchstück nach erfindungsgemäßen Verfahrensschritten, und
    • Fig. 5 ein umgebogenes Schlauchstück im Längsschnitt.
  • In den Fig. 1 bis 3 sind die Elemente schematisch dargestellt, welche mit dem Verfahren gemäß der Erfindung miteinander verbunden und zum Abdichten der Verbindungsstelle verwendet werden sollen. Fig. 1 zeigt einen elektrischen Leiter 1, der von einer Isolierung 2 umgeben ist. Der Leiter 1 ist beispielsweise ein massiver Leiter oder ein Litzenleiter und besteht vorzugsweise aus Aluminium. An seinem Ende ist der Leiter 1 von seiner Isolierung 2 befreit, um elektrisch mit einem Kontaktelement verbunden werden zu können.
  • Ein elektrisches Kontaktelement 3 ist in Fig. 2 schematisch dargestellt. Das Kontaktelement 3 besteht vorzugsweise aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung und soll beispielsweise durch Crimpen oder Eindrücken mit dem Leiter 1 verbunden werden. Das Kontaktelement 3 hat an dem Ende 4, in welches das abisolierte Leiterende gesteckt werden soll, einen rohrförmigen Querschnitt 5. Es ist ebenfalls möglich, das Kontaktelement 3 mit dem Leiterende zu verschweißen. Das andere, flache Ende 7 des Kontaktelements 3 wird mit weiterführenden elektrischen Leitern verbunden, wofür das flache Ende 7 beispielsweise ein Loch 6 aufweisen kann.
  • Ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendetes Schlauchstück ist in Fig. 3 in bevorzugter Ausführungsform gezeigt. Das Schlauchstück 8 besteht aus einem dauerelastischen Isoliermaterial, beispielsweise aus Neopren der Firma DuPont. Das Schlauchstück 8 hat einen rohrförmigen Querschnitt. Außerdem kann es eine oder mehrere um den inneren Umfang liegende Rippen 12 aufweisen. Diese bewirken einen noch festeren Sitz des Schlauchstücks 8 auf der Isolierung 2 des Leiters 1, da sie geringfügig in die Oberfläche der Isolierung 2 eingedrückt werden.
  • Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zunächst der Leiter 1 an seinem Ende abisoliert. Anschließend wird das elastische Schlauchstück 8 so auf die Isolierung 2 des Leiters 1 aufgebracht, daß ein erstes Ende 9 des Schlauchstücks 8 fest auf der Isolierung 2 aufliegt, wobei ein zweites Ende 10 des Schlauchstücks 8 bis über das erste Ende 9 umgebogen ist. Dies ist in Fig. 4A schematisch dargestellt. Das Kontaktelement 3 wird dann auf das abisolierte Leiterende aufgesteckt und elektrisch leitend mit diesem verbunden. Wie ebenfalls in Fig. 4A angedeutet, ist der rohrförmige Querschnitt des Kontaktelements 3 in seinem mittleren Bereich eingedrückt, um fest um das abisolierte Leiterende anzuliegen und stoff- und/oder kraftschlüssig mit diesem verbunden zu sein. Das Kontaktelement 3 wird so mit dem Leiter 1 verbunden, daß seine kreiszylindrische äußere Oberfläche in dem an die Isolierung 2 des Leiters 1 angrenzenden Bereich beibehalten wird. Abschließend wird das umgebogene zweite Ende 10 des Schlauchstücks 8 bis über das Kontaktelement 3 unter fester Anlage an demselben zurückgebogen. Wie aus Fig. 4B ersichtlich, erstreckt sich das Schlauchstück 8 über einen Teil der Isolierung 2 des Leiters 1 sowie über das erste, rohrförmige Ende 4 des Kontaktelements 3.
  • Zum Aufbringen des Schlauchstücks 8 auf die Isolierung 2 des Leiters 1 wird beispielsweise zunächst das zweite Ende 10 des Schlauchstücks 8 umgebogen, wie in Fig. 5 dargestellt. Das Schlauchstück 8 wird dann in umgebogener Form mechanisch, pneumatisch oder hydraulisch aufgeweitet, um es auf die Leiterisolierung 2 aufbringen zu können. Ebenso kann das zweite Ende 10 des Schlauchstücks 8 erst dann umgebogen werden, wenn das erste Ende 9 bereits auf der Isolierung 2 festgelegt ist. Nach der Entlastung des Schlauchstücks 8 wird dasselbe in gewünschter Position dank seiner elastischen Kräfte fest an die Leiterisolierung 2 bzw. an die Leiterisolierung 2 und das Kontaktelement 3 gedrückt. Dabei wird die Verbindungsstelle zwischen Leiter 1 und Kontaktelement 3 und insbesondere der eventuell vorhandene Spalt 13 (s. Fig. 4B) zwischen dem Kontaktelement 3 und der Leiterisolierung 2 vollständig mediendicht abgedichtet.

Claims (4)

  1. Verfahren zum Abdichten der Verbindungsstelle zwischen einem von einer Isolierung (2) umgebenen elektrischen Leiter (1) und einem mit dem Leiter (1) verbundenen, rohrförmigen elektrischen Kontaktelement (3), mit welchem zunächst der Leiter (1) an seinem Ende von der Isolierung (2) befreit und danach das Kontaktelement (3) auf den Leiter (1) aufgesteckt und elektrisch leitend mit demselben verbunden wird, dadurch gekennzeichnet,
    - daß vor dem Aufstecken des Kontaktelements (3) auf den Leiter (1) ein Schlauchstück (8) aus elastischem Isoliermaterial mit einem ersten Ende (9) fest anliegend auf die Isolierung (2) des Leiters (1) aufgebracht wird, wobei ein zweites Ende (10) des Schlauchstücks (8) bis über das erste Ende (9) umgebogen ist,
    - daß das Kontaktelement (3) unter Beibehaltung seiner Rohrform in dem an die Isolierung (2) des Leiters (1) angrenzenden Bereich mit dem Leiter (1) elektrisch leitend verbunden wird und
    - daß das umgebogene zweite Ende (10) des Schlauchstücks (8) bis über das Kontaktelement (3) unter fester Anlage an demselben zurückgebogen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schlauchstück (8) vor dem Aufbringen auf den isolierten Leiter (1) mechanisch aufgeweitet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schlauchstück (8) vor dem Aufbringen auf den isolierten Leiter (1) pneumatisch aufgeweitet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schlauchstück (8) vor dem Aufbringen auf den isolierten Leiter (1) hydraulisch aufgeweitet wird.
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