ES2993487T3 - Cable lug - Google Patents
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Abstract
Se describe un terminal de cable (10, 20) para conectar un conductor eléctrico aislado (30) a un elemento conductor de corriente. El terminal de cable (10, 20) comprende un receptáculo (11) para un extremo pelado (30a) del conductor eléctrico (30) y un extremo de contacto (12) para la conexión al elemento conductor de corriente. El receptáculo (11) presenta un recipiente (11) en forma de olla. El extremo de contacto (12) y el recipiente (11) están conectados entre sí mediante un elemento de transición (14). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)A cable lug (10, 20) for connecting an insulated electrical conductor (30) to a current-carrying element is described. The cable lug (10, 20) comprises a receptacle (11) for a stripped end (30a) of the electrical conductor (30) and a contact end (12) for connection to the current-carrying element. The receptacle (11) has a pot-shaped container (11). The contact end (12) and the container (11) are connected to each other by a transition element (14). (Automatic translation with Google Translate, without legal value)
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Terminal de cable Cable lug
La invención se refiere a un procedimiento para establecer una conexión entre un conductor eléctrico y un elemento portador de corriente de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1. The invention relates to a method for establishing a connection between an electrical conductor and a current-carrying element according to the preamble of claim 1.
Un procedimiento de este tipo se describe, por ejemplo, en el documento US 2013/0203303 A1. Such a procedure is described, for example, in US 2013/0203303 A1.
En particular en la electrónica de los automóviles se utilizan una gran cantidad de conductores eléctricos, por ejemplo conductores trenzados, y elementos de contacto conectados a ellos de material eléctricamente conductor. Se deben establecer conexiones eléctricas entre la fuente de tensión, por ejemplo una batería, y actuadores, sensores, controles, etc. Los elementos conductores de corriente mencionados son, por ejemplo, los terminales de una batería o pernos en el compartimento del motor de un vehículo a los que se deben conectar conductores eléctricos mediante terminales de cable. En la mayoría de los casos se trata de conductores trenzados aislados flexibles. Los terminales de cable son elementos de metal diseñados de tal forma que se pueden engarzar y/o soldar a un extremo de conductor pelado. El conductor y los terminales de cable se unen entre sí por arrastre de fuerza y/o por unión de materiales. In particular, automotive electronics use a large number of electrical conductors, for example stranded conductors, and connected contact elements made of electrically conductive material. Electrical connections must be established between the voltage source, for example a battery, and actuators, sensors, controls, etc. Current-conducting elements mentioned are, for example, battery terminals or bolts in the engine compartment of a vehicle to which electrical conductors must be connected by means of cable lugs. In most cases, these are flexible, insulated stranded conductors. Cable lugs are metal elements designed in such a way that they can be crimped and/or soldered to a stripped conductor end. The conductor and cable lugs are connected to each other by force-pulling and/or material bonding.
En la Fig. 1 se muestra un ejemplo de un terminal de cable conocido. El terminal de cable 1 presenta un extremo de contacto 2 para la conexión con el elemento portador de corriente al que está atornillado, por ejemplo, el terminal de cable 1. El terminal de cable 1 presenta en su otro extremo un alojamiento 3 para un extremo pelado de un conductor eléctrico. En el ejemplo representado, el alojamiento 3 tiene dos pares de alas de engarzado 4 y 5, que están engarzadas alrededor del extremo del conductor. El extremo del conductor también se puede soldar al terminal de cable 1. An example of a known cable lug is shown in Fig. 1. The cable lug 1 has a contact end 2 for connection to the current-carrying element to which it is screwed, for example the cable lug 1. The cable lug 1 has at its other end a housing 3 for a stripped end of an electrical conductor. In the example shown, the housing 3 has two pairs of crimping wings 4 and 5, which are crimped around the conductor end. The conductor end can also be soldered to the cable lug 1.
Hoy en día, los conductores eléctricos de cobre se sustituyen cada vez más por conductores de aluminio o de una aleación de aluminio, en particular en la industria del automóvil. Comparado con el cobre, el aluminio es un material más ligero y económico con buenas propiedades eléctricas. Los terminales de cable suelen estar hechos de cobre o de una aleación de cobre. Para establecer una conexión eléctrica perfecta entre un terminal de cable de cobre y un conductor de aluminio, el conductor de aluminio pelado debe estar libre de la capa de óxido no conductora que se forma cuando el aluminio entra en contacto con el oxígeno antes de la conexión eléctrica. Esto se puede conseguir, por ejemplo, soldando el conductor de aluminio al terminal de cable. La soldadura también tiene la ventaja de que el conductor y el terminal de cable están unidos entre sí por unión de materiales, de modo que una eventual fluencia en frío del aluminio no influye en la calidad de la conexión. El punto de soldadura normalmente se encuentra directamente en el punto de empalme del terminal de cable con el elemento portador de corriente. Copper conductors are increasingly being replaced by conductors made of aluminium or aluminium alloys today, particularly in the automotive industry. Compared to copper, aluminium is a lighter and cheaper material with good electrical properties. Cable lugs are usually made of copper or copper alloy. In order to establish a perfect electrical connection between a copper cable lug and an aluminium conductor, the stripped aluminium conductor must be free of the non-conductive oxide layer that forms when aluminium comes into contact with oxygen before electrical connection. This can be achieved, for example, by soldering the aluminium conductor to the cable lug. Soldering also has the advantage that the conductor and cable lug are bonded together by material bonding, so that any cold creep of the aluminium does not influence the quality of the connection. The soldering point is usually located directly at the junction point of the cable lug with the current-carrying element.
La estabilidad mecánica de la conexión con el terminal de cable es especialmente importante en conductores trenzados o cables de batería con grandes secciones transversales. La conexión debe ser resistente a vibraciones y a una eventual fluencia en frío del aluminio. The mechanical stability of the connection to the cable lug is particularly important for stranded conductors or battery cables with large cross-sections. The connection must be resistant to vibrations and possible cold creep of the aluminium.
Del documento US 2013/0203303 A1 mencionado al principio se desprende un procedimiento para conectar un conductor eléctrico a un elemento portador de corriente, en el que se utiliza un elemento de conexión que, en su extremo que se utiliza para la conexión a un conductor, presenta una parte de contacto tridimensional que, en la posición de montaje, se apoya con una superficie de extremo curvada en la cara frontal de un conductor eléctrico. Para ello se presiona sobre el extremo del conductor liberado de su aislamiento un manguito que sobresale del extremo del conductor y en el que se inserta el elemento de contacto hasta que su superficie de extremo se apoya en la cara frontal del conductor. El elemento de conexión tiene una brida que, en posición de montaje, se apoya en el manguito. La brida se puede soldar al manguito. From US 2013/0203303 A1 mentioned at the beginning, a method for connecting an electrical conductor to a current-carrying element is disclosed, in which a connection element is used which, at its end used for connection to a conductor, has a three-dimensional contact part which, in the installed position, rests with a curved end surface on the end face of an electrical conductor. For this purpose, a sleeve which protrudes from the end of the conductor is pressed onto the end of the conductor freed from its insulation and into which the contact element is inserted until its end surface rests on the end face of the conductor. The connection element has a flange which, in the installed position, rests on the sleeve. The flange can be welded to the sleeve.
En el documento US 6538 203 B1 también se puede ver un procedimiento para establecer una conexión entre un conductor eléctrico y un elemento portador de corriente. También el documento US 2017/033473 A1 es el estado de la técnica más próximo al objeto de la reivindicación 1 y describe un procedimiento para establecer una conexión entre un terminal de cable y un cable, en el que también utiliza soldadura por fricción y agitación. A method for establishing a connection between an electrical conductor and a current-carrying element can also be seen in US 6538 203 B1. Also US 2017/033473 A1 is the closest state of the art to the object of claim 1 and describes a method for establishing a connection between a cable lug and a cable, which also uses friction stir welding.
La invención se basa en el objetivo de proporcionar un procedimiento para establecer una conexión para un conductor eléctrico, que cumpla los requisitos indicados. The invention is based on the objective of providing a method for establishing a connection for an electrical conductor, which meets the indicated requirements.
Este objetivo se resuelve conforme a los rasgos característicos de la reivindicación 1. This objective is solved in accordance with the characteristic features of claim 1.
El terminal de cable usado para este procedimiento es un elemento de contacto conductor, dimensionalmente estable, para la transmisión de corriente mediante la conexión de un conductor eléctrico a un elemento portador de corriente. El terminal de cable consta de dos elementos de fijación separados, a saber, el receptáculo y el extremo de contacto. El receptáculo sirve para alojar el conductor, que es flexible y móvil. El extremo de contacto, denominado en lo sucesivo también geometría de empalme, sirve para fijar el terminal de cable al elemento portador de corriente, que está estacionario. El terminal de cable está diseñado de tal modo que el conductor pueda fijarse a él según se desee mediante engarce y soldadura. Estos dos métodos de fijación garantizan la conexión tanto mecánica como eléctrica del conductor con el terminal de cable. La geometría de empalme absorbe todas las cargas mecánicas, por ejemplo vibraciones o golpes en un vehículo, cuando la conexión entre el conductor eléctrico y el elemento portador de corriente se realiza mediante el terminal de cable. El elemento de transición entre el extremo de contacto y el receptáculo representa una separación espacial y funcional de estos dos elementos de fijación. Debido a esta separación espacial y funcional, el procedimiento de fijación del conductor no influye en la geometría ni en la estructura mecánica de la geometría de empalme, ya que el efecto de la fuerza y el calor al fijar el extremo del conductor no se produce en la zona del extremo de contacto. The cable lug used for this method is a dimensionally stable, conductive contact element for current transmission by connecting an electrical conductor to a current-carrying element. The cable lug consists of two separate fastening elements, namely the receptacle and the contact end. The receptacle serves to accommodate the conductor, which is flexible and movable. The contact end, also referred to as the splicing geometry in the following, serves to fasten the cable lug to the stationary current-carrying element. The cable lug is designed in such a way that the conductor can be fastened to it as desired by crimping and soldering. These two fastening methods ensure both the mechanical and electrical connection of the conductor to the cable lug. The splicing geometry absorbs all mechanical loads, for example vibrations or shocks in a vehicle, when the connection between the electrical conductor and the current-carrying element is made via the cable lug. The transition element between the contact end and the receptacle represents a spatial and functional separation of these two fastening elements. Due to this spatial and functional separation, the conductor clamping procedure does not influence the geometry or the mechanical structure of the splice geometry, since the effect of force and heat when clamping the conductor end does not occur in the area of the contact end.
Por tanto, no se puede dañar la geometría de empalme. De este modo se garantiza que la geometría de empalme pueda resistir de forma permanente cargas mecánicas como vibraciones y golpes. Por lo tanto, el terminal de cable de acuerdo con la invención es extremadamente robusto, la conexión entre el extremo del cable y el terminal de cable está protegida frente a cargas mecánicas que pueden surgir durante el uso y es especialmente duradera. The splicing geometry cannot therefore be damaged. This ensures that the splicing geometry can permanently withstand mechanical loads such as vibrations and shocks. The cable lug according to the invention is therefore extremely robust, the connection between the cable end and the cable lug is protected against mechanical loads that may arise during use and is particularly durable.
El terminal de cable de acuerdo con la invención se puede diseñar de tal manera que la geometría de contacto, es decir, la forma del receptáculo, sea siempre la misma para el conductor y que la geometría de empalme esté configurada de forma diferente según la aplicación. The cable lug according to the invention can be designed in such a way that the contact geometry, i.e. the shape of the receptacle, is always the same for the conductor and the splicing geometry is configured differently depending on the application.
El elemento de transición puede adoptar diferentes formas, lo que garantiza una separación espacial y funcional. The transition element can take different forms, ensuring spatial and functional separation.
El terminal de cable se puede utilizar ventajosamente en conductores con grandes secciones transversales, que deben contactarse de forma segura y constante, por ejemplo en vehículos eléctricos e híbridos y en la construcción de máquinas e instalaciones. The cable lug can be used advantageously on conductors with large cross-sections, which must be contacted safely and consistently, for example in electric and hybrid vehicles and in machine and plant construction.
La invención se refiere además a una conexión compuesta por un conductor eléctrico y un terminal de cable con las propiedades mencionadas. The invention further relates to a connection consisting of an electrical conductor and a cable terminal with the aforementioned properties.
En los dibujos se muestran ejemplos de realización del objeto de la invención. Muestran: The drawings show embodiments of the subject matter of the invention. They show:
Fig. 1 como ya se describió, un terminal de cable según el estado de la técnica. Fig. 1 as already described, a cable terminal according to the state of the art.
Fig. 2 una primera forma de realización, que no forma parte de la invención. Fig. 2 a first embodiment, which is not part of the invention.
Fig. 3 un segundo ejemplo de realización del terminal de cable según la invención, y Fig. 3 a second embodiment of the cable terminal according to the invention, and
Fig. 4 el terminal de cable según el segundo ejemplo de realización en estado montado. Fig. 4 The cable lug according to the second exemplary embodiment in the assembled state.
En los dibujos, las mismas referencias se refieren a las mismas características técnicas. In the drawings, the same references refer to the same technical characteristics.
Las figuras 2 y 3 muestran un terminal de cable 10, 20 según una primera forma de realización (que no forma parte de la invención) y una segunda forma de realización de la invención, respectivamente. Figures 2 and 3 show a cable terminal 10, 20 according to a first embodiment (not forming part of the invention) and a second embodiment of the invention, respectively.
El terminal de cable 10, 20 presenta un receptáculo 11 en forma de tubo o de cuenco, que está cerrado por su fondo 11a. En los ejemplos representados, el receptáculo es esencialmente cilíndrico. El receptáculo 11 también puede tener una forma cónica que se estrecha hacia el fondo 11a, u otras formas adecuadas para alojar conductores. El receptáculo 11 está abierto por un lado, opuesto al fondo 11 a. The cable lug 10, 20 has a tube-shaped or bowl-shaped receptacle 11, which is closed at its bottom 11a. In the illustrated examples, the receptacle is essentially cylindrical. The receptacle 11 may also have a conical shape tapering towards the bottom 11a, or other shapes suitable for receiving conductors. The receptacle 11 is open on one side, opposite the bottom 11a.
Hay un borde 11b que rodea la abertura del receptáculo 11. Continuando desde el borde 11b está colocado por medio de un elemento de transición 14 un extremo de contacto 12 plano. A través del extremo de contacto 12 se puede conectar el terminal de cable 10, 20 a un elemento eléctrico, por ejemplo a un borne de batería o a la carrocería de un vehículo. Por ejemplo, el terminal de cable 10, 20 se puede atornillar al elemento eléctrico, para lo cual se puede insertar un tornillo a través de un orificio o agujero 13 en el extremo de contacto 12. There is an edge 11b surrounding the opening of the receptacle 11. Continuing from the edge 11b, a flat contact end 12 is attached by means of a transition element 14. Via the contact end 12, the cable lug 10, 20 can be connected to an electrical element, for example to a battery terminal or to the body of a vehicle. For example, the cable lug 10, 20 can be screwed to the electrical element, for which a screw can be inserted through a hole or bore 13 in the contact end 12.
Según el primer ejemplo de realización de la figura 2, que no forma parte de la invención, el elemento de transición 14 tiene una forma curvada en dos direcciones continuando a la cual sigue el extremo de contacto 12. Según el segundo ejemplo de realización de las figuras 3 y 4, el elemento de transición 14 tiene forma de alma. El alma consta de dos partes planas 15, 16, que están unidas entre sí mediante una rampa 17. El extremo de contacto 12 está dispuesto opuesto al receptáculo 11 en ángulo aproximadamente recto con respecto a las partes planas 15, 16. La forma del elemento de transición 14 se puede adaptar a los respectivos requisitos de aplicación. According to the first exemplary embodiment of Fig. 2, which is not part of the invention, the transition element 14 has a shape that is curved in two directions, which is followed by the contact end 12. According to the second exemplary embodiment of Figs. 3 and 4, the transition element 14 is web-shaped. The web consists of two flat parts 15, 16, which are connected to one another by a ramp 17. The contact end 12 is arranged opposite the receptacle 11 at approximately right angles to the flat parts 15, 16. The shape of the transition element 14 can be adapted to the respective application requirements.
El elemento de transición 14 garantiza que la geometría de empalme, es decir, el extremo de contacto 12, esté espacial y funcionalmente separada de la geometría de contacto, es decir, el receptáculo 11. Un eje principal del receptáculo 11 y el extremo de contacto se sitúan en planos diferentes. Debido al elemento de transición 14, el extremo de contacto 12 no sigue directamente y continuando al receptáculo 11 para el extremo del conductor. The transition element 14 ensures that the splice geometry, i.e. the contact end 12, is spatially and functionally separated from the contact geometry, i.e. the receptacle 11. A main axis of the receptacle 11 and the contact end lie in different planes. Due to the transition element 14, the contact end 12 does not directly and continuously follow the receptacle 11 for the conductor end.
En particular, el efecto del calor durante la soldadura está alejado espacialmente independientemente del extremo de contacto 12 del terminal de cable. Por lo tanto, el punto de soldadura que se encuentra en el fondo 11a del receptáculo 11 está desacoplado en cuanto a fuerzas de la geometría de empalme. In particular, the effect of heat during soldering is spatially independently removed from the contact end 12 of the cable lug. The soldering point located on the bottom 11a of the receptacle 11 is therefore force-decoupled from the splicing geometry.
El receptáculo 11 representa un alojamiento para un conductor eléctrico que se ha de conectar al terminal de cable 10, 20. En la figura 4 se muestra un terminal de cable 20 según la invención montado en un extremo pelado 30a de un conductor 30. El conductor eléctrico 30 es, por ejemplo, un conductor trenzado de aluminio. El conductor trenzado 30 se compone de un gran número de conductores eléctricos individuales y está rodeado de aislamiento. El aislamiento se compone, por ejemplo, de silicona o poli(cloruro de vinilo). Sin embargo, en el terminal de cable 10, 20 también se pueden alojar otros tipos de conductores eléctricos, por ejemplo conductores individuales. The receptacle 11 represents a housing for an electrical conductor to be connected to the cable lug 10, 20. A cable lug 20 according to the invention is shown in Fig. 4 mounted on a stripped end 30a of a conductor 30. The electrical conductor 30 is, for example, a stranded conductor made of aluminium. The stranded conductor 30 consists of a large number of individual electrical conductors and is surrounded by insulation. The insulation consists, for example, of silicone or polyvinyl chloride. However, other types of electrical conductors, for example individual conductors, can also be accommodated in the cable lug 10, 20.
Como se muestra en la figura 4, el extremo pelado 30a del conductor trenzado 30 se inserta en el receptáculo 11 del terminal de cable 20. En el ejemplo mostrado, la parte pelada 30a del conductor 30 sobresale ligeramente del receptáculo 11. Sin embargo, el receptáculo 11 también puede cubrir completamente el extremo pelado 30a. El receptáculo 11 está engarzado al extremo pelado 30a del conductor 30. La cara frontal del conductor 30 está soldada al fondo 11a del receptáculo 11 del terminal de cable 20. As shown in Figure 4, the stripped end 30a of the stranded conductor 30 is inserted into the receptacle 11 of the cable terminal 20. In the example shown, the stripped portion 30a of the conductor 30 protrudes slightly from the receptacle 11. However, the receptacle 11 may also completely cover the stripped end 30a. The receptacle 11 is crimped to the stripped end 30a of the conductor 30. The front face of the conductor 30 is soldered to the bottom 11a of the receptacle 11 of the cable terminal 20.
El extremo del aislamiento del conductor 30 también puede extenderse algo dentro del receptáculo 11, dependiendo de la aplicación de la conexión. El receptáculo 11 puede diseñarse correspondientemente, por ejemplo con forma cónica. The insulation end of the conductor 30 may also extend somewhat into the receptacle 11, depending on the application of the connection. The receptacle 11 may be designed accordingly, for example with a conical shape.
En el hueco eventualmente existente entre la pared del receptáculo 11 y el extremo del conductor 30a se puede disponer un elemento de sellado con simetría rotacional (no representado), que aísla el extremo del conductor pelado del entorno. Para ello, el receptáculo 11 tiene ventajosamente un diámetro que se ensancha de forma constante o gradual desde el fondo 11 a hasta el borde 11b. In the gap between the wall of the receptacle 11 and the conductor end 30a, a rotationally symmetrical sealing element (not shown) can be arranged, which isolates the stripped conductor end from the environment. For this purpose, the receptacle 11 advantageously has a diameter that widens steadily or gradually from the bottom 11a to the edge 11b.
El terminal de cable 10, 20 está compuesto, por ejemplo, de cobre o de una aleación de cobre. También puede presentar un revestimiento superficial, por ejemplo de níquel o estaño. The cable lug 10, 20 is made, for example, of copper or a copper alloy. It may also have a surface coating, for example of nickel or tin.
El terminal de cable según la invención se puede fabricar en unos pocos pasos sencillos. El receptáculo se puede fabricar, por ejemplo, mediante un proceso de embutición profunda. Este proceso es independiente de la geometría de empalme. The cable lug according to the invention can be manufactured in just a few simple steps. The receptacle can be manufactured, for example, by means of a deep-drawing process. This process is independent of the splicing geometry.
La conexión de acuerdo con la invención del conductor eléctrico 30 con el terminal de cable 10, 20 se puede realizar de la siguiente manera: The connection according to the invention of the electrical conductor 30 with the cable lug 10, 20 can be carried out as follows:
En primer lugar se pela el extremo 30a del conductor 30 y se introduce en el receptáculo 11 del terminal de cable 10, 20. La cara frontal del conductor 30, que puede estar compuesta por un gran número de hilos, es conducida hasta el fondo 11a del receptáculo 11. A continuación se conecta en arrastre de fuerza el terminal de cable 10, 20 con el extremo del conductor pelado 30a mediante engarzado de la pared del receptáculo 11. Por ejemplo, el receptáculo 11 se puede presionar al menos en algunas zonas para formar un hexágono. A continuación se suelda la cara frontal del conductor 30 al fondo 11a del receptáculo 11. Esto se puede hacer, por ejemplo, creando primero térmicamente una lente de soldadura en la cara frontal del conductor y luego conectando el conductor 30 al fondo 11a del receptáculo 11 mediante soldadura por fricción y agitación. El conductor 30 está ahora conectado por unión de materiales y en arrastre de fuerza con el terminal de cable 10 o 20. First, the end 30a of the conductor 30 is stripped and inserted into the receptacle 11 of the cable lug 10, 20. The front face of the conductor 30, which may consist of a large number of strands, is guided to the base 11a of the receptacle 11. The cable lug 10, 20 is then force-connected to the stripped conductor end 30a by crimping the wall of the receptacle 11. For example, the receptacle 11 can be pressed into a hexagon at least in some areas. The front face of the conductor 30 is then welded to the base 11a of the receptacle 11. This can be done, for example, by first thermally creating a welding lens on the front face of the conductor and then connecting the conductor 30 to the base 11a of the receptacle 11 by friction stir welding. The conductor 30 is now connected by bonding and force-clamping to the cable lug 10 or 20.
Finalmente se puede presionar un elemento de sellado en la zona superior del receptáculo 11. Este procedimiento de establecimiento de la conexión puede realizarse ventajosamente en un proceso de producción automatizado o integrarse en él. Finally, a sealing element can be pressed into the upper area of the receptacle 11. This connection-establishing procedure can advantageously be carried out in an automated production process or integrated into it.
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