VERFAHREN ZUM BEFESTIGEN EINES KONTAKTELEMENTS AM ENDE EINES ELEKTRISCHEN LEITERS

Abstract

 Es wird ein Verfahren zum Befestigen eines Kontaktelements (5) am Ende eines elektrischen Leiters (3) angegeben, der aus einer Vielzahl von miteinander verseilten Einzeldrähten (4) aus einem Aluminium enthaltenden Material besteht. Zunächst wird um das Ende des Leiters (3) eine rohrförmige, als Kontaktelement dienende und aus einem Metall auf Aluminiumbasis bestehende Hülse (5) herumgelegt und mit dem Leiter (3) verpreßt. Nach der Festlegung der Hülse (5) am Leiter (3) werden die Stirnseite desselben und das Ende der Hülse (5) mechanisch so bearbeitet, dass sich eine durchgehende plane Fläche ergibt. Auf die plane Fläche wird unmittelbar nach der mechanischen Bearbeitung eine geschlossene Schicht (9) aus einem lötfähigen Material aufgetragen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Befestigen eines Kontaktelements am Ende eines elektrischen Leiters, der aus einer Vielzahl von miteinander verseilten Einzeldrähten aus einem Aluminium enthaltenden Material besteht, mit welchem um das Ende des Leiters eine rohrförmige, als Kontaktelement dienende und aus einem Metall bestehende Hülse herumgelegt und mit dem Leiter verpreßt wird (DE 199 08 031 B4).

[0002] Die Hülse kann aus einem Metall auf Aluminiumbasis bestehen, und zwar entweder aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung. Das gilt auch für die Einzeldrähte des Leiters. Im Folgenden wird nur das Material "Aluminium" berücksichtigt.

[0003] Leiter aus Aluminium werden insbesondere aus Gewichts- und Kostengründen vermehrt als Ersatz für Kupferleiter verwendet. Haupteinsatzgebiete derartiger Leiter sind beispielsweise die Automobil- und die Flugzeugtechnik. Die geringere elektrische Leitfähigkeit des Aluminiums gegenüber Kupfer spielt für die meisten Anwendungen keine Rolle, da sie gegebenenfalls durch eine Querschnittsanpassung kompensiert werden kann. Probleme ergeben sich aber beim Anbringen von Kontaktteilen an den Leitern, da Aluminiumleiter von einer elektrisch sehr schlecht leitenden Oxidschicht umgeben sind. Dieser Mangel macht sich besonders bei aus einer Vielzahl von Einzeldrähten bestehenden, auch als Litzenleiter bezeichneten Leitern bemerkbar, von denen jeder von einer ohne Sonderbehandlung nicht zu vermeidenden Oxidschicht umgeben ist. Diese Problematik ist seit langem bekannt und in zahlreichen Druckschriften beschrieben, von denen im Folgenden drei Schriften erwähnt sind.

[0004] Aus der DE 102 23 397 B4 geht ein Verfahren hervor, mit dem ein Kontaktelement elektrisch gut leitend an einem Litzenleiter aus Aluminiumdrähten angebracht werden soll. Dazu wird auf das Ende des Litzenleiters zunächst eine an der Innenseite verzinnte metallische Hülse aufgeschoben. Die Einzeldrähte werden dann an ihren Stirnseiten untereinander und mit der Hülse mittels Ultraschalls oder Schutzgasschweißens verzinnt oder verschweißt. Die die Einzelleiter umgebenden Oxidschichten sollen dabei aufgebrochen werden. Es ergibt sich eine deckelartige Verzinnung bzw. Verschweißung am Ende des Litzenleiters. Abschließend wird das Kontaktelement aufgeschoben und mit dem Ende des Litzenleiters verpreßt. Die deckelartige Verzinnung bzw. Verschweißung wird vom Verpressen ausgenommen.

[0005] Die DE 103 46 160 B3 beschreibt ein Verfahren zur Kontaktierung eines als Litzenleiter ausgeführten Aluminiumleiters, bei welchem auf das Ende des Aluminiumleiters eine an der Innenseite verzinnte, beispielsweise aus Kupfer bestehende Kontaktklemme aufgeschoben wird. Die rohrförmig ausgeführte Kontaktklemme wird an der Stirnseite des Aluminiumleiters mittels Ultraschall-Verzinnung gemeinsam mit demselben verzinnt oder mittels eines bekannten Schweißverfahrens metallisch mit demselben verschweißt.

[0006] Bei dem Verfahren nach der DE 103 57 0418 A1 wird auf das Ende eines aus Aluminium bestehenden Litzenleiters ein Vorrat eines Kontaktierungsmittels aufgebracht und zumindest bis in den Bereich seiner Schmelztemperatur erwärmt. Dabei soll über das Kontaktierungsmittel zur Ausbildung einer elektrischen Kontaktierung eine stoffliche Verbindung zwischen dem Litzenleiter und einem gleichzeitig oder anschließend aufgeschobenen, topfartigen Kontaktelement hergestellt werden. Zum Aufbringen des Kontaktierungsmittels kann der Litzenleiter in ein Zinnbad eingetaucht werden. Dabei kann ein Teil des Litzenleiters zur Bildung einer frischen Trenn- oder Schneidfläche im Zinnbad abgetrennt oder abgeschnitten werden. Das Kontaktelement wird mit zugentlastender Wirkung um den Litzenleiter herumgepreßt.

[0007] Auch aus der eingangs erwähnten DE 199 08 031 B4 geht ein Verfahren hervor, mit dem ein Kontaktelement am Ende eines aus Einzeldrähten aus Aluminium bestehenden elektrischen Leiters angebracht wird. Dazu wird zunächst eine beispielsweise aus Kupfer bestehende Stützhülse um das Ende des Leiters herumgelegt und mit demselben verpreßt. Danach wird ein Kontaktelement mit der Stirnseite des Leiters so verschweißt, dass auch die Stützhülse mit erfaßt ist. Das Verschweißen kann durch einen Reibschweißvorgang realisiert werden, in welchem das Kontaktelement mit hoher Geschwindigkeit um seine Achse gedreht und gegen die Stirnseite des Leiters gedrückt wird. Dieses Verfahren erfordert für das Verschweißen von Leiter und Kontaktelement einen hohen apparativen Aufwand.

[0008] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs geschilderte Verfahren zu vereinfachen.

[0009] Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst,

• dass nach der Festlegung der aus einem Metall auf Aluminiumbasis bestehenden Hülse am Leiter die Stirnseite desselben und das Ende der Hülse mechanisch so bearbeitet werden, dass sich eine durchgehende plane Fläche ergibt, und
• dass auf die plane Fläche unmittelbar nach der mechanischen Bearbeitung eine geschlossene Schicht aus einem lötfähigen Material aufgetragen wird.

[0010] Bei Einsatz dieses Verfahrens wird am Ende des Leiters nach der Festlegung des als Hülse ausgeführten Kontaktelements in einem einfachen Arbeitsschritt zunächst eine plane Fläche an der Stirnseite erzeugt, in welcher auch die Hülse erfaßt ist, welche eine glatte, ebene Grundlage für das Aufbringen einer Schicht aus lötfähigem Material darstellt. Als lötfähiges Material wird insbesondere und mit Vorteil Zinn verwendet. Statt der Worte "lötfähiges Material" wird daher im Folgenden das Wort "Zinn" verwendet, stellvertretend für alle verwendbaren lötfähigen Materialien. Durch die mechanische Bearbeitung der Stirnfläche des Leiters werden dort vorhandene Oxidschichten abgetragen, so dass das auf die Stirnfläche aufgebrachte Zinn mit dem leitfähigen Material aller Einzeldrähte des Leiters verbunden wird. Ein an dem Kontaktelement und insbesondere an der Schicht aus Zinn angebrachter elektrischer Kontakt, der mit dem Zinn durch Wärmezufuhr verbunden wird, hat dementsprechend einen elektrisch leitfähigen Kontakt zum Gesamtquerschnitt des Leiters.

[0011] Mit Vorteil und in bevorzugter Ausführungsform werden die mechanische Bearbeitung der Stirnfläche des Leiters, beispielsweise mittels eines Fräsers, und die Beschichtung derselben mit dem Zinn unter Schutzgas durchgeführt. Es kann sich dann vor dem Beschichten der Stirnfläche mit dem Zinn keine neue Oxidschicht auf der Stirnfläche des Leiters bilden. Dabei kann das Zinn beispielsweise durch Eintauchen des bearbeiteten Leiterendes in ein Zinnbad aufgebracht werden.

[0012] Das Zinn kann aber auch ohne den Einsatz von Schutzgas nach dem mechanischen Bearbeiten des Leiterendes auf dasselbe aufgebracht werden, wenn das Leiterende nach der mechanischen Bearbeitung direkt und möglichst schnell in ein Zinnbad eingetaucht wird. Eine nach dem mechanischen Bearbeiten der Stirnfläche des Leiters doch noch entstandene dünne Oxidschicht kann in dem Zinnbad mittels Ultraschalls zerstört werden, so dass das Zinn dann an der blanken Stirnfläche des Leiters haftet.

[0013] Durch den Tauchvorgang des Leiterendes in ein Zinnbad bleibt gleichzeitig an der Umfangsfläche des Kontaktelements bzw. der Hülse ebenfalls Zinn haften. Durch die so erweiterte Zinnschicht kann der Kontakt zu einem an dem Kontaktelement bzw. der Hülse anzubringenden elektrischen Kontakt weiter verbessert werden.

[0014] Das Verfahren nach der Erfindung wird anhand der Zeichnungen im Ausführungsbeispiel erläutert.

[0015] Es zeigen:

Fig. 1

das Ende einer elektrischen Leitung.

Fig. 2

die Leitung nach Fig. 1 mit auf deren Leiter angebrachtem Kontaktelement.

Fig. 3

schematisch eine Bearbeitung des Leiterendes.

Fig. 4

das Leiterende mit einer zusätzlichen Schicht.

Fig. 5 und 6

schematisch zwei Anordnungen zur Beschichtung des Leiterendes.

[0016] In Fig. 1 ist das Ende einer elektrischen Leitung 1 dargestellt, die einen von einer Isolierung 2 umgebenen elektrischen Leiter 3 aufweist. Der Leiter 3 ist aus einer Vielzahl von Einzeldrähten 4 aufgebaut, die aus Aluminium bestehen und vorzugsweise miteinander verseilt sind. Ein solcher Leiter wird auch als Litzenleiter bezeichnet. Die Isolierung 2 ist am Ende der Leitung 1 entfernt, so dass der Leiter 3 freiliegt.

[0017] Auf dem Ende des Leiters 3 ist eine als Kontaktelement vorgesehene Hülse 5 aus Aluminium angebracht. Die Hülse 5 wird durch mechanische Bearbeitung um den Leiter 3 herumgepreßt, so dass die Einzeldrähte 4 desselben fest zusammengedrückt werden und die Hülse 5 den Leiter 3 fest und lückenlos umgibt. Der Preßvorgang ist durch Pfeile 6 angedeutet. Er wird so durchgeführt, dass die Umfangsfläche der Hülse 5 auch nach dem Verpressen mit dem Leiter 3 zumindest annähernd zylindrisch ist.

[0018] Nach dem Verpressen der Hülse 5 mit dem Leiter 3 wird dessen Stirnfläche mechanisch bearbeitet. Das ist in Fig. 3 durch Pfeile 7 angedeutet. Dabei wird beispielsweise mittels eines Fräsers eine Schicht vom Leiterende und von der dasselbe umgebenden Hülse 5 abgetragen, so dass sich eine plane Stirnfläche ergibt. Bei diesem Vorgang werden auch Oxidschichten vom Leiterende entfernt, so dass das Aluminium der Einzeldrähte 4 metallisch blank vorliegt.

[0019] Das so behandelte Leiterende wird danach in ein Zinnbad 8 (Fig. 5 und 6) eingetaucht. Es wird dadurch auf der planen Stirnfläche des Leiters 3 eine Zinnschicht 9 erzeugt, die sich entsprechend der Darstellung in Fig. 4 bis über die Umfangsfläche der Hülse 5 erstreckt. Die Zinnschicht 9 hat metallischen und damit elektrisch leitenden Kontakt zum Aluminium aller Einzelleiter 4 des Leiters 3.

[0020] Die mechanische Behandlung des Leiterendes mit dem geschilderten Abtragen einer Schicht kann mit Vorteil unter Schutzgas durchgeführt werden, so dass sich auf der erzeugten planen Stirnfläche keine neue Oxidschicht bilden kann. Die Schutzgasatmosphäre kann auch das Zinnbad 8 mit abdecken. Das Leiterende kann nach dem Erzeugen der planen Stirnfläche entsprechend Fig. 5 direkt in das Zinnbad 8 eingetaucht werden. Die Zinnschicht 9 haftet dann am Leiterende, ohne dass eine Oxidschicht entstanden ist.

[0021] Wenn bei der Bearbeitung des Leiterendes kein Schutzgas eingesetzt wird, dann kann das Leiterende nach dem geschilderten Abtragen der Schicht von demselben ebenfalls direkt und möglichst schnell in das Zinnbad 8 eingetaucht werden. Das Zinnbad 8 wird bei dieser Ausführungsform des Verfahrens mit Ultraschall beaufschlagt, so dass eine eventuell doch noch auf dem Leiterende entstandene Oxidschicht zerstört und von demselben entfernt wird. Eine entsprechende Ultraschallquelle ist in Fig. 6 durch einen Pfeil 10 angedeutet. Auch so ist die Zinnschicht 9 gemäß Fig. 4 am Leiterende angebracht.

Ansprüche

1. Verfahren zum Befestigen eines Kontaktelements am Ende eines elektrischen Leiters, der aus einer Vielzahl von miteinander verseilten Einzeldrähten aus einem Aluminium enthaltenden Material besteht, mit welchem um das Ende des Leiters eine rohrförmige, als Kontaktelement dienende und aus einem Metall bestehende Hülse herumgelegt und mit dem Leiter verpreßt wird, dadurch gekennzeichnet,

- dass nach der Festlegung der aus einem Metall auf Aluminiumbasis bestehenden Hülse (5) am Leiter (3) die Stirnseite desselben und das Ende der Hülse (5) mechanisch so bearbeitet werden, dass sich eine durchgehende plane Fläche ergibt, und

- dass auf die plane Fläche unmittelbar nach der mechanischen Bearbeitung eine geschlossene Schicht (9) aus einem lötfähigen Material aufgetragen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erzeugung der planen Fläche und die Anbringung der Schicht (9) aus lötfähigem Material unter Schutzgas durchgeführt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ende des Leiters nach der Erzeugung der planen Fläche in ein Bad (8) mit lötfähigem Material getaucht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ende des Leiters (3) in dem Bad (8) mit lötfähigem Material mittels Ultraschalls behandelt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (9) aus dem lötfähigen Material bis über die Umfangsfläche der Hülse (5) erstreckt wird.

Amended claims

Geänderte Patentansprüche gemäss Regel 137(2) EPÜ.

1. Verfahren zum Befestigen eines Kontaktelements am Ende eines elektrischen Leiters, der aus einer Vielzahl von miteinander verseilten Einzeldrähten aus einem Aluminium enthaltenden Material besteht, mit welchem um das Ende des Leiters eine rohrförmige, als Kontaktelement dienende und aus einem Metall bestehende Hülse herumgelegt und mit dem Leiter verpreßt wird, dadurch gekennzeichnet,

- dass nach der Festlegung der aus einem Metall auf Aluminiumbasis bestehenden Hülse (5) am Leiter (3) die Stirnseite desselben und das Ende der Hülse (5) mechanisch so bearbeitet werden, dass sich eine durchgehende plane Fläche ergibt,

- dass auf die plane Fläche unmittelbar nach der mechanischen Bearbeitung eine geschlossene Schicht (9) aus einem lötfähigen Material aufgetragen wird, an der ein elektrischer Kontakt angebracht wird, der mit der Schicht (9) durch Wärmezufuhr derart verbunden wird, dass er elektrisch leitfähigen Kontakt zum Gesamtquerschnitt des Leiters hat, und

- dass die Erzeugung der planen Fläche und die Anbringung der Schicht (9) aus lötfähigem Material unter Schutzgas durchgeführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ende des Leiters nach der Erzeugung der planen Fläche in ein Bad (8) mit lötfähigem Material getaucht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ende des Leiters (3) in dem Bad (8) mit lötfähigem Material mittels Ultraschalls behandelt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (9) aus dem lötfähigen Material bis über die Umfangsfläche der Hülse (5) erstreckt wird.

Zeichnung