KONTAKTIERUNG EINES ELEKTRISCHEN LEITERS

Abstract

 Es wird eine Anordnung zur Kontaktierung eines elektrischen Leiters (10), welcher eine Isolierung (12) aufweist, angegeben. Ein Kabelschuh (1) ist um ein abisoliertes Ende des Leiters (10) gecrimpt und eine Stirnseite (13) des Leiters (10) mit dem Kabelschuh (1) verschweißt. Der Kabelschuh (1) weist einen topfartigen Behälter (2) auf, in welchem das abisolierte Ende des Leiters (10) durch das Crimpen und das Schweißen festgelegt ist, wobei das Ende der Isolierung (12) in den Behälter (2) hineinreicht. Der Kabelschuh (1) weist am offenen Ende des Behälters (2) einen Isolationscrimp (5) auf, welcher um das Ende der Isolierung (12) des Leiters (10) gecrimpt ist. Ein ringförmiges Dichtelement (14) ist in dem Zwischenraum zwischen der Wandung des Behälters (2) und dem abisolierten Leiterende angeordnet und von dem Isolationscrimp (5) in den Zwischenraum gepreßt, sodaß der Behälter (2) dicht verschlossen ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Kontaktieren eines elektrischen Leiters, welcher eine Isolierung aufweist, wobei ein Kabelschuh um ein abisoliertes Ende des Leiters gecrimpt und eine Stirnseite des Leiters mit dem Kabelschuh verschweißt ist, sowie auf ein Verfahren zum Kontaktieren eines elektrischen Leiters.

[0002] Insbesondere in der Automobilelektronik kommt eine Vielzahl von elektrischen Leitern, beispielsweise Litzenleitern, und mit diesen verbundenen Kontaktelementen aus elektrisch leitendem Material zum Einsatz. Elektrische Verbindungen müssen zwischen der Spannungsquelle, beispielsweise einer Batterie, und Aktuatoren, Sensoren, Steuerelementen usw. hergestellt werden. 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 Leiter und das Kontaktelement werden dabei kraft- und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden.

[0003] Elektrische Leiter aus Kupfer werden heute, insbesondere in der Automobilindustrie, zunehmend durch Leiter aus Aluminium oder einer Aluminium-Legierung ersetzt. Aluminium ist gegenüber Kupfer ein leichteres und preiswerteres Material mit guten elektrischen Eigenschaften. Die Kontaktelemente bestehen zumeist aus Kupfer oder einer Kupferlegierung. Im Folgenden sollen die Metalle auch stellvertretend für ihre Legierungen genannt werden. Um eine einwandfreie elektrisch leitende Verbindung zwischen einem Kontaktelement aus Kupfer und einem Aluminiumleiter herzustellen, muß der abisolierte Aluminiumleiter vor dem elektrischen Verbinden von der nichtleitenden Oxidschicht befreit werden, die sich beim Kontakt von Aluminium mit Sauerstoff bildet. Dies kann beispielsweise durch Verschweißen des Aluminiumleiters mit dem Kontaktelement bewirkt werden. Das Verschweißen hat weiterhin den Vorteil, daß der Leiter und das Kontaktelement stofflich miteinander verbunden sind, sodaß ein eventuelles Kaltfließen des Aluminiums keinen Einfluß auf die Qualität der Verbindung hat.

[0004] Um Korrosion an dem abisolierten Leiterende bzw. Kontaktkorrosion an der Verbindung zwischen Kontaktelement und Leiter zu vermeiden, dürfen weder Sauerstoff noch Feuchtigkeit an den Leiter gelangen. Korrosion hat einen erhöhten Übergangswiderstand zwischen Leiter und Kontaktelement zur Folge und kann außerdem die Festigkeit der metallischen Verbindung beeinträchtigen. Weiterhin ist es möglich, daß Feuchtigkeit durch den Spalt zwischen dem Leiter und der Isolierung aufgrund von Kapillarwirkung in Leitungsrichtung vordringt.

[0005] Die Verbindungsstelle um das Ende der Isolierung und das Kontaktelement muss deshalb mediendicht abgedichtet werden.

[0006] Insbesondere bei gecrimpten Kabelschuhen wird oft ein Schrumpfschlauch um die Verbindungsstelle gebracht, wie es beispielsweise in der DE 33 19880 A1 beschrieben ist. Der Schrumpfschlauch wird dabei an seiner Innenseite beispielsweise mit einem Heißklebstoff versehen und zieht sich anschließend durch Erhitzen um die Verbindungsstelle zusammen.

[0007] Die Materialverbindung von Schrumpfschlauch und Klebstoff ist jedoch gegenüber starken Temperaturschwankungen, denen die Leiter und Kontaktelemente ausgesetzt sein können, nicht optimal beständig. Das Schrumpfschlauchverfahren hat außerdem den Nachteil, daß es relativ zeitaufwendig und kostspielig ist.

[0008] Insbesondere für Litzenleiter oder Batterieleitungen mit großen Querschnitten ist neben der Mediendichtigkeit die mechanische Stabilität der Verbindung mit dem Kontaktelement von Bedeutung. Die Verbindung muß widerstandsfähig gegenüber Schwingungen und einem eventuellen Kaltfließen des Aluminiums sein.

[0009] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zum Kontaktieren eines elektrischen Leiters sowie ein entsprechendes Verfahren bereitzustellen, welche die oben genannten Anforderungen erfüllen.

[0010] Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß

• der Kabelschuh einen topfartigen Behälter aufweist, in welchem das abisolierte Ende des Leiters durch das Crimpen und das Schweißen festgelegt ist, wobei das Ende der Isolierung in den Behälter hineinreicht,
• der Kabelschuh am offenen Ende des Behälters einen Isolationscrimp aufweist, welcher um das Ende der Isolierung des Leiters gecrimpt ist, und
• ein ringförmiges Dichtelement in dem Zwischenraum zwischen der Wandung des Behälters und dem abisolierten Leiterende angeordnet und von dem Isolationscrimp in den Zwischenraum gepreßt ist, sodaß der Behälter dicht verschlossen ist.

[0011] Bei der erfindungsgemäßen Anordnung sind mit Vorteil sowohl das abisolierte Leiterende als auch das Ende der Leiterisolierung kraftschlüssig mit ein und demselben Kabelschuh vercrimpt. Dadurch ist eine Relativbewegung zwischen der Leiterisolierung und dem Kabelschuh ausgeschlossen. Eventuelle Schwingungen der Anlage, in welcher der elektrische Leiter angebracht ist, beispielsweise eines Motorraums eines Kraftfahrzeugs, werden von dem Isolationscrimp absorbiert. Weiterhin sorgt der Isolationscrimp für eine Zugentlastung des elektrischen Leiters. Die Verbindung zwischen dem Leitungsende und dem Kabelschuh ist demnach vor mechanischen Belastungen, welche im Einsatz derselben auftreten können, geschützt und besonders haltbar. Durch das zwischen der Wandung des Behälters und der Leiterisolierung von den Crimpflügeln eingepreßte Dichtelement ist die Verbindung zwischen dem Kabelschuh und der Isolierung außerdem vollständig gegen Feuchtigkeit, Sauerstoff, etc. abgedichtet. Der elektrische Leiter sowie die Kontaktstelle zwischen dem Leiter und dem Kontaktelement sind gegen Korrosion durch Umwelteinflüsse geschützt.

[0012] Die erfindungsgemäße Anordnung kann mit Vorteil für Leiter mit großen Querschnitten eingesetzt werden, welche sicher und beständig kontaktiert werden müssen.

[0013] Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin durch ein Verfahren zur Kontaktierung eines elektrischen Leiters gelöst, bei welchem

• ein ringförmiges Dichtelement auf die Isolierung des Leiters aufgeschoben wird,
• der Kabelschuh einen topfartigen Behälter aufweist, in welchen das abisolierte Leiterende so eingeführt wird, daß das Ende der Isolierung in den Behälter hineinreicht, und in welchem das abisolierte Leiterende durch das Crimpen und das Schweißen festgelegt wird,
• das ringförmige Dichtelement in den Zwischenraum zwischen der Wandung des Behälters und das abisolierte Leiterende geschoben wird, und
• ein Isolationscrimp, welcher sich am offenen Ende des Behälters befindet, um das Ende der Isolierung des Leiters gecrimpt wird, wobei das ringförmige Dichtelement von dem Isolationscrimp zwischen der Wandung des Behälters und dem abisolierten Leiterende eingepreßt wird, sodaß der Behälter dicht verschlossen wird.

[0014] Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen Kabelschuh in unmontiertem Zustand nach einem Ausführungsbeispiel der Anordnung nach der Erfindung,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel der Anordnung in montiertem Zustand, und

Fig. 3 die Anordnung nach Fig. 2 in einem Längsschnitt.

[0015] In den Zeichnungen beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche technische Merkmale.

[0016] Ein Kabelschuh 1 der erfindungsgemäßen Anordnung ist in unmontiertem Zustand in Fig. 1 gezeigt. Der Kabelschuh 1 weist einen rohr-oder topfartigen, im Wesentlichen zylindrischen Behälter 2 auf, welcher an seinem Boden 2a geschlossen ist. Der Behälter 2 stellt eine Aufnahme für einen mit dem Kabelschuh 1 zu verbindenden elektrischen Leiter dar. Der Behälter 2 kann auch eine konische, sich zum Boden 2a hin verengende Form, oder andere, zur Leiteraufnahme geeignete Formen haben. Der Kabelschuh 1 besteht beispielsweise aus Kupfer.

[0017] Der Behälter 2 ist nach einer Seite, dem Boden 2a gegenüberliegend, offen. Der Rand 2b bildet eine trompetenförmige Öffnung. Am Rand 2b ist ein flaches Kontaktende 3 angebracht. Mittels des Kontaktendes 3 kann der Kabelschuh mit einem elektrischen Element, beispielsweise einer Batterieklemme oder der Karosserie eines Kraftfahrzeugs, verbunden werden. Beispielsweise kann der Kabelschuh 1 an das elektrische Element geschraubt werden, wozu eine Schraube durch eine Bohrung bzw. ein Loch 4 in dem Kontaktende 3 gesteckt werden kann.

[0018] Dem Kontaktende 3 gegenüber ist an dem offenen Rand 2b der Aufnahme 2 eine Lasche 5 angebracht, welche zwei Crimpflügel 6, 7 aufweist. Die Lasche 5 mit den Crimpflügeln 6, 7 stellt einen Isolationscrimp dar. Der Übergang zwischen dem Rand 2b und dem Isolationscrimp 5 ist relativ schmal gestaltet, sodaß der Isolationscrimp 5 in Richtung vom Boden 2a des Behälters 2 weg gebogen werden kann, wie mit dem Pfeil 5a angedeutet.

[0019] In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung mit einem elektrischen Leiter 10 und einem daran angebrachten Kabelschuh 1 nach Fig. 1 gezeigt. Der elektrische Leiter 10 ist beispielsweise ein Litzenleiter aus Aluminium. Die Anordnung kann allerdings auch andere Arten von elektrischen Leitern, beispielsweise Einzelleiter, aufweisen.

[0020] In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung in montiertem Zustand mit einem Litzenleiter 10 gezeigt, wobei der Kabelschuh 1 zur besseren Übersicht im Schnitt dargestellt ist. Der Litzenleiter 10 besteht aus einer Vielzahl von elektrischen Einzelleitern 11 und ist von einer Isolierung 12 umgeben. Die Einzelleiter 11 bestehen beispielsweise aus Aluminium. Die Isolierung besteht beispielsweise aus Silikon oder Polyvinylchlorid. Der Litzenleiter 10 ist an seinem Ende von der Isolierung 12 befreit.

[0021] Das abisolierte Ende des Litzenleiters 10 ist in den Behälter 2 des Kabelschuhs 1 eingesteckt. Das Ende der Isolierung 12 reicht ebenfalls ein Stück weit in den Behälter 2 hinein. Der abisolierte Teil des Leiters 10 ist vollständig von dem Kabelschuh 1 bedeckt. Der Behälter 2 ist an das abisolierte Ende des Leiters 10 gecrimpt. Die Stirnseite 13 des Leiters 10 ist am Boden 2a des Behälters 2 des Kabelschuhs 1 angeschweißt.

[0022] Der Isolationscrimp 5 des Kabelschuhs 1 ist etwa parallel zur longitudinalen Achse des elektrischen Leiters 10 gebogen, so daß der Isolationscrimp 5 vom abisolierten Leiterende weg zeigt. Die beiden Crimpflügel 6, 7 sind um den elektrischen Leiter 10 im Bereich des Endes der Isolierung 12 gecrimpt. Die Crimpflügel 6, 7 können dabei etwas in den Behälter 2 hineinreichen, wie in Fig. 3 dargestellt. Die Crimpflügel 6, 7 befinden sich demnach teilweise zwischen der Wandung des Behälters 2 und der Leiterisolierung 12.

[0023] In einem Zwischenraum zwischen der Wandung des Behälters 2 und der Leiterisolierung 12 ist ein rotationssymmetrisches Dichtelement 14 angeordnet, welches das abisolierte Leiterende gegenüber der Umgebung abdichtet. Der Dichtring 14 ist mittels der beiden Crimpflügel 6, 7 fest in den Zwischenraum eingepreßt und dort gehalten.

[0024] Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der oben dargestellten Anordnung zur Abdichtung der Verbindung zwischen dem Kontaktelement und dem elektrischen Leiter kann beispielsweise wie folgt durchgeführt werden.

[0025] Zunächst wird ein Dichtring 14 auf die Isolierung 12 des Leiters 10 geschoben. Das Ende des Leiters 10 wird abisoliert und in den Behälter 2 des Kabelschuhs 1 eingeführt. Die Stirnseite 13 des Leiters 10 wird bis an den Boden 2a des Behälters 2 geführt. Der Leiter 10 wird dabei so weit abisoliert, daß das Ende der Isolierung bis in den Behälter 2 hineinreicht. Der Kabelschuh 1 wird anschließend kraftschlüssig durch Crimpen des Behälters 2 mit dem abisolierten Leiterende verbunden. Beispielsweise kann der Behälter 2 in seinem unteren, bodennahen Bereich zu einem Sechskant verpreßt werden. Der obere, randnahe Bereich des Behälters 2 wird rotationssymmetrisch belassen. Anschließend wird die Stirnseite 13 des Leiters 10, bzw. werden die Stirnseiten 13 der einzelnen Leiter 11 des Litzenleiters 10, mit dem Boden 2a des Behälters 2 verschweißt. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß zunächst thermisch eine Schweißlinse auf der Leiterstirnseite erzeugt und danach der Leiter 10 stoffschlüssig, beispielsweise durch Rührreibschweißen, mit dem Boden 2a des Behälters 2 verbunden wird. Der verschweißte Bereich ist mittels der Bezugsnummer 15 in Fig. 3 angedeutet. Der Leiter 10 ist nun stoff- und kraftschlüssig mit dem Kabelschuh 1 verbunden. Nun wird der Dichtring 14 in den Behälter 2 zwischen dessen Wandung und die Leiterisolierung 12 geschoben, sodaß dieser in dem trompetenförmigen Bereich des Behälters 2 rotationssymmetrisch anliegt. Abschließend wird der Isolationscrimp 5 des Kabelschuhs 1 in Richtung der Leitungsisolierung 12 verbogen, sodaß die Lasche 5 die Wandung des Behälters 2 stetig weiterführt. Die Crimpflügel 6, 7 der Lasche 5 werden um die Isolierung 12 gecrimpt. Dabei wird der Zwischenraum zwischen der Wandung des Behälters 2 und der Leiterisolierung 12 nach außen hin von den Crimpflügeln verschlossen. Die Crimpflügel 6, 7 werden dafür teilweise in den Zwischenraum eingeführt. Der Dichtring 14 wird dadurch fest in den Zwischenraum eingepreßt, sodaß das abisolierte Leiterende vollständig gegenüber der Umwelt abgedichtet ist.

[0026] Das dargestellte Verfahren zur Herstellung der Kontaktierung kann mit Vorteil in einem automatisierten Fertigungsablauf erfolgen oder darin integriert werden.

Ansprüche

1. Anordnung zur Kontaktierung eines elektrischen Leiters (10), welcher eine Isolierung (12) aufweist, wobei ein Kabelschuh (1) um ein abisoliertes Ende des Leiters (10) gecrimpt und eine Stirnseite (13) des Leiters (10) mit dem Kabelschuh (1) verschweißt ist, dadurch gekennzeichnet, daß

- der Kabelschuh (1) einen topfartigen Behälter (2) aufweist, in welchem das abisolierte Ende des Leiters (10) durch das Crimpen und das Schweißen festgelegt ist, wobei das Ende der Isolierung (12) in den Behälter (2) hineinreicht,

- der Kabelschuh (1) am offenen Ende des Behälters (2) einen Isolationscrimp (5) aufweist, welcher um das Ende der Isolierung (12) des Leiters (10) gecrimpt ist, und

- ein ringförmiges Dichtelement (14) in dem Zwischenraum zwischen der Wandung des Behälters (2) und dem abisolierten Leiterende angeordnet und von dem Isolationscrimp (5) in den Zwischenraum gepreßt ist, sodaß der Behälter (2) dicht verschlossen ist.

2. Verfahren zum Kontaktieren eines elektrischen Leiters (10), welcher eine Isolierung (12) aufweist, bei welchem ein Kabelschuh (1) um ein abisoliertes Ende des Leiters (10) gecrimpt und eine Stirnseite (13) des Leiters (10) mit dem Kabelschuh (1) verschweißt wird, dadurch gekennzeichnet, daß

- ein ringförmiges Dichtelement (14) auf die Isolierung (12) des Leiters (10) aufgeschoben wird,

- der Kabelschuh (1) einen topfartigen Behälter (2) aufweist, in welchen das abisolierte Leiterende so eingeführt wird, daß das Ende der Isolierung (12) in den Behälter (2) hineinreicht, und in welchem das abisolierte Leiterende durch das Crimpen und das Schweißen festgelegt wird,

- das ringförmige Dichtelement (14) in den Zwischenraum zwischen der Wandung des Behälters (2) und das abisolierte Leiterende geschoben wird, und

- ein Isolationscrimp (5), welcher sich am offenen Ende des Behälters (2) befindet, um das Ende der Isolierung (12) des Leiters (10) gecrimpt wird, wobei das ringförmige Dichtelement (14) von dem Isolationscrimp (5) zwischen der Wandung des Behälters (2) und dem abisolierten Leiterende eingepreßt wird, sodaß der Behälter (2) dicht verschlossen wird.

Zeichnung