Anordnung mit zwei miteinander verschraubten Kupferblechen und Verfahren zu deren Herstellung

Im Bereich der Automobilelektrik und -elektronik, insbesondere im Zusammenhang mit der Elektrifizierung des Kraftfahrzeugs werden in zunehmendem Maße Verbraucher eingesetzt, zu deren Betrieb hohe Ströme erforderlich sind. Um die Verluste möglich gering zu halten, dürfen die dazu nötigen elektrischen Leiter nur einen geringen Widerstand aufweisen. Dies kann zum einen durch entsprechend große Querschnitte erreicht werden, was jedoch aufgrund des entsprechend hohen Materialaufwands teuer ist, oder aber durch eine entsprechend hohe Leitfähigkeit. Aufgrund seiner diesbezüglichen Eigenschaften ist hier nachwievor Kupfer die erste Wahl. Diese häufig als Stromschienen bezeichneten Leiter werden zumeist aus Kupferblech gefertigt und müssen miteinander oder auch mit anderen Gegenständen aus Kupfer, wie beispielsweise Einpresspins verbunden werden. Hierzu kommt als Verbindungs- technik beispielsweise Nieten, Hartlöten oder Schweißen in Frage, wobei beim Schweißen die hohe Wärmeleitfähigkeit von Kupfer nachteilig ist, da die Schweißstelle hierdurch nicht warm genug wird. Aus der DE 199 10 787 AI ist es bekannt, solche Kupferbleche miteinander zu verschrauben, wobei jedoch in herkömmlicher Weise in den zu verbindenden Teilen der Stromschienen Löcher ggf. mit vorgeschnittenem Gewinde vorgesehen sind. Dies bedeutet jedoch einen zusätzlichen Arbeitsschritt und außerdem müssen diese Löcher mit geringen Toleranzen gefertigt werden, damit die Verbindungen der Kupferbleche passgenau sind.

Aus der DE 103 48 427 AI ist es andererseits bekannt, Bleche mittels einer Direktverschraubung zu verbinden, wobei durch eine entsprechende Ausbildung der Schraubenspitze und hohe Drehzahl die Einschraubstelle stark erwärmt wird, wodurch sie fließfähig wird, und die Schraube mit entsprechend hoher Kraft in die zu verbindenden Bleche eingedrückt werden kann, wodurch die Schraube sich selbst ein Gewinde schneidet.

Allerdings wird gemäß der dortigen Offenbarung diese Verbin- dungstechnik nur für Aluminium-Stahl-Verbindungen angewandt.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung von zwei miteinander verbundenen Kupferblechen anzugeben, deren Herstellung partikelemissionsarm ist und einen guten Stromüber- gangswiderstand für Hochstromverbindungen liefert. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Anordnung anzugeben.

Die Aufgabe wird gelöst, durch eine Anordnung mit zwei Kup- ferblechen, die über eine Schraubverbindung miteinander verbunden sind, wobei die Schraube direkt in die Kupferbleche eingeschraubt wurde, ohne dass Schraublöcher vorgesehen waren. Die Aufgabe wird außerdem gelöst, durch ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zweier Kupferbleche mittels einer Schraube, bei dem die Schraube direkt in die Kupferbleche eingeschraubt wird, ohne dass Schraublöcher vorgesehen sind.

Hierdurch kann einerseits die in der Backendfertigung der Kraftfahrzeugelektronik weitverbreitete Schraubtechnik ange- wendet werden, ohne dass die Nachteile der Verschraubung mit Schraube und Mutter und entsprechend vorgesehenen Löchern in den Kupferblechen oder durch vorzusehende Gewinde in den Löchern verwendet werden muss. Außerdem wird durch die hohe Erwärmung des Kupfers an der Einschraubstelle und die dadurch erzielte Fließfähigkeit eine sehr gute Stromtragfähigkeit mit geringem Übergangswiderstand an der Verbindungsstelle erreicht.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausbildung der erfindungsgemäßen Anordnung besteht zumindest eines der Kupferbleche aus Cu-ETP. Dieses hochleitfähige Kupfermaterial ist besonders weich und daher für herkömmliche Verbindungstechniken nur schlecht geeignet . In einer weiteren erfindungsgemäßen Aus- und Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung weist die Schraube eine an das Kupfermaterial angepasste Gewindegeometrie auf. Bei einer vorteilhaften Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt der Schraubvorgang unter Schutzgasatmo ^¬ sphäre. Hierdurch kann eine isolierende Oxidbildung an der Oberfläche der Kupferbleche verhindert werden. Als Schutzgase kommen beispielsweise Argon oder Kohlendioxid in Frage.

Bei einer vorteilhaften Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt der Schraubvorgang auf einer belastbaren Abstützung . Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe einer Figur näher erläutert werden. Dabei zeigt:

Figur 1 eine Schraube zur Verbindung zweier Kupferbleche. Die Schraube der Figur 1 weist einen Schraubenkopf 1 mit vorzugsweise Innenantrieb auf. Dabei muss der Schraubenkopf- durchmesser an den zu verwendenden Innenantrieb angepasst sein, z.B. 2,5 mm für Torx plus. Das Schraubenmaterial und auch der Innenantrieb muss für kurzfristig sehr hohe Drehzahlen von 4000 Umdrehungen pro Minute und höher ausgelegt sein.

Die Schraube weist an ihrem dem Schraubenkopf 1 gegenüber ^¬ liegenden Ende ausgehend von der Schraubenspitze 6 bis zu einem Kalibrierabschnitt 4 eine Fließlochformzone 5 aus, die im dargestellten Beispiel als Vierkant ausgebildet ist, der ausgehend vom Kalibrierabschnitt sich bis zur Schraubenspitze verjüngt. Nach dem Kalibrierabschnitt 4 folgt eine kurze Ge ^¬ windeformzone 3, an die sich das tragende Gewinde 2 anschließt. Eine solche Schraube wird mit hoher Anpresskraft erfindungsgemäß gegen eine belastbare Abstützung mit hoher Drehzahl gegen die zu verbindenden Kupferbleche gedrückt, wodurch sich die Einschraubstelle erwärmt und zu fließen beginnt und die Schraube sich ihr eigenes Gewinde schneiden kann. Durch die dadurch zu erreichende formschlüssige Verbindung kommt es zu einem geringen Stromübergangswiderstand, was von großem Vorteil bei Hoch ^¬ stromverbindungen ist. Außerdem sind Toleranzen der einzelnen Stanzgitter zueinander nicht so kritisch wie bei einem Durchgangsloch, da die Schraube das Loch selbst formt.