| DE10358153A1 | 2004-08-12 | |||
| DE102013010981B3 | 2014-08-28 | |||
| US20160126642A1 | 2016-05-05 | |||
| EP2830158A1 | 2015-01-28 | |||
| DE102012007846A1 | 2013-10-24 | |||
| DE102010035424A1 | 2012-03-01 | |||
| DE10358153A1 | 2004-08-12 | |||
| DE102013010981B3 | 2014-08-28 | |||
| US20160126642A1 | 2016-05-05 |
| PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen einem mehrere Einzeldrähte (9) umfassenden elektrischen Leiter (5) und einem Kontaktelement (2), wobei der elektrische Leiter (5) in einem Kontaktabschnitt (4) des Kontaktelements (2) angeordnet wird und nachfolgend der Kontaktabschnitt (4) und der elektrische Leiter (5) miteinander verpresst werden, sodass der Kontaktabschnitt (4) den elektrischen Leiter (5) umgreift, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Laserbestrahlung des Kontaktabschnitts (4), oder mittels einer Laserbestrahlung des elektrischen Leiters (5) durch eine Öffnung (17) im Kontaktabschnitt (4), mehrere voneinander beabstandete längliche Schweißverbindungen (14) zwischen dem Kontaktabschnitt (4) und dem elektrischen Leiter (5) hergestellt werden, wobei sich die länglichen Schweißverbindungen (14) in einer Bestrahlungsrichtung jeweils von einem bestrahlten Bereich (13) des Kontaktabschnitts (4), oder von einem bestrahlten Bereich (13) des elektrischen Leiters (5), durch einen gesamten Querschnitt des verpressten elektrischen Leiters (5) bis zu einem Bereich des Kontaktabschnitts (4), der dem bestrahlten Bereich (13) gegenüber liegt, erstrecken, sodass der elektrische Leiter (5) mit diesem Bereich des Kontaktabschnitts (4) verbunden ist, wobei die bestrahlten Bereiche (13) rasterförmig angeordnet sind. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die länglichen Schweißverbindungen (14) über einen Großteil ihrer Länge normal zur Bestrahlungsrichtung voneinander beabstandet sind. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere längliche Schweißverbindungen (14) gleichzeitig, insbesondere durch die gleiche Quelle (11) der Laserbestrahlung, hergestellt werden . 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein bestrahlter Bereich (13) zu einem anderen bestrahlten Bereich (13) normal zur Längsrichtung der Einzeldrähte (9) versetzt ist, sodass die Projektion aller länglichen Schweißverbindungen (14) auf eine Querschnittsfläche des elektrischen Leiters (5), die im Bereich der länglichen Schweißverbindungen (14) liegt, eine durchgehende verschweißte Fläche in Querrichtung des elektrischen Leiters (5) ergeben. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verpressungsgrad der Einzeldrähte (9) in einem Längsbereich des Kontaktelements (2), in dem sich keine bestrahlten Bereiche befinden, geringer ist als in einem Längsbereich des Kontaktelements (2), wo sich bestrahlte Bereiche (13) befinden . 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der unterschiedliche Verpressungsgrad durch ein Verpresswerkzeug (1) mit einer gestuften Auflagefläche (10,15,16) hergestellt wird. 7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der unterschiedliche Verpressungsgrad durch einen Kontaktabschnitt (4) mit in Querrichtung unterschiedlich langen Kabelschuhkrallen (6,7) hergestellt wird. 8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verpressungsgrad der Einzeldrähte (9) in einem Längsbereich des Kontaktelements (2), wo sich bestrahlte Bereiche (13) befinden, größer als 70% ist. 9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserbestrahlung in jenem Werkzeug (1,3) erfolgt, in welchem die Verpressung erfolgt . 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage des verpressten elektrischen Leiters (5) zwischen Verpressen und Laserbestrahlung nicht verändert wird . 11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Herstellung einer länglichen Schweißverbindung (14) weniger als 100 ms, insbesondere weniger als 80 ms, z.B. um 60 ms dauert. 12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (D) eines bestrahlten Bereichs (13) zwischen 0,4 und 0,8 mm, insbesondere zwischen 0,5 und 0,7 mm liegt, bevorzugt 0,6 mm beträgt. 13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rasterkonstante (R) der bestrahlten Bereiche (13) zwischen 0,8 und 1,2 mm, insbesondere zwischen 0,9 und 1,1 mm liegt, bevorzugt 1 mm beträgt. 14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der größte Durchmesser einer länglichen Schweißverbindung (14) 0,7 bis 0,9 mm, insbesondere um 0,8 mm beträgt. 15. Vorrichtung zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen einem mehrere Einzeldrähte (9) umfassenden elektrischen Leiter (5) und einem Kontaktelement (2), die Vorrichtung umfassend ein Verpresswerkzeug (1,3), mit welchem der in einem Kontaktabschnitt (4) des Kontaktelements (2) angeordnete elektrische Leiter (5) mit dem Kontaktelement (2) verpresst werden kann, sodass der Kontaktabschnitt (4) den elektrischen Leiter (5) umgreift, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung (11) zur Laserbestrahlung vorgesehen ist, welche ausgebildet ist, mehrere voneinander beabstandete längliche Schweißverbindungen (14) zwischen dem Kontaktabschnitt (4) und dem elektrischen Leiter (5) herzustellen, wobei sich die länglichen Schweißverbindungen (14) in einer Bestrahlungsrichtung jeweils von einem bestrahlten Bereich (13) des Kontaktabschnitts (4), oder von einem bestrahlten Bereich (13) des elektrischen Leiters (5) in einer Öffnung (17) im Kontaktabschnitt (4), bis zu einem Bereich des Kontaktabschnitts (4), der dem bestrahlten Bereich (13) gegenüber liegt, erstrecken, sodass der elektrische Leiter (5) mit diesem Bereich des Kontaktabschnitts (4) verbunden ist, wobei die bestrahlten Bereiche (13) rasterförmig angeordnet sind. 16. Einheit aus einem mehrere Einzeldrähte (9) umfassenden elektrischen Leiter (5) und einem Kontaktelement (2), wobei der elektrische Leiter (5) in einem Kontaktabschnitt (4) des Kontaktelements (2) angeordnet ist und der Kontaktabschnitt (4) und der elektrische Leiter (5) miteinander verpresst sind, sodass der Kontaktabschnitt (4) den elektrischen Leiter (5) umgreift und eine elektrische Verbindung zwischen elektrischem Leiter (5) und Kontaktelement (2) besteht, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere voneinander beabstandete längliche Schweißverbindungen (14) zwischen dem Kontaktabschnitt (4) und dem elektrischen Leiter (5) vorliegen, wobei sich die länglichen Schweißverbindungen (14) in einer Bestrahlungsrichtung jeweils von einem bestrahlten Bereich (13) des Kontaktabschnitts (4), oder von einem bestrahlten Bereich (13) des elektrischen Leiters (5) in einer Öffnung (17) im Kontaktabschnitt (4), bis zu einem Bereich des Kontaktabschnitts (4), der dem bestrahlten Bereich (13) gegenüber liegt, erstrecken, sodass der elektrische Leiter (5) mit diesem Bereich des Kontaktabschnitts (4) verbunden ist, wobei die bestrahlten Bereiche (13) rasterförmig angeordnet sind. 17. Einheit nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die länglichen Schweißverbindungen (14) über einen Großteil ihrer Länge normal zur Bestrahlungsrichtung voneinander beabstandet sind. 18. Einheit nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein bestrahlter Bereich (13) zu einem anderen bestrahlten Bereich (13) normal zur Längsrichtung der Einzeldrähte (9) versetzt ist, sodass die Projektion aller länglichen Schweißverbindungen (14) auf eine Querschnittsfläche des elektrischen Leiters (5), die im Bereich der länglichen Schweißverbindungen (14) liegt, eine durchgehende verschweißte Fläche in Querrichtung des elektrischen Leiters (5) ergeben. 19. Einheit nach einem der Ansprüche 16-18, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (D) eines bestrahlten Bereichs (13) zwischen 0,4 und 0,8 mm, insbesondere zwischen 0,5 und 0,7 mm liegt, bevorzugt 0,6 mm beträgt. 20. Einheit nach einem der Ansprüche 16-19, dadurch gekennzeichnet, dass die Rasterkonstante (R) der bestrahlten Bereiche (13) zwischen 0,8 und 1,2 mm, insbesondere zwischen 0,9 und 1,1 mm liegt, bevorzugt 1 mm beträgt. 21. Einheit nach einem der Ansprüche 16-20, dadurch gekennzeichnet, dass der größte Durchmesser einer länglichen Schweißverbindung (14) 0,7 bis 0,9 mm, insbesondere um 0,8 mm beträgt. |
GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen einem mehrere Einzeldrähte umfassenden elektrischen Leiter und einem Kontaktelement, wobei der elektrische Leiter in einem Kontaktabschnitt des Kontaktelements angeordnet wird und nachfolgend der
Kontaktabschnitt und der elektrische Leiter miteinander verpresst werden, sodass der Kontaktabschnitt den elektrischen Leiter umgreift.
Die Erfindung betrifft weiters eine entsprechende Vorrichtung zur Herstellung einer elektrischen Verbindung sowie eine
Einheit aus einem mehrere Einzeldrähte umfassenden
elektrischen Leiter und einem Kontaktelement.
Das Kontaktelement wird beispielsweise durch einen Kabelschuh, wie einen Crimpkabelschuh, oder eine Kabelhülse, wie eine Crimphülse, gebildet.
STAND DER TECHNIK
Bekannt sind Verbindungsverfahren zum elektrischen Verbinden eines elektrischen Kabels mit einem Kontaktelement, bei dem ein Kabelcrimpabschnitt, der an dem Kontaktelement vorgesehen ist, mit einem elektrischen Leiter des elektrischen Kabels in Presskontakt gebracht wird. Bei einer solchen
Quetschkontaktverbindung werden, wenn der Leiter des
elektrischen Kabels aus mehreren Einzeldrähten aufgebaut ist, die Leiterdrähte, die sich am äußeren Umfang befinden, mit dem Kontaktelement in direkten Kontakt gebracht und für diese ist eine Stromleitung einfach zu erzielen. Die Einzeldrähte, die im Zentrum des Leiters angeordnet sind, können mit dem Kontaktelement nur über die Einzeldrähte, die sich an dem äußeren Umfang befinden, in leitenden Kontakt gebracht werden.
Um einen entsprechenden Querkontakt zwischen den im Inneren des Leiters liegenden Einzeldrähten zu anderen Einzeldrähten und weiter zum Kontaktelement herzustellen, wurde etwa in der DE 10358153 Al vorgeschlagen, zusätzlich zum Vercrimpen die Einzeldrähte untereinander und mit dem Kontaktelement mittels Laser zu verschweißen. Dabei ist dort vorgesehen, dass mehrere Bereiche des Leiters nacheinander und überlappend verschweißt werden. Während des ersten Schweißschritts erfolgt ein
schnelles Erwärmen durch das Aufbringen des Laserstrahls und dabei ein explosives Verteilen von Material innerhalb des Leiters. Ein jeweils nachfolgend geschweißter Bereich
überdeckt den zuerst geschweißten Bereich und nutzt den dadurch vorhandenen erhöhten Temperaturzustand, indem kein schnelles Erwärmen durch den Laserstrahl während des zweiten und der nachfolgenden Schweißschritte gegeben ist. Der
Werkstoff schmilzt allmählich, so dass ein explosives
Verteilen verhindert werden kann. Nachteilig an diesem
Verfahren ist allerdigs, dass es beim ersten Schweißschritt dennoch zu einem explosiven Verteilen kommen kann.
Die DE 10 2013 010981 B3 zeigt ein Verfahren und eine
Vorrichtung zum Verbinden eines elektrischen Leiters mit einem Kontaktteil, wobei bei der Vorrichtung zum Verpressen eine oder mehrere Öffnungen vorgesehen sind, durch welche ein
Laserstrahl eines Laserschweißgeräts hindurchtreten kann. Eine bestimmte Anordnung oder Wirkungsweise von Laserstrahlen ist in der DE 10 2013 010981 B3 nicht geoffenbart.
Aus der US 2016/126642 Al ist ein gecrimptes Kontaktelement bekannt, das ein Bündel von Aluminiumdrähten umschließt. In einem Übergangsabschnitt, wo sich keine Aluminiumdrähte befinden, werden Laschen des Kontaktelements mittels
punnktförmiger Laserschweißung miteinander verbunden, was allerdings das Eintreten von Flüssigkeit in das Kontaktelement verhindern soll, und nicht der Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen den Einzeldrähten eines elektrischen
Leiters und dem Kontaktelement dient.
AUFGABE DER ERFINDUNG
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung die Nachteile des Stands der Technik zu überwinden und ein Verfahren
vorzuschlagen, bei welchem die Gefahr des explosiven
Verteilens verringert und dennoch eine Querleitfähigkeit zwischen Einzeldrähten hergestellt werden kann.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Ausgangspunkt dafür ist ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen einem mehrere Einzeldrähte umfassenden elektrischen Leiter und einem Kontaktelement, wobei der elektrische Leiter in einem Kontaktabschnitt des Kontaktelements angeordnet wird und nachfolgend der
Kontaktabschnitt und der elektrische Leiter miteinander verpresst werden, sodass der Kontaktabschnitt den elektrischen Leiter umgreift.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass mittels einer
Laserbestrahlung des Kontaktabschnitts, oder mittels einer Laserbestrahlung des elektrischen Leiters durch eine Öffnung im Kontaktabschnitt, mehrere voneinander beabstandete
längliche Schweißverbindungen zwischen dem Kontaktabschnitt und dem elektrischen Leiter hergestellt werden, wobei sich die länglichen Schweißverbindungen in einer Bestrahlungsrichtung jeweils von einem bestrahlten Bereich des Kontaktabschnitts, oder von einem bestrahlten Bereich des elektrischen Leiters, durch einen gesamten Querschnitt des verpressten elektrischen Leiters bis zu einem Bereich des Kontaktabschnitts, der dem bestrahlten Bereich gegenüber liegt, erstrecken, sodass der elektrische Leiter mit diesem Bereich des Kontaktabschnitts verbunden ist, wobei die bestrahlten Bereiche rastertörmig angeordnet sind.
Durch die Herstellung von mehreren länglichen
Schweißverbindungen, die sich jeweils von der Oberfläche des Kontaktabschnitts durch diesen und weiter in das Innere des Leiters erstrecken, oder durch die Herstellung von mehreren länglichen Schweißverbindungen, die sich jeweils von der
Oberfläche des elektrischen Leiters in das Innere des Leiters erstrecken - für den Fall, dass eine Öffnung im
Kontaktabschnitt die Oberfläche des elektrischen Leiters für die Laserbestrahlung freigibt, wobei die länglichen
Schweißverbindungen jedoch voneinander beabstandet sind, wird der Energieeintrag gegenüber herkömmlichen Schweißverfahren verringert, weil das Material zwischen den länglichen
Schweißverbindungen erfindungsgemäß nicht aufgeschmolzen werden soll.
Umso tiefer die länglichen Schweißverbindungen in den Leiter reichen, umso mehr Einzeldrähte werden mit der länglichen Schweißverbindungen verbunden und umso besser ist die
Querleitfähigkeit. Die Erfindung sieht deshalb vor, dass die Laserbestrahlung so durchgeführt wird, dass sich die längliche Schweißverbindung in Bestrahlungsrichtung jeweils durch den gesamten Querschnitt des verpressten elektrischen Leiters erstreckt. Die länglichen Schweißverbindungen erstrecken sich also in ihrer Längsrichtung in einer ersten Variante der
Erfindung, wo die Laserstrahlung am Kontaktelement
auftrifft, vom bestrahlten Bereich des Kontaktabschnitts durch den Leiter bis zu jenem Bereich des um den Leiter
herumgeführten Kontaktabschnitts, der dem bestrahlten Bereich gegenüber liegt. Dann sind die von dieser Schweißverbindung erfassten Einzeldrähte sogar an zwei Stellen mit dem
Kontaktabschnitt verbunden.
In einer zweiten Variante der Erfindung, wo das Kontaktelement eine Öffnung aufweist, durch welche die Laserstrahlung
hindurchtritt und an der Oberfläche des elektrischen Leiters auftrifft, erstrecken sich die länglichen Schweißverbindungen vom bestrahlten Bereich des elektrischen Leiters durch den Leiter bis zu jenem Bereich des um den Leiter herumgeführten Kontaktabschnitts, der dem bestrahlten Bereich gegenüber liegt. Dann sind die von dieser Schweißverbindung erfassten Einzeldrähte an zumindest einer Stelle mit dem
Kontaktabschnitt verbunden.
Durch Variation der vom Laser in das Material eingebrachten Energie und/oder durch die Dauer der Laserbestrahlung kann eingestellt werden, wie tief der Laser in das Material eindringt .
Längliche Schweißverbindungen gemäß der vorliegenden Erfindung haben in ihrer Längsrichtung, also in Bestrahlungsrichtung, eine größere Ausdehnung als in Breitenrichtung. Vorzugsweise beträgt die Länge ein Vielfaches der durchschnittlichen Breite bzw. ihres Durchmessers, insbesondere können die länglichen Schweißverbindungen dabei stabförmig sein, also einen
annähernd konstanten Durchmesser über deren Länge aufweisen.
Derartige längliche, insbesondere stabförmige,
Schweißverbindungen können durch Lasertiefschweißen
hergestellt werden, wo sich durch hohe Strahlintensitäten in der Schmelze in Strahlungsrichtung eine Dampfkapillare in die Tiefe des Werkstücks bildet. Der Werkstoff wird dadurch auch in der Tiefe aufgeschmolzen, die Schmelzzone ist in der Regel mehr tief als breit.
Die Energie des Laserstrahls wird entsprechend der gewünschten Eindringtiefe des Laserstrahls in den Bereich des
Kontaktabschnitts, der dem bestrahlten Bereich gegenüber liegt, dosiert. Der Laserstrahl soll diesen gegenüberliegenden Bereich des Kontaktabschnitts nicht vollständig durchdringen und nach außen austreten, da dies einen Qualitätsmangel darstellen würde. Eine typische Leistung eines Lasers für das erfindungsgemäße Verfahren beträgt 1-15 kW. Der Leistungsbedarf hängt vom
Material des elektrischen Leiters sowie des Kontaktabschnitts ab. Der Leistungsbedarf hängt weiters vom Durchmesser der länglichen Schweißverbindung, von der Länge der länglichen Schweißverbindung, also der Einstichtiefe, und der
Einstichgeschwindigkeit ab.
Der bestrahlte Bereich ist nach der Laserbestrahlung in der ersten Variante der Erfindung an der Oberfläche des
Kontaktabschnitts, bzw. in der zweiten Variante der Erfindung an der Oberfläche des elektrischen Leiters, in der Regel als ein annähernd runder Bereich sichtbar, entsprechend dem
Durchmesser des Laserstrahls und dem rundherum
aufgeschmolzenen Material des Kontaktbereichs bzw. des elektrischen Leiters. Die bestrahlten Bereiche befinden sich also in der ersten Variante der Erfindung an der Oberfläche des Kontaktabschnitts, und in der zweiten Variante an der Oberfläche des elektrischen Leiters. Da der elektrische Leiter mehrere Einzeldrähte umfasst, befinden sich die bestrahlten Bereiche also an der Oberfläche der Einzeldrähte.
Durch die Konzentration des geschmolzenen Materials pro sogenanntem Lasereinstich, also pro Bereich der späteren länglichen Schweißverbindung, auf einen sehr engen Bereich wird relativ zu herkömmlichen Schweißmethoden nur wenig
Material verflüssigt, was die Gefahr eines explosiven
Verteilens von Material verringert.
Eine Ausführungsvariante sieht vor, dass die länglichen
Schweißverbindungen über einen Großteil ihrer Länge, die in Bestrahlungsrichtung gemessen wird, normal zur
Bestrahlungsrichtung voneinander beabstandet sind. Im
Idealfall sind die länglichen Schweißverbindungen über ihre gesamte Länge voneinander beabstandet.
Eine Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, dass mehrere längliche Schweißverbindungen, vorzugsweise alle, zeitlich nacheinander durch die gleiche Quelle der Laserbestrahlung hergestellt werden. Mit einer Quelle, also einem Laser, können z.B. durch entsprechende optische Umlenkungen (z.B. Spiegel, etc.) alle gewünschten bestrahlten Bereiche von einer Quelle aus erreicht werden, ohne dass das Kontaktelement relativ zur Quelle bewegt werden muss.
Bevorzugt ist aber, weil schneller durchführbar, wenn mehrere längliche Schweißverbindungen gleichzeitig, insbesondere durch die gleiche Quelle der Laserbestrahlung, hergestellt werden. Mit einer Quelle kann z.B. wieder durch entsprechende optische Umlenkungen der Laserstrahl auf alle gewünschten bestrahlten Bereiche aufgeteilt werden.
Die Erfindung sieht vor, dass mehrere längliche
Schweißverbindungen rasterförmig, also in regelmäßig
voneinander beabstandeten bestrahlten Bereichen, hergestellt werden. Die bestrahlten Bereiche, in der Regel als kleine annähernd kreisrunde Stellen an der Oberfläche des
Kontaktbereichs bzw. des elektrischen Leiters sichtbar, sind also mit einem Abstand zueinander auf der Oberfläche des
Kontaktbereichs bzw. des elektrischen Leiters angeordnet.
Durch die regelmäßige Anordnung kann eine regelmäßige
Durchdringung des Leiters, und damit Verbindung der
Einzeldrähte des Leiters, mit länglichen Schweißverbindungen sichergestellt werden. Die bestrahlten Bereiche sind also gemäß einem Raster auf der Oberfläche des Kontaktbereichs bzw. des elektrischen Leiters angeordnet. Dass die Einzeldrähte des elektrischen Leiters in der Regel zusätzlich verdrillt sind und ihre Lage im Leiterquerschnitt über ihre Länge ändern, trägt ebenfalls zur Kontaktierung aller Einzeldrähte bei.
Beispiele für eine rasterförmige Anordnung der bestrahlten Bereiche sind etwa mehrere bestrahlte Bereiche, die auf einer Linie liegen und somit eine Reihe bilden, wobei zwei oder mehrere solcher Reihen quer, insbesondere normal, zur
Längsrichtung der Einzeldrähte des elektrischen Leiters angeordnet sind und in Längsrichtung der Einzeldrähte in konstantem Abstand zueinander angeordnet sind. Benachbarte Reihen haben beispielsweise gleich viele bestrahlte Bereiche, oder unterscheiden sich um einen bestrahlten Bereich.
Bei der rastertörmigen Anordnung der bestrahlten Bereiche kann vorgesehen sein, dass ein bestrahlter Bereich zu einem anderen bestrahlten Bereich normal zur Längsrichtung der Einzeldrähte versetzt ist, sodass die Projektion aller länglichen
Schweißverbindungen auf eine Querschnittsfläche des
elektrischen Leiters, die im Bereich der länglichen
Schweißverbindungen liegt, eine durchgehende verschweißte Fläche in Querrichtung des elektrischen Leiters ergeben. Damit ist sichergestellt, dass nicht nur immer ein und derselbe Einzeldraht von verschiedenen, in Längsrichtung der
Einzeldrähte aufeinanderfolgenden länglichen
Schweißverbindungen kontaktiert wird und andere benachbarte Einzeldrähte nicht. Zudem ist sichergestellt, dass alle
Einzeldrähte zumindest einmal in einer länglichen
Schweißverbindung enthalten sind.
Der Laserstrahl trifft in der Regel in der ersten Variante der Erfindung normal zur Oberfläche des Kontaktabschnitts am
Kontaktabschnitt auf, bzw. in der zweiten Variante der
Erfindung normal zur Oberfläche des elektrischen Leiters, konkret normal zur Oberfläche seiner Einzeldrähte, auf dem elektrischen Leiter auf. Insofern sind bei dieser
Ausführungsvariante die bestrahlten Bereiche gleichzeitig normal zur Bestrahlungsrichtung zueinander versetzt.
Eine mögliche rasterförmige Anordnung mit zueinander
versetzten bestrahlten Bereichen besteht zum Beispiel aus mehreren Reihen von bestrahlten Bereichen, wobei die Reihen quer, insbesondere normal, zur Längsrichtung der Einzeldrähte verlaufen und benachbarte Reihen zueinander quer, insbesondere normal, zur Längsrichtung der Einzeldrähte versetzt sind. Die bestrahlten Bereiche der ersten, dritten, usw. Reihe können dann in Längsrichtung der Einzeldrähte gesehen miteinander fluchten, ebenso die bestrahlten Bereiche der zweiten, vierten, usw. Reihe. Benachbarte Reihen, die ja zueinander versetzt sind, können einander auch in Längsrichtung der
Einzeldrähte gesehen überlappen.
Es kann vorgesehen sein, dass der Verpressungsgrad der
Einzeldrähte in einem Längsbereich des Kontaktelements, in dem sich keine bestrahlten Bereiche befinden, geringer ist als in einem Längsbereich des Kontaktelements, wo sich bestrahlte Bereiche befinden.
Der Verpressungsgrad gibt das Verhältnis von Leiterquerschnitt nach dem Verpressen (bzw. Vercrimpen) zu Leiterquerschnitt vor dem Verpressen (bzw. Vercrimpen) an. Ein Verpressungsgrad von 100% bedeutet, dass der Leiterquerschnitt durch das Verpressen (bzw. Vercrimpen) gar nicht vermindert worden, sondern gleich geblieben ist. Ein Verpressungsgrad von 80% bedeutet, dass sich der Leiterquerschnitt durch das Verpressen (bzw.
Vercrimpen) auf 80% des ursprünglichen Leiterquerschnitts verringert hat.
Es kann nun vorgesehen sein, dass der Kontaktabschnitt quer zur Längsrichtung der Einzeldrähte in zwei Längsbereiche unterteilt wird. In einem Längsbereich wird der Leiter nur verpresst, im anderen Längsbereich wird der Leiter verpresst und zusätzlich erfindungsgemäß mit dem Laser bestrahlt. In dem Längsbereich, wo zusätzlich mit dem Laser bestrahlt wird, ist es vorteilhaft, wenn möglichst viele Zwischenräume zwischen den Einzeldrähten vorhanden sind, also eine offene
Seilstruktur sichergestellt wird, die bei Aufbau eines
Schmelzedrucks im Rahmen des Laserschweißvorgangs als
Entlüftungskanal fungiert. Diese Maßnahme stabilisiert den Laserschweißprozess, das heißt beispielsweise, falls sich zwischen den verpressten Drähten ein Emulsionsrückstand befindet, kann es beim Einbringen der Energie zu einer
Verdampfung dieser Emulsion kommen, die das
Laserschweißergebnis negativ beeinflusst. Stellt man nun sicher, dass durch die lockere Seilstruktur eine Art
Kamineffekt gegeben ist, so hat die Verdampfung dieses Emulsionsrückstands keinen negativen Einfluss auf das Ergebnis .
Eine Möglichkeit, um einen unterschiedlichen Verpressungsgrad herzustellen, besteht darin, dass der unterschiedliche
Verpressungsgrad durch ein Verpresswerkzeug mit einer
gestuften Auflagefläche hergestellt wird. Die Länge der beiden Stufen entspricht jeweils einem Längsabschnitt des
Kontaktabschnitts. Die unterschiedliche Höhe der Auflagefläche relativ zum Kontaktabschnitt des Kontaktelements bewirkt, dass der Leiter in den beiden Längsabschnitten des Kontaktelements unterschiedlich stark zusammengepresst wird.
Eine andere Möglichkeit, um einen unterschiedlichen
Verpressungsgrad herzustellen, besteht darin, dass der
unterschiedliche Verpressungsgrad durch einen Kontaktabschnitt mit in Querrichtung unterschiedlich langen Kabelschuhkrallen hergestellt wird. Jener Längsabschnitt, welcher mehr
zusammengepresst werden soll, weist dann längere
Kabelschuhkrallen, also mehr Material auf, das beim Verpressen in Richtung Leiter gepresst wird. So kann auch bei ebener Auflagefläche des Verpresswerkzeugs eine unterschiedliche Höhe bzw. Pressung des Leiters erreicht werden.
Es ist auch nicht ausgeschlossen, gleichzeitig gestufte
Auflageflächen und unterschiedliche lange Kabelschuhkrallen zu verwenden .
Im Hinblick auf eine offene Seilstruktur der Einzeldrähte ist es vorteilhaft, wenn der Verpressungsgrad der Einzeldrähte in einem Längsbereich des Kontaktelements, wo sich bestrahlte Bereiche befinden, größer als 70% ist.
Um unnötige Bearbeitungsschritte, wie das Verbringen des verpressten Leiters zu einer Schweißstation, zu vermeiden, kann vorgesehen sein, dass die Laserbestrahlung in jenem
Werkzeug erfolgt, in welchem die Verpressung erfolgt. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Lage des verpressten elektrischen Leiters zwischen Verpressen und
Laserbestrahlung nicht verändert wird. Der verpresste
elektrische Leiter verbleibt also nach dem Verpressen im
Werkzeug und wird dort auch mit dem Laser verschweißt.
Es kann vorgesehen sein, dass die Herstellung einer länglichen Schweißverbindung weniger als 100 ms, insbesondere weniger als 80 ms, z.B. um 60 ms dauert. Je nach Leistung des Lasers ergibt sich ein Bereich von 20 bis 100 ms für die Herstellung einer länglichen Schweißverbindung.
Es kann vorgesehen sein, dass der Kontaktabschnitt zumindest im Bereich, wo dieser den elektrischen Leiter berührt, mit einer Nickelbeschichtung versehen ist. Die Nickelschicht bewirkt einerseits einen Korrosionsschutz zwischen dem Leiter und dem Kontaktabschnitt und erhöht andererseits die
Energieabsorption beim Laserschweißen.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Durchmesser eines bestrahlten Bereichs zwischen 0,4 und 0,8 mm, insbesondere zwischen 0,5 und 0,7 mm liegt, bevorzugt 0 , 6 mm beträgt .
In einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Rasterkonstante der bestrahlten Bereiche zwischen 0,8 und 1,2 mm, insbesondere zwischen 0,9 und 1,1 mm liegt, bevorzugt 1 mm beträgt. Die Rasterkonstante gibt den konstanten Abstand zwischen zwei bestrahlten Bereichen in einer bestimmten
Richtung des Rasters vor. Die Rasterkonstante wird daher größer als ein Durchmesser eines bestrahlten Bereichs sein, damit die länglichen Schweißverbindungen voneinander
beabstandet sind. Umso größer die Rasterkonstante im Vergleich zum Durchmesser der bestrahlten Bereiche, umso größer ist der Abstand der länglichen Schweißungen zueinander.
Der Durchmesser einer länglichen Schweißverbindung ist in der Regel etwas größer als der Durchmesser des bestrahlten Bereichs. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der größte Durchmesser einer länglichen Schweißverbindung 0,7 bis 0,9 mm, insbesondere um 0,8 mm beträgt.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens, also zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen einem mehrere Einzeldrähte umfassenden elektrischen Leiter und einem Kontaktelement, umfasst ein Verpresswerkzeug, mit welchem der in einem Kontaktabschnitt des Kontaktelements angeordnete elektrische Leiter mit dem Kontaktelement
verpresst werden kann, sodass der Kontaktabschnitt den
elektrischen Leiter umgreift, und ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zur Laserbestrahlung vorgesehen ist, welche ausgebildet ist, mehrere voneinander beabstandete längliche Schweißverbindungen zwischen dem Kontaktabschnitt und dem elektrischen Leiter herzustellen, wobei sich die länglichen Schweißverbindungen in einer Bestrahlungsrichtung jeweils von einem bestrahlten Bereich des Kontaktabschnitts, oder von einem bestrahlten Bereich des elektrischen Leiters in einer Öffnung im Kontaktabschnitt, bis zu einem Bereich des Kontaktabschnitts, der dem bestrahlten Bereich gegenüber liegt, erstrecken, sodass der elektrische Leiter mit diesem Bereich des Kontaktabschnitts verbunden ist, wobei die
bestrahlten Bereiche rasterförmig angeordnet sind.
Die Vorrichtung kann so ausgebildet sein, dass damit eine oder mehrere Ausführungsvarianten des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführt werden können. Insbesondere kann die Vorrichtung so ausgebildet sein, dass die Lage des verpressten
elektrischen Leiters zwischen Verpressen und Laserbestrahlung nicht verändert wird.
Die Erfindung umfasst auch eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren oder mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
hergestellte Einheit aus einem mehrere Einzeldrähte
umfassenden elektrischen Leiter und einem Kontaktelement, wobei der elektrische Leiter in einem Kontaktabschnitt des Kontaktelements angeordnet ist und der Kontaktabschnitt und der elektrische Leiter miteinander verpresst sind, sodass der Kontaktabschnitt den elektrischen Leiter umgreift und eine elektrische Verbindung zwischen elektrischen Leiter und
Kontaktelement besteht. Die Einheit ist dadurch
gekennzeichnet, dass mehrere voneinander beabstandete
längliche Schweißverbindungen zwischen dem Kontaktabschnitt und dem elektrischen Leiter vorliegen, wobei sich die
länglichen Schweißverbindungen in einer Bestrahlungsrichtung jeweils von einem bestrahlten Bereich des Kontaktabschnitts, oder von einem bestrahlten Bereich des elektrischen Leiters in einer Öffnung im Kontaktabschnitt, bis zu einem Bereich des Kontaktabschnitts, der dem bestrahlten Bereich gegenüber liegt, erstrecken, sodass der elektrische Leiter mit diesem Bereich des Kontaktabschnitts verbunden ist, wobei die
bestrahlten Bereiche rasterförmig angeordnet sind.
Die Einheit kann, einer Ausführungsvariante des
erfindungsgemäßen Verfahren entsprechend, so ausgebildet sein, dass die länglichen Schweißverbindungen über einen Großteil ihrer Länge normal zur Bestrahlungsrichtung voneinander beabstandet sind.
Die Einheit kann, einer Ausführungsvariante des
erfindungsgemäßen Verfahren entsprechend, so ausgebildet sein, dass zumindest ein bestrahlter Bereich zu einem anderen bestrahlten Bereich normal zur Längsrichtung der Einzeldrähte versetzt ist, sodass die Projektion aller länglichen
Schweißverbindungen auf eine Querschnittsfläche des
elektrischen Leiters, die im Bereich der länglichen
Schweißverbindungen liegt, eine durchgehende verschweißte Fläche in Querrichtung des elektrischen Leiters ergeben.
Die Einheit kann, einer Ausführungsvariante des
erfindungsgemäßen Verfahren entsprechend, so ausgebildet sein, dass der Durchmesser eines bestrahlten Bereichs zwischen 0,4 und 0,8 mm, insbesondere zwischen 0,5 und 0,7 mm liegt, bevorzugt 0,6 mm beträgt. Die Einheit kann, einer Ausführungsvariante des
erfindungsgemäßen Verfahren entsprechend, so ausgebildet sein, dass die Rasterkonstante der bestrahlten Bereiche zwischen 0,8 und 1,2 mm, insbesondere zwischen 0,9 und 1,1 mm liegt, bevorzugt 1 mm beträgt.
Die Einheit kann, einer Ausführungsvariante des
erfindungsgemäßen Verfahren entsprechend, so ausgebildet sein, dass der größte Durchmesser einer länglichen Schweißverbindung 0,7 bis 0,9 mm, insbesondere um 0,8 mm beträgt.
Die Erfindung kann verwendet werden, um eine sogenannte B- Crimpform oder Herz-Crimpform herzustellen, wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist. Die Erfindung kann
selbstverständlich auch für andere Arten der Crimpform oder Pressform verwendet werden.
Die Erfindung ermöglicht es insbesondere, Einzeldrähte aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung zu verwenden. Die Verwendung von Aluminium für die Einzeldrähte führt
bekanntermaßen dazu, dass sich auf der Oberfläche der
Einzeldrähte eine Oxidschicht bildet und damit keine stabilen Widerstandsverhältnisse über die Einsatzdauer des Leiters vorliegen. Durch die erfindungsgemäßen länglichen
Schweißverbindungen wird aber eine stoffschlüssige Verbindung und damit ein elektrischer Kontakt zwischen den Einzeldrähten und dem Kontaktabschnitt des Kontaktelements hergestellt, welcher Kontakt nicht oxidiert und daher gleichbleibende
Widerstandsverhältnisse garantiert .
In vorteilhafter Weise werden die Einzeldrähte aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung mit einem Kontaktabschnitt bzw. einem Kontaktelement (z.B. Crimpkabelschuh, Crimphülse) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, z.B. Bronze, Messing, verpresst .
Die erfindungsgemäße Einheit kann für Hochvoltstecksysteme verwendet werden. KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnungen sind beispielhaft und sollen den Erfindungsgedanken zwar darlegen, ihn aber keinesfalls
einengen oder gar abschließend wiedergeben.
Dabei zeigt:
Fig. la-d eine erste Ausführungsvariante einer Vorrichtung zum Verpressen und Laserschweißen (Fig. la-c) , für ein Kontaktelement (Fig. Id) mit Kontaktabschnitten mit in Querrichtung unterschiedlich langen
Kabelschuhkrallen,
Fig . 2 eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung aus
Fig. la-c,
Fig. 3a-b die Vorrichtung aus Fig. la-c in Schnittdarstellung beim Laserschweißen,
Fig. 4 eine Vergrößerung aus Fig. 3b,
Fig. 5 eine Aufsicht des Kontaktelements nach dem
Laserschweißen,
Fig . 6 das Kontaktelement nach dem Laserschweißen in einer
Vorrichtung nach den Fig. la-c,
Fig. 7a-e eine zweite Ausführungsvariante einer Vorrichtung zum Verpressen und Laserschweißen, wobei das
Verpresswerkzeug eine gestufte Auflagefläche aufweist,
Fig. 8 ein Kontaktelement im Ausgangszustand, für eine
Vorrichtung zum Verpressen und Laserschweißen in einer dritten Ausführungsvariante,
Fig. 9 das Kontaktelement aus Fig. 8, gebogen zur Aufnahme des elektrischen Leiters, Fig. 10 das Kontaktelement aus Fig. 9 mit elektrischem
Leiter,
Fig. 11 das Kontaktelement aus Fig. 10, eingelegt in eine
Vorrichtung zum Verpressen und Laserschweißen in einer dritten Ausführungsvariante, von schräg unten gesehen,
Fig. 12 das Kontaktelement und die Vorrichtung aus Fig. 11, von schräg oben gesehen,
Fig. 13 die Vorrichtung aus Fig. 11 im geschlossenen
Zustand,
Fig. 14 das um dem elektrischen Leiter gecrimpte
Kontaktelement aus Fig. 10,
Fig. 15 das gecrimpte Kontaktelement aus Fig. 14 bei
Laserbestrahlung,
Fig. 16 eine mögliche Anordnung von bestrahlten Bereichen.
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Fig. la-d zeigen eine erste Ausführungsvariante einer
Vorrichtung zum Verpressen und Laserschweißen, wobei diese Vorrichtung für Kontaktelemente mit Kontaktabschnitten mit in Querrichtung unterschiedlich langen Kabelschuhkrallen
ausgebildet ist.
In Fig. la ist ein Längsschnitt durch die geöffnete
Vorrichtung dargestellt. In einem Unterteil 1 des
Verpresswerkzeugs ist ein Kontaktelement 2 (Kabelschuh) eingelegt. Durch Absenken des Oberteils 3 des
Verpresswerkzeugs wird der Kontaktabschnitt 4 des
Kontaktelements 2, welcher Kontaktabschnitt 4 den elektrischen Leiter 5 umgreift, nach unten gepresst, wobei die Enden der Kabelschuhkrallen 6,7 nach innen in den Leiter 5 gepresst werden. Auf diese Weise wird die Press- oder Crimpverbindung in Form einer B-Crimpung hergestellt. In Fig. Id ist das Kontaktelement 2 im Zustand vor dem
Verpressen dargstellt. Das Kontaktelement 2 weist hier, in seiner Längsrichtung gesehen, einen Verbindungsabschnitt 8 mit einer runden Lasche zur weiteren elektrischen Verbindung und einen Kontaktabschnitt 4 zum Verpressen mit dem elektrischen Leiter 5 auf. Der Kontaktabschnitt 4 ist in zwei Längsbereiche mit in Querrichtung unterschiedlich langen Kabelschuhkrallen 6,7 geteilt. Die kürzere Kabelschuhkralle 6 umgibt dann einen Bereich des Leiters 5, der näher am Verbindungsabschnit 8 liegt und der zusätzlich mit dem Laser verschweißt wird.
Innerhalb der Kabelschuhkralle 6 ergibt sich daher ein höherer Verpressungsgrad, z.B. höher als 70%, insbesondere höher als 80% oder höher als 90%. Hier soll also eine offene
Seilstruktur der Einzeldrähte 9 des Leiters 5 sichergestellt werden. Dies ist in Fig. lb erkennbar, die einen Querschnitt entlang Linie B-B in Fig. la zeigt. Unten sind die
Einzeldrähte 9 des Leiters 5 an dieser Stelle dargestellt, die noch einen kreisrunden Querschnitt aufweisen.
Die längere Kabelschuhkralle 7 umgibt einen Bereich des
Leiters 5, der weiter vom Verbindungsabschnitt 8 entfernt ist und der nicht mit dem Laser verschweißt wird. Innerhalb der Kabelschuhkralle 7 ergibt sich daher ein niedrigerer
Verpressungsgrad, z.B. weniger als 80%. Hier sind weniger Zwischenräume zwischen den Einzeldrähten 9 vorhanden. Dies ist in Fig. lc erkennbar, die ein Querschnitt entlang Linie C-C in Fig. la zeigt. Unten ist zu sehen, dass die Einzeldrähte 9 so stark miteinander verpresst sind, dass sie bereits einen eher sechseckigen Querschnitt aufweisen.
Die Auflagefläche 10 (siehe Fig. la) des Unterteils 1 ist hier gerade und daher für beide Kabelschuhkrallen 6,7 gleich ausgebildet. Ein Laserteil 11 ist absenkbar im Oberteil 3 eingelassen .
Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung aus Fig. la-c, mit verpresstem, aber noch nicht verschweißtem Leiter 5. Fig. 3a-b zeigen die Vorrichtung aus Fig. la-c in
Schnittdarstellung beim Laserschweißen, entsprechend den
Darstellungen in Fig. la und lb. Der Laserteil 11 enthält oder ist verbunden mit einem Laser als Quelle der Strahlung. Der Laserteil kann mittels Optik enthaltend Linsen, Spiegel, etc., einen Laserstrahl in Bestrahlungsrichtung, hier die Vertikale, aussenden und diesen Laserstrahl längs eines Rasters
horizontal verschieben, wobei die senkrechte Orientierung des Laserstrahls erhalten bleibt. Damit kann der Laserstrahl zeitlich aufeinanderfolgend auf verschiedene, in etwa
punktförmige, bestrahlte Bereiche gelenkt werden. Die
Laserstrahlen 12 sind hier als dünne Linien dargestellt.
Alternativ kann durch eine Optik der Laserstrahl in mehrere Laserstrahlen 12 aufgeteilt werden, die gleichzeitig auf den bestrahlten Bereichen auftreffen.
In Fig. 3a sind zwei Laserstrahlen 12 dargestellt, die jeweils in einem bestrahlten Bereich auftreffen und dort jeweils nach unten in den Leiter 5 hinein und bis zur Kabelschuhkralle 6 auf der gegenüberliegenden Seite eine längliche
Schweißverbindung 14 ausbilden. In Fig. 3b sind entsprechend sechs Laserstrahlen 12 dargestellt, die jeweils in einem bestrahlten Bereich auftreffen und dort jeweils nach unten in den Leiter 5 hinein und bis zur Kabelschuhkralle 6 auf der gegenüberliegenden Seite eine längliche Schweißverbindung 14 ausbilden. Die länglichen Schweißverbindungen 14 verlaufen im Wesentlichen in Bestrahlungsrichtung, also hier vertikal. Sie überlappen oder berühren einander nicht.
Fig. 4 zeigt eine Vergrößerung aus Fig. 3b, wo die länglichen Schweißverbindungen 14 schematisch dargestellt und besser erkennbar sind.
Fig. 5 zeigt eine Aufsicht des Kontaktelements 2 nach dem Laserschweißen, wo die Eintrittspunkte des Laserstrahls 12 jeweils als bestrahlter Bereich 13 erkennbar sind. Die
bestrahlten Bereiche 13 sind regelmäßig voneinander
beabstandet und bilden hier ein Raster mit in Querrichtung des Kontaktelements 2, also normal zur Längsrichtung der
Einzeldrähte 9 des elektrischen Leiters 5, verlaufenden Reihen von abwechselnd sechs und fünf bestrahlten Bereichen 13. In Längsrichtung der Einzeldrähte 9 bzw. in Längsrichtung des Kontaktelements 2 aufeinanderfolgende Reihen sind zueinander in Querrichtung versetzt, und zwar um eine halbe
Rasterkonstante .
Fig. 6 zeigt das Kontaktelement 2 nach dem Laserschweißen im Unterteil 1 des Verpresswerkzeugs, wobei hier die bestrahlten Bereiche 13 an der Oberfläche des Kontaktelements 2 sichtbar sind .
Fig. 7a-e zeigen eine zweite Ausführungsvariante einer
Vorrichtung zum Verpressen und Laserschweißen, wobei das
Verpresswerkzeug eine gestufte Auflagefläche aufweist. Fig. 7a entspricht weitgehend Fig. la bis auf die Tatsache, dass die Auflagefläche 10 des Unterteils 1 für den Kontaktabschnitt 4 hier entsprechend den beiden Längsbereichen des
Kontaktabschnitts 4 eine unterschiedliche Höhe hat, somit zwei Stufen 15,16 ausbildet. Die Kabelschuhkrallen 6,7 können, müssen aber nicht gleich lang sein.
Fig. 7d und 7e zeigen das Kontaktelement 2 im verpressten Zustand .
Fig. 7b entspricht Fig. lb und weist den selben
Verpressungsgrad auf, Fig. 7c entspricht Fig. lc und weist den selben Verpressungsgrad auf.
Die Kabelschuhkralle 6 umgibt einen Bereich des Leiters 5, der näher am Verbindungsabschnitt 8 liegt und der zusätzlich mit dem Laser verschweißt wird. Innerhalb der Kabelschuhkralle 6 ergibt sich aufgrund der weiter unten liegenden Stufe 15 ein höherer Verpressungsgrad, z.B. höher als 70%, insbesondere höher als 80% oder höher als 90%. Hier wird wieder eine offene Seilstruktur der Einzeldrähte 9 des Leiters 5 sichergestellt, die Einzeldrähte 9 weisen wie in Fig. lb noch einen
kreisrunden Querschnitt auf.
Die Kabelschuhkralle 7 umgibt wieder einen Bereich des Leiters 5, der weiter vom Verbindungsabschnit 8 entfernt ist und der nicht mit dem Laser verschweißt wird. Innerhalb der
Kabelschuhkralle 7 ergibt sich daher ein niedrigerer Verpressungsgrad, z.B. weniger als 80%. Hier sind weniger Zwischenräume zwischen den Einzeldrähten 9 vorhanden, gleich wie in Fig. lc unten, wo die Einzeldrähte 9 so stark
miteinander verpresst sind, dass sie bereits einen eher sechseckigen Querschnitt aufweisen.
Im Anschluss an das Verpressen findet in der Vorrichtung nach den Fig. 7a-c das Laserschweißen wie in den Fig. 3a-b und 4 statt, mit dem gleichen Ergebnis wie in den Fig. 5 und 6.
Die Fig. 8-15 zeigen eine dritte Ausführungsvariante der
Erfindung, wobei das Verpresswerkzeug hier keine gestufte Auflagefläche aufweist. Die beiden Kabelschuhkrallen 6,7 des Kontaktelements 2 sind hier gleich lang.
Das Kontaktelement 2 in Fig. 8 weist wieder einen
Kontaktabschnitt 4 und einen Verbindungsabschnitt 8 auf. Der Kontaktabschnitt 4 umfasst beidseits zwei hier gleich lange Kabelschuhkrallen 6,7, die durch einen Schlitz voneinander getrennt sind, der im verpressten Zustand des Kontaktelements eine Öffnung 17 bildet, durch welche die Oberfläche des gepressten elektrischen Leiters 5 zugänglich bleibt. Eine Riffelung zwischen den beiden Kabelschuhkrallen 7, die weiter vom Ende des elektrischen Leiters 5 entfernt sind als die Kabelschuhkrallen 6, dient der Sicherung des elektrischen Leiters 5 vor einem Herausziehen aus den Kontaktelement 2 in Längsrichtung des elektrischen Leiters 5. Die
Kabelschuhkrallen 6,7 könnten auch gemäß den
Ausführungsvarianten in den Fig. 1 bis 7 verschieden lang ausgebildet sein.
In Fig. 9 sind die Kabelschuhkrallen 6,7 bereits zueinander gebogen, sodass ein elektrischer Leiter 5 dazwischen eingelegt werden kann, wie in Fig. 10 dargestellt. Die Isolierung des elektrischen Leiters 5 ist im Bereich der Kabelschuhkrallen 6,7 entfernt. Anders als bei den Ausführungsvarianten der Fig. 1-7 werden hier die Kabelschuhkrallen 6,7 relativ zum
Verbindungsabschnitt 8 nach oben gebogen. Die Enden der Kabelschuhkrallen 6,7 werden beim Verpressen dann von oben in den elektrischen Leiter 5 gepresst, siehe Fig. 11-13. Bei den Ausführungsvarianten 1-7 werden die Kabelschuhkrallen 6,7 von unten in den elektrischen Leiter 5 gepresst.
In Fig. 11 und 12 sind elektrischer Leiter 5 und
Kontaktelement 2 in den Unterteil 1 eines Verpresswerkzeugs eingelegt. Durch Absenken des Oberteils 3 des
Verpresswerkzeugs, siehe Fig. 13, wird der Kontaktabschnitt 4 des Kontaktelements 2, genauer dessen Kabelschukrallen 6,7, nach innen und dann nach unten gepresst, wobei die Enden der Kabelschuhkrallen 6,7 nach innen in den Leiter 5 gepresst werden. Auf diese Weise wird die Press- oder Crimpverbindung in Form einer B-Crimpung hergestellt.
Der Oberteil 3 weist eine quer zur Längsrichtung des
elektrischen Leiters 5 verlaufende Ausnehmung 18 auf, die mit dem Schlitz, der später die Öffnung 17 des Kontaktabschnitts 4 bildet, fluchtet, sodass durch diese Ausnehmung 18 und die Öffnung 17 von oben Laserstrahlen 12 auf die Oberfläche des elektrischen Leiters 5 gesendet werden können. In dieser
Ausführungsvariante der Erfindung treffen die Laserstrahlen 12 also von der Seite mit den Enden der Kabelschuhkrallen 6,7 auf das Kontaktelement 2, während in den Ausführungsvarianten nach den Fig. 1-7 die Laserstrahlen 12 auf die gegenüberliegende Seite des Kontaktelements 2 treffen.
In Fig. 13 ist der verpresste elektrische Leiter 5 im
geschlossenen Verpresswerkzeug, umfassend den Oberteil 3 und den Unterteil 1, dargestellt.
Fig. 14 zeigt den verpressten elektrischen Leiter 5 mit aufgepresstem Kontaktelement 2 ohne Verpresswerkzeug. Die Öffnung 17 liegt bezüglich des Kontaktabschnitts 4, in
Längsrichtung der Einzeldrähte 9 gesehen, näher beim
Verbindungsabschnitt 8 als beim Ende des Kontaktabschnitts 4, das dem Verbindungsabschnitt 8 abgewandt ist. Die Öffnung 17 erstreckt sich in Querrichtung des Kontaktelements 4, also normal zur Längsrichtung der Einzeldrähte 9, über die gesamte Breite des verpressten elektrischen Leiters 5. Dadurch ist sichergestellt, dass jeder Einzeldraht 9 von einer länglichen Schweißverbindung 14 erfasst wird.
In Fig. 15 ist der Vorgang der Laserbestrahlung am verpressten elektrischen Leiter 5 aus Fig. 14 dargestellt. Dieser Vorgang findet im Verpresswerkzeug 1,3 statt, folgend auf die
Verpressung des elektrischen Leiters 5, dessen Position sich dabei nicht ändert. Die Laserstrahlen 12 sind rasterförmig angeordnet und treffen normal auf die Oberfläche der in der Öffnung 17 freiliegenden Einzeldrähte 9 auf. Die rasterförmige Anordnung der Laserstrahlen 12 umfasst hier drei parallele Reihen, die normal zur Längsrichtung der Einzeldrähte 9 verlaufen, wobei die mittlere Reihe zu den beiden äußeren Reihen um eine halbe Rasterkonstante versetzt ist. Die äußeren Reihen umfassen hier z.B. acht Laserstrahlen, die mittlere Reihe sieben Laserstrahlen.
Entsprechend werden in der Öffnung 17 auf der Oberfläche der Einzeldrähte 9 drei Reihen von jeweils acht bzw. sieben bestrahlten Bereichen 13 gebildet.
Fig. 16 zeigt eine mögliche Anordnung von bestrahlten
Bereichen 13 in größerer schematischer Darstellung. Die bestrahlten Bereiche 13 sind hier in zwei Reihen zu je neun bestrahlten Bereichen 13 angeordnet, welche Reihen gemeinsam eine Länge L abdecken, welche der Breite des verpressten elektrischen Leiters 5 entspricht. Die Reihen verlaufen normal zur Längsrichtung der Einzeldrähte 9. Innerhalb einer Reihe haben die bestrahlten Bereiche 13 einen Abstand zueinander, welcher der Rasterkonstante R entspricht. Zwischen
benachbarten Reihen beträgt der Abstand eine halbe
Rasterkonstante R. Aufgrund des Durchmessers D eines
bestrahlten Bereichs 13, der über der halben Rasterkonstante R liegt, kommt es so zu einer Überlappung der bestrahlten
Bereiche 13 benachbarter Reihen, also einer Überlappung in Längsrichtung der Einzeldrähte 9. Wesentlich ist jedoch, dass die Projektion aller länglichen Schweißverbindungen 14, die sich in Fig. 16 von den
bestrahlten Bereichen 13 nach unten in die Zeichenebene erstrecken, auf eine Ebene, sie sich normal zur Zeichenebene und parallel zu den Reihen der bestrahlten Bereiche 13
erstreckt, den gesamten Querschnitt des verpressten
elektrischen Leiters 5 abdeckt. Damit ist sichergestellt, dass alle Einzeldrähte 9 von einer länglichen Schweißverbindungen 14 erfasst sind.
Die bestrahlten Bereiche 13 haben hier einen Durchmesser D von 0, 6 mm, die Rasterkonstante R beträgt 1 mm.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 Unterteil des Verpresswerkzeugs
2 Kontaktelement (Kabelschuh)
3 Oberteil des Verpresswerkzeugs
4 Kontaktabschnitt
5 elektrischer Leiter
6 Kabelschuhkralle
7 Kabelschuhkralle
8 Verbindungsabschnitt
9 Einzeldraht
10 Auflägetlache
11 Laserteil (Quelle der Laserbestrahlung, Einrichtung zur Laserbestrahlung)
12 Laserstrahl
13 bestrahlter Bereich
14 längliche Schweißverbindung
15 Stufe
16 Stufe
17 Öffnung im Kontaktelement 2
18 Ausnehmung im Oberteil 3
D Durchmesser
L Länge
R Rasterkonstante