Die Erfindung betrifft das elektrische Verbinden zweier elektrischer Leiter aus unterschied lichen Materialien im Allgemeinen und im speziellen die Verbindung von Aluformspulen mit Kupferleitungen zum elektrischen Verbinden der Spule.

Gemäß dem Stand der T echnik werden überwiegend elektrische Leiter aus Kupfer verwen- det, da diese besonders vorteilhafte elektrische Eigenschaften aufweisen. Zunehmend wird jedoch für die elektrische Leitung auch Aluminium eingesetzt, da dieses günstiger als Kupfer ist und auch ein geringeres Gewicht aufweist.

Zwar ist bekannt, dass ein höherer Leitungsquerschnitt eines Aluminiumleiters im Vergleich zu einem Kupferleiter nötig ist, um einen vergleichbaren spezifischen Widerstand zu erhal- ten. Trotzdem findet Aluminium als Leiter immer häufiger Einsatz, insbesondere in speziellen Einsatzgebieten, da trotz eines höheren Leiterquerschnitts eines Aluminiumleiters mit einem gleichen spezifischen Widerstand wie ein Kupferleiter, der Aluminiumleiter vergleichsweise leichter ist.

Beispielsweise im Bereich von Windenergieanlagen, bei denen ein Generator in großer Höhe über der Erdoberfläche montiert und dazu mit einem Kran angehoben werden muss, ist beispielsweise der Einsatz von Aluminium für die Generatorwicklungen vorteilhaft. Dieser Vorteil ergibt sich beispielsweise aus den vergleichsweise geringeren Anforderungen an einen Hubkran zum Heben des Generators zur Montage oder auch durch die vergleichsweise geringeren Anforderungen an eine Struktur eines Turmes der Windenergieanlage, der den Generator später im Einsatz trägt.

Aufgrund der Vielzahl von Windungen in einem Windenergieanlagengenerator, um bei diesem Beispiel zu bleiben, werden die Spulen jedoch über Kupferleitungen elektrisch verbunden, da Kupfer beispielsweise nicht so spröde wie Aluminium ist und daher geeigneter ist, Vibrationen zu widerstehen. Außerdem wird das vergleichsweise höhere Gewicht bei Kupferleitungen in Kauf genommen, um auf dem vorhandenen engen Anschlussraum eines Generators die Generatorspulen einfacher elektrisch zu verbinden.

Aufgrund des kombinierten Einsatzes unterschiedlicher Materialien zum Leiten eines Stromes sind daher Verbindungen der Leiter aus unterschiedlichen Materialien nötig, die sehr schwierig und teils aufwändig herzustellen sind. Häufig werden derartige Verbindungen heutzutage beispielsweise rein mechanisch, beispielsweise durch Quetschverbinder, hergestellt.

Verbindungen durch Quetschverbinder sind jedoch teilweise unzuverlässig, da diese in der Regel nicht automatisiert angebracht werden können und daher individuell sogar durch unterschiedliches Personal angebracht werden. Hierdurch entstehen, je nach ausgeübtem Druck oder Anordnung, Schwankungen bei der Qualität der Verbindung. Eine gleichbleibend deterministische elektrische Verbindung ist daher nicht zu gewährleisten. Dieser Effekt wird beispielsweise noch dadurch verstärkt, dass bei mit der Temperatur beispiels- weise abnehmendem elektrischen Kontakt ein Strom im vergleichsweise noch kontaktierten Bereich zu einer weiteren Erhöhung der Temperatur führen kann, sodass eine elektrische Verbindung insgesamt überhitzen und dabei zerstört werden kann. Insbesondere bei Aluminium als einer der Verbindungspartner besteht auch die Gefahr einer Oxidation des Aluminiums, sodass mechanische Verbindungen mit Aluminium fehlerhaft sein können. Alternativ sind auch Schweißverfahren zwischen Aluminium und Kupfer bekannt, die jedoch schwierig zu realisieren und ebenfalls störanfällig sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Möglichkeit zu finden, zwei Leiter aus unterschiedlichen Materialien einfach und zuverlässig miteinander zu verbinden, sodass der Stromfluss durch die Verbindung insbesondere auch bei Vibrationen oder Tem- peraturvariationen gewährleistet ist.

Das Deutsche Patent- und Markenamt hat in der Prioritätsanmeldung zu vorliegender Anmeldung den folgenden Stand der Technik recherchiert: CN 105932433 A und US 2013/0240264 A1.

Hierzu betrifft die Erfindung ein Verfahren zum elektrischen Verbinden eines ersten Leiters aus einem ersten Material, vorzugsweise Aluminium, mit einem zweiten Leiter mit oder aus einem zweiten Material, vorzugsweise Kuper, wobei das zweite Material unterschiedlich vom ersten Material ist. Das elektrische Verbinden kann auch als leitendes Verbinden bezeichnet werden.

Das Verfahren umfasst zunächst das Bereitstellen eines Verbindervorprodukts mit einem Leiterkern aus einem ersten Material, wobei der Leiterkern des Verbindervorprodukts mit einer Mantelschicht aus einem vom ersten Material unterschiedlichen Material, insbesondere dem zweiten Material, ummantelt ist. Vorzugsweise wird die Mantelschicht des Verbindervorprodukt durch Plattieren oder Pressen auf den Leiterkern aufgebracht.

Die Mantelschicht ist insbesondere in einem vorherigen Fertigungsschritt des Verbinder- Vorprodukts derart auf dem Leiterkern angebracht, dass ein Eindringen oder eine Anwesenheit von Sauerstoff in einem Übergangsbereich zwischen dem Leiterkern und der Mantelschicht im Wesentlichen verhindert wird. Beispielsweise könnte auch eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Leiterkern und der Mantelschicht vorgesehen sein.

Durch die Verbindung zwischen dem Leiterkern und dem Leitermantel ohne Sauerstoff im Verbindungsbereich, kann verhindert werden, dass der Leiterkern oxidiert. Besteht demnach der Leiterkern aus Aluminium und die Mantelschicht aus Kuper, so kann gewährleistet werden, dass eine elektrische Verbindung zwischen dem Leiterkern und der Mantelschicht nicht durch die Bildung einer Oxidschicht unterbrochen wird.

Das Verbindervorprodukt weist ein erstes Ende auf. Zum Bereitstellen oder Erzeugen des Verbinders wird im Bereich des ersten Endes des Verbindervorprodukts die Mantelschicht zumindest teilweise entfernt, um eine Kontaktfläche zum Verbinden, insbesondere elektrischen Verbinden, mit einem ersten Leiter an dem ersten Material bereitzustellen. Zum Bereitstellen der Kontaktfläche wird demnach das Material der Mantelschicht so weit entfernt, bis das erste Material die Kontaktfläche bereitstellt. Außerdem umfasst das Verfahren das Verbinden des ersten Leiters aus dem ersten Material mit der Kontaktfläche, sodass eine elektrische Verbindung entsteht, und das Verbinden des zweiten Leiters mit einem dem ersten Ende gegenüberliegenden zweiten Endes des Verbinders. Der zweite Leiter wird demnach insbesondere derart mit dem zweiten Ende verbunden, dass der zweite Leiter elektrisch mit der Mantelschicht kontaktiert oder verbun- den ist.

Mit dem Verfahren zum Verbinden unter Verwendung des Verbinders, wird es in einfacher Weise möglich, zwei Leiter miteinander elektrisch, also elektrisch leitend, zu verbinden, auch wenn diese aus unterschiedlichen Materialien bestehen, oder diese umfassen. Dies wird möglich, durch die besondere Ausgestaltung des Verbinders, durch Bereitstellen des Verbindervorprodukts sowie dessen Bearbeitung zur Erzeugung des Verbinders. Insbesondere erweist sich als vorteilhaft, dass die Verbindungen der unterschiedlichen Materialien bereits durch das Verbindervorprodukt selbst bereitgestellt sind und daher durch Vorprozessierung, also die vorherige Herstellung, unabhängig von Temperaturgrenzen o- der räumlichen Beschränkungen, separat hergestellt werden können, ohne dass Oxid- schichten eine elektrische Verbindung zwischen den beiden Materialien beeinflussen.

Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Verbinden des Leiters aus dem ersten Material mit der Kontaktfläche durch ein Fügeverfahren. Geeignete Fügeverfahren sind beispielsweise das Schweißen, vorzugsweise das WIG-Schweißen, oder das Löten, insbesondere Hartlöten unter Verwendung eines Formteils. Alternativ oder zusätzlich erfolgt das Verbin- den des ersten Leiters aus dem ersten Material durch ein Pressverfahren, insbesondere ein Pressverbinden oder Pressschweißen.

Besonders einfach kann demnach die Kontaktfläche, die eine Fläche aus dem ersten Material bereitstellt mit dem ersten Leiter, der aus demselben Material besteht, verbunden werden. Weiterer Vorteil ist, dass eine Oxidschicht auf dem ersten Leiter und/oder dem Leiterkern im Bereich der Kontaktfläche durch derartige Verbindungsverfahren aufgebrochen wird und somit einer fehlerfreien elektrischen Verbindung nicht entgegenstehen kann.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird zum Verbinden des ersten Leiters ein Durchbruch durch den Verbinder im Bereich der Kontaktfläche, also im Bereich des ersten Endes, bereitgestellt. Der Durchbruch weist vorzugsweise eine Öffnungsgeometrie oder Querschnittsform auf, die der Querschnittsgeometrie oder Querschnittsform eines zu verbindenden ersten Leiters entspricht, oder zumindest im Wesentlichen entspricht. Zum Verbinden des ersten Leiters wird der erste Leiter durch den Durchbruch am ersten Ende eingeführt.

Nach dem Einführen wird der erste Leiter, vorzugsweise durch ein Fügeverfahren, oder ein Pressverfahren, mit dem Verbinder verbunden.

Ein besonders sicherer Halt des Verbinders am ersten Leiter wird somit gewährleistet.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird zum Verbinden des zweiten Leiters mit dem Verbinder ein Durchbruch durch den Verbinder im Bereich des zweiten Endes des Verbinders, das dem ersten Ende gegenüberliegt, erzeugt. Der Durchbruch wird vorzugsweise durch Bohren in den Verbinder eingebracht. Der zweite Leiter wird dann durch eine Schraubverbindung mit dem Verbinder verbunden. Vorzugsweise weist der zweite Leiter hierzu ebenfalls einen Durchbruch oder eine Bohrung auf. Der Durchbruch im zweiten Leiter wird beispielsweise durch einen Kabelschuh, der vorzugsweise auf der gegenüberliegenden Seite zum Durchbruch einen Pressverbinder zur Verbindung mit einem Kabel oder einer Litze aufweist, des zweiten Leiters oder den zweiten Leiter unmittelbar bereitgestellt. Eine Kontaktierung zwischen dem zweiten Leiter, der z.B. das gleiche Material umfasst, wie die Mantelschicht des Verbinders, wird demnach durch eine einfache Schraubverbindung sicher hergestellt. Beispielsweise umfasst der zweite Leiter Kuper, dass verzinkt ist. Der Verbinder umfasst eine Mantelschicht, die ebenfalls aus Kuper besteht, das auch verzinkt sein kann. Eine Schraubverbindung zwischen dem zweiten Leiter und dem Verbinder ist weiterhin vorteilhaft, da beispielsweise der Verbinder in einem Vorverarbeitungsschritt mit dem ersten Leiter verbunden werden kann, wobei dies beispielsweise durch Schweißen erfolgt, und dann später bei einer Endmontage auch auf engem Bauraum eine Verbindung zwischen dem zweiten Leiter und dem Verbinder und somit auch dem ersten Leiter hergestellt werden kann.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Durchbruch am zweiten Ende als Bohrung ausgebildet, sodass der zweite Leiter durch die Bohrung am Verbinder mittels einer Schraube und einer Mutter gesichert wird. Alternativ ist der Durchbruch am zweiten Ende des Verbinders durch eine Bohrung mit Einbringen eines Gewindes hergestellt. Ein einfa- ches Einschrauben einer Schraube zum Verbinden des zweiten Leiters mit der Bohrung am zweiten Ende ist daher möglich.

Somit wird eine lösbare Verbindung zwischen dem zweiten Leiter und dem Verbinder und somit auch dem ersten Leiter ermöglicht. Dadurch kann auch im Falle eines Defekts zum Austausch von Leitern die Verbindung in einfacher Weise ohne Zerstörung wieder gelöst werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt das Entfernen der Mantelschicht des Verbinders durch ein spanendes Verfahren. Eine feste Materialverbindung der beiden Materialien des Verbinders kann somit präzise gelöst werden und die Mantelschicht gemäß einer vorgegebenen Geometrie entfernt werden, um die Kontaktfläche bereitzustellen. Hierbei kann in einfacher Weise berücksichtigt werden, dass möglichst wenig vom Leiterkern aus dem ersten Material entfernt wird. Außerdem betrifft die Erfindung einen Verbinder zum Verbinden eines ersten Leiters aus einem ersten Material, das vorzugsweise Aluminium ist, mit einem zweiten Leiter mit oder aus einem zweiten Material, das vorzugsweise Kupfer ist.

Der Verbinder umfasst einen Leiterkern aus dem ersten Material, das vorzugsweise Alu- minium ist. Außerdem umfasst der Verbinder eine Mantelschicht, die den Leiterkern ummantelt. Die Mantelschicht besteht aus einem vom ersten Material unterschiedlichen Material, das vorzugsweise das zweite Material und besonders bevorzugt Kuper ist.

Bei dem Verbinder ist die Mantelschicht im Bereich eines ersten Endes des Verbinders entfernt, um eine Kontaktfläche zum Verbinden mit dem ersten Leiter aus dem ersten Ma- terial bereitzustellen.

Der Verbinder weist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung die Form eines geraden flachen Stabes auf, wobei gemäß einer alternativen Ausgestaltung der Verbinder, angepasst für einen Einsatz, gebogen oder verformt ist.

Gemäß einer Ausführungsform weist der erste Leiter einen Durchbruch durch den Verbin- der im Bereich der Kontaktfläche auf. Der Durchbruch weist vorzugsweise eine Öffnungsgeometrie oder Querschnittsform auf, die der Querschnittsgeometrie oder Querschnittsform des zu verbindenden ersten Leiters entspricht, oder zumindest im Wesentlichen ent spricht.

Zum Verbinden des ersten Leiters kann dadurch der erste Leiter durch den Durchbruch am ersten Ende eingeführt werden sodass eine feste Verbindung entsteht.

Gemäß einer Ausführungsform weist der Verbinder an einem dem ersten Ende gegenüberliegenden zweiten Ende einen Durchbruch, insbesondere eine Bohrung, auf, wobei der Durchbruch vorzugsweise ein Gewinde, insbesondere ein Innengewinde, umfasst.

Somit wird eine lösbare Verbindung des zweiten Leiters mit dem Verbinder und damit auch indirekt mit dem ersten Leiter bereitgestellt.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Mantelschicht durch Plattieren oder Pressen auf den Leiterkern des Verbinders aufgebracht. Eine feste materialschlüssige Verbindung zwischen der Mantelschicht und dem Leiterkern ist somit hergestellt. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Mantelschicht im Bereich des ersten Endes zum Bereitstellen der Kontaktfläche durch ein spanendes Verfahren entfernt.

Außerdem betrifft die Erfindung ein System, das insbesondere eine Windenergieanlage ist.

Das erfindungsgemäße System umfasst einen Verbinder nach einer der vorgenannten Ausführungsformen, sowie einen ersten Leiter, der elektrisch oder leitend mit dem Verbinder verbunden ist. Außerdem umfasst das System einen zweiten Leiter, der ebenfalls elektrisch oder leitend mit dem Verbinder verbunden ist.

Gemäß einer Ausführungsform des Systems ist der erste Leiter ein Aluminiumleiter, der eine Formspule ist. Eine Formspule ist eine vorgeformte Spule. Die Spule weist demnach zwei Enden und mehrere zwischen den Enden durch den ersten Leiter gebildete Windungen auf. Ein Ende der Formspule ist demnach mit dem Verbinder verbunden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der zweite Leiter ein Kupferleiter, nämlich ein Kupferkabel oder insbesondere ein Kupferlitzenkabel, vorzugsweise mit einem auf ein Ende des Kupferkabels oder des Kupferlitzenkabels aufgebrachten Kabelschuh, der be- vorzugt ebenfalls aus Kuper besteht, dass verzinkt ist.

Gemäß einer weiteren Ausführung des Systems umfasst dieses einen Windenergieanlagengenerator, der mehrere Verbinder aufweist. Jeder Verbinder ist jeweils mit einem ersten Leiter, der eine Aluminiumformspule ist, verbunden.

Weitere Ausführungsformen ergeben sich anhand der in den Figuren näher erläuterten Ausführungsbeispiele.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Windenergieanlage,

Fig. 2 ein Verbindervorprodukt zum Erzeugen eines Verbinders,

Fig. 3 zwei Leiter, die durch einen Verbinder verbunden sind.

Fig. 4 eine Verbindung eines ersten Leiters mit dem Verbinder und Fig. 5 die Schritte zum Verbinden zweier Leiter.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems, das eine Windenergieanlage 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist. Die Windenergieanlage 100 weist einen Turm 102 und eine Gondel 104 auf dem Turm 102 auf. An der Gondel 104 ist ein aerodynamischer Rotor 106 mit drei Rotorblättern 108 und einem Spinner 110 vorgesehen.

Der aerodynamische Rotor 106 wird im Betrieb der Windenergieanlage durch den Wind in eine Drehbewegung versetzt und dreht somit auch einen elektrodynamischen Rotor oder Läufer eines Generators, welcher direkt oder indirekt mit dem aerodynamischen Rotor 106 gekoppelt ist. Der elektrische Generator ist in der Gondel 104 angeordnet und erzeugt elektrische Energie. Die Pitchwinkel der Rotorblätter 108 können durch Pitchmotoren an den Rotorblattwurzeln der jeweiligen Rotorblätter 108 verändert werden.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Verbindervorprodukts 10, das einen Leiterkern 12 aus einem ersten Material, das Aluminium ist, aufweist. Der Leiterkern 12 ist von einer Mantelschicht 14 umgeben, wobei die Mantelschicht aus Kupfer besteht. Leiterkern 12 und Mantelschicht 14 sind durch ein Pressverfahren fest miteinander verbunden. Das

Verbindervorprodukt 10 weist ein erstes Ende 16 und ein gegenüber dem ersten Ende 16 liegendes zweites Ende 18 auf.

Fig. 3 zeigt schematisch einen ersten Leiter 20, der über einen Verbinder 22 mit einem zweiten Leiter 24 verbunden ist. Der Verbinder 22 ist aus dem Verbindervorprodukt 10 durch Entfernen der Mantelschicht 14 am ersten Ende 16 hergestellt worden.

Der erste Leiter 20 ist hier schematisch als eine Formspule 26 dargestellt, die ein Spulen ende 28 aufweist. Der Verbinder 22 ist an seinem ersten Ende 16 mit dem Spulenende 28 des ersten Leiters 20 verbunden. Hierzu ist am ersten Ende 16 des Verbinders die Mantelschicht 14 vom Verbindervorprodukt 10 entfernt worden, sodass eine Kontaktfläche 34 mit dem Aluminium bereitgestellt ist. Innerhalb der Kontaktfläche 34 ist ein Durchbruch 36 bereitgestellt, durch den das Spulenende 28 hindurchgeführt ist. Im Bereich der Kontaktfläche 34 ist dann das Spulenende 28 mit dem Verbinder 22 durch ein Fügeverfahren verbunden.

Der zweite Leiter 24 umfasst einen Kabelschuh 30, der auf ein Kupferkabel 32 aufgepresst ist. Der Kabelschuh besteht ebenfalls im Wesentlichen aus Kuper, dass verzinkt ist. Am gegenüber dem ersten Ende 16 liegenden zweiten Ende 18 des Verbinders, weist der Verbinder ebenfalls einen Durchbruch 38 auf. Oberhalb dem Durchbruch 38 ist der Kabelschuh 30 angeordnet, der ebenfalls einen Durchbruch 39 aufweist. Zur Verbindung des Kabelschuhs 30 mit dem Verbinder 22 wird eine Schraube gemeinsam durch beide Durchbrüche 38, 39 hindurchgeführt und verschraubt.

Fig. 4 zeigt eine vergrößerte Darstellung des ersten Endes 16 des Verbinders 22, der durch eine Schweißverbindung mit einem ersten Leiter 20 verbunden ist.

Fig. 5 zeigt die Schritte eines Verfahrens zum Verbinden eines ersten Leiters 20 mit einem zweiten Leiter 24 durch einen Verbinder 22 gemäß einem Ausführungsbeispiel. In einem Schritt 40 wird ein Verbindervorprodukt 10 bereitgestellt, das aus einem Leiterkern 12 und einer den Leiterkern ummantelnden Mantelschicht 14 besteht. Das Verbindungsvorprodukt 10 wird dann in einem Schritt 42 derart bearbeitet, dass an einem ersten Ende 16 des

Verbindervorprodukts 10 die Mantelschicht 14 entfernt wird.

In einem Schritt 44 wird dann am ersten Ende im Bereich der entfernten Mantelschicht 14 ein Durchbruch 36 erzeugt und im Schritt 46 wird dann am gegenüber dem ersten Ende 16 liegenden zweiten Ende 18 ein weiterer Durchbruch 38, insbesondere eine Bohrung er- zeugt. Im Schritt 48 wird der erste Leiter 20 durch den Durchbruch 36 am ersten Ende 16 in den Verbinder 22 eingeführt und in einem Schritt 50 im Bereich der Kontaktfläche 34 mit dem Verbinder 22 durch Schweißen verbunden. Im Schritt 52 wird dann der zweite Leiter 24 durch eine Schraubverbindung mit dem zweiten Ende 18 des Verbinders 22 verbunden.