联结件与绞合导线的连接部
阅读说明：本技术 联结件与绞合导线的连接部 (Connecting part of connecting piece and stranded conductor ) 是由 奥利弗·施瓦科夫斯基 于 2018-01-11 设计创作，主要内容包括：联结导线与绞合导线的连接部,其中联结件具有由第一金属材料制成的第一金属表面和由不同于第一金属材料的第二金属材料制成的第二金属表面,绞合导线由金属材料形成,联结件以包围绞合导线、以第一金属表面临接该绞合导线的方式围绕绞合导线铺设,并且该联结件至少以形状配合的方式与绞合导线连接。(A connecting part for connecting the wires to the stranded wires, wherein the connecting part has a first metal surface made of a first metal material and a second metal surface made of a second metal material different from the first metal material, the stranded wires are formed of a metal material, the connecting part surrounds the stranded wires in a manner such that the first metal surface adjoins the stranded wires, and the connecting part is connected to the stranded wires at least in a form-fitting manner.)
技术领域
本发明涉及联结件到绞合导线的连接部以及将联结件连接到绞合导线的方法。
背景技术
在车辆电气系统工业中，尤其是使用彼此不同的金属或金属材料的铜绞合导线的级联焊接是众所周知的。这里，通常通过超声结合工艺来材料配合结合贵重程度不同的金属。
由于越来越多地使用铝导线，特别是在电力传输导线，例如电池导线的领域中，用于这种铝导线的连接技术已经变得必要。尤其对于横截面较大，例如超过30平方毫米，尤其是最大160平方毫米的铝导线来说，例如用于电池导线的铝导线来说，不同类型的联结导线的接触是有问题的。
当绞合导线直接连接到不同类型的联结导线，例如铜和铝之间直接连接时，会发生接触腐蚀。特别是在汽车应用中，其可能会在例如冷凝水的影响下在接头处导致腐蚀效应，这会导致铝电极随时间溶解。该效应随着电势差的增加而增加，例如在电池导线的功率传输过程中。
发明内容
因此，本发明所基于的目的是提供即使在汽车应用中，并且在高电势差下在连接的过渡区域中也长期稳定的连接。
特别是在汽车应用中和高电流下，彼此不同的金属部件之间的连接处的过渡电阻不能忽略。在高电流下，这种过渡电阻导致很高的电势差，并因此会增加接触腐蚀的风险。使用贵重程度不同的金属材料会增加接触腐蚀的风险。最后，在汽车应用中，必须始终考虑到在接触点区域内的湿气，其会由于形成的电解质而加剧腐蚀。但是，特别是在导线横截面积较大和电流较大的情况下，连接的持久性是决定性的。
为了解决上述目的，提出了一种根据权利要求1的连接部。
这里，可以首先使由第一金属材料制成的绞合导线与联结件的第一金属表面接触。联结件具有第二金属表面，该第二金属表面由不同于第一金属材料的第二金属材料形成。该第二表面优选不与绞合导线接触，而是用于接触联结导线。绞合导线和联结导线优选地由不同的金属材料制成。通过金属材料在联结件的区域中的过渡，因此在联结导线和绞合导线的不同金属之间没有直接接触。可以充分保护联结件上的第一金属材料和第二金属材料之间的金属过渡，以防止接触腐蚀。
联结导线尤其可以是由实心材料制成的绞合导线或扁平导线。
还可能的是，两种金属材料之间的相应过渡部分形成的标准电势差很小，从而降低了接触腐蚀的风险。绞合导线的金属材料和联结件的第一表面的金属材料之间的标准电势差可以具有第一值。联结件的第一金属材料和联结件的第二金属材料之间的标准电势差可以具有第二值。联结件的第二金属材料和联结导线的金属材料之间的标准电势差可以具有第三值。标准电势差的第一，第二和第三值可以小于绞合导线的金属材料和联结导线的金属材料之间的标准电势差。
特别地，标准电势差的第一，第二和/或第三值小于2V，优选地小于1V。由此实现了在任何金属过渡处都不会出现大于2V，优选1V的标准电势差，从而使接触腐蚀保持在尽可能低的水平。
标准电势差的第二值，即在联结件的第一金属材料和联结件的第二金属材料之间的电势差，大于标准电势差的第一值和标准电势差的第三值，也是有意义的。
标准电势差的第二值尤其可以大于1.5V。与此相对，在第一金属材料和绞合导线之间或在第二金属材料和联结导线的金属材料之间的过渡处，标准电势差的第一和第三值可以小于1.5V。由此减小了在联结件和绞合导线之间或在联结件和联结导线之间的直接接触点处的接触腐蚀电位。
接触腐蚀电位在联结件区域内增加。但是，由于可以特别保护联结件免于接触腐蚀，尤其是防止湿气渗透，因此可以降低连接部腐蚀的总体风险。
根据本发明，可以将联结件面对绞合导线的内侧直接连接至绞合导线，并且可以将联结件的背离绞合导线的表面直接连接至联结导线。这里，联结件的两个不同表面形成为使得与传统的连接部相比降低了整个连接部中接触腐蚀的风险。
优选在标准条件下，尤其是在25℃，101.3kPa，ph＝0和1mol/l的离子活性下测量不同材料的标准电势。同样，标准氢电极也优选在标准条件下用于确定材料的相应标准电势。然后根据各个半电池(从材料到标准氢电极)的电势确定标准电势之间的差。
根据一个实施例提出，第一金属材料和第二金属材料之间的标准电势差的值大于1V，优选地大于1.5V。第一金属材料和第二金属材料之间的标准电势差的值也可以小于2.5V。在第一金属材料和第二金属材料之间的过渡处高的标准电势差是希望的，因为可以保护联结件以防止接缝或两个金属表面之间的过渡的区域中的湿气渗透。
联结导线以材料配合的方式与联结件的第二金属表面连接。该连接位置通常暴露于促进氧化的环境条件下，例如水分，盐分或类似环境等。由此，正是该金属过渡处应该具有尽可能低的标准电势差。因此提出，在联结导线的金属材料和第二金属材料之间的标准电势差的值小于1.5V，尤其小于1V。由此，第二金属材料和联结导线的金属材料之间的电势差优选小于联结件的两种金属材料之间的电势差。
第一金属材料和绞合导线的金属材料之间的标准电势差的值也可以小于1.5V，优选地小于1V。由于两种金属材料也可以相同，所以该电势差尤其可以大约为0V或等于0V。
这也适用于联结导线的金属材料和第二金属材料。如果连接为单一材料类型，标准电势差也可以在此接近或等于0V。
联结件是双金属的，即由至少两种不同的金属材料制成。这里，可以在联结件中形成双金属薄板条或双金属涂层。这里，例如可以设置载体材料和金属涂层材料。载体材料可以以涂层材料辊轧包层。
根据一个实施例，联结件可以由金属载体材料和金属涂层材料制成。载体材料可以形成第一金属材料，而涂层材料可以形成第二金属材料。载体材料形成第二金属材料，而涂层材料形成第一金属材料也是可行的。绞合导线可以由金属材料制成，尤其是第一或第二金属材料。为了绞合导线与联结导线的抗接触腐蚀连接，使用双金属薄板条或双金属材料作为联结件。
尤其可以将铝绞合导体用作绞合导体，将铜导体用作联结导体。
可以将联结件以其类似于铝的金属表面放置在铝绞合导线上，并且可以将铜导体放置在联结件的另一侧，该另一侧涂有第二金属材料。尤其可以使用超声波焊接将联结导线焊接到联结件。
尤其可以考虑使用铜或铝材料作为载体材料，并且例如使用镍作为涂层材料。也可以在联结件的所有面镀镍。也可以使用黄铜作为载体材料。在载体材料和涂层材料之间的过渡处例如可以设置附加涂层，尤其是例如由镍制成的金属涂层。
该连接尤其适用于能源导线或电池导线，起动机导线和/或发电机导线，尤其是在汽车中。这样的导线具有高的电流承载能力，并且适合于例如在较长的时间段内承载几百安培。因此，对于绞合导线，建议使用横截面大于50mm2的导线。另一方面，绞合导体的导线横截面优选小于200mm2。这些所述绞合导线尤其适用于汽车应用中，如其在本发明中也被要求的那样。
绞合导线尤其是机动车辆中的能源导线，其可以形成为电池导线，起动-发电机导线，电池-起动机导线，发电机-电池导线或类似导线。绞合导线也可以作为能量主干(Energy Backbone)安装在机动车辆中，并且在此基础上，可以实现向各种各样的用电器的各种各样的去路。联结导线也可以形成为电池导线，起动-发电机导线，电池-起动机导线，发电机-电池导线等。联结导线也可以作为能量主干安装在机动车辆中，并且在此基础上，可以通过多股绞合导线实现向各种各样的用电器的各种各样的去路。联结导线尤其可以是扁平导线。这里，扁平导线由实心材料一件式形成。
根据一个实施例，绞合导体在具有绝缘层的线缆中引导。该线缆优选地被扯开，使得在两个绝缘的外部区域之间的中心区域中将绞合导线的绝缘层去除。在未绝缘的区域的两侧，该线缆可以由绝缘层包围。也有可能端侧端部的区域中将绞合导体去绝缘。在去绝缘的区域中，可以借助于优选为双金属的联结件进行连接。
根据一个实施例提出，将联结件作为经切割的条围绕绞合导线放置，或者将联结件由无头带围绕绞合导线放置，然后将其切割，或者将联结件以一件式或两件式套筒或多件式套筒的形式围绕绞合导线放置。
用于尤其铝或铜绞合导线与尤其由铜或铝制成的联结导线的抗腐蚀接触连接的、尤其作为双金属薄板条或双金属材料的联结件的优选几何形状例如可以是预制的切割薄板带。可以将其缠绕在绞合导体上。还可以在绞合导线周围缠绕无头带，优选地是薄板无头带，并且在缠绕之后将其切割。
也可以为绞合导体的导体横截面设置套筒部分，尤其是两个或更多个套筒部分。其尤其可以具有与绞合导体的半径相对应的内半径。套筒部分可以定位在绞合导体上，然后以材料配合的方式与该绞合导体连接，优选地通过焊接。
也可将一件式的、优选地具有圆形或多边形的内和/或外周的套筒围绕绞合导体插放并定位在接头处。在将套筒定位在绞合导体上之后，可以通过合适的接合方法将其以力配合，形状配合和/或材料配合的方式与绞合导体接合。尤其可以通过压接和/或超声焊接将联结件接合到绞合导线上。
因此，根据一个实施例提出，将联结件围绕绞合导线压接。联结件尤其在绝缘层区域中可以具有与绝缘层的外周相对应的内周。联结件尤其可以气密地布置在绝缘层上。
所述联结件也可以在绞合导线的区域中具有至少一个向外指向的平坦表面区域，其中在至少一个的平坦表面区域中可以布置有联结件的至少一个接缝。当围绕绞合导线接合联结件时，优选地形成至少一个接缝。仅当围绕绞合导线放置一件式套筒时才可省略此接缝。优选将接缝布置在接合后平坦的区域中，从而可以在随后的焊接过程中将接缝特别好地在平坦的表面区域上焊接。
首先将联结件松散地围绕绞合导线放置，并借助于适当的塑性变形工艺，例如压接，至少形状配合地围绕绞合导线放置。在绝缘层区域中，线缆的直径可以比绞合导线的直径大。当围绕线缆结合联结件时，可以通过使联结件塑性变形，使其与线缆绝缘层以比与绞合导线接触的内径更大的内径接触，从而实现不同的内径。
为了随后将联结件与联结导线材料配合地接合，尤其将联结件的外周变形。这为在绞合导线和联结件之间的复合体上用于联结导线的优选平坦的焊接表面创造了几何前提。在变形之后，联结件的内部轮廓或联结件的内部结构优选与绞合导线在去除绝缘层的区域中的外部轮廓或外部结构一致，并且尤其与线缆在绝缘层区域中的外部轮廓或外部结构也一致。当变形联结件时，优选将其牢固地压在绝缘层上，从而优选在联结件的内壁和绝缘层的外壁之间形成气密结合。
在连接期间，联结件优选首先以形状配合的方式围绕绞合导体放置，然后与绞合导体焊接在一起，尤其是超声焊接或电阻焊接。借助于焊接工具，尤其是在使用超声波焊接时借助砧座和超声发生器，或在使用电阻焊接时借助电极，可以同时实现变形以及联结件和绞合导线之间材料配合接合。这里，借助于这些工具可以将联结件变形，从而在联结件和绞合导线之间形成形状配合的连接。这里，优选在联结件与绞合导线之间形成直接的接触表面，该接触表面形成用于将联结件与绞合导线焊接的焊接平面。在该成型过程之后或期间，可以通过将焊接能量传导到绞合导线和联结件之间的焊接平面中来进行焊接。焊接平面优选是绞合导线的外护套表面和联结件的内护套表面，其在变形之后彼此接触。
变形也可以这样进行，使得在联结件变形之后，横截面轮廓外侧与内侧不同。联结件的内部横截面轮廓优选地与绞合导线或线缆一致，并且例如是圆的，而在变形之后，联结件的外部轮廓或外部结构或横截面轮廓优选地是有棱角的，尤其是多边形，例如六边形或四边形。该边缘形状特别适合于将焊接工具放置到联结件的外周上。
联结件的接缝优选位于平坦表面的区域中，而不位于联结件的多边形形状的边缘的区域中。这样可以确保在焊接过程中可靠地焊接接缝。尤其是在套筒已经围绕或接合之后在联结件上产生的接缝在焊接工具所夹住的外表面上。可以将焊接能量引入到联结件和绞合导线之间的焊接平面中，同时可以将焊接能量引入到接缝位置中。因此，在单个焊接过程中，联结件可以沿着其接缝焊接，并且同时可以将联结件与绞合导线焊接在一起。
已经发现，在使用几何形状适合的焊接工具，特别是超声波发生器和砧座进行的超声波焊接中，联结件可以首先以形状配合的方式围绕绞合导线塑性变形，然后以材料配合的方式与该绞合导线连接。焊接可以在变形过程之后或期间进行。由于使用一个工具进行变形和连接，因此实现较高的循环时间同时实现了简单而可靠的系统技术。仅需设置几个过程参数，并且该过程可以经济地进行。
也可以首先设定压接工艺，将联结件形状配合地接合至绞合导线，然后使用超声焊接工艺将联结件与绞合导线材料配合地连接。在这种材料配合的连接中，可以将绞合导线和/或联结件上的氧化层断裂。
另一个方面是根据权利要求16的方法。
如已经说明的，联结件可以围绕绞合导线放置。在随后将联结件材料配合地接合到绞合导线时，至少联结件，优选还有绞合导线可以塑性变形，以一方面确保绞合导线和联结件之间沿着联结件内周的良好机械连接，并且同时例如在其外周上塑性地变形联结件，以便用于随后与联结导线的焊接。这里，尤其可以在联结件的外侧上形成平坦的焊接表面，焊接工具沿着该平坦的焊接表面实现了联结件与绞合导线特别良好的焊接，以及随后联结件与联结导线的焊接。
如所说明的，联结件围绕绞合导线放置。联结件优选已经被切割或者在围绕之后被切割。接缝可以是对接接头或搭接接头。然后以如下方式进行焊接，即，将焊接工具放置在优选首先塑性变形的对接接头或搭接接头的接缝上，以便然后将接缝和联结件都沿着该接缝与绞合导线焊接在一起。这里可以使用超声波焊接工具以及电阻焊接工具。
附图说明
在下文中，借助于示出实施例的附图来更详细地说明本发明。图中：
图1a-f示出了联结件的各种实施例；
图2a-d示出了具有包括绞合导线的线缆的联结件的各种实施例；
图3a，b示出了与联结件接合的绞合导线的横截面图；
图4a-d示出了用于将联结件焊接到绞合导线上的实施例；
图5a-c示出了用于将联结件焊接到联结导线上的实施例。
具体实施方式
图1a以横截面示出联结件2。联结件2具有两个表面2a和2b，其由不同的金属材料制成。根据图1a的联结件2例如是具有载体材料4和涂层材料6的双金属板条。载体材料4和涂层材料6之间的过渡的特征在于具有标准电势差。该标准电势差优选地大于一伏。
载体材料4可以例如是铝材料或铜材料。铝和铜的所有合金都可用作载体材料。涂层材料6同样可以是铜材料或铝材料以及其所属的所有合金。涂层材料6也可以是镍。
图1b示出了联结件2的另一实施例，这里，载体材料4和涂层材料6在所有面上都涂覆有另一种材料8。材料8尤其可以是镍材料。
图1c示出了联结件2的另一实施方式。这里，载体材料4可以形成为薄板，并且涂层材料6可以是例如尤其具有镍的涂层。该涂层可以是电涂层。
图1d示出了联结件2的另一实施例，这里，载体材料4可以在所有面上涂覆有涂层材料6。这里，涂层材料6可以优选地是镍层。
图1e示出了联结件2的另一实施例。这里，载体材料4可以设置有布置在其上或嵌入其中的，尤其是辊轧包层的涂层材料6。载体材料4和涂层材料6之间的过渡可以例如涂覆有涂层8，该涂层例如是镍。涂层材料6可以在远离载体材料4和涂层材料6之间的过渡处没有涂层8。
图1f示出了联结件2的另一实施例。该联结件形成为两件式的套筒，其中在两个套筒部分上均设有载体材料4和涂层材料6。未示出的是，套筒也可以完全涂覆，例如以镍完全涂覆。
上面关于载体材料4和涂层材料6的材料组合的陈述适用于所有可能的联结件。尤其地，其他的材料组合是可能的，尤其是在使用不锈钢或类似材料的情况下。
在图2a中示例性示出了联结件2和线缆12的绞合导线10之间的接合。
根据绞合导线10的应用情况和材料，根据图1a-f的联结件可以以表面2a或表面2b放置在绞合导线10上，或者以载体材料4或涂层材料6放置在绞合导线10上。
这里，可以将线缆12扯开，使绞合导线10暴露在线缆12的两个绝缘区域之间。现在将联结件2放置在该区域周围。这里，将联结件2以表面2a，b中之一放置在绞合导线10上，然后卷起。联结件2可以在卷起之前切割，也可以在卷起之后切割。
图2b示出了一个实施例，其中联结件2在线缆12的端面剥开的一端处围绕绞合导线10放置。这里，也取决于绞合导线10的制造材料确定联结件2的表面2a，b中的哪一个放置在绞合导线10上。尤其考虑铜或铝材料用于绞合导线10。
图2c示出了将例如根据图1f的套筒2推入或放置在线缆12的端面端部上，在该端部中将绞合导线10去绝缘。
根据图2d，将线缆12扯开，使得套筒2在导线12的两个绝缘区域之间暴露。现在将套筒2推到该区域上，或者如果是多件式套筒，则将其放置在该区域上。这里将套筒以表面2a，b中之一放置在绞合导线10上，然后挤压。
在将联结件2连接到绞合导线10之后将其进行塑性变形并围绕绞合导线放置。在图3a中示出了联结件2和绞合导线10之间的这种至少机械接合的连接部的横截面。这里，涂层材料6在联结件2的面向绞合导线10的一侧上，而载体材料4在联结件2的背离绞合导线10的一侧上。通过联结件2的塑性变形在涂层材料6和绞合导线10之间的过渡处产生了形状配合连接。联结件2在对接接头中围绕绞合导线10铺设，并形成接缝14。
图3b示出了另一实施例，其中，例如，载体材料4被布置在联结件2的面对绞合导线10的一侧上，而涂层材料6被布置在联结件2的背离绞合导线10的一侧上。
例如联结件2围绕绞合导线10放置，然后被切割。接缝14例如成形为搭接接头。
图4a示出了联结件2与线缆12的接合。图4a示例性示出了两个压钳16a，16b，联结件2可以利用其塑性变形地接合至线缆12。为此，压钳16a，16b在联结件2的方向上移动并使之在期间变形。横截面I-I在图4a中的右侧示出。可以看出，借助压钳16a，16b例如给定了联结件2的轮廓。在所示的示例中，联结件2在通过压钳16a，16b被压紧之后具有多边缘的外轮廓。另外，联结件2直接与绞合导线10贴靠。
此外，在图4a中可以看出，在线缆12的绝缘区域中，联结件2也被压靠在线缆12上。压钳16a，16b可以以这样的方式成形，使得在联结件与导线12的绝缘层之间形成形状配合的、优选也气密的连接。
在图4a中还可以看到联结件2的接缝14。接缝14位于联结件2的外周的平坦表面的区域中。接缝14尤其位于焊接平面的区域中，通过该焊接平面，联结件2与绞合导线10焊接在一起。压钳16a，16b也可以形成为超声波工具，尤其是砧座和超声波发生器，并且在图4a中所述的挤压过程中将联结件2直接与绞合导线10，也沿着接缝14焊接。
图4b示出了另一实施例，其中，超声波发生器18a和砧座18b以类似于根据图4a的压钳16a，16b的方式工作。这里，超声波发生器18a和砧座18b的轮廓同样可以使得联结件2沿着截面I-I的横截面在变形之后有棱角。在此也可以看出，接缝14在平坦的焊接面的区域中。借助于超声波发生器18a和砧座18b，可以首先以赋形的形式将联结件2放置在绞合导线10周围，然后或在同一工作步骤中将其与绞合导线10焊接在一起。这里可以同时进行沿着接缝14的焊接。
图4c示出了另一个示例。可以使用压钳16a，16b，或超声波发生器18a和砧座18b，将联结件2挤压到绞合导线10上，并且如果需要，可以同时或之后与其焊接。如图4c所示，通过压钳16a，16b进行了对应于沿截面I-I的横截面的赋形。在此也形成平坦的焊接面。可以在这些焊接面之一内设置接缝14。
图4d示出了另一示例，其中将联结件2压在绞合导线10和导线12的绝缘件上。在截面I-I中示出了，外周例如可以是四边形的，并且尤其接缝14可以形成为搭接接头。
在将联结件2尤其是通过超声焊接或电阻焊接形状配合和材料配合地接合到绞合导线10上，可能情况下形状配合地接合到线缆12的绝缘层上之后，则可以将联结导线20a，20b放置在联结件2的外周上的优选平坦的焊接面上。该联结导线20a，20b可以以其裸露的端部或其绞合导体材料配合地焊接到联结件2的表面2a，b上，如图5a所示。
绞合导线10优选地由与联结导线20a，b不同的金属材料制成。
通过使联结件2由通过不同材料制成的载体材料4和涂层材料6形成，在联结件2的朝外的表面到联结导线20a，b的过渡处产生比联结导线20a，b与绞合导线10的直接连接更小的标准电势差。
图5b示出了另一实施例，其中，联结件2呈套筒状围绕线缆12或绞合导线的端面端部放置。在此，联结导线20a，b也优选借助于超声波发生器18a和砧座18b焊接到联结件2的外表面。这里，联结件2也具有朝向绞合导线10的第一表面和朝向联结导线20a，b的第二表面。这些表面由不同的材料制成，一面是载体材料4，另一面是涂层材料6。
最大的标准电势差优选在联结件2内，在载体材料4和涂层材料6之间的过渡处形成，而与此相对，一方面绞合导线10和载体材料4或涂层材料6之间的电势差，另一方面联结导线20a，b的绞合线的材料和载体材料4或涂层材料6之间的电势差较小。
图5c示出了另一示例，其中，绞合导线10经由联结件2与作为联结导线20c的扁平导线连接。联结导线20c的线缆在中心区域没有绝缘层。在该暴露区域中，联结件可以以表面2a，b中之一与联结导线20c材料配合连接。联结件2包围绞合导线10并且与其材料配合连接。
沿着扁平导线20c可以设置至少两个或更多的裸露区域。在这些区域上，绞合导线10可以以上述各种构造形式材料配合连接。因此，可以扯开第一绞合导线10，并且在扯开区域中，联结件2可以建立与扁平导线的连接，如左侧所示。绞合导线10例如也可以在其端面上设置有作为联结件2的套筒，并且可以通过该联结件与扁平导线20c进行连接，如右侧所示。
借助所示的接合方法，可以借助于超声波焊接或电阻焊接进行抗接触腐蚀的连接。不同材料制成的导线可以使用双金属联结件以特别简单的方式结合。