DE10027098B4

DE10027098B4 - Verfahren zum elektrisch leitfähigen Verbinden zweier Elemente und umhülltes Kabel mit darin liegender niedrigschmelzender Metallschicht

Info

Publication number: DE10027098B4
Application number: DE10027098A
Authority: DE
Inventors: Tetsuro Ide; Takashi Ishii
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 1999-06-04
Filing date: 2000-05-31
Publication date: 2007-09-27
Anticipated expiration: 2020-06-01
Also published as: US6476324B1; GB2350732A; DE10027098A1; JP2000348844A; GB2350732B; GB0013359D0

Abstract

Verfahren zum elektrisch leitfähigen Verbinden eines ersten und eines zweiten Elements, umfassend:
das Verklemmen von Verbindungsabschnitten eines ersten und eines zweiten leitfähigen Elements zwischen Kunstharz-Chips (1, 3), wobei zumindest eines der beiden Elemente ein umhülltes Kabel (W1; W5; W7) aufweist, das einen Leiterkabel-Abschnitt (14; 23) und einen umhüllenden Abschnitt (7; 27) aus Kunstharz hat, der eine Außenfläche des Leiterkabel-Abschnitts (14; 23) umhüllt, wobei zumindest ein Teil des Leiterkabel-Abschnitts (14; 23) des umhüllten Kabels zuvor von einer niedrigschmelzenden Metallschicht (19) umhüllt worden ist, und
das Entfernen der umhüllenden Abschnitte (7, 9; 27, 29), die zu den Verbindungsabschnitten gehören, durch Erwärmung und Druckbeaufschlagung und das Zusammenschweißen der beiden Kunstharz-Chips (1, 3), und dabei das dichte Versiegeln der Verbindungsabschnitte, wobei das erste und das zweite Element durch das Schweißen der niedrigschmelzenden Metallschichten (19) elektrisch leitfähig miteinander verbunden werden.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden eines umhüllten Kabels, die das elektrisch leitfähige Verbinden eines umhüllten Kabels mit einem weiteren Element umfaßt, und ein umhülltes Kabel mit einer darin liegenden niedrigschmelzenden Metallschicht, das zur Durchführung dieses Verfahrens verwendet wird.
Stand der Technik
Im Allgemeinen hat ein abgeschirmtes elektrisches Kabel eine Kernader, einen inneren umhüllenden Abschnitt aus Kunstharz, der die Kernader umhüllt, geflochtene Kabel, die an einer Außenfläche des inneren umhüllenden Abschnitts angeordnet sind, und einen äußeren umhüllenden Abschnitt, der die geflochtenen Kabel umhüllt. Der äußere umhüllende Abschnitt ist zum Beispiel aus warmfestem PVC (warmfestem Vinylchlorid-Kunstharz) geformt, während der innere umhüllende Abschnitt zum Beispiel aus vernetztem Polyäthylen geformt ist. Ein Erdungskabel, das mit dem abgeschirmten elektrischen Kabel verbunden ist, hat eine Kernader und einen umhüllenden Abschnitt aus Kunstharz, der die Kernader umhüllt.
Wenn das abgeschirmte elektrische Kabel und das Erdungskabel verbunden werden, kann auch eine Methode verwendet werden, die auf Ultraschall-Schweißen beruht.
Falls jedoch das abgeschirmte elektrische Kabel und das Erdungskabel lediglich durch Ultraschall-Schweißen verbunden werden, stehen die geflochtenen Kabel und die Kernader lediglich in kontaktherstellender Verbindung zueinander. Daher besteht die Möglichkeit, dass die Zuverlässigkeit der elektrischen Leitung zwischen ihnen nicht ausreichend ist.

Aus DE 197 23 241 A1 ist ein Verbindungsaufbau zweier umhüllter Drähte bekannt, die an Verbindungsabschnitten übereinander gelegt und leitfähig miteinander verbunden sind. Die sich überdeckenden Verbindungsabschnitte werden durch ein Paar Kunststoffteile zusammengedrückt. Abschnitte der Hüllen werden geschmolzen und von den Außenseiten der Kunststoffteile aus zusammengedrückt, so dass eine Versiegelung erzielbar ist. Ferner ist eine sehr gute Schmelzwirkung erzielbar, so dass die leitfähig verbundenen Drähte an den Verbindungsabschnitten leitfähig miteinander verbunden werden. Dann werden die beiden Kunststoffteile miteinander verschmolzen, um die Verbindungsabschnitte abzudichten.

Darstellung der Erfindung

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Verbinden eines umhüllten Kabels zu schaffen, das das Zustandekommen einer sehr zuverlässigen elektrisch leitfähigen Verbindung ermöglicht, und ein umhülltes Kabel mit einer darin liegenden niedrigschmelzenden Metallschicht, das zur Durchführung dieses Verfahrens verwendet wird.

Um dieses Ziel zu erreichen, schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren gemäß dem Patentanspruch 1.

Gemäß diesem Verfahren werden das erste und das zweite Element elektrisch leitfähig verbunden, da die niedrigschmelzende Metallschicht aufgelöst wird. Aus diesem Grund vergrößert sich ein intermetallischer Verbindungsabschnitt mit dem Ergebnis, dass die Zuverlässigkeit der elektrischen Leitung verbessert wird. Außerdem besteht nicht die Notwendigkeit, eine niedrigschmelzende Metallschicht als separates Teilstück vorzusehen. Daher ist es möglich, ein Ansteigen der Kosten für die Teilekontrolle, etc. zu verhindern. Die Handhabung der Teile ist ebenfalls einfach.

Bevorzugte, optionale Merkmale sind in den abhängigen Patentansprüchen 2 und 3 beschrieben.

Sowohl das erste als auch das zweite Element kann aus einem solchen umhüllten Kabel bestehen, bei dem eine Außenfläche des Leiterkabelabschnitts von einem umhüllenden Abschnitt aus Kunstharz umhüllt ist.

Das andere der beiden Elemente kann eine Anschlussklemme sein.

Die Erfindung schafft auch ein umhülltes Kabel gemäß dem Patentanspruch 4.

Ein umhülltes Kabel hat einen Leiterkabelabschnitt, einen umhüllenden Abschnitt, der den Leiterkabelabschnitt umhüllt, und eine niedrigschmelzende Metallschicht mit einer signifikanten Schichtdicke, die zumindest einen Teil des Leiterkabelabschnitts umhüllt. Verbindungsabschnitte des umhüllten Kabels und eines anderen Elements werden zwischen den Kunstharz-Chips verklemmt. Die umhüllenden Abschnitte, die zu den Verbindungsabschnitten gehören, werden durch Erwärmung und Druckbeaufschlagung entfernt. Und die beiden Kunstharz-Chips werden dann miteinander verschmolzen, wobei die Verbindungsabschnitte dicht versiegelt werden. Bevorzugte, optionale Merkmale sind in den zugehörigen abhängigen Patentansprüchen beschrieben.

Der Leiterkabelabschnitt kann eine Anzahl von Sätzen von Elementarkabel-Ansammlungen sein. Und jede Elementarkabel-Ansammlung kann eine Anzahl von Elementarkabeln und eine niedrigschmelzende Metallschicht haben, die die Elementarkabel von außen umhüllt und die Elementarkabel miteinander verbindet. Als Ergebnis davon vergrößert sich der intermetallische Verbindungsabschnitt weiter mit dem Ergebnis, dass die Zuverlässigkeit der elektrischen Leitung verbessert wird.

Der Anteil der niedrigschmelzenden Metallschichten an einer gesamten Querschnittsfläche der niedrigschmelzenden Metallschichten und der Leiterkabelabschnitte kann zwischen 12% und 18% (beide eingeschlossen) liegen. Als Ergebnis davon vergrößert sich der intermetallische Verbindungsabschnitt zuverlässiger mit dem Ergebnis, dass die Zuverlässigkeit der elektrischen Leitung verbessert wird.

Die niedrigschmelzende Metallschicht ist aus einem Metall geformt, das aufgrund der erzeugten Hitze schmilzt, die zumindest beim Ultraschall-Schweißen des Kunstharzes erzeugt wird. Als Ergebnis davon kann die Schicht leicht geformt werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1A ist eine perspektivische Ansicht, die einen Hauptteil eines umhüllten Kabels gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

1B ist eine vergrößerte Schnittansicht entlang einer Linie B-B von 1A;

1C ist eine vergrößerte Schnittansicht, die eine Elementarkabel-Ansammlung zeigt, die aus einer Anzahl von Elementarkabeln besteht;

2A ist eine perspektivische Ansicht, die einen Hauptteil eines angewandten Beispiels der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

2B ist eine perspektivische Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem die Kunstharz-Chips aus 2A weggelassen wurden;

3A ist eine perspektivische Ansicht, die ein anderes angewandtes Beispiel der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

3B ist eine perspektivische Ansicht, die das Beispiel von 3A zeigt, nachdem dasselbe geformt wurde;

4A ist eine perspektivische Ansicht, die einen ersten Schritt zeigt; und

4B ist eine perspektivische Ansicht, die einen Zustand nach der Beendigung eines zweiten Schritts zeigt.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert.

Wie in 1A verdeutlicht, hat ein Erdungskabel W2, das aus einem umhüllten Kabel mit einer darin liegenden niedrigschmelzenden Metallschicht besteht, eine Kernader 15 und einen umhüllenden Abschnitt 9, der eine Außenfläche der Kernader 15 umhüllt und der aus Kunstharz besteht.

Der umhüllende Abschnitt 9 ist aus einem Material geformt, das zumindest eine Schmelzcharakteristik hat, die durch die Anwendung von Ultraschallwellen gezeigt wird, zum Beispiel aus einem Material, das unter die Kategorie von warmfestem PVC, Polyäthylen, Nylon, etc. fällt, wie in dem Fall eines umhüllenden Abschnitts 7 eines abgeschirmten elektrischen Kabels W1.

Wie in 1B gezeigt, ist zumindest ein Teil der Kernader 15 von einer niedrigschmelzenden Metallschicht 19 umhüllt, die eine signifikante Schichtdicke hat. Im Wesentlichen besteht die Kernader 15 aus einer Anzahl von Sätzen, zum Beispiel sieben Sätzen, von Elementarkabel-Ansammlungen 20. Jede Elementarkabel-Ansammlung 20 besteht aus einer Anzahl, zum Beispiel drei, Elementarkabeln 21 und einer niedrigschmelzenden Metallschicht 19, welche die Elementarkabel 21 umhüllt und eine signifikante Schichtdicke aufweist.

Die niedrigschmelzende Metallschicht 19 ist aus einem Metall geformt, das aufgrund der erzeugten Hitze schmilzt, die man zumindest durch die Anwendung des Ultraschall-Schweißens von Kunstharz erhält, zum Beispiel Sn-Überzug, Lötzinn oder eine Legierung von Sn und Silber. Zumindest an den Verbindungsabschnitten des abgeschirmten elektrischen Kabels W1 und des Erdungskabels W2 liegt der Anteil der niedrigschmelzenden Metallschicht 19 an der gesamten Querschnittsfläche der Kernader 15 zwischen 12% eingeschlossen und 18% eingeschlossen. Wie in 1C gezeigt, ist insbesondere den drei Elementarkabeln 21 eine Linie der äußeren Konfiguration der niedrigschmelzenden Metallschicht 19 umschrieben. Und der Anteil der niedrigschmelzenden Metallschicht 19 an einer gesamten Querschnittsfläche der Elementarkabel-Ansammlung 20, die aus den drei Elementarkabeln 21 und der niedrigschmelzenden Metallschicht 19 besteht, liegt zwischen 12% inklusive und 18% inklusive.

Im Folgenden wird eine Methode zum Verbinden des abgeschirmten elektrischen Kabels W1 und des Erdungskabels W2 erklärt werden.

Wie in 4A gezeigt, hat das abgeschirmte elektrische Kabel W1 eine Kernader 14, die einen Leiterkabel-Abschnitt bildet, einen inneren umhüllenden Abschnitt 8, der eine Außenfläche der Kernader 14 umhüllt und der aus Kunstharz besteht, geflochtene Kabel 13, die an einer Außenfläche des inneren umhüllenden Abschnitts 8 angeordnet sind und die einen Leiterkabel-Abschnitt bilden, und einen äußeren umhüllenden Abschnitt 7, der eine Außenfläche der geflochtenen Kabel 13 umhüllt und der aus Kunstharz besteht. Der innere umhüllende Abschnitt 8 ist zum Beispiel aus warmfestem PVC (warmfestem Vinylchlorid-Kunstharz) geformt, während der äußere umhüllende Abschnitt 7 zum Beispiel aus vernetztem Polyäthylen geformt ist.

In einem ersten Schritt werden Verbindungsabschnitte der beiden Kabel w1 und w2 zwischen einem Paar von Kunstharz-Chips 1 und 3 verklemmt oder verquetscht. Insbesondere wird ein Teil eines Kunstharz-Chips 3 in einen Amboss 5 eingeführt, und das abgeschirmte elektrische Kabel W1 wird oberhalb des Kunstharz-Chips 3 dazwischen eingeführt. Anschließend wird oberhalb dieses abgeschirmten elektrischen Kabels W1 das Erdungskabel W2 weiter dazwischen eingeführt. Und schließlich wird der andere Kunstharz-Chip 1 dazwischen eingeführt.

In einem zweiten Schritt werden anschließend Verbindungsabschnitte der beiden Kabel W1 und W2 druckbeaufschlagt und erwärmt. Dabei werden die umhüllenden Abschnitte 7 und 9 aus Kunstharz, die zu den Verbindungsabschnitten gehören, entfernt. Und gleichzeitig werden die Kunstharz-Chips 1 und 3 zusammengeschweißt, um dadurch die Verbindungsabschnitte zu versiegeln.

Insbesondere wird ein Dorn 11 oberhalb des Kunstharz-Chips 1 eingeführt. Dann werden Ultraschall-Schwingungen zwischen dem Dorn 11 und dem Amboss 5 erzeugt, um die Erzeugung von Hitze zu bewirken (Hitze zu bewirken) und gleichzeitig die Anwendung von Druck zu bewirken. Aufgrund dieser Hitzeerzeugung werden die umhüllenden Abschnitte 7 und 9 der Verbindungsabschnitte verschweißt. Als Ergebnis davon werden die geflochtenen Kabel 13 des abgeschirmten elektrischen Kabels W1 und der Leiterkabel-Abschnitt 15 des Erdungskabels W2 freigelegt.

Anschließend werden die geschmolzenen umhüllenden Abschnitte 7 und 9 zwischen den Kunstharz-Chips 1 und 3 durch Druckbeaufschlagung herausgepresst. Gleichzeitig wird die niedrigschmelzende Metallschicht 19 aufgrund der Erzeugung von Hitze geschmolzen, die durch die Ultraschall-Schwingungen verursacht wird, während die geflochtenen Kabel 13 und die Elementarkabel 21 der Kernader 15 durch die Anwendung von Druck zusammengeschweißt werden. Wenn die Schwingungen und der Druck weiter angewandt werden, werden die Kunstharz-Chips 1 und 3 geschmolzen, und diese beiden Chips 1 und 3 werden zusammengeschweißt. Als Ergebnis davon werden die Verbindungsabschnitte dicht versiegelt, wie in 4B gezeigt.

Auf diese Weise werden die geflochtenen Kabel 13 und die Elementarkabel 21 mittels der Metallschicht 19 zusammengeschweißt. Daher wird die Menge des intermetallischen Verbindungsabschnitts zwischen den geflochtenen Kabeln 13 und der Kernader 15 groß, mit dem Ergebnis, dass die Zuverlässigkeit der elektrisch leitfähigen Verbindung stark verbessert wird.

Die niedrigschmelzende Metallschicht 19 wird durch die Ultraschall-Schwingungen ein wenig dazu gebracht, wegzuspritzen. Da die Metallschicht 19 jedoch aus einer Schicht besteht, die eine signifikante Schichtdicke hat, ist die Menge an umhüllendem Metall groß. Da das Material des umhüllenden Abschnitts 9 des Erdungskabels W2 eine exzellente Lösbarkeit aufweist, beginnt die niedrigschmelzende Metallschicht 19 sich außerdem nicht aufzulösen, bis der umhüllende Abschnitt 9 geschmolzen und entfernt ist. Aus diesem Grund besteht der Vorzug, dass es unwahrscheinlich ist, dass die niedrigschmelzende Metallschicht 19 aus den Verbindungsabschnitten herauskommt. Die geflochtenen Kabel 13 sind nämlich zuverlässig mit den Elementarkabeln 21 verschweißt.

Da die niedrigschmelzende Metallschicht 19 in das Erdungskabel W2 integriert ist, besteht außerdem nicht die Notwendigkeit, Lötzinn, etc. als separates Teilstück zu verwenden. Als Ergebnis ist es möglich, ein Anwachsen der Kosten für die Teilekontrolle, etc. zu vermeiden. Gleichzeitig ist auch der Gebrauch der Metallschicht 19 einfach.

Die 2A und 2B zeigen ein angewandtes Beispiel der vorliegenden Erfindung. In diesem Beispiel werden beide Elemente, die elektrisch leitfähig verbunden werden sollen, von umhüllten Kabeln W5 und W6 gebildet. Die umhüllten Kabel W5 und W6 haben Kernadern 23 und 25, die die Leiterkabel-Abschnitte bilden, und umhüllende Abschnitte 27 und 29, die die Außenflächen der Kernadern 23 und 25 umhüllen und die aus Kunstharz bestehen. Durch das Versehen der beiden umhüllten Kabel W5 und W6 mit niedrigschmelzenden Metallschichten 19, wie im Falle des Erdungskabels W2 in 1B, vergrößert sich der intermetallische Verbindungsabschnitt mit dem Ergebnis, dass die Zuverlässigkeit der elektrisch leitfähigen Verbindung stark verbessert wird.

Außerdem vergrößert sich der intermetallische Verbindungsabschnitt in dem angewandten Beispiel der 2A und 2B sogar dann, wenn die niedrigschmelzende Metallschicht an einem der beiden umhüllten Kabel W5 und W6 bereitgestellt wurde, mit dem Ergebnis, dass die Zuverlässigkeit der elektrisch leitfähigen Verbindung stark verbessert wird. Außerdem kann sogar dann ein signifikanter Effekt erreicht werden, wenn die niedrigschmelzende Metallschicht, die eine signifikante Schichtdicke hat, auf ein einzelnes Stück Elementarkabel aufgetragen wird.

Die 3A und 3B zeigen einen Fall, in dem eines der beiden Elemente, die verbunden werden sollen, ein umhülltes Kabel W7 und das andere eine Anschlussklemme 31 ist. Ein umhüllender Abschnitt 33 des umhüllten Kabels W7 und eine Kernader 35, die den Leiterkabel-Abschnitt bildet, sind ebenso ausgebildet wie beispielsweise im Fall des Erdungskabels W2 aus 1B. Und in der Kernader 35 ist eine niedrigschmelzende Metallschicht vorgesehen. Entsprechend vergrößert sich auch in diesem angewandten Beispiel der intermetallische Verbindungsabschnitt zwischen dem umhüllten Kabel W7 und der Anschlussklemme 31, mit dem Ergebnis, dass die Zuverlässigkeit der elektrisch leitfähigen Verbindung stark verbessert wird.

Claims

Verfahren zum elektrisch leitfähigen Verbinden eines ersten und eines zweiten Elements, umfassend: das Verklemmen von Verbindungsabschnitten eines ersten und eines zweiten leitfähigen Elements zwischen Kunstharz-Chips (1, 3), wobei zumindest eines der beiden Elemente ein umhülltes Kabel (W1; W5; W7) aufweist, das einen Leiterkabel-Abschnitt (14; 23) und einen umhüllenden Abschnitt (7; 27) aus Kunstharz hat, der eine Außenfläche des Leiterkabel-Abschnitts (14; 23) umhüllt, wobei zumindest ein Teil des Leiterkabel-Abschnitts (14; 23) des umhüllten Kabels zuvor von einer niedrigschmelzenden Metallschicht (19) umhüllt worden ist, und das Entfernen der umhüllenden Abschnitte (7, 9; 27, 29), die zu den Verbindungsabschnitten gehören, durch Erwärmung und Druckbeaufschlagung und das Zusammenschweißen der beiden Kunstharz-Chips (1, 3), und dabei das dichte Versiegeln der Verbindungsabschnitte, wobei das erste und das zweite Element durch das Schweißen der niedrigschmelzenden Metallschichten (19) elektrisch leitfähig miteinander verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei sowohl das erste als auch das zweite Element ein umhülltes Kabel (W2; W6) aufweist, das einen Leiterkabel-Abschnitt (15; 25) und einen umhüllenden Abschnitt (9; 29) aus Kunstharz hat, der eine Außenfläche des Leiterkabel-Abschnitts (15; 25) umhüllt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das andere der beiden Elemente eine Anschlussklemme (31) aufweist.
Umhülltes Kabel (W1, W2; W5, W6; W7), umfassend: einen Leiterkabel-Abschnitt (14, 15; 23, 25), einen umhüllenden Abschnitt (7, 9; 27, 29), der den Leiterkabel-Abschnitt (14, 15; 23, 25) umhüllt, und eine niedrigschmelzende Metallschicht (19), die zumindest einen Teil des Leiterkabel-Abschnitts (14, 15; 23, 25) umhüllt, wobei Verbindungsabschnitte des umhüllten Kabels (W1, W2; W5, W6; W7) und eines anderen leitfähigen Elements zwischen Kunstharz-Chips (1, 3) verklemmt werden; die umhüllenden Abschnitte (7, 9; 27, 29), die zu den Verbindungsabschnitten gehören, durch Erwärmung und Druckbeaufschlagung entfernt werden; und beide Kunstharz-Chips (1, 3) miteinander verschweißt werden, wobei die Verbindungsabschnitte dicht versiegelt werden.
Umhülltes Kabel (W1, W2; W5, W6; W7) nach Anspruch 4, wobei der Leiterkabel-Abschnitt (14, 15; 23, 25) eine Anzahl von Sätzen von Elementarkabel-Ansammlungen (20) aufweist; und wobei jede Elementarkabel-Ansammlung (20) eine Anzahl von Elementarkabeln (21) und eine niedrigschmelzende Metallschicht (19) hat, welche die Elementarkabel (21) von außen umhüllt und diese Elementarkabel (21) miteinander verbindet.
Umhülltes Kabel (W1, W2; W5, W6; W7) nach Anspruch 4, wobei der Anteil der niedrigschmelzenden Metallschichten (19) an einer gesamten Querschnittsfläche der niedrigschmelzenden Metallschichten (19) und der Leiterkabel-Abschnitte (14, 15; 23, 25) zwischen 12% und 18% (beide eingeschlossen) liegt.
Umhülltes Kabel (W1, W2; W5, W6; W7) nach Anspruch 4, wobei die niedrigschmelzende Metallschicht (19) aus Metall besteht, das aufgrund der erzeugten Hitze schmilzt, die zumindest durch das Ultraschall-Schweißen von Kunstharz entsteht.