压接触头的制作方法

本发明在第一方面涉及根据独立的主权利要求1的前序部分所述的重型插拔连接器。

本发明在第二方面涉及根据独立的并列权利要求9的前序部分所述的用于制造压接触头的方法。

本发明在第三方面涉及根据独立的并列权利要求14的前序部分所述的压接触头使用方法。

这种插拔连接器和触头用于在电导体之间传递电流强度例如为500至650A的电流。

背景技术：

在现有技术中已知使用铜导线和铝导线来尤其在高电流范围中传递电能。例如当时在DDR(德意志民主共和国)为此优先使用铝作为可用的原材料。这大多以相对硬的单导体出现，如今在九个州也见到这种供能导线。而过去在老的州中优先使用由铜制成的绞合线导体。

由于目前价格和可用铜资源的限量以及还由于明显较低的比重(Al：2.73Kg/dm³；CU：8.9Kg/dm³)，如今在许多领域中越来越多地使用铝作为高电流传输导线的材料。对此优选使用柔性的、即，不怎么硬的绞合线导体。对此，电流传输不仅可发生在地面上、例如在风力发动机中以及在铁路领域中而且可发生在地下的能量分布中、例如以接地导线形式(作为较大的电流分布网的组成部分)。铝的稍微较小的比电导率和由此得到的相应较大的所需的线缆横截面为了前面所述的优点而被接受。

在文献WO2013174581A1中提及在风力发动机中越来越多地使用铝线缆。此外描述了使用电连接器来电连接不同的线缆。提及使用压接和螺接连接部。为了避免由于在铝绞合线到连接件的过渡部上的氧化而产生的不利，提出，将线缆焊接在连接件的连接面上，例如通过摩擦焊接。

此外提及，在铝线缆和连接件之间的连接可通过摩擦焊接、旋转摩擦焊接、超声波焊接或电阻焊接产生。连接件可由铜构成。对此替代地，公开了连接件同样由铝构成，以避免在铝线缆和接触件之间的过渡部上的过渡电阻或接触腐蚀。此外，建议给连接件的表面镀锡或镀锡和镀镍。

由文献DE102013105669A1同样已知通过电阻焊接连接电连接器与绞合线导体。

文献EP1032077A2在文章中建议通过摩擦焊接连接由铝构成的绞合线导体与由铜构成的接触件。

文献EP2621022A1描述了一种用于连接引导电流的元件与铝线缆的线缆接线柱，其中相关的管的第一区段在内侧上具有铝层并且在外侧上具有铜层。

EP2662934A2提出由铝或由铝合金构成的连接罩的应用。该连接罩与铝导体挤压并且焊接到由铜或铜合金构成的接触件上。

但是原则上在绞合线导体直接或间接地焊接在触点上的结构形式中批量生产是非常繁杂的并且不能在当地没有相应的设备的情况下进行，因此在该结构形式情况下不能实现现场批量生产。

DE112011103392T5公开了一种压接接头，其由两种不同金属材料、例如铜和铝构成。这两种材料的连接区域被塑料成型件覆盖以避免腐蚀。

文献EP2579390A1同样描述了一种铝铜端子，其具有由铝构成的接触件和由铜构成的连接件，它们彼此焊接，其中连接区域通过安装初级密封件、例如通过用特殊的热塑材料注塑包封而受到保护以防电子腐蚀，其中绞合线焊接在接触件上。

因此在后两个文献中提出，用密封件、例如通过用特殊的热塑材料注塑包封来密封相关的过渡区域。但是该过程一方面繁杂，并且另一方面这种密封件通常具有很有限的使用寿命。如此形成的连接器不适合作为插拔连接器的接触元件。

前述文献还涉及用于使供电线缆持久地连接到汇流排或其他线缆上以进行固定安装的连接器。即该安装仅装配一次并且原则上不用于多次更换。

与此相对，在现有技术中例如由文献EP892462B1还已知重型插拔电连接器，其具有压接触头并且其线缆接头技术由此明显更简单。

但是对此存在如下问题，铝导体的绞合线彼此之间由于其氧化而具有差的所谓的“横向传导性“(即，在各个绞合线之间的传导性垂直于线缆的走向)，这同样在所有所述的布置方案中增大了到连接触头的过渡电阻。

此外还存在以下问题，铝容易氧化并且还不容易与其他金属、如铜或黄铜连接。尤其这由于其大的用于铝绞合线导体的表面而引起。在铝和例如铜之间的过渡区域中尤其在长期以高的电流强度通电的情况下并且在同时受到氧气影响的情况下出现所谓的“电子腐蚀”并进而产生具有比参与金属中的每一个明显更高的比电阻的层。由于该高电阻，在运行中由于高的电流强度可发生明显加热，由于加热额外地以相互作用的形式提高了该过渡电阻。此外该热趋势可带来其他损害，例如在塑料绝缘性方面。

例如在铁路领域，但是也在许多其他领域中有需要经常改变高电流布线的应用。因此在现有技术中需要可灵活调节的高电流连接器，其优选可现场批量生产或至少能够以尽可能低成本地批量生产。

技术实现要素：

因此本发明的目的是提供一种电连接器，其一方面使得铝绞合线导体(Litzenleiter)的连接相对不复杂，另一方面实现尽可能灵活的调节，并且也还在长时间作用高电流强度的情况下具有持久地良好电导率。

该目的在第一方面借助前面提及类型的重型插拔连接器通过独立的主权利要求1的特征部分的特征实现。

在第二方面，该目的借助前面提及类型的制造方法通过独立的并列权利要求9的特征部分的特征实现。

在第三方面，该目的借助前面提及类型的应用方法通过独立的并列权利要求14的特征部分的特征实现。

本发明的有利设计在从属权利要求中给出。

根据第一方面，本发明涉及具有至少一个压接触头的重型插拔连接器，压接触头具有由铝或铝合金构成的压接区域和邻接在其上的由铜或铜合金构成的接触区域，接触区域可实施成销形式或插座(插口)形式。因此，铝绞合线导体借助压接区域被压接，而由此没有出现所谓的“电子腐蚀”。

根据本发明，从铜材料到铝材料的过渡对此敷设在压接触头中。这能够通过使压接区域与接触区域焊接来实现。尤其在制造压接触头时通过摩擦焊接过程制造该连接。

此时，压接触头可为高电流用的接触销或高电流用的接触插座。将至少一个这种接触销和/或这种接触插座引入绝缘体中并且与其一起形成重型插拔连接器的组成部分。

特别有利的是，压接触头构造成至少部分呈旋转对称的或者具有至少一个或多个区域，其具有圆柱形的或者至少旋转对称的外轮廓，因为由此压接触头能形状锁合(配合)连接地布置在绝缘体的贯通孔中或者相应的同样旋转对称的通孔中。

此外有利的是，根据本发明的第二方面在制造时铝由于其易变形性而用作压接触头的压接区域的材料。这对于铝导体的压接、尤其铝绞合线导体的压接特别有利，因为对此在相关区域尽管不可避免与氧气接触但是没有产生电子腐蚀以及尤其也没有产生金属间相。

为了容纳铝绞合线导体，压接区域具有带有线缆引入口的空腔。

此外，在压接触头中紧接着空腔钻出附加的贯通孔并且在通孔中可切割出内螺纹。

根据本发明的第三方面，通过内螺纹使得具有与此匹配的外螺纹以及连接在其上的顶端的销钉以其顶端提前旋入空腔中，优选沿线缆引入口的方向、即，反向于绞合线导体的引入方向旋入。

由此先前引入的铝绞合线导体的绞合线从内部压到压接区域上。有利地，压接触头在其压接区域之内具有附加的内螺纹。然后将绞合线导体从内部压到附加的内螺纹上，附加的内螺纹通过提高的摩擦力保持绞合线。此外，切断铝绞合线的氧化层。由此并且通过相对彼此的压力使得绞合线导体的横向传导性增加。因此，在绞合线导体和压接触头之间的过渡电阻减小。在压接之后，通过使用销钉而持久地改善传导性，尤其在销钉优选由铝构成或者由其他的导电材料、例如铜合金构成并且由此压接触头相对于绞合线导体的接触面增大时。

在制造时有利的是，圆柱形的空腔的内半径大于切入的附加的内螺纹的理论内半径，从而伸入空腔的附加的内螺纹变平坦。这特别有利，因为由此一方面保持了附加内螺纹的两个期望效果，即，

1)断开铝绞合线的氧化层，以及

2)绞合线导体反向于其引入方向以特别好的摩擦效果保持在空腔中，但是另一方面

3)没有损害绞合线。第三点还特别有利的是，变平缓的螺纹的实际高度小于绞合线的直径，从而螺纹不能分开绞合线。

由于其稳定性和其良好的导电性有利的是使用铜作为接触区域的材料。在一个有利的设计中，接触区域附加地至少部分地被涂层，例如被镀银或镀金，并且持久地抗腐蚀保护。此外由此也有利地实现了与其他的铜触头以及还与相应的铜导线的持久的低电阻的插拔连接，因为根据本发明将在铜和铝之间的有问题的过渡敷设在压接触头的内部中。

特别有利的是，由铝构成的压接区域与由铜构成的接触区域通过摩擦焊接过程连接，因为以这种方式防止产生电子腐蚀。最后接触面由此处于触头的内部并且以这种方式没有与氧气接触。由此也持久地、即长时间地确保良好的传导性。

此外，焊接、尤其摩擦焊接实现了特别稳固的连接，从而压接触头也是机械稳定的。

根据本发明的第二方面提出在制造时使用圆柱形的铜坯件和铝坯件，其在轴向方向上特别是通过摩擦焊接彼此焊接。因此，对于摩擦焊接过程首先可建议进行旋转焊接是有利的。但是有利的是，也可通过振动焊接连接压接区域与接触区域。在实践中已经证实旋转焊接和振动焊接的结合是特别有利的，因为在纯的旋转焊接时出现下列缺点，即，接触面的内部区域比外部区域经受更小的摩擦，从而元件至少在接触区域中必须具有中央的所谓的“盲孔”。而在稍微更复杂的振动焊接中整个区域受到相同的摩擦能，从而也可焊接接触面的内部区域。在结合中可有利地补充两种方法的优点。

通过车削和钻孔可构造用于销式触头或插座触头的接触区域并且在压接区域中可钻出具有线缆引入口的空腔。优选地，在空腔中可切割出附加的内螺纹，其用于提高作用到绞合线导体上的摩擦力。

附图说明

本发明的实施例在附图中示出并且在下面详细阐述。其中：

图1a、1b示出了构造为销式触头的压接触头的横截面和立体图；

图2a、2b示出了构造为插座触头的压接触头的横截面和立体图；

图3a、3b示出了具有内螺纹的销式触头的横截面和立体图；

图3c示出了内螺纹的放大图；

图4a、4b示出了具有内螺纹的插座触头的横截面和立体图；

图4c示出了内螺纹的放大图；

图5a、5b示出了具有附加的内螺纹的销式触头和插座触头的3D横截面；

图6a、6b示出了具有附加的内螺纹和销钉的销式触头和插座触头的3D横截面；

图7示出了重型插拔连接器的分解图。

附图包含部分简化的示意图。部分地，对于相同的、但是有时可能不一致的元件使用相同的附图标记。相同元件的不同视图可能具有不同比例尺。

具体实施方式

图1a示出了实施为销式触头1的第一压接触头的横截面并且图1b示出了其立体图。销式触头1具有第一压接区域11和第一接触区域12，它们在第一过渡区域10处彼此接触，例如它们尤其通过摩擦焊接过程彼此焊接上。对此，在制造例如两个圆柱形的坯件(其中一个由铜构成并且另一个由铝构成)时可在轴向方向上彼此接合并且例如通过旋转焊接和/或振动焊接彼此焊接上。通过车削和钻孔可在接下来的工序中使由铜构成的第一接触区域12获得接触销121，从而该压接触头是销式触头1。

在由铝构成的第一压接区域11中，可钻出第一空腔111。第一压接区域11由此在其自由端上邻接空腔地具有第一线缆引入口110。

图2a示出了实施成插座触头2的第二压接触头的横截面并且图2b示出了其立体图。插座触头2具有第二压接区域21和第二接触区域22，它们在第二过渡区域20处彼此接触，例如它们尤其通过摩擦焊接过程彼此焊接上。对此，在制造例如两个圆柱形的坯件(其中一个由铜构成并且另一个由铝构成)时可在轴向方向上彼此接合，并且例如通过旋转焊接和/或振动焊接彼此焊接上。通过车削和钻孔可在接下来的工序中使由铜构成的第二接触区域22获得接触插座221，从而该压接触头是插座触头2。当然，插座221具有插座空腔2211，其同样优选通过钻孔产生。

在由铝构成的第二压接区域21中还钻入空腔211。第二压接区域21由此在其自由端部上邻接第二空腔211地具有第二线缆引入口210。

图3a和3b以比较的方式示出了修改的实施方式的销式触头1，在该实施方式中销式触头1附加地具有第一通孔101，第一通孔具有圆柱形形状，其中能够容纳在此未示出的销钉113(在图6a中示出)。此外，修改的销式触头1具有销用空腔1211，其通过圆柱形的第一通孔101与第一空腔11连接。在制造时第一通孔101优选通过钻孔产生，从而第一通孔101是贯通孔。此外，可在第一通孔101中切割出内螺纹103，从而具有与其匹配的外螺纹2132的销钉113能够旋入该通孔101中并且还可旋入第一空腔111中。

此外，在该修改的实施方式中第一压接区域11在其第一空腔111中具有附加的第一内螺纹112，其在制造销式触头1时可从内部切入第一压接区域11中。该附加的第一内螺纹112用于，即使在销钉113朝第一线缆引入口110的方向、即反向于绞合线导体的引入方向旋入第一空腔111中时，通过提高的摩擦力将引入第一空腔111中的绞合线导体保持在其中。

在图3c中放大地示出了附加的第一内螺纹112的有利的实施方式。明显地，附加的第一内螺纹112的理论内直径D_T小于第一空腔111的实际内直径D_R。内螺纹112的实际走向通过阴影线区域示出。而未画阴影线的区域给出此外的理论走向，具有理论螺纹深度T_T和理论螺纹内直径D_T的理论内螺纹具有该理论走向。但是实际的空腔内直径D_R大于理论的螺纹内直径D_T，理论的螺纹内直径用作待切入的内螺纹的尺寸。由此，内螺纹112具有实际螺纹深度T_R，其小于理论螺纹深度T_T并且螺纹112的实际走向比普通的明显更平缓。

换句话说，在制造时仅将理论内螺纹的外部切入第一压接区域11中并且由此形成的、实际存在的附加内螺纹112因此具有特别平缓的形状。

图4a和4b以比较的方式示出了插座触头2，其被修改以便能够容纳在此未示出的销钉213(在图6b中示出)。对此，插座用空腔2211通过圆柱形的第二通孔201与第二空腔211连接。在制造时第二通孔201优选通过钻孔产生，从而第二通孔201是贯通孔。还可在第二通孔201中切割出附加的第二内螺纹203，从而具有与其匹配的外螺纹2132的销钉213能够旋入该第二通孔201中并且还可旋入第二空腔211中。

此外，第二压接区域21在第二空腔211中具有附加的第二内螺纹212，其在制造时从内部切入插座触头2的压接区域21中。该附加的第二内螺纹212用于，即使在销钉213朝第二线缆引入口210的方向、即反向于绞合线导体的引入方向旋入第二空腔211中时，通过提高的摩擦力将引入第二空腔211中的绞合线导体保持在其中。

在图4c中放大地示出了附加的第二内螺纹212的有利的实施方式。内螺纹212的实际走向通过阴影线区域示出。而未画阴影线的区域给出另外的理论走向，具有理论螺纹深度T_T和理论螺纹内直径D_T的理论内螺纹具有该理论走向。因此空腔内直径D_R大于理论的螺纹内直径D_T，但是理论的螺纹内直径用作待切入的内螺纹的尺寸。由此，内螺纹212具有实际螺纹深度T_R，其小于理论螺纹深度T_T并且螺纹212的实际走向比普通的明显更平缓。

换句话说，在制造时仅将理论内螺纹的外部切入第二压接区域21中并且由此形成的、实际存在的、附加内螺纹212因此具有特别平缓的形状。

在图5a和5b中，在剖切的3D示意图中销式触头1和插座触头2以各自圆柱形的通孔101、201彼此相对设置。

图6a和6b示出了具有各自通孔101、201和对应的第一或第二销钉113、213的销式触头1和插座触头2。通孔101、201中的每一个具有与之对应的内螺纹103、203。各个销钉113、213分别具有与之匹配的外螺纹1132、2132，销钉借助外螺纹旋入各个通孔101、201。此外，销钉113、213可具有螺钉头1131、2131，销钉能够从销用或插座用空腔1211、2211中旋出。

图7示出了完整的重型插拔连接器的分解图。示例性地示出了销式触头1。这也涉及插座触头2。

此外示出了绝缘体3，其设置用于容纳销式触头1。绝缘体3本身可通过固定元件31固定在插拔连接器壳体4中。

附图标记列表

1 销式触头

10 第一过渡区域

101 第一通孔

103 内螺纹

11 第一压接区域

110 第一线缆引入口

111 第一空腔

112 附加的第一内螺纹

12 第一接触区域

121 接触销

1211 销用空腔

113 第一销钉(Dorn)

1131 第一销钉的螺钉头

1132 销钉的外螺纹

2 插座触头

20 第二过渡区域

201 第二通孔

203 内螺纹

21 第二压接区域

210 第二线缆引入口

211 第二空腔

212 附加的第二内螺纹

22 第二接触区域

221 接触插座

2211 插座空腔

213 第二销钉

2131 第二销钉的螺钉头

2132 第二销钉的外螺纹

3 绝缘体

31 固定元件

4 插拔连接器壳体

D_R 第一/第二空腔的实际内直径

D_T 附加内螺纹的理论内直径

T_R 另外的内螺纹的理论深度

T_T 附加的内螺纹的实际深度