专利名称：用于机动车辆的带状电气导线的制作方法
技术领域：
本发明整体上涉及一种用于机动车辆的扁平带状电气导线，所述导线由铝制成且具有压型截面。本发明整体上还涉及用于制造这种机动车辆用扁平带状电气导线的方法以及扁平铝带在扁平带状导线中的使用。
背景技术：
目前使用铜或者铝化合物(e-aluminium)，例如AlMgSi 0.5，来制造扁平带状电气导线是很普遍的。在Aluminium Verlag出版的Aluminium Taschenbuch第15版第3期的第632页中介绍了这些材料的使用。
在机动车辆的生产过程中，例如在汽车和卡车制造、船舶和火车制造的过程中，由于铜具有高电导率，因此通常都使用铜来制作车内的电气连线。但是，因为原材料的价格很高，铜电缆价格昂贵的缺陷也越来越明显。同时，特别在导线的横截面积大并且长度很长时，由于铜的高重量使得使用铜也很不利。
在汽车设计和卡车设计过程中，除了其他手段外，试图通过降低车辆自身重量来节省燃油的方法源远流长。然而，如果使用了铜电缆，那么唯一的减轻重量的办法就是减小电缆的横截面积，但是这将导致电缆的电流负载能力出现问题。
人们已经知道可以将扁平带状电缆用于机动车辆内的电池电缆。例如，在DE4210202A1中就介绍了这种将扁平带状电缆用于电池电缆的方法。该扁平带状电缆通过挤压由绞合电缆构成的电池电缆成形。所述的扁平带状电缆为铜电缆，因此就存在上文中所述的种种缺陷。
在JP P2001-291433A中也介绍了一种用于机动车辆的扁平带状电缆。该扁平带状电缆可以通过很多并排在一起的条带成形。这些条带可以由铜或者铝化合物制成。外表面压有包含铝带和绝缘材料(例如聚对苯二甲酸乙二醇酯)的铝/聚乙烯薄层。同时还设置有将扁平带状导线固定在机动车辆上的连接部件。
在已经公开的扁平带状电缆中，使用的铝仅仅是指铝化合物。导线是利用挤压过的铝导线制成的。但是，在挤压过程中会在扁平带上产生扭曲变形，这就意味着要对后续的生产过程实施自动化必须付出大量的努力。同时，由于使用的铝不够软，因此常用的横截面积大于80mm2的铝电缆无法卷成线卷。
根据总结出的上述种种缺陷，就需要提供一种容易加工的用于机动车辆的电气电缆。
发明内容
本发明通过使用从至少一个线卷展开的经软退火处理的铝带来制作扁平带状电气导线，以解决该技术问题。根据本发明，既可以使用铝带也可以使用铝片。在铝的生产过程中，铝通常在经过辗压或者挤压成形(extrude)后被卷成线卷(绕卷轴)。根据本发明可知，如果事先对铝带进行软退火处理，卷成线卷的铝带即可很容易地加工成扁平带状导线。铝带一旦经过软退火处理，就很容易从线卷展开并可很容易地或低成本地对其进行进一步的处理。由于经软退火处理的铝带能够很容易地卷成线卷或者从线卷中展开，所以扁平带状导线可生产为以米为长度单位进行销售的材料。
对铝片进行辗压后，其宽度优选为50cm至几米之间。这样的宽铝片被卷成线卷并以线卷的形式进行运输。用于机动车辆内的扁平带状导线所需的条带宽度，优选在10mm到40mm之间。因此，本发明提出将铝片从线卷展开并且切分成单条导线以形成扁平带状导线。
所以，在本实施例中，宽铝片成功地从线卷中展开并在随后的处理步骤中进行切分。切分后，单条窄导线可以重新被卷成线卷。切分可以通过切、锯、焊、激光切割、水射流切割或者其他切割成形方法或切割成形过程来实施。在本发明中使用刀具、激光或者水射流方式进行切分是特别有利的。
同样优选的，可以通过对软退火处理后的半成品铝，例如电缆、绞合电缆或者其侧面，进行棒料挤压来生产扁平带状导线。在这种情况下对扁平条的切分步骤可以省略。
由于使用了这种铝带，因此扁平带状导线可以被加工成需要的外形。优选的外形是矩形、正方形或者U形。
本发明还发现，为了作为扁平带状导线，部分使用纯度为99.5％的铝，或者纯度更高些，例如99.7％的铝，或者其合金材料是很有利的。
在一个有利的实施例中，本发明提出扁平带状导线处在0制造(as-produced)状态。这是指经软退火处理后的半成品铝所处的制造状态。在此状态下，扁平带状导线在空间内可以随意沿任何方向移动。因此由这种状态成形的扁平带状导线很容易弯曲，由此可以生产所需的几乎任何形状的电缆线束。0状态还可以带给材料良好的电导率。关于半成品的机械特性，DIN EN 485-2中对0状态进行了描述。
铝带的软退火处理会对其电气特性产生有利的影响。在有利的实施例中，本发明提出在扁平带状导线中使用的铝的电导率在30～37m/(ohm*mm2)之间。铝带卷成线卷和铝带的展开，以及切分或者挤压后的扁平带状导线重新卷成线卷和随后从线卷展开以送入挤压机都优选通过扁平带状导线能够允许至少30％的拉伸而变得更加容易。这种拉伸度，优选应大于35％，在一方面使得卷入和展开变得容易，另一方面也可以使得电缆线束可以在空间内所需的各个方向上成形。
另外，在另一个有利的实施例中，本发明提出扁平带状导线具有大约60～80N/mm2+/-50％的拉伸强度。这样的拉伸强度一方面可以允许自动化加工，特别是使用绝缘体进行挤压处理，另一方面也可以使得电缆线束可以更容易弯曲，以形成在空间内的各个方向上具有弯曲的电缆线束。
在另一个有利的实施例中，扁平带状导线可以在其表面设有连接引脚以形成电气连接点。连接引脚可以沿着扁平带状导线设置在任何需要的位置。连接引脚使得沿扁平带状导线容易引出电势，用于供应到机动车辆内的电气负载或者测量点。可以优选一个中心端子作为起动端子。起动端子可以设置在机动车辆内的任何位置。
在一个有利的实施例中，至少部分使用黄铜或者其合金制成的连接引脚可以特别容易地进行连接。同样的，铜、铝、钢或者其他导电材料都可以用来制作连接引脚。本发明还提出使用摩擦焊接的方法将连接引脚连接至扁平带状导线。优选使用扭转摩擦焊接或者多轨摩擦焊接(multi-orbital friction welding)的方式。摩擦焊接产生摩擦热量和压力，因此破坏了扁平带状导线上的氧化铝层，从而降低了连接引脚和扁平带状导线之间的电接触的接触阻抗。在摩擦焊接中，达到的渗透深度小于3mm，优选为1mm。由于扁平带状导线的材质非常软，因此在摩擦焊接过程中施加的压力大小必须适当，以确保连接引脚不会直接穿透扁平带状导线。连接引脚优选的具有多边形部分，优选为正方形部分，这样一方面可以作为摩擦焊接时的保持点，另一方面，可以在后续的包塑工序中，为包塑工序提供一个可靠的固定点。
本发明还提出在扁平带状导线的端部之间设置至少一个连接引脚。这样设置连接引脚可以沿着扁平带状导线设置在任何需要的位置处，用于容易地使电势可以被引出以供应到电气负载或者所连接的测量点。连接引脚可以设置在扁平带状导线的所需的任意表面。优选将连接引脚设置在扁平带状导线的宽侧面。这也使得连接引脚可以用作起动端子。
在一个有利的实施例中提出扁平带状导线的横截面积至少达到16mm2。在此情况下特别有利的是高宽比为1～5，例如高度为4mm而宽度为20mm。
已知的扁平带状铝导线都是通过挤压成形的方式生产并具有大约25％的拉伸能力。一方面，由于挤压会在材料上产生扭曲，因此挤压成形后的扁平带状导线不适合进行进一步的自动化处理，另一方面也不容易卷成线卷。
DIN 43670中公开的扁平带状铝导线具有铝芯和铜外壳的结构，因此就会具有铜电缆的种种缺陷。为了得到铜外壳，扁平带状铝导线还不得不进行进一步的电化学处理过程。
通过对比，本发明提出了一种将经过软退火处理的半成品铝从线卷展开并利用展开的半成品铝形成扁平带状导线的方法。半成品铝可以是铝片或者铝带。通过铝厂提供宽度在50cm至几米范围的原材料。宽铝片已经经过软退火处理并以卷成线卷的方式提供。为了生产适用于机动车辆中使用的扁平带状导线，铝片被展开并切分成适当宽度的扁平带状导线。对于切分过程，优选的使用刀具、激光或者水射流方式进行。也可以使用锯或者焊接或者其他的切割成形方式或者切割成形步骤来进行切分过程。半成品铝也可以是铝电缆或者绞合电缆。后者经挤压成形后即可形成扁平带状导线。
在一个有利的实施例中，铝片一旦被切分成单条的扁平带状导线，切分后的扁平带状导线即被卷为线卷。软退火处理过的铝很容易成卷并且对扁平带状导线随后的可加工性只有很小的负面影响。
关于绝缘处理，本发明在一个有利的实施例中提出将卷成线卷的扁平带状导线展开并涂敷绝缘材料。这可以通过挤压、上光或者涂漆、层合、包塑或者其他绝缘处理方式进行。
关于挤压，本发明还提出首先将扁平带状导线通过履带装置通过滚筒送入挤压机。
为了完成经绝缘处理的扁平带状导线，本发明在一个有利的实施例中提出，在经过绝缘处理后，所述的扁平带状导线被切分成适当长度。所述的扁平带状导线在经过绝缘处理后也可以重新卷成线卷。这样可以使得绝缘处理后的导线更容易运输。在另一个实施例中，在切分成适当长度后，可通过在空间内任意方向随意弯曲扁平带状导线即可形成电缆线束。由于经过软退火处理得到的低硬度和高可拉伸能力，因此导线的弯曲是特别容易的。使用根据本发明得到的扁平带状导线可以生产几乎任意所需形状的电缆线束。
为了沿着扁平带状导线得到用于电力负载或者测量装置的分接点，本发明提出在被切分成适当长度后通过用材料连接的方式进行连接而将连接引脚连接到扁平带状导线。为了达到该目的，本发明提出采用适当的方式，例如切割或者激光等，来切开绝缘层，并将连接引脚连接在已去除绝缘层的连接点处。连接技术可优选焊接，特别是旋转摩擦焊接、多轨焊接、扭转超声焊接或者激光焊接。
本发明还涉及到卷成线卷的经软退火处理的扁平铝带作为机动车辆内的扁平带状导线的应用。本发明特别提出的是利用上述加工过程生产出的扁平带状导线或者是具有上述属性和特征的扁平带状导线的应用。
下面将参照附图示出的实施例来更详细地描述本发明。在附图中 图1A到图1C是本发明所述扁平带状导线的截面图。
图2示出了使用铝带生产扁平带状导线的方法的第一步。
图3示出了生产过程的第二步即扁平带状导线的挤压步骤。
图4示出了一个连接引脚。
图5示出了已焊接到扁平带状导线上的连接引脚。
图6示出了已焊接到一末端的某一侧面位置上的连接引脚。
具体实施例方式 图1A示出了扁平带状电气导线1的截面图，所述导线1包含铝导线2和绝缘层4。铝导线2由经过软退火处理的铝带制成。铝优选处于0状态。这种属性带给铝高电导率，以及车辆相撞时可以吸收震动的良好特性和在制作电缆线束时扁平带状导线的易弯曲性。此时优选的电导率为34～36m/ohm*mm2。铝被加工时还具有60～80N/mm2的拉伸强度，特别优选的参考值为75N/mm2。其拉伸能力优选应超过30％，特别优选的参考值为超过35％，由此带来良好的可加工性。铝芯2的横截面积优选为80mm2。高度H优选为4mm，宽度B优选为20mm。高宽比优选为1∶5。
绝缘材料4优选为聚乙烯或者其他常见的绝缘材料例如PVC、PUR、胶膜或者绝缘漆等。所述的绝缘材料4可以通过挤压，优选管路挤压的方式，加工到铝导线2上。也可以采用其他的绝缘处理方式。根据本发明，铝导线2内不会有扭曲，结果是可以带来良好的可加工性。同样，由于对铝导线2进行了软退火处理，其可拉伸能力也可以在25％以上。
图1B示出了具有两条铝导线2的扁平带状导线1的截面图。铝导线2的外形分别是U形和矩形。
图1C示出了另一种扁平带状导线1的截面图。两条矩形的铝导线2层叠在第一铝导线2的U形轮廓内。
图2示出了根据本发明生产扁平带状导线的第一步。如图所示，铝片8被卷成线卷6。铝片8的厚度优选为2～10mm，特别优选的参考值是4mm。铝片8经过软退火处理后方用于生产，这样处理后可以具有前面提到的性质。从线卷6中展开得到的铝片8的宽度优选为2m。铝片8被送入切分装置10。在切分装置10中将铝片8切分成铝导线2。此处可以使用刀具完成所述切分。也可以使用激光或者水射流切割或者锯切割的方式来切分铝片8。也可以使用所有其他的非切削或者切削的切分方式。铝导线2被各自重新卷成各自的新线卷12。由于具有很高的可伸展性因此这样的重新卷入操作很容易进行。从新线卷12上再重新展开也同样没有任何问题。各个新线卷12都很容易运输，并且在生产过程中也可以很容易地进行处理。
图3示出了如何将单根铝导线2挤压加工成紧凑的扁平带状导线1。当将扁平带状导线1层叠布置时，如图1B和图1C所示，每条铝导线2可以先进行绝缘处理然后再彼此连接在一起以形成一条扁平带状导线2。此时，铝导线2从新线卷12展开并通过至少一个履带装置14送入挤压机16。也可以在一个步骤内将多条铝导线送入挤压机并连接，以形成绝缘扁平带状导线2。
挤压后，扁平带状导线1被重新卷成线卷18。通过履带装置14，通过卷线在铝导线2上造成的弯曲被拉直，因此使得向挤压机16内平稳地送入成为可能。在挤压机16内，铝导线2通过适当的引导方式被送入挤压头。
之所以需要适当的引导装置是因为材料很软。在挤压机16内，绝缘材料可以被挤压到铝导线2上。挤压操作后，扁平带状导线1要么被卷成另一个线卷18要么就直接进行最后加工。可以通过切割为定长、弯曲、装入连接器或者其他的处理步骤来进行最后加工。
扁平带状导线1可以从线卷18重新展开并且进行最后加工。在此过程中，可以首先将其切割为所需的长度然后按照适合的弯曲程度卷为电缆线束。由于铝的质地很软，因此弯曲仅需相对小的力量即可。
图4示出了一个在扁平带状导线上用作端子的连接引脚20。引脚20优选由黄铜、钢、铜或者其他导电材料制成。在其末端，连接引脚20具有多边形结构，优选的是四边形结构，即结构24。结构24可以用作工具的支撑点，特别是可以用作握持摩擦焊接工具的点。
图5示出了已安装到扁平带状导线1上的连接引脚。此时连接引脚20已经通过焊接或者软焊或者铜焊的方式焊接到扁平带状导线1上。连接引脚20与扁平带状导线1连接在一起时其穿入扁平带状导线1的深度优选最大为1mm。在焊接、软焊或者铜焊过程后，多边形结构24可以用作后续包塑或者嵌装过程的保持部件。连接引脚20可以设置在扁平带状导线1的任意位置而并不仅仅只能设置在扁平带状导线1的末端。中央脱离点，特别是在起动端子中地端子，也可以被如此设置。
当使用薄片或者薄条时，焊接连接引脚到末端表面可能会出现问题。首先，本发明提出末端的表面通过冲压重新成形使得末端表面用于连接的面积得以扩大。例如，可以通过撞锤的帮助来对末端表面进行这样的扁平化处理。末端表面因此可以与成形模具的圆形或多边形形状相匹配。末端表面还可能被封装在一个封套内以获得一个更大的可与连接引脚接触的区域。
还可能以图6所示的方式将连接引脚连接到末端表面区域。为了达到该目的，扁平带状导线1在末端表面区域被弯曲。在此任何的弯曲角度都有可能。在本实施例中，弯曲的形式是，在末端表面区域，扁平带状导线1的宽侧面与到达该区域前的扁平带状导线1的路径基本垂直。
连接引脚20的环形部22可以以焊接、软焊或者铜焊的方式连接到宽侧面。
权利要求
1.一种用于机动车辆的扁平带状电气导线，所述导线由铝制成且具有压型截面，其特征在于
所述扁平带状导线由从至少一个线卷展开的经过软退火处理的铝带形成。
2.如权利要求1所述的扁平带状电气导线，其特征在于
所述扁平带状导线利用从线卷展开并切分成单条导线的铝带进行生产。
3.如权利要求1所述的扁平带状电气导线，其特征在于
所述扁平带状导线是由铝带经过挤压成形而形成的。
4.如权利要求1至3中任一项所述的扁平带状电气导线，其特征在于
所述扁平带状电气导线至少部分由99.5％的铝或者铝合金形成。
5.如权利要求1至4中任一项所述的扁平带状电气导线，其特征在于
所述扁平带状电气导线在其机械特性方面处于0制造状态。
6.如权利要求1至5中任一项所述的扁平带状电气导线，其特征在于
所述扁平带状电气导线允许至少30％的拉伸。
7.如权利要求1至6中任一项所述的扁平带状电气导线，其特征在于
所述扁平带状电气导线的拉伸强度大约为60～80N/mm2+/-50％。
8.如权利要求1至7中任一项所述的扁平带状电气导线，其特征在于
所述扁平带状电气导线的电导率大约为30～37m/(ohm*mm2)。
9.如权利要求1至8中任一项所述的扁平带状电气导线，其特征在于
在所述扁平带状电气导线的表面连接有至少一个连接引脚用作电连接点。
10.如权利要求9所述的扁平带状电气导线，其特征在于
所述连接引脚至少部分地由黄铜、铜或者其合金构成。
11.如权利要求9或10所述的扁平带状电气导线，其特征在于
所述连接引脚通过材料连接的方式连接到所述扁平带状导线。
12.如权利要求9至11中任一项所述的扁平带状电气导线，其特征在于
在所述扁平带状导线的端部之间设置有至少一个连接引脚。
13.一种生产机动车辆用扁平带状电气导线的方法，包括步骤
从线卷展开至少一根经过软退火处理的半成品铝，并且
利用展开的所述半成品铝形成扁平带状导线。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于
通过切分所述半成品铝来形成所述扁平带状导线，并且在切分后将所述扁平带状导线卷成线卷。
15.如权利要求13所述的方法，其特征在于
通过挤压所述半成品铝来形成所述扁平带状导线，并且在挤压成形后将所述扁平带状导线卷成线卷。
16.如权利要求14或15所述的方法，其特征在于
将所述扁平带状导线从所述线卷中展开并且用绝缘材料涂敷。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于
在进行绝缘处理之前或者之后，将所述扁平带状导线切分成一定长度。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于
在切成一定长度之后，将所述扁平带状导线弯曲以形成用于机动车辆的电缆线束。
19.如权利要求17或18所述的方法，其特征在于
在切成一定长度之后，通过材料连接的方式将连接引脚连接到所述扁平带状导线上。
20.一种方法，特别是使用如权利要求13至19任意一项所述的方法，将卷成线卷的经软退火处理的扁平铝带用作机动车辆中特别是根据权利要求1至12任意一项所述的扁平带状导线。
全文摘要
本发明涉及一种用于机动车辆的扁平带状电气导线，所述导线由铝制成并且具有压型截面。本发明的目的是为了提供一种可以容易地加工的带状电气导线。为了该目的，本发明提出所述扁平带状导线由从至少一个线卷展开的经过软退火处理的铝片制成。
文档编号H01B7/08GK101128888SQ200680003902
公开日2008年2月20日 申请日期2006年1月12日 优先权日2005年2月3日
发明者R·施特拉克, H-G·戈特施利希 申请人:自动电缆管理有限责任公司