具有断开保险功能的电气连接装置的制作方法

本发明涉及一种按照权利要求1前序部分所述的具有断开保险功能的电气连接装置、尤其是用于电容器或类似的电气或电子构造元件，其中，所述连接装置包括刚性的线形的第一连接元件和薄壁的、带状或条状的、板形或膜形的第二连接元件，以及在所述第一连接元件和第二连接元件之间在接触和连接部位上存在有材料锁合。

背景技术：

由de213092a1已知大的无功功率的电容器，该电容器具有切断元件。根据那里的任务提出一种切断保险，该切断保险的特征在于，在其中所产生的损耗热量保持为小并且在切断力较小的情况下同时能够可靠地从电网断开。

这通过如下方式实现，由导体材料制成的切断保险由板形的并且切割成直至符合电流强度需要的横截面的条构成，其中，部分条这样弯曲180°，使得所述部分条在拉力负荷时由于电容器中的过压而遭受分离，使得同时损坏的电容器与电压源分离。

例如由dd114165a1已知断开保险的基本原理，在所述断开保险中引入具有减小横截面的额定断裂部位，所述横截面通过挤压或去除导体的一部分横截面积获得。

在这种额定断裂部位中如下事实是不利的：由于横截面减小而产生电流收窄部位，该电流收窄部位导致电阻增加以及因此导致附加的电热损耗。

在根据dd264781a1的具有低自感的电容器中，条形或带形导体被用作在电容器卷绕装置与外部端子之间的连接元件，这些连接元件以上部接触层的高度安置在伸出的绝缘载体上的两侧并且因此作为带状导体可被引导至外部端子。成直角安放的设有螺纹的开关件用作带状导体上的端子。在根据dd264781a1的实施例中实现一种过压断开保险，其中，为此在带状导体中引入例如以缺口或冲压孔形式的额定断裂部位。在电容器杯中设有经顶锻的凹槽，该凹槽在过压时打开并且因此导致壳体伸长以及导致所涉及导体断开。

在根据ch472103的具有断开保险的电容器中，断裂线材在其从电容器壳体盖突出的端部上这样变形，使得突出的线材端部在壳体伸长时由盖一起带动。在一种实施形式中，所涉及的断裂线材的突出端部弯曲并且在另一种变型方案中被挤压。

此外，已知用于将铜和铜合金焊接的解决方案。在此，所谓的搅拌摩擦焊接是如下方法，在该方法中过程热量和所需的压力由工具通过旋转产生。所述工具包括旋转的销栓，在该销栓上在中央可以固定有销钉。所述销钉通常比要焊接的材料厚度短并且旋转地被压入到工件的对接面中。所述对接面相对置并且被固定在底板上，以便接收作用的力。与摩擦焊接时类似，所述材料由于产生的摩擦热而被塑化并且然后由工具向上并且向外输送。通过所述底板以及工具销栓的端面，焊接金属在接头中保持封闭并且形成焊缝。利用这种方法，在对接接头和搭接接头中的线状和点状的连接是可能。

例如在de102012112413a1中公开一种用于制造这类摩擦焊接连接的工具。利用已知的工具可以实现在线材与基体之间的摩擦焊接连接，其中，附加地需要使用超声波能量。在此，在变形之后并且在开始或在实施超声波弯曲振动期间，在此在激活超声波源的时刻没有碰到线材的接触辅助面由于线材的进一步变形和/或工具在基体方向上的进一步下降而贴靠在线材上。由此，连接质量以及因此摩擦焊接的结果应该得到改进。

技术实现要素：

基于前述内容，本发明的任务是，给出一种进一步改进的具有断开保险功能的电气连接装置、尤其是用于电容器或类似的电气或电子构造元件，其中，所述连接装置一方面要具有高的电流承载能力以及因此高的脉冲载流能力并且另一方面然而借助施加的限定的力能够可靠地实现所希望的断开功能。例如由于短路在电容器中存在高的脉冲电流负载时，要防止所述电气连接由热导致损坏。就此而言，本发明提出如下任务：确保解决在高电流承载能力和对于断开功能所需的电气分离部位之间的矛盾，但另一方面确保提供可靠的断开功能，更确切地说不必太大的力作用到分离部位上或不存在就此设置力增强措施的必要性，所述措施提高了用于这类断开保险的成本。

按照本发明要解决的另一个问题在于，所述电气连接装置从刚性的线形的第一连接元件出发，该第一连接元件要与第二连接元件接触，该第二连接元件相对地是薄壁的、带状或条状的或板形或膜形的。因此，要连接的元件在其稳定性方面具有完全不同的特性，这导致在现有技术中通常在线形导体与带状连接条之间实现大面积的钎焊连接，并且在所述导体中构造有开头提到的具有断裂功能的凹部，缺点是由此产生的电流收窄部位。

本发明任务的解决方案利用根据权利要求1的特征组合的电气连接装置来实现，其中，从属权利要求包括至少符合目的的构型方向和扩展方案。

因此，本发明从一种尤其是用于电容器或类似的电气或电子构造元件的具有断裂功能的电气连接装置出发。所述连接装置包括刚性的线形的第一连接元件和带状或条状的、板形或膜形的、薄壁的第二连接元件。在所述第一和第二连接元件之间通过材料锁合产生接触和连接部位。

按照本发明，所述接触和连接部位通过搅拌摩擦焊接实现，其中，搅拌摩擦焊接连接区域构成具有限定的断开力和高脉冲电流承载能力的机械断开保险。

因此，第一基本构思在于使用本身已知的搅拌摩擦焊接用于构造具有断开保险功能的电气连接装置，其中，根据进一步发明构思，实际的搅拌摩擦焊接连接构成断开保险。

这样提供的在线形导体为一方与带状导体为另一方之间的可承载电流的连接装置尤其是可被用于大功率电容器并且是有利的。

没有必要设置用于形成限定的断开力的机械收窄部，从而可避免不利的电流收窄部位。将接触线材与铜带通过摩擦焊接连接并且在此可变化的参数允许提供可足够承载电流的电气接触部并且确保线材相对于铜薄膜或铜带的能重现的断开力。

在较广泛试验的结果中，尤其是搅拌摩擦点焊适合于形成搅拌摩擦焊接连接。

以优选的方式，所述第一连接元件以端面基本上垂直于第二连接元件的表面区段地通过所提到的摩擦焊接被连接。

在此这样附接接合配对件，使得第二连接元件的表面、也就是说带状或条状或板形或膜形的部分朝向线材的端侧设置，并且设置有搭接部。这样产生的搭接接头然后通过所使用的旋转的摩擦工具接合，该摩擦工具大部分沉入到第二连接元件中。尤其是，由于接合配对件的定位可设定刚性的线形的第一连接元件的突出部，从而准备附加的材料，以便增加在接合区域中要加热的以及要输送的材料体积。

在一种实施形式中，在所需工具的端侧上可设置有型腔，以便允许线材突出部超出在板形接合配对件、也就是说第二连接元件中的孔或槽口并且因此突出的材料提供补充用于塑化并且通过工具的供应运动在连接区域的范围内成形并且与薄壁的、板形的第一连接元件连接。

出乎意料地展现出：通过使用用于构造电气连接装置的搅拌摩擦焊接方法，所述电气连接装置可在两个完全不同形状的接触元件之间实现，而不需要熔化基础材料或附加材料。通过定位工件、即定位第一和第二连接元件以及局部的基于摩擦的能量输入，薄壁的或可小地机械受载的构件也可被接合，而在实际的接合区域之外没有显著的变形。此外，通过过程引导和所产生的连接面可调节所要求的强度范围或断开力的设定值。

在实际的摩擦焊接过程期间，旋转的摩擦焊接工具作用到第二连接元件的与第一连接元件的所述端面相对置的自由表面上。

最终，所述第一连接元件在接触和连接部位之外没有如在现有技术中必需的电流收窄部位来实现断开功能。

在本发明的一优选实施方案中，第一连接元件(也就是说线材)的直径与第二连接元件(也就是说带或膜)的厚度的比值在5:1至20:1的范围内。

优选地，第一连接元件的直径在1.5mm至3mm的范围内并且第二连接元件的厚度在0.1mm至0.5mm的范围内。

在本发明的一种构型中，在接触和连接部位的区段中，所述第二连接元件具有减少的宽度。在此，可涉及具有限定的曲率半径的锥形延伸的变细部或涉及尖端的构型。

附图说明

下面要借助各实施例并且参考附图以及以照片形式实现的示图详细说明本发明。

在附图中：

图1和图2示出一种已知的用于功率电容器的具有断开保险功能的电气连接装置的立体图，该连接装置具有铜膜形式的可识别的带状连接元件、大面积的钎焊连接部以及线形导体，该导体具有挤压部(图1)和冲压部(图2)以构成断裂削弱部位，该断裂削弱部位同时导致不利的电流收窄部位；

图3示出具有断开保险功能的电气连接装置的按照本发明的构型的原理示图，其中，所述接触和连接部位通过搅拌摩擦焊接实现并且搅拌摩擦焊接连接区域构成具有限定的断开力和高脉冲电流承载能力的机械断开保险；

图4示出接触和连接部位的俯视图的以照片形式实现的示图，从线材侧、也就是说从第一连接元件的那侧观察；

图5示出类似于根据图4的示图，然而从下侧、也就是说从摩擦焊接工具作用到其上的那侧观察；

图6示出连接部位的显微切片，所述连接部位同时构成实际的机械断开保险；并且

图7示出具有示例性材料和测量说明的具有接触和连接部位的电气连接装置的侧视图以及俯视图，所述接触和连接部位通过搅拌摩擦焊接实现，以及在接触和连接部位的区域中带状的第二连接元件的几何结构。

具体实施方式

图1和图2示出具有断开保险功能的电气连接装置的原理构型，如该电气连接装置例如在功率电容器中使用，以防止在过压情况下有电容器爆炸的危险，其方式为通过断开保险进行电网分离。

在图1和图2中示出的具有断开保险功能的电气连接装置从刚性的线形的第一连接元件1和薄壁的、带状或条状的、板形或膜形的第二连接元件2出发。

在大面积的钎焊部3的区域中，该钎焊部通过挤压第一连接元件1的端部而产生，在第一连接元件1与第二连接元件2之间存在有材料锁合。

为了获得断开保险，在线形的第一连接元件1中实现挤压部4或切口部或冲压部5。

通过所述材料方面的作用以及在第一连接元件的结构中的变化，在机械力的作用下进行破坏过程，使得给定电气保险功能。

所述挤压部4或冲压部5在相应的脉冲电流加载时导致由于电阻增加而出现局部加热。这又产生材料削弱，结果是材料延展性发生变化并且由此断裂特性不再可重现。

在根据图3按照本发明的连接装置中，再次从以线材形式的第一连接元件1和以带形式的第二连接元件2出发。两个连接元件1、2由铜材料制成。

在一实施例中，线材(也就是说第一连接元件1)的直径为2mm，并且铜带(也就是说第二连接元件2)的厚度为大约0.3mm。实际的接触和连接部位6通过摩擦焊接实施和获得。关于这一点，利用合适的工具通过夹紧第二连接元件2并且可靠地输送第一连接元件1，所述第一连接元件垂直地利用一个端面在突出的情况被定位。

所述突出例如为0.1mm，以确保将塑化的材料适配于所设定的圆倒角并且减少在接合区域中的切口效应。夹紧带状连接元件2尽可能靠近相应的工具进行，从而使不希望的变形最小化。以简单的方式，以球体类方式的工具可被用作摩擦焊接接合工具，该工具反向于切割方向实施旋转运动。在此，转速达到2000至3000转每分钟并且可直到5000转每分钟的范围内。根据工具实施形式，一种示例性的沉入进给处于每分钟10mm至200mm的范围内，沉入深度为0.1mm至0.5mm。同样根据工具实施形式，过程力在150至2000牛顿的范围内。

根据图4以照片形式实现的图像示出与根据图3的图示类似的示图作为在刚性的线形的第一连接元件与带状的薄的第二连接元件之间的连接部位的视图。同时可看出在接触和连接部位6的区域中的优选几何结构。就此而言，存在第二连接元件的锥形变细构型，其中，补充地设定曲率半径。根据图4、5和7在所产生的类似的三角支腿之间的角度为大约60°。

根据图5连接部位从下方的视图能够识别出工具进入的位置。该下沉部也在根据图6的连接部位的显微切片中可看出。

所述连接部位的区域构成机械断开保险，该断开保险具有必要的脉冲电流承载能力，如通过大量的试验被确认。

图7示出具有示例性标注尺寸的按照本发明的断开保险的一种示例性构型，然而该构型绝不能理解成限制性的。

就此而言，在第一连接元件1中从具有基本上2mm直径的镀锡铜线出发。所述线材的示例性长度具有60mm。

所述镀锡铜线根据图7利用自由端侧通过摩擦焊接连接与作为第二连接元件2的铜带的表面连接。

所述铜带的厚度例如为0.3mm。

根据实施例，作为第二连接元件2的铜带的宽度选择为10mm，其中，在接触和连接部位6的实际区域中铜带呈锐角地结束并且具有曲率半径r2。由锐角支腿围成的角度例如为60°。

为了证明进一步改进的具有断开保险功能的电气连接装置的有效功率，在具有2mm直径的典型的保险与具有2mm搅拌摩擦焊接的保险的开槽的或挤压的线材实施形式之间进行对比试验。

在此示出，在考虑熔化积分i²t与直至保险被破坏的冲击放电次数的比例的情况下，按照本发明的解决方案以3至4个因数优于现有技术。