(57)【要約】      （修正有）【課題】摩擦撹拌溶接による２つ以上の電気導体の接合において、広い適用範囲を有する接合方法、接合デバイス、および電気接続部を提供する。【解決手段】摩擦撹拌溶接により２つ以上の電気導体１０、１１、１２を接合する方法Ｖは、導体１０、１２のうちの少なくとも１つが導線２１の束２０を含む。さらに、摩擦撹拌溶接により２つ以上の電気導体１０、１１、１２を接合するデバイス１００は、導体１０、１２のうちの少なくとも１つが導線２１の束２０を含むように構成されている。さらに、摩擦撹拌溶接により接続されている２つ以上の導体１０、１１、１２間の電気接続部５０は、導体１０、１２のうちの１つが導線２１の束２０を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
摩擦撹拌溶接により２つ以上の電気導体（１０、１１、１２）を接合する方法（Ｖ）であって、前記電気導体（１０、１２）のうちの少なくとも１つが導線（２１）の束（２０）を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記電気導体（１０、１２）のうちの少なくとも１つが導体メッシュ（２３）を有する、請求項１に記載の方法（Ｖ）。
【請求項３】
前記電気導体（１０、１２）のうちの少なくとも１つが撚合せ導体（２４）を有する、請求項１または２に記載の方法（Ｖ）。
【請求項４】
前記電気導体（１０、１１、１２）のうち、一方の電気導体（１０、１１、１２）がアルミニウムを含み、他方の電気導体（１０、１２、１１）が銅を含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法（Ｖ）。
【請求項５】
前記束（２０）は接合ギャップ（６０）上で横方向にクランプされている、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法（Ｖ）。
【請求項６】
前記導線（２１）の前記束（２０）は、周囲（３０）に沿った全面でクランプされている、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法（Ｖ）。
【請求項７】
前記導線（２１）の前記束（２０）は、摩擦撹拌溶接ステップ（Ｒ）前および／または摩擦撹拌溶接ステップ（Ｒ）中に圧縮される、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法（Ｖ）。
【請求項８】
溶接はいくつかの点部で行われる、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法（Ｖ）。
【請求項９】
２つの前記電気導体（１１、１２）の各々に部分的に重なる重なり要素（４０）が使用されている、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法（Ｖ）。
【請求項１０】
前記重なり要素（４０）は、前記束（２０）を有する前記電気導体（１０、１２）を少なくとも部分的に囲む、請求項９に記載の方法（Ｖ）。
【請求項１１】
前記重なり要素（４０）は、流動向上特性および／または架橋活性化特性を有する材料を含む、請求項９または１０に記載の方法（Ｖ）。
【請求項１２】
摩擦撹拌溶接により２つ以上の電気導体（１０、１１、１２）を接合するデバイス（１００）であって、前記電気導体（１０、１２）のうちの少なくとも１つが導線（２１）の束（２０）を含むように構成されていることを特徴とするデバイス（１００）。
【請求項１３】
前記デバイス（１００）は、前記導線（２１）の束（２０）を周囲（３０）に沿ってクランプするクランプデバイス（１１０）を有する、請求項１２に記載のデバイス（１００）。
【請求項１４】
摩擦撹拌溶接により接続されている２つ以上の電気導体（１０、１１、１２）間の電気接続部（５０）であって、前記電気導体（１０、１２）のうちの１つが導線（２１）の束（２０）を含むことを特徴とする電気接続部（５０）。
【請求項１５】
重なり要素（４０）を含む、請求項１４に記載の電気接続部（５０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つ以上の電気導体を接合する方法に関する。本発明はさらに、２つ以上の電気導体を接合するデバイス、および２つ以上の導体間の電気接続部に関する。
【背景技術】
【０００２】
摩擦撹拌溶接により２つ以上の電気導体を接続することが知られている。これは特に、永久接続をもたらす接合方法である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、これまでの接続は剛性であるため、適用範囲が限られていた。
【０００４】
本発明の課題は、より広い適用範囲を有する解決策を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、この課題は、導体のうちの少なくとも１つが導線の束を含むことにより解決される。これにより得られる接続は、少なくとも部分的に可撓性で、より広い適用範囲を有する。
【０００６】
本発明による、摩擦撹拌溶接により２つ以上の電気導体を接合するデバイスは、電気導体のうちの少なくとも１つが導線の束を含むように構成されていることを特徴とする。
【０００７】
本発明によりもたらされ、摩擦撹拌溶接接続によって接続される２つ以上の電気導体間の電気接続部は、その電気導体のうちの１つが導線の束を含むことを特徴とする。
【０００８】
本発明による解決策は、それ自体が各々有利であり、かつ要求に応じて互いに組み合わせることのできる、以下の構成およびさらなる発展によりさらに改良することができる。
【０００９】
第１の有利な構成において、電気導体のうちの少なくとも１つが導体メッシュを有することができる。これにより、特に高い可撓性が可能になる。導体メッシュは、互いに編み合わせた導線のいくつかの束を含むことができる。あるいは、例えば、搬送される電力が適切に小さいときには、個々の導線を互いに編み合わせてもよい。
【００１０】
さらに有利な構成において、電気導体のうちの少なくとも１つが撚合せ導体であるか、または撚合せ導体を含んでいてもよい。そのような電気導体は広く普及しており、これは、この方法を広範囲に適用可能であることを意味する。撚合せ導体では、いくつかの導線が、互いに編み合わされることなく、互いに並んで延びることができる。
【００１１】
この方法は、アルミニウムと銅とを接続するために使用するとき、すなわち一方の電気導体がアルミニウムを含み、他方の電気導体が銅を含むときに、特に有利である。電気導体は、アルミニウムおよび銅のそれぞれから、またはこれらの金属を含む合金から構成することができる。摩擦撹拌溶接方法により、２つの金属を互いに混合して、特に有利な接続をもたらす。
【００１２】
あるいは、電気導体は、同じ材料から、例えば銅もしくはアルミニウムまたはこれらの材料を含む合金から構成されていてもよい。
【００１３】
摩擦撹拌溶接中の導線の移動を減らして接続を向上させるために、束または導体を接合ギャップ上で横方向にクランプしてもよい。この場合、接合ギャップは、２つの電気導体が互いに当接する領域である。デバイスは、束または電気導体を少なくとも横方向にクランプするクランプデバイスをこのために備えることができる。クランプデバイスは、電気導体を横方向に押し付けるクランプジョーを備えることができる。クランプジョーと接合ギャップとの間隔は、導線を特にしっかりと保持することができるように、できるだけ小さくすべきである。他方で、摩擦撹拌ヘッドを動作させることができるように、接合ギャップの周りに使用可能な十分な空間が必要である。例えば、クランプジョーは、摩擦撹拌ヘッドの幅の１．５倍を超えてギャップから離れることはできない。
【００１４】
導線をより良好に位置決めするために、導線の束を周囲に沿った全面でクランプすることができる。デバイスは、場合によって、電気導体の束または電気導体を周囲に沿ってクランプするクランプデバイスを有することができる。デバイスは、例えば、互いに独立して位置決め可能であり、かつ様々な方向に沿って電気導体側へ移動可能ないくつかのクランプジョーを有する。あるいは、テーパ状のレセプタクルを有し、例えば、様々な方向に沿って自動クランプを行う単一のクランプ要素があってもよい。
【００１５】
摩擦撹拌溶接前および／または摩擦撹拌溶接中に、導線の束を圧縮することができる。そのような圧縮は、例えば、機械的な押付け、および／または、例えば超音波溶接による導線の少なくとも部分的な接合によって行うことができる。圧縮は特にクランプデバイスにより行うことができ、これは、このクランプデバイスが二重の機能を有することを意味する。圧縮は同時にクランプであり得るため、これら２つのステップが一緒に実行され、時間の節約になる。
【００１６】
特に簡単に実行可能な構成において、溶接をいくつかの点部で行うことができる。例えば、接続点を接合ギャップに沿って均一に配置して、力の均一な分布を可能にすることができる。
【００１７】
特に強力な接続を可能にする構成において、溶接を線に沿って行うことができる。例えば、線は、接合ギャップの全長に沿って延びて、力のピークを避け、電気的に効果の高い接続横断面をもたらすことにより、熱の発生を低減させることができる。
【００１８】
接続を容易にするために、２つの電気導体の各々に部分的に重なる重なり要素を使用することができる。重なり要素を、少なくとも部分的に融着させることができる。本発明による電気接続部において、重なり要素を融着させても、重なり要素が融着領域を含んでいてもよい。関連する材料の相互拡散が、有利な処理結果を示し、導体物質間の移行部分に目標とする材料特性をもたらすことができる。
【００１９】
有利な構成において、重なり要素は板として構成することができる。そのような重なり要素は、特に製造が簡単なものであってよい。重なり要素は、例えば薄板金であってもよい。
【００２０】
重なり要素の材料は、摩擦撹拌溶接ステップ中に流動向上効果および／または架橋活性化効果を及ぼすことにより、生み出される接続がより安定するように選択することができる。重なり要素は、はんだを含むことができ、例えば、かつ／またははんだで被覆することができる。例えば、スズまたは亜鉛があってもよい。
【００２１】
重なり要素は、小型の構成を可能にするために、接続シームおよび／または接合ギャップにより形成される平面に垂直に延びる。
【００２２】
重なり要素は、少なくとも部分的にＵ字形横断面を有することができる。このように、重なり要素は、電気導体を少なくとも部分的に受けるおよび／または固定することができる。
【００２３】
有利な構成において、重なり要素は、束を有する電気導体を少なくとも部分的に横方向に支持することができる。これにより、摩擦撹拌溶接中の導線の移動を減らすことができる。重なり要素は、ここでは少なくとも部分的にクランプ機能を果たすことができる。
【００２４】
導線の特に良好な位置決めを可能にするために、重なり要素は、束を有する電気導体を少なくとも部分的に囲むことができる。例えば、これは、導体を導入可能なＵ字形横断面により行うことができる。
【００２５】
電気導体のうちの少なくとも１つが細長構成を有することができ、この構成では、１つの寸法の大きさが他の寸法の大きさより、例えば５倍大きい。電気導体を、例えば、ストリップ形状に構成して、ねじりを可能にすることができる。
【００２６】
いずれの電気導体も導線の束を有して、特に可撓性の接続を得ることができる。
【００２７】
例えば、この方法を使用して、剛性導体と導線の束を有する２つ以上の電気導体との接続をもたらすことができる。例えば、Ｙスプライスとも称する分割接続をもたらすことができる。
【００２８】
以下で、図面を参照しながら、本発明について、例として、有利な構成に基づいてより詳細に説明する。この例に示す有利なさらなる発展および構成は、各々互いに独立しており、特定の適用例にどのように必要であるかに応じて、希望通りに互いに組み合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】方法の第１の実施形態の概略斜視図である。
【図２】方法の第２の実施形態の概略斜視図である。
【図３】方法の第３の実施形態の概略斜視図である。
【図４】方法の第４の実施形態の概略斜視図である。
【図５】方法の第５の実施形態の概略斜視図である。
【図６】方法ステップの第１の変形形態の概略図である。
【図７】方法ステップの第２の変形形態の概略図である。
【図８】様々な導体の概略図である。
【図９】方法の概略側面図である。
【図１０】方法の概略上面図である。
【図１１】方法の第５の実施形態の概略斜視図である。
【図１２】方法の第５の実施形態により形成される電気接続部の概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図１は、２つの電気導体１０を接続する方法Ｖの第１の実施形態を示す。
【００３１】
第１の導体１０、１１は、例えば、細長い金属片から構成されている固体導体１８である。
【００３２】
第２の導体１０、１２は、導線２１の束２０を含む。第２の導体１２は、結果として第１の導体１１よりも可撓性である。
【００３３】
２つの導体１０は、特に、１つの寸法に沿った大きさが、他の２つの寸法に沿った大きさよりかなり大きいストリップ状導体２８であってよい。
【００３４】
図１は、方法Ｖの摩擦撹拌溶接ステップＲを示し、ここでは、延長部（ピン）１２１を有する摩擦撹拌溶接ヘッド１２０を使用して２つの導体１０、１１、１２を接続する。このために、第２の導体１２は、その前面２７（図８も参照）で接続方向１４０に沿って第１の導体１１に押し付けられる。その後、延長部１２１は、第１の導体１１と第２の導体１２との間で押圧方向１４２に沿って接合ギャップ６０に押し込まれ、摩擦撹拌溶接ヘッド１２０は、回転軸１５０の周りに延びる回転方向１４３に沿って回転する。発生する熱により、接合ギャップ６０の領域で第１の導体１１および第２の導体１２を加熱し溶融する。延長部１２１が回転して、接合ギャップ６０に沿って延びる移動方向１４１に沿ってさらに移動することにより、加熱された部分が混合される。摩擦撹拌溶接ヘッド１２０が通過した後、加熱された部分が冷却され、２つの導体１０、１１、１２間の確実な接続をもたらす。
【００３５】
方法Ｖにより、互いに接続されている導体１０を含む電気接続部５０に、接続シーム５１が形成される。
【００３６】
第２の導体１２は、個々の導線２１を互いに編み合わせた、または導線２１のいくつかの束２０を互いに編み合わせた導体メッシュ２３を特に有することができる。
【００３７】
図２は、摩擦撹拌溶接Ｒ中に第２の導体が横方向にクランプされる、方法Ｖの第２の実施形態を示す。これにより、導線２１は保持され、延長部１２１に対してより少なく撓むようにすることができる。結果として、より良好な接続が得られる。そのようなクランプを得るために、デバイス１００はクランプデバイス１１０を有し、このクランプデバイス１１０は、第１のクランプジョー１１１と、第１のクランプジョー１１１とは反対の第２のクランプジョー１１２とを特に備える。２つのクランプジョー１１１、１１２は、第２の導体１２の側面２６における接合ギャップ６０で、２つの対向するクランプ方向１６１、１６２に沿って押圧する。クランプジョー１１１、１１２は、特に、延長部１２１が移動したときに導線２１が移動方向１４１に沿って偏向できないようにする。摩擦撹拌溶接ヘッド１２０により、例えば、延長部１２１に隣接する肩部１２２により、導線２１が上面２５から出ないようにすることができる。
【００３８】
図示した実施形態において、クランプジョー１１１、１１２は、接続方向１４０に沿って第１の導体１１に当接する。必要であれば、接続方向１４０に沿ってここに小さい間隔があってもよい。しかしながら、導線２１の移動を小さく維持するために、この間隔は大きすぎてはいけない。間隔は、例えば、延長部１２１の厚さの３倍未満であってよい。
【００３９】
ここに示すクランプデバイス１１０は、同時に圧縮デバイス１３０であり、これにより、導線２１、したがって導体１２が圧縮される。そのような圧縮により、接続を向上させることができる。導体１２の密度が接合ギャップ６０で増加するため、より強い接続が可能になるからである。
【００４０】
図３は、方法Ｖの第３の実施形態を示す。側面のクランプジョー１１１、１１２と共に、ここでは別のクランプジョー１１３が使用される。このクランプジョー１１３は、接合ギャップ６０近くの第２の導体１２の上面２５を、クランプ方向１６３に沿って押し付ける。
【００４１】
第３のクランプジョー１１３は、２つのクランプジョー１１１、１１２よりも第１の導体から接続方向１４０に沿って離間して、摩擦撹拌溶接ヘッド１２０が使用可能な空間を形成している。
【００４２】
３つのクランプジョー１１１、１１２、１１３と、第２の導体１２の下側にある固定要素（詳細に図示せず）との組合せにより、第２の導体１２は、接合ギャップにおいて周囲３０（図１）に沿った全面でクランプされる。同時に、第２の導体１２はクランプデバイス１１０により圧縮されるため、クランプデバイスは同時に圧縮デバイス１３０となる。
【００４３】
この方法により、特に銅とアルミニウムとの接続をもたらすことができる。これは、他の方法では達成が困難である。例えば、導体１０は、銅および／またはアルミニウムおよび／またはこれらの元素を有する合金を含むことができる。当然、同じ材料から構成された導体１０、１１、１２を使用してもよい。
【００４４】
図４は、方法Ｖの第４の実施形態を示す。第１の導体１１および第２の導体１２と共に、導体１０、１１、１２の各々に部分的に重なる重なり要素４０がここでは使用される。第１の部分４６が第１の導体１１に重なり、第２の部分４７が第２の導体１２に重なる。重なり要素４０を使用して導線２１を固定することができる。さらに、重なり要素４０は、完成状態で電気接続部５０をより安定させることができる。重なり要素４０を、摩擦撹拌溶接ステップＲで第１の導体１１および第２の導体１２に少なくとも部分的に融着させて、導体１０、１１、１２に接続することができる。重なり要素４０の材料を適切に選択することにより、摩擦撹拌溶接ステップＲ中の流動特性または架橋の程度を向上させることができる。これは、例えば、重なり要素４０の材料が導体１０、１１、１２より低い温度で溶融することにより達成することができる。
【００４５】
図示した例において、重なり要素４０は板４１、例えば、金属板または薄板金である。重なり要素により画定される平面は、接続シーム５１または接合ギャップ６０により画定される平面に垂直に延びる。
【００４６】
図５は、さらなる実施形態を示す。これは、図４による構成とは重なり要素４０の形状が異なる。第２の部分４７の領域では、重なり要素がＵ字形横断面４２を有するため、重なり要素４０は、導体１２の周囲３０の大部分に沿って、第２の導体１２を少なくとも接合ギャップ６０の近くで囲む。これは、導線２１の固定に寄与することができる。そのようなＵ字形横断面４２により、圧縮効果も得られる。
【００４７】
図６および図７は、摩擦撹拌溶接ステップＲの２つの異なる変形形態を示す。図６は、スポット溶接のみを示し、これは接続点３２が形成されることを意味する。
【００４８】
図７は、線３１に沿った溶接を示し、これは、連続した接続シーム５１が形成されることを意味する。
【００４９】
いずれの場合にも、それぞれ重なり要素４０をさらに使用することができる。
【００５０】
図８は、様々な導体１０、１１、１２を示す。これまで示した例示的な実施形態においては、いずれの場合にも、第２の電気導体１２を導体メッシュ２３と共に使用していた。代わりに、平行に延び、さらに絶縁体２９に埋め込まれているいくつかの導線２１を有する撚合せ導体２４を使用することも可能である。
【００５１】
図９は、方法のさらに例示的な実施形態の側面図である。図１０は、この方法の上面図である。ここでも、摩擦撹拌溶接ヘッド１２０を使用して２つの導体１０、１１、１２を接続する。ここに示す構成において、摩擦撹拌溶接ヘッド１２０は、２つの導体１０、１１、１２を全幅に沿って覆うのに十分な大きさを有する。したがって、特に移動方向１４１に沿った移動は、ここでは非常に短いか、または完全になくなる。
【００５２】
図１１は、複数の導体１０、１１、１２が互いに接続されている、方法Ｖのさらなる実施形態を示す。ここでも第１の導体１１は剛性要素であり、導線２１の束２０を各々含むいくつかの可撓性の第２の導体１２が、第１の導体１１に取り付けられている。図１２に概略的に示すように、そのような形態を利用して、Ｙ字形に分割する電気接続部５０を形成することができる。その電気接続部５０では、様々な第２の導体１２が第１の導体１１から異なる方向に延びる。
【符号の説明】
【００５３】
１０  導体
１１  第１の電気導体
１２  第２の電気導体
１８  固体導体
２０  束
２１  導線
２３  導体メッシュ
２４  撚合せ導体
２５  上面
２６  側面
２７  前面
２８  ストリップ状導体
２９  絶縁体
３０  周囲
３１  線
３２  接続点
４０  重なり要素
４１  板
４２  Ｕ字形横断面
４６  第１の部分
４７  第２の部分
５０  電気接続部
５１  接続シーム
６０  接合ギャップ
１００  デバイス
１１０  クランプデバイス
１１１  クランプジョー
１１２  クランプジョー
１１３  クランプジョー
１２０  摩擦撹拌溶接ヘッド
１２１  延長部
１２２  肩部
１３０  圧縮デバイス
１４０  接続方向
１４１  移動方向
１４２  押圧方向
１４３  回転方向
１５０  回転軸
１６１  クランプ方向
１６２  クランプ方向
１６３  クランプ方向
Ｒ  摩擦撹拌溶接ステップ
Ｖ  方法
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2020037132.tif 000013
【図１２】
2020037132.tif 000014
【外国語明細書】
2020037132000001.pdf