电连接结构和用于制造这种结构的方法与流程

1.本发明涉及一种电连接结构和用于制造这种结构的方法。


背景技术：

2.现有技术中使用各种连接方案来连接电能源和电能阱之间的彼此分离的元件。除了常规的钎焊或焊接等不可拆卸的方法外，还有所谓的可拆卸电连接，如插头连接、螺栓连接、铆接连接器、压接连接器等等。
3.在各种应用中，例如电池连接、母线和电力分配器，待连接的组件中总是存在混合材料，从而导致腐蚀问题和相关问题。特别地，铝作为导电材料的连接在现有技术中尚未得到充分实现。
4.已经进行了许多尝试来解决不同材料之间的连接问题，例如在车身结构中，同时保留现有的电阻点焊系统，特别是铝和钢的电阻点焊系统。下面介绍一些众所周知的技术。在专利de 10015713 a1中公开了一种将实心铆钉插入al板材的方法。目的是产生夹住al板材的l形。然后使用电阻点焊通过钢铆钉元件将al板材焊接到另一块钢板材上。这种铆钉元件具有两个平坦表面。
5.还存在其他的将金属材料相互结合的方法。例如，通过轧焊，将两种或多种不同的材料相互组合，以便能够最佳地利用各个材料的最佳特性。即使是通常不易焊接的材料也可以通过安装中间层相互连接。这适用于全表面和条形设计。因此，在电镀过程中，至少两个不同的金属条带结合在一起形成复合材料。材料通常平行地从相应的卷材进入轧机，并且根据金属和材料特性，在轧机中通过高轧制压力粘合在一起。
6.镀层可采用以金、钯、银为基础的贵金属或贵金属合金，以及铜及铜合金、镍、铝、铝硅等材料。然而，该方法不适用于母线和电力分配器，因为相关的连接点例如具有螺栓和/或孔，以便使用螺栓和螺母连接连接部件。因此，存在其他的材料组合，并且连接点处的各种的表面部分不被轧焊覆盖。
7.其他的选择是电镀涂层，材料可以用电镀涂层进行涂布。然而，现有技术中对于各种线路材料和铝材并没有令人满意的方案来经济地且成本有效地解决上述问题，特别是充分减少或几乎完全避免由于接触材料之间的电化学电势引起的腐蚀后果。
8.在连接技术领域，wo 2013083540 a1中提出了一种用于改善机械连接的上述问题(即螺栓)的方案。这种螺栓一方面具有足够的强度，另一方面具有足够的耐腐蚀性。螺栓的材料可以有利地抵抗特别是与碳或碳增强复合材料的接触腐蚀。由于碳因其电化学势而对铁不利，因此无论环境是否也具有腐蚀性，避免这种腐蚀对于螺栓的长期使用尤为重要。有利地，螺栓可以由根据en 10269或类似的高耐热材料制成，特别是由奥氏体材料或镍基合金构成。
9.这种材料对不适合传输电力和大电流。相反地，接触腐蚀还具有不利影响，即接触部件的接触表面区域中的过渡电阻发生变化，特别是增加，然后在接触点处越来越多地升温。这有时会导致相当大的间接损害，例如火灾。
10.在现有技术中可以找到大量的方案，但是这些方案不能适用于电连接装置。例如，wo 1995000678a1描述了一种通过钝化来制造防腐蚀金属材料的方法，其中将一层固有导电聚合物施加到金属材料上，并使涂覆的金属材料与含氧水接触直到达到平衡电势，其中特别使用聚苯胺作为导电聚合物。所获得的电导率不足以进行电能传输，铝也不能进行相应的处理。
11.原则上，氧化铝层在连接由铝材料制成的接触部件或母线时会引起明显的问题。除了上述电阻增加的问题外，还在表面接触区域中存在间隙和气孔的问题，异物材料可以在其中积聚，进而形成腐蚀核并使得问题更加严重。
12.然而，在汽车制造领域，对轻质材料的需求越来越大，而最近汽车制造商的召回活动的知名例子表明，该问题仍然存在并且尚未得到充分解决。迄今为止，即使是众所周知的pvd和cvd工艺也无法为电气连接材料、母线、电流分配器和电池端子的应用提供令人信服的结果。


技术实现要素：

13.因此，本发明的目的是克服现有技术中的上述缺点，并提供一种廉价的、耐腐蚀的连接结构和相应的制造这种结构的方法。
14.该目的通过根据权利要求1的特征的组合来实现。
15.本发明的基本构思是形成特定的结构，其中连接区域形成在两个连接部件的第一和第二内层之间，所述连接区域通过冷气喷涂产生。
16.本发明涉及一种电连接结构，所述电连接结构用做在第一电组件和第二电组件之间的电能传输装置，其中所述连接结构由彼此串联布置的多个层形成，其中第一外层由铝或铝合金构成，第二外层优选地由铝或铝合金构成，并且其中还设置第三层和优选的第四层，亦即，在所述外层之间的一个或两个内层，其中所述内层(30、40)分别通过冷气喷涂产生。这提供了一种具有特别好的耐腐蚀性的复合材料。然而，替选地，如上所述，可以仅提供铝或铝合金层，并且可以与例如其他材料如cu-al任意组合。
17.这同样适用于指定的冷气体层。也可以设想在铝层或铝合金层上仅提供内冷气层。对于例如使用铜或铜合金的组合作为连接部件的应用，只需要冷气层。
18.本发明的一个优选实施例规定，两个内层直接彼此接触连接(即，在其间没有其他层)。
19.本发明的另一优选实施例规定，电连接结构被设计成至少在四层中的两层之间可拆卸的连接结构，其能够从连接位置(连接状态)分离到断开位置(预组装状态或断开状态)，其相应的接触面设计成所述接触面在不分离连接位置中形成力配合连接和/或形状配合连接。通过这种设计，两个连接部件因此可以按预期彼此(由铝制成或分离，类似于可以用于插拔连接或分离的插头连接器。
20.为了产生永久的耐腐蚀连接，可以使两个连接部件通过它们由冷气喷涂产生的防腐蚀层接触，然后用作电连接，例如在两个设备之间或电源和电能阱之间的电连接。
21.本发明的替代实施例规定，所述电连接结构设计成不可拆卸的、特别是材料接合的连接结构，其中两个内部防腐蚀层通过原子力或分子力保持在一起。
22.在上述的本发明的替代实施例中，提供力配合连接，其中规定，为了产生力配合连
接，连接装置延伸穿过所有层(在电流流动期间沿能量流动方向观察)，连接装置特别地是连接螺栓，并且为此在每一层中提供开口，所述连接螺栓穿过所述开口。
23.该装置的结构设计成将第二内层通过冷气喷涂施加到第一外层上，特别是完全覆盖到边缘区域，并且将第三内层通过冷气喷涂施加到第二外层上，特别地也完全覆盖到边缘区域。
24.以这种方式形成的连接部件可以形成用于电连接的完全的或至少部分的相应的接触面。这些面可以优选地具有相同的大小，尽管部分接触也可能仅来自部分区域。
25.还有利地，两个外层在其厚度方向(在串联布置的层的串联方向)上具有比内层大得多的厚度，特别是以大于1:10的比例。换言之，这意味着由铝或铝合金形成较厚的各个层状结构，使用冷气喷涂工艺在所述层状结构上喷涂较薄的层，特别是功能性防腐层。材料和厚度的最佳配对与各自的应用相匹配。此外，如果需要特别高的机械强度，则可以将外层或结构相应地形成为厚实的和实心的。特别地，这也可以带来关于电连接结构的热特性和以高电流使用时期望的热传输方面的优点。
26.在这方面，本发明的概念特别适用于在至少两条线路之间实现母线或电流分配器，其中两个连接部件中的每一个连接到电线，所述电线通向电源或电能阱，例如电池或用电器。
27.除了这样的连接结构之外，本发明的另一方面还涉及用于制造这种电连接结构的方法，其具有以下步骤：
28.a)提供由铝或铝合金(例如al/cu合金)的两个外层或分层结构；
29.b)通过冷气喷涂在两个外层或结构的相应表面上施加相应的防腐蚀层；
30.c)通过形成在连接状态下相继布置的串联的层，将两个防腐蚀层连接以产生连接结构。
31.所述方法的另一优点在于，步骤c)中的连接以力配合连接、形状配合连接和/或材料结合连接的方式产生。
附图说明
32.本发明的其他有利的进一步方案在从属权利要求中表征或者在下文中与参照附图对本发明的优选实施例的描述一起更详细地呈现。
33.附图中示出：
34.图1为预组装状态(断开状态)下的电连接结构示意图；
35.图2为力配合连接状态下的电连接结构的第一示例性实施例；
36.图3为形状配合连接状态下的电连接结构的替代的示例性实施例；以及
37.图4为材料接合连接状态下的电连接结构的另外的替代的示例性实施例。
具体实施方式
38.下面参考图1至图4更详细地解释本发明，其中相同的附图标记表示相同的结构和/或功能特征。
39.图1示出了处于预组装状态(断开状态)的电连接结构10的示例性示意图。所示的两个连接部件10a、10b在连接状态下形成连接结构10。
40.图2至图4中所示的示例性实施例均示出了电连接结构10的示意图，该电连接结构10用作在第一和第二电组件(在此未详细示出)之间传输电能的装置。
41.从图中可以清楚地看出，连接结构10由彼此串联布置的多个层20、30、40、50形成。下面简要说明层20、30、40、50。
42.底层为第一外层20，而上层为第二外层50。两个外层20、50也可以设计为分层结构。
43.这些层20、50或结构20、50由铝或铝合金形成。
44.如图1所示，在两个层20、50的每一个上都有通过冷气喷涂产生的防腐蚀层30、40，它们在根据图2至图4的连接状态下相互贴靠并形成内层30、40。
45.图2示出了通过力配合连接制造的电连接结构10的示例性实施例，为此，连接装置60，特别是连接螺栓60延伸穿过所有层20、30、40、50，连接装置60通过螺母61分别固定到上外部结构20和下外部结构50。
46.在每一层或结构中都有相应的开口，连接螺栓60穿过该开口。
47.图3示出了通过形状配合连接产生的电连接结构10的示例性实施例，为此在相应的外部结构或层20、50上提供结构元件11和对应的结构元件51。它们形状配合的方式相互交叉接合。
48.图4示出了通过材料或物质结合连接产生的电连接结构10的示例性实施例，为此，两个内层30、40通过相应的物质结合工艺彼此连接。
49.本发明的实施不限于上面指定的优选示例性实施例。更确切地说，即使在根本不同的设计的情况下，也可以设想利用所示方案的多种变体。权利要求1中提及的材料还可以包括其他金属材料，而在说明书中未以穷尽的组合方式提及这些材料。特别地，还包括铜和铜合金。