DE102005061732B4

DE102005061732B4 - Verfahren zur Bildung einer Struktur an einem Klemmkörper für eine Schraubklemme

Info

Publication number: DE102005061732B4
Application number: DE102005061732.8A
Authority: DE
Inventors: Heinz Reibke; Hartmut Follmann; Olaf Gemke
Original assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Current assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Priority date: 2005-12-21
Filing date: 2005-12-21
Publication date: 2015-01-08
Anticipated expiration: 2025-12-22
Also published as: JP2009521075A; EP1964219A1; WO2007079846A1; JP4808783B2; ES2440960T3; US20090070998A1; CN101341634A; EP1964219B1; DE102005061732A1; US7941912B2; CN101341634B

Abstract

Verfahren zur Bildung einer Struktur an zumindest einer Innenfläche einer der miteinander einstückigen, einen Hohlraum umschließenden Wände eines metallenen Klemmkörpers für eine Schraubklemme, wobei in einer der Klemmkörper-Wände eine erste Öffnung für die Klemmschraube und stirnseitig am Klemmkörper zweite Öffnungen vorhanden sind, von denen zumindest eine als Leitereinführöffnung dient, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine der Öffnungen des Klemmkörpers ein Prägewerkzeug in den Klemmkörper-Hohlraum eingeführt und in Richtung der mit der Struktur zu versehenden Innenfläche der betreffenden Klemmkörper-Wand mit einem für die Strukturierung erforderlichen Druck beaufschlagt wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
Bei Schraubklemmen ist es hinreichend bekannt, an zumindest einer der Innenflächen eine der miteinander einstückigen, einen Hohlraum umschließenden Wände eines metallenen Klemmkörpers einer Schraubklemme mit einer Prägestruktur zu versehen, um den betreffenden elektrischen Leiter sicher klemmen zu können. Die Dokumente DE 85 34 698 U1 , DE 298 11 687 U1 oder AT 371 290 B zeigen beispielhaft solche Schraubklemmen. In all diesen Fällen ist die Anbringung der Prägestruktur deshalb einfach, weil die Klemmenkörper aus gefalteten Metallbändern bestehen. Die Prägestruktur kann hierbei mittels üblicher Werkzeuge eingeformt werden, solange das Metallband noch nicht dreidimensional zu dem Klemmkörper verformt ist.
Aus dem Dokument DE 30 04 333 A1 ist eine Schraubklemme mit einem ösenförmigen Klemmkörper bekannt, der mittels Tiefziehen hergestellt ist. Dafür wird ein Ziehdorn verwendet, der im Bereich der Leiteranlagefläche im Inneren der einstückigen Ösen Rillen eindrückt. Einen ähnlich hergestellten Klemmkörper für eine Schraubklemme zeigt das Dokument AT 341 599 B .
Das Dokument DE 19 02 586 U beschreibt eine Schraubklemme mit einem Klemmkörper in Gestalt eines Rahmens, in dessen Anlagefläche für den zu klemmenden Leiter Vertiefungen und Aussparungen eingeprägt sind. Dieser rahmenförmige Klemmkörper kann als Gußteil ausgeführt sein, wodurch die Ausformung der Vertiefungen und Aussparungen möglich ist.
Die Dokumente DE 78 08 295 U1 und DE 79 00 338 U1 beschreiben wiederum Schraubklemmen mit rahmenförmigen Klemmkörpern, bei denen an den Innenseiten des Rahmenbodens Zahnleisten vorhanden sind. Beim Ausformen der Leiterdurchführöffnung werden die Zahnleisten miteingezogen, insoweit erstrecken sie sich parallel zur Leitereinführrrichtung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art vorzuschlagen, um bei einem dreidimensional fertig geformten Klemmkörper in eine oder mehrere Innenflächen des Hohlraums zur Aufnahme des zumindest einen elektrischen Leiters eine Prägestruktur im nachhinein anbringen zu können.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Für die Erfindung ist wesentlich, daß die nachträgliche Strukturierung im Hohlraum des Klemmkörpers dessen Festigkeit nicht reduziert, sondern beibehält und sogar erhöht. So werden die Werte der Norm IEC 60 947-1/EN 60 947 zur sicheren Verbindung der anzuschließenden Leiter nicht nur erfüllt, sondern auch übertroffen. Die strukturierten Flächen im Hohlraum des Klemmkörpers dienen dem elektrischen Leiter als Anlage- und Kontaktfläche.
Zur Erhöhung der Festigkeit des Klemmkörpers und des Festsitzes des elektrischen Leiters werden Ausnehmungen im Hohlraum des Klemmkörpers in Gestalt von Vertiefungen gebildet. Diese Vertiefungen werden fachspezifisch auch als Sicken bezeichnet, die im Zusammenspiel mit dem Strombalken den Festsitz des elektrischen Leiters sicherstellen.
Bei dem Herstellverfahren der Sicken im Klemmkörper macht man sich die Eigenschaften des Materials, aus dem der Klemmkörper besteht, zu Eigen. In der Regel bestehen die Klemmkörper aus Messing, andere Metalle, insbesondere Stahl, sind aber auch denkbar. Kupferlegierungen besitzen eine ausgezeichnete Kaltumformbarkeit und sind daher beispielsweise zum Drücken, Prägen, Hämmern, Schlagen und Treiben gut geeignet. Diese Materialeigenschaften werden bei der Herstellung der Sicken vorteilhafterweise ausgenutzt. Die Herstellung der Sicken erfolgt durch die Anwendung der Prägetechnik. Die Prägetechnik ist wesentlich kostengünstiger weil die Herstellung der Sicken in einem voll automatischen Taktdurchlauf erzielt werden können. Der Taktdurchlauf beim Prägeverfahren ist wesentlich kürzer gegenüber dem spanabhebenden Verfahren. Beispielsweise werden dazu die Klemmkörper, die bereits verschiedene Fertigungsstufen durchlaufen haben, mit einer vollautomatischen Vorrichtung einem Prägeautomaten, der mechanisch und/oder pneumatisch angetrieben sein kann, zugeführt. Die Klemmkörper werden exakt positioniert und automatisch in einer Werkzeugvorrichtung gespannt. Zeitgleich fährt ein Prägewerkzeug in horizontaler Hubbewegung in das zu prägende Teil bzw. in den Hohlraum des Klemmkörpers. Vorteilhafterweise kann der Klemmkörper auch durch die automatische Zufuhrvorrichtung gleich dem Prägewerkzeug so zugeführt werden, dass die Prägeposition erreicht ist. Das Prägewerkzeug ist beispielsweise aus Werkzeugstahl und kann beheizt sein. Des weiteren besitzt das Prägewerkzeug überwiegend an der Unterseite eine Struktur, die in der Kontur bzw. dem Relief in Form und Größe den gewünschten Sicken im Klemmkörper entsprechen. Die Prägewerkzeuge sind vielseitig gravierbar und flexibel auswechselbar, sodass jede erdenkliche Struktur am Prägewerkzeug hergestellt und in den Klemmkörper geprägt werden können. Form und Größe der Strukturierung der Oberfläche der Boden- und Seitenwände im Hohlraum des Klemmkörpers können den technischen Bedürfnissen, beispielsweise den unterschiedlichen Klemmwirkungen auf unterschiedliche elektrische Leiter, angepasst werden. Nicht nur Vertiefungen in Form von Sicken, sondern auch die Erstellung von Erhöhungen sind durch die Kaltumformung in der Prägetechnik möglich. Beispielsweise Erhöhungen in Form von balligen Erhebungen oder eine Kombination von Vertiefungen und Erhöhungen die eine optimale Klemmwirkung auf die verwendeten elektrischen Leiter im Klemmkörper erzielen. Für das Klemmen von feindrähtigen Leitern in Klemmkörpern bieten sich beispielsweise Mikrostrukturen an. D. h. die Struktur und Form der Anlage- und Kontaktfläche für den elektrischen Leiter im Klemmkörper ist mit maßgebend für die Klemmwirkung und damit auf die Auszugskräfte des geklemmten Leiters.
Der Prägevorgang selbst erfolgt beispielsweise durch Zuführung eines vertikal zum Prägestempel geführten Druckdorn. Der Druckdorn fährt mit pneumatisch bewegten Eilhub durch die Bohrung der Klemmschraube und wirkt mit hydraulisch erzeugtem Druck auf das Prägewerkzeug ein. Die Struktur des Prägewerkzeuges wird so in die kontaktierte Fläche des Klemmkörpers eingedrückt. Anschließend fährt der Druckdorn in seine Anfangsposition zurück und der Klemmkörper wird aus der Spannvorrichtung ausgeworfen. Zur Erzeugung der Prägestruktur kann Vorteilhafterweise auch eine Schlagmaschine, die die Taktzeit der Prägung optimiert, eingesetzt werden. Des weiteren zeichnet sich dieses Verfahren durch eine hohe Schlagfolge aus, wodurch die Taktzeit verringert wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen rein schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt
1 eine perspektivische Darstellung eines Klemmkörpers aus dem Stand der Technik
2 Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer strukturierten Anlagefläche für elektrische Leiter in einem Klemmkörper mit Hilfe der Prägetechnik.
3 Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer strukturierten Anlagefläche für elektrische Leiter in einem Klemmkörper mit Hilfe der Schlagtechnik.
4 ein mit der Prägetechnik strukturierte Anlagefläche für elektrische Leiter mit einer Vertiefung
5 ein mit der Prägetechnik strukturierte Anlagefläche für elektrische Leiter mit einer Erhöhung
6 ein mit der Prägetechnik strukturierte Anlagefläche für elektrische Leiter mit einer Vertiefung und einer Erhöhung
Bezugszeichenliste

1: Klemmkörper
2: Öffnung für Klemmschraube
3: Öffnung für elektrischen Leiter
4: Hohlraum
5: Bodenfläche
6, 6': schräge Fläche
7, 7': Seitenfläche
8: obere Fläche
9: Struktur (im Klemmkörper)
10: Bohrung
11: Vertiefung
12: Seitenwände
13: obere Wand
14: Bodenwand
15: Vorrichtung
16: Prägewerkzeug
17: Prägestempelstruktur
18: Prägeposition
19: Druckdorn
20: Prägestempel
21: Innenseite 1
22: Innenseite 2
23: senkrechte Achse
24: Neigung
25: ballige Erhebung
26: Mikrostruktur
27: Kontur
28: Bodendicke
29: vordere Stirnseite
30: hintere Stirnseite

Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
Bei dem in perspektivischer Darstellung der 1 veranschaulichten Klemmkörper aus dem Stand der Technik, ist beispielhaft ein Klemmkörper 1 mit einer ersten Öffnung 2 zur Aufnahme einer Klemmschraube (nicht dargestellt) mit einer zweiten Öffnung 3 zur Aufnahme eines elektrischen Leiters (nicht dargestellt) in einem Hohlraum 4 der durch die Innenflächen 5, 6, 7, 8 gebildet wird, dargestellt. Die Innenflächen 5, 6 dienen dem elektrischen Leiter als Anlage- und Kontaktfläche. Die Innenflächen 5, 6 können einen Struktur 9 besitzen. Die Struktur 9 wird durch die Bohrung 10, die quer durch den gesamten Klemmkörper 1 bzw. senkrecht durch die Seitenwände 12 führt, erzeugt. Die Bohrung 10 bewirkt, dass die normalerweise flächig durchgehenden Innenflächen 5, 6, 7 unterbrochen werden. Die Unterbrechung bildet, beispielsweise in der schrägen Fläche 6, eine durch die Bohrung 10 hervorgerufene Vertiefung 11, die auch in der Innenseitenfläche 7 und der Bodenfläche 5 vorhanden ist. Bei der Bohrung 10 handelt es sich um eine Durchgangsbohrung 10, die durch die beiden Seitenwände 12 und den Hohlraum 4 führt. Somit zeigt die 1 einen, in perspektivischer Ansicht dargestellten Klemmkörper 1, der im Hohlraum 4 Innenflächen besitzt, dessen Strukturen durch ein spanabhebendes Verfahren erzeugt wurden.
Die Erfindung betrifft nun ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Klemmkörpers aus Kupferlegierung für elektrotechnische Schraubklemmen mit strukturierten Flächen im Hohlraum, die zur Anlage des elektrischen Leiters dienen, wobei die strukturierten Flächen durch Prägetechnik erzeugt wurden.
Die Anwendung des Herstellungsverfahren und die Vorrichtung werden beispielhaft in der 2 dargestellt. Die Vorrichtung 15 besteht aus einem Prägewerkzeug 16 das sich in 2 in der Öffnung 3 des Hohlraumes 4 des Klemmkörpers 1 und der Prägeposition 18, befindet. Das Prägewerkzeug 16 besitzt an der unteren Seite, der Bodenfläche 5 des Klemmkörpers 1 zugewandten Seite, eine Struktur 17. In der Öffnung 2 des Klemmkörpers 1, die zur Aufnahme der Klemmschraube dient, befindet sich ein Druckdorn 19 der senkrecht auf das Prägewerkzeug 16 drückt. Bei der Druckkraftübertragung vom Druckdorn 19 auf das Prägewerkzeug 16 wird die im Prägewerkzeug 16 enthaltene Struktur 17 in eine oder mehrere Innenflächen des Hohlraumes 4 abgebildet. In dem Beispiel der 2 in die schrägen Flächen 6, 6'. Die Übertragung der Struktur 17 des Prägewerkzeuges 16 in die Flächen 6, 6' kann durch Drücken, Schlagen, Hämmern oder Treiben erfolgen. Der Druckdorn 19 kann, somit, mit unterschiedlichen technischen Verfahren auf das Prägewerkzeug 16 einwirken. Nach der Übertragung der Struktur 17 in die Flächen des Hohlraumes 4 wird der Klemmkörper 1 aus der nicht dargestellten Spannvorrichtung ausgeworfen. Ein so hergestellter Klemmkörper wird in 4 aufgezeigt.
Wie der 3 zu entnehmen ist, kann die Strukturierung 9 der Innenflächen des Klemmkörpers 1 auch durch die Schlagtechnik erfolgen. Der Druckdorn 19 ist dann selbst Träger einer Prägestruktur 17 und dient als Prägestempel 20, wodurch das Prägewerkzeug 16 entfällt. Der Prägestempel 20 wird durch die Öffnung 2 geführt und erzeugt durch die Schlagtechnik an den schrägen Flächen 6, 6' der Bodenfläche 5 und je nach Bedarf auch an den Seitenflächen 7, 7' eine Vertiefung 11. Der Klemmkörper 1 ist dazu in einer Spannvorrichtung (nicht dargestellt), gegenüber der senkrechten Achse 23 des Prägestempels 20, um einige Winkelgrade geneigt, angeordnet. Die Neigung 24 kann zwischen 0 Grad bis 10 Grad variieren. Vorteilhafterweise kann aber auch der Prägestempel 20 unter dem vorgenannten Neigungswinkel 24, gegenüber der senkrechten Achse 23, durch die Öffnung 2 in den Hohlraum 4 des Klemmkörpers 1, eingeführt werden. Der Neigungswinkel 24 bewirkt, das erst die Innenseite(1) 21, des Hohlraumes 4 mit den Flächen 5, 6, 7 strukturiert wird und dann durch Schwenken des Prägestempels 20 oder der Spannvorrichtung die Innenseite(2) 22, des Hohlraumes 4 mit den Flächen 5, 6', 7'. Bei diesem Verfahren der Strukturierung der Innenflächen kann das Material des Klemmkörpers 1 auch getrieben werden, indem der Prägestempel 20 mit einer hohen Schlagfolge von der Seite(1) zur Seite(2) geführt wird.
Ein mit dem Herstellverfahren und Vorrichtung nach 2 erzeugter Klemmkörper zeigt 4. Im Prinzip ist der aus einer Kupferlegierung bestehende Klemmkörper 1 ein geometrischer Hohlkörper, der aus vier Wänden besteht. Bestehend aus zwei senkrechten Seitenwänden 12, einer oberen Wand 13 in der sich die Öffnung 2 für eine Klemmschraube (nicht dargestellt) befindet, und einer der oberen Wand 13 gegenüberliegende Bodenwand 14 die senkrecht zu den Seitenwänden 12 verläuft. Alle Wände sind miteinander einstückig verbunden. Die Außenform des Klemmkörpers 1 kann im Bodenbereich 14 unterschiedliche Dicke 28 und Kontur 27 annehmen. In der Mitte des Klemmkörpers 1 befindet sich ein Hohlraum 4 der von zwei Seiten durch Öffnungen 3, die sich an der vorderen Stirnseite 29 und der hinteren Stirnseite 30 befinden, zugänglich ist und durch Innenflächen gebildet wird. Der Hohlraum 4 dient zur Aufnahme eines elektrischen Leiters (nicht dargestellt) und besitzt zur Klemmung und Kontaktierung des elektrischen Leiters verschiedene Anlage- und Kontaktflächen. Zwei Anlageflächen 7, 7' verlaufen parallel zu den senkrechten Seitenwänden 12. Die Anlagefläche des Bodens 5 steht senkrecht auf den Anlageflächen der Seiten 7, 7'. Zur Erhöhung der Kontaktierung des elektrischen Leiters mit den Anlageflächen des Hohlraumes 4 sind zwei weitere schräge Anlageflächen 6, 6' zwischen der Bodenfläche 5 und den Seitenflächen 7, 7' angeordnet. Die schrägen Flächen 6, 6' verbinden die Bodenfläche 5 mit den Seitenflächen 7, 7' in etwa unter einem Winkel von 45 Grad. Zur Steigerung der Klemmwirkung wurde die schräge Fläche 6, 6' durch ein Prägewerkzeug 16 strukturiert. Die Prägestempelstruktur 17 des Prägewerkzeuges 16 erzeugt in der schrägen Fläche 6, 6' eine Struktur 9. Diese Struktur 9 ist beispielhaft als Vertiefung 11 ausgeführt und wird auch als Sicke bezeichnet. Auch die Herstellung mehrerer Sicken 11 in einer schrägen Fläche 6, 6' ist denkbar.
Die Struktur 17 des Prägewerkzeuges 16 kann in der schrägen Fläche 6, 6' auch eine Erhöhung in Form einer balligen Erhebung 25, siehe hierzu 5, erzeugen. Auch eine Kombination von Vertiefungen 11 und balligen Erhebungen 25 als Struktur 9 in den schrägen Flächen 6, 6' zur weiteren Steigerung der Klemmwirkung für elektrische Leiter vor allen in speziellen Anwendungen kann hergestellt werden. Diese strukturierte Ausführungsform kann der 6 entnommen werden. Durch ein aneinanderreihen von balligen Erhebungen 25 und Vertiefungen 11 ergeben sich wellige Strukturen in den schrägen Flächen 6, 6', wobei vorteilhafterweise das in den Vertiefungen 11 verdrängte Material zur Erhöhung der balligen Erhebungen 25 verwendet werden kann. Auch die Strukturierung der Seitenflächen 7, 7' vorteilhafterweise mit Mikrostrukturen 26 ist durch Anwendung der Prägetechnik möglich, wobei die Mikrostrukturentiefe im Mikrometer bis zehntel Millimeter Bereich liegen kann. Hierzu braucht der Klemmkörper 1 nur, um 90 Grad gedreht, dem Prägewerkzeug 16 zugeführt und wie zuvor mit einem der beschrieben Verfahren strukturiert werden, wobei der Druckdorn 19 nicht durch die Öffnung 2 geführt wird, sondern an der vorderen Stirnfläche 29 des Klemmkörpers 1 entlang bis auf das Prägewerkzeug 16, welches aus dem Hohlraum 4 hervorsteht.

Claims

Verfahren zur Bildung einer Struktur an zumindest einer Innenfläche einer der miteinander einstückigen, einen Hohlraum umschließenden Wände eines metallenen Klemmkörpers für eine Schraubklemme, wobei in einer der Klemmkörper-Wände eine erste Öffnung für die Klemmschraube und stirnseitig am Klemmkörper zweite Öffnungen vorhanden sind, von denen zumindest eine als Leitereinführöffnung dient, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine der Öffnungen des Klemmkörpers ein Prägewerkzeug in den Klemmkörper-Hohlraum eingeführt und in Richtung der mit der Struktur zu versehenden Innenfläche der betreffenden Klemmkörper-Wand mit einem für die Strukturierung erforderlichen Druck beaufschlagt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Prägewerkzeug durch die erste, für die Klemmschraube bestimmte Öffnung in den Klemmkörper-Hohlraum eingeführt und unmittelbar mit dem für die Strukturierung erforderlichen Druck beaufschlagt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Prägewerkzeug durch eine der stirnseitigen Öffnungen am Klemmkörper in dessen Hohlraum eingeführt und mittels eines durch die erste Öffnung für die Klemmschraube in der betreffenden Klemmkörper-Wand hindurchgeführten Druckdorns beaufschlagt wird.