DE102015226057A1

DE102015226057A1 - Crimpverbindung sowie Verfahren zur Herstellung einer Crimpverbindung und Amboss für ein Crimpwerkzeug

Info

Publication number: DE102015226057A1
Application number: DE102015226057.7A
Authority: DE
Inventors: Frank Beuscher; Bernd Schneider
Original assignee: Leoni Bordnetz Systeme GmbH
Current assignee: Leoni Bordnetz Systeme GmbH
Priority date: 2015-12-18
Filing date: 2015-12-18
Publication date: 2017-06-22

Abstract

Die Crimpverbindung (2) zwischen einem sich in Längsrichtung (14) erstreckenden Leiter (4) und einem Crimpelement (6) ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Crimpboden (22) des Crimpelements (6) eine nach außen ausgewölbte und sich in Längsrichtung (14) erstreckende Struktur (20) aufweist, welche eine in Längsrichtung (14) verändernde Querschnittsgeometrie aufweist, sodass in Längsrichtung (14) funktional unterschiedliche Crimpzonen (A, B, C) für den Leiter (4) ausgebildet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Crimpverbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Crimpverbindung sowie einen Amboss für ein Crimpwerkzeug zur Durchführung dieses Verfahrens.
Die Crimptechnologie ist eine häufig eingesetzte Technologie zur Kontaktierung eines elektrischen Leiters mit einem Kontaktelement. Bei der Crimptechnologie handelt es sich um eine kostengünstige Prozesstechnologie. Sie wird insbesondere auch im Bereich der Kraftfahrzeugtechnologie eingesetzt.
Zur Ausbildung einer herkömmlichen Crimpverbindung zwischen einem sich in einer Längsrichtung erstreckenden Leiter und einem Crimpelement wird das Crimpelement mithilfe eines Crimpwerkzeugs klemmend mit einem Ende des Leiters verbunden. Das Crimpelement weist hierzu üblicherweise einen Crimpboden sowie seitliche Crimpflanken auf, welche mithilfe des Crimpwerkzeugs um den Leiter herum gebogen werden. Zur Ausbildung der Crimpverbindung wird das Crimpelement mit dem darauf befindlichen Leiter üblicherweise zwischen einem Amboss und einem Crimpstempel eines Crimpwerkzeugs eingelegt und anschließend verpresst. Der Crimpstempel sowie der Amboss sind dabei geeignet geformt, um die gewünschte Umformung des Crimpelements, also das Umbiegen der seitlichen Crimpflanken zu ermöglichen.
Eine derartige Crimpverbindung muss insbesondere sowohl elektrischen Anforderungen, speziell im Hinblick auf eine hohe Kontaktsicherheit sowie auch mechanischen Anforderungen beispielsweise im Hinblick auf eine hohe Auszugssicherheit standhalten.
Dies ist bei herkömmlichen Leitermaterialien, typischerweise Kupfer, mit den herkömmlichen Crimptechnologien gewährleistet. Bei neuartigen Leiterwerkstoffen, beispielsweise bei Aluminium-Werkstoffen, lässt sich die herkömmliche Crimptechnologie jedoch nicht mehr ohne Weiteres einsetzen. Dies würde sowohl zu schlechteren Kontaktwiderständen als auch zu einer unzureichenden mechanischen Auszugsfestigkeit führen. Insbesondere können derartige Problem nach einer gewissen Alterung verstärkt auftreten. Diese Probleme rühren insbesondere von den Eigenschaften des Aluminiumwerkstoffes her, welcher an der Oberfläche eine Oxidschicht ausbildet, die zu erhöhten Kontaktwiderständen führt. Auch neigt Aluminium im Vergleich zu Kupfer mehr zum Fließen, sodass die Auszugsfestigkeit im Laufe der Zeit nachlassen kann.
Um den unterschiedlichen elektrischen sowie mechanischen Anforderungen gerecht zu werden ist es bekannt, ein Crimpelement mit unterschiedlichen Zonen auszubilden, welche zum Einen im Hinblick auf die elektrischen Eigenschaften und zum Anderen im Hinblick auf die mechanischen Eigenschaften optimiert sind. Häufig weist das Crimpelement einen Bereich auf, welcher nachfolgend als Ader-Crimpzone bezeichnet wird, in dem für eine hohe mechanische Auszugssicherheit die gesamte Ader, also der mit einer Isolierung (Adermantel) versehene Leiter im Bereich der Isolierung gecrimpt wird..
Im Hinblick auf das Problem der Ausbildung der Oxidschichten bei Aluminium wird beispielsweise eine Löt- oder Schweißverbindung ausgebildet. Insbesondere wird hierbei als Vermittler Zinn eingesetzt. Die einzelnen Litzendrähte des Leiters können dabei mit einer Zinnbeschichtung versehen sein.
Aus der DE 10 2011 119 A1 ist ein Aluminiumkabel zu entnehmen, bei dem endseitig an den Leiter ein Adapterbolzen befestigt ist, welcher in einem vorderen Crimpbereich eines Crimpelements gecrimpt ist. in einem rückwärtigen Teilbereich weist das Crimpelement eine weitere Ader-Crimpzone auf, in der die Crimpflanken den Adermantel umfassen.
Teilweise ist es erforderlich, dass der Crimpstempel für die unterschiedlichen Crimpzonen speziell angepasst wird, was jedoch dazu führt, dass herkömmliche Prozessüberwachungssysteme, wie beispielsweise eine Crimpkraftüberwachung, nur noch bedingt einsetzbar ist.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Crimpverbindung sowie ein Verfahren zur Ausbildung derselben anzugeben, welches insbesondere den Einsatz von herkömmlichen Crimptechnologien und Prozessüberwachungssystemen erlaubt.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch eine Crimpverbindung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Crimpverbindung mit den Merkmalen des Anspruchs 13 sowie durch einen Amboss mit den Merkmalen des Anspruchs 15. Die im Hinblick auf die Crimpverbindung aufgeführten Vorteile und bevorzugten Ausgestaltungen sind sinngemäß auch auf das Verfahren sowie den Ambos zu übertragen und umgekehrt.
Die Crimpverbindung ist zwischen einem sich in einer Längsrichtung erstreckenden Leiter und einem Crimpelement ausgebildet, wobei das Crimpelement einen Crimpboden sowie seitliche Crimpflanken aufweist, die den Leiter in einem Leiter-Crimpbereich klemmend umschließen. Der Crimpboden weist nun eine insbesondere nach außen ausgewölbte und sich in Längsrichtung erstreckende, stegartige Struktur auf, welche eine innerhalb des Leiter-Crimpbereichs sich in Längsrichtung verändernde Querschnittsgeometrie aufweist. Durch diese verändernde Querschnittsgeometrie sind in Längsrichtung des Leiter-Crimpbereichs funktional unterschiedliche Crimpzonen für den Leiter ausgebildet. Durch diese funktional unterschiedlichen Crimpzonen werden also unterschiedliche Anforderungen insbesondere einerseits im Hinblick auf die elektrische Kontaktsicherheit sowie andererseits auf die mechanische Auszugssicherheit in vorteilhafter Weise erfüllt.
Unter Leiter-Crimpbereich wird allgemein der Bereich der Crimpverbindung verstanden, in dem der Leiter der unmittelbar, also ohne Zwischenlage einer Aderisolierung, in Kontakt mit dem Crimpelement kommt und von diesem daher geklemmt ist.
Bei dem Leiter handelt es sich insbesondere um einen Litzenleiter, welcher also eine Vielzahl von einzelnen Litzendrähten aufweist, die typischerweise miteinander verseilt sind. Bei dem Werkstoff für den Leiter handelt es sich vorzugsweise um einen von Kupfer verschiedenen Werkstoff, insbesondere um einen Leichtmetallwerkstoff, speziell um einen Aluminiumwerkstoff. Dies ist beispielsweise reines Aluminium und insbesondere eine Aluminiumlegierung. Bei den einzelnen Litzendrähten handelt es sich vorzugsweise um beschichtete Leiterwerkstoffe, beispielsweise verzinnte Aluminiumdrähte. Dies dient zur weiteren Erhöhung der Kontaktsicherheit.
Die Crimpverbindung wird speziell für ein Bordnetz eines Kraftfahrzeugs eingesetzt. Im Zuge von Leichtbaumaßnahmen werden herkömmliche Kupferleitungen zusehends durch Aluminiumleitungen ersetzt. Bei dem Leiter handelt es sich insbesondere um einen von einer Isolierung (Adermantel) umgebenen (Litzen-)Leiter. Dieser bildet zusammen mit der Isolierung eine Ader. Der Leiter selbst weist dabei beispielsweise eine Querschnittsfläche im Bereich zwischen 0,5 mm² und 1,5 mm² (bei der Verwendung von Aluminium) auf. Das hier beschriebene Konzept ist jedoch nicht auf diese Leitungsdurchmesser beschränkt. Speziell handelt es sich bei dem Leiter um einen beispielsweise 0,75 mm² großen Aluminiumleiter, welcher einen herkömmlichen Kupferleiter mit 0,35 mm² oder 0,5 mm² ersetzt. Die Leitungen sind jedoch nicht auf diese Größen beschränkt.
Die spezielle Ausgestaltung mit der am Crimpboden ausgebildeten und sich in Längsrichtung erstreckenden Struktur wird verfahrenstechnisch durch eine spezielle Ausgestaltung eines Ambosses erreicht. Korrespondierend zu der Struktur am Crimpelement bei der fertigen Crimpverbindung weist auch der Amboss eine sich in Längsrichtung erstreckende Struktur auf, die insbesondere als eine nutartige Vertiefung mit sich in Längsrichtung veränderter Querschnittsgeometrie ausgebildet ist. Beim Ausbilden der Crimpverbindung, bei der ein Crimpstempel gegen den Amboss (unter Zwischenlage des Crimpelements sowie des Leiters) verfahren wird, wird der Boden des Crimpelements gegen die Struktur gepresst, sodass sich der Crimpboden entsprechend der in den Amboss eingeformten Struktur verformt. Bei der bevorzugten Ausführungsvariante der Vertiefung im Amboss wird daher die stegförmige, nach außen gerichtete Auswölbung im Crimpboden erzeugt. Korrespondierend wird auch der (Litzen-)Leiter verformt und ein Teilbereich des Leiters wird insbesondere in den ausgewölbten Teilbereich hineingepresst.
Durch die unterschiedlichen Geometrien dieser Struktur werden nunmehr in einfacher Weise Zonen mit unterschiedlichen Crimpeigenschaften ausgebildet. Der besondere Vorteil dieses neuartigen Herstellungsverfahrens ist darin zu sehen, dass lediglich auf Seiten des Ambosses Änderungen vorgenommen sind. Spezielle Anpassungen beispielsweise des Crimpelements und/oder des Crimpstempels sind nicht erforderlich und insbesondere auch nicht vorgesehen. Es brauchen daher nicht notwendigerweise speziell vorgeformte Crimpelemente verwendet werden, die beispielsweise bereits mit Rippen oder Rillen ausgebildet sind..
Zweckdienlicherweise erstreckt sich dabei die Struktur durchgehend und unterbrechungsfrei von einem ersten zu einem zweiten Ende und weist insbesondere selbst keine zusätzlichen Querstrukturen wie zusätzliche Rippen oder Nuten auf.
Vorzugsweise weist der Leiter in den verschiedenen Crimpzonen des Leiter-Crimpbereichs eine unterschiedliche Verdichtung, also eine unterschiedliche Komprimierung auf. Über die verschiedenen Komprimierungen können die elektrischen sowie mechanischen Eigenschaften in den verschiedenen Zonen in gewünschter Weise eingestellt werden. Die unterschiedlichen Verdichtungen werden dabei durch die unterschiedlichen Geometriefaktoren der Struktur in den verschiedenen Crimpzonen eingestellt. Durch diese Maßnahmen lassen sich funktional verschieden Crimpzonen ausbilden.
Vorzugsweise wird allgemein durch die nutartige Vertiefung in Längsrichtung ein höherer Verpressungsgrad des Leiters im Vergleich zu Crimpzonen mit keiner Nut oder einer geringeren Nuttiefe erreicht. Dies resultiert daher, dass die nach beim Crimpvorgang umgeformten (eingerollten) Crimpflanken in den Crimpzonen mit der Nut weiter in Richtung zu einem Boden des Crimpelements gebogen werden als in einer Crimpzone ohne Nut.
Insbesondere um dies zu erreichen ist die Struktur weiterhin allgemein in etwa mittig platziert, und zwar derart, dass bei der fertigen Crimpverbindung die Enden der Crimpflanken gegenüberliegend zur Struktur enden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist dabei in Längsrichtung betrachtet an einem stirnseitigen vorderen Ende des Leiters eine Crimpzone mit der höchsten Verdichtung ausgebildet. Hierdurch wird ein möglichst dichtes Zusammenpressen der einzelnen Litzendrähte des Litzenleiters an der Stirnseite erzielt, um dort beispielsweise den Eintritt von Medien in die Zwischenräume der Litzenleiter möglichst zu vermeiden. Herstellungstechnisch wird dies dadurch erreicht, dass in dieser vordersten Crimpzone mit der höchsten Verdichung die Querschnittsfläche der Vertiefung am geringsten ist bzw. in den Boden des Ambosses gar keine Vertiefung mehr eingebracht ist. D.h. die Vertiefung endet innerhalb der Fläche des Bodens des Ambosses, sodass in einem vorderen Bereich des Ambosses eine maximale Verdichtung erzielt wird.
Die Struktur, also insbesondere die Auswölbung im Falle der fertigen Crimpverbindung und die Vertiefung im Falle des Ambosses, endet daher in bevorzugter Ausgestaltung beabstandet von einem vorderen Ende des Crimpelements bzw. des Ambosses.
Ergänzend ist weiterhin eine Auszugssicherungs-Crimpzone mit erhöhter Auszugssicherheit ausgebildet, bei der die Querschnittsfläche der Struktur gegenüber einer benachbarten Crimpzone im Leiter-Crimpbereich verbreitert ist. Diese Auszugssicherungs-Crimpzone ist dabei bevorzugt endseitig des Leiter-Crimpbereichs und insbesondere gegenüberliegend zu der stirnendseitigen Crimpzone mit der höchsten Verdichtung ausgebildet.
Weiterhin läuft die Struktur vorzugsweise an einem Ende des Leiter-Crimpbereichs frei aus, insbesondere an dessem rückwärtigen Ende, sodass im rückwärtigen Endbereich eine Zone geringerer Verdichtung ausgebildet ist. Unter frei auslaufen wird allgemein verstanden, dass die Struktur nicht z.B. durch ein Querelement begrenzt ist. Im Falle des Ambosses verläuft die Vertiefung und im Falle der Crimpverbindug die Auswölbung daher bis zum Ende des Leiter-Crimpbereches.
In bevorzugter Ausgestaltung schließt sich an den Leiter-Crimpbereich rückwärtig noch eine Ader-Crimpzone an, an der der Leiter zusammen mit einer Aderisolierung gecrimpt wird. Dies dient zur weiteren Erhöhung der Auszugssicherheit.
Aufgrund des vergrößerten Durchmessers im Bereich der Isolierung weist der Amboss in der Ader-Crimpzone einen Boden auf, der im Vergleich zum Boden im Leiter-Crimpbereich einen Höhenversatz aufweist. Durch die frei auslaufende Vertiefung im rückwärtigen Teilbereich, also im Übergang vom Leiter-Crimpbereich zur Ader-Crimpzone führt dies nunmehr in vorteilhafter Weise dazu, dass der Leiter im Übergang zwischen dem Leiter-Crimpbereich und der Ader-Crimpzone mit der Aderisolierung eine gewisse formschlüssige Verbindung durch Ausbildung einer Stufe ausbildet, sodass insgesamt die Auszugssicherheit erhöht ist.
Insgesamt weist daher der Leiter-Crimpbereich zumindest zwei und vorzugsweise genau drei Crimpzonen mit unterschiedlichen Querschnittsgeometrien auf. Dies ist insbesondere eine vorderste Crimpzone mit einer höchsten Verdichtung, eine mittlere Crimpzone mit mittlerer Verdichtung, sowie ein rückwärtige (Auszugssicherungs-)Crimpzone mit geringster Verdichtung.
Die Geometrieveränderung zwischen den einzelnen Crimpzonen erfolgt dabei gemäß einer ersten Ausführungsvariante vorzugsweise kontinuierlich, und insbesondere konisch. Allgemein erfolgt der Übergang zwischen zwei Crimpzonen stufenfrei. Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante kann ein geknickter Übergang vorgesehen sein. Vorzugsweise sind jedoch gerundete Übergänge ausgebildet, sodass die mechanische Belastung beim Umformen möglichst gering ist und keine Spannungsspitzen weder im Material des Crimpelements noch bei den einzelnen Litzendrähten erzeugt werden.
In bevorzugter Ausgestaltung sind die Crimpzonen in Aufsicht betrachtet wahlweise rechteckförmig, trapezförmig oder auch mit einer bogenförmigen Kontur, beispielsweise einer teil-elliptischen oder teil-kreisförmigen Kontur ausgebildet.
In bevorzugter Ausgestaltung sind weiterhin die Querschnittsprofile in den unterschiedlichen Crimpzonen wahlweise trapezförmig, rechteckförmig oder auch konkav gewölbt ausgebildet.
Allgemein variieren zwischen den unterschiedlichen Crimpzonen eine Strukturhöhe und/oder eine Strukturbreite. Die Strukturhöhe entspricht dabei im Falle des Ambosses einer Nuttiefe der eingebrachten Vertiefung. Zweckdienlicherweise ist die Strukturhöhe geringer als die Strukturbreite.
Vorzugsweise liegt die Strukturhöhe allgemein im Bereich von 0,1 mm bis 0,3 mm und liegt insbesondere zwischen 0,15 mm und 0,2 mm. Zweckdienlicherweise ist die Strukturhöhe über die gesamte Länge der Struktur gleichbleibend und die Struktur weist lediglich eine variierende Strukturbreite auf. Die Strukturtiefe ist dabei jeweils auf eine größte Tiefe innerhalb einer Crimpzone bezogen.
Weiterhin liegt die Strukturbreite im Bereich zwischen 0,2 mm bis 1,5 mm und insbesondere im Bereich zwischen 0,3 mm bis 0,6 mm oder im Bereich von 0,5mm bis 1,0mm. Die Strukturbreite wird ist dabei jeweils auf die größte Breite innerhalb einer jeweiligen Crimpzone bezogen.
Mit einem entsprechend speziell ausgebildeten Amboss lässt sich eine derartige Crimpverbindung mit unterschiedlichen Crimpzonen ausgestalten, ohne dass weitere Anpassungen am Crimpwerkzeug vorgenommen werden müssen. Insbesondere weist der Crimpstempel eine über die Länge des Leiter-Crimpbereichs gleichbleibende Stempelkontur auf. Es ist daher keine spezielle Anpassung des Crimpstempels erforderlich. Im Hinblick auf verschiedene zu crimpende Leiter braucht daher im Bedarfsfall lediglich der Amboss in an sich bekannter Weise ausgetauscht zu werden. Der Crimpstempel und die sonstigen Teile des üblicherweise automatisierten Crimpwerkzeuges können daher unverändert bleiben. Eine Umrüstung auf unterschiedliche Leiter erfolgt daher vorzugsweise lediglich durch Austausch des Ambosses. Wegen der Anforderungen an die technische Sauberkeit kann bei der Umrüstung ggf. eine Reinigung der Werkzeuge vorgenommen werden.
Dieser weist üblicherweise einen in etwa konkav gekrümmten Boden auf, in dem die Struktur, insbesondere die Vertiefung, eingebracht ist.
In bevorzugter Ausgestaltung kann dabei der Amboss zweiteilig ausgebildet sein, wobei ein vorderer Teilbereich den Leiter-Crimpbereich und ein rückwärtiger Teilbereich die Ader-Crimpzone bereitstellt. Die beiden Teile des Ambosses lassen sich beispielsweise formschlüssig ineinander stecken oder in sonstiger Weise aneinander befestigen. Alternativ ist der Amboss einstückig ausgebildet.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Diese zeigen teilweise in vereinfachten Darstellungen:
1 eine seitliche Darstellung nach Art einer Querschnittsdarstellung einer Crimpverbindung zwischen einem Litzenleiter und einem Crimpelement,
2A bis 2C Querschnittsdarstellungen des in einem Leiter-Crimpbereich gecrimpten Leiters entlang der in 1 dargestellten Schnittzonen A, B, C,
3 eine perspektivische Darstellung eines Ambosses eines Crimpwerkzeugs,
4 eine ausschnittsweise Stirnansicht in Längsrichtung auf den Amboss gemäß 3
5 eine Seitenansicht auf einen Crimpstempel,
6A bis 6E Aufsichten auf unterschiedliche Geometrien einer als Vertiefung in den Amboss eingebrachten Struktur sowie
7A bis 7C unterschiedliche Profile der ein den Amboss eingebrachten Struktur.
In den Figuren sind gleich wirkende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Dabei werden funktional gleich wirkende Elemente bei der Crimpverbindung und dem Amboss ebenfalls mit den gleichen Bezugszeichen versehen, wobei das Bezugszeichen für den Amboss jeweils mit einem Strich versehen ist.
Die in der 1 dargestellte Crimpverbindung 2 ist zwischen einem Leiter 4, insbesondere einem Litzenleiter und einem Crimpelement 6 ausgebildet. In einem rückwärtigen Bereich ist der Leiter 4 von einer Aderisolierung 8 umgeben. In einem vorderen Bereich ist der Leiter 4 abisoliert.
Die Crimpverbindung 2 wird mithilfe eines Crimpwerkzeugs ausgebildet, welches als wesentliches Element den in 3 dargestellten Amboss 10 aufweist, und das weiterhin einen Crimpstempel 12 aufweist, wie er beispielsweise in der 5 dargestellt ist.
Das Crimpelement 6 sowie der Amboss 10 erstrecken sich jeweils in Längsrichtung 14 (vgl. 1, 3).
Das Crimpelement 6 sowie der Amboss 10 weisen jeweils einen vorderen Leiter-Crimpbereich 16, 16‘ sowie einen sich daran in rückwärtiger Richtung entgegen der Längsrichtung 14 anschließende Ader-Crimpzone 18, 18‘ auf. In dieser ist der Leiter 4 zusammen mit der Aderisolierung 8 geklemmt.
Im Leiter-Crimpbereich 16, 16‘ ist eine Struktur 20, 20‘ ausgebildet, welche im Falle der Crimpverbindung 2 als eine langgestreckte, nach außen gerichtete Auswölbung und im Falle des Ambosses 10 als in Längsrichtung langgestreckte Vertiefung ausgebildet ist. Die Vertiefung ist dabei in einem Boden 22‘ des Ambosses 10 eingebracht, welcher üblicherweise leicht konkav gewölbt ist (vgl. hierzu auch 4). Die Struktur 20, 20‘ erstreckt sich von einem rückwärtigen Ende 24, 24‘ des Leiter-Crimpbereichs 16, 16‘ und endet innerhalb eines Bodens 22, 22‘, also beabstandet von einem vorderen Ende 26, 26‘ des Leiter-Crimpbereichs 16, 16‘.
Im Ausführungsbeispiel weist die Struktur 20, 20‘ zwei Teilbereiche auf, nämlich einen mittleren Teilbereich mit in Aufsicht betrachtet in etwa rechteckförmiger Querschnittsfläche, vorzugsweise mit gerundeter vorderen Stirnseite. An diesen mittleren Bereich schließt sich ein rückwärtiger Bereich an, welcher insbesondere als ein sich entgegen der Längsrichtung 14 konisch erweiternder Bereich ausgebildet ist.
Durch diese Ausgestaltung sind insgesamt im Leiter-Crimpbereich 16, 16‘ drei unterschiedliche Crimpzonen A, B, C ausgebildet. Diese unterschiedlichen Crimpzonen A, B, C unterscheiden sich dabei insbesondere im Hinblick auf die Verdichtung des Leiters 4. Erreicht wird dies durch die unterschiedlichen Querschnittsgeometrien der Struktur 20, 20‘.
Die 2A, 2B, 2C zeigen Querschnittsdarstellungen des vercrimpten Leiters 4 in den unterschiedlichen Crimpzonen A, B, C, wobei die 2A die Querschnittsdarstellung in der Crimpzone A, die 2B die Querschnittsdarstellung in der Crimpzone B und die 2C die Querschnittsdarstellung der Crimpzone C darstellt.
Gut zu erkennen ist hierbei, dass das Crimpelement einen Boden 22 mit der nach Art einer Auswölbung ausgebildeten Struktur 20, 20‘ aufweist. An diesen Boden 22 schließen sich beidseitig jeweils eine Crimpflanke 28 an, welche beim Crimpprozess umgebogen und im oberen Bereich bogenförmig zusammengebogen werden. Diese Formgebung erfolgt durch die spezielle Ausgestaltung der Querschnittskontur des Crimpstempels 12, wie sie beispielsweise aus der 5 ansatzweise zu entnehmen ist. Der Crimpstempel 12 weist zwei seitliche Umformbereiche auf, die oben unter Ausbildung zweier Bögen aufeinander zulaufen und dadurch die aus den 2A bis 2C zu entnehmende doppelbogenförmige Kontur der Endstücke der Crimpflanken 28 hervorruft.
Wie aus den Querschnittsdarstellungen zu entnehmen ist, ist in den Crimpzonen B, C die Struktur 20 im Boden 22 nach Art einer Auswölbung ausgebildet, wohingegen in der Crimpzone A keine Struktur 20 ausgebildet ist und hier der Boden 22 im Wesentlichen flach mit lediglich einer leicht konvexen Wölbung ausgebildet ist. Dies führt dazu, dass in den Crimpzonen B, C die Enden der Crimpflanken 28 weiter in Richtung zum Boden 20 zugebogen sind, wodurch in diesen Crimpzonen eine höhere Verdichtung der einzelnen Litzendrähte des Leiters 4 erreicht ist.
Die hier dargestellte Crimpverbindung 2 weist als Leiter 4 insbesondere einen Aluminium-Litzenleiter mit einer Querschnittsfläche von beispielsweise 0,5 bis 1,5 mm² und vorzugsweise von 0,75 mm² auf.
Im Ausführungsbeispiel weist die eingebrachte Struktur 20, 20‘ eine Strukturlänge l, l‘ von wenigen Millimetern, vorzugsweise von 1,5 bis 3 mm und insbesondere von etwa 2 mm auf. Die Gesamtlänge des Leiter-Crimpbereichs 16, 16‘ liegt bei etwa 0,5 bis 1 mm darüber.
Weiterhin weist die Struktur 20, 20‘ eine Strukturhöhe h, h‘ auf, welche im Bereich von 0,1 mm bis 0,3 mm und insbesondere zwischen 0,15 mm und 0,2 mm liegt. Im Fall des Ambosses entspricht dies der Tiefe der nutartigen Vertiefung der Struktur 20, 20‘. Schließlich weist die Struktur 20, 20´ noch eine Strukturbreite b, b‘ auf, die vorzugsweise im Bereich zwischen 0,2 mm bis 1,5 mm und insbesondere im Bereich zwischen 0,3 mm bis 0,6 mm oder im Bereich zwischen 0,5 mm bis 1,0 mm liegt.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel liegt die Strukturbreite b, b‘ in der mittleren Crimpzone B dabei im Bereich von 0,2 bis 0,4 mm und insbesondere im Bereich von 0,3 mm. In der rückwärtigen Crimpzone C ist die Strukturbreite b, b‘ demgegenüber verbreitert und liegt beispielsweise im Bereich zwischen 0,5 und 1,5 mm und insbesondere bei etwa 0,6 mm oder auch 1mm (gemessen an der breitesten Stelle).
Wie weiterhin aus der Seitendarstellung der 4 zu entnehmen ist, weist im Ausführungsbeispiel der 1, 3 die Struktur 20, 20‘ ein trapezförmiges Querschnittsprofil mit sich konisch erweiternden Seitenteilen auf. Die Seitenteile schließen zueinander etwa einen Winkel von 20° bis 45° und insbesondere von etwa 30° ein. Die Strukturbreite b‘ der beiden Crimpzonen B, C wird jeweils am Grund der Struktur 20, 20‘ gemessen.
Anhand der Seitenansicht der 4 ist weiterhin zu entnehmen, dass sowohl der Leiter-Crimpbereich 16, 16‘ als auch die Ader-Crimpzone 18, 18‘ einen konkav gewölbten Boden 22, 22‘ aufweist. Dabei liegt der Boden 22‘ der Ader-Crimpzone 18‘ etwas tiefer als der Strukturboden der Struktur 20, 20‘‘ der Crimpzone C am rückwärtigen Ende 24, 24‘, also im Übergangsbereich zwischen dem Leiter-Crimpbereich 16, 16‘ sowie der Ader-Crimpzone 18, 18‘.
Die Crimpzone C ist als eine Auszugssicherungs-Crimpzone ausgebildet. Hierfür maßgebend ist der geringe Verdichtungsgrad, da allgemein die erforderliche Auszugskraft vom Durchmesser bzw. der Querschnittsfläche der Litze abhängt. Typische erforderliche Auszugswerte liegen in dem hier interessierten Bereich von zwischen 60 bis 100 N, und insbesondere bei etwa 70 N.
Verstärkt wird diese Auszugskraft noch dadurch, dass die Struktur 20, 20‘ bis zum rückwärtigen Ende 24, 24‘ ausläuft, sodass im Übergangsbereich zu der Ader-Crimpzone 18, 18‘ quasi eine Stufe 30 (1) des Leiters 4 ausgebildet ist, sodass in gewisser Weise ein Formschluss zwischen Leiter 4 und Aderisolierung 8 entgegen der Längsrichtung 14 ausgebildet ist.
In den 6A bis 6E sind unterschiedliche Geometrievarianten für die Struktur 20, 20´ in Aufsicht dargestellt. Alle Varianten zeichnen sich dadurch aus, dass die Strukturbreite b, b‘ am rückwärtigen Ende 24 die größte Ausdehnung aufweist. In der 6A ist dabei die zu den 1 und 3 beschriebene Geometrie dargestellt. Die mittlere Crimpzone B erstreckt sich dabei über einen Großteil der Gesamtlänge des Leiter-Crimpbereichs 16, 16‘ und liegt beispielsweise im Bereich > 50%, insbesondere > 75%. Die Crimpzone B weist eine konstante Strukturbreite b‘ auf.
Bei der 6B ist im Unterschied zu der 6A die Crimpzone C ebenfalls rechteckförmig ausgebildet, wobei zwischen den beiden Crimpzonen B, C ein sich konisch erweiternder Übergangsbereich ausgebildet ist.
Schließlich ist die gesamte Struktur 20, 20‘ gemäß der 6C nach Art eines Trapezes mit sich zum rückwärtigen Ende 24‘ vergrößernder Strukturbreite b‘ ausgebildet.
Bei der Ausführungsvariante der 6D sind die Strukturzonen B,C alternierend angeordnet, wobei die Wandbereiche der Struktur 20, 20‘ wellenförmig verlaufen. Es wechseln sich hier also die Crimpzonen B, C mit variierender Strukturbreite b‘ und insbesondere auch mit variierendem Verdichtungsgrad für den Leiter 4 wechselweise ab.
Schließlich ist gemäß 6E eine Ausführungsvariante dargestellt, bei der in der Crimpzone C die Struktur 20‘ eine in etwa kreisförmige Geometrie aufweist, an die sich eine in etwa rechteckförmige, stegartige Crimpzone B anschließt. Bei der kreisartigen Struktur kann es sich auch um eine teilkreisartige Struktur handeln.
Die Struktur 20, 20‘ kann auch – wie in den 6D, 6E angedeutet – von dem rückwärtigen Ende 24‘ etwas beabstandet sein.
Schließlich sind in den 7A bis 7C noch unterschiedliche Varianten für die Profile der Struktur 20, 20‘ dargestellt. Gemäß 7A ist dabei ein trapezartiges Profil dargestellt mit sich erweiternden Trapezseiten. Gemäß 7B ist ebenfalls ein trapezartiges Profil ausgebildet, bei dem sich die Trapezseiten bogenförmig erweitern. Schließlich ist gemäß der 7C ein konkav gewölbte Profil dargestellt. Die unterschiedlichen Profile können auf die unterschiedlichen Crimpzonen A, B, C übertragen werden. Innerhalb einer jeweiligen Struktur 20, 20‘ werden unterschiedliche Profile für unterschiedlichen Crimpzonen A, B, C verwendet oder auch jeweils das gleiche Profil.
Die Übergänge zwischen den unterschiedlichen Crimpzonen A, B, C erfolgen allgemein vorzugsweise knick- und kantenfrei.
Die Struktur 20, 20‘ wird auf Seiten des Ambosses 10 vorzugsweise durch Fräsen oder allgemein durch spanende Bearbeitung eingebracht.
Zur Verbesserung der elektrischen Kontaktsicherheit, insbesondere der sogenannten Querstromtragfähigkeit, ist in bevorzugter Weiterbildung weiterhin eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Leiter und dem Crimpelement vorgesehen. Dies erfolgt vorzugsweise durch eine geeignete Erwärmung, beispielsweise zur Verschweißung und/oder zur Verlötung des Leiters mit dem Crimpelement.
Die Erwärmung erfolgt beispielsweise durch eine induktive Beheizung des Ambosses.
Für das Crimpelement wird vorzugsweise ein vom Leiter 4 verschiedener Werkstoff, insbesondere Kupfer oder eine Kupferlegierung verwendet. Eine gute Kontaktanbindung wird insbesondere durch einen Kontaktvermittler, insbesondere Zinn erreicht. Hierdurch wird insbesondere auch eine Kontaktkorrosion infolge der Verwendung von unterschiedlichen Materialen für den Leiter 4 und dem Crimpelement 6 vermieden.
Bezugszeichenliste

2: Crimpverbindung
4: Leiter
6: Crimpelement
8: Aderisolierung
10: Amboss
12: Crimpstempel
14: Längsrichtung
16, 16‘: Leiter-Crimpbereich
18, 18‘: Ader-Crimpzone
20, 20‘: Struktur
22, 22‘: Boden
24, 24‘: rückwärtiges Ende
26, 26‘: vorderes Ende
28: Crimpflanke
30: Stufe
A, B, C: Crimpzonen
b, b‘: Strukturbreite
h, h’: Strukturhöhe
l, l‘: Strukturlänge

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011119 A1 [0008]

Claims

Crimpverbindung (2) zwischen einem sich in einer Längsrichtung (14) erstreckenden Leiter (4) und einem Crimpelement (6), wobei das Crimpelement (6) einen Boden (22) sowie seitliche Crimpflanken (28) aufweist, die den Leiter (4) in einem Leiter-Crimpbereich (16) klemmend umschließen, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (22) eine insbesondere nach außen ausgewölbte und sich in Längsrichtung (14) erstreckende Struktur (20) aufweist, welche eine sich in Längsrichtung (14) verändernde Querschnittsgeometrie aufweist, so dass in Längsrichtung (14) funktional unterschiedliche Crimpzonen (A, B, C) für den Leiter (4) innerhalb des Leiter-Crimpbereichs (16) ausgebildet sind.
Crimpverbindung (2) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Struktur (20) durchgehend und unterbrechungsfrei ohne Querstrukturen wie Rippen oder Nuten erstreckt.
Crimpverbindung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Crimpzonen (A, B, C) sich durch eine unterschiedliche Verdichtung des Leiters (4) auszeichnen.
Crimpverbindung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Crimpzone (B, C) mit der Struktur (20) die Crimpflanken (28) weiter in Richtung zu einem Boden (22) des Crimpelements (6) eingezogen sind als in einer Crimpzone (A) ohne die Struktur (20), so dass hierdurch in den Crimpzonen (B, C) mit der Struktur (20) vorzugsweise eine höhere Verdichtung erzielt ist.
Crimpverbindung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Längsrichtung (14) betrachtet an einem stirnseitigen vorderen Ende (26) des Leiters (4) eine Crimpzone (A) mit der höchsten Verdichtung ausgebildet ist.
Crimpverbindung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auszugssicherungs-Crimpzone (C) mit erhöhter Auszugssicherheit ausgebildet ist, bei der die Querschnittsfläche der Struktur (20) gegenüber einer benachbarten Crimpzone (B) verbreitert ist, wobei diese Auszugssicherungs-Crimpzone (C) bevorzugt endseitig des Leiter-Crimpbereichs (16) ausgebildet ist.
Crimpverbindung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur (20) beabstandet von einem vorderen Ende (24) des Crimpelements (6) endet.
Crimpverbindung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur (20) an einem rückwärtigen Ende (26) des Leiter-Crimpbereichs (16) frei ausläuft.
Crimpverbindung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den Leiter-Crimpbereich (16) sich rückwärtig noch eine Ader-Crimpzone (18) anschließt, in der der Leiter (4) zusammen mit einer Aderisolierung (8) gecrimpt wird.
Crimpverbindung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei und vorzugsweise drei Crimpzonen (A, B, C) im Leiter-Crimpbereich (16) ausgebildet sind.
Crimpverbindung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur (26) in der einen Crimpzone (C) sich kontinuierlich, insbesondere konisch, zur benachbarten Crimpzone (B) verändert.
Crimpverbindung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Aufsicht betrachtet die Struktur (20) rechteckförmig, trapezförmig oder bogenförmig ist.
Crimpverbindung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Strukturhöhe im Bereich von 0,1mm bis 0,3mm und insbesondere zwischen 0,15mm und 0,2mm liegt und / oder, dass eine Strukturbreite im Bereich von 0,2mm bis 1,5mm, insbesondere im Bereich zwischen 0,3mm bis 0,6mm oder im Bereich zwischen 0,5mm bis 1mm liegt.
Verfahren zur Herstellung einer Crimpverbindung (2) zwischen einem sich in einer Längsrichtung (14) erstreckenden Leiter (4) und einem Crimpelement (6) mit Hilfe eines Crimpwerkzeuges, welches einen Crimpstempel (12) sowie einen Amboss (10) aufweist, wobei das Crimpelement (6) auf den Amboss (10) zusammen mit dem Leiter (4) aufgelegt wird und anschließend der Crimpstempel (12) gegen den Amboss (10) verfährt, so dass in einem Leiter-Crimpbereich (16) die Crimpverbindung (2) ausgebildet wird, indem seitliche Crimpflanken (28) des Crimpelements (6) mit Hilfe des Crimpstempels (12) aufeinander zu gebogen werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Amboss (10) eine sich in Längsrichtung (14) erstreckende Struktur (20´), insbesondere eine nutartige Vertiefung mit sich in Längsrichtung (14) verändernder Querschnittsgeometrie aufweist, so dass in Längsrichtung (14) funktional unterschiedliche Crimpzonen (A, B, C) innerhalb des Leiter-Crimpbereichs (16´) ausgebildet werden.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Crimpstempel (12) eine gleichbleibende Stempelkontur aufweist.
Amboss (10) für ein Crimpwerkzeug zur Durchführung des Verfahrens nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei der Amboss (10) sich in Längsrichtung (14) erstreckt und eine sich in Längsrichtung (14) erstreckende Struktur (20´), insbesondere eine nutartige Vertiefung mit sich in Längsrichtung (14) verändernder Querschnittsgeometrie aufweist.