DE102017131016A1 - Automatisches Mutterverpressen an Blechteile - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kontaktierelement (4) zum elektrischen und mechanischen Anbinden eines Kabels (6) an einen Stehbolzen (10), umfassend:- einen Kabelschuh (18) mit einem Halteelement (24) zur elektrischen und mechanischen Anbindung des Kabels (6) und einer sich an das Halteelement (24) anschließenden Anschlussfahne (20), durch die eine Bohrung (22) zum Einführen des Stehbolzens (10) geführt ist, sowie- eine auf die Anschlussfahne (20) konzentrisch zur Bohrung (22) aufgesetzte und auf den Stehbolzen (10) aufschraubbare Mutter (28), wobei von der Mutter (28) eine durch die Bohrung (22) geführte Wand (40) abragt, dadurch gekennzeichnet, dass- die Bohrung (22) auf einer der Mutter (28) gegenüberliegenden Seite der Anschlussfahne (20) eine Kerbe (44) besitzt, in die die Wand (40) hineingeknickt (67) ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kontaktierelement zum elektrischen und mechanischen Anbinden eines Kabels an einen Stehbolzen ein Verfahren zum Herstellen des Kontaktierelementes und ein Werkzeug zur Anwendung in dem Verfahren.
  • Ein Kontaktierelement gemäß dem Oberbegriff des geltenden Anspruchs 1 ist aus der EP 1 117 151 A1 bekannt.
  • Aufgabe der Erfindung ist, das bekannte Kontaktierelement zu verbessern.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung, umfasst ein Kontaktierelement zum elektrischen und mechanischen Anbinden eines Kabels an einen Stehbolzen einen Kabelschuh mit einem Halteelement zur elektrischen und mechanischen Anbindung des Kabels und einer sich an das Halteelement anschließenden Anschlussfahne, durch die eine Bohrung zum Einführen des Stehbolzens geführt ist, sowie eine auf die Anschlussfahne konzentrisch zur Bohrung aufgesetzte und auf den Stehbolzen aufschraubbare Mutter, wobei von der Mutter eine durch die Bohrung geführte Wand abragt. Erfindungsgemäß besitzt die Bohrung auf einer der Mutter gegenüberliegenden Seite der Anschlussfahne eine Kerbe, in die die Wand hineingeknickt.
  • Dem angegebenen Kontaktierelement liegt die Überlegung zugrunde, dass die Anschlussfahne des bekannten Kontaktierelementes mit deutlich mehr als 3 mm vergleichsweise dick ausgebildet sein muss, um die Mutter axial in der Bohrung zu halten. Das liegt daran, dass ein Rand der Bohrung in einem Axialschnitt durch die Mittelachse der Bohrung eine konvexe Form besitzt und die Wand an den Rand nur radial angelehnt werden kann, damit sie nicht axial über die Bohrung hervorsteht und später beim Kontaktieren zwischen der Anschlussfahne und einem Kontaktuntergrund eingeklemmt wird, so dass sich die Mutter nicht mehr drehen lässt. Das angegebene Kontaktierelement vermeidet diesen Nachteil mit der Kerbe, die eine beliebige konkave Form im Axialquerschnitt der Bohrung besitzt. Die Wand lässt sich in diese Kerbe hineinknicken, so dass die Wand deutlich größere Axialkräfte aufnehmen kann, um die Mutter festzuhalten. Auf diese Weise lässt sich die Dicke der Anschlussfahne mehr als 75% reduzieren, was einen deutlichen Kostenvorteil darstellt, weil es sich bei dem Kontaktierelement um Massenware handelt.
  • In einer Weiterbildung des angegebenen Kontaktierelementes ist die Kerbe eine Senkung in der Bohrung der Anschlussfahne. Diese Senkung lässt sich kostengünstig und in einfacher Weise mit einem Senkungsbohrer oder dergleichen fertigen.
  • In einer besonderen Weiterbildung des angegebenen Kontaktierelementes ist die Senkung eine Planarsenkung. Auf diese Weise lässt sich in einem vergleichesweise großen radialen Bereich genügend Raum zur Aufnahme der abgeknickten Wand bereitstellen.
  • In einer anderen Weiterbildung des angegebenen Kontaktierelementes ist die Anschlussfahne aus einem Blech mit einer Blechstärke zwischen 0,8 mm und 3 mm gefertigt. Das Blech lässt sich in einfacher Weise stanzen, wobei bei den angegebenen Stärken nicht nur eine deutliche Materialeinsparnis erreicht wird, die zur Fertigung notwendigen Stanzkräfte lassen sich ebenfalls reduzieren, wodurch ein deutlich geringerer Energieaufwand bei der Fertigung notwendig ist.
  • In einer zusätzlichen Weiterbildung des angegebenen Kontaktierelementes besitzt die Kerbe eine Tiefe, die halb so groß ist, wie die Blechstärke. Auf diese Weise lassen sich oben genannten Axialkräfte sowohl von der Wand als auch von der Anschlussfahne wirksam aufnehmen.
  • In einer weiteren Weiterbildung des angegebenen Kontaktierelementes besitzt die Wand eine Wandstärke zwischen 0,4 mm und 1,5 mm, wodurch sich die Anschlussfahne in axialer Richtung vollständig in der Kerbe aufnehmen lässt.
  • In einer noch anderen Weiterbildung des angegebenen Kontaktierelementes ist die Wand um eine Rotationsachse der Bohrung herum symmetrisch gelegt. Auf diese Weise lässt sich die Wand nicht nur in Form einer Hülse fertigen, deren Wand sich mittels eines einfachen pinförmigen Werkzeuges, wie beispielsweise ein Körner, in die Kerbe knicken lässt, die Wand kann die anfallenden axialen Kräfte zudem über den gesamten Umfang der Bohrung aufnehmen.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Herstellen eines der angegebenenen Kontaktierelemente die Schritte Einsetzen der Wand der Mutter in die Bohrung und Abbiegen der Wand in die Kerbe.
  • In einer Weiterbildung umfasst das angegebene Verfahren den Schritt Drücken eines Stempels entgegen der Bohrung zum Abbiegen der Wand in die Kerbe. Mit dem Stempel lässt sich das Verfahren sehr gut in einer Werkzeugmaschine oder dergleichen durchführen.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst Werkzeug zur Durchführung eines der angegebenen Verfahren eine Haltevorrichtung, in die die Mutter mit einer der Wand gegenüberliegenden Seite einlegbar ist, und einen entgegen der Haltevorrichtung drückbaren Stempel zum Abbiegen der Wand in die Kerbe.
  • Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise wie diese erreicht werden, werden verständlicher im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:
    • 1 eine schematische Ansicht auf eine Erdungsschiene an die über Kontaktierelemente Kabel elektrisch und mechanisch angebunden sind,
    • 2 eine schematische Ansicht eines der Kontaktierelemente der 1,
    • 3 eine schematische Schnittansicht durch einen Teil des Kontaktierelementes der 2, und
    • 4 eine schematische Ansicht eines Werkzeuges, in dem das Kontaktierelement der 2 und 3 während eines Herstellschrittes eingesetzt ist.
  • In den Figuren werden gleiche technische Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen und nur einmal beschrieben. Die Figuren sind rein schematisch und geben vor allem nicht die tatsächlichen geometrischen Verhältnisse wieder.
  • Es wird auf 1 Bezug genommen, die schematische Ansicht auf eine Erdungsschiene 2 zeigt, an die über Kontaktierelemente 4 Kabel 6 elektrisch und mechanisch angebunden sind.
  • Die Erdungsschiene 2 umfasst eine Grundplatte 8 aus Metall, auf der fünf Stehbolzen 10 mit je einem Außengewinde stehen. Auf zwei der Stehbolzen 10 sind lose Muttern 12 aufgeschraubt, während an den restlichen drei Stehbolzen 10 die Kontaktierelemente 4 gehalten sind.
  • Jedes Kabel 6 umfasst einen Kontaktdraht, von dem in 1 jeweils nur ein Kontaktdrahtende 14 zu sehen ist. Der Kontaktdraht jedes Kabels 6 soll jeweils ein nicht weiter gezeigtes elektrisches Gerät elektrisch mit der Erdungsschiene 2 elektrisch verbinden und so elektrisch erden. In jedem Kabel 6 ist der Kontaktdraht mit einem Isolatormantel 16 ummantelt, wobei das Kontaktdrahtende 14 zum Anschluss an das Kontaktierelement 4 freigelegt bleibt.
  • Jedes Kontaktierelement 4 besitzt einen Kabelschuh 18 mit einer Anschlussfahne 20, durch die eine in 3 und 4 zu sehenden Bohrung 22 geführt ist. An den Kabelschuh 18 ist in jedem Kontaktierelement 4 ein Halteelement in Form einer Crimphülse 24 angeschlossen. Die Anschlussfahne 20 in jedem Kontaktierelement 4 besitzt eine in 3 und 4 zu sehende Auflageseite 26, die auf die Grundplatte 8 aufsetzbar ist. Gegenüberliegend zur Aufsetzseite 26 umfasst jedes Kontaktierelement 4 eine Haltemutter 28, die analog zu den losen Muttern 12 auf einen entsprechenden Stehbolzen 10 aufgeschraubt ist, so dass die Anschlussfahne 20 des Kontaktierelementes 4 zwischen der Haltemutter 28 und der Grundplatte 8 axial geführt am Stehbolzen 10 mechanisch fixiert und elektrisch kontaktiert ist.
  • In dem Aufbau der 1 ist das Kontaktdrahtende 14 jedes Kabels 6 in die Crimphülse 24 einer der Kabelschuhe 18 der Kontaktierelemente 4 eingesetzt und vercrimpt. Auf diese Weise besteht zwischen den Kabeln 6 und der Erdungsschiene 2 ein elektrischer Kontakt über die Kontaktierelemente.
  • Nachstehend wird auf eines der Kontaktierelemente 4 anhand von 2 näher näher eingegangen.
  • Die Haltemutter 28 ist drehsymmetrisch um eine Rotationsachse 30 ausgebildet und besitzt einen Mutternkörper 32, der von einer Durchgangsöffnung 34 mit einem Innengewinde 36 durchdrungen ist. Der Mutternkörper 32 besitzt dabei eine in 3 zu sehende Mutternauflagefläche 38, mit der die Haltemutter 28 auf die Anschlussfahne 20 aufgelegt ist.
  • Zur Montage an der Erdungsschiene 2 wird zunächst der Kabelschuh 18 mit der Anschlussfahne 20 auf den Stehbolzen 10 aufgesetzt, indem der Stehbolzen 10 in die Bohrung 22 durch die Anschlussfahne 20 eingeführt wird. Dann wird auf den durch die Bohrung 22 hindurchgeführten Stehbolzen 10 die Haltemutter 28 aufgeschraubt.
  • Ist die Haltemutter 28 vom restlichen Kontaktierelement 4 getrennt, erfordert die Montage des Kontaktierelementes 4 an der Erdungsschiene 2 ein gewisses Fingerspitzengefühl des Monteurs, denn wenn die Haltemutter 28 dem Monteur unbeabsichtigt aus der Hand rutscht und verloren geht kann, kann die Haltemutter 28 vor allem in komplexeren Montageumgebungen, wie beispielsweise in einem zu montierenden Fahrzeug gegebenenfalls Probleme wie Kurzschlüsse oder dergleichen verursachen, wenn sie in entsprechende elektrische Schaltkreise fällt.
  • Daher ist die Haltemutter 28 am Kontaktschuh 18 vormontiert, wobei Durchgangsöffnung 34 durch die Mutternkörper 32 und die Bohrung 22 durch die Anschlussfahne 20 radial aufeinander derart ausgerichtet sind, dass sie die gleiche Rotationsachse 30 besitzen. Im vormontierten Zustand ist die Haltemutter 28 axial und radial an der Anschlussfahne 20 gelagert, lässt sich allerdings relativ zur Anschlussfahne 20 um die Rotationsachse 20 drehen.
  • Setzt der Monteur das Kontaktierelement 4 auf den Stehbolzen 10 in der zuvor beschriebenen Weise auf, kann er die Haltemutter 28 in einfacher Weise auf den Stehbolzen 10 aufschrauben, ohne dass sich die Haltemutter 28 von der Anschlussfahne 20 lösen kann.
  • Diese radiale und axiale Lagerung wird durch eine Wand 40 an der Haltemutter 28 erreicht, die die Haltemutter 28 von den losen Muttern 12 unterscheidet und nachstehend der 3 und 4 beschrieben wird.
  • Die Wand 40 ragt axial von der Mutternauflagefläche 38 des Mutternkörpers 32 ab und kann radial grundsätzlich beliebig zwischen dem Innengewinde 36 und einer Mantelseite 42 des Mutternkörpers 32 positioniert sein. Damit sich die an der Anschlussfahne 20 axial und radial gelagerte Haltemutter 28 drehen lässt, ist die Wand 40 zu einer Hülse geformt, die in einem nicht an der Anschlussfahne 20 gelagerten Zustand, wie er in 3 gezeigt ist, rotationssymmetrisch um die Rotationsachse 30 verläuft. Allerdings lässt sich die Idee der axialen und radialen Lagerung der Haltemutter 28 an der Anschlussfahne 20 grundsätzlich auch mit anderen Formen für die Wand 40 umsetzen.
  • Die Bohrung 22, in die die hülsenformige Wand 30 eingesetzt ist, weist eine zur Auflageseite 26 der Anschlussfahne 26 gerichtete und um die Rotationsachse 30 umlaufende Kerbe 46 auf. Die Kerbe 46 ist als Senkung ausgeführt, die von der Auflageseite 26 her in die Bohrung 22 durch die Anschlussfahne 20 mit einer Kerbentiefe 48 eingelassen ist. Die Kerbentiefe 48 kann zwischen 25% und 75%, bevorzugt zwischen 35% und 65% besonders bevorzugt zwischen 45% und 55% einer Fahnenstärke 50 der Anschlussfahne 20 liegt. In der vorliegenden Ausführung ist die Kerbentiefe 48 mit 50% der Fahnenstärke 50 der Anschlussfahne ausgeführt.
  • Zur Dimensionierung der Wand 40 sollte eine Wandstärke 52 gewählt werden, die kleiner ist, als die Kerbentiefe 48, damit sich die Wand 40 vollständig in die Kerbe 44 versenken lässt. Als Wandstärke 52 für die Wand 40 kommt daher grundsätzlich alles zwischen 0% und 100% der Kerbentiefe 48 in Frage. Als untere Grenze für die Wandstärke 52 sollte allerdings ein Wert gewählt werden, bei dem die Haltemutter 28 mit einer ausreichenden axialen Zugfestigkeit in der Bohrung 22 gehalten wird. Hier haben sich Werte von mindestens 10% der Kerbentiefe 48 als notwendig erwiesen. Bei der Wahl der oberen Grenze für die Wandstärke 52 sollte berücksichtigt werden, dass die Wand 40 zum Erreichen einer niedrigen Taktzeit beim später noch zu beschreibenenden Abbiegen in die Kerbe 44 hinein nicht vollständig in die Kerbe 44 legen lassen wird. Als obere Grenze für die Wandstärke 52 haben sich Werte von maximal 75% der Kerbentiefe 48 als sinnvoll erwiesen. Für die Wandstärke 52 können daher Werte zwischen 10% und 75% der Kerbentiefe, vorzugsweise zwischen 20% und 65% und besonders bevorzugt zwischen 30% und 55% gewählt werden.
  • Zur radialen und axiale Lagerung der Haltemutter 28 an der Anschlussfahne 20 wird die Haltemutter 28 mit der in die Bohrung 22 eingesetzten Wand 40 in eine Haltevorrichtung 56 eingelegt, welches die Haltemutter 28 gegenüberliegend zur Auflageseite 26 gegen die Anschlussfahne 20 drückt. Von der Auflageseite 26 her wird ein Stempel 58 axial konzentrisch zur Bohrung 22 gegen die Haltevorrichtung 56 gedrückt. Der Stempel 58 besitzt einen Stempelradius 60, der kleiner ist, als ein Bohrungsradius 62 der Bohrung 22, allerdings größer als ein Kerbenradius 64 der Kerbe 44. An seinem zur Auflageseite 26 gerichteten Stempelende 66 ist der Stempel 58 kegelförmig ausgebildet. Wird der Stempel 58 in der zuvor erwähnten Weise gegen die Haltevorrichtung 56 gedrückt, knickt das kegelförmige Stempelende 66 die Wand 40 radial nach außen und lagert so die Haltemutter 28 axial und radial an der Anschlussfahne. Es verbleibt ein Knick 67 an der Wand 40. Die Wand axial nach dem Knick 67 lagert die Halteschraube 28 axial an der Bohrung 22.
  • Nach dem Knickvorgang sollte abschließend geprüft werden, ob sich die Haltemutter 28 in der Bohrung 22 drehen lässt, damit sie sich später auf den Stehbolzen 10 aufschrauben lässt. Um diese Drehbarkeit der Haltemutter 28 in der Bohrung 22 zu gewährleisten, sollte der Stempel 58 mit einer vordefinierten Druckkraft gegen die Haltevorrichtung 56 gedrückt werden. Dies kann besonders bevorzugt dadurch erreicht werden, dass der Stempel 58 beim Andrücken gegen die Haltevorrichtung 56 federnd gelagert wird.
  • Das oben genannte vollständige Versenken der Wand 40 in der Kerbe 44 wird dadurch gewährleistet, dass die in die Bohrung 22 eingesetzte Wand 40 auf der Seite der Auflagefläche 26 mit einem bestimmten Wandvorsprung 68 aus der Bohrung herausschaut. Dieser Wandvorsprung 68 kann als Hypotenuse eines rechtwinkligen Dreiecks betrachtet werden, bei dem die Ankathete die notwendige Versenkungstiefe 70 der Wand 40 in der Kerbe 44 beim Abbiegen darstellt. Besitzt das konische Ende 66 des Stempels 58 einen Öffnungswinkel 72, so muss die notwendige Versenkungstiefe 70 kleiner sein, als eine maximale Versenkungstiefe aus dem Sinus der Hälfte des Öffnungswinkels 72 mal der Kerbentiefe 48. In der Regel wird die notwendige Versenkungstiefe 70 zwischen 75% und 95%, vorzugsweise zwischen 80% und 93%, besonders bevorzugt zwischen 90% und 85% gewählt. Der Grenzwert für den Wandvorsprung 68 ist dabei eine radiale Länge 74 der Kerbe 44.
  • Um das weiter oben genannte Drehen der Haltemutter 28 in der Bohrung 22 zu gewährleisten, sollte zwischen der Wand 40 und der Bohrung 22 ein ausreichendes radiales Spiel 76 dimensioniert werden.
  • Die Fahnenstärke 50 kann in der vorliegenden Ausführung deutlich unterhalb von 3 mm gewählt werden. Es lassen sich Anschlussfahnen 20 mit Fahnenstärken 50 bis zu 0,8 mm realisieren.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 1117151 A1 [0002]

Claims (10)

  1. Kontaktierelement (4) zum elektrischen und mechanischen Anbinden eines Kabels (6) an einen Stehbolzen (10), umfassend: - einen Kabelschuh (18) mit einem Halteelement (24) zur elektrischen und mechanischen Anbindung des Kabels (6) und einer sich an das Halteelement (24) anschließenden Anschlussfahne (20), durch die eine Bohrung (22) zum Einführen des Stehbolzens (10) geführt ist, sowie - eine auf die Anschlussfahne (20) konzentrisch zur Bohrung (22) aufgesetzte und auf den Stehbolzen (10) aufschraubbare Mutter (28), wobei von der Mutter (28) eine durch die Bohrung (22) geführte Wand (40) abragt, dadurch gekennzeichnet, dass - die Bohrung (22) auf einer der Mutter (28) gegenüberliegenden Seite der Anschlussfahne (20) eine Kerbe (44) besitzt, in die die Wand (40) hineingeknickt (67) ist.
  2. Kontaktierelement (4) nach Anspruch 1, wobei die Kerbe (44) eine Senkung in der Bohrung (22) der Anschlussfahne (20) ist.
  3. Kontaktierelement (4) nach Anspruch 2, wobei die Senkung eine Planarsenkung ist.
  4. Kontaktierelement (4) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Anschlussfahne (20) aus einem Blech mit einer Blechstärke (50) zwischen 0,8 mm und 3 mm gefertigt ist.
  5. Kontaktierelement (4) nach Anspruch 4, wobei die Kerbe (44) eine Tiefe (48) besitzt, die zwischen 35% und 65%, vorzugsweise zwischen 45% und 55%, insbesondere 50% der Blechstärke (50) besitzt.
  6. Kontaktierelement (4) nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Wand (40) eine Wandstärke (52) zwischen 0,4 mm und 1,5 mm besitzt.
  7. Kontaktierelement (4) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Wand (40) um eine Rotationsachse (30) der Bohrung (22) herum symmetrisch gelegt ist.
  8. Verfahren zum Herstellen eines Kontaktierelementes (4) nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassen: - Einsetzen der Wand (40) der Mutter (28) in die Bohrung (22); und - Abbiegen der Wand (40) in die Kerbe (44).
  9. Verfahren nach Anspruch 8, umfassend Drücken eines Stempels (58) entgegen der Bohrung (22) zum Abbiegen der Wand (40) in die Kerbe (44).
  10. Werkzeug (56, 58) zur Anwendung in einem Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, umfassend: - eine Haltevorrichtung (56), in die die Mutter (28) mit einer der Wand (40) gegenüberliegenden Seite einlegbar ist, und - einen entgegen der Haltevorrichtung (56) drückbaren Stempel (38) zum Abbiegen der Wand (40) in die Kerbe (44).
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