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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Kontaktsteckers sowie einen Kontaktstecker.
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Kontaktstecker werden üblicherweise durch Zerspanen von bleihaltigen Kupfer- und Messinglegierungen hergestellt. Die Zerspanbarkeit von Rohlingen wird dabei durch Zulegierung von Blei verbessert. Aufgrund der nachweislich gesundheitsschädlichen Wirkung von Blei, wird die Verwendung von Blei zunehmend normativ eingeschränkt.
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Grundsätzlich besteht bei der Herstellung von Kontaktsteckern, die einen Crimpanschluss aufweisen, die Herausforderung, einen Werkstoff bereitzustellen, der einerseits gut zerspanbar ist, und andererseits eine ausreichend hohe Kaltverformbarkeit hat, um in zuverlässiger Weise haltbare, rissfreie Crimpverbindungen herzustellen. Dieser Kompromiss wird heute durch bleihaltige Kupfer- oder Messinglegierungen erreicht, die einerseits gut zerspanbar und zudem ohne Rissbildung crimpbar ist.
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Für bleifreie Messinglegierungen lässt sich ein solcher Kompromiss zwischen einer guten Zerspanbarkeit, also sprödhartem Verhalten, und Crimpbarkeit, was eine hohe Duktilität erfordert, nicht in praxistaugliche Weise erreichen. So neigen Crimpverbindungen aus Messinglegierungen zu Rissbildung.
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Weiter erfordert die Zerspanung bleifreier Messinglegierungen hohe Zerspankräfte, die üblicherweise nur mit gekühlten Bohrer an prozesssicher erreicht werden können, was zu erhöhten Fertigungskosten führt. Bei der zerspanenden Fertigung besteht zudem grundsätzlich der Nachteil, dass ein Materialverlust von bis zu 50 % in Kauf genommen wird.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die technische Problemstellung zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines Kontaktsteckers sowie einen Kontaktstecker anzugeben, welche die voranstehend beschriebenen Nachteile nicht oder zumindest in geringerem Maße aufweisen, und insbesondere einen bleifreien Kontaktstecker ermöglichen, der in einem Crimpbereich eine ausreichend hohe und insbesondere rissfreie Verformbarkeit bereitstellt.
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Die voranstehend beschriebene, technische Problemstellung wird jeweils gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und einen Kontaktstecker nach Anspruch 9. Weitere Ausgestaltungen des Verfahrens ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der nachstehenden Beschreibung.
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Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Kontaktsteckers, mit den Verfahrensschritten: Bereitstellen eines Rohlings, der eine bleifreie Messinglegierung aufweist oder aus einer bleifreien Messinglegierung besteht; Halbwarmumformung eines ersten Abschnitts des Rohlings zu einem Crimpbereich, wobei der Crimpbereich eine Öffnung zum Einführen eines Leiterendes hat und wobei der erste Abschnitt des Rohlings vor und/oder während der Halbwarmumformung auf eine Halbwarmumformtemperatur erwärmt wird; Kaltumformung eines zweiten Abschnitts des Rohlings zu einem Steckbereich, wobei der Steckbereich eine Mehrzahl von Lamellen hat.
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Durch die angegebene Temperaturführung der Crimpbereich mit einem Gefüge bereitgestellt werden, dass eine geringe Kaltverfestigung aufweist und somit eine hohe Duktilität für einen Crimpvorgang hat. So kann ein zuverlässiges Vercrimpen eines Leiterendes mit dem Crimpbereich erfolgen, ohne, dass es zu Rissbildung im Bereich der Crimpverbindung kommt.
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Die Kaltumformen des Steckbereichs führt zu einer Kaltverfestigung, so dass der Steckbereich beim Herstellen einer Steckverbindung nicht oder nur in geringem Maße plastisch verformt wird, und maßgeblich elastisch verformt wird, um entsprechende Federkräfte reversibel bereitzustellen.
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Die voranstehende Auflistung der Verfahrensschritte gibt keine zwingende Reihenfolge der Verfahrensschritte vor. So können die Verfahrensschritte in der Reihenfolge der Auflistung durchgeführt werden, oder in einer davon abweichenden Reihenfolge. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass, abweichend von der Reihenfolge der Auflistung, eine Kaltumformung des zweiten Abschnitts vor der Halbwarmumformung des ersten Abschnitts erfolgt.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Halbwarmumformtemperatur in einem Bereich von einschließlich 250°C bis einschließlich 450°C liegt. So kann die Halbwarmumformtemperatur beispielsweise 350°C betragen.
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Wenn vorliegend von einer Kaltumformung gesprochen wird, so handelt es sich dabei um eine Umformung bei einer Temperatur unterhalb der Halbwarmumformtemperatur.
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Die Kaltumformung kann bei einer Temperatur von weniger als 100°C stattfinden, insbesondere bei einer Temperatur von weniger als 50°C stattfinden, weiter insbesondere bei Raumtemperatur in einem Bereich von 15°C bis 30°C stattfinden.
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Es versteht sich, dass die genannten Temperaturen die Materialtemperatur des umzuformenden Bauteils beziffern. Die Umgebungstemperatur kann davon abweichen und z.B. 25°C betragen.
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Es kann gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens vorgesehen sein, dass der zweite Abschnitt vor und/oder während der Kaltumformung des zweiten Abschnitts gekühlt wird. So kann vermieden werden, dass z.B. ein Temperatureintrag aus einem vorangegangenen Halbwarmumformen zu einem Erwärmen des zweiten Abschnitts oberhalb einer vorgesehenen Kaltumformtemperatur führt.
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Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass der erste Abschnitt vor und/oder während der Kaltumformung des zweiten Abschnitts gekühlt wird. So kann der erste Abschnitt beispielsweise aus einem vorangegangenen Halbwarmumformen erwärmt sein, wobei durch die Kühlung ein Wärmefluss hin zu dem zweiten Abschnitt vermieden bzw. reduziert wird.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass der zweite Abschnitt vor und/oder während und/oder nach dem Erwärmen des ersten Abschnitts gekühlt wird. Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass die Temperatur des zweiten Abschnitts vor und/oder während und/oder nach dem Umformen des ersten und zweiten Abschnitts jederzeit unterhalb von 100°C ist, insbesondere unterhalb von 50°C ist, insbesondere bei Raumtemperatur in einem Bereich von 15°C bis 30°C gehalten wird.
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Der Begriff „jederzeit“ bezieht sich hier auf die Zeitdauer des in Rede stehenden Herstellverfahrens.
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Durch die Kühlung des ersten und/oder zweiten Abschnitts kann sichergestellt werden, dass sich in dem zweiten Abschnitt trotz des Erwärmens des ersten Abschnitts die gewünschte Kaltverfestigung einstellt.
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Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Teilbereich des durch Halbwarmumformung gebildeten Crimpbereichs nach der Halbwarmumformung kaltumgeformt wird. So kann beispielsweise ein Endabschnitt des Crimpbereichs zu einem umlaufenden Kragen geformt werden, der infolge einer Kaltverfestigung lokal eine höhere Festigkeit aufweist, als der daran angrenzende Teil des Crimpbereichs.
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Bei den Lamellen kann es sich um axial auskragende Federstege handeln. Alternativ oder ergänzend können die Lamellen in äquidistanten Winkelabständen um eine zentrale Öffnung angeordnet sein. Alternativ oder ergänzend können zwischen den Lamellen axiale Schlitze gebildet sind. Mithilfe der Lamellen kann eine zuverlässige Steckverbindung bereitstellt werden.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt ein Kühlen mittels einer an einem Presswerkzeug gehaltenen oder in ein Presswerkzeug integrierten Kühleinrichtung. Alternativ oder ergänzend erfolgt ein Erwärmen mittels einer an einem Presswerkzeug gehaltenen oder in ein Presswerkzeug integrierten Heizeinrichtung, wie einer Induktionsheizeinrichtung, einer Widerstandsheizeinrichtung oder dergleichen. So können Kühl- und oder Heizeinrichtung kompakt in ein Presswerkzeug integriert und nach Bedarf zuschaltbar sein.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Umformen, also sowohl das Warmumformen als auch das Kaltumformen, mithilfe einer Mehrstufenpresse erfolgt, wobei die Mehrstufenpresse wenigstens eine Heizeinrichtung und wenigstens eine Kühleinrichtung aufweist. Wie voranstehend beschrieben, können eine Heiz- und Kühleinrichtung in Werkzeugen der Mehrstufenpresse integriert sein.
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Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung einen Kontaktstecker, der eine bleifreie Messinglegierung aufweist oder aus einer bleifreien Messinglegierung besteht, mit einem Crimpbereich, wobei der Crimpbereich eine Öffnung zum Einführen eines Leiterendes hat, und mit einem Steckbereich, wobei der Steckbereich eine Mehrzahl von Lamellen hat, wobei der Crimpbereich zumindest abschnittsweise eine geringere Kaltverfestigung aufweist, als der Steckbereich. So können einerseits eine gute Crimpbarkeit des Crimpbereichs als auch eine ausreichende Festigkeit und Steifigkeit der Lamellen erreicht werden. Es versteht sich, dass es sich hierbei um einen Vergleich der Kaltverfestigung des Crimpbereichs gegenüber der des Steckbereichs vor einem tatsächlichen Vercrimpen eines Leiterendes im Crimpbereich handelt.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Kontaktstecker nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden ist.
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Es kann vorgesehen sein, dass Kontaktstecker eine bleifreie Messinglegierung CuZn36, CuZn30, CuZn20, CuZn15 oder CuZn5 aufweist oder aus einer bleifreien Messinglegierung CuZn36, CuZn30, CuZn20, CuZn15 oder CuZn5 besteht.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen jeweils schematisch:
- 1 ein Bereitstellen eines Rohlings;
- 2 ein Halbwarmumformen eines ersten Abschnitts des Rohlings;
- 3 ein Kaltumformen eines zweiten Abschnitts des Rohlings;
- 4 ein weiteres Kaltumformen des zweiten Abschnitts;
- 5 ein Kaltumformen eines Endabschnitts des ersten Abschnitts;
- 6 einen erfindungsgemäßen Kontaktstecker.
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Mit Bezug zu den 1-5 wird nachfolgend zunächst ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines Kontaktsteckers beschrieben. Ein mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellter Kontaktstecker 2 ist in 6 dargestellt.
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Zum Herstellen des Kontaktsteckers 2 wird zunächst ein Rohling 4 bereitgestellt, der aus einer bleifreien Messinglegierung besteht.
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Nach dem Bereitstellen des Rohlings 4 wird ein erster Abschnitt 6 des Rohlings 4 durch Halbwarmumformung zu einem Crimpbereich 6 umgeformt. An dem Crimpbereich 6 wird mithilfe eines Werkzeugs 8 eine Öffnung 10 zum Einführen eines Leiterendes gebildet. Der erste Abschnitt 6 wird vorliegend vor und während der Halbwarmumformung mithilfe einer Induktionsheizeinrichtung 12 auf eine Halbwarmumformtemperatur von 350° erwärmt.
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Während der Halbfahrerhalbwarmumformung des ersten Abschnitts 6 wird ein zweiten Abschnitt 14 des Rohlings 4 mithilfe einer Kühleinrichtung 16 aktiv gekühlt. Die Kühleinrichtung 16 weist Kühlkanäle 18 auf, die ein Kühlfluid führen.
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Anschließend erfolgt ein in 3 dargestelltes Kaltumformen des zweiten Abschnitts 14, wobei während des Kaltumformens des zweiten Abschnitts 14 der erste Abschnitt 6 mithilfe einer Kühleinrichtung 20, die Kühlkanäle 22 zum Führen eines Kühlfluid aufweist, gekühlt wird.
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Wie den 2 und 3 zu entnehmen ist, sind die Heizvorrichtung 12 und die Kühlvorrichtungen 16, 22 integraler Bestandteil von Werkzeugen die den Rohling 4 während der Umformung einfassen.
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4 zeigt eine weitere Kaltumformung des zweiten Abschnitts 14 zu einem Steckbereich 14, wobei mit einem Werkzeug 24 Lamellen 26 an dem zweiten Abschnitt 14 geformt werden.
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Bei den Lamellen 26 handelt es sich um axial auskragende Federstege, die um eine zentrale Öffnung in äquidistanten Winkelabständen angeordnet sind. Zwischen den Lamellen 26 sind vorliegend axiale Schlitze 38 gebildet.
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In einem letzten Umformschritt wird gemäß 5 ein Teilbereich 28 des durch Halbwarmumformung gebildeten Crimpbereichs 6 kaltumgeformt. Der Bereich 28 bildet einen kreisrund umlaufenden Kragen 28.
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Durch das mit Bezug zu den 1-5 beschriebene, erfindungsgemäße Herstellverfahren, wird einem ersten Längenabschnitt 30 des Kontaktsteckers 2 ein kaltverfestigter Bereich bereitgestellt (vgl. 6), an den ein Längenabschnitt 32 mit einer geringeren Kaltverfestigung angeschlossen ist, der einen duktilen Crimpbereich bildet. Entlang des Längenabschnitts 34 entspricht die Festigkeit des Kontaktsteckers 2 im Wesentlichen der des ursprünglich bereitgestellten Rohlings 4. Entlang des Längenbereichs 36, in dem die Lamellen 26 durch Kaltumformen gebildet worden sind, ist die Kaltverfestigung am höchsten, da hier die höchsten Umformgrade bewirkt worden sind.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Kontaktstecker
- 4
- Rohling
- 6
- erster Abschnitt / Crimpbereich
- 8
- Werkzeug
- 10
- Öffnung
- 12
- Induktionsheizeinrichtung
- 14
- zweiter Abschnitt / Steckbereich
- 16
- Kühlreinrichtung
- 18
- Kühlkanal
- 20
- Kühleinrichtung
- 22
- Kühlkanal
- 24
- Werkzeug
- 26
- Lamellen
- 28
- Teilbereich / umlaufender Kragen des Crimpbereichs 6
- 30
- Längenabschnitt
- 32
- Längenabschnitt
- 34
- Längenabschnitt
- 36
- Längenabschnitt
- 38
- Schlitz
