DE10392730T5

DE10392730T5 - Klemmenschraube

Info

Publication number: DE10392730T5
Application number: DE10392730T
Authority: DE
Inventors: Jonathan Fhima; Eric Jeannet
Original assignee: Gobin Daude SA
Current assignee: Gobin Daude SA
Priority date: 2002-05-29
Filing date: 2003-05-27
Publication date: 2005-07-07
Also published as: WO2003100912A1; KR20050026927A; US20060162827A1; CA2487051A1; GB2405752B; FR2840460A1; CZ20041150A3; GB2405752A; SE0402893A0; GB0426180D0; CN1656656A; SE0402893D0; JP2005528744A; MXPA04011773A; BR0311405A; AU2003263231A1; FR2840460B1

Abstract

Einstöckige Klemmenschraube, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einer Kupferlegierung auf der Basis von Cu, Ni und Si hergestellt ist.

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Klemmenschrauben, d.h. der Schrauben, die dazu dienen, Elektrizität zu leiten.
Noch genauer betrifft die Erfindung das Gebiet der Schrauben, die entworfen sind, um einen intermittierenden elektrischen Kontakt im Zündkreis eines Verbrennungsmotors sicherzustellen.
Ursprünglich wurden die für diese Anwendung bestimmten Schrauben aus einem homogenen Material, beispielsweise vollständig aus Kupfer, Bronze oder Stahl, hergestellt.
Indessen ist das Pflichtenheft, das den Klemmenschrauben auferlegt wird, in den letzten Jahren anspruchsvoller geworden. Es wird beispielsweise ein höherer elektrischer Kontaktwiderstand und eine höhere Widerstandsfähigkeit gegen Funkenerosion gefordert, um einen geringeren Verschleiß aufgrund von Lichtbögen zu garantieren. Es wird gleichfalls eine höhere mechanische Festigkeit gefordert, um zu erlauben, dass höhere Drehmomente beim Anziehen zugelassen werden als in der Vergangenheit. Schließlich sind im allgemeinen der Durchgang von elektrischem Strom von höherer Stärke und folglich eine höhere elektrische Leitung erforderlich.
Aus diesem Grund haben die Fachleute in den letzten Jahren aus zwei Materialien bestehende Schrauben vorgeschlagen, d.h. Schrauben, deren Hauptkörper aus Stahl hergestellt ist, aber mit einem hohlen Kopf, welcher für das Auflöten eines Plättchens aus einer Silber/Wolfram-Legierung, welches auf den Kopf gelötet wird, angepasst ist.
Aus technischer Sicht sind diese aus zwei Materialien bestehenden Schrauben auf der Basis von Stahl, welche eine aufgelötete Pastille aus Silber/Wolfram umfassen, befriedigend.
Indessen bereiten diese Schrauben eine Hauptschwierigkeit, die in deren hohen Kosten besteht. Diese Kosten sind unter anderem auf das Silber/Wolfram (sehr hohe Materialkosten) und auf die Notwendigkeit, zwei Komponenten (einerseits den Körper aus Stahl, andererseits das Plättchen aus Silber/Wolfram) handzuhaben, zurückzuführen und resultieren gleichfalls aus dem Prozess des Zusammenfügens.
Die Erfindung hat jetzt zum Ziel, eine neue Klemmenschraube, welche geeignet ist, einem anspruchsvollen Pflichtenheft zu entsprechen, und mit akzeptablen Kosten vorzuschlagen.
Die Erfindung hat insbesondere zum Ziel, eine Klemmenschraube vorzuschlagen, welche dem folgenden Pflichtenheft entspricht:

– mechanische Festigkeit über 580 MPa,
– eine Leitfähigkeit über 25% IACS ("International Annealed Copper Standard"; Standard-Leitfähigkeit nach IEC) und
– ein Anzugsdrehmoment über 15 Nm.

Die vorerwähnten Ziele werden im Rahmen der Erfindung dank einer einstückigen Klemmenschraube erreicht, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie aus einer Kupferlegierung auf der Basis von Cu, Ni und Si hergestellt ist.
Gemäß einem vorteilhaften Merkmal der Erfindung wird die Klemmenschraube mit Hilfe einer Legierung hergestellt, welche in der Größenordnung von 97% Kupfer, 2 bis 5%, typischerweise 2,5%, Nickel und 0,3 bis 1 %, typischerweise 0,5%, Silicium umfasst.
Andere Merkmale, Ziele und Vorteile der Erfindung werden beim Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung und in Hinblick auf die beigefügte Zeichnung, welche als nicht-einschränkendes Beispiel aufgeführt wird und in der die einzige beigefügte Figur schematisch eine erfindungsgemäße Schraube darstellt, ersichtlich.
Die erfindungsgemäße Klemmenschraube 10 ist einstückig und ist aus einem homogenen Material auf der Basis einer Kupfer-Nickel-Silicium-Legierung hergestellt.
Genauer wird, wie zuvor angegeben, die erfindungsgemäße Schraube 10 vorzugsweise auf der Basis einer Legierung, welche in der Größenordnung von 97% Kupfer, 2 bis 5%, typischerweise 2,5%, Nickel und 0,3 bis 1 %, typischerweise 0,5%, Silicium umfasst, hergestellt.
Im Rahmen der Erfindung wird die Schraube 10 vorzugsweise ausgehend von einem Draht von gleichbleibendem kreisförmigem Querschnitt und Kaltschlagen, beispielsweise unter Verwendung von zwei Schlägen, hergestellt.
Nach diesem traditionellen Herstellungsprozess wird die Schraube vorzugsweise einer Wärmebehandlung während zwei Stunden bei einer Temperatur in der Größenordnung von 475°C, gefolgt von einem Abschrecken mit Wasser, unterworfen.
A priori haben die Erfinder festgestellt, dass keinerlei besondere Fertigbearbeitung erforderlich ist.
Es wird jetzt die allgemeine Geometrie der Klemmenschraube gemäß einer besonderen und die Erfindung nicht einschränkenden Ausführungsweise beschrieben.
Jene umfasst einen ein Gewinde aufweisenden Körper 12, welcher um eine Achse 14 zentriert ist.
Typischerweise, aber nicht einschränkend, weist der ein Gewinde aufweisende Körper oder Schaft 12 eine Länge in der Größenordnung von 30 bis 35 mm und einen Durchmesser in der Größenordnung von 8 mm auf.
Der Schaft oder der Körper 12 kann dazu angepasst sein, direkt in eine Bohrung mit Gewinde eingeschraubt zu werden. Gleichwohl wird die Schraube in der Mehrzahl der Fälle der Verwendung der Klemmenschrauben in einem Zündkreis eines Verbrennungsmotors mit Hilfe einer Schraubenmutter, die auf das Ende des ein Gewinde aufweisenden Schafts 12 aufgeschraubt wird, festgelegt.
Die Schraube 10 umfasst außerdem einen konisch erweiterten Kopf 16, dessen Querschnitt nicht rotationskreissymmetrisch ist, um eine Anti-Verdreh-Funktion, beispielsweise durch Eingreifen/Einschrauben in eine komplementäre Aussparung, die in der Abdeckhaube des Kontaktgebers vorgesehen ist, zu erlauben.
Der Kopf 16 kann einen Querschnitt von verschiedenartiger Geometrie, beispielsweise quadratisch, hexagonal oder von einer jeglichen anderen äquivalenten, nicht rotationskreissymmetrischen Form, aufweisen.
Die Abmessungen des Kopfs 16 können den Gegenstand von zahlreichen Varianten bilden. Typischerweise weist der Kopf 16 eine Höhe in der Größenord nung von 5 mm (parallel zur Achse 14 gemessen) und Abmessungen in der Größenordnung von 13 × 10 mm für einen Kopf von rechteckigem Querschnitt auf.
Die obere Oberfläche 18 des Kopfes 16, d.h. die Oberfläche rechtwinklig zur Achse 14 und welche die Funktion der elektrischen Kontaktgebung sicherstellt, ist vorzugsweise eben, ohne Grate oder Rippen und roh geschlagen. Es ist wichtig, dass sie keine Konkavität aufweist. Sie kann beispielsweise wenigstens leicht gewölbt, von konvexer Gestalt sein. Außerdem ist sie glatt.
Die Kanten des Kopfes 16, sowohl jene, die parallel zur Achse 14 verlaufen, als auch jene, die rechtwinklig zu dieser Achse verlaufen, sind vorzugsweise abgerundet mit einem mittleren Radius in der Größenordnung von 0,40 bis 0,50 mm.
Wie zuvor angegeben, wird die erfindungsgemäße Klemmenschraube 10 vorzugsweise ausgehend von einem Draht mit kreisförmigem Querschnitt hergestellt.
Das Herstellungsverfahren der erfindungsgemäßen Klemmenschraube 10 umfasst im wesentlichen drei Phasen.
Die erste Phase besteht darin, den Draht mit kreisförmigem Querschnitt, welcher von der Ausgangsspule abgewickelt wird, einem Drahtziehen zu unterwerfen, um den Durchmesser und die mechanische Festigkeit, die gewünscht werden, zu erhalten.
Dieser Schritt wird typischerweise so ausgeführt, dass man gemäß einer besonderen und nicht einschränkenden Ausführungsweise einen Draht erhält, der den folgenden Merkmalen entspricht:

– Durchmesser von 7,5 mm für eine fertige Schraube mit einem Durchmesser von 8 mm,
– Bruchbelastung R in MPa: 320 bis 400,
– 0,2%-Elastizitätsgrenze E in MPa: 290–380,
– Dehnung: 10–20%,
– HV10-Vickers-Härte: 105 bis 125.

Der zweite Schritt besteht darin, das Schlagen des Drahts auszuführen, um die gewünschte Geometrie der Schraube zu erhalten und eine Verfestigung durch Kaltverformung zu erreichen. Es handelt sich vorzugsweise um ein Kaltschlagen, beispielsweise unter Verwendung von zwei Schlägen.
Der dritte Schritt besteht darin, eine Wärmebehandlung auszuführen, um eine adäquate mechanische Festigkeit und eine adäquate elektrische Leitfähigkeit zu erhalten.
Die Wärmebehandlung wird vorzugsweise durch Halten bei einer Temperatur der Größenordnung von 475°C während zwei Stunden, d.h. Halten der Teile bei konstanter Temperatur, dann schnelles Abkühlen mit Luft, ja sogar Öl, vorzugsweise Wasser, ausgeführt.
Gegebenenfalls können die Teile vor der Verwendung einer Reinigung unterzogen werden.
Die Anmelderin hat festgestellt, dass die mit der vorerwähnten Geometrie, der vorerwähnten Legierung und dem vorerwähnten Verfahren hergestellten Klemmenschrauben Merkmale aufweisen, die den Schrauben, die gemäß dem Stand der Technik bis heute vorgeschlagen worden sind, überlegen sind.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die besondere Ausführungsweise, die soeben beschrieben worden ist, beschränkt, sondern erstreckt sich auf eine jegliche Variante entsprechend ihrem Geist.
ZUSAMMENFASSUNG
Die Erfindung betrifft eine einstückige Klemmenschraube, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass sie aus einer Kupferlegierung auf der Basis von Cu, Ni und Si hergestellt ist.

Claims

Einstöckige Klemmenschraube, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einer Kupferlegierung auf der Basis von Cu, Ni und Si hergestellt ist.
Klemmenschraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Prozentsatz an Kupfer in der Größenordnung von 97% umfasst.
Klemmenschraube nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Prozentsatz an Nickel von 2 bis 5% umfasst.
Klemmenschraube nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Prozentsatz an Nickel in der Größenordnung von 2,5% umfasst.
Klemmenschraube nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Prozentsatz an Silicium von 0,3 bis 1 % umfasst.
Klemmenschraube nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Prozentsatz an Silicium in der Größenordnung von 0,5% umfasst.
Klemmenschraube nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Oberfläche (18) eines konisch erweiterten Kopfes (16) der Schraube eben oder leicht gewölbt mit einer konvexen Gestalt ist und vorzugsweise glatt ist.
Verfahren zur Herstellung der Klemmenschraube nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass es die Schritte umfasst, bestehend in Drahtziehen eines runden Drahts aus einer Legierung von Kupfer, Nickel und Silicium, Ausführen wenigstens eines Schmiedevorgangs, dann einer Wärmebehandlung.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmiedeschritt in einer Kaltverformung, vorzugsweise unter Verwendung von zwei Schlägen, besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmebehandlungsschritt ein Beibehalten einer Temperatur während einer Dauer in der Größenordnung von zwei Stunden bei einer Temperatur in der Größenordnung von 475°C umfasst, gefolgt von schnellem Abkühlen.