DE19520928C2 - Vorrichtung zum Verbinden eines Drahtes mit einem Kontaktelement - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verbinden eines Drahtes mit einem Kontaktelement gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Art der Kabelkonfektionierung, die auch Crimpen genannt wird und beispielsweise für das feste Verbinden von Drahtenden mit Steckern und Kabelschuhen eingesetzt wird, ist ein Umformvorgang, bei dem mit Hilfe von Crimpstempeln ein Kabel- bzw. Litzenende mit einem Kontakt verbunden wird, wobei das Kabel- bzw. Litzenende im Endbereich abisoliert ist und durch den Umformvorgang durch Druckeinwirkung der Crimpstempel der Kontakt so stark verformt wird, dass er sich an den Draht bzw. die Litze anlegt.

Durch die britische Patentschrift GB 585 507 ist eine Zange bekannt, bei der eine Verformung zum Polygon durch eine Bewegung der Stempel auf einer Kreisbahn um Achsen stattfindet, wobei jedoch im Endbereich eine näherungsweise lineare Schließbewegung vorhanden ist. Aufgrund der besonderen Kinematik der Schließbewegung der Crimpstempel entstehen beim Öffnen der Zange Reibkräfte an den Außenflächenabschnitten des Klemmbereichs. Weiterhin ist nicht sichergestellt, dass die Polygonform ohne Grate hergestellt werden kann. Bei maschinell herzustellenden Verbindungen können diese Reibkräfte das Entformen des Werkstücks derart behindern, dass eine ungewünschte Verformung bzw. Rückverformung auftritt.

Ferner gibt es spezielle Hülsen zum Aufschieben und Verpressen auf ein Kabelende, die anforderungsgemäß mit quadratischem Querschnitt bzw. anderem polygonalem Querschnitt verpresst werden müssen, für die sich eine solche bekannte Crimpstempelanordnung nicht eignet.

Mit solchen Vorrichtungen werden Kontaktelemente behandelt, die etwa als Aderendhülse ausgebildet sind. Sie weisen einen Crimpbereich auf, entlang dessen die Aderendhülse auf ein - abisoliertes - Drahtende aufgeschoben und Verpreßt wird. Diese Aderendhülse wird in der Regel als auf eine Trommel aufgewickeltes Band geliefert und verarbeitet. Es ist im Crimpbereich mit einem hohlzylindrischen Querschnitt versehen, der nach einer quadratischen Verpressung im Wege einer Crimpbehandlung eine im Wesentlichen quadratische Form erhält. Eine gängige Crimpstempelanordnung zum Erzeugen einer der­ artigen quadratischen Verpressung zwischen Crimpbereich und Drahtende besteht aus einem oberen Crimpstempel und einem unteren Crimpstempel. Beide sind gegeneinander in eine Schließ-(Crimp-)Stellung bewegbar, in welcher jeweils in beiden Crimpstempeln vorgesehene Ausnehmungen die durch das Crimpen herbeizuführende quadratische Kontur ausbilden.

Allerdings weist eine derartige Crimpstempelanordnung das Problem auf, daß - insbesondere bei nicht präzise aufein­ ander abgestimmter Crimphülse und zu umschließendem Drahtende - es an den Übergangsstellen zwischen oberem und unterem Crimpstempel zu einer Gratbildung bei der durch das Gegeneinanderführen beider Crimpstempel bewirkten Ver­ pressung kommen kann. Ein derartiger Grat wirkt sich aber negativ auf die Stabilität und die Belastbarkeit der Crimpverbindung aus.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Verbinden eines Drahtes mit einem Kon­ taktelement zu schaffen, bei der ein verbesserter Kontakt, und insbesondere ein Kontakt ohne Gratbildung, hergestellt werden kann.

Die Aufgabe wird durch die Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

So ermöglicht die Neigung des verlängert ausgebildeten Außenflächenabschnittes ein berührungsloses Entformen des verpreßten Crimpbereiches, ohne daß es durch einen Kontakt dieser Außenfläche mit dem verformten Crimpbereich zu einer nachträglichen Deformation desselben kommen kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die erfindungs­ gemäße Vorrichtung mit einem ersten, beweglichen und einem zweiten, feststehenden Crimpstempel realisiert, wodurch eine besonders einfache Herstellung und Kraftbeaufschlagung ermöglicht. Bevorzugt weist der bewegliche Crimpstempel einen sich zu einer Spitze verjüngenden Kopfabschnitt auf, dessen Seitenflanke den erfindungsgemäß verlängerten Außenflächenabschnitt realisiert. Diese bevorzugte Ausbil­ dung, insbesondere in Verbindung mit einer entsprechend zur Aufnahme des Kopfabschnittes ausgebildeten Ausnehmung im feststehenden Crimpstempel, gestattet die kostengünstige und effektive Realisierung des der Erfindung zugrundelie­ genden Erfindungsprinzips bei optimaler Lebensdauer der Werkzeuge.

Die gemäß einer Weiterbildung auf dem verlängerten Außen­ flächenabschnitt gebildeten Rippen optimieren den Kraftein­ trag in den Crimpbereich und ermöglichen durch die entlang des Crimpbereiches unterschiedliche Verpressung eine weitere Verbesserung der Kontakteigenschaften der Crimpver­ bindung.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen beschrieben.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seiten­ ansicht einer Aderendhülse als Bei­ spiel für eine zu verpressende Crimphülse;

Fig. 2 eine perspektivische Schnittansicht durch den Crimpbereich einer Crimp­ hülse;

Fig. 3 eine Querschnittsansicht des Crimp­ bereiches nach einer quadratischen Verpressung;

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Crimpstempelanordnung zum Erzeugen einer quadratischen Verpressung nach dem Stand der Technik;

Fig. 5 eine Querschnittsansicht des Crimp­ bereiches einer Crimphülse nach der Verpressung durch die Vorrichtung gemäß Fig. 4;

Fig. 6 eine schematische Darstellung auf­ einanderfolgender Verfahrensschrit­ te (a) bis (d) zum Herstellen einer Crimpverbindung mit einer Crimpvor­ richtung gemäß einer ersten Ausfüh­ rungsform der Erfindung;

Fig. 7 einen vergrößerten Ausschnitt des Crimpwerkzeuges der Fig. 6;

Fig. 8 und Fig. 9 Draufsicht und Seitenansicht eines beweglichen Crimpstempels gemäß der ersten Ausführungsform der Er­ findung;

Fig. 10 und Fig. 11 Seitenansicht und Frontansicht eines feststehenden Crimpstempels gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 12 bis Fig. 14 andere bevorzugte Ausführungsformen zur Ausbildung des Crimpbereiches als beliebiges Polygon durch zwei Crimpstempel, jeweils dargestellt in zwei Werkstellungen (a) und (b).

Fig. 1 zeigt in teilweise geschnittener Seitenansicht ein derartiges Kontaktelement 10, welches als Aderendhülse aus­ gebildet ist. Diese/s weist entlang der Länge q einen Crimpbereich 12 auf, entlang dessen die Aderendhülse 10 auf ein - abisoliertes - Drahtende aufgeschoben und verpreßt wird. Nach Fig. 2 weist diese Aderendhülse 10, die in der Regel als Band aufgewickelt auf eine Trommel geliefert und verarbeitet wird, im Crimpbereich 12 einen hohlzylindri­ schen Querschnitt auf, der - wie in Fig. 3 gezeigt - nach einer quadratischen Verpessung im Wege einer Crimpbehand­ lung eine i. w. quadratische Form erhält.

Fig. 4 zeigt eine gängie Crimpstempelanordnung zum Erzeugen einer derartigen quadratischen Verpressung zwischen Crimpbereich 12 und einem Drahtende, bestehend aus einem oberen Crimpstempel 14 und einem unteren Crimpstempel 16. Beide in den Fig. 4 in der Schnittansicht wiedergegebenen Crimpstempel sind gegeneinander in eine Schließ- (Crimp-)Stellung bewegbar, in welcher jeweils in beiden Crimpstempeln vorgesehene Ausnehmungen die durch das Crimpen herbeizuführende quadratische Kontur ausbilden. Mit 18 ist eine Gradbildung bezeichnet, welche bei der durch das Gegeneinanderführen beider Crimpstempel 14, 16 bewirk­ ten Verpressung entstehen kann.

Unter Bezug auf die Fig. 6 bis 10 wird nachfolgend eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.

Ein oberer Crimpstempel 20 und ein unterer Crimpstempel 22 sind so gegeneinander beweglich, daß in einer geöffneten Stellung gem. Fig. 6 (a) der Crimpbereich 12 einer Crimp­ hülse - gegebenenfalls automatisiert - einführbar ist, und in einer geschlossenen Stellung Fig. 6 (d) der obere und der untere Crimpstempel 20, 22 zwischen sich einen Crimpbereich einschließen, welcher der gewünschten Querschnittsform der Crimphülse im verpreßten Zustand ent­ spricht. Dabei steht im dargestellten Ausführungsbeispiel der untere Crimpstempel 22 fest, während der obere Crimp­ stempel 20 - beispielsweise durch eine Presse - in Richtung des Pfeils F mit einer Kraft beaufschlagt wird und durch diese an den unteren Crimpstempel 22 herangeführt wird.

Der obere bewegliche Crimpstempel 20 weist an der Ein­ griffsseite des Stempelkörpers 24 eine in der Seitenansicht gemäß Fig. 6 bzw. Fig. 7 als Dorn ausgebildete, sich über i. w. die gesamte Länge q des Crimpbereiches einer Crimphülse 10 erstreckende Crimpspitze 26 auf.

In der Seitenansicht weist die Crimpspitze 26 einen Absatz 30 auf, der, wie sich insbesondere aus den Fig. 6 (c) und (d) ergibt, die Oberkante des Crimpbereiches im zusammenge­ führten Zustand bildet. An den Absatz 30 mit seiner gegen­ über der Horizontalen in Fig. 6 leicht geneigten Eingriffs­ fläche schließt ein Führungsabschnitt 32 an, der in einem zum Absatz 30 rechtwinkelig stehenden Bereich 31 in geschlossenem Zustand des Werkzeuges mit einem gegenüber­ liegenden unteren Absatz 40 samt - ebenfalls dazu recht­ winkeligem - Gegenbereich 41 die Wände des zum Quadrat verformten Crimpbereiches ausbildet.

An den Führungsabschnitt 32, der in der Seitenansicht län­ ger als eine Seitenkante des quadratischen Crimpbereiches ausgebildet ist, schließt zum unteren Crimpstempel 22 hin - spitz zulaufend - ein Fixierabschnitt 34 an, der gegenüber dem Führungsabschnitt 32 und der Vertikalen in Fig. 6 (Richtung der Kraftbeaufschlagung F) zusätzlich um einen Winkel w von etwa 15° geneigt ist und das äußerste Ende der Crimpspitze 26 markiert.

Wie insbesondere aus Fig. 9 erkennbar, können sich Rippen 28 auf der Eingriffsseite der Crimpspitze 26 über den Füh­ rungsabschnitt 32 sowie den Absatz 30 und den Bereich 31 erstrecken.

Zum Zweck der Befestigung an einem Betätigungsmechanismus ist der gezeigte bewegliche Crimpstempel 20 mit einer Boh­ rung 36 versehen.

Der untere, feststehende Crimpstempel 22 weist in der Art eines Gesenks bzw. eines Ambosses eine zum Einführen der Crimpspitze 26 ausgebildete Ausnehmung 38 auf. An diese Ausnehmung 38 schließt - wie in der Seitenansicht gemäß Fig. 6 und Fig. 10 gut zu erkennen - jener untere Absatz 40 an, der - parallel zum Absatz 30 des oberen Crimpstem­ pels 20 verlaufend - leicht zur Vertikalen (Kraftzufuhrrichtung F) geneigt und entsprechend der Kantenlänge des zum Quadrat zu verpressenden Crimpbereiches bemessen ist.

Der rechtwinkelig dem Absatz 40 folgende, sich aufwärts er­ streckende Gegenbereich 41 setzt sich in einem Seitenab­ schnitt 42 fort, der sich in der Seitenansicht parallel zu den Bereichen des Führungsabschnitts 32 des beweglichen Crimpstempels 20 erstreckt. Dieser Seitenabschnitt 42 ist, wie der Führungsabschnitt 32, länger als eine Seitenkante des Crimpquadrates bemessen und, anschließend an einen den Crimpbereich ausformenden Bereich, gegenüber diesem zum Crimpbereich hin leicht abgewinkelt. Entsprechend den Rip­ pen 28 des oberen Crimpstempels 20 weist der untere Crimpstempel 22 Rippen 44 im Bereich des schrägen Seitenab­ schnittes 41, der schrägen Unterkante 40 und der geraden Senkrechten 42 auf.

Der feststehende Crimpstempel 22 wird mittels Bohrungen 46 in einer nicht wiedergegebenen Crimpvorrichtung befestigt.

Eine erste Oberkante 48 des feststehenden Crimpstempels 22 begrenzt diesen in Richtung auf den beweglichen Crimpstem­ pel 20 nach oben und bildet einen Anschlag für eine erste Unterkante 50 desselben, begrenzt mithin also die maximale Eingriffstiefe des Dornes 26 in die Ausnehmung 38, bzw. den durch das Zusammenführen beider Stempel entstehenden Abstand zwischen dem Absatz 30 des beweglichen Crimpstem­ pels 20 und dem gegenüberliegenden unteren Absatz 40 des feststehenden Crimpstempels 22. Die Fläche der Oberkante 48 hat also eine Sicherheitsfunktion; sollte das Werkzeug falsch eingestellt sein, verhindert die Oberkante 48 eine Beschädigung des Bereiches 31 bzw. ein Sprengen des unteren Crimpstempels 22 im Bereich von dessen Ausnehmung 38. Letz­ tere ist für ein enges Maß a ausgelegt.

Theoretisch mißt der Abstand zwischen den zusammengefahre­ nen Crimpstempeln 20,22 an der Oberkante 48 etwa 0,05 mm bei exakt quadratischer Verformung.

Im Betrieb nimmt im Einführungszustand (Ausgangszustand) gemäß Fig. 6(a) der untere Absatz 40 bzw. der Seitenab­ schnitt 42 den Crimpabschnitt 12 mit eingeführtem Drahtende einer herzustellenden Crimpverbindung auf. Durch Kraftein­ wirkung auf den oberen Stempel 20 in Richtung des Pfeils F bewegt sich der obere Stempel 20 auf den unteren zu, und - wie in Fig. 6(b) gezeigt - die Crimphülse 12 wird mittels des Fixierabschnittes 34 in dem aus unterem Absatz 40 und schrägem Seitenabschnitt 42 gebildeten Gesenk fixiert und zunehmend bei weiterem Absenken des oberen Stempels seitlich deformiert (Vorformung).

Bei weiterem Zusammenführen beider Crimpstempel 20, 22 gleitet der Fixierabschnitt 34 vollständig an der Crimp­ hülse 12 entlang, woraufhin diese dann in Kontakt mit dem Führungsabschnitt 32 der Crimpspitze 26 tritt und zu diesem Zeitpunkt bereits ihre in Seitenrichtung (Richtung des Absatzes 30 bzw. unteren Absatzes 40) endgültige Breite aufweist, also - wie in Fig. 6(c) gezeigt - ovale Querschnittsform besitzt. Das untere Ende der Crimpspitze 26 tritt zu diesem Zeitpunkt in die Ausnehmung 38 des feststehenden Crimpstempels 22 ein.

Fig. 6(d) zeigt die Endstellung des Crimpvorganges: Beide Crimpstempel 20, 22 werden bis zum Erreichen dieser Endstellung weiter unter Krafteintrag aufeinander zuge­ führt, wobei der an den Absatz 30 anschließende Bereich 31 die in der Fig. 6(d) gezeigte linke Seitenkante der verpreßten Crimphülse 12 markiert, und der Führungsab­ schnitt 32 entlang des unteren Absatzes 40 in die Ausneh­ mung 38 hineingleitet. In der in Fig. 6(d) gezeigten End­ position schließen der obere Crimpstempel 20 sowie der un­ tere Crimpstempel 22 somit einen im Querschnitt quadrati­ schen Crimpbereich ein, dessen Oberkante durch den Absatz 30, dessen Unterkante durch den Absatz 40, dessen rechte Seitenkante durch den Abschnittes 41 und dessen linke Sei­ tenkante durch den Abschnitt 31 bestimmt wird.

Die die Oberkante 48 bildende Fläche begrenzt mit der Un­ terkante 50 das zu tiefe Eindringen der Crimpspitze in die Ausnehmung 38, wodurch sonst der absatzseitige Bereich des Führungsabschnittes 32 bzw. die Ausnehmung 38 beschädigt werden könnte.

Da der Krafteintrag über den oberen Crimpstempel 20 in Pfeilrichtung F somit i. w. über den (gegenüber der Horizontalen nur leicht geneigten) Absatz 30 erfolgt und der Führungsabschnitt 32 ein seitliches Ausweichen der verformten Crimphülse 12 verhindert, kann der Crimpbereich des Kontaktelementes 10 effektiv und mit hohem Wirkungsgrad verformt werden, ohne daß es - verursacht durch die Überlappungen zwischen Führungsabschnitt 32 und Absatz 40 bzw. zwischen Seitenabschnitt 42 und Absatz 30 - zu der im Stand der Technik auftretenden nachteiligen Gradbildung kommt. Ferner bewirkt vorteilhaft die gegenüber der Horizontalen bzw. Vertikalen in Fig. 6 leicht verdrehte Ausbildung des Crimpbereiches, daß dessen Verformung bis hin zu einer Rautenform durch Reibwirkung an den vertikalen Eingriffsflächen bei der Entformung nicht auftritt - vielmehr sorgt die erfindungsgemäße leicht verschwenkte Ausbildung für eine völlig rechtwinkelige Verpressung und verhindert das Entstehen von Rauten beim Auseinanderführen der Crimpstempel 20, 22 nach dem Crimpvorgang.

Ferner bewirkt diese Anordnung den Vorteil, daß auch bei diesem Auseinanderführen beider Crimpstempel 20, 22 durch die fehlende Reibung der Eingriffsfläche des beweglichen Crimpstempels 20 (im Bereich des Führungsabschnittes 32) mit der verpreßten Crimphülse 12 vorteilhaft das verpreßte Teil schneller freigegeben wird und einen höheren Arbeits­ takt erlaubt.

Die im Bereich der Crimpspitze 26 des beweglichen Crimp­ stempels 20 bzw. dem im Eingriff gegenüberliegenden Ab­ schnitt des feststehenden Crimpstempels 22 vorgesehenen Rippen sorgen bei diesem Vorgang für einen entlang der Länge des Crimpbereiches unterschiedlichen Anpreßdruck und damit für eine unterschiedliche Verformung, die für Kon­ taktstabilität und Belastbarkeit günstig ist.

Unter Bezug auf die Fig. 12 bis 14 werden nachfolgend drei weitere Ausführungsbeispiele beschrieben, die das im Zusammenhang mit der Fig. 6 beschriebene Funktionsprinzip auf beliebige polygonale Umfangsformen des Crimpbereiches übertragen; in den gezeigten Ausführungsformen handelt es sich dabei um ein gleichseitiges Drei-, Fünf- bzw. Sechs­ eck, wobei (a) jeweils die geöffnete Stellung und (b) die geschlossene (Crimp-)Stellung zeigt.

Aus den Fig. 12 bis 14 wird deutlich, daß mit der erfin­ dungsgemäßen Lösung gemäß der ersten Ausführungsform nicht nur ein quadratischer Querschnitt des Crimpbereiches erzeugt wird; vielmehr eignet sich die Anordnung für beliebige Polygonformen, die nicht notwendigerweise gleichseitig sein müssen. Lediglich die Innenform und die entsprechenden, den Crimpbereich umschließenden Abschnitte des oberen (bewegten) Stempels und des unteren (festehenden) Stempels müssen in geeigneter Weise ausgebil­ det werden, um die gewünschte Querschnittsform des Crimpbe­ reiches herbeizuführen. Auch kann alternativ nur der untere Stempel bewegt werden, oder beide Stempel.

Claims (4)

1. Vorrichtung zum Verbinden eines Drahtes mit einem Kontaktelement (10) durch zwei aufeinander zu bewegbare Crimpstempel (20, 22) die in der Crimpstellung den Klemmbereich (12) des Kontaktelements (10) querschnittlich in Form eines Polygons umschließen, wobei die Crimpstempel (20, 22) Außenflächenabschnitte (30, 31, 40, 41) aufweisen, die so ausgebildet sind, dass sie in der Crimpstellung den Klemmbereich (12) zum Bilden des Polygons umschließen, dadurch gekennzeichnet, dass der horizontale Abstand der am Crimpstempel (20) ausgebildeten Außenflächenabschnitte vom Bereich (31) über den Führungsabschnitt (32) zum Fixierabschnitt (34) bezüglich der vertikalen Bewegungsachse des Crimpstempels (20) hin zunimmt und der horizontale Abstand des parallel dazu am Amboss (22) ausgebildeten Seitenabschnittes (42) und Gegenbereiches (41) bezüglich der vertikalen Bewegungsachse des Crimpstempels (20) hin abnimmt, wobei der horizontale Abstand zwischen dem Bereich (31) und dem Gegenbereich (41) der horizontalen Ausdehnung des fertig gepressten Kontaktelementes (10) entspricht, so dass bei der vertikalen, linearen Crimpbewegung des Crimpstempels (20) gegen den Amboss (22) über den Fixierabschnitt (34), den Führungsabschnitt (32), den Seitenabschnitt (42), den Bereich (31) und den Gegenbereich (41) zunächst im Wesentlichen nur die horizontale Verpressung des Kontaktelementes (10) und anschließend erst über den oberen Absatz 30) am Crimpstempel (20) und dem unteren Absatz (40) am Amboss (22) die vertikale Verpressung des Kontaktelementes (10) erfolgt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Crimpstempel (20) bewegbar ausgebildet ist und mit einer Druckkraft (F) beaufschlagbar ist, während der zweite Crimpstempel (22) feststehend ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Crimpstempel (20) einen sich eingriffsseitig zu einer Spitze (26) verjüngenden Kopfabschnitt aufweist, dessen eine Seitenflanke von einem Außenflächenabschnitt (31), dem Führungsabschnitt (32) und einem verlängert ausgebildeten, gegenüber der Bewegungsrichtung des Crimpstempels (20) um einem Winkel geneigten Fixierabschnitt (34) gebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Crimpstempel (22) eine zum Aufnehmen der Spitze (26) des ersten Crimpstempels (20) in der Crimpstellung gebildete Ausnehmung (38) aufweist, deren eine Seitenwand im Wesentlichen parallel zu dem verlängert ausgebildeten Führungsabschnitt (32) als Kopfabschnitt des ersten Crimpstempels (20) verlaufend und diesen entlang eines Abschnittes in der Crimpstellung berührend und überlappend ausgebildet ist.