DE19934158A1 - Einrichtung zum Verbinden eines Leiters mit einem Kontaktteil - Google Patents

Abstract

Bei einer Einrichtung zur elektrischen und mechanischen Verbindung eines Leiters (8) mit einem Kontaktteil (4) für Schwachstrom ist vorgesehen, den Leiter (8) mit dem Kontaktteil (4) zu verschweißen. DOLLAR A Besonders vorteilhaft ist es, die Verschweißung zusätzlich zu einer Klemmverbindung, insbesondere einer Schneidklemmverbindung, eines Litzenleiters vorzusehen und das Kontaktteil (5) im Bereich der Verschweißung zu verzinnen. DOLLAR A Dadurch ist insgesamt eine optimale elektrische und mechanische Verbindung geschaffen, die kostengünstig ist, eine dauerhaft sichere Kontaktierung sowie größtmögliche Zugentlastung bietet für die automatisierte Fertigung insbesondere von Massenartikeln wie Steckkontaktelementen geeignet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur elektrischen und mechanischen Verbin­ dung eines Leiters mit einem Kontaktteil für Schwachstrom.

Verbindungen dieser Art sind beispielsweise als Klemmverbindungen allgemein be­ kannt. Unter der Voraussetzung sorgfältiger Herstellung und geringer mechanischer Belastung ist damit in der Regel eine ausreichend sichere Kontaktierung gewährlei­ stet.

Bei höheren, zumeist unbeabsichtigt auf den Leiter ausgeübten Zugkräften kann je­ doch die Verbindung zwischen Leiter und Kontaktteil häufig relativ leicht gelöst werden. Dabei ist ein solches Lösen nicht unbedingt sichtbar und kann daher in der Fertigung zu starken Streuungen des Übergangswiderstandes zwischen Kontaktteil und Leiter führen, ohne daß der Fehler einfach zu detektieren ist.

Zur Reduzierung des Auftretens solcher Schäden bzw. Störungen müssen etwa bei Schneidklemmkontakten die Toleranzen der Schneidklemmöffnung sehr genau auf die Abmessungen des Leiters und seines Isoliermantels abgestimmt werden. Dadurch sind jedoch die Wahlmöglichkeiten bzgl. Leitungsquerschnitt und -aufbau sowie die Materialeigenschaften und Dimensionierung des Isoliermantels und der Schneid­ klemme und damit insgesamt die universelle Einsetzbarkeit der Klemme stark einge­ schränkt.

Ungenügend abgestimmte Dimensionierung von Schneidklemme und Leitung kann zum Abriß einzelner Litzen, Aufreißen der Isolierung am ganzen Umfang, Kurz­ schluß zwischen einzelnen abgerissenen Litzen verschiedener Kontakte, hohen Über­ gangswiderständen zwischen Kontaktteil und Leiter und - in Abhängigkeit von den Prozeß- und Einsatzbedingungen - unterschiedlichen Übergangswiderständen bis hin zum Wackelkontakt oder gar permanenter Kontaktunterbrechung führen.

Fertigungsbedingte Schwankungen der erforderlichen Einstellparameter können eine unterschiedliche, nicht unbedingt erkennbare und nicht ohne erheblichen Aufwand prüfbare Kontaktqualität der Verbindungen zur Folge haben. Bei der Fertigung be­ kannter Schneidklemmkontakte wird deshalb zur Erzielung der erforderlichen Pro­ zeßsicherheit eine zusätzliche Halteplatte eingesetzt.

Die bekannte Verbindung ist außerdem nur kraftschlüssig und nicht auch form­ schlüssig.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs ge­ nannten Art zu schaffen, bei der ohne hohen Fertigungsaufwand und ohne zusätzliche Teile eine sichere elektrische Kontaktierung sowie eine hohe mechanische Stabilität der Verbindung gewährleistet und die Verbindung formschlüssig ist.

Diese Aufgabe ist durch das kennzeichnende Merkmal des Anspruches 1 gelöst. Dazu können unterschiedliche, nach den Gegebenheiten des Einzelfalls auswählbare Schweißverfahren verwendet werden, wie beispielsweise Widerstands-, Laser- und Induktionsschweißen.

Durch das Verschweißen ist eine besonders robuste formschlüssige Verbindung von Leiter und Kontaktteil erreicht, bei der diese zumindest in Teilbereichen miteinander verschmolzen werden.

Die Verbindung weist damit nicht nur einen minimalen Übergangswiderstand, also eine dauerhaft optimale Kontaktierung auf, sondern auch eine so hohe mechanische Festigkeit, daß die erreichte Zugentlastung der Abreißkraft des Leiters entspricht und nicht nur der geringeren Klemmkraft einer Kontaktklemme oder der Haltekraft einer Lötverbindung.

Außerdem ist die Verbindung dadurch gegenüber Umweltbedingungen (z. B. Tempe­ ratur, Vibration, Korrosion, Zugbelastung) und Bedingungen des Herstellprozesses (z. B. Transport zum nächsten Fertigungsschritt, Greifen, Aufbewahren, Weiterverar­ beiten) außerordentlich robust.

Aufgrund der sicheren Kontaktierung ist die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Wackelkontakten und unterschiedlichen Übergangswiderständen minimiert und da­ mit eine wesentlich verringerte Ausschußrate sowie ein erheblich reduzierter Prü­ fungsaufwand erreicht.

Schließlich ist die erfindungsgemäße Einrichtung besonders gut für eine automati­ sierte Herstellung und damit auch die Serienfertigung von Massenprodukten wie etwa Steckverbindern geeignet.

Vorteilhafte Anwendungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Einrichtung nach Anspruch 1 sind in den Unteransprüchen angegeben.

So ist es bei Kontaktteilen, die Klemmelemente zur Kontaktierung der Leiter aufwei­ sen günstig, gemäß Anspruch 2 die Schweißverbindung an den Klemmelementen vorzusehen, weil an diesen bereits eine leitende Verbindung zwischen Kontaktteil und Leiter besteht.

Zumeist werden Leiter mit Isolierstoffmantel verwendet, welche von Teilen des Klemmelements zur Kontaktierung mit dem Leiter durchdrungen werden. Hier ist es gemäß Anspruch 3 besonders vorteilhaft die Verschweißung an den Durchdringstel­ len vorzunehmen, an denen die Leitungsisolierung bereits geöffnet ist, so daß zum Schweißen keine Isolierung in einem weiteren Arbeitsgang entfernt werden muß. Beim Widerstandsschweißen können dort die Schweißelektroden angelegt werden. Bei Anwendung der Laser-Schweißtechnik ist es von Vorteil, die Schweißung an den genannten Stellen vorzunehmen, weil dort keine Leiterisolierung weggebrannt wer­ den muß und die eingesetzte Energie direkt auf den metallischen Leiter trifft.

In den Ansprüchen 4 und 5 sind zwei mögliche Ausführungen von Klemmelementen angegeben, bei denen die erfindungsgemäße Verbindung von Leiter und Kontakttei­ len besonders zweckmäßig einsetzbar ist, wobei die in Anspruch 4 genannte Hülsen­ klemme auch die ein breites Anwendungsgebiet aufweisende Klemmtechnologie umfaßt.

Ein besonders vorteilhaftes Einsatzgebiet für die erfindungsgemäße elektrische und mechanische Verbindung stellen die Schneidklemmkontakte dar, weil im Vergleich zur bekannten reinen Schneidklemmkontaktierung durch die zusätzliche Verschwei­ ßung die erforderliche Genauigkeit der Schneidklemmöffnung sehr viel geringer sein kann bzw. ihre Abstimmung auf die Leiterabmessungen und deren Toleranzen er­ heblich unkritischer ist, so daß mit kleinerem Aufwand eine höhere Prozeßstabilität und Robustheit der Einrichtung gegenüber Umweltbedingungen erreicht ist.

Außerdem ist im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Schneid­ klemmkontakten die angeführte Halteplatte nicht mehr nötig. Mit diesem Bauteil entfällt auch der zugehörige Montageschritt, so daß die erfindungsgemäße Verbin­ dung trotz des zusätzlichen Fertigungsschrittes der Verschweißung kostengünstiger ist.

Überdies reduziert sich durch den Wegfall der Halteplatte der Raumbedarf der Ver­ bindung von Kontaktteil und Leiter, wodurch mehr Platz für nachfolgende Ferti­ gungsschritte zur Verfügung steht oder die Möglichkeit zur Verkleinerung der Ein­ richtung bzw. des sie umfassenden Produkts, beispielsweise eines elektrischen Steckverbinders, eröffnet ist.

In diesem Fall ist jedes Kontaktteil gemäß Anspruch 6 ein Steckkontaktelement, das steckseitig als Steckbuchse oder Steckerstift ausgebildet ist und kabelseitig einen Schneidklemmkontakt zum Klemm- und Schweiß-Anschluß eines Leiters aufweist.

Bei einem nach Anspruch 7 ausgebildeten Kontaktteil dringt beim Schweißvorgang das Zinn bis zum Litzenkern in den Leiter ein, so daß zusätzlich zur Verschweißung noch eine Lötung erfolgt. Dadurch ist der Leiter im Verbindungsbereich kein Litzen­ leiter, sondern ein Voll-Leiter großen Querschnitts mit der Folge, daß in der Ferti­ gung keinerlei Streuungen des Übergangswiderstandes zwischen Leiter und Kon­ taktteil mehr bestehen. Außerdem ist dabei sichergestellt, daß auch bei Verwendung von Litzen hohe Zugkräfte auf die Leiter zulässig sind, die erst von deren Abreißkraft begrenzt sind.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels der Einrichtung bei einem Kontaktträger eines dreipoligen Kabelsteckverbinders in den Figuren er­ läutert. Es zeigen:

Fig. 1 - eine teilweise geschnittene seitliche Ansicht und Draufsicht des Kontaktträ­ gers vor der Kontaktierung der Kabeladern mit den Steckbuchsen,

Fig. 2 - eine teilweise geschnittene seitliche Ansicht und Draufsicht des Kontaktträ­ gers nach der Kontaktierung der Kabeladern mit den Steckbuchsen, und

Fig. 3 - je eine teilweise geschnittene seitliche Ansicht einer Steckbuchse mit noch nicht kontaktierter und mit kontaktierter Kabelader in vergrößertem Maß­ stab.

Der als Winkelsteckdose ausgeführte Kabelsteckverbinder z. B. für Näherungsschalter besteht aus einem Kontaktträger 1, einem nicht dargestellten, beispielsweise um­ spritzten Gehäuse und einer Schaltungsplatine 2, die mit elektrischen und optoelek­ trischen Bauelementen beschaltbar ist.

Der Kontaktträger 1 weist drei Kontaktkammern 3 zur Aufnahme je einer Steckbuch­ se 4 auf, die zum Zusammenstecken mit angepaßten Steckerstiften eines nicht darge­ stellten Gegensteckverbinders und kabelseitig als Schneidklemme 5 zum Anschuß einer aus einer Litzenseele 6 und einem Isoliermantel 7 bestehenden Kabelader 8 eines dreiadrigen Kabels 9 ausgebildet sind.

Zur Bildung der Schneidklemme 5 ist im kabelseitigen Endteil jeder Steckbuchse 4 eine axiale Sackbohrung 10 zum Einführen eines nicht abisolierten Endbereichs der Kabelader 8 sowie ein Schlitz 11 in der Bohrungswand 12 vorgesehen. Der Schlitz 11, dessen Länge geringer ist als die der Sackbohrung 10 weist einen kabelseitigen Führungsabschnitt 13 mit Schneidzone 14 sowie einen sich daran anschließenden schmäleren Schneidklemmabschnitt 15 auf.

Die Breite des Führungsabschnittes 13 ist geringfügig kleiner als der Außendurch­ messer der Kabeladern 8, die Breite des Schneidklemmabschnittes 15 geringer als der Durchmesser der Litzenseelen 6. Die Sackbohrung 10 weist einen steckseitigen Be­ reich 16 und einen anschlußseitigen Bereich 17 auf, wobei letzterer im Durchmesser geringfügig größer ist als der steckseitige Bereich 16 und durch einen schmalen An­ schlagbund 18 bildet. Der Anschluß der isolierten Kabeladern 8 und zugleich ihre Zugentlastung erfolgt auf folgende sehr einfache und für ein automatisiertes Verfah­ ren geeignete Weise:

Jede Kabelader 8 wird zunächst mit ihrem freien Endbereich bis zum Anschlagbund 18 in die Sackbohrung 10 eingeführt, anschließend um etwa 90° in den Führungsab­ schnitt 13 des Schlitzes 11 hinein abgebogen und durch die beschriebenen Abmes­ sungen darin leicht geklemmt (vorfixiert). Daraufhin wird die Schaltungsplatine 2 mit Ausnehmungen 2a auf die kabelseitigen Endteile der Steckbuchsen 4 aufgescho­ ben. Dabei erfolgt einerseits durch den Federdruck des im Bereich des Schlitzes 11 im Querschnitt C-förmigen kabelseitigen Endteils ein dauerhaft sicherer Kontakt durch sogenannten "C-Pressung" sowie eine feste Halterung der Schaltungsplatine 2. Zum anderen werden hierbei durch die steckseitige Fläche der Schaltungsplatine 2 sämtliche Kabeladern 17 zugleich weiter in der Schlitz hineingedrückt, wobei zu­ nächst in der Schneidzone 14 der Isoliermantel der Kabeladern 8 durchtrennt und anschließend die Litzenseelen 6 derart in den Schneidklemmabschnitt 15 eingepreßt werden, daß sie großflächig unter Druck an deren Seitenkanten anliegen und somit bereits einen guten Kontakt gewährleisten. Zugleich wird bei diesem Vorgang das freie Ende jeder Kabelader 8 fast vollständig in die Sackbohrung 10 eingeführt. Zum Schluß wird die Litzenseele 6 jeder Kabelader 8 durch Widerstandsschweißen mit der Schneidklemme 5 auf Höhe der Litzenseele 6 verschweißt, wozu die Schwei­ ßelektroden an der angegebenen Stelle 19, an welcher der Isoliermantel 7 durchtrennt ist, von außen an die Steckbuchse 4 angelegt werden.

Die Steckbuchsen 4 sind im Bereich der Schneidklemme 5 verzinnt. Beim Ver­ schweißen dringt das Zinn bis ins Innere der Litzenseele 6 ein, so daß diese an der Klemm- und Kontaktstelle zu einem Voll-Leiter wird, der einen geringeren Über­ gangswiderstand aufweisen und maximale Zugkräfte aufnehmen kann.

Durch die zusätzlich zur Schneidklemmung vorgesehene Verschweißung, bei der eine teilweise Verschmelzung der äußeren Litzendrähte mit der Schneidklemme 5 erfolgt, ist auch bei relativ groben Toleranzen des Schneidklemmschlitzes eine größtmögliche Zugentlastung erreicht, die der Abreißkraft der Kabeladern 8 ent­ spricht. Außerdem ist dadurch mit geringem Aufwand eine äußerst robuste kraft- und formschlüssige Verbindung geschaffen, bei der unsichere Kontakte und unterschied­ liche Übergangswiderstände praktisch nicht mehr auftreten und der Prüfungsaufwand ganz wesentlich reduziert werden kann. Durch die genannten geringen Anforderun­ gen an die Toleranzen der Schneidklemme 5, den Entfall zusätzlicher Vorrichtungen wie einer Halteplatte beim Stand der Technik, die Prozeßsicherheit (Reduzierung des Ausschusses und der Prüfkosten) und die Eignung für eine automatisierte Fertigung ist die erfindungsgemäße Einrichtung schließlich auch kostengünstiger in Herstellung und Aufwendungen für Betriebs- und Prüfmittel, als Schneidklemmen nach dem Stand der Technik. Insbesondere ist sie damit auch für die Herstellung von Massen­ produkten wie Steckverbinder besonders geeignet.

Bezugszeichenliste

1

Kontaktträger

2

Schaltungsplatine

3

Kontaktkammern

4

Steckbuchse

5

Schneidklemme

6

Litzenseele

7

Isoliermantel

8

Kabelader

9

Kabel

10

Sackbohrung

11

Schlitz

12

Bohrungswand

13

Führungsabschnitt des Schlitzes

11

14

Schneidzone des Schlitzes

11

15

Schneidklemmabschnitt des Schlitzes

11

16

Steckseitiger Bereich der Sackbohrung

10

17

Kabelseitiger Bereich der Sackbohrung

10

18

Anschlagbund

19

Schweißstellen

Claims (7)

1. Einrichtung zur elektrischen und mechanischen Verbindung eines Leiters (8) mit einem Kontaktteil (4) für Schwachstrom, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter (8) mit dem Kontaktteil (4) verschweißt ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktteil (4) ein Klemmelement (5) zur Klemmkontaktierung des Leiters (8) aufweist und die Schweißverbindung am Klemmelement (5) vorgesehen ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter (8) einen Isoliermantel (7) aufweist, der an der Kontaktstelle (19) von Teilen des Klemm­ elements (5) durchdrungen wird, und daß die Verschweißung an den Kontakt­ stellen (19) vorgesehen ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Klemmelement ein Schneidklemmkontakt (5) ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Klemmelement eine den Leiter umfassende metallische Hülse ist, die mit nach innen weisenden Kontaktspitzen, gegebenenfalls durch den Isoliermantel hindurch, in den Leiter eindringt.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktteil ein Steckkontaktelement (4) ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter ein Litzenleiter (8) und das Kontaktteil (4) wenigstens im Bereich der Schweißstelle (19) verzinnt ist.