DE2000573A1 - Verfahren und Werkzeug zur Herstellung einer Quetschverbindung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Quetschverbindung zwischen einer biegsamen Metallzwinge und einem in diese eingeführten Kabel, und ein hierfür geeignetes Werkzeug, insbesondere zur Herstellung einer Quetschverbindung zwischen einem elektrischen Kabel und einer rohrförmigen Zwinge.

Es ist bekannt, elektrische Kabel miteinander dadurch zu verbinden, dass die zu verbindenden Kabelenden in die entgegengesetzten Enden einer Zwinge eingeführt werden, deren Wand hierauf zusammengedrückt oder eingekerpt wird, um zwischen dem Metall des Kabels und dem der Zwinge eine elektrische Verbindung herzustellen. Während Quetschverbindungen dieser Art mit vielen Formen von isolierten Leitern, aufgebaut aus biegsamem Metall, wie Aluminium oder Kupfer, verwendet worden sind, hat es sich in letzter Zeit gezeigt, dass solche Quetschverbindungen keine zufriedenstellende elektrische Verbindung zwischen einem gelitzten Kabel der Art, bei welcher die Leiter mit nicht abfließenden Isoliermaterialien überzogen oder imprägniert sind, und einer Zwinge herzustellen vermögen. Solche Isoliermaterialien enthalten normalerweise beträchtliche Anteile eines hochviskosen Wachses, welches auf der Leiteroberfläche eine schwer durch Lösungsmittel oder mechanische Einwirkung zu entfernende Schicht bildet. Schwierigkeiten haben sich auch ergeben bei isolierten Kabeln mit Teilleitern aus trockenem, festem Aluminium.

Ziel der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und ein Werkzeug zur Herstellung einer wirksameren Quetschverbindung herzustellen, welche zu einem Zusammenbrechen einer jeden Wachsschicht und/oder Oxydschicht auf dem Leiter während des Eindrückens der Zwinge führen, um einen elektrischen Kontakt zwischen dem Metall der Zwinge und dem Leiter des Kabels herzustellen. Die zur Herstellung von Quetschverbindungen zwischen Aluminiumleitern verwendeten Zwingen sind dabei selbst notwendigerweise aus Aluminium, um Korrosionsprobleme infolge örtlicher elektrolytischer Wirkungen zu vermeiden; Aluminium ist einem ausgedehnten plastischen Fluß ausgesetzt, wenn es einem Druck zwischen ebenen Oberflächen ausgesetzt wird. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde erkannt, dass ein hoher Zwischenschichtdruck zwischen der inneren

Wand der Zwinge und der Oberfläche des Leiters nötig ist, um die Wachsschicht und/oder die Oxydoberfläche aufzubrechen, ehe ein Kontakt Metall zu Metall hergestellt werden kann.

Daher sollte die Fläche der äußeren Oberfläche der Zwinge, welche am Anfang dem Quetschdruck ausgesetzt ist, klein sein, damit sich der notwendige hohe Zwischenschichtdruck zum Aufbrechen der isolierenden Wachs- und/oder Oxydschicht entwickeln kann. Gleichzeitig muß das Verfahren zur Herstellung der Verbindung derart sein, dass der Metallfluß von unterhalb des Einkerbestempels während des Zusammendrückens möglichst klein ist, um einen maximalen Zwischenschichtdruck zu erzeugen und ein Durchbrechen des Stempels durch die Wand der Zwinge zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, bei welchem die Wand der Zwinge einer Pressung zwischen einer Stütze und einem Stempel ausgesetzt wird, der eine flache obere Oberfläche und eine Reihe von zur oberen Oberfläche stufenförmig angeordneten weiteren Oberflächen aufweist, die im wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung des Stempels angeordnet sind, wobei die Seiten zwischen den Oberflächen zur oberen Oberfläche hin geneigt sind. Dies hat zur Folge, dass der Stempel beim Eindringen in die Zwinge in aufeinanderfolgenden Intervallen mit zusätzlichen ebenen Oberflächen mit der Zwinge in Berührung kommt, wodurch jeweils ein neuer Bereich der Zwingenoberfläche ergriffen und Material in die eingedrückte Vertiefung in der Zwingenwand gezogen wird. Die Neigung der Seiten hat den Zweck, ein leichtes Zurückziehen des Stempels nach der Herstellung der Verbindung zu gewährleisten.

Der abgestufte Einkerbestempel kann einen beliebigen Querschnitt aufweisen, zur Vereinfachung der Herstellung ist jedoch ein kreisrunder oder rechteckiger, einschließlich quadratischer, Querschnitt vorzuziehen. Wenn der Querschnitt rechteckig ist, weist der Stempel eine Gesamtform einer vierseitigen Pyramide auf. Die abgestuften Oberflächen können in einer oder beiden Paaren der Seitenflächen ausgebildet sein.

Im Betrieb ergibt die verhältnismäßig schmale Spitze oder das obere Ende des Stempels den hohen örtlichen Druck, der erforderlich ist, um den Wachs- und/oder Oxydfilm auf den Leitern aufzubrechen, während die zum oberen Ende parallelen Stufen das Metall der Zwinge während des Einkerbungsvorganges greifen, wobei der Reibungseingriff zwischen aufeinanderfolgenden Stufenoberflächen und der Oberfläche der Zwinge so dazu dient, dass der seitliche Metallfluß weg von der Fläche unter dem oberen Ende des Einkerbestempels begrenzt wird. Ein Einkerbewerkzeug zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens enthält einen Rahmen oder Körper mit einer Backe zur Aufnahme einer Stützform oder Stütze, welche als Sitz für die Zwinge ausgebildet ist, und mit einem Halter für den Einkerbestempel, der der Backe entgegengesetzt liegt und zur Backe hin und von dieser weg bewegbar ist. Der Halter für den Einkerbestempel hat vorzugsweise die Form eines Kolbens, der sich in einem Zylinder bewegt, welcher integral mit dem Körper oder an diesem befestigt ist. Der Zylinder ist mit einem Einlaß für Hydraulikflüssigkeit versehen, so dass die Kraft zur Betätigung des Einkerbestempels mittels einer hydraulischen Pumpe erzeugt werden kann.

Die Stützform läßt sich vorzugsweise von der Backe entfernen, so dass die verwendete Stützform dem äußeren Durchmesser der Zwinge angepaßt werden kann. Der äußere Durchmesser der Zwinge wird seinerseits durch die Größe der zu verbindenden Kabel bestimmt. Im allgemeinen haben die Zwingen einen inneren Durchmesser, der leicht über dem Durchmesser der Leiter liegt, und eine Wandstärke, welche zwischen 2,54 und 7,62 mm liegt, abhängig von der Größe der zu verbindenden Kabel. Während die Bohrung der Zwinge in den meisten Fällen glatt ist, kann sie auch ein Gewinde aufweisen, um eine Reihe von scharfen Kanten zum Einschneiden in die Wachsschicht unter dem Druck des Einkerbestempels zur Verfügung zu stellen.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann zur Herstellung von Quetschverbindungen zwischen Zwingen und sowohl gelitzten als auch festen Leitern angewendet werden. Der eingeschlossene Winkel am Scheitel des Stempels ist vorzugsweise 40 bis 70°, wenn das Kabel gelitzt ist, und 75 bis 105°, wenn das Kabel fest ist. Der eingeschlossene Winkel ist dabei gleich zweimal dem Winkel, unter welchem jede Seitenebene des Stempels zur Vertikalen liegt. Die Seiten der einzelnen Stufen des gestuften Einkerbestempels sind ihrerseits unter einem Winkel leicht geneigt, z.B. unter 5 bis 15°. Brauchbare Ergebnisse lassen sich mit einem weiten Bereich von verschiedenen Intervallen zwischen aufeinanderfolgenden Stufen erzielen. Allgemein kann festgestellt werden, dass die Anzahl der Stufen nicht weniger als 5 oder mehr als 100 je 25,4 mm der Verjüngung sein sollte. In dem bevorzugten Bereich von 45 bis 70° des eingeschlossenen Winkels sollte die Tiefe aufeinanderfolgender Stufen vorzugsweise in dem Bereich von 0,635 bis

2,54 mm liegen. Der Durchmesser der Spitze eines konischen Einkerbestempels sollte vorzugsweise in dem Bereich von 1,27 bis 6,35 mm liegen, während im Fall eines Stempels mit rechteckigem Querschnitt die Länge in dem Bereich von 1,27 bis 25,4 mm und die Breite in dem Bereich von 1,27 bis 6,35 mm liegen kann.

Ein Werkzeug zur Herstellung von Quetschverbindungen entsprechend der Erfindung wurde mit sehr zufriedenstellendem Ergebnis unter Anwendung geeigneter Stützformen, jedoch mit nur einem einzigen gestuften Einkerbestempel zur Verarbeitung eines weiten Bereichs von imprägnierten Kabeln mit Aluminiumleitern im Bereich von 25,81 mm hoch2 bis 645,2 mm hoch2 verwendet.

Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Werkzeugs sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Einkerbewerkzeug zum Zusammendrücken zur Verwendung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren.

Fig. 2 eine Seitenansicht eines konischen Einkerbestempels.

Fig. 3 eine Seitenansicht eines pyramidenförmigen Einkerbestempels.

Fig. 4 eine Schnittansicht längs der Mittellinie des Stempels nach Fig. 3.

Fig. 5 eine Ansicht einer entsprechend der Erfindung hergestellten Quetschverbindung.

Fig. 6 einen Längsschnitt einer Form von Zwinge zur Verwendung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, und

Fig. 7 einen Längsschnitt einer zweiten Zwingenform.

Das in Fig. 1 gezeigte Einkerbewerkzeug zum Zusammendrücken besteht aus einem Körper 1 mit einer Backe 2, an welcher eine Stützform oder Stütze 3 geeigneter Größe lösbar befestigt werden kann. Ein Zylinder 4 ist in dem Körper 1 befestigt und hat einen Flüssigkeitseinlaß 5 zur Verbindung einer hydraulischen Pumpe zur Versorgung mit Hydraulikflüssigkeit unter Druck. Ein Kolben 6 ist in dem Zylinder 4 vorgesehen und wird durch einen ringförmigen Haltering 7 zurückgehalten. Der Kolben 6 trägt einen Einkerbestempel 8 der oben besprochenen Art. Der Einkerbestempel 8 sitzt in einer Vertiefung eines Fortsatzes 9 des Kolbens und ist durch einen Querstift 10 gesichert.

Eine Form des Einkerbestempels 8 ist in Fig. 2 dargestellt und weist einen Schaft 11 auf, der mit einer Öffnung 12 für den Einsatz des Querstiftes 10 vorgesehen ist. Der Stempel hat eine flache Spitze oder obere Oberfläche 14, die von einer Anzahl ringförmiger Oberflächen 15 umgeben ist, welche schrittweise um die Spitze oder obere Oberfläche 14 angeordnet sind. Die Oberfläche von Stufen 16 zwischen aufeinanderfolgenden ringförmigen Oberflächen 15 ist im Verhältnis zur Achse des Stempels unter einem Winkel von etwa 5° geneigt.

In einer anderen Form des Stempels, die in Fig. 3 und 4 dargestellt ist, ist die Spitze oder obere Oberfläche 24 des Stempels rechteckig, wobei die Länge etwa dreimal so groß wie die Breite ist. Die eingeschlossenen Winkel zwischen den Ebenen der größeren Seiten 25 und den Ebenen der kleineren Seiten 26 sind ungefähr gleich. Die Seiten 26 sind nicht mit abgestuften Oberflächen ausgebildet, die Seiten 25 dagegen sind mit einer Reihe von geraden Oberflächen 27 ausgebildet, welche in im wesentlichen senkrechten Ebenen zur Achse des Stempels liegen, und sind durch Stufen 28 getrennt, welche unter einem Neigungswinkel von etwa 10° zur Mittelebene des Werkzeugs verlaufen. Die Oberflächen 15 und 27 müssen nicht genau senkrecht zur Achse des Stempels sein, sondern können nach innen oder sogar etwas nach außen geneigt sein, ohne die zufriedenstellende Arbeitsweise des Stempels zu beeinflussen.

Bei Verwendung des Stempels nach Fig. 3 und 4 wird dieser so befestigt, dass die Oberflächen 27 längs zur Zwinge liegen. Die Höhe der Stufen wird so gewählt, dass sie geringer als die Wandstärke der Zwinge ist.

Zwei Zwingenformen für die Verwendung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sind in Fig. 6 und 7 dargestellt. Die Zwinge 31 in Fig. 6 hat die Form eines einfachen Rohres aus Aluminium oder einem anderen, biegsamen Metall und weist eine Wand 32 stetiger Dicke, wie unten angezeigt, und eine glatte Bohrung 33 auf. Die Zwinge 41 in Fig. 7 hat eine Wand 42 und eine Bohrung 43 mit Gewinde zu einem Zweck, wie er oben angegeben wurde. Die Wandstärke und anderen Abmessungen einer

Zwinge zur Verbindung einer bestimmten Größe von Kabel sind für die beiden Zwingen nach Fig. 6 und 7 die gleichen.

Die Wandstärke von Aluminiumzwingen zur Verwendung in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann zwischen etwa 3,81 mm und etwa 7,62 mm für Zwingen mit einem Innendurchmesser zwischen etwa 6,35 und 25,4 mm liegen, wobei größere Innendurchmesser der Zwinge im allgemeinen größere Wandstärken erfordern.

In Fig. 5 ist eine Quetschverbindung entsprechend der Erfindung gezeigt, bei welcher eine Zwinge entweder nach Fig. 6 oder 7 verwendet werden kann. Die Enden zweier gelitzter Kabel 44 und 45 werden mit einer Drahtbürste durch Bürsten gereinigt und in eine Zwinge 31 geeigneten Innendurchmessers eingeführt. Hierauf wird die Wand der Zwinge mithilfe des bereits beschriebenen Einkerbewerkzeugs wie an den Stellen 46 gezeigt verformt. Bei der Ausbildung der Quetschverbindung sollte die Wand der Zwinge bei einem gelitzten Kabel, wie in Fig. 5 gezeigt, um einen Weg von etwa der Hälfte des äußeren Durchmessers der Zwinge und bei einem festen Leiter weniger eingedrückt werden, obwohl keine starre und schnelle Vorschrift festgelegt werden kann.

Claims (6)

1. Verfahren zur Herstellung einer Quetschverbindung zwischen einer biegsamen Metallzwinge und einem in diese eingeführten Kabel, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand der Zwinge (31, 41) einer Pressung zwischen einer Stütze (3) und einem Stempel (8) ausgesetzt wird, der eine flache obere Oberfläche (14, 24) und eine Reihe von zur oberen Oberfläche stufenförmig angeordneten weiteren Oberfläche (15, 27) aufweist, die im wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung des Stempels (8) angeordnet sind, wobei die Seiten (16, 28) zwischen den Oberflächen zur oberen Oberfläche (14, 24) hin geneigt sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel (8) einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel (8) die Form einer vierseitigen Pyramide aufweist, die obere Oberfläche (24) des Stempels rechteckig ist und ein Paar von Seiten (25) wesentlich länger als das andere Paar von Seiten (26) ist, wobei die größeren Seiten (25) der Pyramide mit einer Reihe von abgestuften Oberflächen (27) im wesentlichen parallel zur oberen Oberfläche (24) ausgeführt sind.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Seiten des Stempels (8) zwischen aufeinanderfolgenden Oberflächen (15, 27) unter einem Winkel von 5 bis 45° zur Mittelachse oder Achse des Stempels (8) geneigt sind.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand (32, 42) der Zwinge (31, 41) bei der Bildung einer Verbindung zwischen der Zwinge (31, 41) und einem gelitzten Leiter (44, 45) um einen Weg von etwa der Hälfte des äußeren Durchmessers der Zwinge (31, 41) eingedrückt wird.

6. Werkzeug zur Herstellung einer Quetschverbindung nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es eine zur Durchführung des Verfahrens erforderliche Stütze (3) sowie einen entsprechenden Stempel (8) auf einem Kolben (6) in einem Zylinder (4), gehalten von einem Körper (1), aufweist.