DE2056378B2 - Anschlußteil für elektrische Vorrichtungen mit einem elektrisch leitenden Niet - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Anschlußteil für elektrische Vorrichtungen mit einem durch einen aus wenigstens zwei isolierenden Schichten aufgebauten Deckel und ein am Deckel anliegendes Anschlußstück führenden, elektrisch leitenden Niet, wobei das Anschlußstück durch einen am Niet mittels Stauchen gebildeten äußeren Kopfflansch mit dem Niet verbunden ist.

Derartige Anschlußteile für elektrische Vorrichtungen wie Elektrolytkondensatoren mit einer dichtenden Nietverbindung sorgen für die mechanische und elektrische Verbindung der inneren elektrischen Leitung, die aus der Vorrichtung kommt, mit einem außenliegenden Anschluß. Sie verlaufen üblicherweise durch Scheiben aus Kunststoffen und Elastomeren, die den Verschluß für das Ende z. B. eines Elektrolytkon densators bilden.

Es traten bisher immer Schwierigkeiten bezüglich des Aufrechterhaltens einer dichten, sicheren und dauerhaften elektrischen Verbindung zwischen dem Niet, der inneren elektrischen Leitung und dem außenliegenden Anschluß auf. Ein Reißen und die Verformung des Verschlußdeckels aus Kunststoff können selbst während der Herstellung auftreten, und zwar je nach den Druckverformungseigenschaften der üblichen Deckelmaterialien, die im allgemeinen eine Kombination eines elastomeren Gummis und eines steifen Phenolharzes sind. Solche Schwierigkeiten führen häufig zum fortschreitenden Lockern der Nietdichtung, was wiederum eine relative Bewegung zwischen den elektrischen Anschlußteilen ermöglicht und somit eine Verschlechterung des elektrischen Anschlusses zur Folge hat, wodurch der elektrische Widerstand erhöht wird. Die sich gemäß I²R ergebenden Verluste verursachen eine übermäßige Erhitzung des Anschlusses, was weiter zu einer Verschlechterung der Dichtung führt und gegebenenfalls eine Zerstörung der elektrischen Verbindung verursachen kann.

Um dieses Problem zu lösen, wurde beispielsweise in der US-PS 34 39 232 vorgeschlagen, eine Metallhülse zu verwenden, die den Niet umgibt und innerhalb der Öffnung des Isolierverschlusses dicht eingepaßt ist und dazu dient, den Anschlußteil zu stützen und zusätzlich zum Niet selbst einen Stromleitungsweg zu bilden. Trotzdem kann sich jedoch der relativ einfache Niet so weit lockern, daß die Dichtung nicht mehr gewährleistet ist, so daß in dieser Hinsicht andere Probleme entstehen.

ίο Darüber hinaus ist die Montage eines zusätzlichen Bauteiles kostenerhöhend.

In der US-PS 30 91 656 wird ein Anschlußteil für elektrische Vorrichtungen beschrieben, bei dem zwei elektrische Anschlußstücke, die durch einen Deckel aus zwei isolierenden Schichten voneinander getrennt sind, mittels eines elektrisch leitenden Niets, der durch Bohrungen in den Anschlußstücken und in den isolierenden Schichten hindurchreicht, mechanisch und elektrisch miteinander verbunden werden. Zur Montage wird der Niet mit seinem Schaftteil durch die Bohrungen hindurchgesteckt und dann gestaucht. Durch das Stauchen bildet sich der äußere Kopf des Niets und hält flanschartig das äußere Anschlußstück gegen die isolierenden Deckelschichten gepreßt, wobei ein innerer Nietenkopf den Gegendruck ausübt. Das ungestauchte Schaftteil besitzt etwa den gleichen Durchmesser wie die Bohrungen in den isolierenden Schichten, so daß sich beim Einstecken des Niets in diese Bohrungen eine gute Passung ergibt. Dies hat zur Folge, daß, während die elastische Deckelschicht bei der Stauchung des Niets nachgibt und ausweicht, die aus relativ steifem Material bestehende Deckelschicht diese Möglichkeit nicht besitzt und somit in der Bohrung in radialer Richtung stark belastet wird. Diese starke Belastung kann zu Rissen, Brüchen oder dergleichen des Materials dieser relativ steifen Deckelschicht führen und dadurch den Sitz und die Dichtung des Niets entweder direkt bei der Montage oder allmählich mit der Zeit verschlechtern. Als Folge davon treten sowohl Dichtungsschwierigkei-

ten als auch eine Erhöhung des elektrischen Übergangswiderstandes auf.

Es ist nun Aufgabe der Erfindung, ein Anschlußteil für den oben angegebenen Zweck mit einer Nietverbindung zu schaffen, bei dem der Niet nicht nur billig ist, sondern auch über die lange Gebrauchsdauer fest sitzt und gut dichtet.

Diese Aufgabe wird durch ein Anschlußteil der eingangs beschriebenen Art gelöst, bei dem der Niet ein massives Schaftteil besitzt, das einen Hohlraum einer Bohrung in einer ersten relativ steifen Deckelschicht nur teilweise und einen Hohlraum einer Bohrung in einer zweiten relativ elastischen Deckelschicht vollständig ausfüllt, wobei der äußere Kopfflansch des Niets das Anschlußstück gegen eine durch das Stauchen an dem in der ersten Deckelschicht liegenden Schaftteil gebildete innere Schulter angepreßt hält.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der deformierte Teil des massiven Schaftteils vor dem Stauchen ein Volumen auf, das dem Gesamtvolumen der Hohlräume der Bohrungen in der steifen sowie der elastischen Deckelschicht nahezu entspricht.

Bei der praktischen Durchführung der Erfindung wird gemäß einer Ausführungsform ein Aluminiumniet in eine Bohrung in den Deckel eingesteckt, wobei zwischen dem Bohrungsinnenrand und dem Nietenschaft ein Ringraum freibleibt, bevor der Niet gestaucht, wird und sich radial in den Ringraum ausdehnt. Dieser Ringraum im Verschiußdecke! bleibt im Gegensatz zur

üblichen Praxis der Herstellung von Nietverbindungen am den Nietenschaft herum frei, damit sich der Niet während des Stauchens in Querrichtung in diesen Ringraum hinein ausdehnen und darin eine vorspringende Schulter bilden kann, gegen die sich das Anschlußstück abstützt

Die Form, die der Niet nach dem Stauchen annimmt, wird vorzugsweise dadurch gesteuert, daß das Volumen des Materials im Nietenschaft das deformiert werden soll, vor dem Stauchen in ein bestimmtes Verhältnis zu dem Gesamtvolumen des Bohrungshohlraumes im starren Kunststoffdeckel und in der Elastomerschicht in den der Schaft hineinexpandieren soll, gebracht wird, und dieses Verhältnis beträgt vorzugsweise 1:1.

Vorzugsweise sind Dorne vorgesehen, die aus der unteren Fläche des Anschlußstückes hervorragen und in die oberen Fläche des nichtmetallischen Deckels des Kondensators eingreifen, damit eine relative Bewegung zwischen dem zu befestigenden Anschlußstück und dem Deckel vermieden wird. Wenn der Niet gestaucht wird, deformiert sich der Nietenschaft radial bis über den Durchmesser der öffnung in dem Anschlußansatz des Anschlußstückes hinaus, so daß das Material des Nietenschaiftes die öffnung in dem Anschlußansatz des Anschlußstückes voll ausfüllt und der expandierte Schaft bildet weiterhin eine als Stütze dienende Schulter unter dem Anschlußansatz, die den Ansatz von unten zusammen mit dem darüber geschlagenen Nietenkopf greift Dadurch wird das Anschlußstück fest nach unten gedrückt und die Dorne des Anschlußansatzes werden in den Kunststoffdeckel gepreßt Gleichzeitig werden die innere Leitung und der Nietenkopf am Boden fest in Eingriff gebracht, um eine gute elektrische Verbindung herzustellen, wenn erhabene Ringe oder Vorsprünge an der oberen Fläche des unteren Nietenkopfes nach oben gegen das; weiche Aluminiummaterial der inneren Kondensatorleitung gedrückt werden. Außerdem wird gleichzeitig eine flüssigkeitsdichte Dichtung zwischen dem unteren Teil des in Querrichtung expandierten Nietenschaftes und dem elastomeren Teil des Deckels gebildet.

Die Erfindung wird nun anhand de»- Zeichnungen durch Auüführungsbeispiele näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt eines typischen Anschlußteiles mit einer Nietverbindung für Elektrolytkondensatoren nach dem Stand der Technik,

Fig.2 einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Anordnung vor der Deformation des Niets und

F i g. 3 einen Querschnitt des vollständigen Anschluß- so teiles nach der Deformation des Niets.

Gemäß F i g. 1 hat ein typisches Anschlußteil mit Nietverbindung für einen Elektrolytkondensator bekannter Art einen Verschluß für das offene Ende aus einer Verschlußscheibe 10, die aus einer unteren Gummiplatte 11 und einer oberen Platte 12 aus einem phenolischen Kunststoff besteht Dadurch wird der Baukörper des Kondensators abgedichtet und ein Mittel geschaffen, um geeignete elektrische Anschlüsse an dem Kondensator anzubringen und mit ihm zu verbinden. Ein Ansatz 13 für elektrische Anschlüsse ist mechanisch mit der Scheibe 10 mit Hilfe eines Niets 14 verbunden, der sich durch eine eng angepaßte öffnung 15 in der Verschlußscheibe 10 aus Kunststoff erstreckt Der Niet 14 dient ebenfalls als elektrische Verbindung zwischen dem Anschlußansatz 13 und der inneren Leitung 16 des Kondensators, wobei die innere Leitung gegen eine Dichtungsscheibe 17 durch den unteren kr\r\f Hpc Mi#»tc 14 gepreßt wird.

Wie aus F i g. 1 ersichtlich ist neigt dann, wenn der bekannte Niet verformt d.h. gestaucht wird, das deformierbare Material des Nietenschaftes in erster Linie dazu, nach unten in etwas konischer Form zu fließen. Dementsprechend drückt das deformierbare Material des Niets in der Nähe des Bodens nach außen und bewirkt daß der starre Kunststoffdeckel 12 in eine nach oben zu konkave Form verworfen und verformt wird, wenn das Nietenschaftmaterial die öffnung im Deckel füllt und sich darüber hinaus nicht expandieren kann. Die übliche Praxis des Nietens, die in diesem Bauteil und auch bei anderen Bauteilen bekannter Art gewöhnlich angewendet wird, um eine gute Ausrichtung von Teilen sicherzustellen, bestand darin, daß die öffnung des Deckels oder der Manschette, in die der Nietenschaft eingesetzt wird, immer möglichst genau dem Durchmesser des Nietenschaftes angepaßt wird, damit er diesen dicht umfassen sollte. Als Folge davon traten die eingangs genannten Schwierigkeiten auf. Aus F i g. 1 ist ersichtlich, daß unter diesen Bedingungen keine als Stütze dienende Schulter unter dem Anschlußansatz 13 durch den Nietenschaft gebildet werden konnte.

Bei dieser Art des Aufbaues bekannter Anschlußteile ist es sehr schwierig, eine sichere mechanische und dauerhafte elektrische Verbindung in der öffnung 15 der Verschlußscheibe 10 zu erreichen, weil die periodischen thermischen Beanspruchungen während des Betriebes des Kondensators, der mit einem starken Strom belastet ist, dazu führen, daß die Verbindung aufgeheizt wird. Der Deckel 12 wird durch die Deformation des Niets beansprucht. Durch Verschlechterung der Druckverformungseigenschaften des Kunststoffmaterials des Deckels 12 tritt eine Lockerung des Anschlußansatzes 13 um den Niet herum auf, und dies führt zu einem erhöhten Widerstand beim Stromdurchgang mit gelegentlicher Lichtbogenbildung, Verbrennen der Verbindung und letztlich Zerstörung und somit zum Versagen des gesamten Anschlußteiles.

Eine sichere Verbindung ist jedoch erforderlich, damit gewährleistet ist daß der elektrische Leitungsweg von der inneren Leitung 16 zum Anschlußansatz 13 nicht unterbrochen wird. Wegen der Möglichkeit einer fortschreitenden Verschlechterung des Kontaktes zwischen dem Anschlußansatz 13 und dem Niet 14 bei dieser bekannten Anordnung nach F i g. 1 ist diese sichere Verbindung jedoch nicht gewährleistet. Dieses Problem wird jedoch durch das erfindungsgemäße Anschlußteil gelöst, von dem ein Ausführungsbeispiel in den F i g. 2 und 3 dargestellt ist.

In Fig.2 sind die wesentlichen Bestandteile des Anschlußteiles gemäß der Erfindung so dargestellt wie sie vor der Deformation des Niets aussehen. Der Verschlußteil 22 der elektrischen Vorrichtung, z. B. eines Elektrolytkondensators, besteht aus einem elektrisch nicht leitenden Material und kann aus einer üblichen relativ starren äußeren Deckelschicht oder Scheibe 24 aus Phenolharz oder Hartfaserplatte und einer inneren biegsamen Platte oder Schicht 26 aus einem geeigneten EJastomermaterial oder Gummi bestehen. Die Deckelschichten 24 und 26 besitzen jeweils Bohrungen oder öffnungen 28 bzw. 29, durch die der Schaftteil 44 eines Niets 40 hindurchgeführt ist Entgegen der üblichen Praxis beim Nieten und aus Gründen, die nachfolgend noch erläutert werden, haben jedoch die Bohrungen 28 bzw. 29 einen wesentlich ßn Durchmesser als dss Nietenschsfttei! 44. Der

Metallniet 40 hat einen vorgebildeten unteren Kopf 42. Der Schaftteil 44 erstreckt sich nach dem Durchgang durch eine übliche Dichtungsscheibe 68 aus Metal! nach oben durch die vergrößerten Bohrungen 29 und 28 der Deckelschichten 26 und 24 und danach durch eine eng angepaßte Bohrung 38 in dem Anschlußansatz 34 eines Anschlußstückes 32, das die elektrische Verbindung nach außen herstellt. Da die Bohrungen 28 und 29 im Gegensatz zur üblichen Praxis beim Nieten erheblich größer als der Durchmesser des Schaftteiles 44 des Niets 40 sind, ergeben sich senkrecht aneinandergrenzende hohle Ringräume um den Nietenschaft 44 herum in der Höhe der Bohrungen 28 und 29. Zwischen der Bohrung 38 in dem Anschlußstück 32 über dem Deckel und dem Nietenschaft 44 entsteht kein derartiger hohler Ringraum, weil die Bohrung 38 einen kleineren Durchmesser als die Bohrungen 28 und 29 besitzt Auch die Dichtungsscheibe 68 aus Metall unterhalb der biegsamen Deckelschicht 26 wird mit einer Bohrung 69 versehen, die ebenfalls einen kleineren Durchmesser als die Bohrung 29 besitzt.

Der Niet 40 mit dem Schaft 44 ist vorzugsweise ein üblicher Typ eines Niets aus Aluminium, bei dem der Schaft am oberen Ende in Napfform ausgehöhlt ist und der Napf in einem eingestülpten Scheitel 43 endet, unterhalb dessen der Schaft 44 aus festem Metall besteht und einen zylindrischen Teil aus deformierbarem Material bildet, der einen Durchmesser entsprechend dem Außendurchmesser des Nietenschaftes 44 hat und eine Länge besitzt, die sich vom Boden des napfförmigen Scheitels 43 bis nach unten zur oberen Fläche des unteren Nietenkopfes 42 erstreckt

Die Volumina des deformierbaren Schaftmaterials und der Hohlräume, in die sich das Schaftmaterial in Querrichtung ausdehnen kann, werden vorzugsweise so zueinander in ein Verhältnis gebracht, daß ein Reißen oder eine Verformung des Verschlußteils oder Deckels 22 vermieden wird, während sich eine das Anschlußstück stützende Schulter innerhalb der Bohrung in der starren Deckelschicht 24 bildet Es wurde gefunden, daß dieses Ziel dadurch erreicht wird, daß das Volumen des zylindrischen Teils aus dem deformierbaren Nietenschaftmaterial so proportioniert wird, daß es annähernd gleich dem Gesamtvolumen der Hohlräume der Bohrungen in dem starren und dem biegsamen Deckelteil ist Diese Porportionierung der Volumina steuert die Deformation des Niets und führt dazu, daß ein Reißen und Deformation der starren Kunststoffdekkelschicht vermieden wird, während sich eine das Anschlußstück stützende Schulter innerhalb des Hohlraumes der Bohrung 28 bildet was aus F i g. 3 genauer hervorgeht

Der Niet 40 wird vom Boden des Deckels her in üblicher Weise durch eine öffnung 64 in der inneren Leitung 66 und durch eine Öffnung 69 in einer Dichtungsscheibe 68 aus Metall in seine Lage geschoben, wobei diese beiden öffnungen eng an den Durchmesser des Schaftes 44 angepaßt sind. Die öffnung 64 der Leitung 66 besitzt etwa den gleichen Durchmesser wie die öffnung 38 in dem äußeren Anschlußansatz 34 des Anschlußstückes 32, wobei beide Öffnungen einen kleineren Durchmesser als die Bohrungen 28 und 29 haben. Der Schaft 44 geht nach oben durch die vergrößerte Bohrung 29 in der Elastomerschicht 26 und die Bohrung 28 in der starren Kunststoffdeckelschicht 24. Der untere Nietenkopf 42 besitzt vorzugsweise an der oberen oder inneren Fläche mehrere Vorsprünge oder konzentrische hervorstehende Greifringe 50, die so ausgebildet sind, daß sie in das weiche Aluminiummetall der inneren Leitung 66 hineingreifen und sich dort festsetzen. Dorne 46 an der unteren Fläche des Anschlußstückes 32 sind dafür vorgesehen, in die obere Fläche der Deckelschicht 24 einzugreifen und eine relative Bewegung des Deckels und des Anschlußteiles zu verhindern.

ίο Fig. 3 zeigt im Querschnitt das vollständige Anschlußteil gemäß der Erfindung, nachdem der Niet 40 durch Stauchen deformiert worden ist. Der obere Teil des Niets 40 hat in üblicher Weise einen übergeschlagenen oder radial erweiterten oberen Kopfflansch 140 gebildet. Im Gegensatz zu Nietungen bekannter Art hat sich jedoch der Schaftteil 144 des Niets, wie aus F i g. 3 ersichtlich ist, radial mehr zylindrisch als konisch erweitert und eine das Anschlußstück stützende Schulter 146 gebildet, die an den Anschlußansatz 34 angrenzt und sich wenigstens teilweise innerhalb des Hohlraumes der Bohrung 28 in der starren Kunststoffdeckelschicht 24 befindet Der in Querrichtung expandierte Schaftteil 144 braucht nur teilweise alle Ecken des Hohlraumes 28 auszufüllen, ist jedoch so eingestellt, daß er lediglich den Hohlraum 29 im elastischen Elastomermaterial der Schicht 26 bei 148 übermäßig ausfüllt und dadurch einen radialen Druck auf das Elastomer der Schicht 26 ausübt und somit sicherstellt daß eine flüssigkeitsdichte Dichtung zusammen mit der Dichtungsscheibe 68 gebildet wird, die unterhalb der elastomeren Schicht 26 liegt und an diese angrenzt Det Nietenschaft 144 hat sich in Querrichtung expandiert bis zur vollständigen Ausfüllung der Ecken der Bohrung 3i im Anschlußansatz 34 des Anschlußstückes 32 und bis zur Ausfüllung der Bohrung 69 im Dichtring 68, nicht aber bis zur übermäßigen Füllung der Bohrung 28 in der starren Kunststoffdeckelschicht 24. Die Schulter 146 des Nietenschaftes stößt an die untere Fläche des Anschlußansatzes 34 von unten an und liegt der oberer Eingriffstelle des übergerollten Nietenkopfflansches 140 gegenüber. Das Anschlußstück 32 wird somit sicher vor den sich gegenüberliegenden Oberflächen gegriffen. Die Schulterbildung 146 im Nietenschaft ist deshalb möglich weil ein ringförmiger Hohlraum vorhanden war, der der Nietenschaft umgab, in den sich der Schaft 44 während des Stauchens, wenn auch in begrenzter Weise ausdehnen konnte. Wenn die Bohrung 28 zu groß oder zu klein bezüglich der Menge des deformierbarer Materials des Nietenschaftes 44 gewählt wird, bildel

so sich der Ansatz oder die Schulter 146 nicht mil steuerbarer Sicherheit an der gewünschten Stelle innerhalb der Bohrung 28 und ohne Spannungen, die das Material der Kunststoffdeckelschicht 24 deformierer oder beanspruchen könnten. Es wurde gefunden, daC durch das Aufrechterhalten eines Verhältnisses vor etwa 1 :1 für das Volumen des zylindrischen fester deformierbaren Materials des Nietenschaftes bezüglich des Volumens des Bohrungshohlraumes in der Kunststoffschicht 24 und in der elastomeren Schicht 2€ ausreichender Ausgleich dafür geschaffen wird, daß die Bohrung 28 teilweise gefüllt und die Bohrung 29 übermäßig gefüllt werden, um diese beiden Bohrunger auszugleichen und das gewünschte Ergebnis der Bildung einer das Anschlußstück stützenden Schulter 14t innerhalb der Bohrung 28 zu erzielen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Anschlußteil für elektrische Vorrichtungen mit einem durch einen aus wenigstens zwei isolierenden Schichten aufgebauten Deckel und ein am Deckel anliegendes Anschlußstück führenden, elektrisch leitenden Niet, wobei das Anschlußstück durch einen am Niet mittels Stauchen gebildeten äußeren Kopfflansch mit dem Niet verbunden ist. dadurch gekennzeichnet, daß der Niet (40) ein massives Schaftteil (144) besitzt, das einen Hohlraum einer Bohrung (28) in einer ersten relativ steifen Deckelschicht (24) nur teilweise und einen Hohlraum einer Bohrung (29) in einer zweiten relativ elastischen Deckelschicht (26) vollständig ausfüllt, wobei der äußere Kopfflansch (140) des Niets das Anschlußstück (32) gegen eine durch das Stauchen an dem in der ersten Deckelschicht (24) liegenden Schaftteil gebildete innere Schulter (146) angepreßt hält.

2. Anschlußteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der deformierte Teil des massiven Schaftteils (144) vor dem Stauchen ein Volumen aufweist, das dem Gesamtvolumen der Hohlräume der Bohrungen (28, 29) in der steifen (24) sowie der elastischen (26) Deckelschicht nahezu entspricht.