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Steckerverbindung für elektrische Leitungen und Verfahren zur Herstellung
der Steckerverbindung Die Erfindung betrifft eine Steckerverbindung für elektrische
Leitungen sowie ein Verfahren zur Herstellung der Steckerverbindung.
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Bei den bekannten Steckerverbindungen werden in herkömmlicher Weise
Kabeldraht bzw. Litze mit Kontaktelementen, die in einem Steckerkörper gelagert
sind, verlötet, verschraubt oder verklemmt. Die Kontaktelemente sind hierbei im
Steckerkörper, der üblicher Weise aus zwei Gehäuseschalen besteht, formschlüssig
gelagert. Um eine Zugentlastung und ein daraus resultierendes leichtes Verschweißen
oder anderweitiges Befestigen des Kabeldrahts gegenüber den Kontaktelementen zu
erreichen, werden vor der Verbindung des Kabeldrahts die Zuleitungen kraftschlüssig
mit den Kontaktelementen verklemmt.
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Es hat sich gezeigt, daß eine einfachere Fertigung der herkömmlichen
Stecker dadurch erzielt werden kann, daß die bereits an die Kontaktelemente angeschlossenen
Kabeldrähte in einem Anformwerkzeug lagegerecht gehalten werden und der Griffkörper
der Steckerverbindung, d.h. die Steckerteile auf die Kabeldrähte angeformt werden.
Ersichtlicherweise muß dieser Anfonrivorgang jedoch unter Erhitzung erfolgen, wobei
die Verarbeitungstemperatur der aus Kunststoff oder dgl. Material
bestehenden
Steckerteile etwa im Bereich der Erweichungstemperatur der Isolation der Kabeldrähte
liegt, so daß nachteiligerweise die Isolation beschädigt werden kann und die Steckerverbindungen
nach ihrer Herstellung zu einem großen Teil funktionsunfähig sind und ein vergleichsweise
großer Ausschuß produziert wird. Es ist ein großes Bestreben, Steckerverbindungen
zu schaffen, bei denen die Kabeldrähte zufriedenstellend isoliert sind. Außerdem
sollen die Steckerverbindungen handhabungssicher und vom Laien nicht zerlegbar und
wiederverschließbar sein, um zu vermeiden, daß die Kabeldrähte einerseits an falsche
Kontaktelemente angeschlossen und dadurch Kurzschlüsse verursacht werden und andererseits
die Benutzung von notdürftig zusammengehaltenen Steckerverbindungen überhaupt nicht
möglich ist. Angeformte Steckerverbindungen haben daher prinzipiell den Vorteil,
daß sie nach einer Offnung des Steckerkörpers praktisch nicht wiederverwendbar sind.
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Eine Möglichkeit, Kunststoff-Steckerteile anzuformen, wobei die Isolation
der Kabeldrähte aufgrund niedriger Verarbeitungstemperatur nicht beschädigt wird,
ergibt sich durch Schweißen von Kunststoffteilen mit Ultraschall. Mit Hilfe dieser
Verarbeitungsweise können auch temperaturfestere Isoliergehäuse zusammengebaut werden,
die beispielsweise für Heizgeräte oder andere Geräte hohen Leistungsbedarfs erforderlich
sind. Das Schweißen von Kunststoffteilen mit Ultraschall hat Jedoch gegenüber der
herkömmlichen thermischen Anformung den wesentlichen Nachteil, daß die Umgebung
der Verbindungspunkte bzw. Kontaktstellen zwischen Kabeldraht und Kontaktelement
frei bleiben, während beim thermischen Anformen diese Kontaktstellen von geschmolzenem
Kunststoff umschlossen und mithin hermetisch abgedichtet wurden. Somit ergeben sich
bei durch Ultraschall-Schweißen hergestellten Steckerverbindungen nachteiligerweise
elektrische Verbindungen, die von Isoliermaterial nicht luftdicht umschlossen werden
können und korrosiven Einflüssen ausgesetzt sein
können, woraus
im Laufe der Zeit eine Verschlechterung des elektrischen Kontakts zwischen Kabeldraht
und Kontaktelement resultiert.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine durch Ultraschall verschweißte
Steckerverbindung zu schaffen, die die Nachteile der bekannten Steckerverbindungen
vermeidet. Außerdem soll ein Verfahren zur einfachen Herstellung solcher Steckerverbindungen
erzielt werden.
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Diese Aufgabe wird bei einer Steckerverbindung für elektrische Leitungen,
bestehend aus mindestens einem Kabeldraht und einem Kontäktelement sowie einem Steckerkörper
aus mindestens zwei Steckerteilen, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kontaktstelle
zwischen Kabeldraht und Kontaktelement mit angeschmolzenem Werkstoff vollständig
umhüllt ist. Das Verfahren zur Herstellung der Steckerverbindung unter Verschweißung
der Steckerteile mittels Ultraschall zeichnet sich dadurch aus, daß ein Steckerteil
an der Innenseite am Ort der Kontaktstelle von eingelegtem Kabeldraht und Kontaktelement
mit mindestens einem Vorsprung solcher Länge versehen wird, daß nach Zusammenfügen
der Steckerteile und Aufdrücken des Ultraschall-Stempels zunächst der Vorsprung
zwecks Herstellung einer vollständigen Umhüllung der Kontaktstelle geschmolzen wird
und danach die Steckerkörperteile miteinander verschweißt werden.
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Erfindungsgemäß wird somit eine Steckerverbindung für elektrische
Leitungen geschaffen, bei der die Kontaktstellen vor Korrosionseinflüssen geschützt
sind und ein auf jahre hinaus leichbleibender $geringer elektrischer Widerstand
zwischen Ein- und Ausgang der Steckerverbindung gewährleistet werden kann4 Darüberhinaus
entsprioht die erfindungsgemäße Steckerverbindung den Sicherheitsvorschriften und
kann von Laienhand
nicht ohne weiteres geöffnet und insbesondere
nach oeffnung bzw. Zerstörung nicht mehr zusammengebaut werden.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden anhand
von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Aufsicht auf einen Teil
einer Steckerverbindung mit Kabeldrähten und Kontaktelementen.
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Fig. 2 eine seitliche Querschnittsansicht der Steckerverbindung vor
ihrem Zusammenbau entlang der Linie II-II gem. Fig. 1, wobei Kabeldrähte und Kontaktelemente
nicht dargestellt sind, Fig. 3 einen Querschnit durch die Steckerverbindung vor
ihrem Zusammenbau entlang der Linie III-III gem. Fig. 1, Fig. 4 einen Querschnitt
durch die Steckerverbindung gem.
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Fig. 5 nach ihrem Zusammenbau, und Fig. 5 und 6 Kontaktelemente zur
Befestigung der Kabeldrähte in der Steckerverbindung.
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Die in den Fig. 1 bis 4 dargestellte Steckerverbindung besteht vorzugsweise
aus zwei Steckerteilen 1a, 1b, in welche ein Kabeldraht 2 eingelegt und in beliebiger
Weise gegenüber einem der Steckerteile verklemmt sein kann.
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In Fig. 1 ist der Steckerteil 1a dargestellt, der vorzugsweise als
unterer Teil der Steckerverbindung benützt werden kann.
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Die beiden KabeldrShte 2 eines Kabels 3 können beispielsweise mit
Kontaktelementen 4 verlötet, verschraubt, verschweißt oder auf andere Weise mit
diesen befestigt sein. Die Kontaktelemente 4 sind in bekannter Weise in jeweils
ein in einem der Steckerteile ia, ib vorgesehenen Bett 5 eingesetzt bzw.
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eingepaßt, wobei am einen Ende jedes Kontaktelement-Betts eine etwa
halbzylindrische oeffnung zum Einstecken eines komplementären Stecker ausgegossen
ist. Zur Führung der Kabeldråe 2 durchsetzt ein Führungssteg 6 den in Fig. 1 veranschaulichten
Steckerteil la und besitzt zwei Nuten 7, die in etwa dem Kabeldraht-Durchmesser
entsprechen und somit die Kabeldrähte in Paßsitz oder Preßsitz aufzunehmen vermögen.
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Weiterhin sind in dem in Fig. 1 dargestellten Steckerteil 1a zwei
symmetrisch zur Mittellinie des Steckerteils verlaufende Klemmbacken 8 ausgegossen,
die vorzugsweise an ihrer dem Kabel 3 zugewandten Seite Widerstandszähne oder dgl.
Rillen besitzen und den Kabelstrang 5 aufnehmen. Der Abstand zwischen den Klemmbacken
8 wird vorteilhafterweise derart ausgelegt sein, daß der Kabelstrang 5 mit Preßsitz
zwischen den Klemmbacken 9 gelagert werden kann und ein Herausziehen des Kabelstrangs
aus der Steckerverbindung unter der Wirkung von quer zur Kabelrichtung verlaufenden
Rillen 9 verhindert wird.
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Die Nuten 7 können - wie erwähnt - die Kabeldrähte 2 ebenfalls mit
Preßsitz aufnehmen, so daß vor dem Zusammensetzen der Steckerteile eine lagegerechte
Ausrichtung der Kabeldrähte 2 gegenüber den Kontaktelementen 4 erreicht wird und
die Verbindung von Kabeldrähten 2 und Kontaktelementen 4 erleichtert werden kann.
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Wie in Fig. 2 veranschaulicht ist, sind am oberen Steckerteil Ib vorzugsweise
aus dem gleichen Material, aus welchem die Steckerkörper bestehen, gebildete Vorsprünge
10 und 11 vorgesehen. Die Vorsprünge 10 sind - wie in Verbindung mit Fig. 1 ersichtlich
ist - im Bereich der Nuten 7 auf die freiliegenden Kabeldrähte 2 gerichtet, während
die Vorsprünge 11 über den Lot-, Schweiß- oder Schraubanschlüssen bzw. über den
Kontaktstellen 12 zwischen Kabeldrähten 2 und Kontaktelementen 4 angeordnet sind.
Die Vorsprünge 10, 11 sind gemäß Fig.
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2 und 5 über den Abschluß des oberen Steckerteils 1b hinausgezogen,
d.h.
sie überragen den Steckerteil lb und stoßen infolge dieser ueberlänge beim Zusammensetzen
der Steckerteile 1a, 1b auf die Kabeldrähte 2 bzw. Kontaktstellen 12.
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Beim Ultraschallschweißen der Steckerteile wird die gesamte Schweißenergie
an den Enden der Vorsprünge 10, 11 frei, da die Enden dieser Vorsprünge im Gegensatz
zu dem übrigen Stekkerteil mit dem komplementären Steckerteil in Berührung gelangen
und daher eine Erweichung der Vorsprünge 10, 11 erfolgt. Beim Zusammensetzen der
Steckerteile 1a, 1b überfließt somit das erweichte Material der Vorsprünge 10 die
Kabeldrähte 2 im Bereich der Nuten 7 und das Material der Vorsprünge 11 die Kontaktstellen
12. Damit werden einerseits die Kabeldrähte 2 in die Nuten 7 gedrängt und durch
das nachf ließende Material der Vorsprünge 10 an dem Steg 6 fixiert und andererseits
die Kontaktstellen 12 luftdicht umschlossen. Nach Beendigung des Ultraschweißvorgangs
wird insbesondere an den Kontaktstellen 12 eine Versiegelung erreicht, die verhindert,
daß nach dem Zusammenfügen der Steckerteile die Kontaktstellen Korrosionseinflüssen
ausgesetzt sind. In Fig. 7 ist der erfindungsgemäße Stecker vor dem Zusammenbau
gezeigt. Um zu vermeiden, daß beim Ultraschall-Schweißen das Material der Vorsprünge
10, 1 über die entsprechenden Verbindungs- bzw. Kontaktstellen hinwegfließt, können
seitlich der Schweißstellen jeweils eine Innenpf anne bildende Erhebungen 15, 14
bzw. 15, 16 im Stecker-Unterteil 1a ausgeprägt sein. Auf diese Weise wird eine volle
Versiegelung bzw. ein Uberziehen der gewünschten Kabeldraht-Bereiche mit dem Schweißmaterial
gewährleistet.
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Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Steckerverbindung ist es
möglich, daß beim Zusammenfügen der beiden Steckerteile mittels Ultraschall-Schweißung
die Aderisolation der Kabeldrähte eine Dämpfung der freiwerdenden Schweißenergie
etwa zwischen den Vorsprüngen 1 und den Kontaktstellen 12 bewirkt, so daß die Erweichung
des Materials an den Vorsprüngen
1i verhindert wird. Es ist daher
zweckmäßig, die Erhebungen 15 und -14 bzw. 15 und 16 derart eng nebeneinander auszulegen,
daß die Vorsprünge 11 Jeweils mit den Erhebungen 13 und 14 bzw. 15 und 16 nach dem
Aufsetzen des oberen Steckerteils 1a.auf den unteren Steckerteil 1b in Berührung
kommen und die Erweichung des Materials erfolgt. Entsprechende Maßnahmen können
auch bezüglich der über den Nuten 7 angeordneten Vorsprünge 10 getroffen werden.
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Zum Zusammenfügen der beiden Steckerteile 1a, ib wird normalerweise
ein Ultraschall-Stempel auf einen der beiden Stekkerteile aufgedrückt, während der
andere Steckerteil in einer Form unnachgiebig gehalten wird. Die auf diese Weise
hergestellte erfindungsgemäße Steckerverbindung ist in Fig. 4 veranschaulicht. Gegenüber
der in Fig. 3 vor dem Zusammenbau gezeigten Steckerverbindung befinden sich die
Kontaktstellen 12, d.h. die Kabeldrähte 2 und die diesen zugeordneten Kontaktelemente
4 im Bereich ihres elektrischen Kontakts innerhalb einer. durch die Vorsprünge 11
erzeugten Umhüllung 11a.
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Die Umhüllung 11a, die - wie bereits angedeutet wurde - aus dem gleichen
Material wie oberer bzw. unterer Steckerteil 1a, 1b bestehen kann, verbindet sich
aufgrund gleicher Materialbeschaffenheit derart mit dem unteren Steckerteil, daß
die Grenze zwischen Umhüllung 11a und unterem Steckerteil 1a vollständig verwischt.
Auf ähnliche Weise sind die Kabeldrähte 2 im Bereich der Nuten 7 von in den Zeichnungen
nicht dargestellten Umhüllungen umschlossen.
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Sobald die Vorsprünge 10, 11 an ihren Enden erweicht sind und die
Umhüllungen 10a ausgebildet sind, gelangen die Randbereiche 17 (Fig. 1) der beiden
Steckerteile 1a, ib miteinander in Berührung. Um die Verschweißung dieser beiden
Teile zu fördern, sind in den Randbereichen 17 eines der beiden Steckerteile Stifte
bzw. Energieführungsleisten 18 vorgesehen, die ein Erweichen des Materials an den
Randbereichen 17 verursachen.
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Sobald die Vorsprünge 10 bzw. 11 die Nuten 7 bzw. die Kontaktstellen
12 umschlossen haben, erfolgt die Erweichung der Randbereiche 17 und es entsteht
die in Fig 4 veranschaulichte, verschweißte, einen einheitlichen Körper darstellende
Steckerverbindung.
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In den Fig. 5 und 6 sind Kontaktelemente 4 dargestellt, die sich besonders
zur Verwendung in der erfindungsgemäßen Stekkerverbindung eignen. Das in Fig. 5
veranschaulichte Kontakts geschlitzt element weist in bekannter Weise einen etwa
zylindrisch,xausgebildeten Mantel 19 mit daran angeordnetem Kontakt-Steg 20 auf,
der ausgeschnittene bzw. ausgestanzte Zähne bzw. Blechlappen 21 bildet, die beim
Aufdrücken der Kabeldrähte durch deren Isolation durchdringen und einen elektrischen
Kontakt zur Kabelader herstellen. Das in Fig. 6 veranschaulichte Kontaktelement
4 weist ebenfalls einen etwa zylindrischen Mantel 19 auf, der gleichfalls mit einem
Kontakt-Steg 20 versehen ist, welcher Jedoch gegenüber dem in Fig. 5 gezeigten Steg
wesentlich länger ist, d.h. etwa doppelte Länge besitzen kann und etwa in der Mitte
seiner Länge mit einer Öffnung 22 zur Durchführung des Kabeldrahts 2 versehen ist.
Der Kontaktsteg 20 weist ebenfalls ausgeschnittene Blechlappen bzw. Zähne 21 auf,
die nach dem Durchstecken des Kabeldrahts 2 durch uie oeffnung 22 und nach dem Umbiegen
des dem Mantel abgewandten Stegteils 20a die Isolation des Kabeldrahts durchsetzen
und einen elektris¢hen-Kontakt mit der Kabelader herstellen.
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Ersichtlicherweise können bei der erfindungsgemäßen Steckerverbindung
die KabeldrShte 2 in den in den Fig. 5 und 6 gezeigten Kontaktelementen angeordnet
werden und mit diesen elektrische Kontakte bilden, die anschließend beim Ultraschall-Schweißen
von einer luftdichten Umhüllung umgeben werden.
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Obwohl die dargestellten Ausführungsformen der Erfindung jeweils nur
in Verbindung mit zwei Anschlußgruppen aus Kabeldraht und Kontaktelement erläutert
wurden, können selbstverständlich mehrere oder auch nur eine derartige Anschlußgruppe
vorgesehen sein.
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Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung der Steckerverbindung
wird zuerst einer der Steckerteil auf seiner Innenseite im Bereich der Verbindungs-
bzw. Kontaktstellen zwischen eingelegtem Kabeldraht und Kontaktelement mit einem
Vorsprung verstehen, der eine solche Länge auSweist, daß er den Steckerteil um eine
vorbestimmte Länge überragt. Der mit den Vorsprüngen versehene Steckerteil wird
anschließend auf einen weiteren, die Kabeldrähte und Kontaktelemente aurnehmenden
Steckerteil aufgesetzt und durch Aufdrucken eines Ultraschall-Stempels mit dem anderen
Steckerteil verbunden, wobei zunächst die Vorsprünge erweicht werden und eine vollständige
Umhüllung der Kontaktstellen bilden. Sobald die Vorsprünge abgeschmolzen sind, gelangen
die Randbereiche der Steckerteile miteinander in Berührung und werden ebenfalls
verschweißt.
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Vorzugsweise kann der andere Steckerteil mit Erhebungen versehen werden,
die beim Verbinden der beiden Steckerteile mit den Vorsprüngen des ersten Steckerteils
in Berührung kommen und ein Erweichen der Vorsprünge gewährleisten.
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Ersichtlicherweise sind zahlreiche Anderungen und Abwandlungen der
erfindungsgemäßen Steckerverbindung sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung
der Steckerverbindung möglich, ohne daß der Rahmen der Erfindung verlassen wird.