DE3830030A1 - Elektrischer anschluss in form einer schraubenverbindung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Anschluß in Form einer Schraubenver­ bindung, insbesondere Masseanschluß in der Motorelektrik, mit einem Gewinde­ bolzen, einem auf diesem sitzenden Kabelschuh und einer auf den Gewindebol­ zen aufgeschraubten Befestigungsmutter zum Anklemmen des Kabelschuhs.

Ein ähnlicher elektrischer Anschluß ist beispielsweise in der DE-OS 28 44 384 beschrieben. Gemäß dieser Druckschrift ist eine Mutter, welche vorzugsweise als Tiefziehteil ausgebildet ist, auf ein Blechteil aufgeschweißt, welches an der entsprechenden Stelle eine Durchgangsöffnung aufweist, durch welche hindurch die Auflagefläche der Mutter für den Kabelschuh bis auf die gegenüberliegende Blechseite ragt. Der Kabelschuh wird hier über eine Unterlegscheibe mit Hilfe einer Schraube gegen diese Auflagefläche gepreßt.

Einen gattungsgemäßen elektrischen Anschluß beschreibt beispielsweise die DE-PS 27 54 581. Hierbei ist ein Kabelschuh auf einen Gewindebolzen aufge­ steckt und mit einer Befestigungsmutter festgeklemmt. Der Kabelschuh besteht hierbei aus zwei aufeinandergelegten Teilen, wobei ein erstes Teil, auf dem die Mutter aufliegt, mit dem blanken Ende eines eine Schmelzsicherung bildenden Drahtes verpreßt ist. Der zweite Kabelschuhteil stellt schließlich elektrisch lei­ tenden Kontakt zu dem gewüschten Teil des Fahrzeugs, zum Beispiel dem Chassis her. Außerdem ist dieses zweite Teil des Kabelschuhs als Zugentlastung des Kabels zusammen mit dessen Außenisolierung verpreßt.

Ziel eines jeden elektrischen Anschlusses ist es, den Übergangswiderstand zwi­ schen den elektrisch leitend miteinander verbundenen Teilen so gering wie möglich zu halten. Dazu ist es erforderlich, eine möglichst große Anpreßkraft bereitzustellen, mehrere Einzelteile mit jeweiligen elektrischen Übergängen in dem gesamten Verbindungskomplex zu vermeiden und dafür zu sorgen, daß bei den elektrischen Übergängen möglichst große metallisch blanke Flächen der je­ weiligen Einzelteile aufeinander aufliegen.

Es soll auch sichergestellt sein, daß die Befestigungsmutter sich nicht selbst­ tätig löst. Diese Gefahr ist insbesondere bei elektrischen Anschlüssen in der Motorelektrik groß, da diese ständigen Vibrationen und den damit verbundenen Massenkräften ausgesetzt sind. Dabei kommt es zwischen dem Kabelschuh und den angrenzenden Teilen leicht zu Mikrogleitvorgängen. In der Motorelektrik ist es also sehr wichtig, daß bei elektrischen Anschlüssen in Form von Schrauben­ verbindungen stets eine ausreichend große Vorspannkraft gewährleistet ist, da­ mit diese nicht durch kurzzeitig auftretende Massenkräfte überschritten werden kann und die Schraube sich so um einen kleinen Betrag lösen kann, was dann wie­ derum eine kleinere Vorspannkraft und damit eine Begünstigung weiteren Lösens zur Folge hat.

Ein Verlust an Vorspannkraft ist bei Schraubenverbindungen großer Federsteife, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, in der Motorelektrik insbeson­ dere auf Setzerscheinungen zurückzuführen, d.h. auf das Kriechverhalten und dem damit verbundenen Nachgeben der zusammengepreßten Metallteile über einen längeren Zeitraum hinweg. Diese Setzerscheinungen werden dadurch ganz besonders begünstigt, daß aus Gründen des Korrosionsschutzes der Kabelschuh üblicherweise mit einer Zinnschicht versehen ist, welche ein ausgeprägtes Kriechverhalten zeigt. Um dieses Problem zu bewältigen, werden her­ kömmlicherweise elastisch nachgiebige Scheiben, wie Federscheiben, Federringe oder Zahnscheiben zwischengelegt, um die Federsteife der Schraubenver­ bindungen zu verringern und somit bei gleichem Setzbetrag einen geringeren Vorspannkraftverlust hinnehmen zu müssen. Diese Scheiben haben aufgrund ihrer Scharfkantigkeit jedoch den Nachteil, daß die Zinnschicht beim Anziehen der Mutter leicht verletzt wird und somit die Korrosion des Kabelschuhs begünstigt wird. Außerdem schafft man damit ungewollt einen zusätzlichen Übergangs­ widerstand.

Nachteilig ist auch das Mitdrehen des Kabelschuhs beim Aufschrauben einer Mutter, wie dies beim Montieren von elektrischen Anschlüssen in Form einer Schraubenverbindung nach dem Stand der Technik häufig passiert. Dadurch kön­ nen die Kabel nach Montage unter Zugspannung stehen, wodurch ein lösendes Moment auf die Befestigungsmutter ausgeübt wird. Außerdem können durch die in dem Kabel auftretenden Zugspannungen Schäden in den Kabeln bis hin zu Kabelbrüchen auftreten, wie es im Falle der Anwendung in der Motorelektrik aufgrund der Vibrationen häufig der Fall ist.

Ein weiterer Nachteil herkömmlicher elektrischer Anschlüsse ist die relativ auf­ wendige Montage aufgrund mehrerer Einzelteile. Die Montage herkömmlicher elektrischer Anschlüsse wird besonders dann kompliziert, wenn der Gewindebol­ zen, auf den die federnde Scheibe aufgesteckt werden muß, senkrecht oder schräg nach unten weist, da die Scheibe dann aufgrund der Schwerkraft wieder herunterfallen kann, bevor dies durch Aufschrauben der Befestigungsmutter ver­ hindert werden kann.

Durch die Erfindung wird die Aufgabe gelöst, einen gattungsgemäßen elektrischen Anschluß in Form einer Schraubenverbindung zu schaffen, welcher bei einfacher Montage und geringer Anzahl von Einzelteilen einen geringen elektrischen Gesamtwiderstand unter Gewährleistung einer dauerhaft großen Anpreßkraft aufweist.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Befestigungsmutter als Flanschmutter ausgebildet ist, deren Flansch an dem Kabelschuh unmittelbar an­ greift.

Durch die Erfindung werden die Vorspannkraftverluste durch Setzen dadurch minimiert, daß der Flansch der als Flanschmutter ausgebildeten Befestigungs­ mutter unter der beim Anziehen bereits einsetzenden Preßkraft über die metallische Oberfläche des Kabelschuhs gleitet, welche vorzugsweise aus Zinn besteht, und somit deren Rauhigkeiten einebnet. Damit wird ein planparalleles Anliegen des Flansches auf dem Kabelschuh unter Ausbildung einer großen ge­ meinsamen Kontaktfläche gewährleistet. Aufgrund der Einebnung der Rauhig­ keitsspitzen treten keine hohen mechanischen Spannungsmaxima unter der An­ preßkraft der Befestigungsmutter auf, wodurch der Setzbetrag und damit der Vorspannungsverlust infolge Setzens gering ist. Außerdem sorgt der Flansch für eine größere Auflagefläche und damit eine geringere Flächenpressung, was den Setzbetrag ebenfalls vermindert.

Außerdem wird der Übergangswiderstand zwischen Befestigungsmutter und Kabelschuh bei dem erfindungsgemäßen elektrischen Anschluß dadurch minimiert, daß durch die Gleitbewegung zwischen Befestigungsmutter und Kabelschuh unter hoher Anpreßkraft beim Anziehen der Mutter die Oxidschicht im Dickenbereich einiger µm aufreißt, von der jede Metalloberfläche unter Atmosphärenbe­ dingungen umgeben ist. Dadurch kommt es zu unmittelbarem intermetallischem Kontakt zwischen Kabelschuh und Befestigungsmutter. Darüberhinaus sind diese unmittelbaren Kontakte relativ großflächig, da die Rauhigkeitsspitzen eingeebnet wurden. So fließt der elektrische Strom ohne erheblichen elektrischen Widerstand durch die Befestigungsmutter in den Gewindebolzen, welcher beispielsweise am Chassis eines Fahrzeugs angeschweißt sein kann.

Eine weitere Minimierung des Übergangswiderstandes wird dadurch erreicht, daß nur eine Trennfuge zwischen Kabelschuh und Befestigungsmutter vorliegt, da diese unmittelbar an dem Kabelschuh anliegt.

Ferner gewährleistet der erfindungsgemäße elektrische Anschluß eine einfache Montage desselben, da ein Einzelteil, nämlich eine auf den Gewindebolzen vor Aufschrauben der Befestigungsmutter aufgesteckte separate Scheibe, nicht mehr erforderlich ist.

Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, die Mutter bei der Montage mit einem Drehschrauber motorisch anzuziehen und mit einem Drehmomentenschlüs­ sel von Hand nachzuziehen, wobei das optimale Drehmoment anhand von Versu­ chen beim konkreten Verschraubungsfall ermittelt werden sollte. Ein besonderer Vorteil der Kombination von motorischem Anziehen mit Drehschrauber und an­ schließendem Nachziehen von Hand mit einem Drehmomentenschlüssel liegt darin, daß zwischen den einzelnen Anziehhandlungen eine gewisse Zeitspanne liegt und der Werkstoff sich innerhalb dieser Zeitspanne setzen kann, wodurch der Setzbetrag nach der endgültigen Montage weiter minimiert ist.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung liegt darin, daß der Gewindebolzen einen Kopf aufweist, auf dem der Kabelschuh an der dem Gewindeschaft zuge­ wandten Seite aufliegt. Hierdurch ist auch zwischen dem Gewindebolzen und dem Kabelschuh eine definierte Auflagefläche vorhanden.

Vorzugsweise ist dieser Kopf des Gewindebolzens viereckig und ist der Kabelschuh um mindestens eine Kante des Kopfes des Gewindebolzens herum abgewinkelt und damit gegen Verdrehen relativ zum Gewindebolzen gesichert.

Durch diese vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung wird die Montage zusätzlich vereinfacht, da aufgrund dieser Weiterbildung nicht mehr auf ein Verdrehen des Kabelschuhs relativ zum Gewindebolzen geachtet werden muß, wodurch anderen­ falls das Kabel unter Zugspannung gesetzt werden könnte und so die vorerwähn­ ten Nachteile entstehen könnten. Auch wird durch die Verdrehsicherung eine genau definierte Abgangsrichtung des elektrischen Kabels sichergestellt.

Ein weiterer wichtiger Vorteil dieser Verdrehsicherung für den Kabelschuh liegt darin, daß dieser über den Hebelarm, den dieser selbst bildet, die Mutter nicht mitnehmen und auf diese Weise lösen kann.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer vorteilhaften Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen elektrischen Anschlusses;

Fig. 2 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen elektrischen Anschluß.

Der Kabelschuh 1 liegt in diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel auf dem Kopf 2 des Gewindebolzens 3 auf, der mit der freien Stirnfläche seines Kopfes 2 im Falle eines Masseanschlusses z. B. an ein Blech oder ein anderes metallisches Masseteil angeschweißt ist. Der Kopf des Gewindebolzens hat ebenso wie der darauf aufliegende Kabelschuh eine viereckige Gestalt, wie aus Fig. 2 deutlich ersichtlich ist. Hierbei ist aber auch jede andere Gestalt des Kopfes 2 des Gewindebolzens denkbar, sofern diese mindestens eine ebene Fläche 4 aufweist, auf welcher der abgewinkelte Teil 5 des Kabelschuhs 1 aufliegen kann, um so eine Verdrehsicherung gegen das Verdrehen des Kabelschuhs relativ zum Gewindebolzen zu bilden und da­ mit eine definierte Ausgangsrichtung des Kabels zu gewährleisten. Ein Verdrehen des Kabelschuhs könnte vor allem zur Folge haben, daß ein mit diesem verpreßtes elektrisches Kabel nach der Montage des elektrischen Anschlusses unerwünscht unter Zugspannungen steht, weil der Kabelschuh sich beim Anziehen der Be­ festigungsmutter 8 mit dieser mitgedreht hat.

Ein elektrisches Kabel wird mit seinem blankem, abisoliertem Ende mit dem Ka­ belschuh mittels der an diesem ausgebildeten Laschen 6 verpreßt. Zusätzlich wird das Kabel hinter der abisolierten Stelle mit samt seiner Isolierung mit dem Kabel­ schuh mittels dessen Laschen 7 verpreßt, um eine zusätzliche Zugentlastung für das Kabel sicherzustellen, damit sich dieses nicht von dem Kabelschuh lösen kann.

Die Befestigungsmutter 8 weist den Flansch 9 auf, dessen Auflagefläche 10 auf dem Kabelschuh unmittelbar aufliegt, welcher gemäß der bevorzugten Ausführungs­ form mit einer Zinnschicht aus Gründen des Korrosionsschutzes versehen ist. In der Fuge z wischen Flansch 10 und Kabelschuh 1 und auf dem Gewinde von Befesti­ gungsmutter und/oder Gewindebolzen kann sich Spezialfett befinden, welches vor der Montage auf die entsprechenden Stellen aufgebracht wurde, wobei dieses Spe­ zialfett elektrisch gut leitet und den elektrischen Übergangswiderstand zwischen der Befestigungsmutter und dem Kabelschuh sowie der Befestigungsmutter und dem Gewindebolzen weiter vermindert, sowie das Anziehen der Mutter erleichtert.

Um eine möglichst große Vorspannkraft aufbringen zu können, müssen die Befesti­ gungsmutter, der Gewindebolzen und der Kabelschuh ausreichend dimensioniert sein und eine ausreichende Festigkeit aufweisen. Daher wurde in diesem Ausfüh­ rungsbeispiel für den Gewindebolzen und die Befestigungsmutter ein Gewinde der Dimension M 8 nach DIN und die Festigkeitsklasse 8.8 für Schraubenwerkstoffe nach DIN gewählt und als Werkstoff für den Kabelschuh Messing oder Zinnbronze verwendet, damit die Druckfestigkeit des Kabelschuhs aufgrund der hohen Flä­ chenpressung nicht überschritten wird. Vorzugsweise verwendet man als Befesti­ gungsmutter eine Spezial-Sechskantmutter mit Flansch der Festigkeitsklasse 8 und einer Oberfläche aus Zn gelb, abgewandelt von DIN 6923.

Claims (3)

1. Elektrischer Anschluß in Form einer Schraubenverbindung, insbesondere Masseanschluß in der Motorelektrik, mit einem Gewindebolzen, einem auf diesem sitzenden Kabelschuh und einer auf dem Gewindebolzen aufgeschraub­ ten Befestigungsmutter zum Anklemmen des Kabelschuhs, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Befestigungsmutter (8) als Flanschmutter ausgebildet ist, deren Flansch (9) an dem Kabelschuh (1) unmittelbar angreift.

2. Elektrischer Anschluß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewindebolzen (3) einen Kopf (2) aufweist, auf dem der Kabelschuh (1) auf­ liegt.

3. Elektrischer Anschluß nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf (2) des Gewindebolzens (3) viereckig ist und der Kabelschuh (1) um min­ destens eine Kante (11) des Kopfes (2) des Gewindebolzens (3) herum abge­ winkelt ist und damit gegen Verdrehen relativ zum Gewindebolzen (3) gesichert ist.