DE4109055A1 - Einrichtung zum herstellen von isoliert vercrimpten leitungsverbindungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine derartige Einrichtung findet Einsatz beispielsweise zur Herstellung von Leitungsverzweigungen im Zuge von Kabelbäumen für die Kraftfahrzeug-Elektrik. Die gleichsinnig oder gegensinnig nebeneinandergelegten abisolierten Enden der im sogenannten Spleiß-Knoten miteinander zu verbindenden Leitungen werden von einem herumgepreßten Crimpblech radial zusammengestaucht und dadurch sowohl mechanisch wie auch elektrisch miteinander verbunden. Dieser gecrimpte Verbindungsbereich wird nach dem Stande der Technik in einer anschließenden Schweißstation, wie insbesondere in der DE 37 36 941 C1 näher beschrieben, erwärmt und dann zwischen mehrschichtigen Isolierfolien sandwichartig eingeschweißt, welche sich weiter noch als das Crimpblech selbst, und damit auch bis über die angrenzenden isolierten Leiterbereiche der ankommenden und abgehenden Leitungen, erstrecken.

Allerdings hat sich der erforderliche fertigungstechnisch-apparative Aufwand als ganz erheblich erwiesen, um in der Schweißstation, im engen Raum zwischen den gesondert zu beheizenden und getrennt zu bewegenden Schweißstempeln, den im Takt zugeführten Verbindungsbereich jeweils auf über das Dreifache bis fast Vierfache der eigentlichen Preß-Schweißtemperatur zu erwärmen; woraufhin dann die Heizeinrichtung wieder zu entfernen ist, um die Umhüllungsstreifen quer zum Verbindungsbereich zuführen zu können. Im Zuge des Herumpressens der Isolierstreifen werden diese von den unmittelbar zuvor erwärmten Leitern (also vom einzuhüllenden Verbindungsbereich selbst) und zusätzlich von den aufgeheizten Stempeln auf etwa die Schmelztemperatur der Isolierstreifen-Innenlagen aufgeheizt, damit das so erweichte Material sich möglichst dicht um den Verbindungsbereich und die sich daran anschließenden Isolierungen anschmiegen kann.

Auch hat sich gezeigt, daß es selbst beim Einsatz der mehrschichtigen thermoplastischen Materialien, mit bereits bei vergleichsweise niedriger Temperatur schmelzendem Inneren, in der Praxis dennoch nicht möglich ist, diese so innig um die Leitungsisolierungen herumzupressen, daß die Isolierstreifen über die gesamte Isolierungs-Mantelfläche miteinander verschweißen und dadurch eine auch längswasserdichte Isolierung ergeben. Solch ein Mangel tritt insbesondere bei aufspleißenden Leitungsverläufen im dadurch gegebenen Zwickel der zusammenlaufenden Isolierungen auf. Selbst eine Erhöhung der Temperatur und des Druckes beim Herumpressen der Folien mittels der Schweißstempel erbringt diesbezüglich keine spürbare Verbesserung, vergrößert aber die Gefahr von Beschädigungen der abdeckenden Isolierfolien in der Nähe der kleinen Biegeradien um die einzufassenden Leitungen herum.

Wenn also trotz des großen apparativen und materialtechnischen Aufwandes ohnehin keine längswasserdichte Isolierung des Knotens sichergestellt werden kann, dann kann man es auch gleich bei der materialmäßig viel preisgünstigeren und apparativ einfacher aufzubringenden Schrumpfschlauch-Einfassung des Knotenbereiches als bloßem Berührungsschutz belassen.

In Erkenntnis dieser Gegebenheiten liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung gattungsgemäßer Art derart auszugestalten, daß sich, auch unter kritischen Gegebenheiten wie insbesondere im Bereiche von Leitungs-Zwickeln, mittels apparativ unproblematisch realisierbarer und preiswerter Zusatzmaßnahmen eine zuverlässige längswasserdichte Einfassung solcher Verbindungs-Knoten zwischen den als solchen hierfür bekannten mehrschichtigen Isolierfolien realisieren läßt.

Jene Aufgabe ist erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst, daß die gattungsgemäße Einrichtung gemäß den Kennzeichnungsmerkmalen des Anspruches 1 ausgelegt ist.

Nach dieser Lösung wird die mechanisch fertiggestellte Crimpverbindung schon (bezüglich der Folien-Schweißtemperatur) stark überhitzt in die Schweißstation zwischen die Schweißstempel für die beiderseits anzuschmiegenden Isolierfolien eingebracht, also ohne daß für das Aufheizen des Verbindungsbereiches nun erst noch Heizeinrichtungen in den Wirkbereich der Schweißstempel verbracht und dann daraus wieder entfernt werden müssen. Beim, deshalb nun direkt an die Zufuhr des Verbindungsbereiches sich anschließenden, Einbringen der Isolierstreifen findet zum Verschweißen wieder deren innige Erwärmung von den Leitern und damit von innen her statt, zusätzlich zur von außen, über die nun viel unkomplizierter auslegbaren Stempel, eingebrachten Schweißwärme. Es hat sich gezeigt, daß die, wie als solches vorbekannt von beiden Seiten - dabei von innen wesentlich stärker - erfolgende, Erwärmung nun nicht nur die Verschweißung der nebeneinanderliegenden Leitungs-Isolierungen untereinander sondern insbesondere auch mit dem aufliegenden thermoplastischen Material der Isolierfolien entscheidend fördert; wobei das Material der Isolierfolien nicht nur tiefer in die kritischen Zwickelbereiche einfließt, sondern sich dort auch inniger mit den angrenzenden Mantelflächen der Leitungsisolierungen verbindet.

Es ist besonders zweckmäßig, diese erfindungsgemäße Überhitzung des vercrimpten Verbindungsbereiches nicht erst bei Überführung des schon vercrimpten Knoten-Bereiches zwischen die Stempel der Schweißstation vorzunehmen, sondern schon erheblich früher - nämlich schon in der Crimpstation selbst - zu bewirken. Wegen der günstigeren Wärmeübertragungsverhältnisse beim Umform- Preßvorgang in der massereichen Crimpstation ist die Vorerwärmung des Verbindungsbereiches offenbar wesentlich inniger, als durch eine herkömmliche Heizapplikation erst in der Schweißstation erzielbar; so daß überraschenderweise bei Einsatz gleicher Materialien die Vorerwärmungstemperatur gegenüber dem Stande der Technik sogar etwas gesenkt werden kann, was die Leitungsisolierungen schont. Trotzdem erbringt das eine innigere Durchwärmung der relativ großen Masse mehrerer Leiter im Crimpblech. Und das ist insbesondere dadurch einfach, raumsparend und funktionell zuverlässig realisierbar, daß die Biegeform (zur Ausbildung des zunächst U-förmigen Crimpbleches und zur anschließenden Aufnahme der darin dann radial einzupressenden Leitungsenden) mit einer - für den Crimpvorgang an sich gar nicht benötigten - Heizeinrichtung ausgestattet wird, nämlich für Erwärmung zunächst des um die Leiter herumgeschlungenen Crimpbleches und über dieses dann auch der darin zusammengepreßten Leitungsenden selbst.

Vorteilhafte Weiterbildungen zur erfindungsgemäßen Lösung ergeben sich aus nachstehender Beschreibung in Verbindung mit den weiteren Ansprüchen und mit der Zusammenfassung. Die Zeichnung zeigt unter Beschränkung auf das Wesentliche in starker Abstraktion und nicht maßstabsgerecht:

Fig. 1 eine längswasserdicht eingeschweißte Leitungs-Verbindung in Form eines sog. Spleiß-Knotens mit seinem Crimpblech im Axial-Längsschnitt durch die im Knoten zusammengeführten Leitungen.

Fig. 2 den Knoten gemäß Fig. 1 in der Schnittdarstellung II-II und

Fig. 3 in symbolisch vereinfachter Form den Aufbau und die Wirkungsweise einer Mehrstationen-Einrichtung zum vollautomatischen Herstellen einer solchen, nun längswasserdicht isolierten, vercrimpten Leitungsverbindung.

In einer im folgenden als Knoten 11 bezeichneten Leitungsverbindung soll eine ankommende einadrige elektrische Leitung 12.1 in zwei aufgefächert weiterführende, also aufgespleißt abgehende Leitungen 12.2 (in diesem Beispiel mit jeweils gleichem Querschnitte der Leiter 13) aufgespleißt werden. Die Leiter 13 können als Massivdrähte oder als Litzen ausgebildet sein. Sie sind von einer, im Verbindungsbereich 14 abgesetzten, Isolierung 15 eingefaßt. Die abisolierten Leiterenden 16 sind im Verbindungsbereich 14 achsparallel nebeneinander (in der Regel in dichter Packung, als im Querschnitt auf Lücke) angeordnet und mittels eines ebenfalls achsparallel herumgeschlungenen Crimpbleches 17 radial zusammengepreßt. Axial erstreckt dieses Crimpblech 17 sich über den Bereich der abisolierten Leiter-Enden 16 bis an die jeweils angrenzende schlauchförmige Isolierung 15 der Leitung 12, wie aus Fig. 1 ersichtlich. Diese Zusammenfassung der Leitungen 12 im Verbindungsbereich 14 ist sandwichartig zwischen zwei Isolierfolien 18 eingeschweißt, die sich radial und axial beiderseits über das Crimpblech 17 hinaus, also auch über die Leitungsisolierungen 15, erstrecken. Der Schweißbereich 19 verläuft längs des gemeinsamen Randes 20 der, zwischen sich den Crimp-Verbindungsbereich 14 einfassenden, beiden Isolierfolien 18, und damit also auch quer über die Leitungs-Isolierungen 15 hinweg verlaufend, wie aus der Zeichnung ersichtlich.

Problematisch bei der praktischen Realisierung eines derartigen Leitungs-Knotens 11 ist, daß eine innige Verschweißung des Randes 20 der Isolierfolien 18 mit den einlaufenden Leitungsisolierungen 15 erforderlich ist, um einen längswasserdichten Knoten 11 zu erzielen. Die Praxis hat jedoch gezeigt, daß es selbst bei relativ weichem und einen niedrigen Schmelzpunkt aufweisenden thermoplastischen Materialien für die Isolierfolien 18 (bzw. bei mehrschichtigen Isolierfolien 18 für deren Innenlagen) insbesondere bei einem Leitungs-Zwickel 21 schon schwierig ist, das Folienmaterial im Schweißbereich 19 hinreichend in diesen Zwickel 21 eindringen zu lassen; während selbst bei, in Bezug auf die Hitzeverträglichkeit der Isolierfolien 18, maximal gesteigerter Schweißtemperatur auch bei gut gefülltem Zwickel 21 immer noch nicht die notwendige innige Verbindung der abdeckenden Isolierfolien 18 mit der benachbarten Leitungsisolierung 15 erzielbar ist. Die gleichen Dichtigkeitsprobleme treten auch dort auf, wo nur eine einzige Leitung 12 zwischen den Isolierfolien 18 eingeschweißt werden soll, weil das Folienmaterial sich auch unter höchster zulässiger Druckausübung beim Verschweißungsvorgang nicht innig genug um die Mantelfläche der Leitungsisolierung 15 herumlegen läßt.

Dieses Problem wird jedoch erfindungsgemäß auf überraschend einfach realisierbare Weise zuverlässig und reproduzierbar gelöst, wenn die in Fig. 3 skizzierte Herstell-Einrichtung 22 für solche Crimp-Knoten 11 schon vor der Schweißstation und vorzugsweise wie dargestellt schon in der Crimpstation eine Heizeinrichtung 24 für den Verbindungsbereich 14 aufweist. Im letztgenannten Falle ist die Biegeform 23 für das Crimpblech 17 zusätzlich zur herkömmlichen Auslegung mit einer (beispielsweise elektrothermischen) Heizeinrichtung 24 ausgestattet. Dadurch wird schon relativ lange vor dem Einschweißen zwischen den Isolierfolien 18, nämlich schon bei der Umformung des Crimpbleches 17 (unter Einklemmen der Leitungsenden 16) dieser Verbindungsbereich auf eine Temperatur erhitzt und innig durchgewärmt, die weit über der Arbeitstemperatur der Folien- Schweißstempel 25 liegt.

In der Mehrstationen-Einrichtung 22 wird, also weiterhin wie bisher, an der Crimpstation von einem Stahlband-Vorratswickel 26 die für das Crimpblech 17 erforderliche Länge abgezogen und über eine U-förmig konkave Matritzenöffnung der Biegeform 23 gelegt, um danach von einem Stempel 27 mit korrespondierender konvexer Form, und vorzugsweise gleich mit integrierter Trennschneide 28, zur U-Form 29 umgebogen zu werden, die in Fig. 3 zur Vereinfachung der Übersicht unter der Biegeform 23 separat dargestellt ist. Nach Herausheben des U-Stempels 27 werden die im Knoten 11 miteinander zu verbindenden abisolierten Leitungen 12 in dieses U-förmig ausgewölbte Crimpblech 17 eingelegt. Ein Werkzeugträger 30 wird so weit verfahren, daß nun ein uu-förmiger Falz-Stempel 31 in der Matritzenöffnung der Biegeform 23 wirksam werden kann. Dieser crimpt die freien Schenkelenden des bis dahin noch U-förmigen Bleches 17 aufeinander zu und nach innen um (vgl. auch die Querschnittsdarstellung der Fig. 2), womit die Leitungsenden 16 noch in der Biegeform 23 mechanisch innig zusammengepreßt werden. Zugleich wird dabei der Verbindungsbereich 14 auf eine Temperatur erhitzt, die (typisch z. B. 300°C) in der Größenordnung des Dreifachen der Stempel-Temperatur für die anschließende Einfassung zwischen den Isolierfolien in der nachfolgenden Schweißstation liegt. Das führt bereits in der Crimpstation zu einem wünschenswerten Verschweißen der Leiter 13 und Isolierungen 15 im Verbindungsbereich 14, insbesondere auch der bis zum Zwickel 21 parallel verlaufenden Isolierungen 15, und damit zu einer innigen Verbindung der Leitungen 12 gerade auch im Zwickel 21.

Dieser mechanisch bereits fertiggestellte kompaktmassige Verbindungsbereich 14 wird so aufgeheizt in die Schweißstation und dort zwischen die ebenfalls mit Heizungen 32 ausgestatteten Schweißstempel 25 verbracht, die aber nur auf die Schweißtemperatur für die Isolierfolien 18 (und damit beim genannten Bemessungsbeispiel auf typisch um 100°C) erwärmt werden. Auch die Schweißstempel 25 können mit Trenneinrichtungen 33 zum Ablängen der beiden Sandwich-Folien 18 von Vorratswickeln 34 ausgestattet sein. Beim Zusammenfahren der Schweißstempel 25 werden die abgelängten Isolierfolien 18 (gemäß der Querschnittsdarstellung in Fig. 2) um das Crimpblech 17 und die anschließenden Leitungs- Enden 16 jeweils etwa halb herumgeschlungen und längs der Ränder 20 verschweißt, wie in der eingangs zitierten DE 37 36 941 C1 detailliert dargestellt. Dabei bewirkt aber die nun innigere Knoten-Durchwärmung mit der gegenüber der Schweißtemperatur wesentlich höheren Temperatur der Leiter 13 auch noch jenseits des vom Crimp-Blech 17 umschlungenen Bereiches eine über die eigentliche Schweißtemperatur ansteigende Erwärmung der Schichtenlage aus Leitungs-Isolierung 15 und abdeckenden Isolierfolien 18 vom Inneren des Verbundes heraus. Gerade das führt zu einer überraschend innigen Verschweißung der Folien 18 mit den Mantelflächen der Leitungsisolierungen 15, selbst an den so kritischen Bereichen wie in Spleiß-Zwickeln 21.

So ist durch die technologisch unproblematische Maßnahme der Vorerhitzung des vercrimpten Verbindungsbereiches 14, vorzugsweise schon im Zuge der Herstellung dieser Verbindung in der Biegeform 23, auf Temperaturen erheblich oberhalb der Folien- Schweißtemperatur ein zuverlässig längswasserfester Spleiß-Knoten 11 herstellbar.

Claims (3)

1. Einrichtung (22) zum Herstellen von isoliert vercrimpten Leitungsverbindungen wie insbesondere Spleiß-Knoten (11) zwischen Leitungen (12), deren abisolierten Enden (16) von einem Crimpblech (17) eingefaßt sind, das in der Biegeform (23) einer Crimpstation um die Leitungsenden (16) herumgeschlungen wird, ehe dieser Verbindungsbereich (14) in einer Schweißstation, nach Erhitzung über die Schweißtemperatur, zwischen, auch die angrenzenden Bereiche der Leitungs-Isolierungen (15) übergreifenden, Isolierfolien (18) eingeschweißt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der vercrimpte Verbindungsbereich (14) schon vor Einbringen zwischen die Schweißstempel (25) der Schweißstation auf eine wesentlich über der Schweißstempel-Erwärmung liegende Temperatur erhitzt ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vercrimpte Verbindungsbereich (14) vor dem Einbringen zwischen die Schweißstempel (25) auf die Größenordnung des Dreifachen der Schweißstempel- Temperatur erhitzt ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß schon die Biegeform (23) in der Crimpstation mit einer Heizeinrichtung (24) ausgestattet ist, die auf Erhitzung des darin auszuformenden Crimpbleches (17) und der dann in dieses einzufassenden Leitungsenden (16) auf eine Temperatur ausgelegt ist, die wesentlich oberhalb der Temperatur liegt, auf die Schweißstempel (25) der Schweißstation von ihrer Heizung (32) aufgeheizt sind.