DE4215163A1 - Crimpüberwachungsverfahren zur Crimpfehlererkennung sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein kontinuierlich fertigungsbegleitend arbeitendes Verfahren zur Überwachung der mechanischen und elek­ trischen Zuverlässigkeit von Crimpverbindungen sowie eine Vor­ richtung zur Durchführung des Verfahrens.

Beim Konfektionieren von Kabeln z. B. in einem Crimpautomaten werden elektrische Kontaktelemente an elektrische Leitungen angeschlagen bzw. gecrimpt. Dabei wird auf ein Crimpwerkzeug, im wesentlichen bestehend aus einem Oberstempel und einem Unter­ stempel (Amboß), ein konstanter Hub übertragen, wobei ein be­ stimmtes, im Crimpwerkzeug positioniertes elektrisches Kontakt­ element an einen eine Ader z. B. aus mehreren Litzen aufweisen­ den elektrischen, mit einer Isolation ummantelten Leiterdraht von vorbestimmtem Isolations- und Aderdurchmesser elektrisch optimal kontaktierend gecrimpt wird. Der konstante Hub soll gewährleisten, daß jede Crimpverbindung einen gleichen, defi­ nierten elektrischen Kontaktwiderstand und eine gleiche Halte­ kraft aufweist. Dieses Ziel ist aber nicht in allen Fällen er­ reichbar, weil viele Einflußfaktoren, wie Abquetschen von Lit­ zen, falsches Abisolieren, ungenaues Einlegen, Werkzeugver­ schleiß und dergleichen, die Crimpkraft und den Kontaktwider­ stand stören können, weshalb Crimpautomaten mit einer automa­ tisch arbeitenden Überwachungseinrichtung zur Beurteilung der Zuverlässigkeit der Crimpverbindungen ausgerüstet sind.

Es sind im wesentlichen drei Methoden zur Crimpüberwachung be­ kannt.

Die eine Methode mißt mit Kraftsensoren die Crimpkraft zwischen Oberstempel und Amboß und ggfs. auch noch den Crimpkraftverlauf während des Crimpvorganges (DE-OS 40 38 653, DE-OS 40 38 658). Dabei werden Über- und Untercrimpungen als Sollwertabweichungen erfaßt. Diese Methode erfordert einen erheblichen apparativen Aufwand und ist außerdem anfällig gegen Kraftschwankungen, her­ vorgerufen z. B. durch Schwergängigkeit von Führungen, anderem Befettungszustand der Ware, Härteschwankungen der Materialien; Oberflächenbeschaffenheit; mechanische Transporteinrichtungen; Verteilung der Einzeldrähte im Adercrimp oder dgl. Daraus ergibt sich, daß eine Krafterfassung von einer Vielzahl von Faktoren abhängig ist, die zu einer relativ großen Ungenauigkeit des Systems führen müssen.

Bei der zweiten Methode werden Sollwertabweichungen von einer vorbestimmten Crimphöhe mit einem Wegmeßsystem festgestellt. Dieses muß im µm-Bereich erfolgen, da nur die Aufbiegung des Pressenkörpers unter Last gemessen wird.

Die dritte Methode besteht aus der Kombination der beiden ge­ nannten Verfahren (DE-PS 38 42 009).

Diese Methoden erfordern ebenfalls einen erheblichen apparativen Aufwand, weil die Kraft-, insbesondere aber die Höhenunterschie­ de bei mangelhaften Crimpungen sehr gering sind.

Die bekannten Methoden gewährleisten zudem keine zufriedenstel­ lende Qualitätsüberwachung bei einer sogenannten Überpressung des Crimps für besonders hochwertige Kontaktierungen. Bei einer derartigen bewußten Überpressung sollen die normalerweise auf den Litzenoberflächen stets vorhandenen Oxydschichten, die eine geringere elektrische Leitfähigkeit aufweisen als das reine Litzenmetall, aufgerissen werden, so daß die Crimpkrallen und die Litzen untereinander Zugang zum reinen Litzenmetall haben, wodurch eine optimale elektrische Leitfähigkeit gewährleistet werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren und eine Vorrichtung aufzuzeigen, mit denen fertigungsbegleitend mit relativ geringem Aufwand Crimpungen sehr genau überwacht werden können. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteil­ hafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den von diesen An­ sprüchen abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.

Das elektrische Kontaktelement und die Ader des Leiterdrahtes längen sich beim Crimpen. Aufgrund des Pressenaufbaus (Exzenter bzw. Exzenter/Kniehebel) wird ein fester Weg zurückgelegt, d. h. es wird ein definierter unterer Totpunkt durchfahren. Die Crimp­ breite und Crimphöhe können somit als fix angenommen werden. Bei einer ideal steifen Presse ergibt sich daraus, daß als einzige veränderliche Größe die Längung des Crimps bleibt. Bei den Pres­ sen muß allerdings mit einer Aufbiegung unter Last gerechnet werden, d. h. aber auch, daß die Längenänderung des Crimps von der Aufbiegung der Crimppresse abhängt.

Im überpreßten Bereich sind alle Litzen und das Kontaktmaterial so weit verpreßt, daß keine weitere Verdichtung vorgenommen werden kann. Eine weitere Abnahme der Crimphöhe wird also un­ mittelbar in Längung umgesetzt. Wenn dieser Längungsprozeß ein­ gesetzt hat, findet ein axialer Materialfließprozeß statt. Nach Einsetzen des Fließprozesses ist der Kraftbedarf annähernd gleich. Aus diesem Zusammenhang ergibt sich, daß eine spitzen­ kraft- oder kraftabhängige Wegmessung eine geringe Querschnitts­ reduzierung nicht erkennen kann, da der Kraftwert in jedem Fall erreicht wird, jedoch die axiale Längung nur unzureichend statt­ findet.

Bei einer Kraftverlaufauswertung (Kraft über Zeit oder Weg) ist dieses eher erkennbar, da sich eine kürzere Kurve ergibt. Die Unterschiede sind aber relativ klein und somit schlecht auswert­ bar. Außerdem muß aufgrund der zahlreichen kraftbeeinflussenden Faktoren ein relativ großes Toleranzband vorgegeben werden.

Bei einer Erfassung der Verbinderlängung wirken sich Kraft­ schwankungen nicht so stark auf das Meßergebnis aus. Ein weite­ rer Vorteil ist, daß die Umformgeschwindigkeit eine nicht so große Rolle spielt.

Bei Einstellung einer bestimmten Crimphöhe der Crimpwerkzeuge für einen ordnungsgemäßen, optimalen Crimp, ergibt sich eine reproduzierbare Längung. Abweichungen von dieser Längung bein­ halten Mängel im Crimp. Erfindungsgemäß werden diese zur Crimp­ überwachung qualitativ und vorzugsweise auch quantitativ gemes­ sen.

Im Vergleich zur Hubdifferenz bei einem mangelhaften Crimp ist die entsprechende Längungsdifferenz beim gleichen mangelhaften Crimp wesentlich größer, z. B. sechsmal so groß. Nach dem erfin­ dungsgemäßen Verfahren ist daher eine sehr viel genauere und empfindlichere Messung mit gleichen Meßsystemen möglich, so daß auch eine sehr viel höhere "Trefferquote" im Falle einer mangel­ haften Crimpung erzielt werden kann. Es können demgemäß ggfs. auch unempfindlichere Meß- und Auswertesysteme verwendet werden, so daß entsprechend kostengünstige Überwachungseinrichtungen installiert werden können.

Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung im folgenden beispiel­ haft näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 perspektivisch das Crimpen von an einem Schrottstrei­ fen angebundenen Kontaktelementen,

Fig. 2 schematisch eine Seitenansicht der Crimpwerkzeuge,

Fig. 3 schematisch und perspektivisch eine Meßeinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 4 eine Draufsicht auf die Meßeinrichtung gemäß Fig. 3 mit vergrößerter Darstellung der Einzelheit "A".

Zum Crimpen werden - wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt - aus Blechstanzteilen geformte, elektrische Kontaktelemente 4, die einen Kontaktbereich 1 und einen Krallenbereich 5 mit einer Aderkralle 6 und einer Isolationskralle 7 aufweisen und über einen am rückwärtigen Ende der Isolationskralle 7 angeordneten Anbindungssteg an einem sogenannten Schrottstreifen 3 mit seit­ lichem Abstand voneinander angebunden sind, mittels des Schrott­ streifens 3 in die Crimpwerkzeuge 12, 15 eines Crimpautomaten geführt, dort positioniert und durch Schließen der Krallen 6, 7 mittels der Werkzeuge 12, 15 an einen elektrischen Leiterdraht 9 gecrimpt, wobei auch eine Abtrennung vom Schrottstreifen 3 erfolgt. Dabei umschlingt die Aderkralle 6 den vom Isolations­ mantel 10 befreiten Endbereich der Ader 11 und die Isola­ tionskralle 7 den Isolationsmantel 10 des Leiterdrahtes 9.

Die Crimpwerkzeuge bestehen aus dem Oberstempel 12 mit Isola­ tionskrallenstempel 13 und Aderkrallenstempel 14 sowie dem Un­ terstempel bzw. Amboß 15, wobei meist lediglich der Oberstempel 12 eine Hubbewegung in Doppelpfeilrichtung 16 ausführt. Für die vorliegende Erfindung spielt es jedoch keine Rolle, welcher der Stempel die Bewegung ausführt oder ob beide Stempel sich bewe­ gen.

Anstelle einer nebeneinander gereihten Anbindung an einem Schrottstreifen werden elektrische Kontaktelemente aber auch hintereinander gereiht produziert, wobei die Kontaktelemente lediglich über einen Anbindungssteg 2 miteinander in Verbindung stehen. Der Crimpvorgang ist dabei der gleiche; lediglich die Zuführungseinrichtungen für die Kontaktelementkette sind im Crimpautomaten anders ausgebildet und aufgebaut. Das erfindungs­ gemäße Verfahren ist unabhängig davon ausführbar.

Beim Crimpen, insbesondere beim Überpressen, fließt das gepreßte Material des Kontaktelements 4 und der Ader 11 des Leiterdrahts 9 in Pfeilrichtung 17. Die Erfindung sieht vor, den Fließweg zu erfassen und mit einem vorermittelten, einem optimalen Crimp entsprechenden Fließweg bzw. einem Fließwegbereich zu verglei­ chen; Abweichungen von einem vorgegebenen Fließweg bzw. Fließ­ wegbereich werden festgestellt und als Crimpfehler eingestuft.

Zur Feststellung des Fließweges kann eine bestimmte Markierung, z. B. ein bestimmter Punkt auf dem Kontaktbereich 1 des Kontakt­ elements 4 verwendet werden und dessen Weg von seinem Ort vor dem Crimpen, wenn das Kontaktelement 4 im Crimpwerkzeug posi­ tioniert gehalten wird, bis zum Ort nach der Crimpung gemessen werden. Vorzugsweise wird jedoch eine sich quer zur Fließbewe­ gung erstreckende Kante am Kontaktbereich 1 des Kontaktelements 4 verwendet, z. B. die Vorderkante 19, die im Crimpwerkzeug frei liegt und frei zugänglich ist (siehe Fig. 2).

Die Wegmessung kann mit mechanischen Meßgeräten z. B. mit Meß­ tastern (nicht dargestellt) ausgeführt werden. Zweckmäßig ist aber auch eine optische Messung, wie sie in den Fig. 3 und 4 beispielhaft und prinzipiell dargestellt ist. Verwendet wird dabei ein Abtastgerät 20, das mit einem senkrecht zur Fließbe­ wegung verlaufenden Lichtstrahl 21 z. B. die Vorderkante 19 des Kontaktelements 4 erfaßt, wobei der Lichtstrahl 21 von einer dem Abtastgerät 20 gegenüberliegend angeordneten Auswerteinheit 22 registriert wird. Diese Meßeinrichtung erfaßt mit dem Licht­ strahl 21 die Stellung der Vorderkante 19 vor dem Crimpen und durch entsprechendes Verschwenken des Lichtstrahls 21 die Stel­ lung der Vorderkante 19 nach dem Crimpen, indem der jeweilige Auftreffpunkt auf der Auswerteeinheit festgestellt wird, wobei der Abstand der beiden Auftreffpunkte dem Fließweg der Vorder­ kante 19 entspricht.

Mit der Erfindung gelingt es somit, mit einfachen Mitteln sehr genau Abweichungen von Sollwerten festzustellen, wobei noch hinzukommt, daß die Fließwegdifferenz ohnehin relativ lang ist im Vergleich zur Hubwegdifferenz bei mangelhaften Crimpungen. Es können mit der Erfindung nunmehr sogar Querschnittsdifferenzen unter 10 Prozent ermittelt werden, die mit herkömmlichen Metho­ den nicht erfaßbar sind.

Claims (8)

1. Verfahren zur Überwachung der mechanischen und elektrischen Zuverlässigkeit von Crimpverbindungen während des Crimpens eines aus einem Blechstanzteil geformten, elektrischen Kontaktelements an einen elektrischen Leiterdraht in Crimp­ werkzeugen einer Crimpmaschine, das kontinuierlich ferti­ gungsbegleitend arbeitet und aufgrund einer Wegmessung Sollwertabweichungen ermittelt und signalisiert, dadurch gekennzeichnet, daß ein senkrecht zur Bewegungsrichtung der Crimpwerkzeuge in Lei­ terdrahtaxialrichtung verursachter Fließweg von Kontaktele­ ment- und/oder Leiterdrahtmaterial gemessen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fließweg einer auf dem Kontaktbereich des Kontaktelements angeordneten Markierung gemessen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Fließweg einer senkrecht zur Fließrichtung angeordneten Kante am Kontaktelement gemessen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Fließweg einer Vorderkante des Kontaktbereichs des Kontakt­ elements gemessen wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Fließweg mit einem Meßtaster gemessen wird.

6. Verfahren nach einem oder mehreren Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Fließweg mit einem Lichtstrahl gemessen wird.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch ein Abtastgerät (20), das mit einem senkrecht zur Fließbewegung verlaufenden Lichtstrahl (21) eine Markierung und/oder eine Kante (19) des Kontaktelements (4) erfaßt sowie durch eine dem Abtast­ gerät (20) gegenüberliegend angeordnete Auswerteeinheit (22).

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Ab­ tastgerät (20) zum Verschwenken des Lichtstrahls (21) schwenkbar angeordnet ist.