DE4237016A1 - Verfahren zur Herstellung von galvanischen Verbindungen, Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und nach dem Verfahren hergestellte Verbinder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein automatisierbares Verfah­ ren zur Herstellung von galvanischen Verbindungen sowie ein entsprechende Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Weiterhin betrifft die Erfindung die nach dem Verfahren hergestellten Lötklemmverbinder selbst.

Zum Anschluß elektrischer Gehärte oder Bauteile an die Leitungen einer Verdrahtung finden heute unter­ schiedliche Anschlußtechniken (z. B. Schraubtechnik, Stecktechnik, Crimptechnik, Löttechnik, Schneid- Klemm-Technik) Verwendung. Die meisten der entspre­ chend diesen Anschlußtechniken gestalteten Anschluß­ klemmeinrichtungen erfordern bei der Herstellung der Verdrahtung eine Reihe von Arbeitsschritten, die vor­ wiegend manuell durchgeführt werden und gelegentlich beträchtliche Anforderungen an die Geschicklichkeit und Sorgfalt der den elektrischen Anschluß herstel­ lenden Person stellen. Dies spielt eine geringere Rolle, solange es lediglich darum geht, einige wenige Anschlußklemmen eines elektrischen Gerätes anzu­ schließen, wie dies beispielsweise beim Anschließen des Gerätes an das Netz der Fall ist. Dem für die Herstellung einwandfrei kontaktierter Anschlüsse er­ forderlichen Zeit- und Materialaufwand kommt aber bei einer komplizierteren Verdrahtung mit einer Vielzahl von Anschlußstellen oder bei der Massenproduktion gleicher elektrischer Geräte eine entscheidende Be­ deutung zu. Für Massenprodukte, wie beispielsweise in der Weiße-Ware-Industrie oder auch im Automobilbau, haben sich in den letzten Jahren im wesentlichen zwei Verbindungsarten herauskristallisiert, die heute im Schwerpunkt angewendet werden. Dies ist zum einen die Crimptechnologie und zum anderen die Schneid-Klemm- Technologie. Die Komplexität der zur Herstellung der elektrischen Anschlüsse bei der Crimptechnik erfor­ derlichen Arbeitsschritte macht eine Automatisierung der Verdrahtung nur mit sehr hohem technischen Auf­ wand möglich. Die sogenannte Schneid-Klemm-Technik erfordert im Vergleich zur Crimptechnik hingegen ei­ nen verhältnismäßig geringen Arbeitsaufwand, weil hier zur Nontage lediglich das Abschneiden und Ein­ drücken der Leitung in den Schneid-Klemm-Kontakt er­ forderlich ist. In der Schneid-Klemm-Technik sind unterschiedliche Ausführungsvarianten bekannt (z. B. FR-OS 2 330 159, DE-GM 88 04 388, DE-GM 87 14 703 oder DE-GM 88 12 057).

Ausgehend von der elektrischen Funktionssicherheit muß davon ausgegangen werden, daß die Löttechnik, da sie eine materialschlüssige Verbindung darstellt, die niedrigsten Übergangswiderstände und die beste Funk­ tionssicherheit gewährleistet. Die Crimptechnologie ist mittlerweile so hoch entwickelt, daß beim Crimp­ prozeß eine Kaltverschweißung der beteiligten Mate­ rialien eintritt und somit ebenfalls ein sehr niedri­ ger Übergangswiderstand bei hoher Festigkeit erzielt werden kann. Der Schneid-Klemm-Technik hingegen sind bisher breite Anwendungsfelder, wie beispielsweise in der Automobilindustrie, versagt geblieben, weil sich die Übergangswiderstande, bedingt durch Temperatur­ schwankungen, Vibrationen und Zug- und Druckbelastun­ gen, sehr schnell ändern. Dies ist dadurch bedingt, daß im wesentlichen in der Verdrahtungstechnik in den entsprechenden Bereichen Litzen eingesetzt werden und, bedingt durch das physikalische Wirkprinzip, diese einzelnen Litzen im Schneid-Klemm-Verbinder lediglich geklemmt werden.

Hier setzt die vorliegende Erfindung ein, deren Auf­ gabe es ist, eine automatisierbare Verbindungstechnik anzugeben, die bearbeitungs- und montagefreundlich ist, gleichzeitig jedoch eine hohe Funktionssicher­ heit aufweist.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist das erfindungsgemäße Verfahren die Merkmale des Patentanspruches 1 auf. Die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist durch die Merkmale des Anspruches 2 gekennzeich­ net. Der mit der Vorrichtung nach Anspruch 2 herge­ stellte Lötklemmverbinder kennzeichnet sich durch die Merkmale des Anspruches 3. Vorteilhafte Weiterbildun­ gen bezüglich des Lötklemmverbinders sind in den Merkmalen der Ansprüche 4 bis 14 angegeben.

Das Verfahren zur automatisierbaren Herstellung von Lötklemmverbindern zeichnet sich besonders dadurch aus, daß Einzelleitungen in mindestens einpolige Ver­ binder (Klemmlötverbinder) eingelegt werden. Wie vor­ stehend bei der Beschreibung des Standes der Technik gezeigt, ist es bisher nicht möglich, mittels der Schneid-Klemm-Technik einen automatisierbaren Prozeß­ ablauf zu realisieren. Erfindungsgemäß wird dies da­ durch gelöst, daß eine spezielle Werkzeugeinheit vor­ gesehen ist, die es ermöglicht, Einzelleitungen ein­ zulegen. Erfindungsgemäß wird dazu in einem ersten Schritt der Leiter über dem Verbinder positioniert, anschließend das Einpreßwerkzeug über dem Verbinder ausgerichtet und der Leiter im Einpreßwerkzeug arre­ tiert. In der nächsten Phase werden dann alle Kompo­ nenten des Werkzeuges linear abgesenkt, und die Iso­ lation der Leitung wird im Verbinder verklemmt. Durch weiteres Eindrücken des Leiters mittels des Werkzeu­ ges in den Verbinder wird die Isolierummantelung ge­ trennt und wenigstens ein Teil des freien Endes des Leiters abisoliert. Im weiteren Verlauf wird dann durch kraftschlüssiges Andrücken des abisolierten Leiterabschnittes an den Verbinder und anschließendes Verlöten der Kontaktstelle zwischen Leiter und Ver­ binder die Lötklemmverbindung hergestellt. Natürlich ist es auch möglich, mehrere Einzelleitungen gleich­ zeitig mit Hilfe des Werkzeuges in mehrpolige Verbin­ der einzulegen oder aber auch ein Breitbandkabel in mehrpolige Verbinder einzulegen.

Dieses Verfahren wird erfindungsgemäß mit einer neu­ artigen Vorrichtung durchgeführt. Die erfindungsgemä­ ße Vorrichtung zeichnet sich besonders dadurch aus, daß eine Werkzeugeinheit bestehend aus einer Lei­ tungsklemmeinheit, einem Einpreßstempel, einem Kerb­ messer und einem Niederhalter verwendet wird. Zur Durchführung des Verfahrens mittels der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung muß dabei der Verbinder nahezu formschlüssig in ein Gehäuse eingefügt sein. Erfin­ dungsgemäß wird das Werkzeug über den Verbinder mit dem Gehäuse positioniert. Mit der Leitungsklemmein­ heit wird die Leitung arretiert. Durch lineares Ab­ senken des Werkzeuges mit allen Komponenten wird dann der Leiter mit Isolation in den Verbinder eingeklemmt und wie im Verfahrensteil vorstehend beschrieben ab­ isoliert und im Verbinder verlötet.

Erfindungswesentlich ist nun die Ausgestaltung des Verbinders selbst. Der Verbinder ist dabei in Teilbe­ reichen vergleichbar einem Schneidklemmverbinder auf­ gebaut. Er zeichnet sich jedoch dadurch aus, daß beim Einpressen des Leiters in den Verbinder dieser an einer definierten Stelle automatisch abisoliert wird und nach dem Einpressen an der abisolierten Stelle im Verbinder an einer dafür vorgesehenen Stelle zum Lie­ gen kommt, an der er z. B. mit konventionellen Metho­ den verlötet werden kann. Der Verbinder selbst be­ steht aus einem elektrisch leitenden Material wie z. B. Metall. Der Verbinder selbst weist dabei einen Schneidbereich, einen Klemmbereich und einen Abiso­ lierbereich auf. Wesentlich bei der Erfindung ist, daß der gabelförmige Verbinder einen konisch ausge­ weiteten Abisolierbereich aufweist, der es ermög­ licht, daß beim Eindrücken des Leiters über den Schneidbereich eine automatische Abisolierung statt­ findet. Der Verbinder ist dazu nahezu formschlüssig in ein Gehäuse eingefügt, wobei es vorteilhaft ist, daß der dem Klemmbereich gegenüberliegende Teil des Gehäuses derart beabstandet ist, daß das abgeschobene Isoliermaterial zwischen dem Klemmbereich und der Gehäusewand verspannt wird. Dadurch wird erstens ein sicheres Abisolieren gewährleistet und zweitens durch das Verspannen mit dem abisolierten Material ein fe­ stes Arretieren des Leiters in der dafür vorgesehenen Position. Dies erleichtert die Lötverbindung.

Somit steht erstmals mit dem vorgeschlagenen Verfah­ ren, der Vorrichtung sowie dem erfindungsgemäßen Löt­ klemmverbinder eine Verbindungstechnik zur Verfügung, die die Vorteile der Schneid-Klemm-Technik mit der bereits aus der Crimptechnologie bekannten Automati­ sierung verbindet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Fig. 1 bis 11 näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 bis 5 jeweils im Querschnitt und in der Vor­ deransicht das Einfügen eines Leiters in den Lötklemmverbinder,

Fig. 6 bis 10 den automatisierten Ablauf des Einfü­ gens des Leiters mit der Werkzeugein­ heit in die Lötklemmverbindung,

Fig. 11 einen Lötklemmverbinder.

Die Fig. 1 bis 5 zeigen schematisch im Ablauf das Einfügens eines Leiters 3 in den Verbinder 10. In den Fig. 1 bis 5 ist jeweils der einzelne Verfahrensab­ schnitt sowohl im Querschnitt als auch in der Vorder­ ansicht dargestellt.

Die Leitung 3 wird dabei über dem Verbinder 10 posi­ tioniert. Um ein leichtes Einpressen der Leitung 3 in den Verbinder 10 zu gewährleisten, ist dabei der Schneidbereich 11 aufgeweitet. Im Beispielsfall weist der Schneidbereich 11 zur besseren Einführung eine Einführschräge auf. Der Verbinder selbst besteht nun aus dem Schneidbereich 11 und einem Abisolierbereich 12 sowie einem Klemmbereich 2. Erfindungswesentlich ist, daß der Abisolierbereich 12 abgeschrägt ist und konisch nach außen verläuft. Der Schneid- und Abiso­ lierbereich 11, 12 ist dabei mit einem zweiten Schen­ kel 13 verbunden, so daß eine gemeinsame Gabel ent­ steht. Nach einer bevorzugten Ausführungsform weist der Verbinder 10, vom Klemmbereich 2 ausgehend, einen weiteren Schenkel 14 auf, der ein Federelement ent­ halten kann, und einen weiteren gewinkelten Schenkel 16. Der als Schneidbereich 11 bezeichnete Teil des Verbinders 10 erfüllt dabei zwei Funktionen: Erstens wird eine Leitung mit einem speziellen Durchmesser an der Isolation nicht beschädigt, gleichzeitig wird aber die Isolation an der mit 18 gekennzeichneten Stelle eingeklemmt. Auf der gegenüberliegenden Seite wird beim Einpressen der Leitung durch eine geometri­ sche Ausgestaltung des Verbinders an der Stelle 11 die Isolation der Leitung eingeschnitten. Beim weite­ ren Eindrücken der Leitung 3 in den Verbinder 10 wird die Leitung automatisch durch den Bereich 12 abgeho­ ben und damit abisoliert (Fig. 2 und 3). Dies wird dadurch realisiert, daß durch das vertikale Eindrük­ ken der Leitung 3 die Isolation automatisch an der schiefen Ebene des Abisolierbereiches 12 des Verbin­ ders 10 abgeschoben wird. Im weiteren Verlauf des Verbinders 10 wird im Bereich 2 sichergestellt, daß die eingepreßte Leitung nicht selbständig wieder nach oben herausspringen kann. Dies wird durch die geome­ trische Anordnung des Teilbereiches 2 des Verbinders sichergestellt. Der Teilbereich 19 des Verbinders zeigt eine muldenartige Ausprägung, in der der abiso­ lierte Teilbereich der Leitung zu liegen kommt. Es ist hier durchaus möglich, diesen muldenförmigen Be­ reich in einem vorherigen Arbeitsgang vorzuverzinnen (Fig. 4).

Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird vorge­ schlagen, den erfindungsgemäßen Verbinder 10 nahezu formschlüssig in ein Gehäuse 1 einzufügen. Diese Wei­ terbildung der Erfindung bringt den wesentlichen Vor­ teil mit sich, daß das abisolierte Ende 20 der Lei­ tung 3 zwischen dem Klemmbereich 2 und der äußeren Gehäusewand 1 des Gehäuses eingeklemmt wird. Dadurch wird ein zuverlässiger Sitz der Leitung im Verbinder­ element vor dem Löten sichergestellt. Weiterhin weist das Gehäuse 1 an der Unterseite 21 eine Öffnung auf, die beispielsweise eine Schnittstelle zu einem elek­ trischen Gerät sicherstellt. Es kann davon ausgegan­ gen werden, daß durch die Öffnung eine Postenleiste in das Verbinderelement eintaucht und über den Schen­ kel 16 des Verbinders 10 die elektrische Funktions­ sicherheit der Schnittstelle sicherstellt. Nach dein erfolgreichen Einpressen und Abisolierung der Leitung 3 kann der teilabisolierte Bereich der Leitung 3 im Verbinder in geeignetem Lötverfahren festgelötet wer­ den. Da beim Anpressen der Leitung 3 in den Verbinder 10 entsprechende Kräfte auftreten, ist es vorteil­ haft, den Verbinder 10 im Gehäuse 1 entsprechend ab­ zustützen. Diese Abstützung geschieht durch Abstufun­ gen im Verbinder, die im eingesetzten Zustand des Verbinders 10 im Gehäuse 1 auf entsprechenden Absät­ zen zu liegen kommen. Hierzu dient der Absatz 22 und 24. Des weiteren ist es natürlich möglich, eine zu­ sätzliche Zugentlastung über das Gehäuse 1 zu erzie­ len. Hierzu können beispielsweise die eingesetzten Leitungen 3 mit Hilfe einer nicht dargestellten Kappe und dem Teilbereich 22 des Gehäuses eingeklemmt wer­ den.

Fig. 6 bis 10 zeigen nun den Ablauf bei der automati­ schen Herstellung der Lötklemmverbindung.

Erfindungsgemäß wird dazu eine Werkzeugeinheit, be­ stehend aus einer Leitungsklemmeinheit mit einem Lei­ tungsklemmeinheits-Oberteil 6, einem Leitungsklemm­ einheits-Unterteil 5 sowie einem Einpreßstempel 7, einem Kerbmesser 9 und einem Niederhalter 8, verwen­ det. Die Leitung 3 wird nun wie folgt in den Verbin­ der eingeführt. In einem ersten Arbeitsschritt wird die Leitung 3 über dem Verbinder 10 positioniert. Das Werkzeug wird nun derart über dem Verbinder 10 und der Leitung 3 positioniert, daß die Leitung 3 mit der Klemmeinheit 5, die z. B. als Schieberelement ausge­ legt ist, gegen die obere Klemmeinheit 6 gepreßt wird. Dadurch wird die Leitung 3 in ihrer Position zum Werkzeug eindeutig festgelegt. In der nächsten Phase werden alle Komponenten 6, 7, 8, 9 des Werkzeu­ ges linear abgesenkt. Hierbei wird die Isolation der Leitung 3 im Verbinder 10 im Schneidbereich 11 im Teil 18 eingeklemmt, und die Isolation wird mittels des Kerbmessers 9 durchschnitten. Weiterhin schneidet der Schneidbereich 11 an der oberen Seite die Isola­ tion beidseitig ein (Fig. 6 und 7).

In Fig. 8 und 9 ist nun dargestellt, wie der Abiso­ liervorgang stattfindet. Dazu bewegen sich die Kerb­ messer 9 sowie der Niederhalten 8 parallel zur Ab­ wärtsbewegung, auch parallel zum Abisolierbereich 12 des Verbinders 10. Durch diese relativ horizontale Bewegung zur vertikalen Abwärtsbewegung wird sicher­ gestellt, daß die Leitung auch mit Hilfe des Einpreß­ stempels 7 und des Niederhalters 8 sauber in den Ver­ binder 10 eingelegt und gleichzeitig abisoliert wird.

In Fig. 10 ist ersichtlich, wie die Leitung eingelegt ist. Um ein Herausrutschen der Leitung zu vermeiden, wird das Kerbmesser 9 nach oben bewegt, während die Leitung durch den Niederhalter 8 im Bereich der Kon­ taktierzone untengehalten wird.

Fig. 11 zeigt nun eine fertige Lötklemmverbindung. Wesentlich hierbei ist, daß durch die erfindungsgemä­ ße Ausgestaltung des Lötklemmverbinders mit dem abge­ schrägten Isolierbereich eine feste Verspannung des Leiters 3 bewirkt wird.

Claims (14)

1. Verfahren zur automatisierbaren Herstellung von dauerhaften galvanischen Verbindungen mit mini­ miertem Übergangswiderstand zu wenigstens einer drahtisolierten Leitung und mindestens einem elektrischen Anschlußelement oder dergleichen Verbinder nach Art von Schneid-Klemmverbindun­ gen, bei dem mit dem Einfügen des Leiters in den Verbinder mittels Leitungseinpreßwerkzeug die Isolierummantelung durchtrennt und das Leitungs­ ende mit dem Anschlußelement kraftschlüssig und elektrisch leitend verbunden wird, gekennzeichnet durch die folgen­ den Verfahrensschritte:

• - Positionieren des isolierten Leiters über dem Verbinder,
• - Ausrichten des Leitungseinpreßwerkzeuges oberhalb des Verbinders,
• - Arretieren des Leiters mittels des Lei­ tungseinpreßwerkzeuges,
• - Durchtrennen der Isolierummantelung und Abisolieren wenigstens eines Teiles des freien Endes des Leiters durch Eindrücken des Leiters in den Verbinder,
• - kraftschlüssiges Andrücken des abisolierten Leiterabschnittes an den Verbinder,
• - Verlöten der Kontaktstelle zwischen Leiter und Verbinder im Andruckbereich,
• - Ausbringen des Leitungseinpreßwerkzeuges aus dem Verbinder (Gehäuse).

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einem ein- oder mehr­ poligen Klemmverbinder aufnehmenden Verbinderge­ häuse und einer die Isolierummantelung durch­ trennenden, den Leiter in den Verbinder einfü­ genden Werkzeugeinheit, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug eine Klemmeneinheit (5, 6), einen Einpreßstempel (7), ein Kerbmesser (9) und einen Niederhalter (8) aufweist, wobei es den Leiter (3) in den aus einem Metallformstück bestehenden Verbinder (10) einfügt, der einen Klemmbereich (2), einen Schneidbereich (11), einen Abisolier­ bereich (12) und einen Klemm-Lötbereich umfaßt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kerbmesser (9) federnd gelagert ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kerbmesser (9) eine Schneidgeometrie aufweist, die der Leitung annähernd angepaßt ist.

5. Lötklemmverbinder, hergestellt mit der Vorrich­ tung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß er ausgehend von einem Schneidbereich (11) bis in Höhe des eine Leitung aufnehmenden Klemm­ bereiches (2) in Längsrichtung geschlitzt ist und dabei der Bereich zwischen Schneid- und Klemmbereich (Abisolierbereich 12) abgeschrägt ist, und
daß gegenüber dem Schneid- und Abisolierbereich (11, 12) ein zweiter Schenkel (13), mit diesem gemeinsam eine Gabel bildend, vorhanden ist, wo­ bei dieser zweite Schenkel (13) gleichfalls ei­ nen Schlitz aufweist.

6. Verbinder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Schlitzes im abgeschrägten Abisolierbereich (12) im Klemmbereich (2) und im Schenkel (13) kleiner als der Außendurchmesser der Leitung (ein­ schließlich Isolation) ist.

7. Verbinder nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Klemmbereich (2) gegenüber dem Abisolierbereich (12) gegenläufig abgewinkelt ist.

8. Verbinder nach Anspruch 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schneidbereich (11) aufgeweitet ist.

9. Verbinder nach Anspruch 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der abgeschrägte Abisolierbereich (12) konisch nach außen in Richtung des Klemmbereiches (2) verläuft.

10. Verbinder nach Anspruch 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbinder (10) - vom Klemmbereich (2) ausgehend - einen zweiten Schenkel (14) aufweist, der ein Federelement (17) enthalten kann, und - ausgehend vom Schen­ kel (13) - ein weiterer gewinkelter Schenkel (16) vorgesehen ist.

11. Verbinder nach Anspruch 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbinder (10) nahezu formschlüssig in ein Gehäuse (1) einge­ fügt ist.

12. Verbinder nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Klemmbereich (2) gegenüberliegende Teil des Gehäuses (1) der­ art beabstandet ist, daß er das abgeschobene Isoliermaterial zwischen dem Klemmbereich (2) und der Gehäusewand vorspannt.

13. Verbinder nach Anspruch 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) an der Unterseite (21) eine Öffnung hat, so daß ein Kontakt zwischen dem Schenkel (14) und dem ge­ winkelten Schenkel (16) eingeführt werden kann.

14. Verbinder nach Anspruch 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse an der Oberseite (25) mindestens teilweise offen ist, damit die Werkzeugeinheit den Leiter einführen kann.