DE4237016C2 - Vorrichtung zur Herstellung von kombinierten Schneidklemm- und Lötverbindungen und damit hergestellter Schneidklemmverbinder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schneidklemmverbinder und eine Vorrichtung zu dessen Herstellung.

Zum Anschluß elektrischer Geräte oder Bauteile an die Leitungen einer Verdrahtung finden heute unterschied­ liche Anschlußtechniken (z. B. Schraubtechnik, Steck­ technik, Crimptechnik, Löttechnik Schneid-Klemm- Technik) Verwendung. Die meisten der entsprechend diesen Anschlußtechniken gestalteten Anschlußklemm­ einrichtungen erfordern bei der Herstellung der Ver­ drahtung 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 Montage 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.

So ist aus der EP 0 358 422 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abtrennen von Leitern in Verbindungs­ elementen bekannt, wobei der Leiter getaktet in das Verbindungselement mittels Einpreßstempel und Nieder­ halter definiert eingebracht wird.

Weiter ist der DE-OS 23 25 756 zu entnehmen, daß die Isolierung von Leitern durch Eindrücken des Leiters in einen Schlitz eines Kontaktorganes die Isolierung im Bereich der Ränder des Schlitzes den Leiter frei­ gibt.

Außerdem gibt die EP 0 371 310 A2 allgemein wieder, daß die Zuverlässigkeit von Klemmverbindern erhöht werden kann, wenn der Leiter an seinem Ende abiso­ liert, die Leitungsisolierung vom Verbinder durch­ drungen und der freigelegte Teil des Leiters verlötet wird.

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 die erfindungsgemäße Vorrichtung die Merkmale des Patentanspruches 1 auf und der mit dieser Vorrichtung hergestellbare Schneidklemmverbinder ist durch die Merkmale des An­ spruches 4 gekennzeichnet. Vorteilhafte Weiterbildun­ gen bezüglich des Schneidklemmverbinders sind in den Merkmalen der Ansprüche 5 bis 12 und die der Vorrich­ tung in den Ansprüchen 2 und 3 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 nur schwer möglich, mittels der Schneid-Klemm-Technik einen automatisierbaren Prozeßablauf zu realisieren. Erfindungsgemäß wird dies dadurch gelöst, daß eine spezielle Werkzeugein­ heit vorgesehen ist, die es ermöglicht, Einzellei­ tungen einzulegen. Erfindungsgemäß wird dazu in einem ersten Schritt der Leiter über dem Schneidklemmver­ binder positioniert, anschließend das Einpreßwerkzeug über dem Verbinder ausgerichtet und der Leiter im Einpreßwerkzeug arretiert. In der nächsten Phase wer­ den dann alle Komponenten des Werkzeuges linear abge­ senkt, und die Isolation der Leitung wird im Schneid­ klemmverbinder verklemmt. Durch weiteres Eindrücken des Leiters mittels des Werkzeuges in den Verbinder wird die Isolierummantelung getrennt und wenigstens ein Teil des freien Endes des Leiters abisoliert. Im weiteren Verlauf wird dann durch kraftschlüssiges Andrücken des abisolierten Leiterabschnittes an den Schneidklemmverbinder und anschließendes Verlöten der Kontaktstelle zwischen Leiter und Verbinder die Löt­ klemmverbindung hergestellt. Natürlich ist es auch möglich, mehrere Einzelleitungen gleichzeitig mit Hilfe des Werkzeuges in mehrpolige Verbinder einzule­ gen 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 Schneidklemmverbin­ der nahezu formschlüssig in ein Gehäuse eingefügt sein. Erfindungsgemäß wird das Werkzeug über den Schneidklemmverbinder mit dem Gehäuse positioniert. Mit der Leitungsklemmeinheit wird der Leiter ar­ retiert. Durch lineares Absenken des Werkzeuges mit allen Komponenten wird dann der Leiter mit Isolation in den Schneidklemmverbinder eingeklemmt und wie im Verfahrensteil vorstehend beschrieben abisoliert und im Schneidklemmverbinder verlötet.

Erfindungswesentlich ist nun die Ausgestaltung des Schneidklemmverbinders selbst. Der Schneidklemmver­ binder ist dabei in Teilbereichen vergleichbar einem Schneidklemmverbinder aufgebaut. Er zeichnet sich jedoch dadurch aus, daß beim Einpressen des Leiters in den Schneidklemmverbinder dieser an einer defi­ nierten Stelle automatisch abisoliert wird und nach dem Einpressen an der abisolierten Stelle im Schneidklemmverbinder an einer dafür vorgesehenen Stelle zum Liegen kommt, an der er z. B. mit konven­ tionellen Methoden verlötet werden kann. Der Schneid­ klemmverbinder selbst besteht aus einem elektrisch leitenden Material wie z. B. Metall. Der Schneidklemm­ verbinder selbst weist dabei einen Schneidbereich, einen Klemmbereich und einen Abisolierbereich auf. Wesentlich bei der Erfindung ist, daß der gabelförmi­ ge Schneidklemmverbinder einen schräg zur Außenseite ausgeweiteten Abisolierbereich aufweist, der es er­ möglicht, daß beim Eindrücken des Leiters über den Schneidbereich eine automatische Abisolierung statt­ findet. Der Schneidklemmverbinder ist dazu nahezu formschlüssig in ein Gehäuse eingefügt, wobei es vor­ teilhaft ist, daß der dem Klemmbereich gegenüberlie­ gende Teil des Gehäuses derart beabstandet ist, daß das abgeschobene Isoliermaterial zwischen dem Klemm­ bereich und der Gehäusewand verspannt wird. Dadurch wird erstens ein sicheres Abisolieren gewährleistet und zweitens durch das Verspannen mit dem abisolier­ ten Material ein festes Arretieren des Leiters in der dafür vorgesehenen Position. Dies erleichtert die Lötverbindung.

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 Schneidklemmverbin­ der 10. In den Fig. 1 bis 5 ist jeweils der einzelne Verfahrensabschnitt sowohl im Querschnitt als auch in der Vorderansicht dargestellt.

Der Leiter 3 wird dabei über dem Schneidklemmverbin­ der 10 positioniert. Um ein leichtes Einpressen des Leiters 3 in den Schneidklemmverbinder 10 zu gewähr­ leisten, ist dabei der Schneidbereich 11 aufgeweitet. Im Beispielsfall weist der Schneidbereich 11 zur bes­ seren Einführung eine Einführschräge auf. Der Schneidklemmverbinder selbst besteht nun aus dem Schneidbereich 11 und einem Abisolierbereich 12 sowie einem Klemmbereich 2. Erfindungswesentlich ist, daß der Abisolierbereich 12 abgeschrägt ist und schräg nach außen verläuft. Der Schneid- und Abisolierbe­ reich 11, 12 ist dabei mit einem zweiten Schenkel 13 verbunden, so daß eine gemeinsame Gabel entsteht. Nach einer bevorzugten Ausführungsform weist der Schneidklemmverbinder 10, vom Klemmbereich 2 ausge­ hend, einen weiteren Schenkel 14 auf, der ein Feder­ element enthalten kann, und einen weiteren gewinkel­ ten Schenkel 16. Der als Schneidbereich 11 bezeichne­ te Teil des Schneidklemmverbinders 10 erfüllt dabei zwei Funktionen: Erstens wird ein Leiter 3 mit einem speziellen Durchmesser an der Isolation nicht beschä­ digt, gleichzeitig wird aber die Isolation an der mit 18 gekennzeichneten Stelle eingeklemmt. Auf der ge­ genüberliegenden Seite wird beim Einpressen des Lei­ ters 3 durch eine geometrische Ausgestaltung des Schneidklemmverbinders 10 an der Stelle 11 die Isola­ tion der Leitung eingeschnitten. Beim weiteren Ein­ drücken des Leiters 3 in den Schneidklemmverbinder 10 wird die Leitung automatisch durch den Bereich 12 abgehoben und damit abisoliert (Fig. 2 und 3). Dies wird dadurch realisiert, daß durch das vertikale Ein­ drücken des Leiters 3 die Isolation automatisch an der schiefen Ebene des Abisolierbereiches 12 des Schneidklemmverbinders 10 abgeschoben wird. Im weite­ ren Verlauf des Schneidklemmverbinders 10 wird im Bereich 2 sichergestellt, daß der eingepreßte Leiter nicht selbständig wieder nach oben herausspringen kann. Dies wird durch die geometrische Anordnung des Teilbereiches 2 des Schneidklemmverbinders 10 sicher­ gestellt. Der Teilbereich 19 des Schneidklemmverbin­ ders 10 zeigt eine muldenartige Ausprägung, in der der abisolierte Teilbereich des Leiters 3 zu liegen kommt. Es ist hier durchaus möglich, diesen mulden­ förmigen Bereich in einem vorherigen Arbeitsgang vor­ zuverzinnen (Fig. 4).

Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird vorge­ schlagen, den erfindungsgemäßen Schneidklemmverbinder 10 nahezu formschlüssig in ein Gehäuse 1 einzufügen. Diese Weiterbildung der Erfindung bringt den wesent­ lichen Vorteil mit sich, daß das abisolierte Ende 20 des Leiters 3 zwischen dem Klemmbereich 2 und der äußeren Gehäusewand 1 des Gehäuses eingeklemmt wird. Dadurch wird ein zuverlässiger Sitz der Leitung im Schneidklemmverbinderelement 10 vor dem Löten sicher­ gestellt. Weiterhin weist das Gehäuse 1 an der Unter­ seite 21 eine Öffnung auf, die beispielsweise eine Schnittstelle zu einem elektrischen Gerät sicher­ stellt. Es kann davon ausgegangen werden, daß durch die Öffnung eine Postenleiste in das Schneidklemmver­ binderelement 10 eintaucht und über den Schenkel 16 des Schneidklemmverbinders 10 die elektrische Funk­ tionssicherheit der Schnittstelle sicherstellt. Nach dem erfolgreichen Einpressen und Abisolierung des Leiters 3 kann sein teilabisolierter Bereich im Schneidklemmverbinder in geeignetem Lötverfahren festgelötet werden. Da beim Anpressen des Leiters 3 in den Schneidklemmverbinder 10 entsprechende Kräfte auftreten, ist es vorteilhaft, den Schneidklemmver­ binder 10 im Gehäuse 1 entsprechend abzustützen. Die­ se Abstützung geschieht durch Abstufungen im Schneidklemmverbinder 10, die im eingesetzten Zustand des Schneidklemmverbinders 10 im Gehäuse 1 auf ent­ sprechenden Absätzen zu liegen kommen. Hierzu dient der Absatz 24. Des weiteren ist es natürlich möglich, eine zusätzliche Zugentlastung über das Ge­ häuse 1 zu erzielen. Hierzu können beispielsweise die eingesetzten Leiter 3 mit Hilfe einer nicht darge­ stellten Kappe und dem Teilbereich 22 des Gehäuses eingeklemmt werden.

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 Schneidklemmverbinder 10 eingeführt. In einem ersten Arbeitsschritt wird der Leiter 3 über dem Schneid­ klemmverbinder 10 positioniert. Das Werkzeug wird nun derart über dem Schneidklemmverbinder 10 und den Lei­ ter 3 positioniert, daß dieser mit der Klemmeinheit 5, die z. B. als Schieberelement ausgelegt ist, gegen die obere Klemmeinheit 6 gepreßt wird. Dadurch wird der Leiter 3 in seiner Position zum Werkzeug eindeu­ tig festgelegt. In der nächsten Phase werden alle Komponenten 6, 7, 8, 9 des Werkzeuges linear abge­ senkt. Hierbei wird die Isolation des Leiters 3 im Schneidklemmverbinder 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 Isolation 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 Niederhalter 8 parallel zur Ab­ wärtsbewegung, auch parallel zum Abisolierbereich 12 des Schneidklemmverbinders 10. Durch diese relativ horizontale Bewegung zur vertikalen Abwärtsbewegung wird sichergestellt, daß der Leiter 3 auch mit Hilfe des Einpreßstempels 7 und des Niederhalters 8 sauber in den Schneidklemmverbinder 10 eingelegt und gleich­ zeitig abisoliert wird.

In Fig. 10 ist ersichtlich, wie der Leiter 3 einge­ legt ist. Um ein Herausrutschen des Leiters 3 zu ver­ meiden, wird das Kerbmesser 9 nach oben bewegt, wäh­ rend der Leiter 3 durch den Niederhalter 8 im Bereich der Kontaktierzone untengehalten wird.

Fig. 11 zeigt nun eine fertige Lötklemmverbindung. Wesentlich hierbei ist, daß durch die erfindungsgemä­ ße Ausgestaltung des Schneidklemmverbinders mit dem abgeschrägten Isolierbereich (12) eine feste Verspan­ nung des Leiters 3 bewirkt wird.

Claims (12)

1. Vorrichtung zur Herstellung von kombinierten Schneid­ klemm- und Lötverbindungen bei der mittels einer Klemmeinheit (5, 6) und einem Einpreßstempel (7) ein Leiter (3) in einen Schneidklemmverbinder (1c) zu diesem positioniert einbringbar ist, dadurch gekennzeichnet,
daß dem aus einem Metallformstück gebildeten Schneid­ klemmverbinder (10) der Richtung der Einbringung des Leiters (3) folgend sich an einen Schneidbereich (11) ein Abisolierbereich (12) anschließt,
dabei der Abisolierbereich (12) so abgeschrägt ist, daß der mit dem Schneidbereich (11) und einem mit dem Einpreßstempel (7) kombinierten Kerbmesser (9) abge­ trennte Teil der Isolierung des Leiters (3) beim Ein­ pressen entlang dieser Schräge verschoben und wenig­ stens ein Teil des freien Ende des Leiters (3) abiso­ liert ist und
sich an den Abisolierbereich (12) ein Löt-Klemmbe­ reich (2) anschließt, in dem der abisolierte Teil des Leiters (3) mit dem Schneidklemmverbinder (10) ver­ lötbar ist und der Löt-Klemmbereich (2) gegenüber dem Abisolierbereich (12) so abgewinkelt ist, daß das abgeschobene Isoliermaterial einrastet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kerbmesser (9) federnd gelagert ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kerbmesser (9) eine Schneidgeometrie aufweist, die der Leitung annähernd angepaßt ist.

4. Schneidklemmverbinder, hergestellt mit der Vor­ richtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der ausgehend vom Schneidbereich (11) bis in Höhe des eine Leitung (3) aufnehmenden Löt- Klemmbereiches (2) angeordnete Abisolierbereich (12) abgeschrägt ist, und
diese gemeinsam mit einem zweiten Schenkel (13) eine Gabel bilden, die zur Aufnahme des Leiters (3) einen Schlitz aufweist, der bis in den Löt- Klemmbereich (2) geführt ist.

5. Schneidklemmverbinder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Schlitzes im abgeschrägten Abisolierbereich (12) im Löt-Klemmbereich (2) und im Schenkel (13) kleiner als der Außendurchmesser des Leiters (3) (einschließlich Isolation) ist.

6. Schneidklemmverbindunger nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Löt-Klemmbereich (2) gegenüber dem Abisolierbereich (12) gegen­ läufig abgewinkelt ist.

7. Schneidklemmverbinder nach Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schneidbereich (11) aufgeweitet ist.

8. Schneidklemmverbinder nach Anspruch 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schneidklemmver­ binder (10) - vom Löt-Klemmbereich (2) ausgehend - einen zweiten Schenkel (14) aufweist, der ein Feder­ element (17) enthalten kann, und - ausgehend vom Schenkel (13) - ein weiterer gewinkelter Schen­ kel (16) vorgesehen ist.

9. Schneidklemmverbinder nach Anspruch 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß er nahezu form­ schlüssig in ein Gehäuse (1) eingefügt ist.

10. Schneidklemmverbinder nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Löt-Klemm­ bereich (2) gegenüberliegende Teil des Gehäuses (1) einen Abstand aufweist, der gewährleistet, daß das abisolierte Ende (20) der Isolierung zwi­ schen dem Klemmbereich (2) und der Gehäusewand vorgespannt ist.

11. Schneidklemmverbinder nach Anspruch 9 und 10, 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.

12. Schneidklemmverbinder nach Anspruch 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) an der Oberseite (25) mindestens teilweise offen ist, damit die Werkzeugeinheit (6, 7,) den Lei­ ter (3) einführen kann.