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Die vorliegende Erfindung betrifft eine
elektrische Verbindungsvorrichtung aus Blech von der Art
mit einem Aderaufnahmeschlitz zum Herstellen einer
elektrischen Verbindung mit einer Ader. In EP-A-0 404
450, von der die vorliegende Anmeldung abgetrennt
worden ist, wird eine Verbinderanordnung mit einer
gestanzten und geformten Verbindungsvorrichtung aus Blech
zum gemeinsamen Anschließen mehrerer Adern beschrieben
und beansprucht, wobei die Vorrichtung von der Art mit
Aderaufnahmeschlitzen für die Adern ist, wobei die
Schlitze gegenüberliegende Kanten aufweisen, die bei
Bewegung der Adern seitlich von ihren Achsen und in die
Schlitze die Adern kontaktieren, wobei die Vorrichtung
folgendes umfaßt: zwei Reihen von U-förmigen Gliedern,
wobei jedes U-förmige Glied eine Ausbuchtung und von
der Ausbuchtung aus verlaufende erste und zweite Arme
umfaßt, wobei die U-förmigen Glieder jeder Reihe eine
voneinander beabstandete ausgerichtete Beziehung
aufweisen, wobei die ersten Arme in jeder Reihe
koplanar sind und die zweiten Arme jeder Reihe koplanar
sind, wobei benachbarte U-förmige Glieder in jeder
Reihe gegenüberliegende Kanten aufweisen, die die
Aderaufnahmeschlitze definieren, wobei jede Reihe einen
ersten und einen zweiten Verbindungsabschnitt aufweist,
die sich jeweils über die Länge der Reihe erstrecken,
wobei die ersten und zweiten Arme jedes U-förmigen
Glieds Enden aufweisen, die mit dem zugeordneten ersten
bzw. zweiten Verbindungsabschnitt einstückig sind,
wobei die ersten Arme entsprechender U-förmiger Glieder
in den beiden Reihen gegenüber und beieinander liegen,
wobei die zweiten Arme voneinander entfernt sind und in
entgegengesetzte Richtungen nach außen weisen, wobei
die beiden Reihen von U-förmigen Gliedern durch einen
Steg miteinander verbunden sind, der von einem der
Verbindungsabschnitte einer der Reihen zu dem
entsprechenden Verbindungsabschnitt der anderen Reihe
verläuft, und einen geformten isolierenden Gehäusekörper
zum Abdecken der Verbindungsvorrichtung, wobei der
isolierende Gehäusekörper Öffnungen aufweist, die sich
mit den Aderaufnahmeschlitzen decken und auf diese
Weise eine Bewegung der Adern in die Schlitze
gestatten.
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Die vorliegende Erfindung soll eine elektrische
Verbindungsvorrichtung aus Blech zum Herstellen einer
elektrischen Verbindung mit einer Ader bereitstellen,
wobei die Vorrichtung relativ klein ist, mit der aber
eine extrem stabile elektrische Verbindung erzielt
werden kann.
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Die vorliegende Erfindung besteht aus einer
Verbindungsvorrichtung aus Blech nach Anspruch 1.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in
den untergeordneten Ansprüchen definiert.
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Es werden nun Ausführungsformen beispielhaft
anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es
zeigen:
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Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer
elektrischen Verbinderanordnung, wobei die Teile sich
in auseinandergezogener ausgerichteter Beziehung
befinden;
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Fig. 2 eine Ansicht ähnlich Fig. 1, die die
miteinander zusammengebauten Teile zeigt;
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Fig. 3 eine Draufsicht auf eine metallische
Verbindungsvorrichtung der Anordnung;
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Fig. 4, 5 und 6 Ansichten, die in die
Richtung der Pfeile 4-4, 5-5 und 6-6 von Fig. 3 blicken;
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Fig. 7 eine Draufsicht auf einen flachen,
ausgestanzten Zuschnitt, aus dem die
Verbindungsvorrichtung hergestellt werden soll;
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Fig. 8 eine Draufsicht auf ein Isoliergehäuse
für die Verbindungsvorrichtung;
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Fig. 9 und 10 Ansichten, die in die Richtung
der Pfeile 9-9 und 10-10 von Fig. 8 blicken;
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Fig. 11 eine Draufsicht auf die
Gehäuseabdeckung.
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Fig. 12 ist eine Seitenansicht, die in die
Richtung der Pfeile 12-12 von Fig. 11 blickt;
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Fig. 13 ist eine Ansicht der Unterseite der
Abdeckung bei Blick in die Richtung der Pfeile 13-13
von Fig. 12;
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Fig. 14 und 15 sind Schnittansichten bei
Blick in die Richtung der Pfeile 14-14 und 15-15 der
Fig. 13 bzw. 12;
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Fig. 16 und 17 sind rechnererzeugte
Darstellungen von Teilen der Verbindungsvorrichtung, die die
Art und Weise veranschaulichen, wie die
Verbindungsvorrichtung gebogen bzw. verformt wird und die die Höhen
der Beanspruchung in der Verbindungsvorrichtung zeigen,
wenn in ihre Aderaufnahmeschlitze Adern eingesetzt
werden. Diese Ansichten beruhen nicht auf tatsächlichen
physikalischen Prüfdaten, sondern sind vielmehr das
Ergebnis einer Finite-Elemente-Analyse der Vorrichtung,
und
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Fig. 18 ist eine perspektivische
auseinandergezogene Ansicht einer alternativen
Verbinderanordnung.
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Wie in Fig. 1 und 2 gezeigt, umfaßt eine
Verbinderanordnung eine ausgestanzte und geformte
Verbindungsvorrichtung 4, einen isolierenden Gehäusekörper
6 und eine Gehäuseabdeckung 8.
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Die Verbindungsvorrichtung 4, Fig. 3-7,
umfaßt zwei Reihen von U-förmigen Gliedern, 10, 10', die
sich mit entsprechenden U-förmigen Gliedern in den
beiden Reihen in Ausrichtung zueinander in einer Beziehung
Seite an Seite befinden. Die U-förmigen Glieder in den
beiden Reihen sind im wesentlichen identisch, und eine
Beschreibung für eines reicht für beide. Die
Vorrichtung wird aus einem flachen Zuschnitt 11, Fig. 7,
geformt.
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Jedes U-förmige Glied weist eine Ausbuchtung 12
und von der Ausbuchtung aus verlaufende erste und
zweite Arme 14, 16 auf. Die ersten Arme 14, 14' in den
beiden Reihen liegen gegenüber und beieinander, und die
zweiten Arme 16, 16' sind voneinander entfernt und
weisen in entgegengesetzte Richtungen. Die äußeren
Enden der ersten Arme sind mit einem ersten
Verbin
dungsabschnitt 18 einstückig und die äußeren Enden der
zweiten Arme sind mit einem zweiten
Verbindungsabschnitt 20 einstückig. Der erste Verbindungsabschnitt
18 weist in seiner unteren Kante beabstandete Kerben 22
zum Zusammenwirken mit Rastmitteln an der
Gehäuseabdeckung auf. Die beiden Reihen von U-förmigen Gliedern
sind durch einen flachen Steg 24 miteinander verbunden,
der zwischen den zweiten Verbindungsabschnitten 20, 20'
verläuft. Eine Lasche 26 verläuft von dem Steg an einem
Ende der Vorrichtung aus und hat darin eine Öffnung zum
Sichern der Vorrichtung an einer Erdungsfläche. Neben
der Lasche kann eine Vertiefung vorgesehen sein, wie
bei 27 gezeigt, um den Steg in der Nähe der Lasche zu
stärken.
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In jedem der ersten und zweiten Arme ist eine
längliche, im allgemeinen ovale Öffnung 28, mit
Ausnahme der Öffnungen 29 aufweisenden Arme an dem Ende. Jede
Öffnung 28 weist ein oberes Ende 30 und ein unteres
Ende 32 auf, wobei die Öffnungen eine zwischen den
Enden verlaufende Hauptachse und eine quer zu der
Hauptachse verlaufende Nebenachse aufweisen. Die
Hauptachse verläuft parallel zu benachbarten Schlitzen 42
(unten beschrieben), und die Nebenachse verläuft quer
zu den Schlitzen. Die Öffnungen weisen eine etwas
unregelmäßige Form auf, und ihre Konfiguration bestimmt
die Art und Weise, wie die Vorrichtung beansprucht
wird, wie unten beschrieben wird.
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Die Öffnungen definieren Balken 34, wobei jeder
Balken ein festes oberes und unteres Ende 36, 38 und
einen Mittelteil 40 aufweist. Das feste obere und
untere Ende befinden sich in der Nähe der Ausbuchtung
12 und des benachbarten Verbindungsabschnitts 18 bzw.
20, und die Balken verlaufen in ihren Mittelteilen
etwas seitlich in Richtung des entsprechenden oder
benachbarten Balkens eines benachbarten U-förmigen
Abschnitts. Die gegenüberliegenden Kanten benachbarter
Balken 34 in benachbarten U-förmigen Gliedern 10, 10'
definieren die Aderaufnahmeschlitze 42. Jeder Schlitz
weist einen relativ breiten Eingang 44 und ein relativ
breites vergrößertes inneres Ende 46 auf. Der
Zwischenteil 48 jedes Schlitzes ist relativ eng, und in
diesem Zwischenteil des Schlitzes wird die Ader
gehalten, nachdem sie eingesetzt worden ist.
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Die U-förmigen Glieder an den Enden jeder Reihe
weisen Öffnungen 29 auf, die etwa halb so groß sind wie
die Öffnungen 28, die in den dazwischenliegenden U-
förmigen Gliedern vorgesehen sind. Die U-förmigen
Glieder an den Enden der Reihen weisen lediglich einen
Balken auf, und die Größe der Öffnungen wird vorzugsweise
reduziert, damit die am Ende befindlichen U-förmigen
Glieder maximale Stärke aufweisen. Die
Aderaufnahmeschlitze 42 zwischen benachbarten ersten Armen 14, 14'
sind in ihren Mittelteilen 48 vorzugsweise schmaler als
die Schlitze zwischen benachbarten zweiten Armen 16,
16', so daß die Vorrichtung verschiedene Adergrößen
aufnehmen kann. Mit anderen Worten, die Schlitze in den
zweiten Armen können eine Breite aufweisen, so daß mit
einer Ader mit relativ größerer Dicke ein Kontakt
hergestellt wird als die Schlitze zwischen den Balken
benachbarter erster Arme. Die überdimensionierten Adern
können möglicherweise die Balken in den ersten Armen
14, 14' überbeanspruchen, aber eine derartige
Überbeanspruchung würde nicht die elektrische Verbindung
zwischen der eingesetzten überdimensionierten Ader und den
Schlitzen zwischen benachbarten Balken in den zweiten
Armen 16, 16' beeinflussen.
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Die Vorrichtung kann in jeder beliebigen Größe
hergestellt werden; wo sie allerdings zur Verwendung
als Erdungsverbinder für eine kraftfahrzeugtechnische
Verdrahtung gedacht ist, ist es wünschenswert, daß die
Größe auf einem Minimum gehalten wird. Eine
Verbindungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der
Erfindung weist beispielsweise eine Gesamthöhe von nur etwa
13 mm und eine Gesamtlänge einschließlich der Lasche
von nur etwa 36 mm auf. Das für eine
Verbindungsvorrichtung dieser Größe bevorzugte Material
sollte vorzugsweise eine relativ hohe Fließgrenze
aufweisen, beispielsweise eine Beryllium-Kupfer-
Legierung mit einer Fließgrenze von etwa 96 000 psi
(6750 kg/cm²).
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Der Gehäusekörper 6, Fig. 8-10, ist aus
einem geeigneten Polyestermaterial geformt und weist
mehrere E-förmige Abschnitte 50 auf, die jeweils einen
zentralen Schenkel 52, äußere Schenkel 54 und ein
querverlaufendes Rückenglied 56, aus dem heraus sich
die Schenkel erstrecken, aufweisen. Die Enden der
zentralen Schenkel sind mit einem zentralen Rahmen oder
Rippenglied 58 einstückig, das über die gesamte Länge
des Gehäuses zwischen den Endabschnitten 60, 61 davon
verläuft. Relativ dünne Plattenabschnitte 62 (Fig. 1)
verlaufen zwischen den Endteilen der äußeren Schenkel,
und die Rippen 24 verlaufen auf den Seiten jenseits
dieser Plattenabschnitte nach außen. Einstückige
flexible Bögen 66 verlaufen zwischen benachbarten
Rippen 64 und bilden eine Aderstützfläche, die gebogen
bzw. verformt wird, wenn das Abdeckungsglied an dem
Gehäusekörper montiert wird, um die Adern
festzuklemmen, wie unten beschrieben wird.
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Die zentralen Schenkel 52 weisen Öffnungen 68
auf, die sich von ihren äußeren Enden aus zentral dort
hindurch erstrecken. Diese Öffnungen reduzieren die
Materialmenge in den zentralen Schenkeln und in der
zentralen Rippe und gestatten zusätzlich das Formen
einstückiger Haltelaschen 70, die seitlich über dem
Raum zwischen benachbarten E-förmigen Gliedern
verlaufen. Die Funktion der Laschen ist, vor der Montage
des Abdeckungsglieds an dem Körper Adern in dem
Gehäuseglied zu halten. An den zentralen Schenkeln befinden
sich auch Rastlaschen 72, die mit den Kerben 22 der
Verbindungsvorrichtung zusammenwirken, um den
Gehäusekörper an der metallischen
Verbindungsvorrichtung zu sichern. An den
Endabschnitten sind zusätzliche Rastlaschen 74 zum
Zusammenwirken mit Rastarmen an dem Abdeckungsglied
vorgesehen.
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Eine integrale muldenartige Kabelhalterung 76
ist über einen Verbindungsabschnitt 78, in dem sich
eine Öffnung 80 für eine Befestigungsvorrichtung
befindet, mit dem Endabschnitt 61 verbunden. In der
Halterung kann durch einen Bündelbinder oder ein anderes
Mittel ein Kabelbaum gehalten werden. Wenn die
Vorrichtung in Betrieb gesetzt wird, wird die metallische
Verbindungsvorrichtung 4 an eine metallische
Erdungsfläche geschraubt oder auf andere Weise an ihr
gesichert, es ist aber auch wünschenswert, den
Gehäusekörper 6 mit Hilfe einer Befestigungsvorrichtung
unabhängig zu verankern, so daß, wenn eine Kraft auf den
Kabelbaum, der in der Kabelbaumhalterung aufgenommen
ist, einwirkt, diese nicht auf den Gehäusekörper
übertragen, sondern von der Befestigungsvorrichtung in
der Öffnung 80 getragen wird.
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Die Gehäuseabdeckung 8, Fig. 11-15, ist
allgemein rechtwinklig und weist eine Außenfläche 82,
eine Innenfläche 84 und Seiten 94 auf. Rastarme 86
verlaufen von den Enden der Abdeckung aus und weisen
Öffnungen zum Zusammenwirken mit den Laschen 74 an dem
Körperteil auf. Querrippen 88 verlaufen zwischen den
Seiten 94 an der inneren Hauptfläche 84 und sind so
profiliert, daß sie Aderstufferabschnitte 90 und
Aderklemmteile 92 bilden. Wenn die Vorrichtung in Betrieb
gesetzt wird, befinden sich die Adern in den
Eingangsteilen der Aderaufnahmeschlitze 42 und werden
darin von den Laschen 70 gehalten, wie oben erwähnt.
Danach drücken bei Montage der Abdeckung 8 an dem
geformten Körperteil 6 des Gehäuses die Stufferteile 90
der Rippen 88 die Adern in die Aderaufnahmeschlitze der
Verbindungsvorrichtung. Gleichzeitig klemmen die
Klemmteile 92 der Rippen die Adern an die verformbaren
Bögen 66 und bilden eine Zugentlastung für die in die
Aderaufnahmeschlitze eintretenden Adern. Die flexiblen
Bögen und die Aderklemmteile 92 der Rippen dienen der
zusätzlichen Funktion, die Adern in vorbestimmten
Stellen in den Aderaufnahmeschlitzen zu halten; mit
anderen Worten werden die Adern daran gehindert, sich
über eine bestimmte Stelle in den Schlitzen, die, wie
unten erörtert, einen optimalen Kontaktdruck erzeugen,
hinaus nach unten zu bewegen.
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Fig. 16 und 17 sind graphische
Darstellungen, die das Verhalten der Verbindungsvorrichtung und
insbesondere der Balken zeigen, wenn die Adern 5 in die
Aderaufnahmeschlitze eingesetzt werden. Diese Ansichten
basieren nicht auf physikalischen Prüfdaten, sondern
sind vielmehr ein Ergebnis einer Finite-Elemente-
Analyse der Verbindungsvorrichtung, und die Ansichten
selbst wurden ursprünglich von dem Rechner erstellt.
Fig. 16 zeigt die Art und Weise, auf die die Balken
verformt werden, wobei die Adern 5 zu dieser Ansicht
hinzugefügt wurden, um ihre Positionen zu zeigen. Fig.
17 veranschaulicht die Verformung zwei individueller
Balken und zeigt das als Ergebnis des Einsetzens der
Ader erzeugte tatsächliche Beanspruchungsniveau. Für
die Finite-Elemente-Analyse wurde angenommen, daß die
Vorrichtung aus einer Beryllium-Kupfer-Legierung mit
einer Fließgrenze von etwa 96 000 psi (6750 kg/cm²)
hergestellt wurde. Aus Fig. 17 ist ersichtlich, daß
die zentralen Teile der Balken mit einem höheren Niveau
als dem der Fließgrenze des Materials beansprucht
werden und das Metall in den zentralen Teilen deshalb
plastisch verformt und etwas kaltgehärtet worden ist.
Die festen Enden der Balken allerdings sind nicht über
die Elastizitätsgrenze des Materials hinaus
beansprucht, obwohl die Beanspruchung an den oberen Enden
der Balken in Fig. 17 etwas höher ist als die
Beanspruchung an den unteren Enden und eine örtliche
plastische Verformung an den oberen Enden stattgefunden
hat. Die Bedeutung von Fig. 17 liegt darin, daß sie
zeigt, daß ungeachtet der relativ geringen Größe der
Vorrichtung die Kontaktkraft von den elastisch
verformten Teilen der Balken sowie den plastisch verformten
zentralen Teilen aufrechterhalten werden kann, so daß
eine extrem stabile elektrische Verbindung erhalten
wird.
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Die Öffnungen 28 und die Balken können je nach
der Materialdicke und seiner Elastizitätsgrenze und den
dem Designer auferlegten Abmessungsbeschränkungen wie
beispielsweise der maximal zulässigen Höhe der
Verbindungsvorrichtung verschiedene Formen annehmen. Unter
vielen oder den meisten Umständen werden sich die
Balken bogenförmig von ihren Enden aus zu ihren zentralen
Teilen erstrecken, und die Öffnungen 28 werden deshalb
allgemein oval, aber etwas unregelmäßig sein, wie
beispielsweise durch die offenbarte Ausführungsform
gezeigt wird. Wenn eine bestimmte Verbindungsvorrichtung
gemäß der Erfindung entworfen wird, wird der Designer
die Form der Öffnungen wählen und die anderen Variablen
festlegen, so daß die Enden der Balken innerhalb der
Elastizitätsgrenze des Materials beansprucht werden und
das Material nur in den zentralen Teilen der Balken
stark beansprucht wird.
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Fig. 18 zeigt eine alternative
Verbinderanordnung mit einer metallischen Verbindungsvorrichtung 96,
einem Gehäusekörper 98 und einer Gehäuseabdeckung 100.
Die Verbindungsvorrichtung 96 weist einen zentralen
Steg 102 auf, der mit den ersten Verbindungsabschnitten
104, 104' der ersten Arme der U-förmigen Vorrichtungen
bzw. Glieder einstückig ist und zwischen diesen
verläuft. Die Laschen 106 sind in diesem Fall mit den
zweiten Verbindungsabschnitten 108 einstückig und
verlaufen von diesen aus. Die Adern werden mit Hilfe
von Flächen 110 auf den Seiten des Gehäusekörpers und
elastischen Klemmteilen 112 der Abdeckung festgeklemmt.
Die Abdeckung ist aus einem relativ festen harten
Kunststoffmaterial hergestellt, aber die
Klemmabschnitte sind aus einem weicheren Material überformt.
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Verbinderanordnungen, wie sie oben beschrieben
sind, eignen sich besser für Litzendraht als für die
meisten bekannten Aderarten in
Schlitzverbindungsvorrichtungen, und zwar deshalb, weil durch die
Zugentlastung und das Festklemmen der Ader durch die
Klemmrippen und Bögen die Einzelleitern der Ader in einem
verdichteten Bündel gehalten und ein Wandern der
Einzeladern verhindert wird, ein Phänomen, das zu einer
Abnahme der Kontaktkraft und einem resultierenden
An
stieg des elektrischen Widerstands führt. Außerdem
entsteht durch die hohen Kontaktkräfte, die erzielt werden
können, unabhängig davon, ob die Ader massiv oder
verseilt ist, eine Verbindung mit niedrigem Widerstand.
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Die Schlitze zwischen den inneren bzw. ersten
Armen 14, 14' sind vorteilhafterweise schmaler als die
Schlitze zwischen den benachbarten zweiten bzw. äußeren
Armen 16, 16', so daß die Verbindungsvorrichtung in der
Lage ist, mit verschiedenen Adergrößen elektrische
Verbindungen herzustellen. Die Schlitze zwischen den
ersten Armen können beispielsweise eine Breite
aufweisen, so daß sie Adern in dem Bereich AWG 18-20
aufnehmen, und die Schlitze zwischen benachbarten zweiten
Armen können so sein, daß sie Adern in dem Bereich AWG
14-16 aufnehmen.
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Ein Vorteil wird erzielt, wenn die Schlitze
zwischen benachbarten äußeren zweiten Armen breiter
sind als die Schlitze zwischen benachbarten inneren
ersten Armen, weil die breiteren Schlitze näher an der
Befestigungslasche liegen als die Schlitze zwischen
benachbarten inneren ersten Armen. Die Adern mit
größerer Breite, die an die Vorrichtung in den breiteren
Schlitzen angeordnet würden, würden einen höheren Strom
führen als an die inneren Schlitze angeschlossene
Adern, und es ist wünschenswert, daß der höhere Strom
den kürzesten Weg durch die Lasche zu der Erdverbindung
hat.
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Eine Verbinderanordnung, wie sie oben
beschrieben ist, kann mit relativ niedrigen Kosten durch
einfache Fertigungsoperationen hergestellt werden. Die
Verbindungsvorrichtung 4 wird durch einfache Stanz- und
Formoperationen hergestellt, und die Kunststoffteile
können durch Spritzgußoperationen mit einer direkt
wirkenden Form gefertigt werden; das heißt einer Form, bei
der alle Kernstifte in der gleichen Richtung wie die
Bewegungsrichtungen der Formteile bei Öffnen und
Schließen der Form verlaufen. Es sind keine Kernstifte
erforderlich, die quer zu den Bewegungsrichtungen der
Formteile verlaufen. Letztere Formgebungstechnik
erfor
dert eine kompliziertere Form und ist von sich aus ein
teurer Herstellungsvorgang.
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Die in den Verbindungsvorrichtungen verwendete
Art von Aderaufnahmeschlitz mit den Öffnungen 28, die
sich auf jeder Seite des Schlitzes befinden, kann unter
anderen Umständen als diejenigen der offenbarten
Ausführungsform verwendet werden; beispielsweise bei einem
einzelnen plattenartigen Glied mit einem einzelnen
Schlitz.
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Die Teile des plattenartigen Glieds, die sich
zwischen den Öffnungen und dem Schlitz befinden, wirken
wie Balken mit festen Enden, wobei sich die festen
Enden in der Nähe des Adereingangsteils und des inneren
Endes des Schlitzes befinden. Die Balken verlaufen von
ihren festen Enden aus zu ihren zentralen Teilen,
aufeinander zu und haben bei Messung zwischen den
Kanten des Schlitzes und den Öffnungen eine
kontrollierte Breite, so daß nach dem Einsetzen der
Ader in den Schlitz die Balken von der Ader gebogen
werden, und die Kontaktkräfte auf die Ader werden durch
die gebogenen Balken aufrechterhalten, so daß das
plattenartige Glied ansonsten im wesentlichen nicht
gebogen wird und nicht beansprucht ist.