DE7336867U - Verbinder zum Verbinden von elektrischen Leitern - Google Patents

Verbinder zum Verbinden von elektrischen Leitern

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  • Multi-Conductor Connections (AREA)
  • Coupling Device And Connection With Printed Circuit (AREA)
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Description

I *
Dr.-lng. E. BERKENFELD · Dip!.-Ing. H. BEftKENFELD, Patentanwälte, Köln Anlage Aktenzeichen
zur Eingabe vom 11. Oktober 1973 vA. Nqmed. Anm. Thomas & Betts
Corporation
Verbinder zum Verbinden von elektrischen Leitern
Die Erfindung betrifft einen Verbinder zum mechanischen und elek-f trischen Verbinden von isolierten elektrischen Leitern mit gleich zeitigem Durchstoßen von deren Isolation mit einem Basisglied und von dessen Kanten ausgehenden Schenkeln und mit von den Innensei·?· ten des Basisgliedes und den Schenkeln ausgehenden Zähnen, wobei die Zähne parallel zueinander verlaufen und in einer scharfen Kante enden«,
Verbinder dieser Art sind bekannt. Ein bekannter Verbinder (US- j PS 3.355.698) besteht aus Kupfer oder einer Kupferlegierung und ist hauptsächlich zum Verbinden von Kupferleitern gedacht, die einen ähnlichen Ausdehnungskoeffizienten besitzen» Bei Temperaturschwankungen änderten sich daher die Verbinder und die von ihw nen gehaltenen Leiter in praktisch gleichem Maße« Die durch die Isolation durchgestoßenen und in die Leiter hineingedrückten Zähne behielten damit ihre Lage bei und sicherten den Halt der Verbindung. Andere ungünstige Ergebnisse stellen sich jedoch bei Verwendung dieser bekannten Verbinder zum Beispiel bei Aluminium-r leitern oder Leitern ein, die aus anderen Gründen einen anderen Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzen. Die Herstellung der Verbinder aus Aluminium ist dabei keine Lösung, da Aluminium nicht nur zu wenig elastisch und verformbar ist, sondern zusätzlich auch Schwierigkeiten und übermäßige Kosten bei der Herstellung mit sich bringt. Schließlich hätte man solche Aluminiumverbinder auch nur für Aluminiumleiter verwenden können* Schließlich hat
Aluminium im Vergleich zu Kupfer einen niedrigen elektrischen Leitwert. Bei gleichen elektrischen Werten müßte ein Aluminiumverbinder daher größer und dandt teurer als ein Kupferverbinder sein.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Verbinder derart auszubilden, daß er auch bei abweichendem Wärmeausdehnungskoeffizienten seine Lage auf den zu verbindenden Leitern beibehält und diese sicher miteinander verbindet. Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Er- j findung bei einem Verbinder der eingangs genannten Gattung vorgesehen, daß die Zähne in Paaren angeordnet sind und daß die ' Innenflächen zwischen benachbarten Zahn-Paaren unter Bildung : einer Vertiefung und einer entsprechenden Verminderung der Stär-J ke des Basisgliedes und der Schenkel nach unten verschoben sind·
ί i Zwischen zwei Zahnpaaren befindet sich somit eine Vertiefung
; mit einer Stärke, die unter der Allgemeinstärke des Basisgliedes liegt· Damit entstehen vertiefte oder verdünnte Abschnitte, die um die Breite je eines Zahnpaares voneinander entfernt sind. Wegen ihrer geringeren Stärke haben sie eine größere Elastizität und können daher den Dehn- und Zusammenziehbewegungen eines Leiters folgen, auf die der Verbinder aufgeklemmt ist. Der Flächen- ; kontakt zwischen Leiter und Verbinder bleibt erhalten· Damit ergibt sich eine mechanische und elektrische Überlegenheit gegen- ; über den bekannten Verbindern. Die langen Zähne auf beiden Sei- ! ten der die verminderte Stärke aufweisenden Abschnitte durchsto-
ßen die Außenbereiche des Leiters und/oder die auf diesem be- ( j findliche Isolation und dringen bis in das Leiterinnere vor. Bei : Eindrängen in den Leiter können sich die beiden Zähne eines solchen Paares aufeinander zu bewegen und erfassen damit den Leiter in hakenartiger Form Der Abschnitt verminderter Stärke zwischen den beiden Zähnen eines Paares bildet auch eins Tasche, in die beim Eindrücken der Zähne in den Leiter verdrängtes Material einjfließt.
Die Zähne können in erfindungsgemäßen Ausführungsformel) gerade oder konvex geformte Seiten oder Zusammenstellungen dieser Formen haben. Damit kann man die Sindringrichtung und damit die Bie-, gerichtung beeinflussen.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung bilden den Gegenstand T 39/99' von Unteransprüchen.
Am Beispiel der in der Zeichnung gezeigten Ausführungsformen wird die Erfindung nun weiter beschrieben In den Zeichnungen zeigt:
Flg. 1 eine schaubildliche Ansicht eines gemäß der Erfindung ausgebildeten elektrischen Verbinders,
Fig. 2 den Verbinder in teilweisem Querschnitt nach der Linie 2-2 der Figur 1,
Fig. 3 eine schaubildliche Ansicht des Verbinders gemäß Fig· 1, der im allgemeinen U-förmig vorgeformt ist und eine mit demselben verbundene Befestigungseinrichtung aufweist,
Fig· 4 teilweise im Schnitt eine Vorderansicht des Verbinders gemäß Fig. 1, der um einen isolierten Leiter gebogen ist,
Fig. 5 teilweise im Schnitt eine Seitenansicht eines Teils des Verbinders gemäß Fig. 1 in einem ersten Stadium des Eingriffs mit einem isolierten Leiter,
Fig. 6 teilweise im Schnitt eine Seitenansicht des Verbinders gemäß Fig. 1 in einem weiteren Stadium des Eingriffs mit einem isolierten Leiter,
Fig. 7 im Schnitt eine teilweise Seitenansicht der Einheit gemäß Fig· 6 nach dem Eingriff, welche die Art der Ausdehnung
derselben bei thermischer Behandlung der Verbindung veranschaulicht·
Fig. 8 zeigt im Schnitt eine teilweise Seitenansicht einer anderen Ausführungsform eines Teils eines gemäß der Erfindung ausgebildeten Verbinders»
Die Figuren 9 und 10 zeigen im Schnittteilweise Seitenansichten j von weiteren Ausführungsformen eines Teils eines gemäß j der Erfindung ausgebildeten Verbinders· ι
4
- 4 -
In allen Figuren der Zeichnungen sind gleiche Teile mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet.
In den Figuren 1 und 2 ist ein elektrischer Verbinder 20 dargestellt, der gemäß der Erfindung ausgebildet ist. Der Verbinder 20 besteht aus einem Basisglied 22, das eine Innenfläche 24 aufweist, innerhalb welcher eine Reihe von in wahlweisem Abstand liegender Vertiefungen 26 ausgebildet ist, die sich im wesentlichen quer über die ganze Innenfläche 24 des Basisgliedes 22 er~ strecken, wie in Fig. 1 gezeigt ist. Jede der Vertiefungen 26 weist vorzugsweise die gleiche Tiefe unterhalb der Innenfläche ) 24 des Basisgliedes 22 auf. Die besondere Tiefe der Vertiefungen 26 wird geregelt, um eine in Fig. 2 mit T1 bezeichnete vorherbestimmte Dicke vorzusehen, welche als ein ausdehnbarer stegartiger Bereich wirkt, wie nachstehend noch genauer beschrieben wird. Die zwischen den Vertiefungen 26 liegenden nicht vertieften Teile des Basisgliedes 22, die eine in Fig. 2 mit T2 bezeichnete Dicke aufweisen, bilden verhältnismäßig starre Bereiche zwischen denselben. Wie Fig. 2 zeigt, weisen die durch die Vertiefungen 26 gebildeten ausdehnbaren stegartigen Bereiche eine Länge 28 auf, die durch die nicht vertieften Teile des Basisgliedeo 22 begrenzt ist. Von der Innenfläche 24 des Basisgliedes 22 ragt eine Reihe vorzugsweise paralleler, quer verlaufender ν und in Paaren angeordneter Zähne 30 nach außen, die sich im we-"* sentlichen über die ganze Länge der Vertiefungen 26 erstrecken und die gegenüberliegenden Seiten derseluGn begrenzen. Wie die Figuren 1 und 2 zeigen, «eist jeder Zahn 30 im allgemeinen bogenförmige Außenflächen 32 auf, die konvergierend angeordnet sind, um eine verhältnismäßig scharfe Kante 34 zu bilden, welche zum Durchstoßen der Isolierung und des Oxids dient, wie nachstehend noch genauer beschrieben wird.
Eine der Oberflächen 32 jedes Zahnes 30 ist im allgemeinen in der gleichen Ebene mit der angrenzenden Seitenwand einer zugehörigen Vertiefung 26 angeordnet, während die gegenüberliegende Oberfläche jedes Zahnes 30 an der Innenfläche 24 des Basisö-lie-■ des 22 endet. Bei dieser Anordnung trachtet jeder der Zähne 30, T 39/99i sich oberhalb einer zugehörigen Vertiefung 26 geger ten anderen
abzubiegen, wenn dieselben in Eingriff mit einem Leiter gedrückt; werden. Das Ergebnis dieser Ablenkung der Zähne wird nachstehend noch genauer beschrieben.
Andere Zahnumrisse können in ähnlicher Weise verwendet werden, wie beispielsweise in den Figuren 8 und 9 gezeigt ist. Wie Fig. 8 veranschaulicht, ist eine Oberfläche jedes Zahnes im allgemeinen eben, wie bei 36, und die andere Oberfläche 1st bogenförmig wie bei 38. Die in Fig. 9 dargestellte Ausführungsform veranschaulicht eine Zahnform, welche im allgemeinen konvergierende Oberflächen 40 und 42 aufweist. Die Oberfläche 40 steht mit der ( Seitenwand einer zugehörigen Vertiefung 26 in Verbindung, um eine der in Fig. 8 gezeigten Anordnung ähnliche Bbene zu bilden, während die gegenüberliegende Oberfläche 42 unter einem im allgemeinen schrägen Winkel relativ zu einer Ebene angeordnet ist, welche zu der Ebene der Innenfläche 24 des Basisgliedes 22 senkrecht steht, um eine β sägezahnartige Form zu bilden.
Obwohl sich die Zähne ohne Unterbrechung im wesentlichen quer über die ganze Innenfläche 24 des Basisgliedes 22 erstrecken können, kann eine Reihe von längsverlaufenden Schlitzen oder Kanälen 43 vorgesehen werden, wie in Fig. 1 gezeigt ist, damit das Basisglied 22 leichter vorgeformt oder in der Längsrichtung gefaltet werden kann, um beispielsweise ein im allgemeinen U-förmiges Basisglied 45 zu erhalten, wie in Fig. 3 gezeigt ist. Die Höhe der Zähne 30 oberhalb der Innenfläche 24 des Basisgliedes 22, die in Fig. 2 mit T, bezeichnet ist, wird so gewählt, daß ein vorherbestimmtes Eindringen in den leitenden Teil eines isolierten oder nicht isolierten Leiters bewirkt wird* Wenn der Verbinder 20 beispielsweise zum vorherbestimmten Durchstoßen eines nicht isolierten Leiters oder des blanken Teils eines Isolierten Leiters verwendet wird, kann die Zahnhöhe T, demgemäß geringer sein als jene, die für die Verwendung bei einem isolierten Leiter bestimmt ist, wobei die Zähne 30 im letzteren Fall den äußeren isolierenden Überzug und dann eine ähnliche Tiefe innerhalb des leitenden Teils des Leiters durchstoßen müssen. Wie nachstehend noch genauer erklärt wird, haben die Vertiefungen 26 auch T 39/99 die Aufgabe, Ausdehnungstaschen zur Aufnahme eines Teils des Lei-
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ters zu bilden, wenn das Basisglied 22 um denselben gebogen : wird, sowie während der Ausdehnung des Leitern.
In den Figuren 4, 5 und 6 sind die verschiedenen Stadien der
Vereinigung des Verbinders 20 mit einem Leiter 44 genauer dargestellt. In Fig. 4 ist beispielsweise im Querschnitt das Basisglied 22 gezeigt, das um den isolierten Leiter 44 gebogen ist. ; Die Zähne 30 des Basisgliedes 22 sind entsprechend bemessen, um : den isolierenden überzug 46 des Leiters 44 zu durchstoßen und in den leitenden Teil desselben bis zu einer vorherbestimmten \
I Tiefe einzudringen, welche 5 bis 50 % des Durchmessers des Lei- \ ( i ters betragen kann. Während des ersten Stadiums des Biegevorganges, der in Fig. 5 deutlicher dargestellt ist, werden die Zähne I 50 veranlaßt, den isolioenden überzug 46 zu durchstoßen und in den leitenden Teil des Leiters 44 einzudringen. Während dieses j Stadiums des Vorganges werden die Zähne 30 im wesentlichen nicht abgelenkt. Wenn jedoch eine erhöhte Biegekraft auf die Einheit zur Einwirkung kommt, werden die Zähne 30 (wie in Fig. 6 gezeigt ist) unter dem erhöhten Biegedruck abgelenkt und veranlaßt, sich oberhalb der Vertiefung 26 zwischen denselben gegeneinander nach! innen zu biegen. Ein Teil 48 des Leiters 44 zwischen jedem Paar ι der nach innen gerichteten Zähne 30 wird dadurch im wesentlichen! in den durch die Vertiefungen 26 gebildeten Kanal ausgepreßt und in demselben festgehalten. Der leitende Teil des Leiters 44 kanmt daher mit einem wesentlichen Teil jeder Oberfläche des Zahnes 3θ| : in Eingriff, welche der an die Vertiefung 26 angrenzenden Seite gegenüberliegt, und auch mit der anderen Oberfläche des Zahnes 30, die mit der Vertiefung 26 in Verbindung steht, zusammen mit den Seiten der angrenzenden Vertiefung 26. Daraus ist ersichtlich, daß eine wesentlich größere Berührungsfläche zwischen den Zähnen 30 und dem leitenden Teil des Leiters 44 vorgesehen wird als nur durch die Zahnoberflächen selbst. Wenn der Leiter 44 und; der Verbinder 20 aus Materialien geformt sind, die einen ähnli- '
chen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, wird die in Fig. 6 dargestellte Verbindung eine überlegene elektrische und mechanische Verbindung zwischen diesen Teilen bilden, selbst unter verhältnismäßig großen thermischen Bewegungen, wagen ihrer im allgemei-T 39/99 nen ähnlichen Größen der Ausdehnung und Zusammenziehung infolge
von Temperaturschwankungen. Wegen seiner neuartigen Gestaltung kann der Verbinder 20 mit gleicher Wirksamkeit verwendet werden, wenn sein Ausdehnungskoeffizient wesentlich verschieden ist von jenem des Leiters, an dem derselbe befestigt werden soll. Beispielsweise kann der Leiter 44 aus Aluminium oder ähnlichem Material und der Verbinder 20 aus Kupfer oder Kupferlegierung geformt werden· Der Unterschied in dem Ausdehnungskoeffizienten ; zwischen den beiden Materialien beträgt ungefähr 1,5 : 1, da Aluf minium einen um ungefähr 50 % größeren Ausdehnungskoeffizienten aufweist als Kupfer. Bei thermischer Behandlung einer solchen Verbindung wird siehe- daher der Aluminiumleiter innerhalb des Verbinders sowohl in radialer Richtung als auch in der Längsrichtung in größerem Maße ausdehnen oder zusammenziehen, als der Kupferverbinder. Gemäß Fig. 7 dehnt sich der Leiter 44 in der Längsrichtung aus, wie durch die Pfeile 50, 50* angegeben ist, und in radialer Richtung nach außen im allgemeinen wie durch die Pfeile 52, 52* angegeben 1st. Da die Ausdehnung des Leiters 44 größer 1st als die Ausdehnung des Verbinders 20, kommt eine längsgerichtete Kraft auf den Verbinder 20 zur Einwirkung, welche den Verbinder in der Längsrichtung entsprechend der Ausdehnung des Leiters 44 zu verlängern trachtet· Die stegartigen ausdehnbaren Bereiche, die allgemein mit 28 bezeichnet sind und die eine Dicke aufweisen, die etwa* geringer ist als die größte Dicke des Basisgliedes 22 des Verbinders, trachten sich innerhalb ih- ; rer Elastizitätsgrenze zu strecken und zu verdünnen entsprechend den Kräften, welche durch den sich ausdehnenden Leiter *'· erzeugt werden, wodurch trotz ihrer verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten ein inniger Eingriff zwischen dem Leiter 44 und dem Basisglied 4 22 aufrecht erhalten wird. Die radiale Ausdehnung des Leiters 44 ist zum großen Teil angepaßt infolge der durch die Vertiefungen 26 gebildeten Kammern, in welchen sich die ausgepreßten Teile 48 des Leiters 44 fr-si ausdehnen können, wodurch jene Kräfte wesentlich reduziert werden, die den Verbinder in radialer Richtung zu verbreitern und die Formgebung der ursprünglichen Verbindung zu stören trachten. Bei der Abkühlung der Einheit werden sich die Elemente derselben in ähnlicher Weise auf ihren ursprünglichen Zustand zusammenziehen, so daß eine unbe-39/99 einträchtigte Verbindung zwischen denselben erhalten wird. Die
Festigkeit der Verbindung kann daher bewahrt werden trotz wiederholter Behandlung der Einheit, so daß eine sichere, zuverlässige und permanente elektrische und mechanische Verbindung zwischen ungleichartigen Metallen erhalten wird.
Die Außenfläche des Basisgliedes 22 kann Vertiefungen 54 (Fig. 10) aufweisen. Die Vertiefungen 54 verlaufen im allgemeinen parallel und gegenüber den Vertiefungen 26 auf dsr Innenseite des Basisgliedes, um die gewünschte Dicke zu erhalten. Diese Anordnung kann sich auch als nützlich erweisen, wenn beispielsweise gewünscht wird, oinen isolierenden Überzug 56 auf der Außensei-.) te des Basisgliedes 22 anzuordnen. Die Vertiefungen 54 dienen dann dazu, den isolierenden überzug 56 in Stellung zu halten.
Die in Fig. 10 dargestellte Ausführungsform kann sich auch als ; besonders nützlich w erweisen, wenn gewünscht wird, die Tiefe der Vertiefung 26 unterhalb der Innenfläche 24 des Basisgliedes 22 zu verringern, während ein stegartiger Teil mit einer vorherbestimmten Dicke T- vorgesehen wird. Die Länge der ausdehnbaren stegartigen Bereiche 28 (Fig. 2) relativ zu der Länge der nicht vertieften Teile des Basisgliedes 22 zwischen jedem Paar der Vertiefungen 26 kann leicht gewählt werden, um einen größeren oder geringeren Grad der Ausdehnung vorzusehen, wie es notwendig -v oder wünschenswert is+".. Wenn beispielsweise gewünscht wird, einen verhältnismäßig hohen Grad der Ausdehnung vorzusehen, kann die Länge des ausdehnbaren stegartigen Bereichs 28 mindestens gleich oder größer sein als die Länge des nicht vertieften Teils, der in Fig. 2 allgemein mit 58 bezeichnet ist. Wenn umgekehrt eine geringere Ausdehnung gewünscht wird, kann die Länge des ausdehnbaren stegartigen Bereichs 28 so bemessen werden, daß sie etwas kleiner ist als die Länge des nicht vertieften Teils 58.
Der Verbinder 20 kann mit einem weiteren Teil gekuppelt werden, wie zum Beispiel einem Klemmenbrett oder einem weiteren Verbinder, mittels eines Zungenteils, der mit dem Basisglied 22 verbunden ist, wie zum Beispiel bei 60 in Fig. 3 angegeben ist. Obwohl die besondere Kupplungseinrichtung als ein mit einer Aus-T 39/99 nehmung versehener Zungenteil dargestellt ist, kann auch eine
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gegabelte Zunge, ein Ansatz oder ein den Ansatz aufnehmender Behälter verwendet werden, um ein ähnliches Ergebnis zu erzielen.
Obwohl andere Formgebungen verwendet werden können, wird die Bodenfläche der Vertiefung 26 vorzugsweise so geformt, daß sie eine im allgemeinen ebene Oberfläche bildet, welche zu der Innenfläche 2h im wesentlichen parallel ist, um innerhalb des ausdehnbaren stegartigen Bereichs 28 eine im allgemeinen konstante Dicke T1 vorzusehen.
ansprüche

Claims (8)

=gA N S P R U C H E
1. Verbinder zum mechanischen und elektrischen Verbinden von isolierten elektrischen Leitern mit gleichzeitigem Durchstoßen von deren Isolation mit einem Basisglied und von dessen Kanten ausgehenden Schenkeln und mit von den Innenseiten des Basiagliedes und den Schenkeln ausgehenden Zähnen, wobei die Zähne parallel zueinander verlaufen und in einer scharfen Kante enden,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zähne (30) in Paaren angeordnet sind und daß die Innenflächen (24) zwischen benachbarten Zahn-Paaren unter Bildung einer Vertiefung (26) und einer entsprechenden Verminderung der Stärke des Basisgliedes und der Schenkel nach unten verschoben sind.
2. Verbinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne in einer im allgemeinen längs verlaufenden scharfen Kante enden·
3. Verbinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Seite der Zähne im allgemeinen konvex geformt ist.
4. Verbinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Seite der Zähne in einer Ebene liegt und diese Ebene unter einem Winkel zu einer Ebene verläuft, die senkrecht auf der Ebene der Innenfläche des Basisgliedes steht.
5. Verbinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Höhe der Zähne über der Innenfläche (24) des Basisg?.iedes .J mindestens gleich der Stärke des Bodens der Vertiefungen
6. Verbinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (28) zwischen benachbarten Zahnpaaren größer als de] Abstand zwischen den Zähnen eines Paares ist.
7. Verbinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenfläche der Vertiefungen (26) eben verläuft und im allgemeinen parallel zu der Innenfläche des Basisgliedes ist.
8. Verbinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche des Basisgliedes mehrere im allgemeinen langgestreckte Vertiefungen (54) aufweist und diese Vertiefungen im allgemeinen parallel und gegenüber den Vertiefungen (26) auf der Innenseite des Basisgliedes verlaufen.
T 39/9S
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