DE965644C

DE965644C - Werkzeug zur Herstellung elektrischer Verbinder

Info

Publication number: DE965644C
Application number: DEA16649A
Authority: DE
Inventors: William F Broske; Jay Ralph Kerchner
Original assignee: AMP Inc
Current assignee: TE Connectivity Corp
Priority date: 1951-10-11
Filing date: 1952-10-10
Publication date: 1957-06-13
Also published as: CH330619A; BE514760A; NL173046B; NL82445C; FR1071737A; US2693216A

Description

AUSGEGEBEN AM 13. JUNI 1957

A 16649 VIIId 12i c

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zum Eindrücken elektrischer Verbinder oder Kabelschuhe der Form, wie sie in der USA.-Patentschrift ² 535 013 beschrieben ist.

Man hat erkannt, daß elektrische Lötverbindungen, wie sie bisher weitgehend benutzt worden sind, verschiedene Nachteile haben. Es bereitet besondere Schwierigkeiten, eine große Anzahl von elektrischen Verbindungen herzustellen, die billig und doch gleichförmig sind, und die unter Beibehaltung guter mechanischer Festigkeit und elektrischer Eigenschaften sohneil herzustellen sind. Um diese und andere Schwierigkeiten bei Lötverbindungen zu überwinden, hat man sogenannte druckgeschweißte oder gepreßte Verbinder entwickelt, bei denen ein Metallröhrmantel oder eine Metallzwinge dicht auf einen Blankdrahtleiter gepreßt ist, so daß der Draht und das Rohr nach dem Drücken sicher und fest miteinander' verbunden sind.

Obwohl verschiedene Ausführungen von gedrückten Verbindungen vorgeschlagen und benutzt wunden, haben sich auch hier gewisse Schwierigkeiten und Nachteile bei einigen Formen dieser Verbindungen gezeigt. Beispielsweise wurde bei einigen dieser gepreßteri Verbindungen ein einzelner Kerbeindruck gemacht, um die Zwinge mit dem Leiter zu verbinden. Diese Art der Verbin-

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dung hat gewöhnlich geringe mechanische Festigkeit, und es ist sogar für einen- Facharbeiter schwierig, laufend gleichförmige Eindrücke herzustellen. Das 'doppelkerb- oder W-förmige Drücken gemäß der obengenannten Patentschrift hat sich im Betrieb wohl als überlegen erwiesen, aber es hat auch einige Nachteile.

Beim Drücken einer Doppelkerbe, wobei zwei Kerbstempel dicht nebeneinander gegen eineKabelschuhzw.inge gedrückt werden, die in einer mit ihr in der Form übereinstimmendien Matrize gelagert ist, hai man es für notwendig gehalten, bei jedem verwendeten Zwingendurcnmesser eiine unterschiedlich große Patrize mit zwei Kerbstempeln zu benutzen, um eine ausreichende Pressung für jede Größe zu erhalten. Es ist bekannt, daß eine Zwinge eigener Größe, die für einen begrenzten Bereich von Drahtstärken, bestimmt ist, sich einem Gesenk gegebener Größe anpassen kann.

Deshalb braucht man für den weiten Biereich von Drahtstärken und für die erforderlichen Zwingen, die bei üblichen Drabtbündeln benutzt werden, eine Vielzahl von Patrizen oder Kerbstempeln. Dieses Erfordernis ist unbefniedigend, weil entweder viele einzelne Werkzeuge erforderlich sind oder sonst in einem gegebenen Werkzeug oder einer Maschine die Patrizen häufig gewechselt werden müssen. Jede dieser Möglichkeiten ist unerwünscht; in dem ersten Fall benötigt man eine beträchtliche Investierung für Werkzeuge, und in dem zweiten Fall verbraucht man zuviel Zeit, um die Stempel zu wechseln. Auf jeden FaM besteht die Gefahr, daß aus Unachtsamkeit oder Trägheit das falsche Werkzeug in einem gegebenen Arbeitsprozeß verwendet wird. Es ist bekannt, daß eine oberflächliche Betrachtung einer Preßstelle oft nicht verrät, daß die gewünschte strukturelle Verformung des Preßstückes nicht voll erreicht wurde.

Im allgemeinen werden die Doppelkerbstempel

■40 für ein Drückwerkzeug nach genauen Vorschriften hergestellt und auf klaine Toleranzen und: exakte Krümmungen hin bearbeitet, während die Matrizen oder Gesenke erheblich leichter und. billiger herzustellen sind·. Es ist deshalb vorteilhaft, die Anzahl der für einen gewöhnlichen Bereich von Drahtstärken benötigten Sätze von Kerbstempeln auf ein Mindestmaß herabzusetzen.

Es wurde nun festgestellt, daß ein Satz von Doppelkerbs'tempeln und Gesenken für einen

.50 W-Eindruck,- der bestimmten Formen und Abmessungen entspricht, bei noch wirksamer Einpressung in der Verbindung den Bereich von Drahtstärken, für den die Werkzeuge benutzt werden können, wesentlich vergrößert, so daß ein gegebener Satz von zwei ■ Kerbstempeln nahezu allgemein: verwendet werden kann. Bei dieser Ausbildung sind zudem die Kerbstempel verstärkt, so daß die Bruchgefahr sinkt,'und es können vorzügliche Verbindungen hergestellt werden.

Gegenstand der Erfindung ,ist ein Werkzeug zur Herstellung im wesentlichen paralleler länglicher Einpressungen in eine, einen Draht umschließende Zwinge, das eine MuHe in einer Matrize aufweist.

der sich 'die Zwinge anpaßt und die auf jeder Seite unterhalb ihrer Öffnung einen im wesentlichen geraden Abschnitt besitzt, der sich in einem kleinen Winkel zur Vertikalen nach oben erstreckt, und das ferner eine Patrize mit einem Paar in die Mulde des Gesenkes mit einem Abstand zu ihr einzuführender Kerbstempel aufweist, deren äußerer Umriß eine abgerundete W-Form darstellt. Die Erfindung besteht darin, daß der Mittelpunkt der von den Kerbstempeln eingeschlossenen krummlinig begrenzten Vertiefung dichter an dem tiefsten Punkt der Gesenbmulde Hegt als der Mittelpunkt der Verbindungslinie zwischen den äußeren und oberen Begrenzungen der Formgebungsflächen der Kerbstempel, wodurch der Zwimgenteil zwischen den Kerbstempeln während des Einpressens zusammengedrückt wird.

Bevor die Erfindung im einzelnen beschrieben wird, sei auf die Erfordernisse einer wirksamen Einpressung hingewiesen, damit die Merkmale der Erfindung besser verstanden und gewürdigt werden können. Preßt man ein Metallrohr auf einen oder mehrere Leiter, so sollte der Endeindruck die untersten Zugfesti'gkeitswerte, die von verschiedenen offiziellen Normengruppen angenommen werden/ erreichen und vorzugsweise überschreiten. Außerdem sollte die Torsiiönisfestigkeit der Verbindung hoch sein, damit die Verbinder oder Kabelschuhe nicht durch Verdrehen oder Biegen lose werden. Die Korrosionsfestigkeit dier Verbindung sollte auch hoch sein, um Änderungen in den elektrischen Eigenschaften der Verbindung zu vermeiden. Im allgemeinen verschlechtert das Vorhandensein von Hohlräumen oder Lufteinschlüssen in der gepreßten Verbindung den Korrosionswiderstand. Hohlräume sollten deshalb auf ein Mindestmaß beschränkt werden. Die äußere Form der Verbindung sollte symmetrisch sein, nicht nur um örtliche Spannungen zu vermeiden, sondern auch, damit die genormten Isolieirmuffen ohne Schwierigkeit über die Verbindung geschoben werden können. Auch scharfe Zacken oder Ecken sind nicht erwünscht, da sie die Isolier muff en zerschneiden und auch in elektrischer Hinsicht nicht einwandfrei sind, weil sie wegen der Koronaentladungen einen SpannungsdttrchscMag verursachen können. Weiterhin sollte das Rohr der Verbindung nicht durchgeschert oder gebrochen sein. Da die meisten Rohre aus verzinntem Kupfer bestehen, läßt gewöhnlich ©in Blick erkennen, daß ein Scheren stattgefunden hat, wenn nämlich die abweichende Farbe des Leiters mit dem unbewaffneten Auge siehtbar ist.

Durch die Erfindung warden die erwähnten Vorteile erreicht, während die einer guten Verbindung hinderlichen Faktoren beseitigt sind.

Die Merkmale der Erfindung ergeben- sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung dargestellt ist. Es zeigt

Fig. ι eine perspektivische Darstellung einer elektrischen Verbindung, die mit Werkzeugen gemaß der Erfindung gepreßt worden ist,

Fig. 2 «inen vergrößerten Schnitt durch die Verbindung der Fiiig. ι nach der Linie 2-2,

Fig. 3, 4 und- 5 Aufrisse im Schnitt durch ein Paar erfindungsgemäßer Drückwerkzeuge sowie eine Zwinge und einen Leiter zwischen diesen Werkzeugen in fortischredttenden Stufen des Preßvorganges und

Fig. 6 einen vergrößerten Schnitt durch die Werkzeuge der Fig. 3 bis 5.

Fig. ι zeigt einen elektrischen Verbinder oder Kabelschuh 20 mit einem ringförmigen Kontaktteil 22 und der Zwinge 24, die über die blanken Leiterenden 26 des isolierten Drahtes 28 gepreßt ist. In der Zwinge 24 befinden sich im wesentlichen parallele Kerben oder Nuten 30, die über den größten Teiä der Zwingenlänge reichen und in einem kurzen Abstand (z. B. 1,6 mm) von den entsprechenden Enden der Zwinge aufhören. Die Enden! 3O₀ dar Kerben 30 gehen allmählich von der größten Tiefe der Kerben bis zu ihren Enden schräg nach oben.

Fig. 2 zeigt die charakteristische W-Form des Querschnittes der Preßverbindung in Fig. 1. Die Spitze des Mittelbuckels 34 luegt unter der Höhe der Spitze der Seitenfalze 36. Die Leiter 26 sind innerhalb der verformten Zwinge 24 zusammengepreßt und auseinandergedrängt. Der zurückgesetzte Buckel 34 hat eine Naht34_a; unterhalb von ihm befinden sich links und rechte dünne Seitenwandteile 35. Die kalt verformten Falze 36 verlaufen an den Außenkanten der Binpressung, während das Unterteil 37 sich der Form des Gesenkes anpaßt (Fig. 3);

In Fdg. 3 nähern sich die Kerbstempel 42' der Patrize 39 der in dem Gesenk 44 der Matrize 40 Hegenden Zwinge 24. Die hier dargestellte Zwinge hat die kleinste Größe, die in dem Verwendungsbereich der Patrize zur Zufriedenheit benutzt werden kann. Die Fig. 4 und 5 zeigen den begonnenen und den beendigten Drüokvoargang, insbesondere die bei der Kaltbearbeitung erzielte Verformung, bei der die Zwinge 24 und die Leiter 26 zu einer zusammenhängenden Masse zusammenfließen.

Fig. 6 zeigt ein Gesenk 44 bestimmter Größe und Kerbstempel 42 (im Verhältnis ihrer Abmessungen, wobei E die größte Breite des Gesenks, F die größte Breite des Kerbstempelsatzes, D der Abstand zwischen dem Mitteilpunkt des Krümmungsradius des größeren Teiles des Gesenkes undi der oberen Fläche des Gesenkes, ^ der Krümmungsradius der Kerbstempelendien, L die Gesamthöhe der Kerbstempel und A der Abstand von der Unterseite jedes Kerbstempels zu dem Boden des Gesenks ist, wenn die Preßwerkzeuge völliig geschlossen sind;. Diese Abmessung hängt weitgehend von der Endquerschnittsfläche der gepreßten Verbindung ab.

Nach dem Ende des Drückvorganges liegt die Spitze des Mittelbuckels 34 beträchtlich unter den Spitzen der Seitenfalze 36 (Fig. 2 und 6). Mit anderen Worten, der Abstand. X ist kleiner als der Abstand Y (Fig. 6). Sobald der Preßdruck auf die Zwinge und den Leiter ausgeübt wird, werden die mittleren, oberen Teile der Zwinge »geprägt«, und es fließt Metall von dem Miittelbuckel weg zu den äußeren Flächen der Verbindung. Diese Verteilung verringert merklich die Neigung der Karibstempel, bei einer Vielzahl von Rohr- und Drahtgrößen die Zwinge an dem dünnen Seitenwandteiii 35 durchzubrechen.

Die äußere Fläche eines jeden Kerbstempels ist so gekrümmt bzw. hat einen kleinen geraden Abschnitt, daß sie im wesentlichen parallel zu dem geraden Abschnitt des benachbarten Teiles der Gesenkmulde verläuft (Fig. 6). Diese annähernde Parallelität erhält man für das kleinste Rohr, für das ein gegebenes Kerbwerkzeug bestimmt ist. Die Neigung des geraden Teiles des Gesenkes beträgt bei Parallelität vorzugsweise etwa i8° von der Senkrechten. Bei größeren Drabtstärken und Zwingen innerhalb des gegebenen. Bereiches verringert sich die Neigung, so daß die Parallelität etwas aufgegeben wird. Außerdem kann der gerade Abschnitt des Gesenks (Abmessung D) wesentlich über die in der erwähnten USA.-Patentschrift angegebenen Verhältnisse hinaus verlängert werden.

Die geeignetste W-förmige Einpressung entsteht wenn die Patrize und die mit ihr zusammenarbeitende Matrize so ausgebildet sand, daß sie eine Endquerschnittsfläche der Einpressung herstellen, die etwa zwei Drittel der ursprünglichen Querschini'ttsfläche des Metalls in der Zwinge und in dem Leiter bzw. dien Leitern beträgt. Mit anderen Worten, das Metall wird in Längsrichtung gedrängt, so daß eitwa ein Drittel der ursprünglichen gesamten MetaMfläche von der Preßstelle weggequetscht wird.

Der Bereich von Drahtstärken, für den eine gegebene, erfindungsgemäße Patrize ausreicht, umfaßt Drahtstärken von 1,3 bis 3,25 mm. Die nächstgrößere Form eines Satzes von zwei Kerbstempeln ist geeignet für 5,18- bis 6,55-mm-Draht, und die noch größere Form kann man bei Draihtstärken von 8,26 bis 11,68 mim benutzen. Die angegebenen Bereiche zeigen deutlich die Vielseitigkeit einer solchen Patrize. Beispielsweise ist eine Patrize für kleinere Drahtstärken geeignet, bei neun verschiedenen Drahtstärken verwendet zu werden, die sich zwischen etwa 1,2 mm² und etwa 8,2 mm² erstrecken 1—· ein Flächenverhältnis von mehr als 6 : i.

Beim Drücken verschiedener Drahtstärken mit dem gleichen, Kerbstempelsatz wechselt man vorzugsweise die Zwingen (undnatürlich die Matrize), so daß 1,3- bis 1,63-ttim-Draibt bei einer einzigen Zwingengröße, 2,06- bis. 2,59-mm-Draht bei einer größeren Zwinge und 3,25-mm-Draht bei der größten Zwinge benutzt wird.

Es ist wünschenswert, ausgedehnte Hohlräume in der Preß verbindung zu vermeiden. Sie können in dem Falz der Einpressung auf ein Mindestmaß herabgedrückt werden, wenn der Abstand zwischen den äußeren Kanten eines jeden Kerbstempels und der benachbarten Fläche des Gesenks im wesentlichen über den Bereich der benutzten Zwingen der gleiche bleibt. Bei einem gegebenen Bereich für ein

Claims

Werkzeug bestimmter Größe erhält man die oben beschriebene, annähernde Parallelität, vorzugsweise indem die Öffnung der Gesenke gerade gemacht wird, so daß ihre Neigung etwa i8° von der Vertikalen beträgt. Bei Zwingen mit größerem Durchmesser und bei größerem Krümmungsradius der Gesenkmulde muß j edoch der gerade Abschnitt des Gesenks schroffer nach oben geführt werden, um die größere Breite des Gesenks auszugleichen. Beispielsweise kann die Neigung etwa i6 oder 14⁰ oder noch weniger zur Vertikalen betragen. Bei dieser Anordnung beträgt die Dicke des Falzes der gepreßten Verbindung etwa 100% der ursprünglichen Wandstärke der ungepreßiten Zwinge.

Die Erfindung gestattet es nicht nur, dünnwandigere Zwingen, als man es bisher für möglich gehalten hat, zu verwenden, sondern man kann auch kürzere Rohre benutzen, während die mechanische Festigkeit und die elektrisch einwandfreie Verbindung erhalten bleiben. Diese Tatsachen sind von erheblicher Bedeutung nicht nur wegen der hohen Kosten der gut leitfähigen Metalle, wie Kupfer, 'Aluminium und Zinn, sondern auch weil Mangel daran herrscht.

Für gute Verbindungen können verschiedene Formen von Leitern verwendet werden. Das Leitermetall kann in seiner Art ebensogut wie die Form der Leiter geändert werden. Weiches Kupfer, gehärtete Leiter, Aluminium usw. können benutzt werden, gleich ob der Leiter massiv, rund, viereckig, oval oder verdirillt ist. Es ist manchmal ratsam — mehr bei massiven als bei verdrillten Leitern —, sie vor dem Pressen der Verbindung zu verformen. Dies kann beispielsweise (durch ein Vorquetsctuen in einen im allgemeinen ovalen Hohlraum geschehen (Fig. 6). Ovale Leiter werden so in das Rohr innerhalb des "Gesenks gelegt, daß die kleinere oder NeSbenach.se 'dies Leiters senkrecht auf dem Boden des Gesenke steht.

Es wurde bereits darauf hingewiesen, daß bei richtiger Werkzeuggröße sehr gute Verbindungen hergestellt werden können. Beispielsweise hat ©in 11,68 mm starkes Flugzeugkabel eine Zugfestigkeit von etwa 2500 kg; eine Pressung mit einer einzigen Kerbe ergibt eine Verbindung mit einer Zugfestigkeit von etwa 20% der Kabelzugfestigkeit. Andererseitsweist eine erfmdungsgemäß vorgenommene W-förmige Einpressung auf dem gleichen Kabel eine Zugfestigkeit von etwa 45% von der des Kabels auf. Die Vorteile dieser gesteigerten Zugfestigkeit in bezug auf Sicherheit, wobei die Sicherheit von Menschenleben und wertvoller Aus

rüstung von der Aueführung abhängt, sind augenscheinlich.

Paten TAits prOche:

I.Werkzeug zur Herstellung im wesentlichen paralleler länglicher Einpressungen in eine einen Draht umschließende Zwinge, das eine Mulde in einer Matrize aufweist, der iich die Zwinge anpaßt und die auf jeder Seite unterhalb ihrer Öffnung einen im wesentlichen geraden Abschnitt besitzt, der sich in einem kleinen Winkel zur Vertikalen nach oben erstreckt, und das ferner eine Patrize mit einem Paar in die Mulde des Gesenks mit einem Abstand zu ihr einzuführender Kerbstempel aufweist, deren äußerer Umriß eine abgerundete W-Form darstellt, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelpunkt der von den Kerbstempeln eingeschlossenen, krummlinig begrenzten Vertiefung dichter an dem tiefsten Punkt der Gesenkmulde liegt als der Mittelpunkt der Verbindungslinie zwischen den äußeren und oberen Begrenzungen der Formgebuongsflachen der Kerbstempel, wodurch der Zwingenteil zwischen den Kerbstempeln während des Einpressens zusammengedrückt wird.
2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Seitenfläche jedes Kerbstempels im wesentlichen parallel zu dem entsprechenden benachbarten geraden Teil· der Gesenkmulde verläuft.
3. Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der kleine Winkel, unter dem sich die im wesentlichen geraden Abschnitte der Gesenkmulde nach, oben erstrecken, etwa i8° zur Vertikalen beträgt.
4. Werkzeug nach 'den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerbstempel symmetrisch sind.
5. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Kerbstempel sanft gekrümmt und nach außen geneigt oder geschweift sind.
6. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Spitzen der Kerbstempel sanft gekrümmte Umrisse naben, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius dieser Umrißkurven größer als der Krümmungsradius der Vertiefung zwischen den Kerbstempeln ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentsch.rift Nr. 2 535 013.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen