DE1057193B

DE1057193B - Elektrischer Presshuelsenverbinder

Info

Publication number: DE1057193B
Application number: DEA20502A
Authority: DE
Inventors: Kemper Martel Hammell
Original assignee: AMP Inc
Current assignee: TE Connectivity Corp
Priority date: 1953-06-12
Filing date: 1954-06-09
Publication date: 1959-05-14
Also published as: DE1763068U; CH335319A; US2800638A; BE529586A; FR1105730A; GB754493A

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft elektrische Preßhülsenverbinder mit am Innenmantel liegenden Quernuten.

Viele Drahtarten, die gewöhnlich zum Herstellen elektrischer Verbindungen verwendet werden, haben eine Schicht eines zähen, elastischen Isolierüberzuges. Außerdem werden blanke elektrische Drähte häufig schmutzig oder entwickeln Korrosionsschichten, wie beispielsweise Oxyde oder Sulfide, die den Kontaktwiderstand merklich erhöhen oder sogar den Leiter isolieren. Wenn eine Verbindung zwischen Leitern hergestellt werden soll, die solche äußeren Schichten oder Filme haben, ist es zuerst erforderlich, den Isolierüberzug in irgendeiner Weise zu durchdringen oder abzukratzen, bevor ein elektrischer Kontakt mit niedrigem Ohmschen Widerstand hergestellt werden kann.

Bislang war es üblich, solche verschmutzten oder überzogenen Drähte einzeln abzuisolieren bzw. durch Schleifen zu reinigen, dabei wurden beispielsweise Drahtscheren oder ähnliche Werkzeuge verwendet. Für bestimmte Drahtüberzüge ist dieses Verfahren durchführbar, jedoch zeitraubend und teuer. Für andere Drahtüberzüge, z. B. bestimmte harte und elastische Isolierfilme, hat sich dieses Verfahren wegen der mechanischen Schwierigkeiten, den Überzug ohne Beschädigung des Leiters vollständig zu beseitigen, als unpraktisch erwiesen. Dies trifft besonders bei verhältnismäßig feinem Draht zu.

Es wurden nun bereits Versuche mit Verbindern ohne Lotanwendung gemacht, bei denen die Verbindungen verhältnismäßig scharfe Zähne oder Zacken haben. Die Zähne sind so ausgebildet, daß sie bei Anwendung von Druckkraft durch den Isolationsüberzug getrieben werden. Manche zähen Uberzüge werden nun aber von den Zähnen solcher Verbindungen kaum durchdrungen.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines elektrischen Preßhülsenverbinders mit am Innenmantel liegenden Ouernuten, der guten elektrischen Kontakt mit Draht ermöglicht, der einen Überzug aus verhältnismäßig nichtleitendem Material hat, und bei dem dieser gute Kontakt unter ungünstigen Betriebsbedingungen aufrechterhalten wird.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Quernuten die Querschnittsform eines Trapezes mit zum Nutenboden konvergierenden Schenkeln besitzen. Die Nutenkanten sind vorzugsweise geringfügig erhöht, so daß sie scharfe Ouergrate bilden, die in Isolierüberzüge auf den Leitern einschneiden. Die äußeren Scherkanten dieser Nuten liegen erfindungsgemäß vorzugsweise um angenähert 0,254 bis 0,500 mm auseinander, wobei die Grundfläche jeder Nut angenähert halb so breit und angenähert halb so tief ist.

In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen teilweise geöffnet

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Anmelder:

AMP Incorporated,
Harrisburg, Pa. (V. St. A.)

Vertreter:
Dr.-Ing. H. Ruschke₁ Berlin-Friedenau,
und Dipl.-Ing. K. Grentzenberg,
München 27, Pienzenauerstr. 2,
Patentanwälte

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 12. Juni 1953

Kemper Martel Hammell, Harrisburg, Pa. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

gezeichneten elektrischen Preßhülsenverbinder nach der Erfindung, der auf einen verdrillten Leiter gepreßt ist,

Fig. 2 in vergrößertem Maßstab und abgebrochen dargestellt die längsgeschnittene, genutete Wand des Preßhülsenverbinders nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Draufsicht auf den Preßhülsenverbinder vor dem Einrollen und

Fig. 4 in vergrößertem Maßstab die längsgeschnittene Verbindungswand mit einer anders gearteten Nut und zugehörigem Prägewerkzeug.

Fig. 1 stellt eine insgesamt mit 2 bezeichnete elektrische Leitungsverbindung dar. Ihr Zwingenteil 4 ist auf die Litzendrähte 6 des isolierten Litzenkabels 8 gekrimpft. Die Ringzunge 10 (Fig. 3) der Verbindung dient zur Befestigung einer Anschlußklemme od. dgl. Jeder Litzendraht 6 kann mit einer Oxyd-, Sulfid-, Öl- oder Wachsschicht oder mit Isolierstoff der Kabelisolierung 9 überzogen sein.

Die Verbindungswand in Fig. 1 weist eine Anzahl Nuten 12 auf, deren Kanten einen spitzen Winkel bilden, so daß die Kanten Überzüge der am Umfang befindlichen Einzellitzenleiter der Drähte 6 durchdringen und in das Metall dieser Einzelleiter einscheren können, so daß während des Krimpf- oder Staucharbeitsganges Kontakt mit den stromführenden

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Teilen dieser Einzellitzenleiter hergestellt wird. Dabei wird der Zwingenteil 4 gegen die Leiter unter so ausreichend starkem Druck nach innen gepreßt, daß die Metalle verformt werden. Die Seiten der Nuten schneiden die Innenfläche des Zwingenteiles unter einem von den verwendeten Metallen abhängigen spitzen Winkel, so daß die abgescherten Oberflächen der Leiter in den Nuten mit solchem Druck verklemmt werden, daß die Oberflächen der Leiter und Nuten fest zusammengehalten werden und gegen Korrosion geschützt sind. Der Krimpfdruck preßt den Draht nach unten gegen den Nutengrund. Infolge dieser Abstützung auf dem Boden wird verhindert, daß der Schervorgang den Draht nach dem Durchdringen der Isolierschicht in kritischer Weise schwächt. Jedes weitere Krimpfen, nachdem die Drähte den Boden erreicht haben, führt lediglich zu einer Prägung des Leitermaterials.

Da die Nuten 12 schräge Seitenflächen haben, werden die in den Nutbereich eingepreßten Teile der Drähte 6 unter Druckbeanspruchung gehalten, so daß ununterbrochene Druckberührung zwischen der Verbindungshülse und den Leitern gewährleistet ist. Dadurch werden aber das Eindringen von Feuchtigkeit und somit eine Korrosion im wesentlichen verhindert.

Es ist nun gefunden λνο^εη, daß die Abmessungen der Nuten für die Scherwirkung ausschlaggebend sind. Die Breite 11 der Nut 12 zwischen den Scherkanten in Fig. 2 ist zum Erreichen einer guten Scherwirkung besonders wichtig. Ferner wird die Tiefe 13 der Nut 12 und die Breite des Steges 15 zwischen zwei Nuten (s. Fig. 3) ebenfalls wichtig, wie nachfolgend beschrieben wird.

Bei sehr geringer Nutbreite ist die Scherwirkung ungenügend. Auch drückt sich in diesem Fall während des Krimpfvorganges der Draht 6 nur gering-Fügig in die Nut ein. Infolgedessen muß eine Nutareite verwendet werden, die es gestattet, daß einmal das Leitermaterial unbehindert in die Nut hineinließen kann und zum anderen eine ausreichende Schervvirkung in bezug auf die Isolierschicht oder den [iberzug erreicht_wird.

Andererseits darf die Nutbreite aber nicht zu groß sein, damit noch eine genügend große Anzahl von Ringnuten innerhalb des Zwingenteiles untergebracht ,verden kann, die notwendig ist, um eine wirksame nechanische und elektrische Verbindung herzustellen.

Zur Erzielung hochwertiger Verbindungsergebnisse iarf die Nutenbreite höchstens bis zu ungefähr ),508 mm vom Durchmesser des Einzelleiters 6 ab-,veichen. Bei Volldrähten kann die Nutenbreite verlältnismäßig kleiner als bei Drahtlitze sein.

Als Beispiel für größere Drähte ist eine Klemme nit Einzelleiterdurchmessern von 0.305 bis 0,508 mm nit Nuten von ungefähr 0,381 mm Breite versehen. Die Spaltgröße zwischen den Scherkanten der Nuten iegt im allgemeinen zwischen angenähert 0,254 und ),508 mm, sogar auch dann, wenn die Einzelleiter deiner bzw. größer als diese Breitengrenzwerte sind. Zin solcher Abmessungsbereich ermöglicht außerdem, laß eine verhältnismäßig große Anzahl Nuten in den Swingenteil geschnitten werden kann.

Es gibt jedoch einen Grenzwert für die Anzahl der STutenringe in dem Zwingenteil, da ein kräftiger >Steg« zwischen den Scherkanten benachbarter Nuten !rforderlich ist, um eine Verbindung mit der gevünschten hohen Festigkeit sowie mit kleinem, sta-)ilem elektrischem Widerstand zu gewährleisten. So nuß der Abstand von Nutenmitte zu Nutenmitte bei ),254 bis 0,508 mm breiten Nuten wenigstens 0,635

bis 0,762 mm betragen, und im allgemeinen soll die Breite der Stege nicht kleiner als die Nutbreite sein.

Infolge der Innenneigung der Seitenwände einer jeden Nut 12 erfährt das Leitermaterial, das durch den Krimpfdruck in die Nuten getrieben wird, eine Druckbeanspruchung und hält somit durch seine eigene Elastizität einen dichten Abschluß gegen die Nutseitenwände aufrecht, d. h., das in die Nut fließende Leitermaterial begegnet einer kontinuierlich

ίο abnehmenden Querschnittfläche, so daß dieses Material zusammengepreßt wird. Wie man erkennt, ist der Krimpfdruck und das Bestreben des abgescherten Drahtteiles, sich gegen die Nutseiten festzuspannen, teilweise durch die Neigung bestimmt, die den Nut-Seiten gegeben wird.

Zum Erzielen einer guten Abscherung müssen die Nutenseitenflächen gegen den Nutengrund hin einen verhältnismäßig spitzen Winkel, z. B. den in Fig. 2 mit 16 bezeichneten Winkel, einschließen.

Die optimalen Winkel gemäß der Erfindung liegen zwischen 5 und 60°. Der Winkel muß für zähere Schichten, die den Leiter umgeben, klein sein und bei weichen oder zerbrechlichen Überzügen größer sein. Beispielsweise hat sich bei einer Schicht eines extrem zähen und elastischen Isolierüberzuges ein Winkel von ungefähr 5° als sehr gut erwiesen. Andererseits wurde bei einem Leiter mit Kupfersulfidschicht ein großer Winkel von 50° als zufriedenstellend ermittelt. Die Nuttiefe 13 in Fig. 2 muß ausreichend groß sein, um zu gewährleisten, daß die Drähte 6 fest in der Verbindung sitzen. Die Nuttiefe muß auch deswegen groß sein, um zu gewährleisten, daß jede Isolierschicht durchgeschert wird, bevor die Drähte 6 die Nuten ausfüllen.

Im allgemeinen beträgt die optimale Nuttiefe grob ausgedrückt die Hälfte des Durchmessers eines Einzelleiters 6. Bei einem Draht mit neunzehn Einzelleitern von jeweils etwa 0,368 mm Durchmesser wurde eine Nuttiefe von ungefähr 0,152 mm als ziemlich vorteilhaft festgestellt. Klemmen mit diesen Nuttiefen sind nicht nur auf die Verwendung mit den besonderen angegebenen Einzelleiterdurchmessern beschränkt, sondern sind auch im allgemeinen für den Gebrauch in einem weiteren Leitergrößenbereich geeignet. Als optimale Nuttiefen kommen angenähert 0,127 und 0,254 mm in Betracht, wobei größere Tiefen für emaillierten Draht und besonders für Polyvinylmethylalemaillien verwendet werden.

Für die vorwiegend auftretenden Anwendungsfälle verhältnismäßig kleiner Drähte, die mit Schmutzoder Korrosionsschichten überzogen sind, können Verbindungselemente verwendet werden, die eine Nutbreite von ungefähr 0,254 mm, eine Nuttiefe von etwa 0,127 mm und einen Winkel von etwa 50° besitzen.

Fig. 3 zeigt einen ohne Lot verwendbaren Verbinder der vorbeschriebenen Art, bei dem der Zwingenteil 4 aufgerollt ist. Mehrere parallele Nuten 12 sind quer zu der Leiterkontaktfläche des Zwingenteiles eingeschnitten. Die Ansatzteile 3 und 5 des Zwingenteiles 4 werden nach oben abgebogen und dann um einen oder mehrere Leiter unter starkem Druck herumgepreßt, so daß eine innige Verbindung zwischen Leiter und Zwingenteil entsteht. Das Abbiegen und Herumpressen kann von für diesen Zweck besonders geeigneten Werkzeugen ausgeführt werden, wie sie beispielsweise in der Technik der nicht lötbaren Verbinder allgemein bekannt sind. Wenn der Zwingenteil 4 um den Leiter herumgepreßt wird, scheren die scharfen Kanten der Nuten 12 durch jede Isolation, Schmutz usw. auf dem Leiter und machen dabei innigen Kon-

Claims

ι ob'/ iys takt mit den Drähten 6, wie an Hand der Fig. 1 und 2 beschrieben. Zur Gewährleistung einer guten Abscherwirkung ist es erforderlich, daß die Nutseiten so genau wie möglich mit einem Teil der Schenkelflächen des Winkels 16 zusammenfallen. Die Nuten können durch Zerspanen oder Stanzen gebildet werden, wobei aber die Werkzeuge, ob es sich um Schneid- oder Prägewerkzeuge handelt, so scharf wie möglich sein müssen, um leistungsfähige Scherkanten zu gewährleisten. In Fig. 4 ist in etwas übertriebener und vergrößerter Weise ein hinterarbeitetes Prägewerkzeug dargestellt, mit dem scharfe Nutkanten gebildet werden. Das Prägewerkzeug ist längs der Basis bei 22 hinterarbeitet, so daß die Kanten 26 der Nut 30, wenn das Werkzeug gegen den ebenen Zwingenteilrohling 4 gepreßt wird, als scharfe Scherkanten ausgebildet werden. Obgleich die Erfindung nicht auf ein besonderes Metall oder eine Metallkombination beschränkt ist, ist es wichtig, daß das Metall der Scherkanten härter als das Metall des Drahtes ist, mit dem Kontakt hergestellt werden soll. Weichgeglühtes Kupfer ist deshalb für die meisten Zwecke zu weich. Erfindungsgemäß wurde festgestellt, daß Kupfer oder Messing von 60 bis 70 Rockwellhärte-15-Τ gut mit Kupferdraht der Härte 50 oder weniger zusammenarbeitet. Wenn die Nuten in das Metall geprägt werden, können die Scherkanten besonders scharf herausgearbeitet werden. Der nach außen gerichtete Druck der mittleren Einzelleiter preßt die äußeren Einzelleiter dauerhaft in die Verzahnungsnuten, so daß eine verkeilte mechanische Verbindung sowie eine wirksame elektrische Verbindung zwischen dem Leiter und den Nutwänden erhalten wird. Die Erfahrung hat gezeigt, daß eine extrem gute korrosionsbeständige Verbindung der beschriebenen Art ausgebildet wird, ohne daß eine so große Verringerung des Drahtquerschnittes erfolgt, wie es bisher für Leitungsverbindungen gleich großer Festigkeit erforderlich war. Eine wichtige Begleiterscheinung der fest verkeilten mechanischen Verbindung, die sich in elektrischer Hinsicht aus der Erfindung ergibt, besteht darin, daß die Drähte daran gehindert werden, sich in der gekrimpften Verbindung gleitend zu verschieben, wenn sie stark beansprucht werden, wie z. B. bei scharfem Ablegen in der Nähe des Zwingenteiles. Dadurch ergibt sich eine bessere Korrosionsfestigkeit und auch bessere Leitfähigkeit der Verbindung. Vergleichende Zerreiß-»Auszieh«-Versuche (d. h. eine Messung der Kraft, die erforderlich ist, um den Leiter aus dem Verbinder zu ziehen) ergaben ein Bild von der durch die Erfindung erreichten Verbesserung. Zwei Leitungsverbindungarten wurden unter gleichen Bedingungen geprüft. Die Gruppe I bestand aus normalen handelsüblichen, nicht lötbaren Leitungsverbindungen der Zwingenbauart mit V-förmigen Zacken, und zu der Gruppe II gehörten nicht lötbare Leitungsverbindungen der Zwingenbauart, die erfindungsgemäß ausgebildet waren. Die durchschnittliche Zugfestigkeit für die Gruppe II betrug 103,87 kg, die für die Gruppe I 71,44 kg, d. h., es wurde eine Verbesserung der Herausziehfestigkeit von angenähert 45 % erzielt. Leitungsverbindungen gemäß der Erfindung sind nicht nur bei Litzenleitern vorteilhaft, sondern auch bei Volldrahtleitern, und zwar sogar bei solchen mit verhältnismäßig großem Durchmesser. Beispielsweise können zwei oder drei Volldrahtleiter von 1,524 mm Durchmesser, die jeweils mit Polyvinylmethylal- oder Polyvinylformalharz (das eine kleinere oder größere Verhältnismenge Polyvinylacetal enthalten kann) überzogen sind, durch den erfindungsgemäßen Verbinder verbunden werden, wenn die Nutbreite zwischen den Scherkanten ungefähr 0,305 mm, die Nuttiefe etwa 0,203 mm und der Nutwinkel der Nut etwa 5° beträgt. Bei einer solchen Anordnung scheren die Nutkanten sauber durch das Harz und erzeugen eine stabile, nicht korrodierende elektrische Verbindung niedrigen Ohmschen Widerstandes zwischen den Leitern und dem Verbinder. Ein solches Ergebnis wird mit den bekannten Leitungsverbindungen nicht erreicht. Die Erfindung hat gezeigt, daß bei verhältnismäßig tiefen Nuten im Zwingenteil und heftiger Bewegung des aus dem Zwingenteil herausragenden Kabels 8 (s. rechte Seite in Fig. 1) eine Beschädigung der Litzeneinzelleiter beispielsweise durch Bruch in dem abgescherten Bereich eintreten kann. Dieser Nachteil kann dadurch vermieden werden, daß man die Nuttiefe im Zwingenteil, ausgehend vom Kabeleintritt, fortschreitend ändert, d. h. beispielsweise eine erste Nutentiefe von ungefähr 0,0508 mm, eine zweite von 0,1016 mm, eine dritte von etwa 0,1524 mm usw. wählt. Bei einer solchen Ausführung scheren die Nuten mit geringerer Tiefe nicht so weit durch den Draht. Trotzdem bleiben aber die erforderliche Druckeinspannung und ein guter elektrischer Kontakt bestehen. Die Leitungsverbindungen nach der Erfindung können außer mit Ringnuten nach Fig. 1 und 3 vorteilhaft auch mit Zacken oder Riffelverzahnungen ausgebildet werden. Beispielsweise werden gute Ergebnisse erhalten, wenn man die Innenfläche des Zwingenteiles mit einer Anzahl von Eindrücken oder Riefen versieht, derart, daß die Innenfläche kegelstumpfartige oder pyramidenartige Gebilde trägt. Wenn die Kabeladern schraubenförmig in bezug auf die Kabelachse angeordnet sind, kann es vorteilhaft sein, die Nuten der Fig. 3 unter einem solchen Winkel gegen die Zwingenteilachse zu schneiden, daß jede Nut 12 so liegt, daß sie den Schraubendrall des Drahtes genau oder angenähert rechtwinklig schneidet. Dadurch wird eine verbesserte Einspannung der Kabeladern erreicht, also die »Herauszieh«-Festigkeit des Kabels erhöht. Die Nuten können aber auch praktisch parallel zu der Zwingenteilachse eingeschnitten werden, wobei jedoch der Neigungswinkel und die Breite jeder Nut allmählich von einem Minimum in der Nähe der Eintrittsöffnung der Leitungsverbindung zu einem Maximum an dem Ende verändert werden. Bei einer solchen Anordnung bilden die Kabeladern einen Kegelteil in Längsrichtung des Zwingenteiles. Die Tiefe einer solchen Längsnut kann auch von einem Minimum in der Nähe der Eintrittsöffnung auf ein Maximum am Ende der Leitungsverbindung geändert werden, um einen Bruch der Kabeladern bei übermäßig heftiger Bewegung des aus dem Zwingenteil herausführenden Kabels zu vermeiden. Patentansprüche-.

1. Elektrischer Preßhülsenverbinder mit am Innenmantel liegenden Quernuten, dadurch gekennzeichnet, daß die Quernuten die Querschnittsform eines Trapezes mit zum Nutenboden konvergierenden Schenkeln besitzen.