DE4014221A1

DE4014221A1 - Verfahren und vorrichtung zur fertigungsueberwachung beim crimpen von flexiblen, abisolierten adern von leitungen

Info

Publication number: DE4014221A1
Application number: DE19904014221
Authority: DE
Inventors: Martin Dipl Ing Richter
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1989-05-12
Filing date: 1990-05-03
Publication date: 1990-11-15

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Fertigungs überwachung beim Crimpen von flexiblen, abisolierten Adern von Leitungen, bei dem durch Anschlagen in einem Crimpwerkzeug eine Crimphülse um die Ader und gleichermaßen eine Zugent lastung um die Isolierung der Leitung gequetscht werden. Daneben bezieht sich die Erfindung auch auf die zugehörige Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, die aus einer Anschlagmaschine mit wenigstens einem an einer Exzenterpresse angeordnetem Werkzeug aus Crimpstempel mit Crimpform und zugehörigem Amboß besteht.

Beim automatischen Anschlagen, d.h. dem sogenannten Crimpen, von Hülsen und Kontakten an flexible, abisolierte Adern von Leitungen, ist eine Fertigungsüberwachung erwünscht, mit welcher der Crimpvorgang kontrolliert und eine Qualitätsbe wertung durchgeführt werden kann, um fehlerhafte Verbindungen zu vermeiden. Fehlerhaft angeschlagene Verbindungen sind durch elektrische Durchgangsprüfungen nicht zu erkennen und Dauer lastprüfungen sind zu aufwendig. Bisher wird als Qualitätsmerk mal einer Crimpung die Crimphöhe gemessen. Dabei müssen Maßab weichungen im µm-Bereich erfaßt werden.

Die bisherige Maßnachprüfung kann nur sporadisch, d.h. mittels Stichprobenprüfung außerhalb der fertigenden Maschine durch geführt werden. Insofern ist eine echte Fertigungsüberwachung mit Einzelstückprüfung nicht erreicht.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und die zu gehörige Vorrichtung zu schaffen, mit denen eine Fertigungs überwachung beim Crimpen unmittelbar im Crimpwerkzeug möglich ist. Dabei soll gleichermaßen eine Qualitätsbewertung des Crimpanschlusses durchgeführt werden.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kraft im Crimpwerkzeug in Abhängigkeit von dessen Lage erfaßt und als Kriterium für den Crimpvorgang bzw. die Qualität der er folgten Crimpung ausgewertet wird. Dabei kann insbesondere der Kraftverlauf als Funktion der Zeit beim Crimpvorgang und/oder des Weges des Crimpwerkzeuges erfaßt werden.

Bei der Erfindung kann einerseits der Crimpverlauf digital in diskreten Winkelschritten am Exzenter erfaßt werden. Alternativ kann auch der Weg als analoge Höhenänderung des Stempels erfaßt werden. Damit ergibt sich in einfacher Weise die Möglichkeit, die Kraftabkopplung bei Bewegung des Stempels zu ermitteln und daraus die Crimphöhe zu ermitteln.

Bei der zugehörigen Vorrichtung ist erfindungsgemäß der Crimp stempel und/oder die Crimpform und/oder der Amboß als Feder körper ausgebildet, an dem wenigstens ein Dehnungsmeßstreifen angebracht ist und sind Mittel zur Erfassung der zeitlichen Bewegung oder des Weges des Crimpstempels vorhanden. Vorteil hafterweise ist der Crimpstempel im unteren Bereich geschlitzt bzw. hat die Crimpform eine entsprechende Aussparung. Insbe sondere können symmetrisch von der Mittelachse jeweils ein Dehnungsmeßstreifen beidseitig neben der Aussparung angebracht sein. Im Falle der Ausbildung des Anstosses als Federkörper ist er in zwei, dem Crimpstempel für die Kontakt-Crimpung einer seits und dem Crimpstempel für die Isolationscrimpung anderer seits zugeordnete Amboßteile getrennt. Gegebenenfalls kann auch statt des Ambosses dessen Unterbau mit Dehnungsmeßstreifen versehen sein.

Zur Zeiterfassung entsprechend dem Crimpverlauf kann entweder ein Winkelschrittgeber an der Exzenterpresse angebracht sein, der diskrete Impulse liefert. Alternativ dazu kann am Stem pel ein induktiver Wegaufnehmer mit Mikrometerauflösung ange bracht sein, der ein dem Hub entsprechendes Analogsignal lie fert. Zur Umsetzung der aufgenommenen Werte als Kennlinien und zu deren Auswertung kann vorteilhafterweise ein Single-Chip- Prozessor oder ein Rechner, insbesondere ein Personal-Computer, vorgesehen sein.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausführungsbei spielen in Verbindung mit weiteren Unteransprüchen. Es zeigen

Fig. 1 eine Leitung mit einem Crimpanschluß zur Verdeutlichung der Problematik,

Fig. 2 eine erste Ausführungsform der Crimpvorrichtung in Schnittdarstellung,

Fig. 3 einen Ausschnitt einer zur Fig. 2 senkrechten Ansicht,

Fig. 4 die mit einer Vorrichtung gemäß Fig. 2 und 3 ermittelte Kraft als Funktion des zeitlichen Crimpvorganges und

Fig. 5 eine zweite Ausführungsform der Crimpvorrichtung in Schnittdarstellung,

Fig. 6 die Kraft als Funktion des Hubes des Crimpstempels.

In den Figuren sind gleichwirkende Teile durchweg mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren werden nachfol gend teilweise zusammen beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine isolierte elektrische Leitung 1, deren freies Ende in einer Klemmvorrichtung fixiert ist. Das Ende der Leitung 1 ist abisoliert, so daß sich eine blanke Ader 2 er gibt. Die Ader 2 soll mit einem Kontakt 5 mit Crimphülse ver bunden sein. Dazu weisen derartige Crimphülsen verformbare Laschen 6 auf, die um die metallische Ader 2 gepreßt werden. Weiterhin sind Laschen 7 vorhanden, die als Zugentlastung um den nicht abisolierten Teil der Leitung 1 gelegt werden.

Das Verbinden der Leitung 1 mit dem Kontakt 5 erfolgt üblicher weise durch automatisches Anschlagen, dem sogenannten Crimpen, wozu bekannte Anschlagmaschinen meist als Exzenterpresse aus gebildet sind. Bei einer Crimpung handelt es sich um eine teils plastische, teils elastische Verformung der Laschen 6 bzw. 7. Nach Beendigung der elastischen Auffederung ist eine definierte Crimphöhe erreicht. Diese Crimphöhe wird üblicherweise als Qualitätsmerkmal für die Crimpung gemessen, wozu Maßabwei chungen im Bereich von wenigstens 5 µm erfaßt werden müssen.

In Fig. 2 besteht eine Presse 10 in an sich bekannter Weise aus einem Exzenter 11, an dem über einem Hebel 12 ein Stempel 15 angelenkt ist. Der Stempel 15 kann somit Hubbewegungen durch führen und ist an seiner Unterseite als Crimpform 16 ausge bildet.

Entsprechend Fig. 1 und Fig. 3 sind für die Crimpung der eigent lichen Ader 2 über die Laschen 6 und die Crimpung der Zugentla stung über die Laschen 7 zwei Stempel mit Crimpformen 16 und 17 hintereinander angeordnet, was im einzelnen aus Fig. 3 deutlich wird. Dem Crimpstempel 15 bzw. 15′ ist ein gemeinsamer Amboß 19 zur Aufnahme der Leitung 1 zugeordnet.

In Modifizierung der bekannten Anschlagmaschinen ist gemäß Fig. 2 der Stempel 15 als Federkörper ausgebildet. Dazu ist ein horizontaler Schlitz 20 oberhalb der Crimpform 16 vor handen, der endseitig jeweils in eine halbkreisförmige Aus formung übergeht. Unterhalb des Schlitzes 20 ist ein Deh nungsmeßstreifen 21 (DMS) angebracht, mit dem die Kraftein wirkung auf den Stempel 15 erfaßt werden kann. Soll auch die korrekte Fertigung der Zugentlastung überwacht werden, wird der hintere Stempel 15′ entsprechend geschlitzt und mit einem Dehnungsmeßstreifen versehen. Beide Stempel können gemeinsam an dem Exzenter 11 angelenkt sein.

Da jedem Anschlagvorgang eine Kurbelumdrehung der Presse 10 mit Exzenter 11 bzw. eine Hubperiode der Stempel 15 bzw. 15′ entspricht, sind Mittel notwendig, mit denen diese Bewegung er faßt wird: Dies kann beispielsweise ein Winkelschrittgeber 25 am Exzenter 11 sein, mit dem über einen nachgeschalteten Impulsgeber diskrete Impulse entsprechend dem Crimpvorgang ab leitbar sind. Diese Impulse liefern bei Berücksichtigung der Kreisfunktion Digitalsignale entsprechend der Zeit. Alternativ dazu kann am Stempel ein induktiver Wegaufnehmer angebracht sein, mit dem Analogwerte für den jeweiligen Hub ableitbar sind. Winkelschrittgeber 25 und/oder induktiver Wegaufnehmer haben eine Auflösung, die im Mikrometerbereich liegt.

Mit einer derartigen Vorrichtung ist eine wirksame Fertigungs überwachung des Crimpvorganges möglich. In Fig. 4 ist die Preß kraft als Ordinate über den Impulsen des Winkelschrittgebers als Abszisse, welche damit eine Zeitachse bildet, dargestellt. Es ist ersichtlich, daß die Kraft von einem Nullwert entspre chend Kurve 40 zu einem Maximum ansteigt und dann wieder ab fällt, wobei die Kurve 40 für einen bestimmten Crimptyp einen typischen Verlauf hat. Der Kraftverlauf kann daher jeweils mit vorher ermittelten Master-Kennlinien verglichen werden. Dafür werden beim Einrichten der Anschlagmaschine jeweils für eine bestimmte Ader und den dazu gehörenden Crimpkontakt eine re präsentative Anzahl von Kraft-Zeitkennlinien von "Gut"-Crimpun gen aufgenommen und abgespeichert und daraus eine Master-Kenn linie erzeugt, die einen Mittelwert repräsentiert. Mit dieser Master-Kennlinie werden alle weiteren Crimpvorgänge verglichen. Stimmen die Kraftvorläufe beim Crimpen weiterer Verbindungen mit der Masterkennlinie überein, so ist der Abisoliervorgang als gut zu bewerten; ist eine Abweichung nach höherer oder niedrigerer Kraft vorhanden, so ist er als fehlerhaft zu be werten.

Wegen der zu erwartenden Schwankungen der Kennlinien infolge exemplarischer Kräftestreuungen beim Crimpen ein und der selben Adern und Crimpkontakte muß der Master-Kennlinie eine positive und negative Toleranzgrenze 41 bzw. 42 zugeordnet werden, so daß normale Kräfteschwankungen keine Falschaus sagen hervorrufen.

Mit der Vorrichtung gemäß Fig. 5 ist eine vereinfachte Analog auswertung möglich: Diese Vorrichtung ist im wesentlichen entsprechend Fig. 2 und 3 aufgebaut, wobei eine Presse 10 wieder aus einem Exzenter 11 sowie einen über einen Hebel 12 verbun denen Stempel 15 besteht. Dem Exzenter 11 ist ein Signalgeber 13 zugeordnet, der über zwei berührungslos zugeordnete Nähe rungsschalter 14 und 14′ jeweils die Grenzpositionen des Exzenters und damit den unteren Totpunkt (UT) und den oberen Totpunkt (OT) des Stempels erfassen kann.

Der Stempel 15 ist senkrecht geführt und trägt an seiner Un terseite eine Crimpform 18, der entsprechend Fig. 1 der Amboß 19 zugeordnet ist. Crimpform 18 und Amboß 19 sind derart aus geformt, daß sich bei Abwärtsbewegung des Stempels 15 vom oberen Totpunkt ab die zunächst senkrecht stehenden Crimpla schen 6 bzw. 6′ an die Innenkontur der Crimpform 18 anlegen und auf die Ader gepreßt werden. Durch die spezifische Ausbildung der Crimpform 18 mit Vorsprung in der Mittelebene wird ein Ab rollen der Crimplaschen 6 gegeneinander bewirkt, was eine si chere und dauerhafte Quetschung ergibt.

Durch eine oberhalb der unteren Kontur der Crimpform 18 einge brachte linsenförmige Aussparung ist die Crimpform 18 in zwei gegeneinander federnde Bereiche aufgeteilt, wobei in jedem Be reich oberhalb der Crimpkontur ein Dehnungsmeßstreifen 23 bzw. 24 symmetrisch zur Mitte befestigt ist. Damit kann also jeweils die Kraft beim Crimpvorgang und insbesondere beim elastischen Auffedern der Crimplaschen erfaßt werden.

In Fig. 5 ist der Crimpstempel 15 über einen Hebel 29 mit einem induktiven Wegaufnehmer 30 verbunden. Dessen Ausgangssignal ist proportional zum Hub des Stempels 15 und damit zum Crimpweg s.

Bei einer derartigen Ausgestaltung der Crimppresse lassen sich die Werte für Kraft und Weg beim unteren und oberen Totpunkt jeweils exakt bestimmen: Das Einlegen der Leitung und des Crimpkontaktes erfolgt bei offener Presse, d.h. beim oberen Totpunkt. Beim Crimpen läßt sich nun über den Signalgeber unmittelbar der untere Totpunkt und damit der Maximalwert der Kraft erfassen und festhalten. Beim anschließenden Hochfahren des Stempels ergibt sich durch die Rückfederung der Crimpla schen ein Kraftverlauf, der abflacht und erst bei Kraftab kopplung der Crimpform 18 in eine Nullsättigung P _o, der dem Rauschen der Dehnungsmeßstreifen entspricht, einläuft.

In Fig. 6 ist zur unmittelbaren Ermittlung der Crimphöhe die Abszisse in Wegschritten geeicht. Gemäß Kurve 50 steigt die Kraft entsprechend Kurve 40 aus Fig. 4 zunächst auf das Maximum an und läuft dann auf einer nicht identischen Spur wieder zurück. Dies ist dadurch begründet, daß zunächst eine rein plastische, dann aber eine elastische Verformung der Crimplaschen erfolgt. Erst nach Beendigung der elastischen Ausfederung, also nach Be endigung der Durchbiegung des Federkörpers verändert sich die Höhe der Crimpung nicht mehr. Somit ist das Einlaufen der Kurve 50 in die Nullsättigung ein Maß für die Crimphöhe.

Durch Auswertung des Kraftsignals und Steuerung des induktiven Wegaufnehmers 30 über den Signalgeber 14 am Exzenter 11 ergibt der Wert vom Untertotpunkt (UT) bis zum Schnittpunkt der Kurve 50 mit der abszissenparallelen Geraden für P _o zuzüglich einem für den jeweiligen Kontakt spezifischen Grundwert die exakte Crimphöhe h _c. Es gilt die Beziehung:

h _c=S _o+(S ₂-S ₁),

wobei S _o die Quetschhöhe der Crimphülse, S ₁ der Meßwert des induktiven Wegaufnehmers 30 beim Untertotpunkt und S ₂ der Meß wert des induktiven Wegaufnehmers 30 beim Nullwert des Dehnungsmeßstreifens (Rauschen) bedeuten.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung können statt des Crimpstempels oder der Crimpform als aktive Werkzeug teile auch der jeweils zugehörige Amboß oder dessen Unterbau, der ebenfalls Teil des Crimpfwerkzeuges ist, in entsprechender Weise mit Dehnungsmeßstreifen (DMS) bestückt werden. Dabei muß dafür gesorgt werden, daß die jeweils dem Kontakt-Crimper und dem Isolations-Crimper zugeordneten Amboßteile getrennt und funktionsmäßig entkoppelt werden. Vorteilhaft ist in diesem Fall, daß keine beweglichen Anschlußleitungen vorhanden sind und beim Verschleiß der aktiven Crimpwerkzeuge der Meßkörper nicht mit ausgetauscht werden muß. Außerdem kann der Meßkörper für alle Werkzeuge verwendet werden.

Das beschriebene Verfahren kann bei allen herkömmlichen Crimp maschinen angewandt werden, sofern beim Werkzeug entweder der Crimpstempel bzw. die Crimpform oder aber der Amboß entspre chend modifiziert wird. Gegebenenfalls ist auch eine entspre chende Komplettierung von handbetätigbaren Crimpzangen möglich. Zur Auswertung wird zweckmäßigerweise ein Single-Chip-Prozessor oder ein Personal-Computer verwendet, mit dem durch entspre chende Software auch statistische Aussagen gemacht werden können.

Claims

1. Verfahren zur Fertigungsüberwachung beim Crimpen von flexiblen, abisolierten Adern von Leitungen, bei dem durch Anschlagen in einem Crimpwerkzeug eine Crimphülse um die Ader und gleichermaßen eine Zugentlastung um die Isolierung der Leitung gequetscht werden, dadurch gekenn zeichnet, daß die Kraft im Crimpwerkzeug in Abhängig keit von dessen Lage erfaßt und als Kriterium für den Crimpvorgang bzw. für die Qualität der Crimpung ausgewertet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Kraftverlauf als Funktion der Zeit beim Crimpvorgang und/oder des Weges des Crimpwerkzeuges erfaßt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß der Kraftverlauf über den gesamten Crimpvorgang erfaßt und mit einer bekannten Kennlinie mit vorgegebenen Toleranzwerten verglichen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der Crimpvorgang in diskreten Schritten erfaßt wird, wodurch digitale Zeit-Pulse abgeleitet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der Weg analog als Höhenänderung von einem, einen Teil des Crimpwerkzeuges bildenden Stempel erfaßt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß die Kraftabkopplung des Crimpwerkzeuges erfaßt wird und daß daraus die Crimphöhe ermittelt wird.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 6, die aus einer Anschlagma schine mit wenigstens einem an einer Exzenterpresse angeord neten Werkzeug aus Crimpstempel mit Crimpform und zugehörigem Amboß besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Crimpstempel (15) und/oder die Crimpform (16-18) und/oder der Amboß (19) als Federkörper ausgebildet ist, an dem wenigstens ein Dehnungsmeßstreifen (21, 23, 24) angebracht ist, und daß Mittel (25-30) zur Erfassung des Crimpverlaufs bzw. des Crimpweges vorhanden sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn zeichnet, daß der Crimpstempel (15) im unteren Bereich einen horizontalen Schlitz (20) hat und unterhalb des Schlitzes (20) wenigstens einen Dehnungsmeßstreifen (21) trägt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn zeichnet, daß die Crimpform (18) in der Mitte eine Aus sparung (22), beispielsweise linsenförmig, hat und symmetrisch zur Mittelachse jeweils einen Dehnungsmeßstreifen (23, 24) trägt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn zeichnet, daß der Amboß (19) in zwei, dem Crimpstempel (16) für die Kontakt-Crimpung einerseits und dem Crimpstempel (17) für die Isolationscrimpung andererseits zugeordnete Amboß teile getrennt ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn zeichnet, daß statt des Ambosses (19) dessen Unterbau mit Dehnungsmeßstreifen (DMS) versehen ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn zeichnet, daß am Exzenter (11) der Presse (10) ein Win kelschrittgeber (25) angebracht ist, der in Abhängigkeit von der Exzenterstellung diskrete Impulse liefert.

13. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn zeichnet, daß am Crimpstempel (15) ein induktiver Weg aufnehmer (30) mit Mikrometerauslösung angebracht ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch die Zuordnung eines Single-Chip-Prozessors oder eines Personal-Computers zur Anzeige und Auswertung der Ergebnisse.