Titel

Scheid-Klemm-Element, Stator elektrisch Maschine und Verfahren zur Herstellung eines Stators

Die Erfindung betrifft Schneid-Klemm-Element, insbesondere zur elektrischen Kontaktierung von Drähten, insbesondere in einer elektrischen Maschine nach Gattung des unabhängigen Anspruchs. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Stator und eine elektrische Maschine mit einem solchen Schneid-Klemm-Element sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Stators mit einem solchen Scheid-Klemm-Element.

Stand der Technik

Derzeit werden Kupferdrähte von Spulen von elektrischen Maschinen zur Bestromung bevorzugt mit Kaltkontaktiertechniken verbunden, also Kontaktiertechniken ohne Löten, Schweißen oder dergleichen. Eine bekannte Kaltkontaktiertechnik wird durch Schneidklemmverbindungen (SKV) realisiert. Dabei wird der Draht zunächst in einer Aufnahmetasche aus Kunststoff angeordnet, in welche ein Scheid-Klemm-Element eingeführt wird. Dabei wird der Draht zwischen zwei Schenkel des Scheid-Klemm- Elements eingeklemmt, welches an den freien Enden der Schenkel Schneidelemente aufweist, welche den Draht beim Einführen zwischen die Schenkel abisolieren. Dabei sind typischerweise die Schneidelemente und der Abstand der Schenkel auf den Drahtdurchmesser angepasst, so dass dieser zuverlässig abisoliert und zwischen den Schenkeln sicher eingeklemmt werden kann. Das hat den Nachteil, dass für jeden Drahtdurchmesser ein spezielles Scheid-Klemm-Element verwendet werden muss.

Die DE 102017210811 Al zeigt und beschreibt ein verbessertes Scheid-Klemm- Element zur Kontaktierung von Drähten. Die dort gezeigten Scheid-Klemm-Element weisen an den Schenkeln einen Umformbereich auf, welcher die eingeführten Drähte vor dem Abisolieren zunächst plastisch verformt und damit Toleranzen im Drahtdurchmesser ausgleichen kann. Damit kann dieses Scheid-Klemm-Element in einem gewissen Rahmen für unterschiedliche Drahtdurchmesser verwendet werden. Der Nachteil ist, dass bei zu großen Drahtdurchmessern die Schenkel beim Umformen zu weit aufgespreizt und ggf. die Schenkel selbst plastisch verformt werden. Das hat zur Folge, dass möglicherweise die Schneidelemente auf den Schenkeln einen falschen Abstand zueinander haben, so dass der Draht nicht mehr richtig abisoliert wird. Damit kann nicht immer eine gut kontaktierende elektrische Verbindung gewährleistet werden. Weiterhin kann nicht sichergestellt werden, dass der zuverlässig zwischen den Schenkeln fixiert bzw. eingeklemmt werden kann. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diesen Nachteil zu überwinden und ein Scheid-Klemm- Element bereitzustellen, welches auch in einem breiten Bereich von Drahtdurchmessern eingesetzt werden kann und dabei eine sichere Klemmwirkung und gute elektrische Kontaktierung ermöglicht.

Offenbarung der Erfindung

Vorteile

Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Schneid-Klemm-Element, insbesondere zur elektrischen Kontaktierung von Drähten, insbesondere in einer elektrischen Maschine, wobei das Schneid-Klemm-Element gabelförmig ausgebildet ist und zwei Schenkel aufweist, welche zur gemeinsamen Aufnahme eines Drahts ausgebildet sind, wobei die zwei Schenkel über einen Klemmgrund miteinander verbunden sind, und wobei sich die Schenkel jeweils entlang einer Einpressrichtung erstrecken, wobei die Schenkel jeweils an ihren Innenseiten eine Schneidkante aufweisen, und wobei die zwei Schenkeln an ihren Innenseiten einen Umformbereich aufweisen welcher in Einpressrichtung zwischen den Schneidkanten und den freien Enden der zwei Schenkel angeordnet ist, wobei der Umformbereich zum plastischen Verformen von Drähten vorgesehen ist und an den Innenseiten der beiden Schenkel zwei in Richtung der Schneidkanten aufeinander zulaufende Umformflächen aufweist, Erfindungsgemäß wird, dass sich die zwei Schenkel in Einpressrichtung zu den freien Enden hin zumindest abschnittsweise verjüngen.

Das hat den Vorteil, dass die Schenkel am Klemmgrund relativ steif sind und damit eine starke Klemmwirkung in Bereich der Drahtendposition bereitstellen, während die Schenkel im Bereich des Umformbereichs weicher und flexibler wird. Damit kann eine weite Aufweitung der Schenkel am Umformbereich auch bei großen Drahtdurchmessern realisiert werden, ohne dass die Schenkel am Klemmgrund bzw. in einem Klemmbereich verformt werden. Dadurch wird insbesondere eine zumindest teilweise Entkopplung der Funktionen des Umformens des Drahts und des Einklemmens des Drahts erreicht. Insbesondere lassen sich so Drähte über einen weiten Durchmesserbereich umformen, ohne die Klemmwirkung des Scheid-Klemm- Element negativ zu beeinflussen.

Vorteilhaft weist das Scheid-Klemm-Element einen Basisabschnitt auf, vom welchem aus sich die beiden Schenkel in Einpressrichtung erstrecken. Beispielsweise kann der Basisabschnitt eine Kontaktierung zu einem elektrischen Leiter aufweisen, etwa von einer Verschalteplatte. Unter einer Einpressrichtung soll insbesondere die Richtung verstanden werden, in welcher vorgesehen ist, das Scheid-Klemm-Element auf den Draht bzw. in die Aufnahmetasche mit dem Draht einzupressen. Vorteilhaft erstreckt sich die Einpressrichtung entlang einer Symmetrieachse des Scheid-Klemm-Element, welche zwischen den beiden Schenkeln angeordnet ist.

Darunter, dass sich die Schenkel in Einpressrichtung zumindest abschnittsweise verjüngen, soll insbesondere verstanden werden, dass eine Breite der Schenkel entlang der Einpressrichtung zumindest abschnittweise kleiner wird, bevorzugt insgesamt zumindest um 20% kleiner, besonders bevorzugt um wenigstens 30% kleiner. Bevorzugt verjüngen sich die Schenkel entlang eines Abschnitts, der wenigstens 50% der gesamten Längserstreckung der Schenkel in Einpressrichtung beträgt, bevorzugt wenigstens 70%, besonders bevorzugt wenigstens 80%.

Bevorzugt ist an den Innenseiten der Schenkel am Klemmgrund ein Klemmbereich angeordnet, an welchen die Innenseiten der Schenkel weitgehend parallel zueinander angeordnet sind, insbesondere weitgehende parallel zur Einpressrichtung. Im Klemmbereich ist insbesondere die Drahtendposition angeordnet.

Unter weitgehend parallel soll insbesondere eine Ausrichtung einer Ebene oder einer Achse relativ zu einer Bezugsebene oder einer Bezugsachse verstanden werden, wobei insbesondere die Ebene und die Bezugsebene bzw. die Achse und die Bezugsachse, einen Winkel von insbesondere kleiner als 8°, vorteilhaft kleiner als 5° und besonders vorteilhaft kleiner als 2° einschließen und wobei vorteilhaft die Ebene oder die Achse parallel zu der Bezugsebene oder der Bezugsachse angeordnet ist.

Die Schneidkanten sind vorteilhaft gegenüberliegenden auf den Innenseiten der beiden Schenkel angeordnet, also insbesondere auf gleicher Höhe bezüglich der Einpressrichtung. Unter einer Schneidkante kann insbesondere eine Schabekante oder eine Klinge verstanden werden.

Eine Schabekante ist insbesondere eine unter einem Winkel zur Einpressrichtung angeordnete Kante, welche zum Abschaben des Drahts eingerichtet ist. Beim Durchführen des Drahts an der Schabekante wird durch flächiges Abschaben eine Lackbeschichtung des Drahts abgetragen und der Draht abisoliert. Auch ein Teil eines Kupferdrahtes unter der Lackbeschichtung kann flächig abgetragen werden. Dabei entsteht ein Span. Insbesondere erzeugt eine Schabekante eine Kontaktfläche auf dem Draht, welche durch das Scheid-Klemm-Element kontaktierbar ist.

Eine Klinge ist insbesondere zum Einschneiden des Drahts vorgesehen. Dabei wird die Lackbeschichtung eingeschnitten und der Kupferdraht eingekerbt. Damit entsteht in der Regel kein Span.

Der Umformbereich ist insbesondere dafür vorgesehen, den Querschnitt des eingeführten Drahts, falls notwendig, in geeigneter Weise der Breite der Schneidkanten anzupassen. Vorteilhaft ist ein Drahtquerschnitt nach dem Umformen um ein vorgegebenes Übermaß größer als der Abstand der Schneidkanten. Das Übermaß ist derart gewählt, dass der Draht sicher abisoliert wird und eine ausreichend große Kontaktfläche geschaffen wird.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen des Scheid-Klemm-Elements möglich. Es hat sich als eine besonders günstige Geometrie erwiesen, wenn die zwei Schenkel am Klemmgrund eine erste Schenkelbreite aufweisen, welche größer ist als eine zweite Schenkelbreite an der Schneidkante, insbesondere, dass die zweite Schenkelbreite zwischen 40% und 65%, bevorzugt zwischen 45% und 60%, besonders bevorzugt zwischen 50% und 55% der ersten Schenkelbreite beträgt. Auf diese Weise kann besonders gut sichergestellt werden, dass sich die Schenkel nicht am Klemmgrund bzw. im Klemmbereich aufweiten, so dass eine besonders gute Klemmwirkung erreicht wird.

Vorteilhaft ist unter einer Schenkelbreite eine Schenkelbreite senkrecht zur Einpressrichtung bzw. senkrecht zu einer Symmetrieachse des Scheid-Klemm- Elements zu verstehen.

Unter einer ersten Schenkelbreite soll insbesondere die Schenkelbreite verstanden werden, welche unmittelbar am Klemmgrund angeordnet ist. Alternativ kann aufgrund von besonderen geometrischen Gestaltungen am Klemmgrund unter der ersten Schenkelbreite am Klemmgrund auch eine Schenkelbreite in einem Klemmbereich zwischen den beiden Schenkeln zu verstanden werden, in welchem die beiden Innenseiten der Schenkel weitgehend parallel zu einander ausgerichtet sind.

Besonders vorteilhaft ist unter einer ersten Schenkelbreite die größte Schenkelbreite im Klemmbereich, in welchem die beiden Innenseiten der Schenkel weitgehend parallel zu einander ausgerichtet sind, zu verstehen. Besonders vorteilhaft ist die erste Schenkelbreite die Schenkelbreite im Klemmbereich, in welchem die beiden Innenseiten der Schenkel weitgehend parallel zu einander ausgerichtet sind, am nächsten zum Klemmengrund angeordnet.

Vorteilhaft ist unter der zweiten Schenkelbreite im Umformbereich die größte Schenkelbreite im Umformbereich zu verstehen, besonders vorteilhaft ist die zweite Schenkelbreite unmittelbar an der Schneidkante bzw. an einer Einschnürung der Schenkel zur Ausbildung der Schneidkante angeordnet.

Das Schneid-Klemm-Element wird weiter verbessert, wenn die jeweilige Schenkelbreite der zwei Schenkel vom Klemmgrund ausgehend entlang der Einpressrichtung bis zur Schneidkante weitgehend abnimmt. Das hat den Vorteil, dass beim Biegen der Schenkel eine besonders gute Spannungsverteilung entlang der Einpressrichtung erreicht werden kann.

Darunter, dass die Schenkelbreite entlang einer vorgegebenen Länge weitgehend abnimmt, soll insbesondere verstanden werden, dass die Schenkelbreite entlang einer Länge in Einpressrichtung von wenigstens 80%, bevorzugt wenigstens 90%, besonders bevorzugt wenigstens 95% der vorgegebenen Länge abnimmt, vorteilhaft streng monoton abnimmt.

Wenn die Schneidkante mit der Einpressrichtung einen Winkel zwischen 65° und 90°, bevorzugt zwischen 70° und 85°, besonders bevorzugt zwischen 75° und 80° einschließt, kann der Draht besonders effizient und zuverlässig abisoliert werden.

Es ist von Vorteil, wenn an der Schneidkante eine Einschnürung der Schenkel ausgebildet ist, wobei vorteilhaft an der Einschnürung eine dritte Schenkelbreite zwischen 25% und 50%, bevorzugt zwischen 30% und 45%, besonders bevorzugt zwischen 35% und 40% der ersten Schenkelbreite beträgt. Auf diese Weise kann insbesondere die Schneidkante elastisch vom Umformbereich weitgehend entkoppelt werden. Damit können auch größte Drahtdurchmesser verwendet werden, welche höhere Umformkräfte erfordern, ohne dass der Abstand der Schneidkanten signifikant erhöht wird. Da der Umformbereich nach dem Fügevorgang keine weitere Funktion mehr hat, kann in diesem Bereich eine stärkere Aufweitung bzw. plastische Verformung der Schenkel in Kauf genommen werden.

Die Schneid-Klemm-Element wird weiter verbessert, wenn das Scheid-Klemm-Element vom Klemmengrund aus eine Längserstreckung entgegen der Einpressrichtung aufweist, welche zwischen 65% und 135%, bevorzugt zwischen 85% und 115%, besonders bevorzugt zwischen 95% und 105% der ersten Schenkelbreite beträgt. In anderen Worten beschreibt diese Längserstreckung die Länge des Basisabschnitts in Einpressrichtung entlang der Symmetrieachse, wobei der Basisabschnitt der Abschnitt ist, von welchem aus sich die beiden Schenkel erstrecken. Auf diese Weise werden die Schenkel am Klemmgrund weiter verstärkt, so dass sich diese nicht so einfach verformen lassen. Das trägt weiter bei zu einer sicheren Klemmwirkung insbesondere im Klemmbereich.

Eine besonders günstige Klemmengeometrie liegt vor, wenn die zwei Schenkel jeweils an ihren Außenseiten eine Außenkontur aufweisen, welche entlang der Einpressrichtung weitgehend S-förmig ausgebildet ist. Damit wird eine besonders homogene bzw. ausgeglichene Spannungsverteilung im Schenkel ermöglicht. Dadurch kann eine maximale elastische Aufweitung der Schenkel erreicht werden, so dass eine zuverlässige Klemmwirkung und elektrische Kontaktierung gewährleistet werden kann.

Es hat sich als ein vorteilhaft herausgestellt, wenn die zwei Schenkel mit ihren Innenseiten im Umformbereich bzw. die Umformflächen einen Umform-Öffnungswinkel einschließen, der zwischen 6° und 16°, bevorzugt zwischen 8° und 14°, besonders bevorzugt zwischen 10° und 12° beträgt. So wird beim Umformen die maximal aufbringbare Kraft durch die Elastizität der Schenkel begrenzt, jedoch kann die benötigte Kraft durch einen geringeren Umform-Öffnungswinkel gesenkt werden. Das erfordert jedoch eine größere Längserstreckung der Schenkel. Die obigen Werte für den Umform-Öffnungswinkel bieten in der Praxis den besten Kompromiss aus Gesamtlänge des Scheid-Klemm-Element und aufbringbaren Umform kräften, wobei die genauen Werte von weiteren Einflussfaktoren abhängen, insbesondere den gewählten Materialien oder den Oberflächenrauigkeiten.

Das Schneid-Klemm-Element ist besonders zuverlässig, wenn die zwei Schenkel jeweils an ihren freien Enden einen Fangbereich aufweisen, wobei jeweils eine Innenseite im Fangbereich mit der Einpressrichtung einen Fang-Öffnungswinkel einschließt, der zwischen 30° und 55°, bevorzugt zwischen 35° und 50°, besonders bevorzugt zwischen 40° und 45° beträgt. Auf diese Weise können auch nicht mittig angeordnete Drähte zentriert werden und zuverlässig montiert werden.

Die Zuverlässigkeit wird weiter verbessert, wenn die zwei Schenkel jeweils an ihren freien Enden einen Fangbereich aufweisen in welchem die Schenkel auf ihren Außenseiten jeweils einen sich weitgehend senkrecht zur Einpressrichtung nach Außen erstreckenden Zentrier-Absatz aufweisen, an welchem die Schenkel jeweils eine vierte Schenkelbreite zwischen 50% und 80%, bevorzugt zwischen 55% und 75%, besonders bevorzugt zwischen 60% und 70% der ersten Schenkelbreite aufweisen. Durch die Zentrier-Absätze kann das Scheid-Klemm-Element einfacher und zuverlässiger richtig zentriert in die Aufnahmetasche eingeführt werden.

Wenn entlang der Innenseiten der zwei Schenkel eine Klemmstufe ausgebildet ist, welche zwischen den Schneidkanten und dem Klemmgrund angeordnet ist, wobei jeweils eine Innenseite im Bereich der Klemmstufe mit der Einpressrichtung einen Stufen-Öffnungswinkel einschließt, der zwischen 5° und 30°, bevorzugt zwischen 10° und 25°, besonders bevorzugt zwischen 15° und 20° beträgt, wird das Einklemmen und elektrische Kontaktieren des Drahts noch zuverlässiger. Vorteilhaft ist die Klemmstufe zwischen den Schneidkanten und dem Klemmbereich angeordnet. Damit laufen die Innenseiten der Schenkel nach den Schneidkanten entgegen der Einpressrichtung in Richtung der Klemmstufe bzw. des Klemmgrunds im Bereich der Klemmstufe abschnittsweise aufeinander zu bzw. verlaufen dort sich trichterförmig. Auf diese Weise wird beim Einpressen der durch die Schneidkante abisolierte Draht durch die Klemmstufe noch einmal etwas elastisch zusammengepresst bzw. vorgespannt, bevor er in seine Endposition in der Klemmstufe bzw. am Klemmgrund kommt. Auf diese Weise wird der Draht in der Klemmstufe bzw. am Klemmgrund mit einer Federbelastung bzw. elastischen Spannung angeordnet, so dass die Klemmwirkung verbessert wird.

Es ist von Vorteil, wenn zwischen der Klemmstufe und den Schneidkanten ein Übergangsbereich ausgebildet ist, in welchem sich die Innenseiten der zwei Schenkel im Wesentlichen entlang der Einpressrichtung erstrecken, wobei der Übergangsbereich eine Übergangslänge in Einpressrichtung aufweist, welche zwischen 10% und 35%, bevorzugt zwischen 15% und 30%, besonders bevorzugt zwischen 20% und 25% der ersten Schenkelbreite beträgt. Auf diese Weise werden die Funktionen des Einschneidens bzw. Abisolierens des Drahts und des Einklemmens des Drahts entkoppelt.

Die Zuverlässigkeit des Schneid-Klemm-Elements wird weiter erhöht, wenn an gegenüberliegenden Außenseiten des Schneid-Klemm-Elements jeweils ein Hauptrasthaken und ein Nebenrasthaken ausgeformt sind, welche zum Eingraben in eine Aufnahmetasche ausgebildet sind, wobei der Hauptrasthaken in Einpressrichtung vor dem Nebenrasthaken angeordnet ist und der Hauptrasthaken eine erste Hakenlänge aufweist, welche zwischen 120% und 240%, bevorzugt zwischen 160% und 220%, besonders bevorzugt zwischen 180% und 200% einer zweiten Hakenlänge des Nebenrasthakens aufweist. Das hat den Vorteil, dass ein Durch den Hauptrasthaken abgeschabter Span der Aufnahmetasche in den Zwischenbereich zwischen dem Hauptrasthaken und den Nebenrasthaken eingepresst wird, so dass der Nebenrasthaken durch diesen Span eingegraben wird. Das ermöglicht einen besonders starken Halt des Scheid-Klemm-Elements in der Aufnahmetasche.

Unter einer Hakenlänge soll insbesondere eine Erstreckungsrichtung eines Rasthakens senkrecht zur Einpressrichtung bzw. Mittellinie des Scheid-Klemm- Elements verstanden werden. Dabei kann die Hakenlänge insbesondere zwischen einem äußersten Endpunkt des Rasthakens und einer gedachten Basislinie, aus welcher sich der Rasthaken aus dem Basisabschnitt des Scheid-Klemm-Element heraus erstreckt. Beispielsweise kann als Basislinie eine zur Einpressrichtung bzw. Mittellinie parallele ausgerichtete Gerade herangezogen werden, welche durch einen Boden eines Tals zwischen dem Hauptrasthaken und dem Nebenrasthaken verläuft. Anders formuliert kann die Basislinie durch einen gedachten Punkt der Außenseite des Scheid-Klemm-Elements verlaufen, welcher in Einpressrichtung zwischen dem Hauptrasthaken und Nebenrasthaken angeordnet ist und den geringsten Abstand zur Mittelinie aufweist.

Von Vorteil ist auch ein Stator für eine elektrische Maschine, mit einem Statorgrund körper, der Spulen einer elektrischen Wicklung aufweist, wobei auf einer Stirnseite des Statorgrundkörpers eine Isoliermaske angeordnet ist, wobei jeder Spule mindestens eine Aufnahmetasche auf der Isoliermaske zugeordnet ist, in die ein Draht zur Verschaltung der einzelnen Spulen eingelegt ist, und jeweils ein Schneid-Klemm- Element gemäß der vorliegenden Erfindung auf den Draht in der Aufnahmetasche gefügt ist. Ein solcher Stator kann besonders einfach und zuverlässig hergestellt werden, insbesondere da durch die verwendeten Scheid-Klemm-Elemente beim Herstellungsprozess kaum Fehlkontaktierungen zu erwarten sind. Von Vorteil ist auch eine elektrische Maschine - insbesondere ein elektronisch kommutierter Elektromotor - mit mindestens einem Schneid-Klemm-Element gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei zur Bestromung der Spulen eine Elektronikeinheit angeordnet ist und äußere Anschluss-Kontakte der elektrischen Maschine mittels des mindestens einen Schneid-Klemm-Elements mit den Spulen verbunden sind. Eine solche elektrische Maschine zeichnet sich aufgrund der Verwendung der erfindungsgemäßen Scheid-Klemm-Element mit ihrer optimierten Klemmwirkung über einen breiten Bereich von Drahtdurchmessern durch eine hohe Zuverlässigkeit und Betriebssicherheit aus.

Vorteilhaft ist weiter ein Verfahren zum Herstellen eines Stators gemäß der vorliegenden Erfindung, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

• eine Isoliermaske wird axial auf eine Stirnfläche des Statorgrund körpers gefügt

• danach werden auf den Statorgrundkörper mit dem Draht gewickelte Spulen angeordnet

• von jeder Spule wird der Draht radial durch eine Aufnahmetasche für ein Schneid- Klemm-Element geführt

• die Schneid-Klemm-Elemente werden mit den Schenkeln in Axialrichtung in die Aufnahmetaschen eingepresst, wobei die Schenkel beim Einpressen den Draht am Umformbereich zunächst umformen, anschließend den Draht mit den Schneidkanten abisolieren und anschließend den Draht zwischen den Schenkeln einklemmen, insbesondere in einem Klemmbereich.

Das Verfahren ist besonders flexibel, da die gleichen Scheid-Klemm-Element für unterschiedliche Statoren mit unterschiedlichen Drahtdurchmessern verwendet werden können. Vorteilhaft ist die Einpressrichtung entlang der Axialrichtung ausgerichtet.

Zeichnungen

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele des Scheid-Klemm-Elements abgebildet und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 das Funktionsprinzip von Scheid-Klemm-Element aus dem Stand der Technik,

Figuren 2 und 3 zwei verschiedene Ausführungsformen des Scheid-Klemm- Elements gemäß der vorliegenden Erfindung,

Figur 4 eine Detailzeichnung einer Ausführungsform eines halben Scheid- Klemm-Elements, halbiert entlang der Symmetrieachse des Scheid-Klemm- Elements,

Figur 5 eine schematische Detailzeichnung einer Ausführungsform eines halben Scheid-Klemm-Elements,

Figuren 6 und 7 weitere Varianten des Scheid-Klemm-Elements gemäß der vorliegenden Erfindung,

Figur 8 eine Darstellung des Scheid-Klemm-Element aus Figur 5 beim Anformen und

Figur 9 eine Schnittansicht entlang Linie IX-IX aus Figur 6 zur genaueren Darstellung der Schneidkanten.

Beschreibung

In den verschiedenen Ausführungsvarianten erhalten gleiche Teile die gleichen Bezugszahlen.

Figur 1 zeigt zur Verdeutlichung des Funktionsprinzips eines Scheid-Klemm- Element 10 mit einem Umformbereich 12 ein solches Scheid-Klemm-Element 10 aus dem Stand der Technik. Das Scheid-Klemm-Element 10 gemäß der vorliegenden Erfindung basiert auf diesem Element aus dem Stand der Technik und funktioniert nach dem gleichen Grundprinzip, wurde jedoch weiterentwickelt und weist eine deutlich verbesserte Funktionalität auf. In den Figuren 1 a) und 1 b) wird ein zu kontaktierender Draht 14 an einen Fangbereich 16 des Scheid-Klemm-Element 10 angeführt. Dabei ist der Draht 14 in einer nicht abgebildeten Tasche, üblicherweise einer Tasche aus Kunststoff angeordnet, welche auch zur Führung des Scheid-Klemm-Element ausgebildet ist. Dabei wird das Scheid-Klemm-Element 10 entlang einer Einpressrichtung 18 auf den Draht 14 zubewegt bzw. geführt.

Das Scheid-Klemm-Element 10 und der Draht 14 werden durch den Fangbereich 16 zueinander ausgerichtet. Dabei wird der Draht 14 in den Umformbereich 12 des Scheid-Klemm-Element 10 geleitet. Im Umformbereich 12 wird der Querschnitt des Drahts 14 plastisch umgeformt, siehe Figur 1 c). Der in Figur 1 abgebildete Draht 14 hat einen Querschnitt bzw. Durchmesser, der zu groß für die Schneidkanten 20 sind, da die beiden Schneidkanten 20 einen geringeren Abstand voneinander haben als der Durchmesser des ursprünglichen Drahts 14. Im Umformbereich 12 wird der Draht 14 derart deformiert, dass er zwischen die beiden Schneidkanten 20 passt.

Beim weiteren Runterdrücken des Drahts 14 wird dieser an den beiden Schneidkanten 20 vorbeigeschoben und von diesen abisoliert. Dabei wird der nun abisolierte und verformte Draht 14 in einen Klemmbereich 22 geschoben, in welchem der Draht 14 zwischen zwei Schenkel 24 des Scheid-Klemm-Element 10 eingeklemmt ist, siehe Figur 1 d).

Figuren 2 und 3 zeigen zwei Ausführungsformen des Scheid-Klemm-Elements 10 gemäß der vorliegenden Erfindung. In beiden Ausführungsformen verjüngen sich die beiden Schenkel 24 abschnittsweise in Einpressrichtung 18 zu ihren freien Enden 26 hin. Insbesondere nimmt eine Breite von jeweils beiden Schenkeln 24 senkrecht zur Einpressrichtung 18 von einen Klemmengrund 28 ausgehend bis zur Schneidkante 20 weitgehend kontinuierlich ab.

Das Scheid-Klemm-Element 10 weist ein Basisabschnitt 70 auf, vom welchem aus sich die beiden Schenkel 24 in die Einpressrichtung 18 aus erstrecken. Die Schenkel 24 erstrecken sich in beiden Ausführungsformen vom Klemmengrund 28 ausgehend in Einpressrichtung 18. Der Basisabschnitt 70 ist vorteilhaft weitgehend rechteckig ausgebildet. Der Basisabschnitt 70 verbindet die beiden Schenkel 24 miteinander. Der Klemmengrund 28 ist der Bereich zwischen den beiden Schenkeln 24, am welchen die Schenkel 24 mit dem Basisabschnitt 70 Zusammentreffen. Vorteilhaft sind der Basisabschnitt 70 und die beiden Schenkel 24 einstückig miteinander ausgebildet.

Am Klemmengrund 28 ist zwischen den jeweiligen Innenseiten 30 der beiden Schenkel 24 ein Klemmbereich 22 ausgebildet. Vorteilhaft sind die beiden Innenseiten 30 der Schenkel 24 im Klemmbereich 22 weitgehend parallel zueinander ausgebildet, vorteilhaft weitgehend parallel zur Einpressrichtung 18. Insbesondere ist eine Klemmspaltbreite, also der Abstand zwischen den beiden Schenkeln 24 bzw. den Innenseiten 30 der Schenkel 24 im Klemmbereich 22 entlang der Einpressrichtung 18 weitgehend konstant. Beispielsweise ist der Klemmbereich 22 schlitzförmig ausgebildet.

Vom Klemmengrund 28 in Einpressrichtung 18 ist nach dem Klemmbereich 22 auf den Innenseiten 30 ein Schneidbereich angeordnet, welcher zwei Schneidkanten 20 aufweist. Die beiden Schneidkanten 20 sind jeweils auf der jeweiligen Innenseite 30 der beiden Schenkel 24 angeordnet. Vorteilhaft sind die Schneidkanten 20 gegenüberliegend angeordnet, also insbesondere auf gleicher Höhe bezüglich der Einpressrichtung 18.

Von den Schneidkanten 20 in Einpressrichtung 18 ausgehend ist an den Schenkeln 24 ein Umformbereich 12 angeordnet, der sich entlang der Innenseiten 30 erstreckt. Vorteilhaft ist der Umformbereich 12 trichterförmig ausgebildet. Insbesondere verjüngt sich der Umformbereich 12 bzw. die Innenseiten 30 des Umformbereichs 12 in Richtung der Schneidkanten 20 bzw. entgegen der Einpressrichtung 18. Insbesondere bilden die Innenseiten 30 der Schenkel 24 im Umformbereich 12 Umformflächen 32 aus, welche in Richtung der Schneidkanten 20 bzw. entgegen der Einpressrichtung 18 aufeinander zulaufen. Die Umformfläche 32 sind dazu ausgebildet, den eingeführten Draht 14 zu kontaktieren und zu verformen. Von dem Umformbereich 12 in Einpressrichtung 18 ausgehend ist an den Schenkeln 24 bzw. ihren Innenseiten 30 ein Fangbereich 16 angeordnet, welcher sich bis zu den freien Enden 26 der Schenkel 24 erstreckt. Die Innenseiten 30 sind im Fangbereich 16 insbesondere trichterförmig ausgebildet. Vorteilhaft weisen die Innenseiten 30 im Fangbereich 16 einen größeren Öffnungswinkel auf als die Innenseiten 30 im Umformbereich 12. Anders formuliert laufen die Innenseiten 30 im Fangbereich 30 stärker bzw. steiler bzw. mit einem flacheren Winkel aufeinander zu als im Umformbereich 12.

Das Scheid-Klemm-Element 10 ist vorteilhaft weitgehend symmetrisch entlang der Einpressrichtung 18 ausgebildet. Insbesondere ist das Scheid-Klemm-Element 10 spiegelsymmetrisch zu einer gedachten Mittellinie 34 ausgebildet, welche sich entlang der Einpressrichtung 18 erstreckt und mittig zwischen den beiden Schenkeln 24 angeordnet ist. Damit lässt sich das Scheid-Klemm-Element 10 auch vollständig durch die Darstellung von einer Hälfte auf einer Seite der Mittellinie 34 mit nur einem Schenkel darstellen. Die Figuren 4 und 5 zeigen Varianten des Scheid-Klemm- Elements 10 in einer solchen Darstellung einer Hälfte des Scheid-Klemm-Elements 10. Figur 4 zeigt eine leicht veränderte Variante des Scheid-Klemm-Elements 10 aus Figur 3, Figur 5 zeigt eine Variante des Scheid-Klemm-Elements 10 mit mehr graden Linien welche der besseren Veranschaulichung von geometrischen Aspekten dienen soll.

Im in Figur 4 gezeigten Beispiel schließt die Schneidkante 20 mit der Einpressrichtung 18 bzw. gedachten Mittellinie 34 einen Schneidwinkel 36 von 72° ein. In der Variante in Figur 4 beträgt der Schneidwinkel 36 beispielhaft 90°.

Zur Quantifizierung der abschnittsweisen Verjüngung der zwei Schenkel 24 kann eine erste Schenkelbreite 38 am Klemmgrund 28 und eine zweite Schenkelbreite 40 an der Schneidkante 20 betrachtet werden. In der in Figur 4 gezeigten Variante beträgt die zweite Schenkelbreite 4057% der ersten Schenkelbreite 38.

In der Variante nach Figur 5 beträgt die zweite Schenkelbreite 40 60% der ersten Schenkelbreite 38. Insbesondere nimmt in den gezeigten Beispielen die Schenkelbreite in Einpressrichtung 18 ausgehend vom Klemmgrund 28 bis zur Schneidkante 20 weitgehend ab. Dabei verläuft die Innenseite 30 im Klemmbereich 22 weitgehend parallel zur Einpressrichtung 18. Eine Außenseite 42 des Schenkels nährt sich entlang der Einpressrichtung 18 der Innenseite 30 weitgehend an, so dass die Schenkelbreite entlang der Einpressrichtung 18 weitgehend abnimmt. Im in Figur 4 gezeigten Beispiel nährt sich dabei die Außenseite 42 der Innenseite zunächst mit einer größeren Steigung an, welche immer weiter abflacht, je näher sie sich der Schneidkante 20 annähert. Insbesondere weist die Außenseite 42 im in Figur 4 gezeigten Beispiel im Klemmbereich 22 eine Außenkontur auf, welche eine konkave Form hat. Auf Höhe der Schneidkante 20 weist der Schenkel 24 einen sich nach Außen erstreckenden Fortsatz auf, ab welchen sich die Außenseite 42 entlang der Einpressrichtung 18 bis zum freien Ende 26 wieder der Innenseite 30 annähert. Insbesondere hat die Außenseite 42 im in Figur 4 gezeigten Beispiel eine Außenkontur welche entlang der Einpressrichtung 18, insbesondere zwischen dem Klemmgrund 28 und dem freien Ende 26, S-förmig ausgebildet ist bzw. eine S-Form hat.

Vorteilhaft ist in den gezeigten Ausführungsbeispielen die Schneidkante 20 durch eine Einschnürung 44 des Schenkels 24 ausgebildet. Insbesondere ist die Einschnürung 44 eine Ausnehmung des Schenkels 24, welche sich weitgehend senkrecht zur Einpressrichtung 18 bzw. mit dem Schneidwinkel 36 von der Innenseite 30 in den Schenkel 24 hinein erstreckt. Im in Figur 4 abgebildeten Beispiel beträgt eine dritte Schenkelbreite 46 an der Einschnürung 46% der ersten Schenkelbreite 38. Im Beispiel aus Figur 5 beträgt die dritte Schenkelbreite 4644% der ersten Schenkelbreite 38.

Im in Figur 4 gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt eine Längserstreckung 48 des Scheid-Klemm-Elements 10 entgegen der Einpressrichtung 18 65% der ersten Schenkelbreite 38. Im Ausführungsbeispiel in Figur 5 beträgt die Längserstreckung 48 des Scheid-Klemm-Elements 10 entgegen der Einpressrichtung 18 71% der ersten Schenkelbreite 38. Im Ausführungsbeispiel in Figur 2 beträgt die Längserstreckung 48 des Scheid-Klemm-Elements 10 entgegen der Einpressrichtung 18 125% der ersten Schenkelbreite 38.

Im Umformbereich 12 schließen die beiden Schenkel 24 bzw. die beiden Innenseiten 30 der Schenkel 24 bzw. die beiden Umformflächen 32 der beiden Schenkel 24 einen Umform-Öffnungswinkel 50 ein. Anders formuliert schließt jeweils ein Schenkel 24 bzw. seine Innenseite 30 im Umformbereich 12 bzw. eine Umformfläche 32 zusammen mit der Einpressrichtung 18 einen halben Umform-Öffnungswinkel 50 ein. Im in Figur 4 gezeigten Beispiel beträgt der Umform-Öffnungswinkel 50 14°. Im in Figur 5 gezeigten Beispiel beträgt der Umform-Öffnungswinkel 50 zur Verdeutlichung 18°.

Im Fangbereich 16 schließen ein Schenkel 24 bzw. eine Innenseiten 30 des Schenkels 24 zusammen mit der Einpressrichtung 18 einen Fang-Öffnungswinkel 52 ein. Im in Figur 4 gezeigten Beispiel beträgt der Fang-Öffnungswinkel 52 40°. Im in Figur 5 gezeigten Beispiel beträgt der Fang-Öffnungswinkel 52 41°.

Figur 6 zeigt eine weitere Variante eines Scheid-Klemm-Elements 10 gemäß der vorliegenden Erfindung. In dieser Variante weisen die Schenkel 24 an ihren freien Enden 26 bzw. am Fangbereich 16 Zentrier-Absätze 54 auf. Die beiden Zentrier- Absätze 54 sind jeweils an der Außenseite 42 der Schenkel 24 angeformt und erstrecken sich nach Außen weitgehend senkrecht zur Einpressrichtung 18. Die Schenkel 24 weisen an ihren jeweiligen Zentrier-Absätzen 54 jeweils eine vierte Schenkelbreite 56 von 60% der ersten Schenkelbreite 38 auf.

Figur 7 zeigt eine weitere Variante mit einem Zentrier-Absatz 54 auf. In der in Figur 7 gezeigten Variante beträgt die vierte Schenkelbreite 56 beispielhaft 70% von der ersten Schenkelbreite 38.

Wie in Figuren 4 und 5 deutlich zu erkennen ist, ist in diesen Ausführungsformen vorteilhaft die Innenseite 30 des Schenkels 24 im Klemmbereich 22 weitgehend entlang der Einpressrichtung 18 ausgerichtet. Beispielhaft ist in diesen beiden Ausführungsformen an der Innenseite 30 des Schenkels 24 zwischen dem Klemmbereich 22 und der Schneidkante 20 eine Klemmstufe 58 angeordnet. Im Bereich der Klemmstufe 58 schließt der Schenkel 24 bzw. eine Innenseite 30 des Schenkels 24 zusammen mit der Einpressrichtung 18 einen Stufen-Öffnungswinkel 60 ein. Im in Figur 4 gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt der Stufen-Öffnungswinkel 60 16°. Im Ausführungsbeispiel der Figur 5 beträgt der Stufen-Öffnungswinkel 60 beispielhaft 18°.

In vorteilhaften Varianten mit einer Klemmstufe 58 ist zwischen der Klemmstufe 58 und den Schneidkanten 20 ein Übergangsbereich 62 angeordnet. Im Übergangsbereich 62 erstrecken sich die Schenkel 24 bzw. die Innenseiten 30 der Schenkel im Wesentlichen entlang der Einpressrichtung 18 bzw. weitgehend parallel zur Einpressrichtung 18. In den beiden in den Figuren 4 bzw. 5 gezeigten Beispiel hat der Übergangsbereich 62 entlang der Innenseite 30 eine Übergangslänge 64, welche 16% der ersten Schenkelbreite 38 beträgt. Im in Figur 7 gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt die Übergangslänge 64 des Übergangsbereichs 62 20% der ersten Schenkelbreite 38.

Figur 7 zeigt eine vorteilhafte Variante des Scheid-Klemm-Element 10, wobei das Scheid-Klemm-Element 10 auf seinen beiden gegenüberliegenden Außenseiten 42 jeweils einen Hauptrasthaken 66 und einen Nebenrasthaken 68 angeformt. Vorteilhaft sind die beiden Hauptrasthaken 66 und Nebenrasthaken 68 am Basisabschnitt 70 angeformt bzw. entgegen der Einpressrichtung 18 oberhalb vom Klemmgrund 28 angeordnet. Vorteilhaft ist der Hauptrasthaken 66 der ersten Außenseite 42 gegenüberliegend zum Hauptrasthaken 66 der zweiten Außenseite 42 angeordnet. Vorteilhaft ist der Nebenrasthaken 68 der ersten Außenseite 42 gegenüberliegend zum Hauptrasthaken 68 der zweiten Außenseite 42 angeordnet. Darunter, dass ein Rasthaken der ersten Außenseite 42 gegenüberliegende zum Rasthaken der zweiten Außenseite 42 angeordnet ist, soll insbesondere verstanden werden, dass die beiden Rasthaken bezüglich der Einpressrichtung jeweils auf der weitgehend gleichen Höhe angeordnet sind. Anders formuliert ist es von Vorteil, wenn die Hauptrasthaken 66 und/oder Nebenrasthaken 68 jeweils zueinander spiegelsymmetrisch bezüglich der gedachten Mittellinie 34 des Scheid-Klemm-Elements 10 ausgebildet sind. Der Hauptrasthaken 66 ist auf der Außenseite 42 vorteilhaft jeweils neben einem zugeordneten Nebenrasthaken 68 angeordnet. Darunter soll insbesondere verstanden werden, dass ein Abstand des Nebenrasthakens 68 zum Hauptrasthaken 66 in Einpressrichtung 18 weniger beträgt als 150% der addierten Gesamterstreckung des Hauptrasthakens 66 und des Nebenrasthakens 68 in Einpressrichtung 18, bevorzugt weniger als 100%, besonders bevorzugt weniger als 50%. In den Ausführungsbeispielen ist jeder der Hauptrasthaken 66 jeweils in Einpressrichtung 18 vor dem zugeordneten Nebenrasthaken 68 angeordnet. In anderen Worten ist der Hauptrasthaken 66 entlang der Einpressrichtung 18 weiter vom Klemmgrund 28 entfernt als der Nebenrasthaken 68.

Vorteilhaft weist der Hauptrasthaken 66 eine größere Erstreckung senkrecht zur Einpressrichtung 18 auf als der Nebenrasthaken 68. Im in Figur 7 gezeigten Beispiel beträgt eine erste Hakenlänge 72 des Hauptrasthakens 66 welche 190% einer zweiten Hakenlänge 74 des Nebenrasthakens 68 beträgt.

Figur 8 illustriert das Funktionsprinzip des Scheid-Klemm-Elements 10 gemäß der vorlegenden Erfindung. Gezeigt ist eine Variante des Scheid-Klemm-Elements 10 welche weitgehend der in Figur 5 gezeigten Ausführungsform entspricht. In Figur 8 zeigt einen Zeitpunkt, beim Einpressen des Scheid-Klemm-Elements 10 auf einen Draht 14, zu welchem der Draht 14 den Umformbereich 12 kontaktiert und wird durch das Einpressen verformt wird. Im Vergleich zu einem Scheid-Klemm-Element aus dem Stand der Technik (siehe Figur 1 c)) werden die Schenkel 24 im Umformbereich 12 wesentlich stärker nach Außen gespreizt. Dadurch, dass sich die Schenkel 24 in Einpressrichtung 18 verjüngen und hier beispielhaft eine Einschnürung 44 an der Schneidkante 20 aufweisen sind die Schenkel 24 an ihrem freien Ende 26 deutlich flexibler bzw. elastischer ausgebildet. Auf diese Weise verformen sich die Schenkel 24 bei der Aufnahme eines größeren Drahts 14 im Umformbereich 12 weitgehend ohne dass sich der Abstand der Schenkel 24 im Einpressbereich 22 bzw. am Klemmgrund 28 und an der Schneidkante 20 ändert. Auf diese Weise kann stets ein präziser Schnitt im richtigen Abstand sowie ein sicheres Einklemmen des Drahts 14 gewährleistet werden. Bei den Scheid-Klemm-Elementen des Standes der Technik besteht das Risiko, dass bei zu hohen Drahtdurchmessern die Schenkel 24 entlang ihrer gesamten Erstreckungsrichtung aufgespreizt werden und ggf. sich sogar plastisch Verformen. Das kann den negativen Effekt haben, dass der Klemmbereich zu stark aufgeweitet wird und keine gute Klemmwirkung mehr bereitstellen kann und/oder dass die Schneidkanten einen zu hohen Abstand voneinander haben und der Draht nicht ausreichend gut abisoliert wird und nicht mehr ausreichend gut kontaktiert werden kann.

Figur 9 illustriert beispielhaft die Geometrie der Schneidkanten 20. Figur 9 a) zeigt eine Ansicht auf die Schneidkanten 20 aus Figur 6 entlang der Linie IX-IX, wobei jedoch in das Scheid-Klemm-Element bereits ein Draht 14 montiert ist. Der Draht 14 weist ist ein mit einer Lackschicht 76 beschichteter Kupferdraht 78. Figur 9 a) zeigt eine bevorzugte Ausführungsform, in welcher die Schneidkanten 20 als Schabekanten ausgebildet sind. Die Schabekanten weisen beispielhaft eine weitgehend rechteckige Querschnittsform auf. Beim Einführen des Drahts 14 wird dieser an seiner Oberfläche durch die Schabekante abgeschabt und es wird ein definierter Span vom Draht 14 abgetragen.

Es ist deutlich zu erkennen, dass die Schabekanten im Kontaktbereich mit dem Draht 14 die Lackschicht 76 vollständig abgetragen hat und einen Oberflächenbereich des Kupferdrahts 78 entfernt hat, so dass die Schabekante entlang ihrer gesamten Dicke den Kupferdraht 78 kontaktiert. Das ermöglicht einen besonders guten elektrischen Kontakt. Zusätzlich ist so auch ein zuverlässiges mechanisches Fixieren bzw. Klemmen des Drahts möglich.

Figur 9 b) zeigt eine alternative Form der Schneidkanten 20, diese sind hier als Klingen ausgebildet. Die beiden Oberflächen der Klingen laufen nach Innen aufeinander zu, so dass die Dicke der Klingen nach Innen immer weiter abnimmt. Im Profil haben die Klingen des Ausführungsbeispiels beispielhaft eine Dreiecksform. Klingen haben den Vorteil, dass sie im Gegensatz zu Schabekanten den Draht nicht abschaben sondern einschneiden, was einen geringeren Kraftaufwand erfordert. Das Material des Drahts wird beim Einschneiden zumindest teilweise durch die Klinge verschoben.