DE10138800A1

DE10138800A1 - Elektrischer Kontaktbolzen mit Hutmutter sowie Verfahren zum Befestigen eines elektrischen Kontaktes

Info

Publication number: DE10138800A1
Application number: DE10138800A
Authority: DE
Inventors: Harald Schaety
Original assignee: Newfrey LLC
Current assignee: Newfrey LLC
Priority date: 2001-08-14
Filing date: 2001-08-14
Publication date: 2003-02-27

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Kontaktbolzen (1), eine Hutmutter (12) aus Kunststoff, ein elektrisches Kontaktsystem zum Befestigen eines elektrischen Kontaktes sowie ein Verfahren zum Befestigen eines elektrischen Kontaktes an einem zu lackierenden Werkstück (11). Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass eine kostengünstig herstellbare Hutmutter (12) aus Kunststoff, der nicht notwendigerweise elektrisch leitend sein muss, zum Befestigen eines elektrischen Kontaktschuhs (21) verwendet wird. Da eine Kunststoffmutter selbstsichernd gestaltet sein kann, sind die erforderlichen maximalen Drehmomente zur Erzeugung des Kontaktes relativ klein, insbesondere z. B. 8 Nm, wodurch ein Befestigen eines elektrischen Kontaktes auch bei dünnen Blechen mit Blechstärken von weniger als 0,6 mm ohne Deformationen ermöglicht wird. Die Hutmutter (12) aus Kunststoff dient in einem ersten Schritt als Abdichtung gegen das Eindringen von Lack in den elektrischen Kontaktbereich und in einem zweiten Schritt zur Befestigung eines Kontaktschuhs (21).

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Kontaktbolzen, insbesondere zum Befestigen eines elektrischen Massekontaktes, mit einem Schaft, der ein Außengewinde aufweist, und einem anschließenden Kontaktflansch mit einer dem Schaft zugewandten Kontaktfläche; eine Hutmutter für elektrische Kontaktbolzen; ein elektrisches Kontaktsystem, insbesondere zur Befestigung eines elektrischen Massekontaktes; sowie ein Verfahren zum Befestigen eines elektrischen Kontaktes an einem zu lackierenden Werkstück.
Ein typischer Anwendungsfall hierfür ist im Automobilbau gegeben, wo anschweißbare, anlötbare oder vernietbare Gewindebolzen zur Befestigung eines elektrischen Kontaktes als elektrische Kontaktbolzen verwendet werden.
Aus der EP 0 640 404 A1 ist ein Verfahren bekannt, mit dem ein elektrischer Kontakt zwischen einem Kontaktschuh und einem zu lackierenden Blech mit Hilfe eines Gewindebolzens und einer Hutmutter hergestellt wird. Hierbei wird die Hutmutter in zweierlei Weise verwendet: Zum einen schützt die Hutmutter den Gewindebolzen vor einer Lackbeschichtung während des Lackiervorgangs, zum anderen wird mit Hilfe der Hutmutter ein Kontaktschuh an dem Gewindebolzen befestigt. Der Vorteil dieses Verfahrens, welches metallische Hutmuttern verwendet, ist, dass durch die Verwendung der Hutmutter sowohl als Abdeckkappe als auch als Befestigungselement unnötiger Abfall in Form von mit Lack überzogenen Abdeckkappen vermieden wird, wie dies noch im Stand der Technik z. B. der EP 0 243 078 B1 beschrieben wird.
Ein Nachteil des bekannten Verfahrens besteht darin, dass die Hutmutter ein relativ teures Bauteil ist, wenn sie aus Metall gefertigt wird, und dass sie mit einem großen Drehmoment gegen den Kontaktschuh angezogen werden muss, damit sie sich nicht löst. Große Drehmomente bzw. große Kräfte stellen jedoch bei mechanisch empfindlichen Werkstücken wie z. B. dünnen Blechen ein Problem dar, da sie beim Anziehen der Mutter Verformungen oder Beschädigungen am Werkstück bewirken können.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, kostengünstig einen elektrischen Kontaktbolzen, eine Hutmutter, ein elektrisches Kontaktsystem sowie ein Verfahren zum Befestigen eines elektrischen Kontaktes zu schaffen, womit elektrische Kontakte auch an besonders empfindlichen Werkstücken, z. B. an dünnen Blechen, befestigt werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen elektrischen Kontaktbolzen mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1, durch eine Hutmutter mit den Merkmalen gemäß Anspruch 8, durch ein elektrisches Kontaktsystem mit den Merkmalen gemäß Anspruch 17, sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 20 gelöst. Besondere Merkmale und vorteilhafte Ausgestaltungen, die einzeln oder in Kombination auftreten können, sind Gegenstand der jeweils abhängigen Ansprüche.
Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung, der sich in allen Bauteilen des Systems auswirkt, ist die Verwendung einer Hutmutter aus Kunststoff zur Befestigung eines elektrischen Kontaktes, was wegen der elektrisch isolierenden Eigenschaft der meisten Kunststoffe bisher nicht in Betracht gezogen wurde. Versuche haben aber überraschenderweise gezeigt, dass der Übergangswiderstand des erfindungsgemäßen Systems nur geringfügig größer als der vollständig metallischer Systeme ist, und zwar unabhängig davon, ob ein elektrisch leitfähiger oder ein elektrisch isolierender Kunststoff gewählt wird.
Der erfindungsgemäße elektrische Kontaktbolzen, insbesondere zum Befestigen eines elektrischen Massekontaktes mit einem Schaft, der ein Außengewinde aufweist, und einem anschließenden Kontaktflansch mit einer dem Schaft zugewandten Kontaktfläche zeichnet sich dadurch aus, dass der Schaft mit dem Außengewinde zum Aufschrauben einer Hutmutter aus Kunststoff mit einem Drehmoment von mindestens 4 Nm, insbesondere mindestens 6 Nm, vorzugsweise etwa 8 Nm, ausgebildet ist.
Mit Hilfe des elektrischen Kontaktbolzens wird ein mechanischer und elektrischer Kontakt an einem Werkstück, insbesondere an einem Blech, hergestellt. Der Kontaktbolzen kann einen Durchmesser zwischen 4 und 10 mm, insbesondere zwischen 6 und 8 mm, aufweisen. Mit Hilfe des Außengewindes an dem Schaft kann eine Hutmutter aufgeschraubt werden, mit welcher der elektrische Kontakt, insbesondere ein elektrischer Kontaktschuh, befestigt wird. Der elektrische Kontakt wird zwischen dem Kontaktschuh und der dem Schaft zugewandten Kontaktfläche hergestellt. Von diesem beiden Oberflächen hängt der Übergangswiderstand hauptsächlich ab, so dass es nicht auf die elektrischen Eigenschaften der Hutmutter ankommt.
Gemäß der Erfindung sind für eine Herstellung eines elektrischen Kontaktes nur vergleichsweise geringe Drehmomente erforderlich, so dass elektrische Kontakte selbst an sehr dünnen Blechen, insbesondere auch an Blechen mit Dicken < 0,6 mm, vorzugsweise < 0,5 mm, befestigt werden können. Mit Hilfe des Kontaktflansches wird der elektrische Kontaktbolzen großflächig auf einem Werkstück, insbesondere einem Blech, befestigt. Die bei elektrischen Kontakten im Stand der Technik üblichen größeren Drehmomente dienen hauptsächlich der Sicherung gegen Lösen der Mutter, was bei Kunststoffinuttern durch konsstruktive Maßnahmen zur Erzielung einer Selbstsicherung ohne solche Drehmomente erreicht werden kann. Grundsätzlich aber können auch mit erfindungsgemäßen Hutmuttern vergleichbar große Drehmomente wie bei metallischen Muttern eingebracht werden, falls dies erforderlich oder gewünscht ist.
Der Kontaktflansch hat somit zum einen den Zweck, eine ausreichende mechanische Festigkeit des Kontaktbolzens an dem Werkstück zu erzielen, zum anderen den Zweck, eine ausreichend große Kontaktfläche für einen elektrischen Kontakt zur Verfügung zu stellen.
In einer Ausgestaltung der Erfindung beträgt das Verhältnis der Steigung des Außengewindes zum Durchmesser des Schaftes mindestens 1 : 5, insbesondere mindestens 1 : 4, vorzugsweise etwa 1 : 3. Im Vergleich zu elektrischen Kontaktbolzen für metallische Hutmuttern ist ein derartiges Verhältnis der Steigung des Außengewindes zum Durchmesser des Schaftes sehr viel größer. Durch ein derartiges Verhältnis wird ein Ausreißen des Gewindes einer Hutmutter aus Kunststoff verhindert.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung beträgt das Verhältnis der Dicke des Kontaktflansches zum Durchmesser des Schaftes mindestens 1 : 2, insbesondere 1 : 1.5, vorzugsweise etwa 1 : 1. Durch derartig dicke Kontaktflansche wird ein sicheres Ergreifen des elektrischen Kontaktbolzens durch eine Haltezange ermöglicht. Ein seitliches Verkippen wird verhindert. Der in einem Bolzenschweißverfahren mit Lichtbogen notwendige gute elektrische Kontakt zwischen elektrischem Kontaktbolzen und der Haltezange wird gewährleistet.
In einer besonderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen elektrischen Kontaktbolzens weist der Kontaktflansch an seiner der Kontaktfläche gegenüberliegenden Seite einen Schweißabschnitt auf, vorzugsweise mit einem stumpfen konischen Vorsprung. Mit Hilfe des Schweißabschnitts wird eine Schweißverbindung zwischen dem Kontaktflansch und einem Werkstück, insbesondere einem Blech, hergestellt. Mit Hilfe des konischen Vorsprungs wird die Zündung eines definierten Lichtbogens während des Bolzenschweißvorgangs ermöglicht. Diese Teile unterscheiden sich nicht von denen bei üblichen Massebolzen zum Anschweißen, wie sie im Stand der Technik bekannt sind.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Kontaktflansch einen üblichen Werkzeugangriffsbereich auf. Mit Hilfe des Werkzeugangriffsbereichs kann der elektrische Kontaktbolzen von einem Werkzeug ergriffen und die Hutmutter angeschraubt werden, ohne dass das Werkstück, an dem der elektrische Kontaktbolzen befestigt ist, mechanisch belastet wird. Darüber hinaus kann der Werkzeugangriffsbereich verwendet werden, um die Hutmutter anzuziehen, wenn der elektrische Kontaktbolzen noch nicht an dem Werkstück befestigt ist und die Kontaktfläche des elektrischen Kontaktbolzens von einer Hutmutter geschützt werden soll.
In einer speziellen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen elektrischen Kontaktbolzens weist der Schaft an seinem freien Ende eine Fase auf. Mit Hilfe der Fase wird zum einen ein Aufschrauben der Hutmutter erleichtert, zum anderen eine Verletzungsgefahr durch scharfe Kanten vermieden.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der elektrische Kontaktbolzen mit einer besonders korrosionsbeständigen und elektrisch kontaktfördernden Beschichtung, insbesondere einer Zinn-Zink-Legierung, versehen. Durch eine derartige Beschichtung, die beispielsweise durch Galvanisierung aufgebracht werden kann, werden Alterungsprozesse der Kontaktflächen, die zu einem Anstieg des Kontaktwiderstands und damit zu einer verringerten Leitfähigkeit führen könnten, unterdrückt.
Eine erfindungsgemäße Hutmutter aus Kunststoff, insbesondere zum Befestigen eines elektrischen Massekontaktes, mit einem Hut und einer Stirnseite, wobei die Stirnseite eine Gewindeöffnung aufweist, die ein Innengewinde enthält, ist dadurch gekennzeichnet, dass das Innengewinde so gestaltet und das Material der Hutmutter so beschaffen ist, dass die Hutmutter auf einem entsprechenden Außengewinde gegen eine Kontaktfläche mit einem Drehmoment von mindestens 4 Nm, insbesondere mindestens 6 Nm, vorzugsweise 8 Nm, angezogen werden kann.
Die Formgebung sowie das Material der Hutmutter sind so gewählt, dass derartige Drehmomente aufgenommen werden können. Diese Drehmomente liegen durchaus im Bereich von Drehmomenten, die üblicherweise bei metallischen Hutmuttern verwendet werden. Allerdings können Kunststoffmuttern so gestaltet werden, dass eine Selbstsicherung gegen unbeabsichtigtes Lösen schon bei niedrigeren Drehmomenten eintritt. Da der elektrische Kontakt große Drehmomente nicht unbedingt erfordert, kann die Einwirkung von Drehmomenten bzw. von Kräften auf das Werkstück reduziert werden, ohne die Gefahr eines Lösens der Mutter. Die verwendeten Drehmomente reichen trotzdem aus, um einen guten elektrischen Kontakt zwischen einem elektrischen Kontaktschuh und der Kontaktfläche mit der Hutmutter herzustellen.
Da die Hutmutter aus Kunststoff besteht, trägt sie ihrerseits nicht zum elektrischen Kontakt bei. Sie drückt lediglich den Kontaktschuh gegen die Kontaktfläche. Die Druckkräfte, die durch das Aufbringen eines Drehmomentes auf die Hutmutter erzeugt werden, sind im Vergleich zu metallischen Hutmuttern eventuell kleiner, reichen aber wider Erwarten für einen guten elektrischen Kontakt aus. Metallische Hutmuttern erfordern nicht wegen des elektrischen Widerstands ein höheres Drehmoment, sondern um eine Selbsthemmung der Hutmutter zu bewirken. Die hohen Drehmomente sind für die Herstellung eines einwandfreien elektrischen Kontaktes nicht erforderlich und belasten unnötigerweise die Verbindung zwischen Kontaktbolzen und Werkstück.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Hutmutter aus Kunststoff beträgt das Verhältnis der Steigung des Innengewindes zum Durchmesser der Gewindeöffnung mindestens 1 : 5, insbesondere mindestens 1 : 4, vorzugsweise etwa 1 : 3. Um für die erforderlichen Drehmomente eine hinreichende Festigkeit der Hutmutter zu gewährleisten und ein Ausreißen des Innengewindes zu vermeiden, sind derartige Verhältnisse der Steigung des Innengewindes zum Durchmesser der Gewindeöffnung vorteilhaft. Durch ein derartiges Verhältnis wird verhindert, dass die Hutmutter durch Überbeanspruchung ausreißt. Im allgemeinen ist für festere Kunststoffe ein größeres Verhältnis zweckmäßig; für weichere Kunststoffe ein kleineres Verhältnis notwendig. Bei Kunststoffinuttern reicht ein derartiges großes Verhältnis aufgrund der Elastizität des Materials aus, um eine Selbsthemmung zu erzielen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Hutmutter ist die Hutmutter aus mechanisch besonders belastbarem Kunststoff, insbesondere aus durch Glasfaser verstärktem Polyamid, gefertigt. Der Glasfaseranteil im Kunststoff beträgt mindestens 10%, insbesondere mindestens 20%, vorzugsweise etwa 35% am Gewicht. Durch die Glasfasern wird eine besondere Festigkeit des Kunststoffes erzielt, welche die Aufnahme der erforderlichen Drehmomente durch die Hutmutter erlaubt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Hutmutter weist der Hut eine Zentrierspitze auf, wie dies als Montagehilfe für solche Bauteile aus Kunststoff an sich bekannt ist. Mit Hilfe der Zentrierspitze kann die Hutmutter beim Aufschrauben wie auch der elektrische Kontaktbolzen, auf den die Hutmutter geschraubt ist, beim Ergreifen für den Setzvorgang zentriert werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Stirnseite der Hutmutter einen Dichtungsflansch auf. Mit Hilfe des Dichtungsflansches wird eine besonders gute Abdichtung gegen Eindringen von Lack erzielt, so dass die elektrische Kontaktflächen vor Lack, der den elektrischen Kontakt erschweren könnte, geschützt sind.
Gemäß der Erfindung ist es zweckmäßig, die Stirnseite mit einer stumpfwinkligen kegelförmigen Vertiefung auszugestalten, die nach außen eine Art Dichtungslippe ausbildet. Mit Hilfe der Dichtungslippe wird eine besonders gute Abdichtung gegen Lack erzeugt. Alternativ wird die Dichtungslippe durch mindestens einen Steg gebildet, der entlang des Umfanges des Dichtungsflansches an der Stirnseite der Hutmutter verläuft.
In einer speziellen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Hutmutter ist das Innengewinde mit Untermaß geformt. Durch das so geformte Innengewinde wird eine besonders gute Selbsthemmung der Hutmutter erzeugt, was ein selbständiges Lösen der Hutmutter von einem elektrischen Kontaktbolzen erschwert bzw. vermeidet.
In einer weiteren speziellen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Hutmutter weist der Hut einen Werkzeugangriffsbereich auf. Mit Hilfe des Werkzeugangriffsbereichs wird die Hutmutter von einem Werkzeug ergriffen und kann angezogen werden. Der Werkzeugangriffsbereich kann im Querschnitt durch ein Sechseck gegeben sein.
Das erfindungsgemäße elektrische Kontaktsystem, insbesondere zur Befestigung eines elektrischen Massekontaktes umfassend einen elektrischen Kontaktbolzen, insbesondere einen erfindungsgemäßen elektrischen Kontaktbolzen, und eine Hutmutter aus Kunststoff, insbesondere eine erfindungsgemäße Hutmutter, ist dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Kontaktbolzen einen Schaft mit einem Außengewinde und einen anschließenden Kontaktflansch aufweist, und die Hutmutter eine Stirnseite mit Gewindeöffnung, welche ein Innengewinde enthält, aufweist, wobei die Hutmutter mit einem Drehmoment von mindestens 4 Nm, insbesondere mindestens 6 Nm, vorzugsweise 8 Nm, gegen den Kontaktflansch festgezogen werden kann.
Das erfindungsgemäße elektrische Kontaktsystem erlaubt eine Befestigung eines elektrischen Kontaktes an einem Werkstück mit geringem Übergangswiderstand trotz eventuell vergleichsweise geringen Drehmomenten. Die Hutmutter aus Kunststoff macht große Drehmomente, die beispielsweise bei metallischen Hutmuttern notwendig sind, unnötig. Sie ist gleichzeitig in der Lage, ausreichend große Anpresskräfte zu bewirken, die für die Ausbildung eines elektrischen Kontaktes notwendig sind. Mit Hilfe des elektrischen Kontaktsystems werden Kraft- bzw. Drehmomenteinwirkungen bei dem Befestigen des elektrischen Kontaktes auf das Werkstück verringert. Hiermit wird ermöglicht, dass elektrische Kontakte selbst bei dünnen Blechen mit Blechstärken von unter 0,6 mm oder sogar unter 0,5 mm befestigt werden können. Dabei ist eine Kunststoffmutter mit komplexer Struktur kostengünstig herzustellen und hat ein geringeres Gewicht als eine metallische Mutter.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kontaktsystems ist zur Erzeugung einer Selbsthemmung die Steigung des Innengewindes ungleich der Steigung des Außengewindes. Durch die unterschiedlichen Steigungen wird das Innengewinde der Hutmutter elastisch deformiert, wodurch Reibungskräfte zwischen Hutmutter und elektrischem Kontaktbolzen verstärkt werden. Die Inkommensurabilität der beiden Gewindesteigungen bewirkt einen weiteren Schutz gegenüber unerwünschtem Lösen der Mutter vom elektrischen Kontaktbolzen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen elektrischen Kontaktsystems ist zur Erzeugung einer Selbsthemmung der Durchmesser des Gewindes auf dem Schaft um mindestens 2%, insbesondere um mindestens 6%, vorzugsweise um etwa 8%, größer als der Durchmesser der Gewindeöffnung. Durch den Durchmesserunterschied wird die Hutmutter auf dem elektrischen Kontaktbolzen verspannt. Hierdurch werden zusätzliche Reibungskräfte für eine Selbsthemmung erzeugt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Befestigen eines elektrischen Kontaktes an einem zu lackierenden Werkstück unter Verwendung eines elektrischen Kontaktbolzens, insbesondere eines erfindungsgemäßen elektrischen Kontaktbolzens, und einer Hutmutter, insbesondere einer erfindungsgemäßen Hutmutter, umfasst folgende Verfahrensschritte: Die Hutmutter wird auf dem Kontaktbolzen mit einem Drehmoment von mindestens 1 Nm, maximal 4 Nm, vorzugsweise etwa 3 Nm, angezogen; der Kontaktbolzen wird an dem Werkstück befestigt; Lack wird auf das Werkstück aufgebracht; die Hutmutter wird von dem Kontaktbolzen gelöst; ein elektrischer Kontaktschuh wird zwischengelegt; der elektrische Kontaktschuh wird durch Anziehen der Hutmutter mit einem Drehmoment von mehr als 4 Nm, vorzugsweise mehr als 6 Nm, insbesondere etwa 8 Nm, angepresst.
Die Hutmutter hat zum einen die Funktion, den Kontaktbolzen vor Lack zu schützen, zum anderen wird mit ihr der mechanische und damit der elektrische Kontakt hergestellt. Die verwendeten Drehmomente sind im Vergleich zu bekannten Verfahren geringer, wodurch eine Anwendung des Verfahrens selbst bei sehr dünnen Blechen durchführbar ist.
Die Reihenfolge der Verfahrensschritte kann teilweise vertauscht werden. Insbesondere kann der elektrische Kontaktbolzen zunächst befestigt werden, woraufhin die Hutmutter angezogen wird. In jedem Fall ist es wichtig, dass die Hutmutter vor dem Aufbringen des Lackes an dem Kontaktbolzen angezogen ist, damit der Kontaktbolzen vor Lack geschützt wird. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens werden elektrische Kontakte erzeugt, die in ihrer Qualität vergleichbar sind mit den Kontakten, die mit metallischen Hutmuttern hergestellt sind. Die jeweiligen elektrischen Kontaktwiderstände stimmen bis auf wenige Prozent überein.
Der Kontaktbolzen kann durch Schweißen, Löten oder Nieten am Werkstück befestigt werden.
Die Hutmutter aus Kunststoff kann auf einfache Weise durch eine entsprechende Additivzugabe zum Kunststoff eingefärbt werden. Die Farbe kann für eine Identifizierung der Hutmutter, insbesondere ihrer Aufgabe bzw. ihrer Größe etc. herangezogen werden.
In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung wird die Hutmutter beim ersten Anziehen elastisch oder plastisch deformiert. Durch die elastische oder plastische Deformation wird eine besonders gute Abdichtung erzielt, wodurch der elektrische Kontaktbolzen besonders effektiv vor Lack geschützt wird. Durch eine elastische oder plastische Deformation, insbesondere beim zweiten Anziehen, wird weiterhin eine besonders gute Selbsthemmung der Hutmutter nach der Endmontage bewirkt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Besonderheiten, die einzeln oder in Kombination auftreten können, werden anhand der folgenden Zeichnung erläutert. Die Zeichnung soll jedoch die Erfindung nicht einschränken, sondern soll nur exemplarisch die Erfindung veranschaulichen.
Es zeigen:
Fig. 1 einen erfindungsgemäßen elektrischen Kontaktbolzen in der Seitenansicht;
Fig. 2 einen erfindungsgemäßen elektrischen Kontaktbolzen nach Fig. 1 im Querschnitt;
Fig. 3 eine erfindungsgemäße Hutmutter in der Seitenansicht, halb aufgeschnitten;
Fig. 4 eine erfindungsgemäße Hutmutter nach Fig. 3 im Querschnitt;
Fig. 5 ein erfindungsgemäßes elektrisches Kontaktsystem in der Seitenansicht;
Fig. 6 ein erfindungsgemäßes elektrisches Kontaktsystem nach Fig. 5 im Querschnitt;
Fig. 7 einen Ausschnitt aus dem erfindungsgemäßen elektrischen Kontaktsystem nach Fig. 5 im Längsschnitt; und
Fig. 8 verschiedene Verfahrensabläufe des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Befestigen eines elektrischen Kontaktes an einem zu lackierenden Werkstück unter Verwendung eines elektrischen Kontaktbolzens und einer Hutmutter.
Die Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen elektrischen Kontaktbolzen 1 in der Seitenansicht mit einem Schaft 2, der mit einem Kontaktflansch 3 verbunden ist, wobei der Kontaktflansch 3 mit Hilfe eines Schweißabschnitts 23 und einem konischen Vorsprung 9 an einem Werkstück 11 (nicht abgebildet) befestigt werden kann. Der Kontaktflansch 3 stellt auf seiner einen Seite einen mechanischen Kontakt zum Werkstück her, auf der anderen Seite einen elektrischen Kontakt zu einem Kontaktschuh 21 (nicht abgebildet) mit Hilfe seiner Kontaktfläche 4. Der Schaft 2 weist ein Außengewinde 5 auf, mit dem eine Hutmutter 12 (nicht abgebildet) befestigt werden kann. Solche Kontaktbolzen 1 haben typischerweise ein T6 Außengewinde und werden mit einem Drehmoment von 6-8 Nm angezogen.
Das Verhältnis der Dicke DF des Kontaktflansches zum Durchmesser DS des Schaftes beträgt etwa 1 : 1. Hiermit wird ermöglicht, dass der elektrische Kontaktbolzen 1 auf einfache Weise von einer Bolzensetzmaschine ergriffen werden kann und ein ausreichend guter elektrischer Kontakt beim Bolzenschweißen zwischen Bolzensetzmaschine und elektrischem Kontaktbolzen erzielt wird. Der Schaft 2 weist an seinem freien Ende eine Fase 10 auf. Das Verhältnis der Steigung SA des Außengewindes zum Durchmesser DS des Schaftes 2 beträgt 1 : 3. Dieses große Verhältnis ist zur Anschraubung von Hutmuttern 12 aus Kunststoff besonders geeignet. Mit Hilfe des konischen Vorsprungs 9 wird ein Lichtbogen beim Bolzenschweißen erzeugt, der von der Spitze des konischen Vorsprungs 9 startet. Der Abschnitt 23 wird nach Aufheizung des Werkstückes in die flüssige Schmelze gedrückt.
Fig. 2 zeigt den erfindungsgemäßen elektrischen Kontaktbolzen 1 nach Fig. 1 im Querschnitt. Zu erkennen ist der Schaft 2 und der Durchmesser DS des Schaftes 2, sowie der Werkzeugangriffsbereich 20, mit dem der elektrische Kontaktbolzen 1 von einem Werkzeug (nicht abgebildet) ergriffen werden kann.
Fig. 3 zeigt eine erfindungsgemäße Hutmutter 12 mit einer Gewindeöffnung 13, die ein Innengewinde 6 enthält, wobei das Verhältnis der Steigung SI des Innengewindes 6 zum Durchmesser DG der Gewindeöffnung 13 etwa 1 : 3 beträgt. Solche Hutmuttern 12 haben ein typischerweise ein M6 Innengewinde 6 und werden mit etwa 9,6 Nm angezogen. Die Hutmutter 12 weist einen Werkzeugangriffsbereich 19 auf, mit dem die Hutmutter 12 von einem Werkzeug (nicht abgebildet) ergriffen werden kann. Darüber hinaus weist die Hutmutter 12 einen Hut 16 mit einer Zentrierspitze 7 auf, mit der die Hutmutter 12, sowie der elektrische Kontaktbolzen 1, auf den die Hutmutter 12 geschraubt ist, ergriffen werden kann. Eine Vertiefung 22 an einem Dichtungsflansch 8 der Hutmutter 12 bildet eine Dichtungslippe 15 aus, mit der eine besonders effiziente Abdichtung der Kontaktfläche 4 des elektrischen Kontaktbolzens 1 bewirkt wird.
Die Fig. 4 zeigt die erfindungsgemäße Hutmutter 12 nach Fig. 3 im Querschnitt mit der Gewindeöffnung 13, dem Durchmesser DG der Gewindeöffnung 13 und dem Werkzeugangriffsbereich 19.
Das erfindungsgemäße elektrische Kontaktsystem ist in Fig. 5 in der Seitenansicht gezeigt. Zu erkennen ist die erfindungsgemäße Hutmutter 12 aus Kunststoff mit der Zentrierspitze 17, dem Hut 16, dem Werkzeugangriffsbereich 19 und dem Dichtungsflansch 8 sowie der erfindungsgemäße elektrische Kontaktbolzen 1 mit dem Schaft 2, dem Außengewinde 5, der Kontaktfläche 4, dem Kontaktflansch 3, der einen Werkzeugangriffsbereich 20 und den Schweißabschnitt 23 mit dem konischen Vorsprung 9 aufweist. Die Hutmutter 12 ist auf dem Kontaktbolzen 1 aufgeschraubt und die Kontaktfläche 4 wird von dem Dichtungsflansch 8 geschützt.
Die Fig. 6 zeigt das erfindungsgemäße elektrische Kontaktsystem nach Fig. 5 im Querschnitt mit den Werkzeugangriffsbereichen 19, 20 und dem Schaft 2.
Der Schutz der Kontaktfläche 4 vor einem Lackauftrag wird in der Detailansicht Fig. 7 beschrieben. Zu erkennen ist der Dichtungsflansch 8, der eine Dichtungslippe 15 aufweist, die durch eine stumpfwinklige kegelförmige Vertiefung 22 erzeugt wird. Die Dichtungslippe 15 wird gegen die Kontaktfläche 4 gedrückt, wodurch eine Deformation 14 hervorgerufen wird. Die Deformation bewirkt zum einen eine Abdichtung, zum anderen aufgrund der elastischen Verformung der Hutmutter 1 eine Selbsthemmung der Hutmutter 1.
Fig. 8 zeigt das erfindungsgemäße Verfahren zum Befestigen eines elektrischen Kontaktes an einem zu lackierenden Werkstück 11. In den Reihen werden die mögliche Reihenfolgen dargestellt.
In der obersten Reihe wird die Hutmutter 12 zunächst auf dem elektrischen Kontaktbolzen 1 teilweise aufgeschraubt. Dann wird der Kontaktbolzen 1 auf dem Werkstück 1 I, hier als Blech ausgebildet, aufgeschweißt. Mit Hilfe der Haltezange 18 wird der elektrische Strom zum Schweißen auf den elektrischen Kontaktbolzen 1 übertragen. Anschließend wird die Hutmutter 12 zur Abdichtung auf den Kontaktbolzen 1 fest aufgeschraubt. Dann wird lackiert. Anschließend wird die Hutmutter 12 gelöst, damit ein elektrischer Kontaktschuh 21 eingebracht werden kann, der schließlich durch Anpressen mit Hilfe der Hutmutter 12 elektrisch mit der Kontaktfläche 4 kontaktiert wird.
In der zweiten Reihe wird die Hutmutter 12 zunächst auf dem Kontaktbolzen 1 festgeschraubt. Der Kontaktbolzen 1 wird durch das Haltewerkzeug 18 gehalten und durch einen Schweißvorgang an dem Werkstück 11 befestigt. Anschließend wird lackiert. Die Hutmutter 12 wird teilweise gelöst und der Kontaktschuh 21 wird eingebracht. Durch Anziehen der Hutmutter 12 mit einem Drehmoment von beispielsweise etwa 8 Nm wird der Kontaktschuh 21 befestigt und elektrisch gut mit der Kontaktfläche 4 kontaktiert.
In der dritten Zeile wird der Kontaktbolzen 1 von dem Haltewerkzeug 18 gehalten und aufgeschweißt. Anschließend wird die Hutmutter 12 aufgeschraubt. Dann wird lackiert. Der Kontaktschuh 21 wird in der beschriebenen Weise eingebracht.
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Kontaktbolzen 1, eine Hutmutter 12 aus Kunststoff, ein elektrisches Kontaktsystem zum Befestigen eines elektrischen Kontaktes, sowie ein Verfahren zum Befestigen eines elektrischen Kontaktes an einem zu lackierenden Werkstück 11. Die Erfindung zeichnet sich zunächst dadurch aus, dass die Hutmutter aus Kunststoff und damit kostengünstig herstellbar ist. Außerdem können die erforderlichen maximalen Drehmomente zur Erzeugung des elektrischen und mechanischen Kontaktes vergleichsweise klein sein, insbesondere bei 8 Nm liegen, wodurch ein Befestigen eines elektrischen Kontaktes auch bei dünnen Blechen mit Blechstärken von weniger als 0,5 mm ohne Verformungen ermöglicht wird. Bezugszeichenliste 1 Elektrischer Kontaktbolzen
2 Schaft
3 Kontaktflansch
4 Kontaktfläche
5 Außengewinde
6 Innengewinde
7 Zentrierspitze
8 Dichtungsflansch
9 konischer Vorsprung
10 Fase
11 Werkstück
12 Hutmutter
13 Gewindeöffnung
14 Deformation
15 Dichtungslippe
16 Hut
17 Stirnseite
18 Haltezange
19 Werkzeugangriffsbereich
20 Werkzeugangriffsbereich
21 Kontaktschuh
22 Vertiefung
23 Schweißabschnitt
DS Durchmesser des Schaftes 2
DF Dicke des Flansches 4
SA Steigung des Außengewindes 5
SI Steigung des Innengewindes 6
DG Durchmesser der Gewindeöffnung 13

Claims

1. Elektrischer Kontaktbolzen (1), insbesondere zum Befestigen eines elektrischen Massekontaktes, mit einem Schaft (2), der ein Außengewinde (5) aufweist, und einem anschließenden Kontaktflansch (3) mit einer dem Schaft zugewandten Kontaktfläche (4), dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (2) mit dem Außengewinde zum Aufschrauben einer Hutmutter aus Kunststoff mit einem Drehmoment von mindestens 4 Nm, insbesondere mindestens 6 Nm, vorzugsweise etwa 8 Nm, ausgebildet ist.

2. Elektrischer Kontaktbolzen (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Steigung (SA) des Außengewindes (5) zum Durchmesser (DS) des Schaftes (2) mindestens 1 : 5, insbesondere mindestens 1 : 4, vorzugsweise etwa 1 : 3 beträgt.

3. Elektrischer Kontaktbolzen (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Dicke (DF) des Kontaktflansches (3) zum Durchmesser (DS) des Schaftes (2) mindestens 1 : 2, insbesondere 1 : 1.5, vorzugsweise etwa 1 : 1 ist.

4. Elektrischer Kontaktbolzen (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktflansch (3) an seiner der Kontaktfläche gegenüberliegenden Seite einen Schweißabschnitt (23) aufweist, vorzugsweise mit einem stumpfen konischen Vorsprung (9).

5. Elektrischer Kontaktbolzen (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktflansch (3) einen Werkzeugangriffsbereich (20) aufweist.

6. Elektrischer Kontaktbolzen (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (2) an seinem freien Ende eine Fase (10) aufweist.

7. Elektrischer Kontaktbolzen (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktbolzen (1) eine besonders korrosionsbeständige und elektrisch kontaktfördernde Beschichtung, insbesondere eine Zink-Zinnlegierung, aufweist.

8. Hutmutter (12) aus Kunststoff, insbesondere zum Befestigen eines elektrischen Massekontaktes, mit einem Hut (16) und einer Stirnseite (17), wobei die Stirnseite (17) eine Gewindeöffnung (13) aufweist, die ein Innengewinde (6) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass das Innengewinde (6) so gestaltet und das Material der Hutmutter (12) so beschaffen ist, dass die Hutmutter (12) auf einem entsprechenden Außengewinde (5) gegen eine Kontaktfläche (4) mit einem Drehmoment von mindestens 4 Nm, insbesondere 6 Nm, vorzugsweise 8 Nm, angezogen werden kann.

9. Hutmutter (12) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Steigung des Innengewindes (6) zum Durchmesser (DG) der Gewindeöffnung (13) mindestens 1 : 5, insbesondere mindestens 1 : 4, vorzugsweise etwa 1 : 3 beträgt.

10. Hutmutter (12) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Hutmutter (12) aus besonders mechanisch belastbarem Kunststoff, insbesondere durch Glasfasern verstärktem Polyamid, gefertigt ist.

11. Hutmutter (12) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff mindestens 10%, insbesondere mindestens 20%, vorzugsweise etwa 35% Glasfasern enthält.

12. Hutmutter (12) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Hut (16) eine Zentrierspitze (7) aufweist.

13. Hutmutter (12) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnseite (17) einen Dichtungsflansch (8) aufweist.

14. Hutmutter (12) nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnseite (17) eine stumpfwinklige kegelförmige Vertiefung (22) aufweist, so dass sich außen eine Dichtungslippe (15) ausbildet.

15. Hutmutter (12) nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Innengewinde (6) mit Untermaß geformt ist.

16. Hutmutter (12) nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Hut (16) einen Werkzeugangriffsbereich (19) aufweist.

17. Elektrisches Kontaktsystem, insbesondere zur Befestigung eines elektrischen Massekontaktes, umfassend einen elektrischen Kontaktbolzen (1), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 7, und eine Hutmutter (12) aus Kunststoff, insbesondere nach einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Kontaktbolzen (1) einen Schaft (2) mit einem Außengewinde (5) und einen anschließenden Kontaktflansch (3) aufweist, und die Hutmutter (12) eine Stirnseite (17) mit Gewindeöffnung (13), welche ein Innengewinde (6) enthält, aufweist, wobei die Hutmutter (12) mit einem Drehmoment von mindestens 4 Nm, insbesondere 6 Nm, vorzugsweise 8 Nm, gegen den Kontaktflansch (3) festgezogen werden kann.

18. Elektrisches Kontaktsystem nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung einer Selbsthemmung die Steigung des Innengewindes (6) ungleich der Steigung des Außengewindes (5) ist.

19. Elektrisches Kontaktsystem nach einem der Ansprüche 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung einer Selbsthemmung der Durchmesser (DS) des Schaftes (2) mindestens um 2%, insbesondere um mindestens 6%, vorzugsweise um etwa 8%, größer ist als der Durchmesser (DG) der Gewindeöffnung (13).

20. Verfahren zum Befestigen eines elektrischen Kontaktes an einem zu lackierenden Werkstück (11) unter Verwendung eines elektrischen Kontaktbolzens (1), insbesondere eines elektrischen Kontaktbolzens (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, und einer Hutmutter (12), insbesondere einer Hutmutter (12) nach einem der Ansprüche 8 bis 16, mit folgenden Verfahrensschritten:

- Anziehen der Hutmutter (12) auf dem Kontaktbolzen (1) mit einem Drehmoment von mindestens 1 Nm, maximal 4 Nm, vorzugsweise etwa 3 Nm;

- Befestigen des Kontaktbolzens (1) an dem Werkstück (11)

- Aufbringen des Lackes auf das Werkstück (11);

- Lösen der Hutmutter (12) von dem Kontaktbolzen (1);

- Zwischenlegen eines elektrischen Kontaktschuhs (21);

- Anpressen des elektrischen Kontaktschuhs (21) durch Anziehen der Hutmutter (12) mit einem Drehmoment von mehr als 4 Nm, vorzugsweise mehr als 6 Nm, insbesondere etwa 8 Nm.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Hutmutter (12) aus Kunststoff gefertigt ist.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Hutmutter (12) beim Anziehen elastisch oder plastisch deformiert wird.