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Kontakthülse für Steckkontakte
Die Erfindung bezieht sich auf Kontakthülsen für elektrische Steckkontakte, die in ihrer Gesamtheit aus diesen Kontakthülsen und zugeordneten in die Hülsen einzuführenden Steckerstiften bestehen.
Die bekannten Kontakthülsen bestehen in ihrem grundsätzlichen Aufbau aus einem Tragelement und darin befindlichen Kontaktelementen. Das Tragelement besteht dabei zumeist aus Metall oder einem starren, unelastischen Isolierstoff; die Kontaktelemente selbst sind, wenn es sich um mehrere handelt, zumindest an einem Ende über das Tragelement oder mittels besonderer Konstruktionsteile starr mitein- ander verbunden und als Federn ausgebildet. Der Kontaktdruck ist dabei durch die Federkraft der Kontakt- elemente bestimmt und aus diesem G runde weder für alle Kontaktelemente, noch für die verschiedenen
Berührungspunkte des einzelnen Kontaktelementes gleich.
Meistens kommt die an sich schon beschränkte
Federkraft des Kontaktelementes nur an vereinzeltenBerührungspunkten derMetallfeder mit dem Stecker- stift zur Geltung.'Häufig reicht dabei der Kontaktdruck für einige Kontaktelemente oder zumindest für grössere Teile der Berührungsflächen der einzelnen Kontaktelemente nicht aus, den elektrischen Über- gangswiderstand, der durch die mangelhafte oder unzureichende Koniaktfläche (Engewiderstand) und durch
Oxydschichten oder andere Fremdschichten entsteht, die sich auf den Kontaktflächen von Kontakthülse und-stift gebildet haben, auf das für den einwandfreien Stromübergang erforderliche Mass zu reduzieren.
Mangelhafte Strombelastbarkeit ist die Folge.
Zwar hat man bei derartig aufgebauten Kontakthülsen, bei denen also die Kontaktelemente aus Metallfedern bestehen, die an zumindest einem ihrer Enden starr und unelastisch verbunden sind, versucht, den Kontaktdruck durch Zwischenschaltung plastisch-elastischer Elemente, die die metallischen Kontaktelemente in ihrem federnden Teil gegen das Tragelement abstützen, zu unterstützen, doch ist dieser Aufwand erheblich und es bleibt auch hier der aufgezeigte Mangel, dass der Kontaktdruck nicht für alle Kontaktelemente und nicht für alle Teile jedes Kontaktelementes gleich ist. Hinzu kommt, dass der Durchmesser und damit die Strombelastbarkeit der einzelnen Kontaktelemente beschränkt ist, da sie wegen ihrer Doppelfunktion als Kontaktgeber und Kontaktdruckerzeuger als Metallfeder ausgebildet sein müssen.
Mangelhafte Strombelastbarkeit besitzt aus den zuvor genannten Gründen auch eine andere bekannte Ausführungsform, bei der jede Kontakthülse nur ein Kontaktelement aufweist, welches aus einem längsgeschlitzten zylindrischen Rohrstück od. dgl. besteht, das in einem elastischen Ring eingebettet oder von einem elastischen Ring oder Mantel umgeben ist. Hier berührt ein eingeführter Steckerstift schon wegen unvermeidbarer Fertigungstoleranzen offenbar nicht oder zumindest nicht mit gleichem Kontaktdruck den gesamten Innenumfang des Kontaktelementes. Die anzustrebende Vielzahl echter Berührungspunkte zwischen Kontaktelement und Steckerstift wird bei dieser Ausführungsform noch weniger erreicht als oei den gebündelten, d. h. zumindest einseitig miteinander verbundenen Kontaktfedern.
Schliesslich weist auch eine weitere bekannte Ausführungsform die gleichen Mängel auf, bei der die Kontaktelemente durch Beflechtung oder Umklöppelung der aus gummielastischen Stoffen hergestellten Tragelemente hergestellt sind. Das entstehende Metallgeflecht oder Metallnetz (auch Metallkorb z. B. durch hyperboloide Anordnung der Kontaktelemente) ist im wesentlichen bestimmend für den vorhandenen Kontaktdruck.
Da die einzelnen Drähte durch die Flechtung und die Befestigung am Tragteil oder an Halteelementen miteinander verbunden sind, ergibt sich wie bei den vorher beschriebenen Ausführungsformen ein ungleicher und oft unzureichender Kontaktdruck an den einzelnen Berührungspunkten des Me-
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tallgeflechtes mit dem Steckerstift, abgesehen davon, dass die Strombelastbarkeit der zur Flechtung wie zur Federung geeigneten einzelnen Drähte sehr begrenzt und unzuverlässig ist. Da die Fertigung dieser
Ausführungsform mit hohem Aufwand verbunden ist, wurde dafür, soweit feststellbar, die Fabrikation bis- her nicht aufgenommen.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine Kontakthülse zu schaffen, bei der alle Kontakt- elemente an allen Stellen mit praktisch genau gleichem Kontaktdruck wirksam werden und der Kontakt- druck durch Wahl und Gestaltung ausschliesslich des Tragelementes und der Kontaktelemente praktisch beliebig hoch, insbesondere so gewählt werden kann, dass sich sehr niedrige und konstante Übergangswi- derstände und damit hohe und zuverlässige Strombelastbarkeit ergeben.
Die Erfindung betrifft eine Kontakthülse für Steckkontakte aus einem zylindrischen, aus elastisch verformbaren Werkstoff, wie Gummi oder Kunststoff, bestehendem Tragelement, und darin befindlichen
Kontaktelementen, wobei der Kontaktdruck durch elastische Verformung des Tragelementes bei Einfüh- rung eines zugeordneten Steckerstiftes hergestellt wird. Sie besteht darin, dass als Kontaktelemente eine
Vielzahl parallel zur Achsrichtung der Kontakthülse angeordneter Kontaktnadeln eingesetzt ist und diese einzeln unter Verformung des Tragelementes bewegbar sind.
Unter Vielzahl sind dreiKontaktnadeln und mehr, im allgemeinen wesentlich mehr als drei, zu ver- stehen. Die Bewegbarkeit der einzelnen Kontaktnadeln bezieht sich insbesondere auf radiale Richtung (von der Hülsenachse nach aussen), wobei die Kontaktnadeln unabhängig voneinander sind. Bei den Kon- taktnadeln kann es sich um dünne Kontaktfedern oder elastische Kontaktdrähte handeln (Bezugszeichen 3 in den Fig. 1-9), die sich dem Steckerstift anschmiegen, ohne aus eigener Federkraft den Kontaktdruck herzustellen oder zu verstärken, es können aber auch vollkommen starre Kontaktstifte oderKontaktstäbe beliebiger Stärke Verwendung finden (Bezugszeichen 19 in den Fig. 10-12), die ebenfalls zur Kontakt- druckerzeugung von sich aus nicht beitragen.
Ein durch die Erfindung erreichter Vorteil ist vor allem darin zu sehen, dass bei der erfindungsgemä- ssen Kontakthülse für jede Kontaktnadel ein gleicher und auf alle Teile der einzelnen Kontaktnadeln gleichmässig wirkender Kontaktdruck erzielt wird, der durch die Auswahl von Werkstoff und Verformung- mass des elastischen Tragelementes durch das Verhältnis des Innendurchmessers des aus den Kontaktnadeln bestehenden Zylinders zum Durchmesser des Steckerstiftes bestimmt ist. Da die Elastizität des Werkstof- fes über die ganze Länge und den vollen Umfang des Tragelementes die gleiche Kontaktlast erzeugt, werden alle Kontaktnadeln mit allen ihren Teilen gleichmässig an den Steckerstift angepresst.
Bei starren
Kontaktnadeln ist dies mit einem besonderen Effekt verbunden :, Selbst die höchste Verformung (Spannung) des gummielastischen Werkstoffes erzeugt gleichmässigen Kontaktdruck, da durch die Starrheit der Kon- taktnadeln ein Kontaktdruckausgleich in Längsrichtung der Kontaktelemente stattfindet.
Durch die Gleichmässigkeit des Kontaktdruckes auf der ganzen Berührungsfläche der Kontaktelemente sowohl in Längsrichtung als auch in radialer Richtung der Kontakthülse ergeben sich überraschend nied- rige Übergangswiderstände. Hohe und zuverlässige Strombelastbarkeit bei Steckverbindungen von erfin- dungsgemässen Kontakthülsen ist die Folge.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus der vollkommenen Trennung zwischen Kontaktherstellung und
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KontaktdruckerzeugungStröme grösserer Stärken übertragen.
Ein weiterer Vorteil ist in folgendem zu sehen : Da sich in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, wobei die einzelnen Kontaktnadeln als runde starre, Kontaktstifte ausgebildet sind, die Kontaktnadeln beim Steckvorgang wie in einem Lager drehen können, findet ein Verschleissstellenaustausch statt.
Damit ist nicht nur eine erhöhte Selbstreinigung erreicht, sondern es findet ein Austausch der Verschleissstellen, also-der zum Oberflächenschutz aufgetragenen und vom Schleifvorgang beanspruchten Werkstoffe, statt, was eine beträchtlich erhöhte Kontaktsicherheit und Lebensdauer der erfindungsgemässen Steckvorrichtung zur Folge hat.
Schliesslich liegt ein weiterer Vorteil im einfachen Aufbau der erfindungsgemässenkontakthülsewie sich aus der Beschreibung der Ausführungsbeispiele ergeben wird, insbesondere dadurch, dass das elastisch verformbare Tragelement zugleich Isolierung ist, so dass die Kontakthülse im einfachsten Aufbau nur aus dem Tragelement und den Kontaktnadeln besteht und keines weiterenTrage-oder Schutzelementes be- darf.
Im einzelnen lässt sich die Erfindung auf verschiedene Weise verwirklichen. So ist eine Ausführungsform der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Kontaktnadeln an dem Tragelement ein-
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zeln befestigt sind. Nach einer andern Ausführungsform können die einzelnen Kontaktnadeln mit einem (oder mehreren) Haltering (en) gegen das Tragelement gedrückt und damit gehalten sein, wobei sie nichts- destoweniger nach aussen hin einzeln bewegbar sind. Man kann aber auch die in Längsrichtung der Kon- takthülse angeordneten Kontaktnadeln mit ihren Enden um das Tragelement herumbiegen oder die Kontaktnadeln mit besonderen Ausformungen versehen und diese in Ausnehmungen des Tragelementes ein- betten oder einsetzen.
Auch kann die Befestigung der Kontaktnadeln an dem Tragelement durch Vulkani- sation oder Kleben, d. h. Adhäsionskräfte, erfolgen.
All diese und weitere Varianten werden im folgenden anHand vonzeichnungen erläutert ; die Fig. la, lb-12a, 12b erläutern jeweils im Längsschnitt bzw. Teillängsschnitt und Querschnitt bzw. Teilquerschnitt erfindungsgemässe Kontakthülsen
Die in denFiguren dargestelltenKontakthülsen sind für Steckkontakte bestimmt, die in ihrer Gesamt- heit aus einem in Fig. la nur angedeuteten Steckerstift 1 und der Kontakthülse bestehen. Die letztere be- steht aus einem zylindrischen Tragelement 2 und darin eingesetztenKontaktnadeln 3 oder 19 als Kontakt- elemente. Das Tragelement 2 besteht aus einem elastisch verformbaren, schlauchartigen Körper aus
Gummi oder gummielastischem Kunststoff, wobei durch elastische Verformung des Tragelementes 2 bei
Einführen des Steckerstiftes 1 der Kontaktdruck hergestellt wird.
Wie die Figuren im einzelnen erläutern, können die einzelnen Kontaktnadeln 3 oder 19 auf verschie- dene Weise mit dem hülsenförmigen Tragelement 2 verbunden sein.
Nach den Fig. la, lb sind die Kontaktnadeln 3 mit ihren Enden 3a um das hülsenförmige Tragelement herumgebogen und möglicherweise mittels Klemmring 4 zusätzlich gehalten. Die Bohrung des Klemmrin- ges und der Innendurchmesser seiner Aussenwand sind dabei so gewählt, dass trotz derMontage des Klemm- ringes am Tragelement 2 der Steckerstift 1, dessen Durchmesser grösser ist als der Innendurchmesser des
Tragelementes 2, eingeführt werden kann.
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oder eingespritzt sind.
Bei der Ausführungsform nach den Fig. 3a, 3b besitzen die Kontaktnadeln 3 Ausformungen 3c, die in
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taktnadeln in der Innenseite des hülsenförmigen Tragelementes 2 anzuordnen, wobei im Ausführungsbeispiel zickzackförmige Kontaktnadeln gewählt und diese gleichsam mit ihren Wellentälern 3d in den Werkstoff des hülsenförmigen, elastisch verformbaren Tragelementes 2 eingebettet, mit ihren Wellenbergen 3e jedoch aus diesem hervorstehend ausgeführt sind. Bei dieser Ausführungsform kann man die Kontakthülsen nach der Erfindung gleichsam kontinuierlich als Schlauch fertigen und in Abschnitte teilen.
Die in den Fig. 5a und 5b dargestellte Kontakthülse besteht ebenfalls aus einem hülsenförmigen Trag- element 2, welches im Ausführungsbeispiel mit zwei Ringnuten 2a versehen ist. Die lose in das Tragelement eingelegten Kontaktnadeln 3 sind im Bereich der Ringnuten mit Abwinkelungen, im Ausführungbeispiel mit V-förmigen Abwinkelungen 3d versehen und sind durch in diese Abwinkelungen eingelegte Sprengringe 5 in dem Tragelement 2 befestigt.
Nach den Fig. 6a und 6b ist das Tragelement 2 ebenfalls innenseitig in der Nähe der Stirnseiten mit je einer Ringnut 2a versehen. In die Ringnuten 2a sind die L-förmig abgewinkelten Enden 3e der Kontaktnadeln 3 lose eingelegt. Der freie Schenkel der L-förmigen Abwinkelung 3e wird mittels eines Sprengringes 5 an den Boden der Ringnut 2a gedrückt und somit gehalten. Eine den Kontaktdruck beeinträchtigende starre Verbindung der Kontaktnadeln 3 entsteht so offenbar nicht, die Kontaktnadeln sind bei der Herstellung des Kontaktdruckes einzeln bewegbar.
Bei dem in denFig. 7a, 7b gezeigtenAusführungsbeispiel ist das hülsenförmige Tragelement 2 im Bereich der Enden der Kontaktnadeln 3 mit ringförmigen Ausnehmungen 2a versehen und ist eine weitere Ringnut 2b innenseitig in dem Tragelement 2 angebracht. Die dünnen Kontaktnadeln 3 sind mit einer L-förmigen Ausbiegung 3f versehen, über die sie mittels eines Ringes 9 in der Ringnut 2b gehalten werden. Nach der Montage in der Ringnut 2b werden die Enden der Kontaktnadeln 3 in die ringförmigen Ausnehmungen 2a abgebogen.
In den Fig. Sa und 8b ist eine Kontakthülse dargestellt, bei der durch Einführen von Kontaktnadeln 3 in zweiHalteringe 10 und anschliessendes Umbiegen der Kontaktnadelenden um dieHalteringe 10 ein Korb gebildet wird. Dieser Korb wird durch Einführen der Halteringe 10 in innere Ringnuten 2a des Tragelementes 2 in diesem befestigt. Auch hier sind die Kontaktnadeln in dem Bereich, in dem der Kontaktdruck erzeugt wird, einzeln bewegbar, nämlich gegen das Tragelement zu drücken.
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