CN102386504A - 导电触头装置 - Google Patents

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安德列亚斯·迈克尔·施雷默尔
贝恩德·哈格曼
马库斯·比雷尔
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Abstract

本发明提供一种导电触头装置(10)，包括叉形弹性触头单元(11)和板式触头单元(12)，板式触头单元(12)以导电方式固定在叉形弹性触头单元(11)内。为了提供价廉并且可大量制造的、以及提供良好散热与低传输阻值的导电触头装置，叉形弹性触头单元(11)包括多个平板形的弹性叉形触头(15)，弹性叉形触头(15)以它们中的至少一些彼此直接相邻的方式支撑在载体(16)上并在载体(16)上彼此连接，由此载体(16)连接到用于至少一个电导体的连接单元(14)。

Description

导电触头装置
技术领域
本发明涉及一种如权利要求1的前序部分所述的导电触头装置。
背景技术
在具有高比功率密度的系统的导电触头装置中，一方面，必需通过使待彼此连接或已彼此连接的触头单元具有最小传输阻值(transfer resistance)来保持小焦耳热，另一方面，必需通过很好地使热量扩散到其它载流部件而移除残留的热量。就此而言，决定性的因素在于选择用于触头单元及其涂覆层的材料、具有最大可能数量的触点、确定与合理的操作便利性相容的接触力的大小、以及确保触头装置的最大可能质量和横截面。
根据现有技术，在用于高性能应用的导电触头装置中，要么已知的触头单元是以高几何结构精度制造并因此昂贵，要么触头装置设置了昂贵的、易损的弹性触头作为辅助部件。
从DE 10 2008 031 571 A1中已知一种用于高性能电流传输的导电触头装置，其中一个极由多个弹性触头形成，这些弹性触头一起构成插入孔，并且以彼此间隔的方式支撑在由绝缘材料制成的触头支撑装置的多个附接开口内，所述导电触头装置因此既不提供最佳电接触，也不提供最佳散热。
发明内容
本发明的目的是提供一种前述类型的导电触头装置，其价廉并可大量地以经济有效的方式制造，且除了低传输阻值外还提供良好的散热。
为实现该目的，在前述类型的导电触头装置中提供独立权利要求1中所述的特征。
根据本发明的措施的结果，提供一种导电触头装置，其可通过将弹性叉形触头放置成行而以简单方式制成，并且其可调整到相关的或计算得到的最大电流传输功率。因此，可经济有效地制成平面形的弹性叉形触头，例如作为简单的冲压部件大量地制成。以上同样适用于将所述多个平面形的弹性叉形触头组装并一起保持在一个载体上，并将其连接到连接单元。以此方法组装平板形弹性叉形触头的结果是，这些触头的几何结构可易于调整成满足特定应用的要求，以及相对于配合的触头易于调整。由于弹性叉形触头这一部件的平面性质，故弹性叉形触头的特性相对容易模制在一个平面内。
基于如权利要求2所述的特征，各弹性叉形触头能以任何数量并以简单方式串接到例如管形载体上，然后它们可固定或接合以形成较大的组合部件。这种类型的载体在维持较高封装密度的同时提供多个触点以及同时提供大量热传递。
根据权利要求3的特征，利用滚光方法的有利制造方法形成上述较大的组合部件，由此连接点可为气密性和冷焊的，使得可获得最低传输阻值。
根据权利要求4和5的特征，各弹性叉形触头能以彼此直接接触地全部设置在一个触头封装内或者设置在多个相邻的触头封装内的方式保持在载体上。
基于权利要求6的特征，还能以旋转固定的方式实现弹性叉形触头串接在载体上。
根据权利要求7的特征的一个优选实施方式，减小插入力是可能的，这是因为由于弹性叉形触头的组件具有在载体上交替定向的弹性件，故板式件因顺次接触而能以大体柔和的方式插入弹性叉形触头单元内。优选地，弹性叉形触头的两个弹性腿部具有不同的长度，且相邻的弹性叉形触头绕它们的中央轴线旋转180°。
通过将构造为诸如金属板或经过冲压的金属等的各个弹性叉形触头串接在载体上，可以任选地进行功能元件的进一步配置。因此，例如，可任选地串接一个或多个连接单元作为中间和/或端部元件以确保弹性叉形单元锁定支撑在壳体内。
因此，例如，根据权利要求8所述的特征，一个或多个连接单元可设置在弹性叉形触头的端侧或弹性叉形触头之间的对应区域上。根据这种示例性实施方式，这由如权利要求9所述的特征或如权利要求10所述的特征实现，由此，在轴向定向的情况下，连接单元以就生产而言技术简单并因此产生紧凑设计的方式与载体一体，而在直角定向情况下，连接单元的轴线和载体的轴线之间的各种任选角度位置均是可行的。
连接单元可设置为用于相关导体的压接元件或螺纹元件。另外，通过提供两个或更多连接元件，以高电流强度分成两个或更多端子是有利可行的。
基于如权利要求11所述的特征，借助于弹性叉形触头的串接也可实现壳体锁定元件的可选配置。
根据权利要求12所述的特征，与叉形弹性触头单元配合的板式触头单元也有利地构造为平板形，由此根据安装空间，连接单元可设置为与板式触头的插入方向垂直或横交。该平板形构造提供从端面以及沿纵向将板式触头插入阴型触头装置的选择。这有利地用于插入式连接器的各种不同构造中。作为直角触头的设计在如下应用中是有利的，即在操作中使用者必须利用电击危险防护和/或性能防护(figure protection)进行保护；相关的握持开口不比板式触头的材料厚度大很多。
作为平坦部件，板式触头是易于改变的。根据权利要求13所述的特征，在触头区域内可以有各种切口，基于此，通过顺次滑入弹性叉形可进一步优化插入方法。这就使得进一步减小了插入力，并为将板式触头柔和地插入弹性叉形触头提供支持。
根据权利要求14的特征，板式触头单元设置有壳体锁定元件，例如在连接单元区域内设置有壳体锁定元件。
根据权利要求15所述的特征，板式触头单元能以简单方式制成。
附图说明
从以下描述中将获知本发明的其它细节，其中基于在附图中所示的示例性实施方式更详细地描述和解释本发明。在附图中：
图1以立体图图示出根据本发明第一示例性实施方式的由处于电连接状态即插入在一起的状态下的叉形弹性触头单元和板式触头单元形成的导电触头装置，
图2图示出图1中的叉形弹性触头单元，但该叉形弹性触头单元是根据一变型并处于组装之前的状态下；
图3以立体图图示出根据所图示的示例性实施方式的用于叉形弹性触头单元的弹性叉形触头，
图4图示出根据本发明第二示例性实施方式并处于一个组装步骤的状态下的弹性触头单元，
图5图示出根据本发明第三示例性实施方式的处于已组装状态下的弹性触头单元，
图6以放大立体图图示出根据图1的弹性触头单元的自由前部区域，但该弹性触头单元是根据本发明第四示例性实施方式，
图7以立体图图示出具有处于电分离状态下的根据图1的弹性触头单元以及根据本发明第五示例性实施方式的板式触头单元的触头装置，
图8图示出与图7相似的触头装置，但该触头装置具有根据本发明第六示例性实施方式并处于插入在一起的状态即电接触状态下的板式触头单元，
图9A和9B以立体图图示出根据变型的板式触头单元的板式触头，以及
图10以立体图图示出根据本发明第七示例性实施方式的弹性触头单元。
具体实施方式
根据若干示例性实施方式在附图中图示出的导电触头装置10、110、210、310、410、510特别地用于处理高传输功率的插入式连接装置，例如电操作式机动车辆的情况。
图1图示出触头装置10，触头装置10大体由叉形弹性触头单元11和板式触头单元12构成，单元11和12在图1中图示出处于插入在一起的状态，即电接触状态。
弹性触头单元11具有：在管形载体16上串接的多个平板形弹性叉形触头15；以及连接单元14，连接单元14也连接到载体16，用于未示出的电导体。
板式触头单元12具有平板形的板式触头18以及连接单元19，板式触头18以弹性和电接触方式容置在弹性叉形触头15的槽口17内，连接单元19以导电和固定方式连接到板式触头18。在图示出的示例性实施方式中，连接单元14设置成与弹性叉形触头15轴向对齐，且连接单元19设置成与板式触头18轴向对齐。位于弹性触头单元11上的连接单元14设置有用于螺纹附接电导体的螺纹销21。位于板式单元12上的连接单元19构造为压接套筒22，借助于压接套筒22，相关的电导体可以以压接方式连接到板式触头单元12。
根据图1，在此示为矩形的板式触头18以窄侧38位于前部的方式插入弹性叉形触头15的槽口17内。然而，也能以板式触头单元12的两个纵向侧部39、39’之一位于前部的方式，将相同的板式触头单元12插入弹性叉形触头15的槽口17内。
图2示出弹性触头单元11的组件，所述组件由多个弹性叉形触头15构成，多个弹性叉形触头15之一在图3中放大示出。据此，各个弹性叉形触头15具有基部区域25，基部区域25设置有呈孔26形式的切口，两个弹性腿部27、28自基部区域25突伸，两个弹性腿部27、28之间形成插入槽口17。两个弹性腿部27、28的自由端区域上提供触点或接触面29、30，触点或接触面29、30指向彼此，并突伸进槽口17，且与板式触头18的双侧外表面电接触。在邻近槽口17基部的一个区域内，弹性腿部27、28的外边缘各自分别设置有凹口31、32，凹口31、32便于锁定保持在未示出的插入式连接器壳体内。
弹性叉形触头15由较薄的金属平板制成，优选地为单件冲压部件。然而，其它熟知的材料分离方法也适用，例如激光切割或水射流切割。
从图2中也可看到，为了制造弹性触头单元11，将本示例性实施方式中为完全相同的冲压部件的多个弹性叉形触头15串接在构造为管形套筒的载体16上。在本示例性实施方式中，将也设置有孔24的连接单元14串接在载体16上，然后在连接单元14的两侧串接有在此具有相同数量的多个弹性叉形触头15。与图1的已完全组装的弹性触头单元11相比，根据一个变型，锁定元件33、34放置在连接单元14的两侧，锁定元件33、34的开槽的自由端部弯折，使得锁定元件33、34指向彼此并因此在纵向延伸上较短。锁定元件33、34例如便于将弹性触头单元11锁定保持在未示出的插入式连接器绝缘壳体内。
从图1和2中可看到，弹性叉形触头15的两个触头封装36、37设置在弹性触头单元11中，所述弹性叉形触头在此例如数量为七个，并且彼此直接相邻。两个触头封装36、37的弹性叉形触头15通过内部抛光工艺而固定地接合到载体16。所有的弹性叉形触头15以及两个触头封装36、37均对齐。
图4示出根据本发明另一示例性实施方式的触头装置110，其中载体116是连接单元114的一体部分。管形载体116沿轴向结合到连接单元114的较大直径的压接套筒122内，使得连接单元114垂直于弹性叉形触头15的方向而定位。在本示例性实施方式中，十五个相同的弹性叉形触头15串接在载体116上并彼此固定地连接为一个单个的触头封装，并例如通过内部抛光连接到载体116，以形成弹性触头单元111。
在如图5示出的根据另一示例性实施方式的触头装置210中，多个弹性叉形触头15也串接在管形载体216上，以形成一个单个的触头封装(如同图4中一样)，从而形成弹性触头单元211。连接单元214的孔眼241附接在载体216的一个端部上。在孔眼241的周缘区域上，连接单元214具有压接套筒222，压接套筒222的纵向轴线与载体216的纵向轴线有利地相垂直。压接套筒222延伸超出载体216的部分区域以及因此弹性叉形触头15的基部区域25的部分区域。在连接单元214固定在载体216上之前，可调整压接套筒222的纵向轴线，使得它相对于载体216的纵向轴线成一角度地定位。
根据另一示例性实施方式，图6示出弹性触头单元311的构造，其呈独立的相邻弹性叉形触头315的相对配置形式，相邻弹性叉形触头315的弹性腿部327、328具有不同的长度。在本示例性实施方式311中，相邻弹性叉形触头315构造为相同的，但这些弹性叉形触头315设置为交替地绕它们的纵向中央轴线旋转180°。这就表示触点329、330(相对于整个触头封装)在不同平面上终止。
借助于图6所示的这种示例性实施方式，其可应用于所有示出的弹性触头单元11，触点329、330响应于板式触头单元12的板式触头18沿插入方向的接触插入而相继起作用，这表示插进力即插入力减小，即，由于顺次接触，板式触头18更柔和地插入弹性叉形触头15、315的触头封装或相邻触头封装。当然，也可在多于两个触点329、330的基础上设置相邻的弹性叉形触头15、315，这些触点沿插进方向或插入方向偏移地设置。
在如图7示出的根据另一示例性实施方式的触头装置310中，根据图1的弹性触头单元11与板式触头单元312结合，板式触头单元312一方面具有带压接套筒322的连接单元314，连接单元314定位成相对于板式触头318轴向对齐。与图1所示的相反，在这种板式触头单元312中，触头插入方向选择为不沿着板式触头单元312的纵向轴线，而是沿着与板式触头单元312的纵向延伸横交的方向。
板式触头单元312与图1所示的板式触头单元12之间的另一不同之处在于板式触头318的构造。板式触头318在其远离压接套筒322的一个端部处具有凹部343，凹部343从板式触头318的纵向边缘339开始产生，沿插入方向走行、并因此从纵向边缘339开始沿窄边缘338方向形成返回边缘345。这表示在弹性接触单元11和板式接触单元312的插进连接即插入式连接过程中，由于凹部343的尺寸的缘故，纵向边缘339的在先部分首先实现与弹性叉形触头15的相对定位的触头封装37接触连接，而纵向边缘339的在后的返回部分实现与弹性叉形触头15的另一相邻触头封装36电接触连接。这表示目前情况下出现在两个单元11、312之间的插进力即插入力减小。也可以沿它们的厚度方向以阶梯方式构造边缘区域以及它们的圆形化连接。
在这种设计中，压接套筒322在其连接到板式触头318的端部具有位于板式触头318两侧的锁定元件346，所述锁定元件便于锁定保持在例如未示出的插入式连接器绝缘壳体中。它们是压接套筒322的一体部分。
在图8中，图示出触头装置410，触头装置410的弹性触头单元11与图7和图1中的弹性触头单元11相同，触头装置410的板式触头单元412与图7中的板式触头单元312相似，不同之处在于板式触头单元412沿其纵向延伸以插入的方式连接到弹性触头单元11。就此而言，连接单元414构造成与图7中的连接单元314完全相同。板式触头418与图7中的板式触头318的形状对应，除了在此所述在先边缘由窄边缘438的一部分形成，并且由于凹部443的缘故，在后边缘由窄边缘438的返回部分形成。这就表示板式触头418的一个较长区域实现了与弹性触头单元11的弹性叉形触头15的一个触头封装36(或板式触头单元412绕其纵向轴线旋转180°后为触头封装37)的接触连接，且板式触头418的另一较短的纵向区域即返回区域实现与另一触头封装37(或板式触头单元412绕其纵向轴线旋转180°后为触头封装36)的接触连接。在此，连接单元419同样具有锁定元件446。
图9A和9B图示出图7和8中的板式触头318、418的构造的变型318’、418’，由此根据图9A，沿插入方向自由的在先窄边缘或纵向边缘由边缘348’形成，所述边缘348’是线形的，具有阶梯形的厚度，另外也可以是斜面的，而根据图9B的变型，斜边449’在相对于其厚度而言的中央处是线形的，并且在两个其余厚度区域是阶梯状的。
图10中示出触头装置510，其中，仅示出触头装置510的弹性触头单元511，如前述示例性实施方式中示出的板式触头单元18、318、418等可以插入弹性触头单元511以形成连接。弹性触头单元511与前述的弹性触头单元11、111、211、311的不同之处在于，在此容置弹性叉形触头515作为一个或多个触头封装的载体516通过连接单元514固定地接合到电路板550。为此目的，在此也为管形的载体516的两个端部固定地接合到连接单元514的直角形附接托座521、521’。就此而言，载体516固定地接合到附接托座521、521’的短腿部551，而附接托座521、521’的长腿部552以导电方式在适当位置处附接到电路板550。
在图10所示的第七示例性实施方式中，弹性触头单元511的弹性叉形触头515与图6中的示例性实施方式的那些部件相似，设置有短弹性腿部527和长弹性腿部528，使得在此触点529、530也位于多个平面内，触点529、530在不同时间内起作用，即沿插入方向顺序地起作用。另外，也可应用弹性腿部15。显然，这种弹性触头单元也可以替代性地在一个或多个触头封装内设置弹性叉形触头15。
以此方法，在本示例性实施方式中，长度不同的弹性腿部527、528的触点529、530也位于不同平面上，因为相邻的弹性叉形触头515设置成以交替方式绕它们的中央纵向轴线旋转180°。换言之，短腿部527和长腿部528设置成彼此相邻。
根据未示出的示例性实施方式，对插入力的更改在于弹性触头单元11、11’以及板式触头单元12、112、212、312、412。此外，替代弹性叉形触头15、15’的双触头封装，可以在一个载体上设置多于两个触头封装36、37。另外，可以在弹性触头单元11上以及在板式触头单元12、112、212、312、412上提供两个或更多个连接单元14、114，使得沿两个方向供应的电流可在多个导体中分开供应至特定的单元11、12。
可利用称为MIM(金属注塑成型)方法实现连接单元19、119等与板式触头单元12、112等的一体设计。

Claims (15)

1.一种导电触头装置(10、110、210、310、410、510)，包括叉形弹性触头单元(11、111、211、311、511)和板式触头单元(12、112、212、312、412)，所述板式触头单元(12、112、212、312、412)以导电方式固定在所述叉形弹性触头单元(11、111、211、311、511)内，其中所述叉形弹性触头单元(11、111、211、311、511)包括多个平板形的弹性叉形触头(15、315、515)，所述弹性叉形触头(15、315、515)以它们中的至少一些彼此直接相邻的方式支撑在载体(16、116、216、516)上并在所述载体(16、116、216、516)上彼此连接，所述载体(16、116、216、516)连接到用于至少一个电导体的连接单元(14、114、214、514)或连接到电路板(550)。
2.如权利要求1所述的触头装置，其中，所述弹性叉形触头(15、315、515)设置有优选呈孔(26)形式的切口，所述孔(26)设置成远离弹性叉形腿部(27、28；327、328)，所述弹性叉形触头借助于所述孔(26)串接在优选呈管形的载体(16、116、216、516)上，并在此处固定在位。
3.如权利要求1或2所述的触头装置，其中，所述弹性叉形触头(15、315、515)通过内部抛光方法固定在所述载体(16、116、216、516)上。
4.如权利要求1至3中任一项所述的触头装置，其中，固定在所述载体(16、116、216、516)上的所有弹性叉形触头(15、315、515)被支撑为使得它们彼此直接相邻。
5.如权利要求1至3中任一项所述的触头装置，其中，固定在所述载体(16、116、216、516)上的弹性叉形触头(15、315、515)被支撑为使得它们在间隔开的封装内固定在所述载体上。
6.如前述权利要求中任一项所述的触头装置，其中，所述载体(16、116、216、516)和/或所述弹性叉形触头(15、315、515)的孔(26)设置有外部或内部形状，以实现所述弹性叉形触头(15、315、515)在所述载体(16、116、216、516)上的旋转固定连接。
7.如前述权利要求中任一项所述的触头装置，其中，所述弹性叉形触头(15、315、515)的弹性叉形腿部(27、28；327、328)设置有触点(29、30；329、330)或接触区域，所述触点或接触区域突伸进板式接收槽口(17)内，所述触点或接触区域沿所述板式触头单元(12、112、212、312、412)的插入方向相对于两个所述弹性叉形腿部(27、28；327、328)对称或不对称地设置在不同平面内。
8.如前述权利要求中任一项所述的触头装置，其中，所述连接单元(14、114、214)设置在所述载体(16、116、216)的至少一个轴向端部上和/或弹性叉形触头(15)的两个触头封装(36、37)之间。
9.如权利要求8所述的触头装置，其中，所述连接单元(14、114、214)设置成在所述载体(16、116、216、516)的轴向延伸上和/或垂直于所述载体(16、116、216、516)。
10.如权利要求9所述的触头装置，其中，设置在所述载体(16、116、216)的轴向延伸上的所述连接单元(14、114、214)是所述载体(16、116、216)的一体部分。
11.如前述权利要求中任一项所述的触头装置，其中，至少一个壳体锁定元件(33、34)设置在所述载体(16、116、216)的至少一个轴向端部上和/或弹性叉形触头(15)的两个触头封装(36、37)之间。
12.如前述权利要求中任一项所述的触头装置，其中，所述板式触头单元(12、112、212、312、412)具有平板形的板式触头(18、318、418)，连接单元(19、119、219)支撑在所述板式触头(18、318、418)上，与所述板式触头(18、318、418)插入所述弹性触头单元(11、111、211、311)的插入方向垂直或横交。
13.如权利要求12所述的触头装置，其中，所述板式触头(18、318、418)沿插入方向设置有一个或多个凹部(343、443)、和/或一个或多个斜面(448、449)和/或弯曲区域。
14.如权利要求12或13所述的触头装置，其中，所述板式触头单元(12、112、212、312、412)设置有壳体锁定元件(346、446)。
15.如权利要求12至14中任一项所述的触头装置，其中，所述板式触头(18、318、418)和所述连接单元(19、119、219)构造为使得它们通过彼此插入而连接，或者它们构造为所述壳体锁定元件(346、446)的一体部分，由此利用MIM方法实现一体特性。
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