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Die
Erfindung betrifft ein in einer Kammer eines Gehäuses anzuordnendes, aus einem
ebenen Blechstanzteil gebogenes elektrisches Kontaktelement gemäß Oberbegriff
des Patentanspruches 1 sowie einen elektrischen Verbinder mit einem
derartigen Kontaktelement und mit einem Gehäuse.
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Elektrische
Kontaktelemente in Schneidklemmtechnik (IDC) werden üblicherweise
aus einem Blech ausgestanzt und entsprechend der vorgegebenen Form
gebogen. Derart hergestellte Kontaktelemente werden dann einzeln
in nebeneinander angeordnete Kammern eines Kunststoffgehäuses gesteckt,
das zum Beispiel ein Steckverbinder sein kann. Anschließend werden
die anzuschließenden Kabel
jeweils in den durch die einander zugewandten Schenkel einer Schneidklemme
definierten Einführschlitz
eingedrückt.
Dabei schneiden die Kanten durch die Isolierung des jeweiligen Leiterdrahtes
hindurch, so dass dieser von der Schneidklemme kontaktiert und gleichzeitig
im Einführschlitz
klemmend gehalten ist.
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Die
relativ kurzen Kammern des Gehäuses lagern
lediglich den Schneidklemmbereich des Kontaktelements mehr oder
weniger formschlüssig,
während
die anderseitigen Kontaktierungsarme in einen Steckschlitz des Gehäuses ragen,
wo sie mit ihren freien Enden einen Einführungstrichter bilden, durch den
ein komplementärer
Kontaktstift, ein Kontaktmesser oder eine Leiterplatte eingebracht
werden kann. Ein derartiger Kontaktierungsbereich mit gegenüberliegenden,
auseinanderspreizbaren Armen wird auch Gabelfederkontakt genannt.
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Aus
der
DE 197 43 329
A1 ist ein elektrisches Kontaktelement bekannt. Der dortige
Schneidklemmbereich besteht aus zwei benachbarten parallelen Schneidklemmen,
die einstückig
miteinander verbunden sind. Die Schenkel dieser Doppelschneidklemmen
enden nach oben, also zur Kabeleinführseite hin, nicht frei, sondern
gehen in zwei schmale Verbindungsstreifen über, die um 90° gegen die
beiden Schneidklemmen abgewinkelt sind und diese parallel zueinander
verbunden halten. An ihrer Basis gehen die beiden Schneidklemmen
jeweils in einen nach unten reichenden Kontaktierungsarm über, wobei
die Anbindung der Kontaktierungsarme an die Schneidklemmen durch
einen Übergangsbereich
erfolgt, der in der Gabelkontaktebene liegt und in dem sich die beiden
Kontaktierungsarme berühren
bzw. fest miteinander verbunden sind. Erst anschließend an
diesen Übergangsbereich
laufen die Kontaktierungsarme auseinander und bilden den eigentlichen
Gabelkontakt. Dessen wirksame Federlänge ist demnach relativ gering.
Insgesamt ergibt sich eine Anordnung, bei der die durch den Einführschlitz
für den
Leiterdraht definierte Ebene senkrecht zur Gabelkontaktebene liegt,
die symmetrisch zwischen den beiden gegenüberliegenden Kontaktierungsarmen
verläuft. Beim
bekannten Kontaktelement ist im übrigen
vorgesehen, die Kontaktierungsarme im Querschnitt gewölbt auszubilden.
Durch diese besondere Formgebung der Kontaktierungsarme soll erreicht
werden, dass diese eine sehr hohe Steifigkeit aufweisen, wodurch
eine erhöhte
Kontaktnormalkraft auf den komplementären Kontakt aufbringbar ist.
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Das
bekannte elektrische Kontaktelement hat allerdings im Kontext von
Anwendungssituationen, die insbesondere aus geometrischen Gründen keine
Vergrößerung der
Gesamtlänge
des Kontaktelements erlauben, den Nachteil relativ kurzer Kontaktierungsarme.
Die somit relativ geringe wirksame Federlänge erweist sich als besonders
problematisch im Zusammenhang mit den üblichen Fertigungstoleranzen
des komplementären
Kontaktes. Beispielsweise weisen Leiterplatten der hier in Rede stehenden
Art eine typische Dicke von 1,5 ± 0,14 mm auf. Bei zu geringer
Hebelarmlänge
der Kontaktierungsarme gelangen diese im Anwendungsfall deshalb
oft zu stark in den Bereich plastischer Verformung hinein.
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Aus
DE 8528897 U1 ist
ein Verbinder mit einem als Doppel-Schneidklemme ausgebildeten Kontaktelement
mit einem seitlichen Verbindungsstück bekannt. An das seitliche
Verbindungsstück
schließen
sich zwei Kontaktierungsarme an. Weiterhin ist ein Gehäuse vorgesehen,
das zumindest eine Kammer zur Aufnahme des elektrischen Kontaktelements aufweist.
Das Gehäuse
weist einen Deckel auf, der an der Oberseite entlang der den Leiterdrähten zugewandten
Kante eine Reihe von Vierkantlöchern
aufweist.
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Aus
der dem Anspruch 1 oberbegrifflich zugrunde gelegten
US 4327956 ist ein elektrisches Kontaktelement
bekannt, das an einem Ende einen Schneidklemmbereich zur Kontaktierung
eines Leiterdrahtes aufweist. Am anderen Ende des Kontaktelements
ist ein Kontaktierungsbereich zur Kontaktierung eines komplementären Kontaktes
vorgesehen. Der Kontaktierungsbereich weist zwei federnde Kontaktierungsarme
auf, die einander gegenüberliegend angeordnet
sind und die mit ihren freien Enden einen Einführungstrichter bilden. Der
Schneidklemmbereich weist zwei parallel zueinander angeordnete U-förmige Schneidklemmen
auf, die einen mittigen Einführschlitz
für einen
Leiterdraht definieren. Die Schneidklemmen sind durch ein seitliches
Verbindungsstück
aneinander angebunden. Die beiden Kontaktierungsarme sind direkt
an den unteren Bereich des Verbindungsstücks angebunden und anschließend zur
Mitte des Kontaktelements hin gebogen.
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Ziel
der vorliegenden Erfindung ist es, ein elektrisches Kontaktelement
der eingangs genannten Art, insbesondere mit Doppelschneidklemmen und
mit einer Einführebene
für den
Leiterdraht, die senkrecht zur Gabelkontaktebene liegt, so zu gestalten,
dass für
die Kontaktierungsarme eine größere wirksame
Federlänge
und damit eine größere Elastizität resultiert.
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Zugleich
soll mit der Erfindung ein elektrischer Verbinder mit einem Gehäuse und
einem elektrischen Kontaktelement angegeben werden, das obige Aufgabe
löst.
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Erfindungsgemäß wird das
erstgenannte Ziel mit einem Kontaktelement gemäß Anspruch 1 erzielt.
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Durch
die Anbindung der Kontaktierungsarme seitlich bzw. quer zu den beiden
parallelen Schneidklemmen eröffnet
sich die Möglichkeit,
die Federlänge
der Kontaktierungsarme zwar durch einen zusätzlichen Abschnitt zu verlängern, ohne
jedoch die Gesamtausdehnung des Kontaktelements von einem Ende zum
anderen zu erhöhen.
Dies wird verwirklicht durch eine Abkröpfung der Kontaktierungsarme.
Der als zusätzlicher
Federweg dienende Mittelabschnitt zwischen beiden Abbiegungen verläuft unterhalb
des Schneidklemmbereichs paral lel oder schräg zu dessen Unterseite und
weist eine Länge
auf, die etwa der Schenkelbreite der Schneidklemme, also etwa der
Hälfte
der Breite des Schneidklemmbereichs selbst entspricht. Dadurch ist
die Elastizität
des Gabelkontaktes erheblich erhöht
und der Bereich der plastischen Verformung wird kaum noch erreicht.
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Bei
einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung dieses Kontaktelementes
ist vorgesehen, dass die Kontaktierungsarme im Bereich des Einführungstrichters
in Richtung senkrecht zur Einführschlitzebene
gegenüber
der Dicke D des Blechstanzteils verbreitert ausgeführt sind.
Dies ist effektiv und einfach dadurch erreichbar, dass die beiden
Kontaktierungsarme im Bereich zwischen dem an die Kröpfung anschließenden Abschnitt
und ihren freien Enden jeweils um 90° gegensinnig oder gleichsinnig
tordiert sind. Infolge der erzielten Verbreiterung kann der Gabelkontakt
auch sehr schmale komplementäre
Kontakte sicher kontaktieren.
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Ein
erfindungsgemäßer elektrischer
Verbinder mit diesem Kontaktelement und einem Gehäuse sieht
vor, dass das Gehäuse
zumindest eine Kammer zur Aufnahme des elektrischen Kontaktelementes aufweist,
und dass das Gehäuse
einen Deckel aufweist, der an der Oberseite, entlang der den Leiterdrähten zugewandten
Kante, eine Reihe von Vierkant-Transportlöchern, und entlang der gegenüberliegenden
Seite eine Mehrzahl von bis zur dortigen Kante reichende Vertiefungen
aufweist. Die Größe der Vierkant-Transportlöcher kann
vorteilhaft vom Rastermaß unabhängig gewählt werden.
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Die
Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen anhand der
Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigt
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1 ein
erfindungsgemäßes Kontaktelement,
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2 das
gleiche Kontaktelement aus einer anderen Perspektive, zusammen mit
einem darunter angeordneten komplementären Kontakt,
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3 ein
mit Kontaktelementen bestücktes Gehäuse mit
Deckel,
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4 einen
seitlichen Schnitt durch den Verbinder gemäß 3,
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5 eine
schematische Darstellung einer Messerleiste die einerseits mit einer
Leiterplatte und andererseits mit dem erfindungsgemäßen Verbinder gemäß 3 und 4 verbindbar
ist,
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6 und 7 eine
andere Ausführungsform
des Kontaktelementes, jeweils in der gleichen Perspektive wie 1 und 2,
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8 und 9 zwei
weitere Ausführungsformen
des Kontaktelementes, jeweils in der Perspektive von 2,
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10 eine
Ansicht einer anderen Ausführung
des Gehäuses,
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11 die
Gehäuseausführung gemäß 10,
jedoch mit geschlossenem Deckel,
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12 eine
Ansicht einer weiteren Gehäuseausführung,
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13 die
Gehäuseausführung gemäß 12 mit
kontaktierten Kabeln und mit geschlossenem Deckel.
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1 zeigt
ein elektrisches Kontaktelement mit einem Schneidklemmbereich 1 und
einem als Gabelkontakt ausgeführten
Kontaktierungsbereich 2. Der Schneidklemmbereich 1 ist
als an sich bekannte sogenannte Doppelschneidklemme mit zwei parallel angeordneten,
jeweils U-förmigen
Schneidklemmen 6 und 7 ausgebildet. Die zwischen
den U-Schenkeln gebildeten Einführ schlitze 8 definieren
eine Einführebene
für einen
Leiterdraht, der in an sich bekannter Weise in die Doppelschneidklemme 6 und 7 eindrückbar ist.
Das seitliche Verbindungsstück 9 dient einerseits
zur festen und parallelen Anordnung der beiden Schneidklemmen 6 und 7 und
gleichzeitig, mit seinem unteren Bereich, zur Anbindung der beiden Kontaktierungsarme 3 und 4.
Die Kontaktierungsarme 3 und 4 sind zunächst mit
einer ersten Abbiegung 10 an das Verbindungsstück 9 angebunden,
laufen anschließend
in einem Mittelabschnitt 11 unterhalb des Schneidklemmbereichs 1 ungefähr bis zu
dessen Mitte und sind mittels einer zweiten Abbiegung 12 so
gebogen, dass der an die beschriebene Kröpfung anschließende Abschnitt 15 wieder
ungefähr parallel
zur ursprünglichen
Linie verläuft.
Durch die Abkröpfung
der Kontaktierungsarme 3 und 4 wird einerseits
die erforderliche, etwa mittige Positionierung trotz Anbindung an
der Seite des Schneidklemmbereichs 1 und gleichzeitig die
erwünschte
Verlängerung
der wirksamen Federlänge
erreicht. Die freien Enden der Kontaktierungsarme 3 und 4 öffnen sich zu
einem an sich bekannten Einführungstrichter 5 für einen
komplementären
Kontakt.
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Die 2 zeigt
in ihrem oberen Teil das zuvor beschriebene Kontaktelement, während unterhalb
des Gabelkontakts ein komplementärer
Kontakt in Form eines flachen Stifts 13 (Tab) schematisch
angedeutet ist. Der Tab 13 ist in einen Kunststoffsteg 14 integriert,
der insbesondere Teil der in 5 gezeigten
Messerleiste 20 (Tabheader) sein kann. Das Blechstanzteil,
aus dem das gesamt Kontaktelement gefertigt ist, weist eine typische
Blechdicke D von 0,32 mm auf. Der ebenfalls gestanzte Tab 13 weist eine
Breite von etwa 1,5 mm auf, während
seine Stanzkante nur eine typische Dicke d von 0,5 bis 0,6 mm aufweist.
Im Zusammenhang mit der Kontaktierung derartiger Tabs ist es aus
Toleranzgründen günstiger,
die schmale Stanzkante des Tabs 13 mit gegenüber der
normalen Dicke D verbreiterten Enden der Kontaktierungsarme 3 und 4 zu "treffen". In der gezeigten
Ausführungsform
wird dies dadurch erreicht, dass die Kontaktierungsarme 3 und 4 im
Bereich zwischen dem an die Kröpfung
anschließenden Abschnitt 15 und
ihren freien Enden jeweils um 90° gegensinnig
oder gleichsinnig tordiert sind. Durch diese Maßnahme steht zur Bildung des
Einführungstrichters 5 nicht
mehr nur die Schmalseite der Kontaktierungsarme 3 und 4,
die durch die Blechdicke D gegeben ist, sondern die demgegenüber mehrfach breitere
Breitseite der Kontaktierungsarme 3 und 4 mit
einer Breite B von beispielsweise 0,9 mm zur Verfügung.
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3 zeigt
ein Gehäuse 16 mit
fünf nebeneinander
liegenden Kammern 17 in die jeweils ein Kontaktelement,
von dem jeweils nur ein Teil des Schneidklemmbereichs 1 erkennbar
ist, eingesetzt ist. Zum Schutz der Schneidklemmverbindung kann das
Gehäuse 16 einen
Deckel 18 aufweisen. Um eine einfache, kostengünstige Verarbeitung
und auch einen einfachen Transport zu ermöglichen, ist es vorteilhaft,
die Deckel 18 zunächst
an den Gehäusen 16 anzureihen.
Dies kann insbesondere in an sich bekannter Weise durch Anspritzen
der Deckel 18 an die Gehäuse 16 erfolgen. Nach
dem Einbringen von Kabeln in die zugehörigen Doppelschneidklemmen
in den einzelnen Kammern 17 werden die Deckel 18 abgetrennt
und auf die Gehäuse 16 aufgesetzt.
Die eingesetzten Kontaktelemente, Gehäuse und Deckel bilden gemeinsam
einen elektrischen Steckverbinder.
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Die
Anordnung der Kontaktelemente in Gehäuse 16 ist am besten
aus der Schnittdarstellung gemäß 4 erkennbar.
Dort sind insbesondere die beiden parallelen Schneidklemmen 6 und 7,
sowie, im unteren Bereich des Gehäuses 16, die wie in
der Ausführungsform
gemäß 1 und 2 gekröpften und
tordierten Kontaktierungsarme 3 und 4 zu sehen,
Die Kontaktierungsarme 3 und 4 haben im Gehäuse 16 ausreichend
Spiel, insbesondere ist an der Unterseite ein Steckschlitz 19 vorgesehen.
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5 zeigt
eine Messerleiste (Tabheader) 20 mit vier nebeneinander
in einer Reihe angeordneten, in das Kunststoffmaterial der Messerleiste 20 integrierten
Tabs 13. Die Messerleiste 20 wird vorzugsweise
mit entsprechenden Kontakt stellen 21 auf einer Leiterplatte 22 kontaktiert.
Der erfindungsgemäße Verbinder
mit dem in 3 dargestellten Federleistengehäuse 16 ist
also insbesondere zur Herstellung einer (indirekten) Kabel-zu-Leiterplatte
Verbindung unter Verwendung einer Messerleiste geeignet. Ebenso
möglich
ist jedoch das (direkte) Einbringen einer Leiterplattenkante in
die Kontaktierungsbereiche bzw. in den Steckschlitz 19 des
erfindungsgemäßen Verbinders.
Da die Kontaktstellen an der Kante einer Leiterplatte eine typische
Breite von 2 mm aufweisen, sind für diesen Anwendungsfall zusätzliche Maßnahmen
zur Verbreiterung der Kontaktierungsarme 3 und 4 im
Bereich des Einführungstrichters 5 nicht
unbedingt erforderlich.
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6 und 7 zeigen
eine etwas abgewandelte Ausführungsform
des elektrischen Kontaktelements, die insbesondere für das Rastermaß 2,5 mm
geeignet ist. Der Mittelabschnitt 11 verläuft in diesem
Fall erkennbar schräger
unterhalb des Schneidklemmbereichs 1 als bei der Ausführungsform
gemäß 1 und 2.
Die beiden Kontaktierungsarme 3 und 4 können im
Mittelabschnitt 11 als gemeinsames Blechteil ausgebildet
sein und erst anschließend
gabelartig getrennt verlaufen oder sich bereits kurz nach der Anbindung
an das Verbindungsstück 9 trennen.
Bei der gezeigten Ausführungsform
ist das seitliche Verbindungsstück 9 bis
zu den oberen Enden der Schenkel der U-förmigen Schneidklemmen hochgezogen.
Dies geht jedoch mit einer in diesem Zusammenhang nicht unbedingt
erwünschten
hohen Steifigkeit des Schneidklemmbereichs 1 einher. Um eine
zu hohe Steifigkeit zu vermeiden, ist es vorteilhaft, die Eckkanten
des Verbindungsstücks 9 zu
den U-Schenkeln jeweils mit einer schlitzartigen Ausformung 23 zu
versehen, die bei der Herstellung mitgestanzt wird.
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Weitere
Abwandlungen des Kontaktelements sind in 8 und 9 (Rastermaß 5 mm) gezeigt.
Um die Kontaktierungsarme 3 und 4 im Bereich des
Einführungstrichters 5 zu
verbreitern, sind diese nicht tordiert, sondern an ihren Enden mit
Umbiegungen (8) bzw. Umfalzungen (9)
versehen, die jeweils die gewünschte
einführtrichterartige Verbreiterung 24 erzeugen.
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10 und 11 zeigen
eine gegenüber 3 etwas
abgewandelte Gehäuseausführungsform.
Die Deckel 18 der Rastermaß R = 2,5 mm (10 und 11)
bzw. R = 5 mm (12 und 13) – Versionen
sind so gestaltet, dass beide Varianten mit der gleichen Anschlagmaschine
durch einfachen Umbau verarbeitbar sind. Der Deckel 18 weist
an seiner Oberseite, entlang der den Leiterdrähten zugewandten Kante eine
Reihe von Vierkant-Transportlöchern 25,
deren Größe vom Rastermaß R unabhängig ist,
und entlang der gegenüberliegenden
Seite eine Mehrzahl von bis zur dortigen Kante reichende Vertiefungen 26 auf.
Am Gehäuse 16 sind
weiterhin Codierrippen 27 angeformt mit dazwischenliegenden
Fenstern 28, die einerseits beim Transport während des
Fertigungsprozesses vorteilhaft sind, andererseits aber auch im
Anwendungsfall den Kontaktierungsarmen 3 und 4 ausreichenden seitlichen
Freiraum bieten. Auch die Rastarme 29 zum Aneinanderreihen
der Gehäuse 16 sind
deutlich sichtbar.
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Da
beim Abschneiden des Deckels 18 vom Gehäuse 16 eine Gratbildung
an der Abrisskante kaum vermeidbar ist, ist es vorteilhaft, dort
bis zur Kante reichende Vertiefungen 26 vorzusehen, wie
in 11 dargestellt.
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12 und 13 (Rastermaß R = 5
mm) zeigen eine weitere Abwandlung des Gehäuses 16 und des Deckels 18,
wobei 13 einen fertigen Verbinder
mit angeschlagenen Leiterdrähten 30 (Drahtgrößen etwa
0,35–0,5
mm2) und geschlossenem Deckel 18 zeigt.
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- 1
- Schneidklemmbereich
- 2
- Kontaktierungsbereich
- 3
- Kontaktierungsarm
- 4
- Kontaktierungsarm
- 5
- Einführungstrichter
für einen
komplementären Kontakt
- 6
- U-förmige Schneidklemme
- 7
- U-förmige Schneidklemme
- 8
- Einführschlitze
in 6 und 7
- 9
- Verbindungsstück von 6 und 7
- 10
- erste
Abbiegung von 3 bzw. 4
- 11
- Mittelabschnitt
von 3 bzw. 4
- 12
- zweite
Abbiegung von 3 bzw. 4
- 13
- flacher
Stift (Tab)
- 14
- Kunststoffsteg
- 15
- Abschnitt
von 3 bzw. 4
- 16
- Gehäuse
- 17
- Kammer
von 16
- 18
- Deckel
von 16
- 19
- Steckschlitz
von 2
- 20
- Messerleiste
(Tabheader)
- 21
- Kontaktstellen
auf 22
- 22
- Leiterplatte
- 23
- Ausformung
in den Eckkanten von 9
- 24
- Verbreiterung
von 5
- 25
- Vierkant-Transportlöcher in 18
- 26
- Vertiefungen
in 18
- 27
- Codierrippen
von 16
- 28
- Fenster
zwischen 27
- 29
- Rastarme
von 16
- 30
- Leiterdrähte