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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Verbindungsvorrichtung
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung
die Verwendung einer derartigen Verbindungsvorrichtung für einen
Kraftstoffinjektor für
eine Brennkraftmaschine bzw. einen mit einer derartigen Verbindungsvorrichtung
versehenen Kraftstoffinjektor.
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Aus
der
DE 198 44 743
C1 ist eine solche elektrische Verbindungsvorrichtung in
Form eines Kontaktzungenträgers
zur Abdichtung und Positionierung von Kontaktstiften eines Piezoaktors
für das Einspritzventil
eines Verbrennungsmotors bekannt. Der elektrische Anschluss des
Piezoaktors erfolgt dabei über
den aus Kunststoff gebildeten Kontaktzungenträger, der derart auf die Kontaktstifte
des Piezoaktors aufgeschoben wird, dass die in den Kunststoffformkörper des
Kontaktzungenträgers
fest eingesetzten Schweißlaschen
mit den Kontaktstiften möglichst
gut in elektrischen Kontakt kommen.
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Um
hierbei eine enge Anlage der durch Durchtrittsöffnungen des Kontaktzungenträgers hindurchgeschobenen
Kontaktstifte an den jeweils an die Durchtrittsöffnungen angrenzenden Schweißlaschen
zu gewährleisten,
ist am oberen Ende jeder Durchtrittsöffnung eine exzentrische Dichtlippe
an dem Kunststoffformkörper
angeformt. Die Dichtlippe sichert durch ihre exzentrische, zur Schweißlasche hin
verschobene Geometrie, dass der Kontaktstift unabhängig von
Fertigungstoleranzen an der Schweißlasche positioniert und an
diese angedrückt
wird. So mit wird ein Toleranzausgleich geschaffen, der die Verschweißung der
Schweißlaschen
mit den Kontaktstiften vereinfacht.
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Nachteilig
ist bei der bekannten Verbindungsvorrichtung jedoch die Gefahr,
dass bei der Herstellung des Kunststoffformkörpers mit den eingesetzten
Schweißlaschen
Kunststoffmaterial durch Fertigungstoleranzen bedingt in räumlichen
Bereichen angeordnet wird, die für
die direkte Anlage der Schweißlaschen
an den Kontaktstiften vorgesehen sind. In diesem Fall kann eine
einwandfreie Schweißung
behindert werden und in der Folge ein erhöhter Fertigungsausschuss entstehen.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrische Verbindungsvorrichtung
der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei welcher die Zuverlässigkeit
der Anlage des Kontaktierungsabschnitts am Kontaktstift erhöht ist.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
mit einer elektrischen Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 1. Die abhängigen Ansprüche betreffen
vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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Die
Erfindung stellt eine elektrische Verbindungsvorrichtung zum Aufsetzen
auf Kontaktstifte eines elektrischen Bausteins bereit, mit einem
elektrisch isolierenden Kunststoffformkörper, der Durchtrittsöffnungen
zum Durchtritt der Kontaktstifte enthält und eingeformte, jeweils
einer der Durchtrittsöffnungen
zugeordnete elektrisch leitende Elemente trägt, die sich jeweils von einem
an die zugeordnete Durchtrittsöffnung
angrenzenden Kontaktierungsabschnitt zur Anlage an den hindurchgetretenen
Kontaktstift zu einem vom Kunststoffformkörper abstehenden Anschlussabschnitt
zur elektrischen Weiterverbindung erstreckt, dadurch gekennzeichnet,
dass der Kontaktierungsabschnitt über einen in Umfangsrichtung
der Durch trittsöffnung
betrachtet ausgedehnten Bereich an die Durchtrittsöffnung angrenzt.
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Der
ausgedehnte Bereich vermindert zuverlässig die Gefahr, dass bei der
Herstellung des Kunststoffformkörpers
Kunststoffmaterial in den zur Anlage der Kontaktierungsabschnitte
an die Kontaktstifte vorgesehenen Bereich gelangt. Wenn der Kunststoffformkörper beispielsweise
durch ein Spritzgussverfahren hergestellt wird, bei welchem die
elektrisch leitenden Elemente als Einlegeteile verwendet werden,
so ist die Ausbildung von so genannten Kunststoffspritzhäuten auf
der den Durchtrittsöffnungen
zugewandten Seite der Kontaktierungsabschnitte vermieden. Solche
Spritzhäute
könnten
sich insbesondere z. B. bei dem oben erwähnten bekannten Kontaktzungenträger gemäß der
DE 198 44 743 C1 ausbilden,
wenn dieser im Spritzgussverfahren hergestellt wird. Zu bedenken
ist hierbei, dass jedes Spritzgusswerkzeug einem gewissen Verschleiß unterliegt,
welcher diese Gefahr für
eine zuverlässige Kontaktierung
noch vergrößert. Bei
der Erfindung gibt es jedoch einen ausgedehnten Angrenzungsbereich
(des Kontaktierungsabschnitts an der Durchtrittsöffnung), so dass insbesondere
die mittleren Bereiche dieses ausgedehnten Angrenzungsbereiches einen
gewissen räumlichen
Abstand zu den Kunststoffbereichen aufweisen. Damit ist in der Praxis selbst
nach einem gewissen Werkzeugverschleiß nahezu ausgeschlossen, dass
der ganze Angrenzungsbereich mit Kunststoffmaterial besetzt wird
bzw. sich dort eine Kunststoffspritzhaut ausbildet.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist vorgesehen, dass der in Umfangsrichtung der Durchtrittsöffnung ausgedehnte
Bereich wenigstens 10%, insbesondere wenigstens 20%, des Umfangs
der Durchtrittsöffnung
beträgt.
Es hat sich herausgestellt, dass mit einer Ausdehnung in dieser
Größenordnung die
geschilderte Problematik praktisch vollkommen beseitigt werden kann.
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In
dieser Hinsicht ist es auch günstig,
wenn der Kontaktierungsabschnitt eine im Wesentlichen ebene Kontaktfläche zur
Anlage am Kontaktstift aufweist, von welcher sich Abschnitte des
Umfangs der Durchtrittsöffnung
im Wesentlichen orthogonal weg erstrecken.
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In
einer Ausführungsform
ist beispielsweise vorgesehen, dass die Durchtrittsöffnung wenigstens in
einem axialen Bereich der Anlage zwischen Kontaktierungsabschnitt
und Kontaktstift einen im Wesentlichen rechteckigen, insbesondere
etwa quadratischen Umfang besitzt. Eine solche Form des Umfangs
bzw. der Öffnungsfläche eignet
sich auch für die
im Allgemeinen bevorzugte Ausführung,
wonach der Querschnitt der Durchtrittsöffnung für einen Durchtritt des Kontaktstifts
mit geringem Spiel oder im Wesentlichen spielfrei bemessen ist.
Dies ist beispielsweise der Fall, wenn ein kreisrunder Querschnitt
des Kontaktstifts im betreffenden axialen Bereich dem eckigen (z.
B. quadratischen) Querschnitt der Durchtrittsöffnung in diesem Bereich einbeschrieben
ist.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist der Kontaktierungsabschnitt als eine Lasche ausgebildet, von
welcher eine Flachseite wenigstens teilweise an die Durchtrittsöffnung angrenzt.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen,
dass auf der dem Kontaktierungsabschnitt entgegengesetzten Seite
der Durchtrittsöffnung
ein Federelement zur Belastung des hindurchgetretenen Kontaktstifts
in Richtung zum Kontaktierungsabschnitt hin vorgesehen ist. Mit
einem solchen Federelement kann z. B. die oben erwähnte Spielfreiheit
(zumindest in einer Richtung) gewährleistet werden. Zudem wird
durch ein solches Federelement eine enge Anlage der Kontaktstifte
an den jeweiligen Kontaktierungsabschnitten (z. B. Schweißlaschen)
ermöglicht.
Dies unabhängig
von Fertigungstoleranzen. Die enge Anlage zwischen Kontaktierungsabschnitt
und Kontaktstift ist insbesondere für eine zuverlässige Verschweißung dieser
beiden Komponenten mit geringem Fertigungsausschuss nutzbar.
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Für das Federelement
sind vielfältige
Gestaltungen denkbar. In einer Ausführungsform ist vorgesehen,
dass das Federelement als schräg
zur Axialrichtung der Durchtrittsöffnung sich erstreckende Federlasche
ausgebildet ist.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung überragt ein freies Ende der
Federlasche die Durchtrittsöffnung
in Axialrichtung. Damit wird die auf den Kontaktstift ausgeübte radiale
Belastungskraft mehr oder weniger in einem axialen Bereich konzentriert,
der sich über
der Mündung
der Durchtrittsöffnung
befindet. In diesem Bereich kann z. B. eine Laserverschweißung zwischen
Kontaktstift und Kontaktierungsabschnitt vorteilhaft erfolgen.
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Auch
wenn das freie Ende der Federlasche die Durchtrittsöffnung axial überragt,
so bedeutet dies nicht zwingend, dass dieses freie Ende auch eine
obere Konturfläche
des Kunststoffformkörpers
in dieser Richtung überragt.
Um dies zu vermeiden, kann beispielsweise eine die Durchtrittsöffnung umgrenzende
bzw. umlaufende axiale Freistellung (Aussparung) vorgesehen sein,
in deren Bereich sich lediglich das Federelement (z. B. eine schräg zur Axialrichtung
verlaufende Fe derlasche) bis zur oberen Stirnfläche des Kunststoffformkörpers erstreckt.
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Im
Hinblick auf eine einfache Fertigung ist in einer bevorzugten Ausführungsform
vorgesehen, dass das Federelement einstückig am Kunststoffformkörper angeformt
ist. Die gewünschte
Anpresskraft und Federwirkung eines solchen z. B. als Federlasche
ausgebildeten Elements kann in weiten Grenzen an den jeweiligen
Anwendungsfall angepasst werden. Diese mechanischen Eigenschaften
einer Federlasche können
in einfacher Weise eingestellt werden durch Anpassung des Werkstoffs
des Kunststoffformkörpers,
der freien Biegelänge,
der Laschenwandungsstärke
und der Winkelstellung bzw. dem Biegeweg.
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Eine
bevorzugte Verwendung der Verbindungsvorrichtung ist die Kontaktierung
eines elektrischen Aktors in einem aktorbetätigtem Kraftstoffeinspritzventil.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf
die beigefügten
Zeichnungen näher
beschrieben. Es stellen dar:
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1 eine
Längsschnittansicht
eines oberen Bereichs eines Stellantriebs für einen Kraftstoffinjektor,
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2 eine
perspektivische Ansicht des Stellantriebs,
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3 eine
perspektivische Ansicht eines Details aus 2 vor dem
Hindurchschieben eines Kontaktstifts durch eine zugeordnete Durchtrittsöffnung,
und
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4 eine
der 3 entsprechende Ansicht mit hindurchgeschobenem
Kontaktstift.
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1 zeigt
einen Stellantrieb 10 als Komponente eines Kraftstoffinjektors
zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine.
Der Stellantrieb 10 wirkt in an sich bekannter Weise auf
ein Stellglied eines (nicht dargestellten) Servoeinspritzventils
des Kraftstoffinjektors.
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Die 1 und 2 zeigen
eine Situation bei der Montage des Kraftstoffinjektors, in welcher eine
elektrische Verbindungsvorrichtung in Form einer Kontaktbaugruppe
bzw. eines Kontaktzungenträgers 12 auf
Kontaktstifte 14 eines Piezoaktors 16 aufgesetzt
wurde.
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Der
Kontaktzungenträger 12 umfasst
einen als Kunststoffspritzteil gebildeten Trägerkörper 18, der zwei
Durchtrittsöffnungen 20 zum
Durchtritt der in einer Axialrichtung A parallel zueinander abstehenden
Kontaktstifte 14 enthält
und eingeformte, jeweils einer der Durchtrittsöffnungen 20 zugeordnete
elektrisch leitende Elemente 22 trägt. Diese Leitungselemente 22 wurden
als Einlegeteile zusammen mit dem elektrisch isolierenden Trägerkörper 18 im
Spritzgussverfahren hergestellt. Die aus Metall hergestellten Leitungselemente 22 erstrecken
sich bei der dargestellten Ausführungsform
einstückig
jeweils von einer an die zugeordnete Durchtrittsöffnung 20 angrenzenden
Schweißlasche 24 durch
das Kunststoffmaterial hindurch zu einer vom Trägerkörper 18 seitlich abstehenden
Kontaktzunge 26.
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Jede
Schweißlasche 24 dient
zur elektrischen Kontaktierung des jeweiligen durch die Durchtrittsöffnung 20 hindurchgeschobenen
Kontaktstifts 14, der wie in 1 ersichtlich, nach
dem Hindurchschieben zur Anlage mit der Schweißlasche 24 kommt.
Der andere Endabschnitt jedes Leitungselements 22, nämlich die
Kontaktzunge 26, bildet einen elektrischen Anschlussabschnitt
zur elektrischen Weiterverbindung des Kraftstoffinjektors, etwa
durch eine Steckerverbindung zu einer externen Leitungsanordnung.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel
bilden die Kontaktzungen 26 die Kontakte eines Steckverbinders
am fertigen Kraftstoffinjektor.
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Um
eine besonders zuverlässige
und dauerhafte Kontaktierung des Piezoaktors 16 mittels
des Kontaktzungenträgers 12 zu
schaffen, wird der parallel zur Schweißlasche 24 verlaufende
und eng an dieser anliegende Kontaktstift 14 noch mit der
Schweißlasche 24 verschweißt, beispielsweise
durch Ansetzen einer Schweißzange
von oben zur Widerstandsverschweißung dieser beiden Komponenten
oder durch eine Laserverschweißung
durch einen z. B. von oben auftreffenden Laserstrahl. Laserschweißungen sind
vor allem dann sehr vorteilhaft, wenn die Kontaktstifte und die
Schweißlaschen
auf Grund eines eingeschränkten
Bauraums vergleichsweise wenig von der Stirnseite des Kontaktzungenträgers hervorragen
dürfen.
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Grundsätzlich besteht
bei dieser Kontaktierungskonstruktion die Gefahr, dass bei der Herstellung
des Kontaktzungenträgers 12 als
ein Kunststoffformkörper
Kunststoffmaterial an der zur späteren Anlage
mit dem Kontaktstift 14 vorgesehenen Seite (die der Durchtrittsöffnung 20 zugewandte
Seite) der Schweißlasche 24 angelagert
wird. Bei dem dargestellten Kontaktzungenträger 12 ist diese Problematik
jedoch durch eine besondere Formgebung der Durchtrittsöffnungen 20 mit
den daran angrenzenden Schweißlaschen 24 vermieden,
wie es nachfolgend mit Bezug auf die Detaildarstellungen der 3 und 4 beschrieben
wird.
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Die 3 und 4 zeigen
den unteren der zwei in 2 ersichtlichen Kontaktierungsbereiche in
einem vergrößerten Maßstab. 3 zeigt
hierbei die Situation vor dem Hindurchschieben des Kontaktstifts 14 durch
die Durchtrittsöffnung 20,
also vor dem Aufsetzen des Kontaktzungenträgers 12 auf die in 1 ersichtliche
Aktorbaugruppe, wohingegen 4 die Situation
nach dem Aufsetzen des Kontaktzungenträgers 12 zeigt, in
welcher der Kontaktstift 14 aus der Durchtrittsöffnung 20 axial
herausragt und mit einem Teil seines Umfangs an der Schweißlasche 24 anliegt.
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Wie
es am besten in 3 zu erkennen ist, grenzt die
Schweißlasche 24 in
Umfangsrichtung der Durchtrittsöffnung 20 betrachtet über einen
ausgedehnten Bereich d an die Durchtrittsöffnung 20 an. Dieser
ausgedehnte Bereich d stellt in der Praxis sicher, dass auch nach
einem gewissen Verschleiß des verwendeten
Spritzgusswerkzeugs sich keine Kunststoffspritzhaut in diesem zur
Kontaktierung des hindurchgetretenen Kontaktstifts 14 vorgesehenen
Bereich ausbildet. Damit ergibt sich eine besonders zuverlässige Kontaktierung
zwischen Kontaktstift 14 und Schweißlasche 24, was insbesondere
für den nachfolgenden
Verschweißungsprozess
bedeutsam ist, der durch die beschriebene Gestaltung eine besonders
große "effektive Kontaktierungsfläche" ermöglicht.
Die besondere Formgebung der Durchtrittsöffnung 20 mit der
angrenzenden Schweißlasche 24 vermindert
insbesondere bei einer Laserverschweißung drastisch den Fertigungsausschuss.
Außerdem kann
die Bauraumhöhe
verringert werden.
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Die
Kontaktstift-Durchführungen 20 sind
also zumindest an der Übergangsfläche zu den
Schweißlaschen 24 "eckig" ausgeführt, da
hierdurch der Kunststoff von der späteren Schweißstelle der Schweißlaschen
in größerer Entfernung
endet. Die Zentrierung der runden Kontaktstifte 14 erfolgt über die
vier Tangentenflächen
des sich aus dem Querschnitt der Durchtrittsöffnung 20 ergebenden
Rechtecks.
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Um
hierbei nicht lediglich die Kunststoffmaterialfreiheit der verwendeten
Kontaktierungsfläche
der Schweißlasche 24 sicherzustellen,
sondern auch eine möglichst
spaltfreie Anlage des Kontaktstifts 14 an der Schweißlasche 24,
ist auf der der Schweißlasche
entgegengesetzten Seite der Durchtrittsöffnung 20 eine geringfügig schräg zur Axialrichtung
A sich erstreckende Federlasche 28 ausgebildet, die den hindurchgetretenen
Kontaktstift 14 (4) in Richtung
zur Federlasche 24 hin belastet. Dies ist insbesondere
für eine
einfache Laserverschweißung
von großem
Vorteil bzw. praktisch notwendig, um die durch den Laserstrahl aufgeschmolzenen
Materialabschnitte des Kontaktstifts 14 und der Schweißlasche 24 zuverlässig miteinander
zu verbinden.
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Die
Federlasche 28 ist einstückig mit dem Trägerkörper 18 ausgebildet,
wobei ein freies Ende der Federlasche 28 die Durchtrittsöffnung 20 in
Axialrichtung A betrachtet überragt,
nicht jedoch eine obere ebene Stirnfläche 30 des Kontaktzungenträgers 12.
Dies ist dergestalt realisiert, dass die Bereiche des Trägerkörpers 18,
an welchen die Durchtrittsöffnungen 20 ausgebildet
sind, lokal vertieft sind und sich die einstückig angeformte Federlasche 28 vom Grund
dieser Vertiefung schräg
nach oben bis auf die axiale Höhe
der Stirnfläche 30 erstreckt.
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Der
in 3 eingezeichnete Bereich d bildet etwa ein Viertel
des insgesamt etwa quadratischen Umfangs bzw. Querschnitts der Durchtrittsöffnung 20.
Dieser somit vergleichs weise große "kunststofffreie Anteil" der Innenumfangsfläche der
Durchtrittsöffnung 20 hält diesen
Bereich zuverlässig
frei von Kunststoffmaterial. In dieser Hinsicht ist es auch günstig, wenn,
wie aus 3 ersichtlich, von dem durch
Schweißlaschenmaterial
gebildeten Umfangsabschnitt die unmittelbar daran anschließenden Umfangsabschnitte
der Durchtrittsöffnung 20 sich
im Wesentlichen orthogonal weg erstrecken, die Durchtrittsöffnung 20 also
in diesem Anlagebereich "eckig" ist. Bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel
ist der Öffnungsumfang
auch auf der entgegengesetzten Seite, auf welcher die Federlasche 28 vorgesehen ist,
eckig. In diesen eckigen Umfang der Durchtrittsöffnung 20 wird der
Kontaktstift 14 mit geringem Spiel aufgenommen, wobei die
Federlasche 28 beim Hindurchstecken des Kontaktstifts 14 etwas
zurückgedrängt wird
und den Kontaktstift 14 daraufhin durch Federwirkung in
eine spaltfreie Anlage an der Schweißlasche 24 bringt
und hält.
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Erwähnenswert
ist, dass die beschriebene Formgebung abweichend vom dargestellten
Ausführungsbeispiel
sich nicht über
die gesamte axiale Erstreckung der Anlage zwischen dem Kontaktstift 14 und
der Schweißlasche 24 vorgesehen
sein muss. So ist es beispielsweise durchaus denkbar, dass in einem
axial tiefer gelegenen Abschnitt der Durchtrittsöffnung 20 der Öffnungsquerschnitt
sich in Anpassung an den Außenumfang
des Kontaktstifts 14 verändert, so dass in diesem Abschnitt
das Kunststoffmaterial des Trägerkörpers 18 den
Kontaktstift 14 ringsherum mit nur geringfügigem Spalt
umschließt. Bei
der dargestellten Ausführungsform
könnte
diese Modifizierung beispielsweise derart implementiert werden,
dass der an der oberen Mündung
der Durchtrittsöffnung 20 rechteckige
Querschnitt nach unten hin in einen kreisrunden Querschnitt übergeht.
Eine wenigstens abschnittsweise Umschließung des Kontaktstifts ist
beispielsweise sehr vorteilhaft, wenn nach dem Aufsetzen des Kontaktzungenträgers (und Kontaktierungsverschweißung) eine
Kunststoffumspritzung oder -anspritzung an der Oberseite des Kontaktzungenträgers erfolgen
soll. Ein nur geringfügiger
Spalt zwischen dem Kontaktstift und dem Trägerkörper vermeidet dann ein unter
Umständen
unerwünschtes
nennenswertes Vordringen von Kunststoffmaterial durch diesen Spalt
hindurch.
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Zusammenfassend
wird mit dem Kontaktzungenträger 12 eine
spaltausgleichende Durchführung
zur spaltfreien Anlage von Kontaktstiften an Kontaktierungsabschnitten
eingeformter Leitungselemente ermöglicht. Die in einfacher Weise
angeformte Federlasche wirkt als Ausgleich von Fertigungsmaßtoleranzen
von Kontaktstift und Kontaktzungenträger. Insbesondere eine dergestalt
am Trägerkörper integrierte
Federlasche kann so ausgebildet sein, dass diese mit ihrer Oberkante
mit einer oberen Fläche
des Trägerkörpers abschließt. Somit beeinträchtigt dieses
Federelement nicht den Schweißprozess,
auch nicht ein Widerstandsschweißen mittels Schweißzangen.
Das Federelement hat die Aufgabe, Durchmessertoleranzen der Kontaktstifte
und/oder der Durchtrittsöffnung
auszugleichen. In der Praxis genügt
hierfür
ein Federwirkungsweg von wenigen 1/10 mm. Aus diesem Grund kann
die Federlasche sehr kompakt ausgeführt werden. Durch die "eckige Anbindung" des Kontaktierungsabschnitts
(Schweißlasche)
an die Durchführung
wird in der Spritzgussform bei der Herstellung des Kontaktzungenträgers der
Bildung einer Kunststoffspritzhaut auf dem Kontaktierungsabschnitt
entgegengewirkt. Es ergibt sich eine Verbesserung der Prozesssicherheit
im Schweißprozess.