DE102005032462A1

DE102005032462A1 - Buchsenkontakt zur Herstellung einer elektrischen Steckverbindung, bestehend aus einem Bi-Metall

Info

Publication number: DE102005032462A1
Application number: DE200510032462
Authority: DE
Inventors: Andreas Simmel; Eckhardt Philipp
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-07-12
Filing date: 2005-07-12
Publication date: 2007-01-25
Also published as: WO2007006601A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Buchsenkontakt, der aus einem Anschlussteil (7) und einem Kontaktteil (8) besteht. Der Kontaktteil (8) ist mittels einer federartig und klammerartig ausgebildeten Kontaktlamelle (10) ausgebildet. DOLLAR A Aufgrund erhöhter Stromzuführung entsteht innerhalb des Buchsenkontakts (6) eine Erwärmung, die möglicherweise zur Relaxation der federartig ausgebildeten Kontaktlamellen (10) führen kann, so dass eine Kontaktierung des Gegenkontakts (5) nicht mehr gewährleistet ist. Dem wird erfindungsgemäß derart entgegengetreten, dass die Kontaktlamellen (10) mittels eines Bi-Metalls ausgebildet sind, wobei die Kontaktlamellen (10) derart ausgelegt sind, dass bei einer Erwärmung im Kontaktierungsbereich die Kontaktnormalkraft F erhöht wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen Buchsenkontakt zur Herstellung einer elektrischen Steckverbindung mit einem Gegenkontakt, bestehend aus

– einem Anschlussteil zur Aufnahme eines elektrischen Leiters und
– einem Kontaktteil, der mit dem Anschlussteil verbunden ist und feder- und klammerartig ausgebildete Kontaktlamellen umfasst, wobei die Kontaktlamellen Kontaktkuppen umfassen, die mit einer Kontaktnormalkraft ein in den Buchsenkontakt eingeführten Gegenkontakt, beispielsweise ein Kontaktpin oder ein Kontaktmesser, umgreifen.

Buchsenkontakte sind in vielfältigen Ausführungen bekannt. Sie werden als einteilige oder mehrteilige Buchsenkontakte ausgebildet und weisen in der Regel Kontaktlamellen auf, die einen Kontaktpartner, z. B. in Ausführung eines Kontaktpins oder eines Kontaktmessers, kontaktieren und zumindest teilweise umfassen. Die bekannten Buchsenkontakte weisen ein Anschlussteil auf, an das ein elektrischer Leiter anschlagbar ist. Ferner weist der Buchsenkontakt ein Kontaktteil auf, das unmittelbar an das Anschlussteil anschließt und in Regel aus klammerartig und federartig ausgebildeten Kontaktlamellen besteht. Die Kontaktlamellen sind vorgespannt und zur Kontaktierung des Kontaktpartners vorgesehen. Die von den Kontaktlamellen erzeugten Kontaktnormalkräfte werden in dem Herstellungsprozess über Stanz- und Biegeprozesse hergestellt. Die Kontaktnormalkraft ist zur funktionalen Kontaktierung des Kontaktpartners notwendig.

Nachteile des Standes der Technik

Derart bekannte Buchsenkontakte mit federnden Kontaktlammellen sind nicht in der Lage, regelnd insbesondere progressiv auf eine Erwärmung des Buchsenkontakts zu reagieren, wie sie z. B. in Folge eines verschleißbedingten Anstiegs eines so genannten Engewiderstands im Kontaktpunkt und der damit verbundenen Widerstandserwärmung auftreten kann. Die Kontaktnormalkräfte stellen in der Regel einen Kompromiss dar zwischen der Forderung nach ausreichend hohen Kontaktnormalkräften, die die Kontaktkuppen in die Lage versetzen, z. B. Fremdschichten auf den Kontaktierflächen der Kontaktpartner sicher zu durchdrücken und der Forderung nach möglichst geringen Steckkräften, die sich im wesentlichen aus den Reibkräften zwischen den Kontaktpartnern ergeben. Infolge der Relaxation der Konstruktionsmaterialien nehmen die anfänglichen Kontaktnormalkräfte während der Lebensdauer des Buchsenkontaktes ab. Belastungsbedingter Reibverschleiß im Kontaktpunkt kann dazu führen, dass der Engewiderstand und damit die Widerstandserwärmung im Kontaktpunkt in einem starken Maße zunimmt, insbesondere wenn die Kontaktnormalkraft relaxationsbedingt zurückgeht. In Folge dessen steigt die Wahrscheinlichkeit eines thermisch induzierten Verschleißes des Kontaktbereichs und damit das Risiko zur Unterbrechung gegen Lebensdauerende stark an, zumal es sich bei diesem Vorgang um einen sich selbst verstärkenden Effekt handelt.

Aufgabe der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine technische Lösung für bestehende Buchsenkontakte zu schaffen, die es erlaubt, auf eine Widerstandserwärmung zu reagieren.

Lösung der Aufgabe

Der Kerngedanke der Lösung der Aufgabe besteht darin, den Buchsenkontakt derart auszugestalten, dass zumindest der Bereich der Kontaktkuppen aus einem Bi-Metall besteht. Dieser mit Bi-Metall ausgestaltete Bereich verändert seine Form aufgrund bestehender Wärme. Dadurch wird erzielt, dass die Kontaktnormalkraft zumindest konstant bleibt oder sogar ansteigt.

Vorteile der Erfindung

Einer der wesentlichen Vorteile der Erfindung besteht darin, dass die erforderliche Kontaktnormalkraft zum Umgreifen des eingesteckten Gegenkontakts auch bei erhöhter Stromzuführung konstant bleibt oder sogar verstärkt wird. Dadurch ist gewährleistet, dass auch bei einem ansteigenden Stromfluss die Funktion eines Buchsenkontakts und eines in den Buchsenkontakt eingeführten Gegenkontakts erhalten bleibt.

Die Herstellung eines solchen erfindungsgemäßen Buchsenkontakts sieht vor, dass zumindest der Bereich, der mit dem Gegenkontakt kontaktiert, mit einem Bi-Metall versehen ist. Vorzugsweise ist auch die vollständige Kontaktlamelle mit einem Bi-Metallmaterial versehen, wobei die zum Kontaktbereich hinweisende Seite der Kontaktkuppen mit einer Kupferlegierung ausgestattet ist und die weitere Schicht des Bi-Metalls mit Stahl versehen ist.

Vorzugsweise wird die Kontaktlamelle aus einem Stanz-Biegeteil hergestellt. Nach Herstellung des Stanzteils werden durch unterschiedliche Biegeprozesse und zusätzliche Verarbeitungsprozesse wie beispielsweise eine Anprägung der Kontaktkuppen, unterschiedliche Schritte unternommen, bis die entsprechenden Kontaktlamellen entstehen. Durch leichte Biegung des Materials kann eine Vorspannung an den Kontaktlamellen erzielt werden, so dass bereits eine definierte Kontaktnormalkraft vorhanden ist.

Durch ein Einrollen der freien Enden der Kontaktlamellen und die Ausformung der Kontaktkuppe insbesondere im eingerollten Bereich kann auf diese Weise auch eine gute elektrische Leitfähigkeit der Kupferbasislegierung direkt genutzt werden und der Über gangswiderstand im Kontaktpunkt mit dem Gegenstecker sehr gering gehalten werden.

Durch die Realisierung einer Kontaktlamellenkonstruktion unter Ausnutzung des Bi-Metalleffekts ist es erstmals möglich, dass die Kontaktlamellen einer Widerstandserhöhung und der damit unter Strombelastung einhergehenden Widerstandserwärmung aktiv entgegentreten, indem die Kontaktnormalkräfte unter Einfluss der Erwärmung konstant gehalten werden oder sogar verstärkt werden und so der so genannte Engewiderstand reduziert wird, wodurch wiederum der Widerstandserwärmung entgegengewirkt wird. Das Risiko eines thermisch induzierten Verschleißes des Kontaktbereichs wird hierdurch deutlich reduziert.

Da die erfindungsgemäßen Bi-Metallkontaktlamellen sehr schnell auf Widerstandserhöhungen reagieren, können die Steckkräfte bei Erstreckung darüber hinaus durch Zurücknahme der Kontaktlamellenvorspannung reduziert werden. Auch auf große Stromstärken reagiert der Buchsenkontakt aktiv durch Erhöhung der Kontaktnormalkräfte und damit durch Reduktion von Engewiderständen, was wieder zur Reduktion der Kontakterwärmung und der Verlustleistung des elektrischen Gesamtsystems beiträgt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gehen aus der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung sowie den Ansprüchen hervor.

Zeichnungen
Es zeigen:
1 eine schematische Seitenansicht auf einen Buchsenkontakt, angeordnet in einer Kontaktkammer eines Steckers, im nichtgesteckten Zustand (Gegenkontakt in vorbereitender Position);
2 eine schematische Seitenansicht auf einen Buchsenkontakt, angeordnet in einer Kontaktkammer eines Steckers, im gesteckten Zustand mit einem Gegenkontakt;
3A–E eine schematische Darstellung des Herstellungsprozesses des erfindungsgemäßen Buchsenkontakts in einzelnen Schrittphasen teilweise auch Darstellung der Rückseite;
4A–C eine schematische Darstellung des Stromflusses und der damit erfolgten Erwärmung sowie Wirkung des Bi-Metalls zur Erhöhung der Kontaktnormalkraft.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In 1 ist schematisch ein erfindungsgemäßer Buchsenkontakt 1 dargestellt. Der Buchsenkontakt 1 ist in einer Kontaktkammer 2 eines in der Zeichnung nicht näher dargestellten Steckers 3 angeordnet. Die Kontaktkammer 2 weist eine Kontaktöffnung 4 auf, in die ein Gegenkontakt 5 in Pfeilrichtung 6 einführbar ist und bereit ist, mit dem Buchsenkontakt 1 innerhalb der Kontaktkammer 2 zu kontaktieren.
Der Buchsenkontakt 1 selbst besteht aus einem Anschlussteil 7 und einem Kontaktteil 8. An dem Anschlussteil 7 ist eine elektrische Leitung 9 angeschlagen. Der Kontaktteil 8 ist elektrisch mit dem Anschlussteil 7 verbunden und dient zur Aufnahme des Gegenkontakts 5. Das Kontaktteil 8 selbst ist derart ausgestaltet, dass hierfür federartig und klammerartig ausgebildete Kontaktlamellen 10 vorgesehen sind, wobei bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei Kontaktlamellen 10 dargestellt sind, die einander gegenüber liegen und die derart federbelastet sind, dass die freien Enden 11 der Kontaktlamellen 10 sich klammerartig berühren. Die freien Enden 11 sind derart ausgebildet, dass diese in den Kontaktierungsbereich hineingebogen sind und so an ihrem freien Ende jeweils Rundungen 13 ausbilden, so dass sich unter anderem der Buchsenkontakt 1 einfach in die Kontaktkammer 2 einführen lässt.
Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Kontaktlamellen 10 vollständig aus Bi-Metall ausgeführt, wobei als erste äußere Metallschicht 15 eine Kupferbasismateriallegierung vorgesehen ist und als innere Metallschicht 16 Stahl vorgesehen ist. Durch das Einrollen der freien Enden 11 der Kontaktlamellen 10 gelangt das Kupferbasismaterial (äußere Metallschicht 15) in dem Bereich der Kontaktierungskuppen 17 in Kontakt mit dem eingeführten Gegenkontakt 5.
In 2 ist der in 1 dargestellte Buchsenkontakt 1 mit dem Gegenkontakt 5 kontaktiert. Die Kontaktierungskuppen 17 kon taktieren mit der Oberfläche 18 des Gegenkontakts 5. Somit ist auf diese Weise eine elektrische Verbindung zwischen dem Gegenkontakt 5 und dem Buchsenkontakt 1 hergestellt.
In 3A–E ist die Herstellung eines solchen Buchsenkontakts 1 dargestellt. Er besteht im ersten Bearbeitungsabschnitt aus einem Stanzteil gemäß 3A. Das Stanzteil weist einen Anschlussbereich 7 sowie einen Kontaktierungsbereich 8 auf. Nachdem die freien Enden 11 der Kontaktlamellen 10 angeprägt wurden (3B) und so sich Kontaktpunkte bilden, werden diese entsprechend eingerollt. Zusätzlich werden die freien Enden 11 eingerollt, so dass durch Abwicklung der einzelnen Arbeitsschritte das Produkt gemäß 3E entsteht.
In 4A ist der erfindungswesentliche Kerngedanke dargestellt. Unmittelbar nach dem Kontaktieren wirkt eine Kontaktnormalkraft F auf den Gegenkontakt 5. Die Kontaktnormalkraft F wird durch die federartige und klammerartige Ausbildung der Kontaktlamellen 10 gebildet. Wird die Steckverbindung mit Strom beauftragt, so fließt der Strom gemäß den Pfeilen S entlang des Gegenkontakts 5 sowie des Buchsenkontakts 1 (4B). Wird der Strom verstärkt, so würde an sich der Leiter und damit die Kontaktlamellen 10 sich erwärmen, was wiederum mit sich führen würde, dass die durch Vorspannung vorgegebene Kontaktnormalkraft F sich verringert. Dadurch würde die Kontaktierung gegenüber dem Gegenkontakt 5 verringert oder sogar verloren gehen.
Aufgrund dessen, das zumindest der Bereich der Kontaktkuppen 17 bei dem vorliegenden Beispiel die gesamten Kontaktlamellen 10 mit Bi-Metall versehen sind, erwärmt sich wiederum der Kontak tierungsbereich (Bereich der Kontaktkuppen) aufgrund der erhöhten Stromzuführung. Die Materialauswahl ist jedoch derart ausgelegt, dass durch die Erwärmung des Buchsenkontakts 1 die Kontaktnormalkraft F erhöht wird, so dass zumindest die gleiche oder eine höhere Kraft auf den Gegenkontakt 5 wirkt (4C).
Durch die Anwendung des Bi-Metalls ist eine Konstruktion geschaffen worden, mittels der auf einfache Art und Weise eine Konstanz der Kontaktnormalkraft auch bei erhöhtem Stromfluss gewährleistet ist.

Claims

Buchsenkontakt zur Herstellung einer elektrischen Steckverbindung mit einem Gegenkontakt, bestehend aus – einem Anschlussteil zur Aufnahme eines elektrischen Leiters und – einem Kontaktteil, das mit dem Anschlussteil verbunden ist und feder- und klammerartig ausgebildet ist und Kontaktlamellen umfasst, wobei die Kontaktlamellen Kontaktkuppen umfassen, die mit einer Kontaktnormalkraft den in den Buchsenkontakt eingeführten Gegenstecker umgreifen, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Kontaktkuppen (17) aus Bi-Metall bestehen, wobei das Material des Bi-Metalls derart ausgewählt ist, dass bei einer Erwärmung des Buchsenkontakts (1) die Kontaktnormalkraft F zumindest konstant bleibt oder steigt.
Buchsenkontakt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktlamellen (10) aus Bi-Metall hergestellt sind.
Buchsenkontakt nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Metall des Bi-Metalls Federstahl ist.
Buchsenkontakt nach den vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bi-Metall aus einer Kupferbasislegierung besteht.
Buchsenkontakt nach den vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Buchsenkontakt ein Stanz-Biegeteil ist.