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Derzeit
sind im Automotive-Bereich Kontaktsysteme bekannt, bei denen Kontaktlamellen
in einem vorgespannten Zustand für
die Steckung auf einen Kontaktpin bereit stehen. Diese Vorspannung wird
dadurch erreicht, dass die Kontaktlamellen bewusst aus einem zunächst überbogenen
Zustand elastisch zurückgebogen
werden und in dieser neuen Lage durch starre Widerlager an einer
Stahlüberfeder
abgestützt
werden.
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Durch
die Vorspannung von Kontaktlamellen soll ein großes Kontaktgap eingestellt
werden, ohne die im gesteckten Zustand wirksamen Kontaktnormalkräfte zu senken,
die durch den Vorverbiegungszustand der Kontaktlamellen im unbelasteten
Zustand definiert werden. Der Vorteil eines auf diese Weise eingestellten
großen
Kontaktgaps liegt darin, dass die hohe Reibkraft zu Beginn des Steckvorgangs
(Aufschnäbel-Peak
im Steckkraft-Weg-Diagramm) erheblich reduziert wird, da die Kontaktlamellen
und der Kontaktpin erst unmittelbar vor dem parallelen Bereich des
Kontaktpins aufeinander treffen, also in einem Bereich, in dem die
Gleitwinkel – bezogen
auf die Reibkräfte – günstig sind.
Weiterhin wird durch ein großes
Kontaktgap die Wahrscheinlichkeit einer Hintersteckung der Kontaktlamellen
reduziert.
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Bei
den bereits bekannten Kontaktsystemen mit vorgespannten Kontaktlamellen
handelt es sich bei den Widerlagern für die Vorspannung um starre Elemente
der Stahlüberfeder,
die die Federbewegung der Kontaktlamellen auch im gesteckten Zustand
einseitig begrenzen. Aufgrund der engen Toleranzen solcher Federsysteme
besteht die Gefahr, dass die Kontaktkraft nicht vollständig erreicht
wird, bzw. dass der Kontaktpin nur einseitig kontaktiert wird.
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Vorteile der
Erfindung
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Der
erfindungsgemäße Steckverbinder
mit einer vorgespannten Andruckfeder mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 hat demgegenüber
den Vorteil, dass ein Kontaktsystem geschaffen wird, bei dem die
Kontaktnormalkraft erst wirksam wird, wenn der Kontaktpin bereits
weit über
die ortsfeste Kontaktstelle (Kontaktkuppe) in den Steckverbinder
eingeführt
ist.
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Weitere
Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands der Erfindung
sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.
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Zeichnung
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Ein
Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Steckverbinders
ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 einen
Längsschnitt
(nur die dem Betrachter zugewandte Seitenwand ist weggeschnitten) durch
den Steckverbinder im Ausgangszustand, mit einem Kontaktpin am Anfang
der Einsteckbewegung, wobei die Andruckfeder verrastet und daher
gespannt ist;
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2 einen
Längsschnitt
entsprechend der 1, aber mit vollständig eingestecktem
Kontaktpin und am Kontaktpin anliegender, entrasteter Andruckfeder;
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3 eine
Ansicht auf den Steckverbinder von links in 2, wobei
eine Seitenwand des Steckverbinders zur besseren Darstellung weggebrochen ist;
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4 vergrößert in
Seitenansicht ein Rastfenster in einer Seitenwand mit einem verrasteten Vorsprung
der Andruckfeder;
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5 einen
Längsschnitt ähnlich 2, nachdem
der vollständig
eingesteckte Kontaktpin aus dem Steckverbinder weitgehend heraus
gezogen worden ist und mit diesem nicht mehr in Berührung ist;
und
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6 eine
Ansicht der Anordnung der 5 von rechts,
wobei eine Seitenwand und die Andruckfeder entfernt worden sind.
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Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
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In 1 weist
ein Steckverbinder 1 ein Gehäuse 3 in Form einer
Kastenkonstruktion auf. Ein Crimpbereich 4 dient zum Anschluss
eines Kabels. Eine erste Wand 5 des Steckverbinders 1 weist
eine nach innen gerichtete ortsfeste Kontaktstelle 7 auf, die
als angeprägte
Kontaktkuppe (hier als Primärkontaktkuppe
bezeichnet) ausgebildet ist. Der ersten Wand 5 steht in
einem Abstand parallel eine zweite Wand 9 gegenüber, die
mit der ersten Wand 5 durch Seitenwände 11 und 13 verbunden
sind. Das Gehäuse 3 führt im Gebrauch
Strom und besteht aus Metall, es ist durch Stanzen und Biegen erzeugt
worden. Eine dabei noch verbleibende Längsfuge kann bei Bedarf durch
Schweißen
geschlossen werden. Im Inneren des Gehäuses 3 ist eine verschiebliche,
im wesentlichen L-förmige
Andruckfeder 15 mit einem langen Schenkel 17 und
einem kurzen Schenkel 19 der Kontaktstelle 7 gegenüber angeordnet.
Der lange Schenkel 17 ist in seinem mittleren Bereich nach
innen (in Richtung zur ersten Wand 5 und zu einem durch
eine Einstecköffnung 20 einzusteckenden Kontaktpin 21 mit
einer Pinspitze 22 hin) aufgewölbt vorgebogen. Die Andruckfeder 15 ist
in einem in 1 gezeigten Ausgangszustand
in einer vorgespannten Position verrastet. Dabei verläuft der
lange Schenkel 17 eben und liegt an der zweiten Wand 9 an.
Die Verrastposition ist so, dass der Abstand (d. h. das Kontaktgap)
zwischen der Kontaktstelle 7 und einer zur Anlage am Kontaktpin 21 bestimmten
Andruckfläche
(Sekundärkuppe) 23 (2)
der Andruckfeder 15 groß genug ist, damit der Kontaktpin 21 kräftefrei
mit seiner verjüngten
Pinspitze 22 weit über
die Kontaktstelle 7 an der ersten Wand 5 hinaus in
den Steckverbinder 1 eingesteckt werden kann. Anstatt der
L-förmigen
Andruckfeder 15 könnte
z. B. auch eine gerade Blattfeder, die im mittleren Bereich durch
Vorbiegen in eine Richtung aufgewölbt verformt ist und die einen
geeigneten Vorsprung für
den Kontaktpin hat, vorgesehen sein.
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Die
Andruckfeder 15 besteht im Beispiel aus Stahl. Da sie an
der zweiten Wand 9 anliegt, kann sie einen Teil des Stroms
vom und zum Kontaktpin 21 übertragen. Der Hauptteil des
Stroms fließt über die Kontaktstelle 7.
Die Stromleitung kann durch gut leitende Metallüberzüge, vorzugsweise aus Gold,
an der Kontaktstelle 7 und/oder an der Andruckfeder 15 beeinflusst
werden.
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In 1 steht
der kurze Schenkel 19 etwa rechtwinklig vom langen Schenkel 17 ab
und ragt in Einsteckrichtung des Kontaktpins 21 gesehen
in größerem Abstand
(jedenfalls größer als
die Länge
der Pinspitze 22) hinter der Kontaktstelle 7 in
den Weg der Pinspitze 22. Wenn diese beim weiteren Einstecken
des Kontaktpins auf den kurzen Schenkel 19 trifft, verschiebt
sie die Andruckfeder 15 aus der verrasteten Stellung weiter
ins Innere des Gehäuses 3.
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In 2 hat
die Andruckfeder 15 bei diesem Vorgang die verrastete Position
verlassen und eine frei gegebene Stellung erreicht. Auf diese Weise
wird der vorgespannte Bereich des langen Schenkels 17 frei
gegeben, wodurch er nach innen einfedern kann. Hierdurch kann sich
die Andruckfläche 23 der
innenliegenden Andruckfeder 15 auf der Kontaktfläche des Kontaktpins 21 abstützen. Durch
das Kräftegleichgewicht,
das sich nun zwischen den Stützpunkten
der Andruckfeder 15 an der Innenseite der Kastenkonstruktion,
der Andruckfläche 23 der
innenliegenden Andruckfeder 15, dem Kontaktpin 21 und
der Kontaktstelle 7 (Primärkontaktkuppe) einstellt, wird
einerseits der Kontaktpin 21 auf die Kontaktstelle 7 gepresst
und andererseits der Steckverbinder 1 über dem Kontaktpin 21 ausgerichtet.
Unabhängig
von der Wortwahl in dieser Beschreibung besteht meist eine gleiche
Wirkung, gleichgültig
ob der Steckverbinder festgehalten und der Kontaktpin eingesteckt
wird, oder der Kontaktpin festgehalten und der Steckverbinder aufgesteckt
wird. Der Kontaktpin 21 hat im Beispiel einen runden Querschnitt,
daher ist der Querschnitt des Steckverbinders 1 etwa quadratisch. Er
ist z. B. zum Anschließen
an Schnittstellen im Automobil-Bereich geeignet. Bei Bedarf kann
der Steckverbinder leicht für
die Benutzung mit einem flachen Kontaktpin umkonstruiert werden.
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Wie 3 gut
zeigt, sind im Ausführungsbeispiel
zum Verrasten an der Andruckfeder 15 seitliche Vorsprünge 27 vorhanden,
die mit Rast- und Führungsflächen je
nach der Verschiebeposition der Andruckfeder 15 zusammen
wirken. Auch ein einziger Vorsprung 27 kann genügen. Vorzugsweise
sind schmale Laschen als Vorsprünge 27 am
höchsten Punkt
der Aufwölbung
zu beiden Seiten vorhanden. Dann entspricht die Lage der Andruckfläche 23 hinsichtlich
ihres Abstands von der ersten Wand 5 genau dem entsprechenden
Abstand der Vorsprünge 27.
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In 4 sind
die genannten Rast- und Führungsflächen deutlich
gezeigt. Sie sind Ränder
von sogenannten Rastfenstern 29 der Seitenwände 11, 13 des
Gehäuses 3,
in die die Vorsprünge 27 hineinragen.
Die Rastfenster 29 sind in einem Bereich so ausgeführt, dass
die schmalen seitliche Vorsprünge 27 der
Andruckfeder 15 dort verrasten können und die Aufwölbung in
einer vorgespannten Stellung niederhalten können. Hierzu dient eine etwas
hinterschnittenen Rastfläche 31.
Auf diese Weise kann ein großes
Kontaktgap zwischen der Aufwölbung
der Andruckfeder 15 und der Kontaktstelle 7 eingestellt
werden. Jeweils an seinem oberen und an seinem unteren Ende stützt sich
der lange Schenkel 17 der Andruckfeder 15 an der
Innenseite der zweiten Wand 9 der Kastenkonstruktion verschieblich
gelagert ab. Die Richtung der Ansicht der 4 stimmt
mit den 1 und 2 überein.
Im Ausgangszustand stützt sich
der seitliche Vorsprung 27 an der Rastfläche 31 ab
und ist daher nicht nur durch Reibung, sondern auch formschlüssig gehalten.
Dabei kann der Vorsprung 27 beim Auftreffen des Kontaktpins 21 auf den
kurzen Schenkel 19 aus der so gebildeten Verrastung und über eine
sich anschließende
Schräge 33 mit
einer Kraft bewegt werden, die deutlich kleiner ist als die hohe
Kraft eines Aufschnäbel-Peaks
bekannter Steckverbindungen. Beim Gleiten der Vorsprünge 27 über die
konvex gewölbte
Schräge 33 nähern sich
diese progressiv an die zylindrische Kontaktfläche des Kontaktpins 21 an
und gleiten über
die Schräge 33 in
einen weit ausgesparten Bereich, wodurch die Andruckfläche 23 schließlich an
dem Kontaktpin 21 mit einer plötzlichen Bewegung zur Anlage kommt.
Die Andruckfeder 15 kann im Arbeitsbereich vollständig ungehindert
die Kontaktnormalkraft aufbringen. Dieser Zustand ist in 2 gezeigt.
Dabei befindet sich der Vorsprung 27 aber noch in einem Abstand
von der Unterseite 35 des Rastfensters 29. Durch
die Gestaltung der Rastflächen
und der Gleitschrägen
des Rastfensters 29 wird ein Kraftanstieg in der Höhe des bekannten
Aufschnäbel-Peaks
deutlich unterschritten. diese die auf gleicher Höhe mit dem Vorsprung 27 liegende
Andruckfläche 23.
In den übrigen
Figuren ist die Schräge 33 vereinfachend
als gerade dargestellt. Allerdings kann die Schräge tatsächlich geradlinig verlaufend
vorgesehen sein.
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5 zeigt
den Zustand, wenn nach dem beschriebenen ersten Steckvorgang der
Kontaktpin 21 aus dem Steckverbinder 1 heraus
gezogen worden ist. Dabei hat sich die Andruckfläche 23 weiter in Richtung
zur ersten Wand 5 bewegt, bis der Vorsprung 27 an
der Unterseite 35 des Rastfensters 29 zur Ruhe
kommt. Die Anordnung ist so, dass in diesem Zustand die Andruckfeder 15 nicht
vollständig entspannt
ist. Durch die Unterseite 35 wird das Einstecken des Kontaktpins 21 bei
einer Zweitsteckung (die Andruckfeder 15 ist nicht durch
die Rastfläche 31 verrastet)
erleichtert.
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6 zeigt,
dass zum Herstellen der Kontaktstelle 7 in der Wand 5 zwei
parallele Längsschnitte 37 begrenzter
Länge vorhanden
sind. Ein dazwischen liegender Wandbereich 39 ist nach
innen zum Bilden der Kontaktstelle 7 ausgewölbt worden.
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Gemäß der Erfindung
ausgeführten
Kontaktsysteme können
- a) durch die sehr genaue Art der Gapeinstellung den
Aufschnäbel-Peak
während
des ersten Steckvorganges vollständig
vermeiden;
- b) sich darüber
hinaus in Kontaktsystemen implementieren lassen, deren vorderer
Kontaktierbereich schwingungstechnisch von dem Crimpbereich und
der Stahlüberfeder
entkoppelt ist, da Wechselwirkungen mit den umgebenden Elementen
des Kontaktes bei diesem System nicht notwendig sind;
- c) in sehr engen Toleranzen gefertigt werden, da es sich hier
ausschließlich
um Stanz-Biegeprozesse eines Teiles handelt und die Präzision des Stanzprozesses
an dieser Stelle das Gapmaß definiert;
- d) durch eine entsprechende Bemessung des Rastfensters eine
vollständige
Entspannung der Stahlfeder verhindern. Auf diese Weise ist es möglich, einen übermäßig hohen
Anstieg der Steckkraft bei der Zweitsteckung zu verhindern.