DE102006009074A1

DE102006009074A1 - Elektrischer Steckverbinder mit vorgespannter Kontaktlamelle

Info

Publication number: DE102006009074A1
Application number: DE102006009074A
Authority: DE
Inventors: Peter Rehbein; Andreas Simmel; Eckhardt Philipp
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-02-28
Filing date: 2006-02-28
Publication date: 2007-08-30
Anticipated expiration: 2026-03-01
Also published as: US20070218763A1; DE102006009074B4; US7381104B2

Abstract

Ein elektrischer Steckverbinder (1) umfasst eine zum Einführen eines Kontaktpins (6) vorgesehene Steckaufnahme (5), eine am Steckverbindergehäuse (2) schwenkbar gelagerte Kontaktlamelle (10), deren freies Ende (13) in Einführrichtung (7) des Kontaktpins (6) gerichtet ist, und einen am Steckverbindergehäuse (2) schwenkbar gelagerten Haltearm (11) der im einführbereiten Ausgangszustand des Steckverbinders (1) sowohl mit seinem freien Ende (17) in die Steckaufnahme (5) hineinragt als auch die in die Steckaufnahme (5) hinein vorgespannte Kontaktlamelle (10) zurückhält, wobei die Kontaktlamelle (10) und/oder die gegenüberliegende Gehäusewand (8a) aus elektrisch leitendem Material zur Kontaktierung des eingeführten Kontaktpins (6) sind.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem elektrischen Steckverbinder mit einer zum Einführen eines Kontaktpins vorgesehenen Steckaufnahme.

Derzeit sind im Automotive-Bereich elektrische Steckverbinder mit Kontaktlamellen bekannt, die in einem vorgespannten Zustand für die Steckung auf einen Kontaktpin bereit stehen. Die Vorspannung wird dadurch erreicht, dass die Kontaktlamellen bewusst aus einem zunächst überbogenen Zustand zurückgebogen werden und in dieser neuen Lage durch starre Widerlager an einer Stahlüberfeder abgestützt werden. 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.

Bei den bekannten elektrischen Steckverbindern 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.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße elektrische Steckverbinder mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass die Kontaktnormalkraft erst wirksam wird, wenn der Kontaktpin bereits weit über die Kontaktkuppen hinaus in die Steckaufnahme eingeführt ist. Hierdurch wird der so genannte Aufschnäbel-Peak während des Steckvorganges vermieden, wodurch die zum Ausbilden einer Steckverbindung benötigte Steckkraft erheblich verringert werden kann. Für den Fall, dass der Kontaktpin nicht mehr weiter eingeschoben wird, sobald er den Haltearm bei der Erststeckung ausgelöst hat, resultiert die Widerstandskraft, die der Kontaktpin während seiner Einsteckphase erfährt, nur aus der Verformungskraft und der geringen Reibkraft, die notwendig ist, um den Haltemechanismus der Kontaktlamelle zu lösen. Durch die exakte Auslegung der Hebel- und Rastgeometrie lässt sich diese Widerstandskraft auf ein Niveau unterhalb des Gleitreibungsniveaus reduzieren, das in dem Fall auftreten würde, wenn der Kontaktpin weitergeschoben würde, wobei die freigegebene Kontaktlamelle mit der vollständig wirksamen Kontaktnormalkraft in den Kontaktkuppen auf die Kontaktpinoberfläche drücken würde. In beiden Fällen wird jedoch der so genannte Aufschnäbel-Peak bei der Erststeckung vermieden, der signifikant über dem Gleitreibungsniveau liegt und daher maßgeblich den Gesamtsteckkraftverlauf bekannter Steckverbindungen bestimmt.

Die Kontaktlamelle, die insbesondere im Maulbereich des elektrischen Steckverbinders angebunden ist und in die Steckaufnahme hineinragt, wird mittels des auslenkbaren Haltearms in einer vorgespannten Position gehalten, so dass der einlaufende Kontaktpin des Gegensteckers kräftefrei zwischen die Kontaktkuppen der Steckaufnahme geschoben werden kann. Am Ende seines Einsteckweges drückt der einlaufende Kontaktpin mit einer geringen Kraft gegen den auslenkbaren Haltearm, wodurch dieser verschwenkt wird und die vorgespannte Kontaktlamelle freigibt. Die Kontaktlamelle ihrerseits stellt über die Kontaktkuppen den Kraftschluss und bevorzugt auch eine elektrische Verbindung zum Kontaktpin her. Die Kontaktlamelle ist vorzugsweise aus Federstahl und im Bereich ihrer Kontaktkuppe vergoldet.

Der auslenkbare Haltearm kann beispielsweise aus dem Steckverbindergehäuse freigestanzt und nach innen hereingestellt sein. Der Haltemechanismus ist allerdings nur während der Erststeckung aktivierbar. Ist der Haltemechanismus durch den einlaufenden Kontaktpin erst einmal gelöst worden, ist es nicht notwendig (und wahrscheinlich auch nicht möglich), dass der Haltearm seine ursprüngliche Stellung wieder einnimmt und die Kontaktlamelle erneut im vorgespannten Zustand hält. Für den Fall einer notwendigen Zweitsteckung kann mit seitlich in Aussparungen laufenden Vorsprüngen der Federweg der Kontaktlamelle begrenzt werden. Allerdings muss bei einer Zweitsteckung von einem erhöhten Reibwiderstand ausgegangen werden, da nun auch der bereits erwähnte Aufschnäbel-Peak nicht mehr verhindert werden kann.

Durch die Erfindung lässt sich die notwendige Steckkraft eines elektrischen Steckverbinders bei Erststeckung signifikant reduzieren und damit die Steckverbindung einfacher und kostengünstiger gestalten. Der erfindungsgemäße elektrische Steckverbinder kann:

– durch die sehr genaue Art der Vorspannungseinstellung den Aufschnäbel-Peak während des Erststeckvorganges bis unter das Niveau der Gleitreibungskräfte im Plateaubereich des Steckkraft-Weg-Verlaufes reduzieren.
– 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.
– 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.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.
Zeichnungen
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektrischen Steckverbinders ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1a, 1b den erfindungsgemäßen elektrischen Steckverbinder im für eine Erststeckung einführbereiten Ausgangszustand (1a) und im gesteckten Endzustand (1b);
2 den elektrischen Steckverbinder in einer teilweise aufgebrochenen Ansicht entsprechend II von 1a; und
3 den elektrischen Steckverbinder von 1 im für eine Zweitsteckung einführbereiten Ausgangszustand (3a) und im gesteckten Endzustand (3b).
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Der in 1a gezeigte elektrische Steckverbinder 1 umfasst ein Steckverbindergehäuse 2, das aus elektrisch leitendem Material, z.B. aus einem Metallblech (Kupfer), und durch Stanzen und Biegen hergestellt ist. Das Steckverbindergehäuse 2 ist am einen Ende durch einen Crimpbereich 3 mit einem elektrischen Anschlusskabel 4 verbunden und weist am anderen Ende eine Steckaufnahme 5 auf, in die ein elektrisch leitender Kontaktpin 6 in Einführrichtung 7 einzuführen ist.
Die Steckaufnahme 5 ist durch vier Seitenwände 8a–8d des Steckverbindergehäuses 2 gebildet, wobei die in 1a obere Seitenwand 8a eine nach innen in die Steckaufnahme 5 hinein gewölbte, innenseitig vergoldete Kontaktkuppe 9 aufweist. An der in 1a unteren Seitenwand 8b sind eine Kontaktlamelle 10 und ein Haltearm 11 schwenkbar gelagert. Die Kontaktlamelle 10 ist durch den einen Schenkel eines U-förmigen Blechteils (z.B. aus Federstahl) gebildet, dessen anderer Schenkel 12 innenseitig an der unteren Seitenwand 8b befestigt ist. Die Kontaktlamelle 10 erstreckt sich mit ihrem freien Ende 13 innerhalb der Steckaufnahme 5 in Einführrichtung 7. Der Schenkel 12 des U-förmigen Blechteils ist an der unteren Seitenwand 8b mittels zweier nach innen umgebogener Laschen 14 der unteren Seitenwand 7b befestigt, die durch eine Aussparung 15 hindurch den Schenkel 12 klemmend übergreifen und auch elektrisch leitend kontaktieren. An ihrer in die Steckaufnahme 5 ragenden Innenseite hat die Kontaktlamelle 10 eine vergoldete Kontaktkuppe 16. Der Haltearm 11 ist durch eine sich in Einführrichtung 7 erstreckende, entsprechend freigestanzte Lasche der unteren Seitenwand 8b gebildet und mit seinem freien Ende 17 in die Steckaufnahme 5 hinein umgebogen.
In 1a ist der elektrische Steckverbinder 1 in seinem für eine Erststeckung einführbereiten Ausgangszustand gezeigt, in welchem die in die Steckaufnahme 5 hinein vorgespannte Kontaktlamelle 10 durch einen Vorsprung (Rastnase) 18 des Haltearms 11 zurückgehalten ist und der Haltearm 11 mit seinem freien Ende 17 weiter in die Steckaufnahme 5 hineinragt als die Kontaktlamelle 10. Zum Ausbilden einer elektrischen Steckverbindung wird der Kontaktpin 6 kräftefrei zwischen die beiden Kontaktkuppen 9, 16 geschoben, bis er am Ende seines Einsteckweges mit geringer Kraft gegen das freie Ende 17 des Haltearms 11 drückt und diesen in Einführrichtung 7 auslenkt. Die dadurch freigegebene Kontaktlamelle 10 schwenkt aufgrund ihrer Vorspannung in Anlage an den Kontaktpin 6, der dadurch zwischen den beiden Kontaktkuppen 9, 16 klemmend und elektrisch leitend gehalten ist. Mit anderen Worten stellt die Kontaktlamelle 10 über die Kontaktkuppen 9, 16 den Kraftschluss und die elektrische Verbindung zum Kontaktpin 6 her. In 1b ist der elektrische Steckverbinder 1 in seinem Endzustand mit vollständig eingestecktem Kontaktpin 6 gezeigt.
Für den Fall, dass der Kontaktpin 6 nicht mehr weiter eingeschoben wird, sobald er den Haltearm 11 bei der Erststeckung ausgelöst hat, resultiert die Widerstandskraft, die der Kontaktpin 6 während seiner Einsteckphase erfährt, nur aus der Verformungskraft und der geringen Reibkraft, die notwendig ist, um den Haltemechanismus der Kontaktlamelle 10 zu lösen. Durch die exakte Auslegung der Hebel- und Rastgeometrie lässt sich diese Widerstandskraft auf ein Niveau unterhalb des Gleitreibungsniveaus reduzieren, das in dem Fall auftreten würde, wenn der Kontaktpin 6 weitergeschoben würde, wobei die freigegebene Kontaktlamelle 10 mit der vollständig wirksamen Kontaktnormalkraft in den Kontaktkuppen 9, 16 auf die Kontaktpinoberfläche drücken würde. In beiden Fällen wird jedoch der so genannte Aufschnäbel-Peak bei der Erststeckung vermieden, der signifikant über dem Gleitreibungsniveau liegt und daher maßgeblich den Gesamtsteckkraftverlauf bekannter Steckverbindungen bestimmt.
Ist der Haltemechanismus durch den einlaufenden Kontaktpin 6 erst einmal gelöst worden, ist es nicht notwendig (und wahrscheinlich auch nicht möglich), dass der Haltearm 11 seine ursprüngliche Stellung wieder einnimmt und die Kontaktlamelle 10 erneut im vorgespannten Zustand hält. Für den Fall einer notwendigen Zweitsteckung wird, wie in 2 gezeigt, mit seitlich in Aussparungen 19 der Seitenwände 8c, 8d laufenden Vorsprüngen 20 der Federweg der Kontaktlamelle 10 begrenzt, d.h., der Rand 21 der Aussparung 19 bildet einen die Schwenkbewegung des Federarms 5 in die Steckaufnahme 3 hinein begrenzenden Anschlag.
In 3a ist der elektrische Steckverbinder 1 in seinem für eine Zweitsteckung einführbereiten Ausgangszustand gezeigt, in welchem die in die Steckaufnahme 5 hinein vorgespannte Kontaktlamelle 10 mit ihren Vorsprüngen 20 jeweils am Rand 21 der Aussparungen 20 anliegt. Da die Kontaktlamelle 10 nun weiter in die Steckaufnahme 5 als bei der Erststeckung hineinragt, ist der Reibwiderstand bei der Zweitsteckung des Kontaktpins 6 erhöht, und auch der bereits erwähnte Aufschnäbel-Peak kann nicht verhindert werden. In 3b ist der elektrische Steckverbinder 1 in seinem Endzustand mit vollständig eingestecktem Kontaktpin 6 gezeigt.

Claims

Elektrischer Steckverbinder (1) mit einer zum Einführen eines Kontaktpins (6) vorgesehenen Steckaufnahme (5), mit einer am Steckverbindergehäuse (2) schwenkbar gelagerten Kontaktlamelle (10), deren freies Ende (13) in Einführrichtung (7) des Kontaktpins (6) gerichtet ist, und mit einem am Steckverbindergehäuse (2) schwenkbar gelagerten Haltearm (11), der im einführbereiten Ausgangszustand des Steckverbinders (1) sowohl mit seinem freien Ende (17) in die Steckaufnahme (5) hineinragt als auch die in die Steckaufnahme (5) hinein vorgespannte Kontaktlamelle (10) zurückhält, wobei die Kontaktlamelle (10) und/oder die gegenüberliegende Gehäusewand (8a) aus elektrisch leitendem Material zur Kontaktierung des eingeführten Kontaktpins (6) sind.
Elektrischer Steckverbinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktlamelle (10) ein separates Teil ist.
Elektrischer Steckverbinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktlamelle (10) und das Steckverbindergehäuse (2) aus elektrisch leitendem Material sind und die Kontaktlamelle (10) am Steckverbindergehäuse (2) elektrisch leitend befestigt ist.
Elektrischer Steckverbinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktlamelle (10) eine insbesondere vergoldete Kontaktkuppe (16) zum elektrischen Kontaktieren des eingeführten Kontaktpins (6) aufweist.
Elektrischer Steckverbinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die der Kontaktlamelle (10) gegenüberliegende Gehäusewand (8a) eine insbesondere vergoldete Kontaktkuppe (9) zum elektrischen Kontaktieren des eingeführten Kontaktpins (6) aufweist.
Elektrischer Steckverbinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltearm (11) einen Vorsprung (18) aufweist, an dem im einführbereiten Ausgangszustand des elektrischen Steckverbinders (1) die in die Steckaufnahme (5) hinein vorgespannte Kontaktlamelle (10) anliegt.
Elektrischer Steckverbinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltearm (11) durch eine in die Steckaufnahme (5) hinein gebogene Lasche des Steckverbindergehäuses (2) gebildet ist.
Elektrischer Steckverbinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steckverbindergehäuse (2) einen Anschlag (21) aufweist, der die Schwenkbewegung der Kontaktlamelle (10) in die Steckaufnahme (5) hinein begrenzt.
Elektrischer Steckverbinder nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag (21) jeweils durch den Rand einer Aussparung (19) des Steckverbindergehäuses (2) gebildet ist, in die die Kontaktlamelle (10) mit einem seitlichen Vorsprung (20) eingreift.