DE102007045880A1

DE102007045880A1 - Elektrischer Steckverbinder mit versilbertem Kontaktteil auf Stahlbasis

Info

Publication number: DE102007045880A1
Application number: DE200710045880
Authority: DE
Inventors: Peter Rehbein; Ulrich Schmatz; Stefan Grosskopf
Original assignee: Robert Bosch GmbH; Inovan GmbH and Co KG
Current assignee: Robert Bosch GmbH; Inovan GmbH and Co KG
Priority date: 2007-09-25
Filing date: 2007-09-25
Publication date: 2009-04-23
Also published as: FR2921521A1

Abstract

Ein elektrischer Steckverbinder (1) in der Ausgestaltung eines Buchsenkontakts umfasst ein einteilig auf einem Blech (3) gefertigtes Kontaktteil (4), das mindestens einen in eine Kontaktöffnung (5) hineinragenden Federkontakt (6) zum elastischen Kontaktieren eines in die Kontaktöffnung (5) eingesteckten Gegensteckers (2) aufweist. Erfindungsgemäß ist das Blech (3) durch ein Stahlblech (7) mit einer Dicke kleiner oder gleich ca. 0,15 mm und mit einer zumindest auf der Kontaktseite des mindestens einen Federkontakts (6) vorgesehenen Beschichtung (8) gebildet, deren elektrische Leitfähigkeit größer als die des Stahlblechs (7) ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem elektrischen Steckverbinder nach der Gattung des Patentanspruchs 1.
Ein derartiger elektrischer Steckverbinder, auch Kontakt genannt, ist beispielsweise durch die DE 102 24 683 A1 bekannt geworden.
Elektrische Steckverbindungen sind dafür vorgesehen, über ihr Buchsenteil und ihr Steckerteil z. B. zwischen einer elektrischen Leitung und einer weiteren elektrischen Leitung oder einer elektrischen Leitung und einem elektrischen Aggregat, eine wieder lösbare elektrische Verbindung herzustellen.
Es gibt bei derzeitigen Steckverbindungen das Problem des hohen Raumbedarfs, welches teilweise auf die verwendeten Kabel zurückzuführen ist, teilweise aber auch auf die Größe und das Design der elektrischen Kontakte (Kontakte, Buchsenkontakte, Terminals). Diese Abmessungen führen bei hochpoligen Steckern von Steuergeräten (bis ca. 200 Pins und Kontakte mit Leitungen) oder ähnlichem häufig dazu, dass die Steckerabmessungen größer sind als die Komponente (sein müsste). Eine Miniaturisierung scheitert bislang an den zu realisierenden Normalkräften des Kontaktes zur sicheren elektrischen Kontaktierung des eingesteckten Gegensteckers, an den Wandstärken des Kunststoff-Steckers, dem so genannten Rastermaß bzw. Reihenabstand, an den Blechdicken der verwendeten Kupfer(Cu)-Legierungen des Kontaktes sowie an den Leitungsdurchmessern. Zurzeit sind für Kontakte, in denen Pins mit einem Durchmesser von 0,63 mm kontaktiert werden, Rastermaße von 2,5 mm üblich. Bei beispielsweise 20 Kontakten pro Reihe könnte bei Reduzierung des Rastermaßes auf 2,1 mm über 7 mm Breite des Steckers eingespart werden, was zu Platzersparnis und Materialersparnis führt.
Der aus der eingangs genannten DE 102 24 683 A1 bekannte elektrische Steckverbinder ist ein Stecker mit einem Kontaktabschnitt, der derart gestaltet ist, dass Flachfederarmkontaktelemente einen Stift (Pin) des Gegensteckers aufnehmen können, so dass der elektrische Kontakt zwischen Stecker und Gegenstecker hergestellt ist. Über das Material des Kontaktabschnitts sind in der DE 102 24 683 A1 keine Aussagen gemacht.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, das Kontaktteil (Kontakt) auf Stahlbasis statt aus Cu-Legierung zu konstruieren und den Nachteil, dass die elektrische Leitfähigkeit von Stahl deutlich schlechter ist als die der Cu-Legierung, durch eine geeignete Beschichtung zu kompensieren. Als Stahl kann beispielsweise rostfreier Federstahl, wie z. B. X12CrNi177K oder X10CrNi188 (Werkstoff Nr. 1.4310) mit einem Festigkeitsbereich von 1400–1700 Mpa eingesetzt werden. Die Festigkeit üblicher Cu-Legierungen liegt im Bereich von 400–600 Mpa.
Das erfindungsgemäße Kontaktteil aus Stahl hat den Vorteil, dass wegen der gegenüber üblichen Cu-Legierungen dreimal höheren Festigkeit entsprechend dünnere Blechdicken eingesetzt werden können, um vergleichbare Kontaktnormalkräfte von ca. 3 N zu erzielen. Dadurch können kleiner bauende Kontakte eingesetzt und somit Bauraum bei Steuergeräte-Steckverbindungen eingespart werden. Bei der erfindungsgemäß möglichen Verringerung des Rastermaßes zwischen benachbarten Kontakten kann bei z. B. 20 Kontakten pro Reihe ein Bauraum von 2 bis 4 mm eingespart werden gegenüber einem Kontakt aus einer weniger festen Cu-Legierung. Zur Realisierung der mit Cu-Legierungen vergleichbaren elektrischen Leitfähigkeiten ist die Beschichtung idealerweise aus Silber (vorzugsweise 6–12 μm galvanisch oder 8–10 μm galvanisch oder 10–20 μm galvanisch), da Silber die beste elektrische Leitfähigkeit aller Metalle hat und sehr gute Verschleiß-Schutzeigenschaften zeigt. Sowohl Reinsilber glänzend als auch Hartsilber, jeweils mit/ohne Passivierung z. B. auf Thiolbasis, kommen in Frage. Die Silber-Beschichtung kann mit oder ohne eine Zwischenschicht aus z. B. Nickel (Ni) aufgebracht werden, sowie mit einem geeigneten Haftvermittler (Cu-Flash oder Ni-Strike) zwischen dem Stahlsubstrat und der eigentlichen Silberschicht.
Die Erwärmung aufgrund der elektrischen Last ist umso geringer, je größer die Dicke der Silberschicht ist. Noch größere Silberschichtdicken sind möglich, aber mit mehr Kosten verbunden; außerdem muss bei sehr dicken Schichten (> ca. 20 μm) mit einem veränderten Biege- und Stanzverhalten gerechnet werden sowie mit einem schlechteren tribologischen Verhalten. Vor diesem Hintergrund kann ein erfindungsgemäßer Kontakt auf Federstahlbasis für Automobilanwendungen z. B. bei 100°C Umgebungstemperatur etwa um mindestens 20% mehr mit Strom belastet werden als ein nicht versilberter Stahlkontakt.
Ein weiterer Vorteil besteht in der Relaxationsarmut gegenüber Kontakten aus Cu-Legierungen, da Stahl kaum relaxiert. Dadurch kann auch bei hohen Temperaturen von bis zu ca. 160°C eine elektrische Funktion über die gesamte Lebensdauer ermöglicht werden.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektrischen Steckverbinders ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Die in den Figuren gezeigten Merkmale sind rein schematisch und nicht maßstäblich zu verstehen. Es zeigt:
1 einen Längsschnitt eines einteilig aus einem Blech gefertigten Kontaktteils des erfindungsgemäßen elektrischen Steckverbinders, wobei das Blech durch ein Stahlblech mit einer Silberbeschichtung gebildet ist; 2 eine andere Ausführungsform des Kontaktteils des erfindungsgemäßen elektrischen Steckverbinders, wobei zwischen dem Stahlblech und der Silberbeschichtung eine Zwischenschicht vorgesehen ist; und 3 ein Diagramm, das die Erwärmung des erfindungsgemäßen elektrischen Steckverbinders aufgrund der elektrischen Last zeigt, und zwar für drei unterschiedlich dicke Silberbeschichtungen.
Ausführungsformen der Erfindung
Der in 1 gezeigte elektrische Steckverbinder 1 ist als Buchsenkontakt bzw. Rundkontakt ausgestaltet und dient zum elektrischen Kontaktieren eines Gegensteckers bzw. Pins 2 mit einem Durchmesser von kleiner oder gleich 1,2 mm.
Der elektrische Steckverbinder 1 umfasst ein einteilig aus einem einzigen Blech 3 mit einer Dicke von ca. 0,1 mm zu einem Buchsenteil gefertigtes Kontaktteil 4, das zwei in eine Kontaktöffnung 5 des Kontaktteils 4 hineinragende Federkontakte (Federarmkontakte) 6 zum elektrischen Kontaktieren des in die Kontaktöffnung 5 eingesteckten Pins 2 aufweist. Das Blech 3 ist durch ein Stahlblech 7 mit einer zumindest auf der Kontaktseite der Federkontakte 6 vorgesehenen Silberbeschichtung 8 gebildet, deren elektrische Leitfähigkeit größer als die des Stahlblechs 7 ist. Das Stahlblech 7 ist beispielsweise aus rostfreiem Federstahl, wie X12CrNi177K oder X10CrNi188 (Festigkeitsbereich 1400–1700 Mpa), und die Silberbeschichtung 8 aus Reinsilber glänzend oder aus Hartsilber. Die Silberbeschichtung 8, jeweils mit/ohne Passivierung z. B. auf Thiolbasis, ist mit einer Dicke von ca. 5–20 μm galvanisch auf das Stahlblech 7 aufgebracht.
Dieser elektrische Steckverbinder 1 auf Federstahlbasis hat den Vorteil, dass wegen der gegenüber üblichen Cu-Legierungen dreimal höheren Festigkeit entsprechend dünnere Blechdicken eingesetzt werden können, um vergleichbare Kontaktnormalkräfte der Federkontakte 6 von ca. 3 N zu erzielen. Bei einer so möglichen Verringerung des Rastermaßes zwischen benachbarten Kontakten kann bei z. B. 20 Kontakten pro Reihe ein Bauraum von 2 bis 4 mm eingespart werden gegenüber einem Steckverbinder aus einer weniger festen Cu-Legierung. Den Nachteil, dass die elektrische Leitfähigkeit von Edelstahl deutlich schlechter ist als die der Cu-Legierung, wird durch die Silberbeschichtung 8 kompensiert kommen in Frage.
2 zeigt einen anderen Aufbau des Blechs 3, aus dem das Kontaktteil 4 gefertigt ist. Zwischen dem Stahlblech 7 und der Silberbeschichtung 8 ist noch eine Zwischenschicht 9 vorgesehen, z. B. eine Ni-Schicht oder eine geeignete Haftvermittlerschicht (Cu-Flash oder Ni-Strike).
In 3 ist die Temperatur des elektrischen Steckverbinders 1 über dem jeweils anliegenden elektrischen Strom aufgetragen, und zwar für drei unterschiedliche dicke Silberbeschichtungen 8 von 5, 8 und 10 μm. Die Erwärmung des elektrischen Steckverbinders 1 aufgrund der elektrischen Last ist umso geringer, je dicker die Silberbeschichtung 8 ist. Noch größere Silberschichtdicken sind möglich, aber mit mehr Kosten verbunden, und bei sehr dicken Schichten (> ca. 20 μm) muss mit einem veränderten Biege- und Stanzverhalten gerechnet werden sowie mit einem schlechteren tribologischen Verhalten. Vor diesem Hintergrund kann ein elektrischer Steckverbinder 1 für Automobilanwendungen z. B. bei 100°C Umgebungstemperatur etwa um mindestens 20% mehr mit Strom belastet werden als ein Stahlkontakt ohne Silberbeschichtung.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 10224683 A1 [0002, 0005, 0005]

Claims

Elektrischer Steckverbinder (1) in der Ausgestaltung eines Buchsenkontakts, mit einem einteilig aus einem Blech (3) gefertigten Kontaktteil (4), das mindestens einen in eine Kontaktöffnung (5) hineinragenden Federkontakt (6) zum elektrischen Kontaktieren eines in die Kontaktöffnung (5) eingesteckten Gegensteckers (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Blech (3) durch ein Stahlblech (7) mit einer Dicke kleiner oder gleich ca. 0,15 mm und mit einer zumindest auf der Kontaktseite des mindestens einen Federkontakts (6) vorgesehenen Beschichtung (8) gebildet ist, deren elektrische Leitfähigkeit größer als die des Stahlblechs (7) ist.
Elektrischer Steckverbinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlblech (7) aus Federstahl, insbesondere aus X12CrNi177K oder X10CrNi188, ist.
Elektrischer Steckverbinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (8) aus Silber, insbesondere aus Reinsilber glänzend oder aus Hartsilber, ist oder aus einer Silberlegierung besteht.
Elektrischer Steckverbinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (8) eine Dicke von 2–100 μm, insbesondere von 2–20 μm, aufweist.
Elektrischer Steckverbinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Stahlblech (7) und der Beschichtung (8) eine Zwischenschicht (9) vorgesehen ist.
Elektrischer Steckverbinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlblech (7) eine Dicke von ca. 0,1 mm aufweist.