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Die Erfindung betrifft ein als Steckerelement oder Buchsenelement ausgebildetes elektrisches Kontaktelement. Die Erfindung betrifft weiterhin eine entsprechende Kontakteinrichtung und ein entsprechendes Steckkontaktsystem.
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Ein derartiges Kontaktelement ist zum Beispiel als Steckerelement oder Buchsenelement eines Stecker-Buchse-Systems zur elektrischen Kontaktierung eines als entsprechendes Buchsenelement oder Steckerelement ausgebildeten Gegenkontaktelements durch ein Einstecken des Steckerelements in das Buchsenelement ausgebildet. Dabei kontaktiert eine Kontaktfläche des Kontaktelements eine Gegenkontaktfläche des Gegenkontaktelements in mindestens einem Bereich elektrisch. Dieser Bereich ist zum Beispiel ein Endbereich eines Reibbereichs beziehungsweise einer Reibbahn, der/die durch wiederholtes Einstecken in das Buchsenelement und Ziehen des Steckerelements aus dem Buchsenelement gebildet ist.
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Die Kontaktreibung zwischen Kontaktelement und Gegenkontaktelement wird durch die Auswahl der Kontaktfläche sowie deren Rauigkeit, Passivierung und Fettung möglichst niedrig gehalten. Die kleinsten Unebenheiten im Reibbereich, die durch an der Kontaktfläche und/oder der Gegenkontaktfläche ausgerissene oder abgeriebene Teile entstanden sind, führen zu Beschädigungen der Kontaktoberflächen, also der Kontaktfläche des Kontaktelements und der Gegenkontaktfläche des Gegenkontaktelements, was eine Verkürzung der Lebensdauer des Kontaktes bewirkt.
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Um langfristig eine hohe Kontaktgüte des elektrischen Kontakts zwischen Kontaktelement und Gegenkontaktelement zu gewährleisten, wird die Kontaktkraft möglichst hoch gehalten. Dies ruft jedoch eine entsprechend hohe Reibungskraft hervor, die ohne entsprechende Fettung über eine Vielzahl von Einsteck-Abzieh-Zyklen zu einer Beschädigung der Kontaktfläche und/oder der Gegenkontaktfläche führt.
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Für die Reduzierung der Kontaktreibung werden zurzeit teure Fette verwendet, die bei der Produktion der Kontaktelemente oder Gegenkontaktelemente durch eine Vorrichtung im Tauch- oder Sprühverfahren aufgetragen werden.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Kontaktelement, einer Kontakteinrichtung und ein entsprechendes Steckkontaktsystem bereitzustellen, die bei gleicher Kontaktkraft auch ohne Fettung eine verringerte Kontaktreibung aufweist.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Kontaktelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1, einer Kontakteinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 und einem Steckkontaktsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 10, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die oben genannte Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Kontaktfläche des Kontaktelements Rillen aufweist, deren Ausrichtung mit der Einsteckrichtung einen spitzen Winkel α bilden. Die Rillen verlaufen somit quer zur Einsteckrichtung des Steckerelements in das Buchsenelement, wobei ein Verlauf senkrecht zu der Einsteckrichtung ausgeschlossen ist. An der Kontaktfläche und/oder der Gegenkontaktfläche ausgerissene oder abgeriebene Teilchen (Späne) verfangen sich durch die Einsteck- oder Abziehbewegung in den Rillen und werden in den Rillen aus der entsprechenden Ausriss- oder Abriebzone verlagert.
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Unter einem Buchsenelement ist im Rahmen dieser Erfindung – wie in der Elektrotechnik üblich – ein den äußeren Kontakt einer Steckverbindung bildendes Element zu verstehen, in das das Steckerelement eingesteckt beziehungsweise geschoben wird. Dabei umgreift das Buchsenelement das Steckerelement vollumfänglich oder aber nur in Teilbereichen seines Umfangs.
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Das Kontaktmaterial ist jedes gängige Kontaktmaterial, insbesondere jedoch Kupfer und Kupferlegierungen blank oder oberflächenbeschichtet beispielhaft mit Zinn, Silber oder Gold.
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Mit Vorteil ist das Buchsenelement ein Klemmelement, insbesondere ein Klemmelement mit mindestens zwei einander gegenüberliegend angeordneten Klemmschenkeln, zwischen die das Steckerelement eingesteckt werden kann.
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Während die Kontaktfläche an einem Endbereich des Kontaktelements angeordnet ist, ist an einem gegenüberliegenden Ende des Kontaktelements ein Anschlussbereich mit einer Anschlussvorrichtung zum Anschließen eines Leitungselements wie zum Beispiel eines Kabels angeordnet. Die Anschlussvorrichtung ist zum Beispiel ein Crimp-Profil, eine Löt-Öse oder eine andere bekannte Anschlussvorrichtung.
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Die Kontaktfläche weist einen Reibbereich auf, wobei zumindest ein Teil der Rillen auf der Kontaktfläche vorteilhafterweise über den Reibbereich hinausgehen. Besonders bevorzugt gehen alle Rillen auf der Kontaktfläche über den Reibbereich hinaus.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Winkel α zwischen Einsteckrichtung und Ausrichtung der Rillen einen Wert von 45° bis 60° (45° ≤ α ≤ 60°) hat. Messungen, bei denen ein Kraft-Wegdiagramm aufgenommen wurde, haben gezeigt, dass die benötigten Steck- und/oder Ziehkräfte mit Rillen, die eine derartige Ausrichtung bezüglich der Steckrichtung haben, gering sind und über eine Vielzahl von Steck-Zieh-Zyklen auch gering bleiben.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Tiefe jeder der Rillen mindestens 50 μm beträgt (≥ 50 μm). Untersuchungen haben gezeigt, dass ein Großteil der durch das Stecken und Ziehen des Steckerelements entstehenden Späne und vergleichbaren anderen Teilchen in zumindest einer Richtung eine Ausdehnung von weniger als 50 μm hat und sich daher in Rillen dieser Tiefe verfangen.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass die mittlere Breite B jeder der Rillen mindestens 50 μm beträgt. Untersuchungen haben gezeigt, dass ein Großteil der durch das Stecken und Ziehen des Steckerelements entstehenden Späne und vergleichbaren anderen Teilchen (Partikel) in zumindest einer Richtung eine Ausdehnung von weniger als 50 μm haben und sich daher in Rillen dieser mittleren Breite verfangen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Abstand A der Rillen zu ihren Nachbar-Rillen jeweils 200 μm bis 600 μm (0.2 mm bis 0.6 mm) beträgt. Dieser Abstand ermöglicht ein Verfangen und Verlagern von möglichst vielen Teilchen bei gleichzeitig hoher Kontaktkraft.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Kontaktelement als Flachsteckelement oder Flachsteckhülse ausgebildet ist. Bei einem derartigen Kontaktelement ist der Reibbereich als ein bezüglich des Kontaktelements und/oder des (als entsprechende Flachsteckhülse oder Flachsteckelement ausgebildeten) Gegenkontaktelements ortsfeste Reibbahn mit definierter Breite ausgebildet.
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Gemäß einer Alternative zu der vorgenannten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Kontaktelement als Stift oder Buchse mit im Wesentlichen rundem Querschnitt ausgebildet ist. Bei einem derartigen Kontaktelement ist der Reibbereich als eine bezüglich des Kontaktelements oder des als entsprechende Buchse oder Stift ausgebildeten Gegenkontaktelements ortsfeste Reibbahn mit definierter Breite ausgebildet.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Kontakteinrichtung mit mehreren Kontaktelementen, wobei mindestens eines der Kontaktelemente als vorgenanntes Kontaktelement ausgebildet ist. Vorzugsweise sind alle Kontaktelemente der Kontakteinrichtung als vorgenannte Kontaktelemente ausgebildet. Die Kontakteinrichtung weist bevorzugt eine Halterung zum Halten der Kontaktelemente auf.
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Das erfindungsgemäße Steckkontaktsystem weist mindestens ein vorgenanntes Kontaktelement und mindestens ein (jeweils) entsprechendes Gegenkontaktelement auf. Die (Gegen-)Kontaktfläche des Gegenkontaktelements ist dabei vorzugsweise glatt ausgebildet.
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Gemäß einer alternativen Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass auch die Kontaktfläche des Gegenkontaktelements Rillen aufweist, deren Ausrichtung mit der Einsteckrichtung vorzugsweise einen spitzen Winkel bilden. Insbesondere ist vorgesehen, dass diese Kontaktfläche einen Reibbereich aufweist und die Rillen auf der Kontaktfläche über den Reibbereich hinausgehen. Bevorzugt liegt der Winkel zwischen Einsteckrichtung und Ausrichtung der Rillen des Gegenkontaktelements ebenfalls zwischen 45° und 60°.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen weiter im Detail erläutert.
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1 zeigt eine Draufsicht auf die Kontaktfläche eines Kontaktelements gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
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2 zeigt eine Draufsicht auf die Kontaktfläche eines Kontaktelements gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
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3 zeigt den Kontaktbereich eines als Stift ausgebildeten Kontaktelements und
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4 zeigt den Kontaktbereich eines als Flachsteckelement ausgebildeten Kontaktelements.
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Die 1 und 2 zeigen jeweils einen Teilbereich einer Kontaktfläche 1 eines elektrischen Kontaktelements 3, wie es zum Beispiel in 4 gezeigt ist. Das Kontaktelement 3 ist als Steckerelement 5 oder Buchsenelement (nicht gezeigt) eines das Steckerelement und das Buchsenelement aufweisenden Steckkontaktsystems (Stecker-Buchse-Steckkontaktsystems) ausgebildet. Das entsprechende Gegenkontaktelement (nicht gezeigt) dieses Steckkontaktsystems ist dann als Buchsenelement (als Gegenkontaktelement des als Steckerelement 5 ausgebildeten Kontaktelements) oder Steckerelement (als Gegenkontaktelement des als Buchsenelement ausgebildeten Kontaktelements) ausgebildet.
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Die in 1 gezeigte Kontaktfläche 1 weist parallel zueinander verlaufende Rillen 7 auf, deren Ausrichtung mit der Einsteckrichtung (Pfeil 9) einen spitzen Winkel α von 45° bilden. Die Rillen 7 sind als durchgehende Rillen ausgebildet, die sich mit ihren Endbereichen bis zum jeweiligen Rand der Kontaktfläche 1 erstrecken. Dieser Rand ist zum Beispiel der seitliche Rand einer Steckzunge oder der Übergang von der Kontaktfläche zu einem Einsteckende 11 des Steckerelements 5. In einem als Reibbahn ausgebildeten Reibbereichs 13 kommt es beim Einstecken des Steckerelements 5 in das Buchsenelement (oder dem entsprechenden Ziehen des Steckerelements 5 aus dem Buchsenelement) zum Auftreten hoher Reibungskräfte.
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Aufgrund von Oberflächenunebenheiten werden beim Einstecken und Abziehen des Steckerelements Partikel (Teilchen) aus der Oberfläche herausgerissen oder -gebrochen. Diese oder bereits auf der Kontaktfläche 1 vorhandene Partikel (Teilchen) – teilweise auch in oxidierter Form – bewegen sich wie ein Abriebpulver zwischen der Kontaktfläche 1 des Kontaktelements 3 und der entsprechenden Gegenkontaktfläche des Gegenkontaktelements. Da die Kontaktfläche 1 auch im Reibbereich 13 von den Rillen 7 durchzogen sind, die mit ihrer Breite B von 50 μm bis 70 μm und ihrer Tiefe von mindestens 50 μm diese Partikel zumindest teilweise aufnehmen können, sammelt sich ein Teil der Partikel in den Rillen 7 und die Reibkräfte bleiben moderat.
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Aufgrund der Ausrichtung der Rillen 7 schräg quer zur Einsteckrichtung (Pfeil 9) werden die Partikel bei jeder der Einsteck- oder Abziehbewegungen des Steckerelements 5 in den Rillen aus der entsprechenden Ausriss- oder Abriebzone innerhalb des Reibbereichs 13 in die Bereiche der Kontaktfläche 1 außerhalb des Reibbereichs 13 verlagert. Dazu gehen die im Ausführungsbeispiel der 1 gezeigten Rillen 7 auf der Kontaktfläche 1 über den Reibbereich 13 hinaus.
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Der Abstand A jeder der Rillen 7 zu ihren jeweiligen nächsten Nachbar-Rillen 7 beträgt jeweils 250 μm bis 350 μm. Dadurch ergibt sich trotz der über viele Einsteck-Abzieh-Zyklen verringerten mittleren Reibkräfte eine hohe Kontaktkraft zwischen Kontaktfläche 1 und Gegenkontaktfläche.
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Die durchgehenden Rillen 7 des Kontaktelements 3 sind insbesondere durch Prägen oder durch Schneiden in das die Kontaktfläche 1 bildende Kontaktmaterial erstellt.
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Die 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Kontaktfläche 1, die im Wesentlichen der Ausführungsform der 1 entspricht, sodass hier nur auf die Unterschiede eingegangen wird.
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Die Rillen 7 des Kontaktelements 3 der 2 sind als segmentierte Rillen ausgebildet, wobei die Rillen 7 also nicht durchgehend ausgebildet sind, sondern in regelmäßig auftretenden Abschnitten eine Rillentiefe von 0 μm bis 5 μm aufweisen, wodurch sich Rillensegmente 15 ausbilden. Die Länge der Rillensegmente 15 ist dabei bevorzugt größer als die Länge der Abschnitte mit verringerter Rillentiefe.
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Die segmentierten Rillen 7 des Kontaktelements 3 sind insbesondere durch Prägen in das die Kontaktfläche 1 bildende Kontaktmaterial erstellt.
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Die 3 zeigt den Einsteckbereich eines als ein mit einem Buchsenelement zusammenwirkender Stift 17 ausgebildeten Kontaktelements 3, das – wie auch das Buchsenelement – einen im Wesentlichen runden Querschnitt aufweist. An das als Kegelstumpf ausgeformte Einsteckende 11 schließt sich ein zylinderförmiger Kontaktabschnitt an, dessen Mantelfläche die Kontaktfläche 1 bildet. Diese weist die Rillen 7 auf, deren Ausrichtung mit der Einsteckrichtung einen spitzen Winkel α von 45° bildet.
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Die 4 zeigt den Einsteckbereich eines als Flachsteckelement 19 ausgebildeten Kontaktelements 3 zum Zusammenwirken mit einer nicht gezeigten Flachsteckhülse. An das Einsteckende 11 schließt sich ein quaderförmiger Kontaktabschnitt an, dessen eine als Steckzungenfläche ausgebildete Fläche die Kontaktfläche 1 bildet. Diese weist die Rillen 7 auf, deren Ausrichtung mit der Einsteckrichtung (Pfeil 9) einen spitzen Winkel α von 45° bildet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kontaktfläche
- 3
- Kontaktelement
- 5
- Steckerelement
- 7
- Rille
- 9
- Pfeil
- 11
- Einsteckende
- 13
- Reibbereich
- 15
- Rillensegment
- 17
- Stift
- 19
- Flachsteckelement
- A
- Abstand
- B
- Breite
- α
- Spitzer Winkel
