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Die Erfindung betrifft eine Baueinheit und ein Verfahren zur Herstellung einer Baueinheit für die Telekommunikations- und Datentechnik.
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In Anschluss- oder Verteilermodulen der Telekommunikations- und Datentechnik sind üblicherweise Kontaktelemente angeordnet, die beispielsweise einen Aderanschlusskontakt aufweisen. Über diese Kontaktelemente werden beispielsweise Doppeladern angeschaltet. Dabei ist es weiter bekannt, in oder zwischen den Verbindungen Funktionselemente wie beispielsweise Überspannungsableiter, Kondensatoren, Filterschaltungen, Splitterbauelemente oder Ähnliches zu schalten. Dies erfolgt entweder über Leiterplatten in dem Anschluss- oder Verteilermodul oder aber das Anschluss- oder Verteilermodul weist Trennkontakte auf, in die von außen Stecker oder Magazine mit den Funktionselementen gesteckt werden können. Beide Lösungen benötigen jedoch zusätzlich Bauraum.
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Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, eine Baueinheit und ein Verfahren zur Herstellung einer Baueinheit zu schaffen, mittels derer kompakter eine Verbindung zwischen einem Kontaktelemente und einem Funktionselement herstellbar ist.
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Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 9. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Hierzu umfasst die Baueinheit für die Telekommunikations- und Datentechnik ein Kontaktelement und ein Funktionselement, insbesondere ein Überspannungsableiter, wobei das Kontaktelement mindestens an einem Ende einen Anschlusskontakt und einen Verbindungsbereich aufweist, an dem das Funktionselement verschweißt ist, wobei der Verbindungsbereich einen ebenen Abschnitt mit mindestens einer Ausbuchtung aufweist, die einen Schweißpunkt definiert und/oder eine Justierung zum Funktionselement bewirkt. Hierdurch wird eine besonders kompakte Baueinheit realisiert. Das Verschweißen erfolgt vorzugsweise durch Laser-Schweißen. Der Verbindungsbereich kann dabei je nach Ausführungsform an dem dem Anschlusskontakt entgegengesetzten Ende des Kontaktelements angeordnet sein oder aber in einem Bereich zwischen den beiden Enden, wobei dann an beiden Enden Anschlusskontakte angeordnet sein können. Die Anschlusskontakte können beispielsweise Schneid-Klemm-Kontakte, Wire-Wrap-Kontakte, Crimp-Kontakte, Federkontakte oder Gabelkontakte sein, wobei, wenn an beiden Enden Anschlusskontakte angeordnet sind, diese gleich oder verschieden ausgebildet sein können.
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In einer Ausführungsform ist das Funktionselement als Überspannungsableiter mit mindestens zwei Elektroden ausgebidet, wobei mindestens eine Elektrode eine Außenelektrode, eine Innenelektrode und einen Schweißbutzen umfasst, die jeweils in unterschiedlichen Ebenen liegen. Dabei erfolgt die Verschweißung vorzugsweise an der Innenelektrode oder dem Schweißbutzen. Der Grund hierfür ist, dass die Überspannungsableiter im Bereich der Außenelektrode mit einem Keramikkörper verlötet sind. Handelt es sich um einen Gasableiter, so kann durch die Wärmeentwicklung beim Schweißen das Lot schmelzen und das Gas entweichen. Daher wird bei Ausführungsformen ohne Schweißbutzen (also nur mit Außen- und Innenelektrode) ebenfalls vorzugsweise an der Innenelektrode geschweißt. Ist das Funktionselement ein dreipoliger Überspannungsableiter mit Fail-Safe-Kontakt, so weist dieser vorzugsweise zwei Elektroden mit Außenelektroden, Innenelektroden und Schweißbutzen auf, wobei dann vorzugsweise an jede dieser beiden Elektroden ein Kontaktelement angeschweißt wird.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die Ausbuchtung mindestens eine Prägung auf. Unter einer Prägung wird dabei verstanden, dass mittels eines Werkzeugs Druck auf das Kontaktelement ausgeübt wird, so dass es zu einer Materialausbuchtung kommt. Die Prägung ist dabei vorzugsweise eine definierte Schweißstelle, über die ein sicherer mechanischer Kontakt zwischen Kontaktelement und Funktionselement hergestellt werden kann, der für die Verschweißung notwendig ist. Bei einer Ausführungsform des Funktionselements als Überspannungsableiter wird das Kontaktelement derart zum Überspannungsableiter justiert, dass die Prägung auf dem Schweißbutzen oder der Innenelektrode liegt. Kann der Schweißpunkt zentral gewählt werden, also in der Mitte des Schweißbutzen bzw. in der Mitte der Innenelektrode (wenn kein Schweißbutzen vorhanden ist), so genügt im Regelfall ein Schweißpunkt. Ist dies nicht möglich, so werden vorzugsweise mindestens zwei Schweißpunkte verwendet, um die auf die Schweißpunkte auftretenden Kräfte besser auszugleichen, beispielsweise zwei um 180° oder drei um 120° versetzte Schweißpunkte.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Ausbuchtung kalottenförmig oder teilkalottenförmig. Unter einer Kalotte wird dabei ein Kugelschnitt (Kugelkappe) verstanden, wo zusätzlich der obere Kuglkappenteil geschnitten ist. Diese Kalotte kann beispielsweise durch Stanzen, Biegen, Pressen aus dem ebenen Verbindungsbereich umgeformt werden. Unter einer Teilkalotte wird dabei verstanden, dass zusätzlich noch mindestens ein Teil der Kalotte senkrecht zu den beiden abgeflachten Ebenen weggeschnitten ist. Der Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass weniger Material umgeformt werden muss, um die Ausbuchtung herzustellen. Die kalottenförmigen bzw. teilkalottenförmigen Ausbuchtungen bewirken vorzugsweise eine Justierung zum Funktionselement.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die kalotten- oder teilkalottenförmige Ausbuchtung offen, wobei der Randbereich der Ausbuchtung mindestens zwei Prägungen aufweist. Die Öffnung ist vorzugsweise rund und weist einen leicht größeren Durchmesser auf als der Durchmesser eines Schweißbutzens, so dass dieser durch die Öffnung in die Kalotte bzw. Teilkalotte eintauchen kann.
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In einer alternativen Ausführungsform ist die kalotten- oder teilkalottenförmige Ausbuchtung geschlossen, wobei die Ausbuchtung zentrisch eine Prägung aufweist. Dabei kann die Prägung auch entgegen der Richtung der kalottenförmigen Ausbuchtung sein. Diese Vertiefung kann sich dann beispielsweise um den Schweißbutzen legen, so dass diese Prägung Schweißstelle und Justierung gleichzeitig darstellt. Es ist auch möglich, bei Verwendung einer geschlossenen Kalotte mehrere Prägungen zusätzlich vorzusehen.
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In einer weiteren Ausführungsform besteht das Kontaktelement aus einer Kupfer-Zink-Legierung, Bronze oder Beryllium-Bronze. Diese Materialien weisen sowohl gute elektrische Übertragungseigenschaften auf und lassen sich gut verschweißen.
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In einer weiteren Ausführungsform weist das Kontaktelement eine Oberflächenbeschichtung aus einer Nickel-Zinn-Verbindung oder Silber auf, die insbesondere der verbesserten Legierungsbildung zwischen Kontaktelement und Funktionselement dient und wie ein Lot wirkt.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Fig. zeigen:
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1a eine Draufsicht auf ein schematisches Kontaktelement mit einer offenen Kalotte und Prägungen;
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1b eine Schnittdarstellung durch die Darstellung gemäß 1a;
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2a eine Draufsicht auf ein schematisches Kontaktelement mit einer Prägung;
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2b eine Schnittdarstellung durch die Darstellung gemäß 2a;
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3a eine Draufsicht auf ein schematisches Kontaktelement mit geschlossener Kalotte und einer zentralen Prägung;
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4a eine perspektivische Vorderansicht auf ein Kontaktelement mit teilkalottenförmiger Ausbuchtung;
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4b eine perspektivische Rückansicht der Darstellung gemäß 4a;
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5a eine Vorderansicht auf eine Baueinheit aus zwei Kontaktelementen gemäß 1a und 1b und einem Überspannungsableiter;
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5b eine Seitenansicht der Ausführungsform gemäß 5a;
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5c eine perspektivische Darstellung der Ausführungsform gemäß 5a;
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5d eine perspektivische Darstellung mit Fail-Safe-Kontakt;
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6a eine Vorderansicht auf eine Baueinheit aus zwei Kontaktelementen gemäß 2a und 2b und einem Überspannungsableiter;
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6b eine Seitenansicht der Ausführungsform gemäß 6a;
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6c eine perspektivische Darstellung der Ausführungsform gemäß 6a;
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7a eine Vorderansicht auf eine Baueinheit aus zwei Kontaktelementen gemäß 3a und 3b und einem Überspannungsableiter;
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7b eine Seitenansicht auf die Ausführungsform gemäß 7a;
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7c eine perspektivische Darstellung der Ausführungsform gemäß 7a und
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8 eine perspektivische Darstellung eines Überspannungsableiters (Stand der Technik).
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In den 1a und 1b ist ein Kontaktelement 1 in einer ersten Ausführungsform schematisch dargestellt. Das Kontaktelement 1 umfasst ein erstes Ende 2 und ein zweites Ende 3, das dem ersten Ende 2 gegenüberliegt. Zwischen dem ersten Ende 2 und dem zweiten Ende 3 liegt ein Verbindungsbereich 4. Der Verbindungsbereich 4 weist einen ebenen Bereich auf, aus dem eine Ausbuchtung 5 ausgeformt ist. Die Ausbuchtung 5 ist als Kalotte 6 mit einer Öffnung 7 ausgebildet. Die Kalotte 6 hat dabei die Form eines zweifachen Kugelschnittes, so dass sich zwei ebene Flächen ausbilden, nämlich die ebene Basisfläche des Kontaktelements 1 und eine kleinere ringförmige Fläche 8. Diese ringförmige Fläche 8 weist vier Prägungen 9 auf, die in Richtung der Ausbuchtung 5 eingeprägt sind, also über die ringförmige Fläche 8 hervorstehen. Die vier Prägungen 9 sind dabei auf der ringförmigen Fläche 8 im Winkel von 90° zueinander versetzt angeordnet. Alternativ können auch drei Prägungen 9 um 120° oder zwei Prägungen um 180° zueinander versetzt angeordnet zur Anwendung kommen. An dem ersten Ende 2 und/oder dem zweiten Ende 3 sind vorzugsweise nicht dargestellte Anschlusskontakte wie beispielsweise Schneid-Klemm-Kontakte, Wire-Wrap-Kontakte, Gabelkontakte, Kontaktzungen oder ähnliche Kontakte angeordnet.
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In den 2a und 2b ist ein alternatives Kontaktelement 10 dargestellt, wobei die Ausbuchtung 5 eine einzige zentrale Prägung 9 ist.
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In den 3a und 3b ist ein weiteres alternatives Kontaktelement 20 dargestellt. Die Ausbuchtung 5 umfasst eine geschlossene Kalotte 6 mit einer Kreisfläche 21. Die Kreisfläche 21 weist eine zentrale Prägung 9 auf, die entgegen der Richtung der Ausbuchtung 5 ist.
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In den 4a und 4b ist schließlich eine weitere alternative Ausführungsform eines Kontaktelements 30 dargestellt, bei der die Ausbuchtung 5 als Teilkalotte 31 mit Öffnung 32 ausgebildet ist. Entsprechend bildet sich ein zweifach beschnittener Kreisring 33 aus, auf dem zwei Prägungen 9 in Richtung der Ausbuchtung 5 eingebracht sind. Dabei sei angemerkt, dass ansonsten diese Ausführungsform analog der Ausführungsform gemäß 1a und 1b ist. Allerdings sind auch Ausführungen ohne Öffnung 32 möglich, wobei dann eine zentrale Prägung analog den 3a und 3b zur Anwendung käme.
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Bevor nun die Funktionsweise der Kontaktelemente 1, 10, 20, 30 näher erläutert wird, soll zunächst anhand der 8 der grundsätzliche Aufbau eines Überspannungsableiters 40 näher erläutert werden.
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Der Überspannungsableiter 40 umfasst eine zylinderförmige Keramik 41, die mit Gas gefüllt ist. An dem Boden bzw. Deckel des Zylinders sind zwei Elektroden 42 angeordnet, die gleichartig aufgebaut sind. Dabei umfasst die Elektrode 42 jeweils eine Außenelektrode 43, eine Innenelektrode 44 und ein Schweißbutzen 45, der üblicherweise dazu dient, Kontaktdrähte an den Schweißbutzen 45 anzuschweißen, falls diese benötigt werden. Die Außenelektrode 43, die Innenelektrode 44 und der Schweißbutzen 45 liegen mit ihrer Oberfläche jeweils in anderen Ebenen, wobei die Ebene des Schweißbutzens 45 zwischen der Ebene der Außenelektrode 43 und der Ebene der Innenelektrode 44 liegt. Mittig ist eine dritte Elektrode 46 angeordnet, die mit einem Fail-Safe-Kontakt 47 über ein Lot verbunden ist. Die dritte Elektrode 46 wird im Betrieb mit Masse verbunden, wobei bei einer Überspannung das Lot schmilzt, so dass der Fail-Safe-Kontakt 47 die beiden Außenelektroden 43 kontaktiert und somit gegen Masse kurzschließt.
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Anhand der 5a bis 5d soll nun die Herstellung einer Baueinheit 50 aus zwei Kontaktelementen 1 und einem Überspannungsableiter 40 näher erläutert werden, wobei in 5a im Bereich der linken Elektrode 42 diese und das Kontaktelement 1 geschnitten dargestellt sind. Durch die Öffnung 7 in der Kalotte 6 taucht der Schweißbutzen 45 in die Kalotte 6 ein und diese kann zwischen Außenelektrode 43 und Schweißbutzen 45 eintauchen. Aufgrund der Prägung 9 wird dabei sichergestellt, dass die Prägungen 9 mechanischen Kontakt zur Innenelektrode 44 des Überspannungsableiters 40 haben. Nach der Justierung von Kontaktelement 1 und Überspannungsableiter 40 können diese mittels eines Lasers verschweißt werden. Dabei stellen die Prägungen 9 Schweißpunkte dar, wobei nochmals angemerkt sei, dass zwei Prägungen 9 bzw. zwei Schweißpunkte ausreichend sind, auch wenn in der Darstellung vier Prägungen 9 dargestellt sind. Alternativ oder zusätzlich kann die Verschweißung auch zwischen dem Rand der Kalotte 6 und dem Schweißbutzen 45 erfolgen.
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In den 6a bis 6c ist eine Baueinheit 50 aus zwei Kontaktelementen 10 und einem Überspannungsableiter 40 dargestellt. Dabei liegt das Kontaktelement 10 auf der Außenelektrode 43 des Überspannungsableiters 40 auf, wobei die zentrale Prägung 9 den Schweißbutzen 45 berührt. Die zentrale Prägung 9 stellt dann den Schweißpunkt für das Laserschweißen dar. Der Vorteil gegenüber dem Ausführungsbeispiel gemäß den 5a bis 5d ist, dass weniger Schweißpunkte benötigt werden und dass an der thermisch unempfindlichsten Stelle des Überspannungsableiters 40 geschweißt wird. Der Nachteil ist, dass die Justage zwischen Kontaktelement 10 und Überspannungsableiter 40 nicht automatisch durch die Ausbuchtung 5 erfolgt, sondern beispielsweise durch einen Bestückungsautomaten erfolgen muss.
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In den 7a bis 7c ist eine Baueinheit 50 aus zwei Kontaktelementen 20 und einem Überspannungsableiter 40 dargestellt. Dabei taucht die Kalotte 6 zwischen Außenelektrode 43 und Schweißbutzen 45 ein, wobei sich die zentrale Prägung 9 wie eine Kappe auf den Schweißbutzen 45 setzt und mit diesem mechanisch in Kontakt steht. Der Vorteil dieser Ausführungsform ist eine weitgehend automatische Justage über die Kalotte 6 und ein optimaler Schweißpunkt der Prägung 9 über dem Schweißbutzen 45.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kontaktelement
- 2
- erstes Ende
- 3
- zweites Ende
- 4
- Verbindungsbereich
- 5
- Ausbuchtung
- 6
- Kalotte
- 7
- Öffnung
- 8
- ringförmige Fläche
- 9
- Prägung
- 10
- Kontaktelement
- 20
- Kontaktelement
- 21
- Kreisfläche
- 30
- Kontaktelement
- 31
- Teilkalotte
- 32
- Öffnung
- 33
- Kreisring
- 40
- Überspannungsableiter
- 41
- zylinderförmige Keramik
- 42
- Elektrode
- 43
- Außenelektrode
- 44
- Innenelektrode
- 45
- Schweißbutzen
- 46
- dritte Elektrode
- 47
- Fail-Safe-Kontakt
- 50
- Baueinheit
