DE102012016013A1

DE102012016013A1 - Electrical contact element for cable connector, has two contact legs having fixed ratio of spring effective length of legs, upper width of contact legs beneath head of contact point and lower width of contact legs at base portion

Info

Publication number: DE102012016013A1
Application number: DE201210016013
Authority: DE
Inventors: Andreas Hoffmann; Tuan Anh To; Enrico Schirmer; Volker Schmid
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2012-08-10
Filing date: 2012-08-10
Publication date: 2013-02-28

Abstract

The electrical contact element (1) comprises two symmetrical, fork-shaped contact legs (2) which are connected to each other at a lower base portion (3). A contact head (5) is formed at upper portion of two contact legs and are made to face each other. The ratio of a spring effective length of contact legs, an upper width of the contact legs beneath the head of the contact point and a lower width of the contact legs at the base portion is fixed. An independent claim is included for method for constructing the electrical contact element.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Kontaktelement nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und ein Konstruktionsverfahren für ein elektrisches Kontaktelement nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 7.The invention relates to an electrical contact element according to the features of the preamble of claim 1 and a construction method for an electrical contact element according to the features of the preamble of claim 7.

Aus dem Stand der Technik ist, wie in der DE 39 12 955 A1 beschrieben, ein elektrisches Kontaktelement bekannt. Das elektrische Kontaktelement in Schneidklemmtechnik einer elektrischen Kabelsteckverbindung besteht aus einer Gabelfeder, welche zwischen sich einen Einführschlitz für die Schneidklemmkontaktierung eines elektrischen Kabels definiert.From the prior art, as in the DE 39 12 955 A1 described, an electrical contact element known. The electrical contact element in insulation displacement technology of an electrical cable connector consists of a fork spring, which defines between them an insertion slot for the insulation displacement contact of an electrical cable.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes elektrisches Kontaktelement und ein verbessertes Konstruktionsverfahren für ein elektrisches Kontaktelement anzugeben.The invention has for its object to provide an improved electrical contact element and an improved construction method for an electrical contact element.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein elektrisches Kontaktelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Konstruktionsverfahren für ein elektrisches Kontaktelement mit den Merkmalen des Anspruchs 7.The object is achieved by an electrical contact element with the features of claim 1 and a construction method for an electrical contact element with the features of claim 7.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Ein elektrisches Kontaktelement umfasst erfindungsgemäß zwei symmetrische, gabelförmig ausgebildete Kontaktbeine, welche an einem unteren Basisbereich miteinander verbunden sind, wobei die Kontaktbeine an einem oberen, vom Basisbereich abgewandten Endbereich jeweils einen Kontaktpunktkopf aufweisen, wobei die Kontaktpunktköpfe einander zugewandt sind und wobei die Kontaktbeine jeweils ein fest vorgegebenes Verhältnis aus einer federwirksamen Länge, einer oberen Breite unterhalb des Kontaktpunktkopfes und einer unteren Breite am Basisbereich des Kontaktelementes aufweisen.According to the invention, an electrical contact element comprises two symmetrical, fork-shaped contact legs, which are connected to one another at a lower base region, the contact legs each having a contact point head at an upper end region facing away from the base region, the contact point heads facing one another and the contact legs each one fixed having predetermined ratio of a spring-effective length, an upper width below the contact point head and a lower width at the base region of the contact element.

Das elektrische Kontaktelement, auch als Gabelkontakt bezeichnet, dient insbesondere einem elektrischen Kontaktieren einer Sicherung, vorzugsweise dem elektrischen Kontaktieren einer Zinksicherung an einem Stromverteiler eines Fahrzeugs.The electrical contact element, also referred to as a fork contact, serves in particular for electrically contacting a fuse, preferably for electrically contacting a zinc fuse on a power distributor of a vehicle.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Kontaktelementes sind Federeigenschaften optimiert, wodurch ein Risiko einer plastifizierenden Überlastung einer Federwirkung bei einer Beaufschlagung mit Versatzwegen minimiert ist, d. h. das Risiko einer plastischen Verformung des Kontaktelements durch dessen Überbeanspruchung, beispielsweise bei einer Ausdehnung einer Kunststoffhalterung des Kontaktelements und/oder bei einem Einwirken von Zugkräften durch an dem Kontaktelement angeschlossene elektrische Leitungen, ist minimiert. Eine derartige Ausdehnung der Kunststoffhalterung oder ein derartiges Einwirken von Zugkräften führt zu einem Versatz in einer Position des Kontaktelementes, d. h. ein Abweichen von einer vorgegebenen Position. Daraus resultiert bei Gabelkontakten nach dem Stand der Technik eine plastische Verformung von Kontaktbeinen des Gabelkontaktes. Dies kann in einem Überlastungsfall bis zu einem schädlichen Gesamtverlust einer Kontaktkraft der Kontaktbeine führen. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung tritt dies bei dem erfindungsgemäßen Kontaktelement nicht auf.Due to the inventive design of the contact element spring properties are optimized, whereby a risk of plasticizing overloading of a spring action when acting with offset paths is minimized, d. H. the risk of plastic deformation of the contact element by its overuse, for example, in an extension of a plastic holder of the contact element and / or in an action of tensile forces by connected to the contact element electrical lines is minimized. Such expansion of the plastic holder or such action of tensile forces leads to an offset in a position of the contact element, d. H. a departure from a given position. This results in fork contacts according to the prior art, a plastic deformation of the contact legs of the fork contact. This can result in an overload case up to a harmful total loss of contact force of the contact legs. The inventive construction does not occur in the contact element according to the invention.

Des Weiteren können bei derartigen aus dem Stand der Technik bekannten Gabelkontakten aufgrund einer inhomogenen Spannungsverteilung in den Kontaktbeinen auch bereits bei einem Einstecken der Zinksicherung zu große mechanische Spannungen in den Kontaktbeinen auftreten, wodurch ebenfalls die Gefahr der Plastifizierung, d. h. der plastischen Verformung der Kontaktbeine, besteht. Daraus resultiert ein Verlust der Federkraft der Kontaktbeine. Dies kann zu einem Öffnen des Kontakts und zu einer schädlichen Oxidbildung in einer elektrischen Kontaktzone des Gabelkontakts führen. Auch dies wird durch die erfindungsgemäße Ausbildung des erfindungsgemäßen Kontaktelements vermieden.Furthermore, in such known from the prior art fork contacts due to an inhomogeneous stress distribution in the contact legs even at an insertion of the zinc fuse too large mechanical stresses in the contact legs occur, which also the risk of plasticization, d. H. the plastic deformation of the contact legs exists. This results in a loss of the spring force of the contact legs. This can lead to contact opening and deleterious oxide formation in an electrical contact zone of the fork contact. This is also avoided by the inventive design of the contact element according to the invention.

Zudem können bei derartigen aus dem Stand der Technik bekannten Gabelkontakten zu hohe Federkräfte der Kontaktbeine und daraus resultierende zu hohe Kontaktkräfte auftreten, welche Kontakte der Zinksicherung, auch als Kontaktmesser bezeichnet, bei Temperaturen von 100°C bis 150°C, die im Betrieb des Fahrzeugs auftreten können, zu stark eindrücken. Sich dadurch bildende Vertiefungen begünstigen eine schädliche Öffnung des elektrischen Kontakts zwischen dem Gabelkontakt und der Zinksicherung. Auch dies wird durch die erfindungsgemäße Ausbildung des erfindungsgemäßen Kontaktelements vermieden, denn eine Eindrucktiefe der Kontaktpunktköpfe der Kontaktbeine des erfindungsgemäßen Kontaktelementes in das jeweilige Kontaktmesser der Zinksicherung ist durch dessen Ausbildung auf ein einstellbares zulässiges Maß zu begrenzen. Zudem sind eine gewünschte Kontaktkraft sowie eine Toleranz gegenüber einem mechanischen Versatz durch die Ausbildung des Kontaktelementes einstellbar.In addition, in such known from the prior art fork contacts too high spring forces of the contact legs and resulting excessive contact forces occur, which contacts the zinc fuse, also referred to as a contact blade, at temperatures of 100 ° C to 150 ° C, during operation of the vehicle can occur too much. The resulting depressions favor a harmful opening of the electrical contact between the fork contact and the zinc fuse. This is also avoided by the inventive design of the contact element according to the invention, because an indentation depth of the contact point heads of the contact legs of the contact element according to the invention in the respective contact blade of zinc protection is limited by its formation to an adjustable permissible level. In addition, a desired contact force and a tolerance to a mechanical offset by the formation of the contact element are adjustable.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des erfindungsgemäßen Kontaktelements sind Materialien mit einer hohen elektrischen und thermischen Leitfähigkeit verwendbar, da mechanische Spannungswerte des erfindungsgemäßen Kontaktelementes unter den Belastungsgrenzen dieser Materialien bleiben. Daraus resultieren eine geringere elektrische Verlustleistung und ein geringeres Risiko einer thermischen Überlastung des Kontaktelementes. Eine Wärmeleitfähigkeit des Kontaktelementes ist durch eine jeweilige Materialstärke einstellbar und ist entkoppelt von einer jeweiligen Geometrie des Kontaktelementes.The inventive construction of the contact element according to the invention makes it possible to use materials having a high electrical and thermal conductivity, since mechanical stress values of the contact element according to the invention remain below the stress limits of these materials. This results in a lower electrical Power loss and a lower risk of thermal overload of the contact element. A thermal conductivity of the contact element is adjustable by a respective material thickness and is decoupled from a respective geometry of the contact element.

Durch diese Ausbildung des elektrischen Kontaktelementes bleibt ein elektrischer Kontakt auch bei einem Auftreten eines mechanischen Versatzes geschlossen. Dadurch tritt keine Oxidation auf, so dass eine elektrische Leitfähigkeit des Kontaktelementes über dessen vorgesehene Lebensdauer hinweg sichergestellt ist.As a result of this design of the electrical contact element, an electrical contact remains closed even in the event of a mechanical offset. As a result, no oxidation occurs, so that an electrical conductivity of the contact element over its intended lifetime is ensured.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.

Dabei zeigen:Showing:

1 schematisch eine perspektivische Darstellung eines elektrischen Kontaktelementes, 1 schematically a perspective view of an electrical contact element,

2 schematisch eine Seitenansicht eines elektrischen Kontaktelementes mit einer Darstellung einer Federspannungsverteilung im elektrischen Kontaktelement, 2 1 is a schematic side view of an electrical contact element with a representation of a spring tension distribution in the electrical contact element;

3 schematisch eine Seitenansicht eines elektrischen Kontaktelementes in einem entspannten Zustand und in einem aufgeweiteten Zustand nach einem Einstecken einer Sicherung, 3 FIG. 2 schematically a side view of an electrical contact element in a relaxed state and in an expanded state after insertion of a fuse, FIG.

4 schematisch eine Seitenansicht eines elektrischen Kontaktelementes in einem aufgeweiteten Zustand nach einem Einstecken einer Sicherung in einer Normalposition und in einer versetzten Position, und 4 schematically a side view of an electrical contact element in an expanded state after insertion of a fuse in a normal position and in a staggered position, and

5 schematisch ein Zugfestigkeit-Leitfähigkeit-Diagramm mit für ein elektrisches Kontaktelement geeigneten Werkstoffen. 5 schematically a tensile strength-conductivity diagram with suitable for an electrical contact element materials.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals.

1 zeigt schematisch eine perspektivische Darstellung eines elektrischen Kontaktelementes 1, insbesondere zum elektrischen Kontaktieren einer Sicherung. In 2 ist das elektrische Kontaktelement 1 in einer Seitenansicht dargestellt. Das hier dargestellte elektrische Kontaktelement 1, auch als Gabelkontakt bezeichnet, dient insbesondere dem elektrischen Kontaktieren einer Zinksicherung an einem Stromverteiler eines Fahrzeugs. 1 schematically shows a perspective view of an electrical contact element 1 , in particular for electrically contacting a fuse. In 2 is the electrical contact element 1 shown in a side view. The electrical contact element shown here 1 , Also referred to as fork contact, is used in particular for electrically contacting a zinc fuse to a power distributor of a vehicle.

Das elektrische Kontaktelement 1 weist dazu zwei symmetrische, gabelförmig ausgebildete Kontaktbeine 2 auf, welche an einem unteren Basisbereich 3 miteinander verbunden sind. Mit diesem Basisbereich 3 ist das Kontaktelement 1 in einer hier nicht dargestellten Halterung, zweckmäßigerweise aus Kunststoff, befestigt. Auf einer den Kontaktbeinen 2 gegenüberliegenden Seite des unteren Basisbereichs 3 ist ein Anschlusselement 4 zum Anschluss einer elektrischen Leitung ausgebildet. Jedes Kontaktbein 2 weist an einem oberen, vom Basisbereich 3 abgewandten Endbereich einen Kontaktpunktkopf 5 auf. Die Kontaktpunktköpfe 5 sind einander zugewandt. In einem eingespannten Zustand der Zinksicherung liegt ein Kontaktpunkt, d. h. ein dem jeweils anderen Kontaktpunktkopf 5 nächstliegender Punkt oder Bereich des jeweiligen Kontaktpunktkopfes 5, durch eine Federwirkung der Kontaktbeine 2 an einer Seite eines Kontaktes der Zinksicherung, auch als Kontaktmesser bezeichnet, an, d. h. das Kontaktmesser der Zinksicherung ist zwischen den beiden Kontaktpunktköpfen 5 eingeklemmt.The electrical contact element 1 has two symmetrical, fork-shaped contact legs 2 on which at a lower base area 3 connected to each other. With this base area 3 is the contact element 1 in a holder, not shown here, expediently made of plastic, attached. On one of the contact legs 2 opposite side of the lower base area 3 is a connection element 4 designed for connection of an electrical line. Each contact leg 2 indicates at an upper, from the base area 3 remote end of a contact point head 5 on. The contact point heads 5 are facing each other. In a clamped state of the zinc fuse is a contact point, ie a the other contact point head 5 nearest point or area of the respective contact point head 5 , by a spring action of the contact legs 2 on one side of a contact of the zinc protection, also referred to as a contact blade, on, ie the contact blade of the zinc fuse is between the two contact point heads 5 trapped.

Aus dem Stand der Technik sind bereits Gabelkontakte zum elektrischen Kontaktieren von Zinksicherungen an Stromverteilern von Fahrzeugen bekannt. Diese weisen jedoch ein hohes Risiko einer plastifizierenden Überlastung einer Federwirkung bei einer Beaufschlagung mit Versatzwegen auf, d. h. eine plastische Verformung des Gabelkontaktes durch dessen Überbeanspruchung, beispielsweise bei einer Ausdehnung der Kunststoffhalterung des Gabelkontaktes und/oder bei einem Einwirken von Zugkräften durch an den Gabelkontakt angeschlossene elektrische Leitungen. Dies führt zu einem Versatz in einer Position des Gabelkontaktes, d. h. ein Abweichen von einer vorgegebenen Position. Daraus resultiert eine plastische Verformung von Kontaktbeinen des Gabelkontaktes. Dies kann in einem Überlastungsfall bis zu einem schädlichen Gesamtverlust einer Kontaktkraft der Kontaktbeine führen.Fork contacts for electrically contacting zinc fuses on power distributors of vehicles are already known from the prior art. However, these have a high risk of plasticizing overloading of a spring effect when subjected to offset paths, i. H. a plastic deformation of the fork contact by its overuse, for example, in an extension of the plastic holder of the fork contact and / or in an action of tensile forces by connected to the fork contact electrical lines. This results in an offset in a position of the fork contact, i. H. a departure from a given position. This results in a plastic deformation of the contact legs of the fork contact. This can result in an overload case up to a harmful total loss of contact force of the contact legs.

Des Weiteren können bei derartigen aus dem Stand der Technik bekannten Gabelkontakten aufgrund einer inhomogenen Spannungsverteilung in den Kontaktbeinen auch bereits bei einem Einstecken der Zinksicherung zu große mechanische Spannungen in den Kontaktbeinen auftreten, wodurch ebenfalls die Gefahr der Plastifizierung, d. h. der plastischen Verformung der Kontaktbeine, besteht. Daraus resultiert ein Verlust der Federkraft der Kontaktbeine. Dies kann zu einem Öffnen des Kontakts und zu einer schädlichen Oxidbildung in einer elektrischen Kontaktzone des Gabelkontakts führen.Furthermore, in such known from the prior art fork contacts due to an inhomogeneous stress distribution in the contact legs even at an insertion of the zinc fuse too large mechanical stresses in the contact legs occur, which also the risk of plasticization, d. H. the plastic deformation of the contact legs exists. This results in a loss of the spring force of the contact legs. This can lead to contact opening and deleterious oxide formation in an electrical contact zone of the fork contact.

Zudem können bei derartigen aus dem Stand der Technik bekannten Gabelkontakten zu hohe Federkräfte der Kontaktbeine und daraus resultierende zu hohe Kontaktkräfte auftreten, welche Kontakte der Zinksicherung, auch als Kontaktmesser bezeichnet, bei Temperaturen von 100°C bis 150°C, die im Betrieb des Fahrzeugs auftreten können, zu stark eindrücken. Sich dadurch bildende Vertiefungen begünstigen eine schädliche Öffnung des elektrischen Kontakts zwischen dem Gabelkontakt und der Zinksicherung.In addition, in such known from the prior art fork contacts too high spring forces of the contact legs and resulting excessive contact forces occur, which contacts the zinc fuse, also referred to as a contact blade, at temperatures of 100 ° C to 150 ° C, during operation of the vehicle can occur too much. The resulting depressions favor a harmful opening of the electrical contact between the fork contact and the zinc fuse.

Im Folgenden wird ein Konstruktionsverfahren für das elektrische Kontaktelement 1, welches in einem Ausführungsbeispiel in den 1 bis 4 dargestellt ist, näher erläutert. Dieses Konstruktionsverfahren ermöglicht es, dass Kontaktelement 1 derart auszubilden, dass die geschilderten Nachteile der bisher bekannten Gabelkontakte vermieden oder zumindest deutlich reduziert werden.The following is a construction method for the electrical contact element 1 , which in one embodiment in the 1 to 4 is illustrated, explained in more detail. This construction method allows the contact element 1 such form that the disadvantages of the previously known fork contacts avoided or at least significantly reduced.

Die Federeigenschaften des Kontaktelementes 1, welches, wie bereits geschildert, zwei gleichartig ausgebildete und einander zugewandte Kontaktbeine 2 aufweist, leiten sich aus einem in Untersuchungen gefundenen festen Verhältnis aus einer federwirksamen Länge L wirksamer Federbeine, d. h. der Kontaktbeine 2 des Kontaktelementes 1, sowie aus einer oberen Breite B1 der Kontaktbeine 2, d. h. eines engsten Querschnitts unterhalb des Kontaktpunktkopfes 5 des jeweiligen Kontaktbeins 2, und einer unteren Breite B2 an einem Fuß des jeweiligen Kontaktbeins 2 ab, d. h. am Basisbereich 3 des Kontaktelementes 1. Die federwirksame Länge L der Kontaktbeine 2 ist dabei nicht eine Gesamtlänge, sondern lediglich eine für die Federwirkung relevante Länge zwischen dem Basisbereich 3 des Kontaktelementes 1 und einem unteren Ende des jeweiligen Kontaktpunktkopfes 5. Abhängig von einem minimal gewünschten elektrisch leitenden Querschnitt ergibt sich folgendes:
Zur Festlegung der oberen Breite B1 der Kontaktbeine 2 des Kontaktelementes 1 dienen folgende Formeln: A = 2·B1·t [1] The spring properties of the contact element 1 , which, as already described, two identically formed and facing contact legs 2 derive from a fixed ratio found in investigations of a spring-effective length L effective struts, ie the contact legs 2 of the contact element 1 , as well as from an upper width B1 of the contact legs 2 ie a narrowest cross-section below the contact point head 5 of the respective contact leg 2 , and a lower width B2 at a foot of the respective contact leg 2 from, ie at the base area 3 of the contact element 1 , The spring-effective length L of the contact legs 2 is not an overall length, but only one relevant to the spring action length between the base area 3 of the contact element 1 and a lower end of the respective contact point head 5 , Depending on a minimum desired electrically conductive cross-section, the following results:
For fixing the upper width B1 of the contact legs 2 of the contact element 1 serve the following formulas: A = 2 · B1 · t [1]

Dabei ist A ein kleinster elektrisch leitender und Wärme leitender Querschnitt des Kontaktelementes 1, d. h. ein kleinster Querschnitt zum Übertragen von elektrischer Leistung und Wärme. Dieser kleinste Querschnitt A wird gebildet aus dem Zweifachen (da das Kontaktelement 1 zwei Kontaktbeine 2 aufweist) des Produkts einer Materialstärke t eines verwendeten Materials für das Kontaktelement 1 und der oberen Breite B1 der Kontaktbeine 2 des Kontaktelements 1. D. h. die obere Breite B1 der Kontaktbeine 2 des Kontaktelements 1 und die Materialstärke t des verwendeten Materials für das Kontaktelement 1 bestimmen den kleinsten Querschnitt A zum Übertragen von elektrischer Leistung und Wärme. Durch Umstellen der Formel [1] ergibt sich für die obere Breite B1 der Kontaktbeine 2 des Kontaktelements 1: B1 = A / 2t [2] In this case, A is a smallest electrically conductive and heat-conducting cross section of the contact element 1 ie a smallest cross section for transmitting electrical power and heat. This smallest cross-section A is formed of two times (since the contact element 1 two contact legs 2 ) of the product of a material thickness t of a material used for the contact element 1 and the upper width B1 of the contact legs 2 of the contact element 1 , Ie. the upper width B1 of the contact legs 2 of the contact element 1 and the material thickness t of the material used for the contact element 1 determine the smallest cross section A for transmitting electrical power and heat. By changing the formula [1] results for the upper width B1 of the contact legs 2 of the contact element 1 : B1 = A / 2t [2]

Zur Festlegung einer Geometrie der Kontaktbeine 2 des Kontaktelementes 1 dienen folgende Formeln: B2 = x·B1 [3] To establish a geometry of the contact legs 2 of the contact element 1 serve the following formulas: B2 = x · B1 [3]

D. h. die untere Breite B2 jedes Kontaktbeins 2 ist ein Vielfaches der oberen Breite B1 des jeweiligen Kontaktbeins 2, wobei für den Faktor x bevorzugt gilt: x = 1,9 ± 0,3 [4] Ie. the lower width B2 of each contact leg 2 is a multiple of the upper width B1 of the respective contact leg 2 , where the following applies to the factor x: x = 1.9 ± 0.3 [4]

Für die federwirksame Länge L gilt: L = y·B1 [5] For the spring-effective length L applies: L = y · B1 [5]

D. h. die federwirksame Länge L jedes Kontaktbeins 2 ist ein Vielfaches der oberen Breite B1 des jeweiligen Kontaktbeins 2, wobei für den Faktor y bevorzugt gilt: y = 8,5 ± 1,5 [6] Ie. the spring-effective length L of each contact leg 2 is a multiple of the upper width B1 of the respective contact leg 2 , where the following applies to the factor y: y = 8.5 ± 1.5 [6]

Aus den Formeln [3] bis [6] resultiert das folgende Verhältnis zwischen der oberen Breite B1, der unteren Breite B2 und der federwirksamen Länge L der Kontaktbeine 2 des Kontaktelementes 1: B1:B2:L = 1:(1,9 ± 0,3):(8,5 ± 1,5) [7] From the formulas [3] to [6], the following relationship results between the upper width B1, the lower width B2 and the spring-effective length L of the contact legs 2 of the contact element 1 : B1: B2: L = 1: (1.9 ± 0.3) :( 8.5 ± 1.5) [7]

Ein Verhältnis einer Federkonstante KF der Kontaktbeine 2 zur Materialstärke t des verwendeten Materials für das Kontaktelement 1, d. h. KF/t, kann aus einer Simulation mit einem Elastizitätsmodul, auch als E-Modul bezeichnet, und einer Querkontraktion von Kupfer/Kupferlegierungen ermittelt werden.A ratio of a spring constant KF of the contact legs 2 to the material thickness t of the material used for the contact element 1 , ie KF / t, can be determined from a simulation with a modulus of elasticity, also referred to as modulus of elasticity, and a transverse contraction of copper / copper alloys.

Das mit der Formel [7] definierte Verhältnis der federwirksamen Länge L, der oberen Breite B1 und der unteren Breite B2 zueinander liefert eine gleichmäßige mechanische Spannungsverteilung MS in den Kontaktbeinen 2 des Kontaktelementes 1, so dass lokale mechanische Spannungsspitzen vermieden werden, wie in 2 dargestellt. Beispielsweise bei einer vorgegebenen federwirksamen Länge L kann aus der Formel [7] sofort die obere Breite B1 und die untere Breite B2 der Kontaktbeine 2 des Kontaktelementes 1 berechnet werden.The ratio of the spring-effective length L, the upper width B1 and the lower width B2 to one another defined by the formula [7] provides a uniform mechanical stress distribution MS in the contact legs 2 of the contact element 1 so that local mechanical stress peaks are avoided, as in 2 shown. For example, given a given spring-effective length L, the upper width B1 and the lower width B2 of the contact legs can be immediately determined from the formula [7] 2 of the contact element 1 be calculated.

Ein in 3 dargestellter Federweg Ss der Kontaktbeine 2 beim Einstecken des auch als Kontaktmesser bezeichneten Kontakts der Zinksicherung kann nahezu unabhängig von der Federeigenschaft der Kontaktbeine 2 eingestellt werden. In 3 sind die Kontaktbeine 2 im entspannten Zustand, d. h. bei noch nicht eingesteckter Zinksicherung, mittels gestrichelter Linien und im gespannten Zustand, d. h. bei eingesteckter Zinksicherung, mittels durchgezogener Linien dargestellt.An in 3 illustrated spring travel Ss of the contact legs 2 when inserting the designated as a contact blade contact the zinc protection can almost independent of the spring property of the contact legs 2 be set. In 3 are the contact legs 2 in the relaxed state, ie with not yet inserted zinc protection, by means of dashed lines and in the tensioned state, ie with inserted zinc protection, represented by solid lines.

Ein vorhandener Federweg Ss jedes Kontaktbeins 2 für das Einstecken der Zinksicherung ergibt sich aus der Hälfte der Differenz aus einer Messerbreite MB des Kontaktmessers der Zinksicherung und einem in 2 näher dargestellten Abstand Z zwischen Kontaktpunkten der Kontaktpunktköpfe 5 im entspannten Zustand der Kontaktbeine 2: Ss = MB – Z / 2 [8] An existing spring deflection Ss of each contact leg 2 for the insertion of the zinc protection results from the half of the difference from a blade width MB of the contact blade of the zinc fuse and a in 2 closer distance Z shown between contact points of the contact point heads 5 in the relaxed state of the contact legs 2 : Ss = MB - Z / 2 [8]

Um auch Versatzwege ausgleichen zu können, wie in 4 dargestellt, d. h. eine Positionsänderung des Kontaktelementes 1 relativ zur eingesetzten Zinksicherung bzw. eine Positionsänderung der eingesetzten Zinksicherung relativ zum Kontaktelement 1, beispielsweise aufgrund einer Ausdehnung einer Kunststoffhalterung des Kontaktelements 1 und/oder bei einem Einwirken von Zugkräften durch am Kontaktelement 1 angeschlossene elektrische Leitungen, ist ein zusätzlicher Federweg erforderlich, so dass sich ein benötigter maximaler Gesamtfederweg Smax und minimaler Gesamtfederweg Smin für jedes Kontaktbein 2 bei einer Beaufschlagung mit einem tolerierbaren Versatzweg Sv wie folgt berechnen lässt, wobei bei einem tolerierbaren Versatzweg Sv in Richtung eines der Kontaktbeine 2 an diesem Kontaktbein 2 der maximale Gesamtfederweg Smax genutzt wird und am jeweils anderen Kontaktbein 2 entsprechend der minimale Gesamtfederweg Smin: Smax = Ss + Sv [9] Smin = Ss – Sv [10] In order to be able to compensate offset paths, as in 4 shown, ie a change in position of the contact element 1 relative to the zinc fuse used or a change in position of the zinc fuse used relative to the contact element 1 , For example, due to an expansion of a plastic holder of the contact element 1 and / or in an action of tensile forces through the contact element 1 connected electrical lines, an additional spring travel is required, so that a required maximum total spring travel Smax and minimum total spring travel Smin for each contact leg 2 when subjected to a tolerable offset path Sv, can be calculated as follows, wherein at a tolerable offset distance Sv in the direction of one of the contact legs 2 at this contact leg 2 the maximum total spring travel Smax is used and at the other contact leg 2 according to the minimum total spring travel Smin: Smax = Ss + Sv [9] Smin = Ss - Sv [10]

Dabei muss der minimale Gesamtfederweg Smin stets positive Werte aufweisen, damit die Kontaktkraft, d. h. eine ausreichende Federkraft zum Anpressen des Kontaktpunktkopfes 5 des jeweiligen Kontaktbeins 2 an das Kontaktmesser der Zinksicherung, erhalten bleibt.In this case, the minimum total spring travel Smin must always have positive values, so that the contact force, ie, a sufficient spring force for pressing the contact point head 5 of the respective contact leg 2 to the contact blade of the zinc fuse, is maintained.

In 4 sind die Kontaktbeine 2 ohne Versatz durch eine durchgezogene Linie dargestellt und mit Versatz durch eine gestrichelte Linie dargestellt.In 4 are the contact legs 2 represented without offset by a solid line and shown with offset by a dashed line.

Aus den Formeln [8] und [10] folgt bei einem vorgegebenen tolerierbaren Versatzweg Sv für einen maximalen Abstand Zmax zwischen den Kontaktpunkten der Kontaktpunktköpfe 5 im entspannten Zustand der Kontaktbeine 2: Zmax ≤ MB – 2Sv [11] From the formulas [8] and [10] follows for a given tolerable offset path Sv for a maximum distance Zmax between the contact points of the contact point heads 5 in the relaxed state of the contact legs 2 : Z max ≤ MB - 2Sv [11]

Gleichzeitig darf der maximale Gesamtfederweg Smax einen zulässigen Federweg nicht übersteigen. Dieser zulässige Federweg wird bestimmt durch die Materialeigenschaften und die Geometrie der Kontaktbeine 2 des Kontaktelementes 1 und wird zweckmäßigerweise durch eine Simulation ermittelt.At the same time, the maximum total travel Smax must not exceed a permissible travel. This permissible spring travel is determined by the material properties and the geometry of the contact legs 2 of the contact element 1 and is suitably determined by a simulation.

Sich daraus ergebende typische Werte für den Abstand Z zwischen Kontaktpunkten der Kontaktpunktköpfe 5 im entspannten Zustand der Kontaktbeine 2 bei einem Kontaktelement 1 zum elektrischen Kontaktieren einer Zinksicherung an einem Stromverteiler eines Fahrzeugs bewegen sich zwischen 0,2 mm und 0,6 mm.Resulting typical values for the distance Z between contact points of the contact point heads 5 in the relaxed state of the contact legs 2 at a contact element 1 for electrically contacting a zinc fuse to a power distributor of a vehicle to move between 0.2 mm and 0.6 mm.

Eine resultierende Kontaktkraft bestimmt sich dann aus dem Federweg Ss und der Federkonstante KF des Kontaktbeins 2 des Kontaktelements 1, d. h. aus dem Material und der Geometrie des Kontaktbeins 2 des Kontaktelements 1. Dabei wird die Federkonstante KF bestimmt durch die Geometrie des Kontaktbeins 2 des Kontaktelements 1 und durch die Materialstärke t des Materials des Kontaktelements 1.A resulting contact force is then determined from the spring travel Ss and the spring constant KF of the contact leg 2 of the contact element 1 ie from the material and the geometry of the contact leg 2 of the contact element 1 , The spring constant KF is determined by the geometry of the contact leg 2 of the contact element 1 and by the material thickness t of the material of the contact element 1 ,

Auf diese Weise ist der Abstand Z aus dem gewünschten tolerierbaren Versatzweg Sv und der Kontaktkraft zu bestimmen.In this way, the distance Z from the desired tolerable displacement Sv and the contact force is to be determined.

Aus dem Elastizitätsmodul von Kupfer/Kupferlegierung ergibt sich folgender Zusammenhang:
Ein Radius R eines Kreisabschnitts der Kontaktpunkte der Kontaktpunktköpfe 5 ist für eine zinkverträgliche Flächenpressung zwischen 1 mm und 3,5 mm frei wählbar. Mittels eines numerischen Verfahrens ist ein genauer Radius R für eine jeweils gewünschte Ziel-Eindrucktiefe in ein jeweiliges Kontaktmesser der Zinksicherung zu ermitteln.The elasticity modulus of copper / copper alloy gives the following relationship:
A radius R of a circle portion of the contact points of the contact point heads 5 is freely selectable for a zinc-compatible surface pressure between 1 mm and 3.5 mm. By means of a numerical method, an exact radius R for a respectively desired target indentation depth in a respective contact blade of the zinc protection is to be determined.

Vorzugsweise liegt die Ziel-Eindrucktiefe bei einem Wert von 0,05 mm, da dies einen guten Kompromiss zwischen einer erwünschten Mindest-Eindrucktiefe zur mechanischen Fixierung der Zinksicherung und einem möglichst geringen Federwegverlust durch zu große Eindrucktiefen des Zinkmaterials des Kontaktmessers der Zinksicherung darstellt.Preferably, the target indentation depth is at a value of 0.05 mm, since this represents a good compromise between a desired minimum indentation depth for mechanical fixation of the zinc fuse and the lowest possible deflection loss due to excessive indentation depths of the zinc material of the contact blade of the zinc fuse.

Die Materialstärke t kann gewählt werden zur Einstellung einer gewünschten Wärmeleitfähigkeit. Die Wärmeleitfähigkeit ist linear mit der Materialstärke t skaliert, d. h. je höher die Materialstärke t, desto größer die Wärmeleitfähigkeit. Dabei kann die Wärmeleitfähigkeit weitgehend unabhängig von den Federeigenschaften und der auf das Kontaktmesser der Zinksicherung einwirkenden Flächenpressung eingestellt werden.The material thickness t can be selected to set a desired thermal conductivity. The thermal conductivity is scaled linearly with the material thickness t, d. H. the higher the material thickness t, the greater the thermal conductivity. In this case, the thermal conductivity can be adjusted largely independently of the spring properties and the surface pressure acting on the contact blade of the zinc fuse.

Über die federwirksame Länge L des jeweiligen Kontaktbeins 2 des Kontaktelementes 1 kann eine vorhandene mechanische Spannung im Kontaktelement 1 bzw. im jeweiligen Kontaktbein 2 linear beeinflusst werden. Dabei muss eine zulässige mechanische Spannung Rpz, welche eine Materialeigenschaft ist, größer oder gleich der mechanischen Spannung Rp bei einem maximalen Gesamtfederweg Smax sein: Rpz ≥ Rp bei Smax [12] About the spring-effective length L of the respective contact leg 2 of the contact element 1 can be an existing mechanical stress in the contact element 1 or in the respective contact leg 2 be influenced linearly. In this case, an allowable mechanical stress Rpz, which is a material property, must be greater than or equal to the mechanical stress Rp at a maximum total spring travel Smax: Rpz ≥ Rp at Smax [12]

Aus den Berechnungen ergibt sich für ein Kontaktelement 1 zum elektrischen Kontaktieren einer Zinksicherung an einem Stromverteiler eines Fahrzeugs eine derart niedrige Obergrenze der auftretenden mechanischen Spannungen, dass auch Materialien verwendet werden können, welche eine hohe elektrische Leitfähigkeit σ und eine hohe thermische Leitfähigkeit, aber eine niedrige mechanische Spannungsverträglichkeit, d. h. eine niedrige Zugfestigkeit R_m aufweisen. Derartige Materialien, welche in 5 in einem Diagramm entsprechend ihrer elektrischen Leitfähigkeit σ und ihrer Zugfestigkeit R_m eingezeichnet sind, sind beispielsweise niedrig legierte Kupferwerkstoffe K, Messing M in verschiedenen Legierungszusammensetzungen, Sondermessinge SM, Bronze B, Kupfernickel CuNi und Neusilber NS. Neusilber NS ist eine Kupfer-Nickel-Zink-Legierung. Aus dem Einsatz dieser Materialien mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit σ und einer hohen thermischen Leitfähigkeit resultieren eine geringere elektrische Verlustleistung und ein geringeres Risiko einer thermischen Überlastung des Kontaktelementes 1.From the calculations results for a contact element 1 for electrically contacting a zinc fuse to a power distributor of a vehicle such a low upper limit of the mechanical stresses that occur, that also materials can be used which have a high electrical conductivity σ and a high thermal conductivity, but a low mechanical stress compatibility, ie a low tensile strength R _m exhibit. Such materials, which in 5 are plotted in a diagram according to their electrical conductivity σ and their tensile strength R _m , for example, low alloyed copper materials K, brass M in various alloy compositions, special brasses SM, bronze B, copper nickel CuNi and nickel silver NS. German silver NS is a copper-nickel-zinc alloy. From the use of these materials with a high electrical conductivity σ and a high thermal conductivity result in a lower electrical power loss and a lower risk of thermal overload of the contact element 1 ,

Durch diese Ausbildung des elektrischen Kontaktelementes 1 bleibt ein elektrischer Kontakt auch bei einem Auftreten eines mechanischen Versatzes geschlossen. Dadurch tritt keine Oxidation auf, so dass eine elektrische Leitfähigkeit σ des Kontaktelementes 1 über dessen vorgesehene Lebensdauer hinweg sichergestellt ist.Through this design of the electrical contact element 1 An electrical contact remains closed even when an occurrence of a mechanical offset. As a result, no oxidation occurs, so that an electrical conductivity σ of the contact element 1 ensured over its intended lifetime.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Kontaktelementcontact element
22: KontaktbeinContact leg
33: Basisbereichbase region
44: Anschlusselementconnecting element
55: KontaktpunktkopfContact point head
BB: Bronzebronze
B1B1: obere Breiteupper width
B2B2: untere Breitelower width
CuNiCuNi: Kupfernickelcopper nickel
KK: niedrig legierter Kupferwerkstofflow alloyed copper material
LL: federwirksame Längespring-effective length
MM: MessingBrass
MSMS: mechanische Spannungsverteilungmechanical stress distribution
NSNS: Neusilbernickel silver
RR: Radiusradius
R_m R _m: Zugfestigkeittensile strenght
SMSM: Sondermessingebrasses
Ssss: Federwegtravel
SvSv: tolerierbarer Versatzwegtolerable offset path
ZZ: Abstanddistance
σσ: elektrische Leitfähigkeitelectric conductivity

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 3912955 A1 [0002]

Claims

Electrical contact element ( 1 ), characterized by two symmetrical, fork-shaped contact legs ( 2 ), which at a lower base area ( 3 ), wherein the contact legs ( 2 ) at an upper, from the base area ( 3 ) end region each have a contact point head ( 5 ), wherein the contact point heads ( 5 ) are facing each other and wherein the contact legs ( 2 ) in each case a fixed predetermined ratio of a spring-effective length (L), an upper width (B1) below the contact point head ( 5 ) and a lower width (B2) at the base region ( 3 ) of the contact element ( 1 ) exhibit.

Electrical contact element ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the fixed predetermined ratio upper width (B1) to lower width (B2) to spring-effective length (L) is equal to 1: (1.9 ± 0.3) :( 8,5 ± 1, 5).

Electrical contact element ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that a distance (Z) between the contact point heads ( 5 ) of the contact legs ( 2 ) in a relaxed state of the contact legs ( 2 ) is between 0.2 mm and 0.6 mm.

Electrical contact element ( 1 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that a radius (R) of a circular section of contact points of the contact point heads ( 5 ) is between 1 mm and 3.5 mm.

Electrical contact element ( 1 ) according to one of the preceding claims, formed from a low-alloyed copper material (K), brass (M), special brass (SM), bronze (B), cupro-nickel (CuNi) or nickel silver (NS).

Electrical contact element ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the electrical contact element ( 1 ) as an electrical contact element ( 1 ) is formed for electrically contacting a zinc fuse to a power distributor of a vehicle.

Construction method for an electrical contact element ( 1 ) according to one of claims 1 to 6 with two symmetrical, fork-shaped contact legs ( 2 ), which at a lower base area ( 3 ), wherein the contact legs ( 2 ) at an upper, from the base area ( 3 ) end region each have a contact point head ( 5 ), wherein the contact point heads ( 5 ) are facing each other, wherein a ratio of a spring-effective length (L) of the respective contact leg ( 2 ), an upper width (B1) of the respective contact leg ( 2 ) below the contact point head ( 5 ) and a lower width (B2) of the respective contact leg ( 2 ) at the base area ( 3 ) of the contact element ( 1 ) is fixed.

A construction method according to claim 7, characterized in that the ratio of upper width (B1) to lower width (B2) to spring effective length (L) is 1: (1.9 ± 0.3) :( 8.5 ± 1.5 ) is fixed.