DE102014214068A1

DE102014214068A1 - Elektrisches Kontaktelement

Info

Publication number: DE102014214068A1
Application number: DE102014214068.4A
Authority: DE
Inventors: Andreas Braun
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2014-07-18
Filing date: 2014-07-18
Publication date: 2016-01-21

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Kontaktelement (1) mit einem Kontaktabschnitt (6) zur elektrisch leitenden Verbindung eines Drahtes (4) mit dem Kontaktabschnitt (6) des Kontaktelementes (1), wobei der Kontaktabschnitt (6) zumindest einen beidseitig von schlitzförmigen Durchbrechungen begrenzten Kontaktsteg (8) aufweist. Jeder Kontaktsteg (8) weist im Bereich einer Auflagefläche des Drahtes (4) eine Querschnittsfläche auf, die im Wesentlichen der Querschnittsfläche des zu kontaktierenden Drahtes (4) entspricht und daher eine zuverlässige Verbindung des Drahtes (4) durch Schmelzschweißen ermöglicht. Die Kontaktstege (8) liegen in einer zu dem Anschlussbereich parallelen Ebene und werden hierzu entlang einer Biegelinie (9) umgeformt, die sich quer zur Richtung der Haupterstreckung (10) des auf dem Kontaktabschnitt (6) aufliegenden Drahtes (4) erstreckt. Hierzu dient ein zunächst flacher Blechzuschnitt, der durch Stanzen hergestellt und vor der elektrischen Kontaktierung umgeformt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Kontaktelement, insbesondere einen Steckkontakt, mit einem Kontaktabschnitt zur elektrisch leitenden Verbindung eines Drahtes mit dem Kontaktabschnitt des Kontaktelementes, wobei der Kontaktabschnitt zumindest einen beidseitig von schlitzförmigen Durchbrechungen begrenzten Kontaktsteg aufweist, der durch Umformung entlang einer Biegelinie hergestellt ist und eine Auflagefläche für den Draht bildet.
In vielen Anwendungen, wie beispielsweise im Kraftfahrzeugbereich, aber auch in der Luft- und Raumfahrt, und elektronischen Bauelementen, beispielsweise gedruckten Schaltungen und Platinen, müssen Drähte bzw. Leitungen mit einem leitenden Anschlusskontakt verbunden werden, um eine Verbindung zwischen einer Schaltung und anderen elektrischen Systemen herzustellen.
Typischerweise wird der Draht flach auf den leitenden Anschlusskontakt gelötet. Allerdings ist Lot in thermisch oder mechanisch anspruchsvollen Umgebungen keine verlässliche Option. Wegen des Missverhältnisses zwischen den thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Lötmetalles, des Drahtes, des leitenden Anschlusskontaktes und des darunterliegenden Substrats werden ausgedehnte thermische Zyklen das Lötmetall ermüden und Risse sowie möglicherweise Fehler verursachen. Ferner kann das Lötmetall verflüssigen, wenn man es extrem hohen Temperaturen aussetzt, was zu Fehlern der Verbindung führt.
Demgegenüber bezieht sich die DE 11 2010 004 751 T5 auf einen Crimpanschluss. Eine Einkerbung ist in einer Fläche des unteren Abschnittes ausgebildet, auf dem ein Leiter eines Drahtes zu platzieren ist. Die Einkerbung erstreckt sich in einer Richtung, die im rechten Winkel zu einer Axialrichtung des platzierten Leiters verläuft. Ein Richtungsanzeige-Markierungsabschnitt ist auf der Fläche des unteren Abschnittes vorgesehen. Die DE 699 08 953 T2 zeigt ein elektrisches Kontaktelement, das an einem Ende zur Kontaktierung eines Litzenleiters geeignet ist, wobei das andere Ende als Buchse zur Aufnahme eines passenden Kontaktstiftes ausgeführt ist. Das Federelement, dessen axial abstehende und radial leicht nach innen gebogene Kontaktzungen die Buchsenaufnahme bilden, ist teilweise in einem zylinderförmigen Gehäusekörper eingebettet und wird zusätzlich von einer äußeren Hülse gestützt, die die Kontaktkraft der Buchse verstärkt.
Es gibt verschiedene Nachteile solcher Quetsch- oder Crimpverbindungen. Einerseits muss ein Kabelschuh, der stark genug ist, um die Leitungslitzen mechanisch zu halten, relativ dick sein. Andererseits ist das Verquetschen der Leitungslitzen ein teurer arbeitsintensiver Vorgang, bei dem es schwierig ist, jede Litze einzufangen. Abstehende Litzen können möglicherweise einen Kurzschluss verursachen.
Bei der Verbindung von Aluminium mit Anschlussteilen oder Kontakten aus einem anderen Nichteisenmetall, beispielsweise Kupfer oder Legierungen davon, ergeben sich Probleme zum einen hinsichtlich der Aluminiumoxidschichten auf der Oberfläche der Aluminiumleiter und zum anderen im Hinblick auf Übergangswiderstände zwischen den unterschiedlichen Metallen. So schlägt beispielsweise die europäische Patentschrift EP 1 032 077 B1 vor, ein aus Aluminiumdrähten oder -litzen gebildetes Aluminiumkabel mit einem Anschlussteil aus Messing oder Kupfer mit Hilfe einer Stützhülse zu verschweißen. Die Stützhülse dient dabei dem Verpressen der einzelnen Drähte oder Litzen des Aluminiumkabels.
Gegenstand der DE 10 2011 011 409 B4 ist ein Anschlussteil für elektrische Anlagen mit einer Hülse an einem distalen Ende des Anschlussteiles zur Aufnahme eines Kabels, wobei das Kabel mit dem Anschlussteil im Bereich der Hülse elektrisch leitend verbunden ist. Hierbei ist es möglich, dass die Hülse mit dem Kabel verschweißt oder verlötet ist. Das Schweißen kann ein Ultraschallschweißen, ein Widerstandsschweißen, ein Reibschweißen, ein Laserschweißen oder ein anderes Schweißverfahren umfassen.
Die gattungsgemäße DE 10 2008 025 017 A1 betrifft einen Andruckkontakt, insbesondere zur Anbindung eines Spulendrahtes von Mikrofon und/oder Lautsprecher eines Mobiltelefons an eine Leiterplatte, mit einem Draht-Verbindungsabschnitt, an welchem ein Draht elektrisch leitend angeordnet ist, und mit einem Andruckabschnitt, der ein Federelement aufweist, welches mit einem Kontaktfeld eine druckschlüssige Verbindung eingeht. Der Draht-Verbindungsabschnitt hat einen Kontaktsteg, der durch Einbringen zweier paralleler Schlitze in das Blech gebildet ist. Diese Schlitze sind nicht weiter als der Durchmesser des zu kontaktierenden Drahtes. Bei einer Verformung des Kontaktsteges legt sich der Draht brückenartig über den Kontaktsteg und wird so klemmend fixiert und kontaktiert. Im Anschluss an den Schließvorgang des Draht-Verbindungsabschnittes kann der Draht zusätzlich durch Schweißen auf dem Kontaktsteg festgelegt sein. Die sichere elektrische Kontaktierung des Spulendrahtes am Draht-Verbindungsabschnitt erfolgt durch das Rückverformen des Kontaktsteges.
Als nachteilig erweist sich, dass mechanische Klemmverbindungen für eine ausreichend zuverlässige elektrische Kontaktierung im Dauerbetrieb eines Kraftfahrzeuges einen hohen Aufwand für die konstruktive Gestaltung und Durchführung der Kontaktierung erfordern. Zwar sind stoffschlüssige elektrische Kontaktierungen bekannt, jedoch erfordern diese oftmals speziell an den Draht angepasste Anschlussgeometrien.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Kontaktelement der eingangs genannten Art zu schaffen, das einen konstruktiv einfachen Aufbau aufweist und problemlos herzustellen ist.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Kontaktelement gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß ist also ein Kontaktelement vorgesehen, bei dem der Kontaktsteg im Bereich der Auflagefläche eine Querschnittsfläche aufweist, die näherungsweise der Querschnittsfläche des zu kontaktierenden Drahtes entspricht. Hierdurch wird in überraschend einfacher Weise eine elektrische Kontaktierung des Drahtes an dem Kontaktelement durch eine Schmelzschweißverbindung realisierbar, indem durch den reduzierten Querschnitt erstmals eine zuverlässige Durchführung des an sich bekannten Schmelzschweißverfahrens ermöglicht wird. Anders als beim Stand der Technik, bei dem der Kontaktsteg durch Rückverformung des zuvor durch die Durchbrechungen geführten Drahtes eine klemmschlüssige Kontaktierung des Drahtes ermöglicht, dienen die erzeugten Kontaktstege erfindungsgemäß als Schweißauflagefläche des Drahtes, ohne dass hierzu eine weitere Umformung des Kontaktsteges erforderlich ist. Vielmehr ist das elektrische Kontaktelement ohne eine mechanische Bearbeitung nutzbar und ermöglicht hoch belastbare und im Betrieb des Kraftfahrzeuges besonders zuverlässige elektrische Kontaktierungen.
Dabei erweist es sich als besonders zweckmäßig, wenn sich die Biegelinie im Wesentlichen quer zur Richtung der Haupterstreckung des auf dem Kontaktabschnitt aufliegenden Drahtes erstreckt. Dadurch kann auf eine Biegung des Drahtes weitgehend verzichtet werden, wenn die Orientierung der Haupterstreckung des Kontaktsteges zumindest im Wesentlichen der Zuführrichtung des Drahtes entspricht, der zur Kontaktierung lediglich auf das gewünschte Maß gekürzt werden muss.
Weiterhin erweist es sich als besonders praxisnah, wenn die Haupterstreckung des Kontaktsteges im Wesentlichen quer zu der Biegelinie verläuft, um so eine vergleichsweise lange und an die zu übertragende elektrische Leistung problemlos anpassbare Auflagefläche des Drahtes auf dem Kontaktsteg zu ermöglichen.
Der Kontaktabschnitt könnte insgesamt eben ausgeführt sein, um so eine Kontaktierung mit einem geringen Platzbedarf zu ermöglichen. Besonders vorteilhaft ist es hingegen, wenn gemäß einer besonders bevorzugten Abwandlung der Erfindung die Ebene der Auflagefläche insbesondere parallel beabstandet zu einer Hauptebene des Kontaktelementes angeordnet ist. Indem also die Ebenen der Auflagefläche und der übrigen Bereiche des Kontaktelementes beabstandet zueinander angeordnet sind, können die Kontaktstege nicht nur einfacher erreicht werden, sondern ermöglichen auch eine seitliche Spreizung, um so die durch die schlitzförmigen Durchbrechungen erreichte Trennung noch zu erweitern und damit eine anderenfalls bereits durch geringfügige Verlagerungen oder Verformungen im Betrieb entstehende elektrische Brücke zu vermeiden. In der projizierten Draufsicht überschneiden sich dadurch beispielsweise die Kontaktstege mit den seitlichen, jedoch in einer anderen Ebene liegenden Randbereichen des Kontaktelementes.
Die Kontaktstege können eine nahezu beliebige, an die jeweiligen Anforderungen angepasste Grundform aufweisen. Beispielsweise eignen sich in der Praxis rechteckige Gestaltungen, die an ihren Endabschnitten mit Abrundungen ausgestattet sein können. Besonders sinnvoll ist hingegen eine Abwandlung, bei welcher mehrere fingerartige Kontaktstege jeweils durch parallel zueinander verlaufende, schlitzförmige Durchbrechungen elektrisch isoliert sind und daher beispielsweise zur Kontaktierung eines aus einer Mehrzahl von Einzellitzen bestehenden Drahtes optimal geeignet sind. Hierzu sind die Kontaktstege kammartig parallel oder fächerartig bzw. strahlenförmig nebeneinander angeordnet.
Vorzugsweise weist das Kontaktelement mehrere benachbarte Kontaktstege übereinstimmender Querschnittsfläche auf, um so bedarfsweise einen oder mehrere Drähte mit demselben Querschnitt oder einen Draht mit mehreren Einzellitzen desselben Querschnittes durch die Schweißverbindung dauerhaft zu fixieren.
Selbstverständlich kann der dem Kontaktsteg abgewandte Anschlussbereich an die jeweiligen Anschlussbedingungen optimal angepasst sein. Eine besonders praxisgerechte Ausführungsform der Erfindung wird hingegen auch dadurch erreicht, dass das Kontaktelement als ein Kabelschuh mit einem den Draht abschnittsweise umfangsseitig einschließenden Führungsbereich und mit einem sich daran anschließenden und mit diesem einteilig verbundenen flachen Anschlussbereich ausgeführt ist, welcher beispielsweise eine Steckverbindung für den werkzeuglosen Anschluss des Kontaktelementes ermöglicht. Insbesondere können dabei an sich bekannte, beispielsweise auch normierte Ausführungen problemlos realisiert werden.
Beispielsweise kann das Kontaktelement eine Durchbrechung zur Aufnahme einer Fixierung, insbesondere einer Verschraubung aufweisen, um das Kontaktelement mit einer definierten Vorspannkraft festzulegen und so eine zuverlässige Übertragung der elektrischen Leistung zu gewährleisten.
Zur Herstellung des Kontaktelementes eignen sich grundsätzlich verschiedene, an sich bekannte Herstellungsverfahren. Besonders vorteilhaft ist hingegen eine Ausführungsform, bei welcher das Kontaktelement durch Stanzung und Umformung eines Abschnittes des Kontaktelementes, nämlich durch Umformung eines flachen Blechzuschnittes hergestellt ist. Hierdurch lassen sich die Herstellungskosten weiter reduzieren.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt jeweils in einer Prinzipdarstellung in
1 eine perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Kontaktelementes mit einem Kontaktabschnitt;
2 einen Längsschnitt durch den Kontaktabschnitt;
3 einen Querschnitt durch den Kontaktabschnitt.
Das erfindungsgemäße elektrische Kontaktelement 1 wird nachstehend anhand der 1 bis 3 näher erläutert. Das Kontaktelement 1 ist zur Festlegung an einem Verschraubungspunkt innerhalb eines Kraftfahrzeuges mit einem flachen, eine kreisförmige Durchbrechung 2 aufweisenden Anschlussbereich 3 und einem als Crimpabschnitt zur mechanischen Fixierung eines Drahtes 4 dienenden Führungsbereich 5 ausgestattet. Weiterhin hat das Kontaktelement 1 einen Kontaktabschnitt 6 zur elektrisch leitenden Verbindung des Drahtes 4, wobei mehrere parallele, schlitzförmige Durchbrechungen 7 jeweils einen Kontaktsteg 8 zwischen sich einschließen. Wie in 3 erkennbar, weist der Kontaktsteg 8 im Bereich einer Auflagefläche des Drahtes 4 eine Querschnittsfläche F_K auf, die im Wesentlichen der Querschnittsfläche F_D des zu kontaktierenden Drahtes 4 entspricht und daher eine zuverlässige Verbindung des Drahtes 4 durch Schmelzschweißen ermöglicht. Die Kontaktstege 8 liegen in einer zu dem Anschlussbereich 3 parallelen Ebene und werden hierzu entlang einer Biegelinie 9 umgeformt, die quer zu der Haupterstreckung 10 des auf dem Kontaktabschnitt 6 aufliegenden Drahtes 4 verläuft. Zur Herstellung dient ein zunächst flacher Blechzuschnitt, der gestanzt und vor der elektrischen Kontaktierung umgeformt wird.
Bezugszeichenliste

1: Kontaktelement
2: Durchbrechung
3: Anschlussbereich
4: Draht
5: Führungsbereich
6: Kontaktabschnitt
7: Durchbrechung
8: Kontaktsteg
9: Biegelinie
10: Haupterstreckung
F_K: Querschnittsfläche
F_D: Querschnittsfläche

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 112010004751 T5 [0004]
DE 69908953 T2 [0004]
EP 1032077 B1 [0006]
DE 102011011409 B4 [0007]
DE 102008025017 A1 [0008]

Claims

Elektrisches Kontaktelement (1) mit einem Kontaktabschnitt (6) zur elektrisch leitenden Verbindung eines Drahtes (4) mit dem Kontaktabschnitt (6) des Kontaktelementes (1), wobei der Kontaktabschnitt (6) zumindest einen beidseitig von schlitzförmigen Durchbrechungen (7) begrenzten Kontaktsteg (8) aufweist, der durch Umformung entlang einer Biegelinie (9) hergestellt ist, und eine Auflagefläche für den Draht (4) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktsteg (8) eine Querschnittsfläche (F_K) aufweist, die zumindest näherungsweise der Querschnittsfläche (F_D) des zu kontaktierenden Drahtes (4) entspricht.
Kontaktelement (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Biegelinie (9) im Wesentlichen quer zur Richtung der Haupterstreckung (10) des auf dem Kontaktabschnitt (6) aufliegenden Drahtes (4) erstreckt.
Kontaktelement (1) nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Haupterstreckung des Kontaktsteges (8) im Wesentlichen quer zu der Biegelinie (9) verläuft.
Kontaktelement (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflagefläche beabstandet, insbesondere parallel beabstandet zu einer Hauptebene des Kontaktelementes (1) angeordnet ist.
Kontaktelement (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere fingerartige Kontaktstege (8) jeweils durch eine schlitzförmige Durchbrechung (7) getrennt angeordnet sind.
Kontaktelement (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (1) mehrere benachbarte Kontaktstege (8) übereinstimmender Querschnittsfläche (F_K) aufweist.
Kontaktelement (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (1) als ein Kabelschuh mit einem den Draht (4) abschnittsweise umfangsseitig einschließenden Führungsbereich (5) und einem sich daran anschließenden, einteilig verbundenen flachen Anschlussbereich (3) ausgeführt ist.
Kontaktelement (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (1) eine Durchbrechung (2) zur Aufnahme einer Fixierung, insbesondere einer Verschraubung aufweist.
Kontaktelement (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (1) durch Stanzung und Umformung eines Abschnittes des Kontaktelementes (1) hergestellt ist.
Kontaktelement (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (1) durch Umformung eines flachen Blechzuschnittes hergestellt ist.