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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen elektrischen Kontaktpin und ein Verfahren zum Herstellen eines Kontaktpins.
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Stand der Technik
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Kontaktpins für elektrische Stecker, die in der Regel aus Metall hergestellt werden, werden bei bestimmten Anwendungen mit einer zusätzlichen metallischen Beschichtung überzogen, um sie beispielsweise beständiger gegen Korrosion zu machen und/oder die elektrische Leitfähigkeit der Kontaktstelle zu erhöhen. Die
EP 1 841 010 A2 zeigt beispielsweise einen elektrischen Kontaktstift, der eine Beschichtung aus Gold, Platin, Zinn oder dergleichen aufweisen kann.
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Bei einer Beschichtung mit Gold, bei der der Stecker viele Male zusammengesteckt und wieder gelöst werden soll, hat sich eine Schichtdicke von etwa 0,8 µm oder mehr als günstig erwiesen. Solch eine Beschichtung kann durch Galvanisieren erzeugt werden, was einerseits zu einer gewissen Goldmenge führt, die in der Galvanik verbraucht wird und sich durch Verschleppung (Verlust im Galvanikbad) sowie Abstanzen vergoldeter Flächen um etwa 30 bis 100% erhöht. Durch den massiv gestiegenen Goldpreis in Verbindung mit hohen Stückzahlen werden dadurch große Kosten verursacht.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können in vorteilhafter Weise ermöglichen, bei einem Steckkontakt mit beschichteten Kontaktpins große Mengen Beschichtungsmaterial einzusparen, wobei die Qualität des Steckkontakts nicht reduziert werden muss.
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Ein Aspekt der Erfindung betrifft einen elektrischen Kontaktpin für einen Steckkontakt, der seitlich von einer Kontaktzunge kontaktiert werden kann. Ein solcher Kontaktpin kann beispielsweise in einem männlichen Steckkontakt Verwendung finden, der mit einem weiblichen Steckkontakt mit einer oder mehreren Kontaktzungen zusammengesteckt werden kann. Beim Zusammenstecken wird die Kontaktzunge, die in der Regel aus einem federnden Material hergestellt ist, vom Kopf des Kontaktpins seitlich ausgelenkt und gleitet dann seitlich am Kontaktpin bis zu einer Kontaktstelle entlang, auf der sie solange ruht und eine elektrische Verbindung herstellt, bis der männliche und der weibliche Steckkontakt wieder getrennt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist der Kontaktpin eine Metallbeschichtung auf. Beispielsweise bei Drucksensoren, wie etwa Hochdrucksensoren oder Niederdrucksensoren, die beispielsweise einen Druck in einer Benzinleitung, einer Common-Rail-Dieseleinspritzanlage oder einer Hydraulikleitung einer Baumaschine messen können, sind die Steckerkontakte, die zum Anschließen des Sensors dienen, derartigen Umweltbedingungen ausgesetzt, dass eine Metallbeschichtung die Lebensdauer der Steckverbindung stark erhöhen kann.
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Die Metallbeschichtung weist dabei in einem mittigen Kontaktbereich des Kontaktpins eine erste Schichtdicke und in einem Kopfbereich des Kontaktpins eine zweite, geringere Schichtdicke auf. Alternativ dazu kann in dem Kopfbereich diese Metallbeschichtung (aus dem gleichen Material wie im Kontaktbereich) vorhanden sein. Mit anderen Worten weist der Kontaktpin im Kontaktbereich eine dickere Metallbeschichtung auf als im Kopfbereich. Nur im Kontaktbereich kann die Metallbeschichtung so dick sein, dass die Anforderungen an Korrosion und Leitfähigkeit erfüllt sein. Auf der restlichen Oberfläche des Kontaktpins kann auf die Beschichtung verzichtet werden bzw. kann die Beschichtung wesentlich dünner sein.
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Die Metallbeschichtung kann beispielsweise aus Gold sein. Diese Materialien bieten den höchsten Schutz gegen Korrosion, sind aber im Vergleich zu anderen Metallen wesentlich teurer. Insbesondere bei diesen Materialen können mit einer selektiven Beschichtung Kosten reduziert werden.
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Beispielsweise kann eine großflächig dicke Goldschicht durch eine selektive/regionale Goldbeschichtung mit voller Schichtdicke und Reduzierung oder Abschaffung von Goldbeschichtung auf Flächen, auf denen Gold nicht für die Kontaktfunktion benötigt wird, ersetzt werden.
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Eine derartige selektive Beschichtung kann beispielsweise mittels Tampongalvanisierens eventuell in Kombination mit weiteren Galvanisierverfahren hergestellt werden. Alternativ zu Tampongalvanisieren kann das selektive Beschichten auch mittels einer Spot-Technik oder eines Galvanisierens mit einer Maskierung erfolgen. Dann ist auch ein Tauchverfahren möglich, da sich wegen der Maskierung lokal keine Metallbeschichtung auf dem Kontaktpin anlagern kann.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Metallbeschichtung in einem Basisbereich des Kontaktpins eine dritte Schichtdicke auf, die geringer als die erste Schichtdicke ist. Die Metallbeschichtung kann im Kopfbereich dicker als im Basisbereich sein, um im Kopfbereich eine höhere mechanische Stabilität zu gewährleisten, um im Kopfbereich die Reibungswerte beim Aufgleiten einer Kontaktzunge zu reduzieren und/oder eine Verschleppung von beispielsweise Nickel auf eine Gold-Kontaktfläche zu verhindern. Im Basisbereich kann die Metallbeschichtung lediglich aus optischen Gründen vorgesehen sein. Daher kann die dritte Schichtdicke im Basisbereich geringer als die zweite Schichtdicke im Kopfbereich sein. Im Kontaktbereich weist die Metallbeschichtung die größte Schichtdicke auf.
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Es ist zu verstehen, dass ein länglicher, stabartiger Kontaktpin entgegen der Steckrichtung an seinem vorderen Ende einen Kopfbereich, darauf folgend einen Kontaktbereich bzw. Mittelbereich und wieder darauf folgend einen Basisbereich aufweist. Der Kontaktbereich kann dadurch gekennzeichnet sein, dass er dafür vorgesehen ist, mit der Kontaktzunge in Kontakt zu stehen, wenn die zugehörige Steckverbindung zusammengesteckt ist.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Metallbeschichtung in dem mittigen Kontaktbereich lediglich an einer oder an zwei Seiten des Kontaktpins die erste Schichtdicke auf. Es ist nicht notwendig, dass die Metallbeschichtung im Kontaktbereich umlaufend um den Kontaktpin die erste Schichtdicke aufweist. Beispielsweise kann lediglich an den Seiten, an denen der Kontaktpin mit einer Kontaktzunge in Kontakt treten soll, die Metallbeschichtung diese Schichtdicke aufweisen. An anderen Stellen kann die Schichtdicke lediglich so groß wie im Kopfbereich und/oder Basisbereich sein.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind der Kontaktpin aus einem ersten Metallmaterial und die Metallbeschichtung aus einem weiteren Metallmaterial hergestellt. Beispielsweise kann der Kontaktpin aus CuSn gefertigt sein. Der Kontaktpin kann beispielsweise aus einem Stanzband gestanzt werden. Anschließend kann der Kontaktpin mit einer Goldschicht als Metallbeschichtung zumindest teilweise überzogen werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist der Kontaktpin unter der Metallbeschichtung eine weitere Metallbeschichtung aus einem verschiedenen Metallmaterial auf. Diese weitere Metallbeschichtung kann beispielsweise aus Nickel oder Ähnlichem hergestellt sein. Mit der weiteren Metallbeschichtung können eine Rauhigkeit der blanken Oberfläche des Kontaktpins ausgeglichen werden und/oder kann eine bessere Haftung der äußeren Metallbeschichtung an dem Kontaktpin erreicht werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beträgt die erste Schichtdicke im Kontaktbereich 0,8 µm oder mehr. Dieser Wert hat sich als günstig erwiesen, um einen dauerhaften und belastbaren Kontaktbereich für eine Kontaktzunge bereitzustellen. Diese Schichtdicke kann insbesondere relevant für die Anhaftung einer Goldschicht auf einer Nickelschicht und/oder für die Stromtragfähigkeit einer Goldschicht sein.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beträgt die zweite Schichtdicke im Kopfbereich weniger als 0,8 µm, beispielsweise zwischen 0,05 µm und 0,6 µm. Die Beschichtung am Kopfbereich kann relativ dick gehalten werden, um ein Abkratzen der Metallbeschichtung beim Zusammenstecken zu vermeiden (oder insbesondere eine Verschleppung von Nickel auf die Kontaktfläche aus Gold). Es ist aber auch möglich, die Metallbeschichtung in diesem Bereich so dünn zu machen, dass sie sich optisch nicht von der Metallbeschichtung im Kontaktbereich unterscheidet, jedoch den Goldverbrauch deutlich senkt.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beträgt eine dritte Schichtdicke in einem Basisbereich zwischen 0,05 und 0,1 µm. Im Basisbereich kann die Beschichtung so dünn gemacht werden, dass sie sich optisch nicht von der Metallbeschichtung im Kontaktbereich unterscheidet.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Kontaktpins, wie er etwa obenstehend und untenstehend beschrieben ist.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren: Bereitstellen eines unbeschichteten bzw. mit einer ersten Metallbeschichtung versehenen Kontaktpins; und Erzeugen einer (zweiten) Metallbeschichtung für den Kontaktpin in einem mittigen Kontaktbereich des Kontaktpins durch Tampongalvanisieren.
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Beim Tampongalvanisieren, auch Brushing-Galvanisieren genannt, wird die Galvanisierlösung mittels eines Schwamms oder Vlieses („Tampon“) selektiv auf das zu galvanisierende Bauteil aufgebracht. Beispielsweise kann lediglich der Kontaktbereich (quer zur Erstreckungsrichtung des Kontaktpins) mit einem Schwamm überfahren werden.
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Zusätzlich kann der Kontaktpin in einem optionalen Arbeitsschritt zuvor mit einer ersten Metallbeschichtung, wie etwa Nickel, versehen werden (beispielsweise durch Tauchgalvanisieren).
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren weiter: Erzeugen der Metallbeschichtung mit unterschiedlicher Schichtdicke durch Tauchgalvanisieren des Kontaktpins in einem Basisbereich, dem Kontaktbereich und einem Kopfbereich vor oder nach dem Tampongalvanisieren. Nach dem optionalen Schritt, in dem die erste Metallbeschichtung erzeugt wird, kann der gesamte Kontaktpin bis zum Basisbereich mittels Tauchgalvanisieren mit einer (weiteren) Metallbeschichtung versehen werden, die dann mittels Tampongalvanisieren im Kontaktbereich verstärkt werden kann.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren weiter:
Erzeugen der Metallbeschichtung mit unterschiedlicher Schichtdicke im Basisbereich und im Kopfbereich durch längeres Tauchgalvanisieren des Kopfbereichs. Eine unterschiedliche Schichtdicke im Kopfbereich und im Basisbereich kann dadurch erzeugt werden, dass der Kontaktpin zunächst bis zum Basisbereich in ein Galvanisierbad abgesenkt wird, um dann so weit angehoben zu werden, dass lediglich der Kopfbereich im Galvanisierbad verbleibt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei weder die Zeichnungen noch die Beschreibung als die Erfindung einschränkend auszulegen sind.
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1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine Steckverbindung mit einem Kontaktpin gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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2 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Kontaktpins gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Kontaktpin gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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4 zeigt eine schematische seitliche Ansicht des Kontaktpins aus 3.
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Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den Figuren gleiche oder gleichwirkende Merkmale.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt eine Steckverbindung 10 mit einem männlichen Steckkontakt 12 und einem weiblichen Steckkontakt 14. Der männliche Steckkontakt 12 umfasst ein becherförmiges Kunststoffgehäuse 16, in dem ein Kontaktpin 18 befestigt ist. Auch das Kunststoffgehäuse 20 des weiblichen Steckkontakts 14 ist becherförmig und so geformt, dass es in das Gehäuse 16 des männlichen Steckkontakts 12 gesteckt werden kann. In dem Gehäuse 20 des weiblichen Steckkontakts 14 sind eine oder mehrere Kontaktzungen 22 befestigt, die beim Zusammenstecken der Steckverbindung 10 seitlich an gegenüberliegenden Seiten über den Kontaktpin 18 geschoben werden und den Kontaktpin 18 abschließend seitlich berühren.
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In der Regel wird eine Steckverbindung 10 nicht nur einen, sondern mehrere Kontaktpins 18 mit entsprechenden Kontaktzungen 22 aufweisen.
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Wie aus der 2 hervorgeht, kann der Kontaktpin 18 einen länglichen Grundkörper mit rechteckigem Querschnitt aufweisen. Es ist aber auch möglich, dass der Kontaktpin 18 einen runden, beispielsweise kreisförmigen, Querschnitt aufweist.
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Der Kontaktpin 18 weist weiter einen Kopfbereich 24, einen Kontaktbereich 26 und einen Basisbereich 28 auf. Der Kopfbereich 24 kann sich zur Spitze 30 hin verjüngen, um der Kontaktzunge 22 das Aufgleiten auf den Kontaktpin 18 zu erleichtern.
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In dem Kontaktbereich 26 findet der Kontakt der Kontaktzunge 22 mit dem Kontaktpin 18 im vollständig zusammengesteckten Zustand der Steckverbindung 10 statt. In der 2 ist dargestellt, dass beispielsweise zwei Kontaktzungen 22 den Kontaktpin 18 nebeneinander auf der gleichen Seite 34 in Kontaktflächen 32 berühren können. In diesen Flächen kann der Kontakt an verschiedenen Punkten aufgrund von Toleranzen stattfinden. Es ist auch möglich, dass zwei weitere Kontaktzungen 22 den Kontaktpin 18 im Kontaktbereich 26 auf der gegenüberliegenden Seite 34 berühren.
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Der Basisbereich 28 des Kontaktpins 18 dient beispielsweise zum Befestigen des Kontaktpins 18 an dem Gehäuse 16.
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Beispielsweise kann der Kopfbereich etwa 1,6 mm lang sein, sich der Kontaktbereich zwischen in etwa 1,6 mm und 5,5 mm Entfernung von der Spitze 30 erstrecken und der Basisbereich ab einer Entfernung von 5,5 mm von der Spitze 30 beginnen.
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Wie aus der 3 hervorgeht, ist der Kontaktpin 18 grundsätzlich aus einem ersten Metallmaterial 36 gefertigt (beispielsweise aus Bronze ausgestanzt) und wird dann mit einer oder mehreren Metallbeschichtungen 38, 40 teilweise oder vollständig beschichtet. Beispielsweise kann der Kontaktpin 18 zunächst mit einer Nickelbeschichtung 38 galvanisiert werden und dann anschließend mit einer Goldbeschichtung 40 galvanisiert werden. Alternativ zu Nickel kann auch Zinn, Zink usw. verwendet werden. Alternativ zu Gold kann auch PdAuNi (eine Legierung mit u.a. Palladium), Silber oder ein anderes Edelmetall verwendet werden. Die größten Einsparungen werden sich aber nur bei verhältnismäßig teureren Metallen ergeben.
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Im Folgenden wird beispielhaft von einer Nickelbeschichtung 38 unter einer Goldbeschichtung 40 ausgegangen. Die Nickelbeschichtung 38 ist hierbei optional. Anstatt der Goldbeschichtung 40 können auch andere Edelmetalle verwendet werden.
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Wie aus der 2 hervorgeht, wird eine Goldbeschichtung 40 im gesteckten Zustand der Steckverbindung 10 mit vier Kontaktzungen 22 pro Kontaktpin 18 nur in vier im Wesentlichen rechteckigen Kontaktflächen 32, d.h. zwei Kontaktflächen 32 pro Seite 34, benötigt. Weder an Kanten 42 noch in dem Bereich 24, 28 über oder unter den Kontaktflächen 32 ist eine Goldbeschichtung 40 nötig.
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Dazu ist es möglich, den Kontaktpin 18 lediglich im Kontaktbereich 26 mit einer Goldbeschichtung 40 zu versehen. Beispielsweise kann diese Goldbeschichtung 40 auch lediglich auf einer oder zwei Seiten 34 des Kontaktpins 18 vorhanden sein, aber nicht auf der Kante 42 bzw. dort eine größere Schichtdicke aufweisen als in den anderen Bereichen 24, 28, 42. Die Goldbeschichtung 40 im Kontaktbereich 26 auf einer oder beiden der Seiten 34 kann mit einem Tampongalvanisierverfahren bzw. Brushing-Galvanisierverfahren, bei dem die Galvanisierlösung mit einem Schwamm oder einem Vlies aufgebracht wird, beispielsweise mit einer Schichtdicke von etwa 0,8 µm erzeugt werden.
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Weiter ist möglich, dass beispielsweise aus kosmetischen Gründen der Kontaktpin 18 zusätzlich in den Bereichen 24, 28 mit einer sehr dünnen Goldbeschichtung 40 überzogen wird. Der Kontaktpin 18 kann in den Bereichen 24, 26, 28 beispielsweise vor dem Tampongalvanisieren mit einer Goldbeschichtung 40 von etwa 0,05 µm versehen werden. Dies kann beispielsweise mit einem Tauchgalvanisierverfahren, bei dem der Kontaktpin 18 in ein Tauchbad mit der Galvanisierlösung getaucht wird, bewerkstelligt werden. Beispielsweise kann der Kontaktpin 18 bis zu einem Abstand von 6,5 mm von der Spitze 30 galvanisiert werden. D.h. der Basisbereich 28 kann auch noch mit 1 mm breiten Streifen mit einer Goldbeschichtung bedeckt sein. Mit bloßem Auge können die unterschiedlichen Schichtdicken nicht oder nur schwer unterschieden werden.
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Beim Steckvorgang gleitet die eventuell auch vergoldete Kontaktzunge 22 über den Kontaktpin 18 und insbesondere über den Kopfbereich 24. Dabei sollte eine gewisse Steckkraft (Gold auf Nickel im Gegensatz zu Gold auf Gold) nicht überschritten werden und/oder sollte keine Verschleppung von Nickel auf die Goldbeschichtung 40 erfolgen. Daher kann es sinnvoll sein, die Schichtdicke der Goldbeschichtung 40 im Kopfbereich 24 dicker zu machen als im Basisbereich 26, aber dünner als im Kontaktbereich 26. Im Kopfbereich 24 kann die Schichtdicke zwischen etwa 0,05 und 0,8 µm betragen.
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Um eine unterschiedliche Schichtdicke im Kopfbereich 24 und im Basisbereich 28 zu erzeugen, kann der Kontaktpin 18 mittels Tauchgalvanisierens zunächst in einem ersten Schritt vom Kopfbereich 24 bis zum Basisbereich 28 galvanisiert und anschließend in einem zweiten Schritt nur im Kopfbereich galvanisiert werden. Anschließend kann der Kontaktbereich 26 mittels Tampongalvanisierens mit einer dickeren Beschichtung 40 versehen werden.
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Abschließend ist darauf hinzuweisen, dass Begriffe wie „aufweisend“, „umfassend“ etc. keine anderen Elemente oder Schritte ausschließen und Begriffe wie „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließen. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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