DE102016208326A1

DE102016208326A1 - Kontaktanordnung und Verfahren zur Ausbildung einer Kontaktanordnung

Info

Publication number: DE102016208326A1
Application number: DE102016208326.0A
Authority: DE
Inventors: Georg Höll
Original assignee: Schunk Hoffmann Carbon Tech AG; Schunk Hoffmann Carbon Technology AG
Current assignee: Schunk Hoffmann Carbon Tech AG; Schunk Hoffmann Carbon Technology AG
Priority date: 2016-05-13
Filing date: 2016-05-13
Publication date: 2017-11-16
Also published as: BR112018073318A2; WO2017194207A1; US20190131734A1; CN109196719A; MX2018013724A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kontaktanordnung (10) sowie ein Verfahren zur Ausbildung einer Kontaktanordnung, umfassend einen Kontaktstift (18) und einen elektrischen Anschlussleiter (19), wobei an dem Kontaktstift eine ebene Stiftkontaktfläche (20) ausgebildet ist, die sich in Richtung einer Stiftlängsachse (21) erstreckt, wobei an dem Anschlussleiter eine Leiterkontaktfläche (25) ausgebildet ist, die sich in Richtung einer Leiterlängsachse (22) erstreckt, wobei die Stiftlängsachse zur Leiterlängsachse angeordnet ist, wobei der Kontaktstift eine Kontaktstiftbreite (B) und der Anschlussleiter eine Anschlussleiterbreite (b) aufweist, wobei an einem Schnittpunkt (23) von Stiftlängsachse und Leiterlängsachse die Kontaktstiftbreite zu der Anschlussleiterbreite in einem Verhältnis größer 2:1 ausgebildet ist, wobei der Kontaktstift mit dem Anschlussleiter in einem Überdeckungsbereich (24) von Stiftkontaktfläche und Leiterkontaktfläche verschweißt ist, wobei die Stiftkontaktfläche eine Stiftkontaktflächenbreite (B') und die Leiterkontaktfläche eine Leiterkontaktflächenbreite (b') aufweist, wobei an dem Schnittpunkt von Stiftlängsachse und Leiterlängsachse die Stiftkontaktflächenbreite zu der Leiterkontaktflächenbreite in einem Verhältnis kleiner 2:1 ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kontaktanordnung und ein Verfahren zur Ausbildung einer Kontaktanordnung, mit einem Kontaktstift und einem elektrischen Anschlussleiter, wobei an dem Kontaktstift eine ebene Stiftkontaktfläche ausgebildet ist, die sich in Richtung einer Stiftlängsachse erstreckt, wobei an dem Anschlussleiter eine Leiterkontaktfläche ausgebildet ist, die sich in Richtung einer Leiterlängsachse erstreckt, wobei die Stiftlängsachse quer zur Leiterlängsachse angeordnet ist, wobei der Kontaktstift eine Kontaktstiftbreite (B) und der Anschlussleiter eine Anschlussleiterbreite (b) aufweist, wobei an einem Schnittpunkt von Stiftlängsachse und Leiterlängsachse die Kontaktstiftbreite zu der Anschlussleiterbereite in einem Verhältnis größer 2:1 ausgebildet ist, wobei der Kontaktstift mit dem Anschlussleiter in einem Überdeckungsbereich von Stiftkontaktfläche und Leiterkontaktfläche verschweißt ist, wobei die Stiftkontaktfläche eine Stiftkontaktflächenbreite (B') und die Leiterkontaktfläche eine Leiterkontaktflächenbreite (b') aufweist.
Bei derartigen Kontaktanordnungen ist es bekannt den Kontaktstift, der beispielsweise rund ausgebildet sein kann, mit einem quer zum Kontaktstift angeordneten Anschlussleiter zu verbinden. Die Verbindung erfolgt mittels Verschweißen des Kontaktstiftes mit dem Anschlussleiter, wobei der Anschlussleiter zumindest in einem Überdeckungsbereich von Anschlussleiter und Kontaktstift sowie eine Oberfläche des Kontaktstifts in diesem Überdeckungsbereich zumindest erweicht oder aufgeschmolzen wird, sodass eine stoffschlüssige Schweißverbindung zwischen Anschlussleiter und Kontaktstift ausgebildet wird. Der Kontaktstift kann seinerseits für verschiedene Kontaktierungszwecke, beispielsweise als Stecker oder Teil eines Steckers einer elektrischen Verbindung genutzt werden.
Insbesondere sind Kontaktanordnungen bekannt, bei denen an den Kontaktstift eine ebene Stiftkontaktfläche ausgebildet ist, die ein Andrücken und Verschweißen des Anschlussleiters erleichtern soll. Da ein Durchmesser des Anschlussleiters regelmäßig um ein Vielfacher kleiner ist, wie ein Durchmesser des Kontaktstifts, wird es als vorteilhaft angesehen, mit der Stiftkontaktfläche einen möglichst großen Überdeckungsbereich von Anschlussleiter bzw. Leiterkontaktfläche und Stiftkontaktfläche zur Herstellung eines entsprechend großflächigen Schweißkontakts zur Verfügung zu stellen. Ein großer Überdeckungsbereich und damit ein großflächiger Schweißkontakt ermöglicht eine Übertragung hoher Ströme und stellt eine stabile Verbindung von Kontaktstift und Anschlussleiter sicher. Wie sich jedoch in praktischen Anwendungen gezeigt hat, ist eine Haltbarkeit eines derartigen Schweißkontaktes nicht immer gegeben. Auch kann es je nach Verwendungszweck der Kontaktanordnung nach einiger Zeit der Nutzung zu einem Bruch des Anschlussleiters benachbart dem Schweißkontakt bzw. dem Überdeckungsbereich kommen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung eine Kontaktanordnung und ein Verfahren zur Herstellung einer Kontaktanordnung vorzuschlagen, mit der bzw. dem eine verbesserte Haltbarkeit der Kontaktanordnung erzielt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Kontaktanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst.
Die erfindungsgemäße Kontaktanordnung umfasst einen Kontaktstift und einen elektrischen Anschlussleiter, wobei an dem Kontaktstift eine ebene Stiftkontaktfläche ausgebildet ist, die sich in Richtung einer Stiftlängsachse erstreckt, wobei an dem Anschlussleiter eine Leiterkontaktfläche ausgebildet ist, die sich in Richtung einer Leiterlängsachse erstreckt, wobei die Stiftlängsachse quer zur Leiterlängsachse angeordnet ist, wobei der Kontaktstift eine Kontaktstiftbreite (B) und der Anschlussleiter eine Anschlussleiterbreite (b) aufweist, wobei an einem Schnittpunkt von Stiftlängsachse und Leiterlängsachse die Kontaktstiftbreite zu der Anschlussleiterbreite in einem Verhältnis größer 2:1 ausgebildet ist, wobei der Kontaktstift mit dem Anschlussleiter in einem Überdeckungsbereich von Stiftkontaktfläche und Leiterkontaktfläche verschweißt ist, wobei die Stiftkontaktfläche eine Stiftkontaktflächenbreite (B') und die Leiterkontaktfläche eine Leiterkontaktflächenbreite (b') aufweist, wobei an dem Schnittpunkt von Stiftlängsachse und Leiterlängsachse die Stiftkontaktflächenbreite zu der Leiterkontaktflächenbreite in einem Verhältnis kleiner 2:1 ausgebildet ist.
Demnach weist der Kontaktstift einen vielfach größeren Durchmesser bzw. Querschnitt auf als der Anschlussleiter, wobei erfindungsgemäß vorgesehen ist, die Stiftkontaktflächenbreite im Verhältnis kleiner auszubilden, sodass die Leiterkontaktflächenbreite noch nicht einmal doppelt so groß ist wie ein Durchmesser des Anschlussleiters. So kann verhindert werden, dass der Anschlussleiter über einen längeren Abschnitt mit dem Kontaktstift verschweißt ist. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass es weniger häufig zu einem Bruch des Anschlussleiters benachbart dem Überdeckungsbereich kommt, wenn die Stiftkontaktflächenbreite zu der Leiterkontaktflächenbreite in einem Verhältnis kleiner 2:1 ausgebildet ist. Dadurch wird zwar ein Querschnitt eines derart ausgebildeten Schweißkontaktes verkleinert und damit vermeintlich instabiler, jedoch wird auch der Kontaktstift und der Anschlussleiter im Überdeckungsbereich beim Schweißen gleichmäßiger erweicht bzw. aufgeschmolzen. Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Kontaktanordnungen schmilzt der vergleichsweise dünne Anschlussleiter im Überdeckungsbereich aufgrund seiner verhältnismäßig geringen Masse wesentlich schneller auf, als der relativ dicke Kontaktstift, da sich dieser nicht so schnell erwärmt wie der Anschlussleiter. Ein stabiler Schweißkontakt kann zwar so ausgebildet werden, jedoch kommt es aufgrund des fortgeschrittenen Aufschmelzens des Anschlussleiters benachbart dem Überdeckungsbereich am Anschlussleiter häufiger zu Brüchen. Wenn aufgrund des Verhältnisses von Stiftkontaktflächenbreite zu Leiterkontaktflächenbreite eine Größe des Überdeckungsbereichs begrenzt ist, können der Anschlussleiter und der Kontaktstift im Überdeckungsbereich gleichmäßiger aufschmelzen, da aufgrund des kleineren Flächenkontaktes des Kontaktstiftes weniger Wärme beim Schweißen in den Kontaktstift abgeführt wird bzw. nur langsam abgeführt werden kann. So kann eine Schweißverbindung ausgebildet werden, bei der der Anschlussleiter weniger stark aufgeschmolzen wird, was eine Gefahr von Brüchen benachbart dem Überdeckungsbereich mindert.
In einer vorteilhaften Ausführungsform kann der Kontaktstift aus Messing und der Anschlussleiter aus Kupfer bestehen. Prinzipiell ist es jedoch auch möglich den Kontaktstift und den Anschlussleiter aus anderen, gut miteinander verschweißbaren Metallen herzustellen. Auch kann vorgesehen sein, dass der Kontaktstift und/oder der Anschlussleiter eine Beschichtung, beispielsweise eine Beschichtung mit galvanisch oder im Tauchverfahren aufgebrachten, leitenden Material, aufweist.
Auch kann der Anschlussleiter eine Litze sein oder ein aus Litzen ausgebildetes Kabel. Eine Gefahr eines Bruches des Anschlussleiters wird dadurch noch einmal verringert und die Kontaktanordnung wird auch für Anwendungen nutzbar, bei denen der Anschlussleiter Schwingungen oder einer Bewegung ausgesetzt sein kann.
Die Stiftkontaktflächenbreite kann zu der Leiterkontaktflächenbreite in einem Verhältnis kleiner 1,5:1, vorzugsweise 1:1, besonders bevorzugt größer 0,5:1 ausgebildet sein. Bei einem derart verringerten Verhältnis wird eine Gefahr eines Bruchs des Anschlussleiters noch weiter herabgesetzt und es kommt zu einer gleichmäßigeren stoffschlüssigen Verbindung von Anschlussleiter und Kontaktstift.
Der Überdeckungsbereich kann rechteckig, quadratisch oder rautenförmig ausgebildet sein. Wenn der Überdeckungsbereich quadratisch ausgebildet ist, beträgt das Verhältnis von Stiftkontaktflächenbreite zu Leiterkontaktflächenbreite 1:1. Verläuft die Leiterlängsachse zur Stiftlängsachse nicht in einem Winkel von 90°, sondern abweichend davon ergibt sich eine rautenförmige Ausbildung des Überdeckungsbereiches.
Das Verhältnis von Stiftkontaktflächenbreite zur Leiterkontaktflächenbreite kann mit einer Toleranz bzw. mit einer Abweichung von kleiner 10% ausgebildet sein. Folglich kann das Verschweißen auch automatisiert und damit innerhalb des Toleranzbandes von 10% erfolgen.
Beiderseits der Stiftkontaktfläche können relativ dazu geneigte Begrenzungsflächen ausgebildet sein. Die Begrenzungsflächen bestimmen dann eine Größe der Stiftkontaktfläche bzw. die Stiftkontaktflächenbreite (B') und stellen durch die Neigung sicher, dass der Anschlussleiter alleine mit der Stiftkontaktfläche verschweißt wird und nicht mit den Begrenzungsflächen.
Ein Querschnitt des Anschlussleiters kann rund sein und im Überdeckungsbereich parallele Außenflächen aufweisen. Insbesondere wenn der Anschlussleiter mittels eines Stempels auf die Stiftkontaktfläche zum Verschweißen gedrückt wird, kann der Anschlussleiter leicht so verformt werden, dass die Außenflächen im Wesentlichen parallel angeordnet sind.
Auch kann ein Querschnitt des Kontaktstifts rund sein. Prinzipiell ist es jedoch auch möglich, dass der Kontaktstift bzw. dessen Querschnitt jede erdenkliche Form aufweisen kann, wobei dann aber stets die Stiftkontaktfläche eben ausgebildet ist. Die Stiftkontaktfläche kann beispielsweise durch teilweise spanende Bearbeitung, wie Fräßen oder Schleifen, an dem Kontaktstift ausgebildet werden.
Die erfindungsgemäße Kraftstoffpumpe weist eine erfindungsgemäße Kontaktanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche auf. Die Kontaktanordnung wird demnach für eine Kraftstoffpumpe, Benzinpumpe, Dieselpumpe oder dergleichen verwendet. Da derartige Kraftstoffpumpen regelmäßig ausgetauscht und nicht repariert werden, kann mit der Kontaktanordnung ein Ausfall der Kraftstoffpumpe durch einen Bruch des Anschlussleiters verhindert werden. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen einer Kraftstoffpumpe ergeben sich aus den auf dem Vorrichtungsanspruch 1 rückbezogenen Unteransprüchen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ausbildung einer Kontaktanordnung wird an einem Kontaktstift eine ebene Kontaktstiftfläche ausgebildet, die sich in Richtung einer Stiftlängsachse erstreckt, wobei an einem elektrischen Anschlussleiter eine Leiterkontaktfläche ausgebildet wird, die sich in Richtung einer Leiterlängsachse erstreckt, wobei die Stiftlängsachse quer zur Leiterlängsachse angeordnet wird, wobei an einem Schnittpunkt von Stiftlängsachse und Leiterlängsachse eine Kontaktstiftbreite (B) des Kontaktstifts zu einer Anschlussleiterbreite (b) des Anschlussleiters in einem Verhältnis größer 2:1 ausgebildet wird, wobei der Kontaktstift mit dem Anschlussleiter in einem Überdeckungsbereich von Stiftkontaktfläche und Leiterkontaktfläche verschweißt wird, wobei an dem Schnittpunkt von Stiftlängsachse und Leiterlängsachse eine Stiftkontaktflächenbreite (B') der Stiftkontaktfläche zu einer Leiterkontaktflächenbreite (b') der Leiterkontaktfläche in einem Verhältnis kleiner 2:1 ausgebildet wird. Zu den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf die Vorteilsbeschreibung der erfindungsgemäßen Kontaktanordnung verwiesen.
Nachfolgend wird eine Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 Eine Kontaktanordnung nach dem Stand der Technik;
2 einen Kontaktstift in einer perspektivischen Ansicht;
3 eine Kontaktanordnung in einer Draufsicht.
Die 1 zeigt eine Kontaktanordnung 10 nach dem Stand der Technik mit einem Kontaktstift 11 und einem Anschlussleiter 12. An dem Kontaktstift 11 ist eine Stiftkontaktfläche 13 ausgebildet, auf die der Anschlussleiter 12 aufgelegt und mittels eines hier nicht ersichtlichen Stempels gegen die Stiftkontaktfläche 13 gedrückt und mit dieser verschweißt wurde. Wesentlich bei der Kontaktanordnung 10 ist, dass eine Stiftkontaktflächenbreite (B') zu einer Leiterkontaktflächenbreite (b') in einem Verhältnis größer 2:1 ausgebildet ist. Bei einer Verwendung der Kontaktanordnung 10 kommt es häufig zu Brüchen des Anschlussleiters 12 in einem Übergangsbereich 14 zwischen einem Leiterkontaktbereich und einem Leiterabschnitt 16.
Eine Zusammenschau der 2 und 3 zeigt eine Kontaktanordnung 17 mit einem Kontaktstift 18 und einem Anschlussleiter 19, wobei der Kontaktstift 18 und der Anschlussleiter 19 jeweils im Wesentlichen mit einem runden Querschnitt ausgebildet ist. An dem Kontaktstift 18 ist eine ebene Stiftkontaktfläche 20 ausgebildet, die sich in Richtung einer Stiftlängsachse 21 erstreckt. Gleichfalls ist an dem Anschlussleiter 19 eine Leiterkontaktfläche 25 ausgebildet, die sich in Richtung einer Leiterlängsachse 22 erstreckt. Die Stiftlängsachse 21 ist quer, in einem Winkel α von 90° relativ zur Leiterlängsachse 22 angeordnet, sodass sich ein Schnittpunkt 23 von Stiftlängsachse 21 und Leiterlängsachse 22 ergibt. Weiter ist eine Kontaktstiftbreite (B) des Kontaktstifts 18 in einem Verhältnis zu einer Anschlussleiterbreite (b) des Anschlussleiters 19 wesentlich größer, insbesondere größer als 2:1 ausgebildet. Die Stiftkontaktfläche 20 wird in einem Überdeckungsbereich 24 von einer Leiterkontaktfläche 25 des Anschlussleiters 19 überdeckt und ist mittels Schweißen in dem Überdeckungsbereich 24 stoffschlüssig mit der Leiterkontaktfläche 25 verbunden. Weiter sind an dem Kontaktstift 18 Begrenzungsflächen 26 ausgebildet, die die Stiftkontaktfläche 20 hinsichtlich ihrer Stiftkontaktflächenbreite (B') begrenzen. So wird es möglich die Stiftkontaktflächenbreite (B') relativ zu einer Leiterkontaktflächenbreite (b') in einem Verhältnis kleiner 2:1 auszubilden. Dabei entspricht die Leiterkontaktflächenbreite (b') im Wesentlichen der Anschlussleiterbreite (b).

Claims

Kontaktanordnung (17), umfassend einen Kontaktstift (18) und einen elektrischen Anschlussleiter (19), wobei an dem Kontaktstift eine ebene Stiftkontaktfläche (20) ausgebildet ist, die sich in Richtung einer Stiftlängsachse (21) erstreckt, wobei an dem Anschlussleiter eine Leiterkontaktfläche (25) ausgebildet ist, die sich in Richtung einer Leiterlängsachse (22) erstreckt, wobei die Stiftlängsachse quer zur Leiterlängsachse angeordnet ist, wobei der Kontaktstift eine Kontaktstiftbreite (B) und der Anschlussleiter eine Anschlussleiterbreite (b) aufweist, wobei an einem Schnittpunkt (23) von Stiftlängsachse und Leiterlängsachse die Kontaktstiftbreite zur der Anschlussleiterbreite in einem Verhältnis größer 2:1 ausgebildet ist, wobei der Kontaktstift mit dem Anschlussleiter in einem Überdeckungsbereich (24) von Stiftkontaktfläche und Leiterkontaktfläche verschweißt ist, wobei die Stiftkontaktfläche eine Stiftkontaktflächenbreite (B') und die Leiterkontaktfläche eine Leiterkontaktflächenbreite (b') aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Schnittpunkt von Stiftlängsachse und Leiterlängsachse die Stiftkontaktflächenbreite zu der Leiterkontaktflächenbreite in einem Verhältnis kleiner 2:1 ausgebildet ist.
Kontaktanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktstift (18) aus Messing und der Anschlussleiter (19) aus Kupfer besteht.
Kontaktanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlussleiter (19) eine Litze ist.
Kontaktanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stiftkontaktflächenbreite (B') zur der Leiterkontaktflächenbreite (b') in einem Verhältnis kleiner 1,5:1, vorzugsweise 1:1, besonders bevorzugt größer 0,5:1 ausgebildet ist.
Kontaktanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Überdeckungsbereich (24) rechteckig, quadratisch oder rautenförmig ausgebildet ist.
Kontaktanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Stiftkontaktflächenbreite (B') zur der Leiterkontaktflächenbreite (b') mit einer Toleranz von kleiner 10% ausgebildet ist.
Kontaktanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beiderseits der Stiftkontaktfläche (20) relativ dazu geneigte Begrenzungsflächen (26) ausgebildet sind.
Kontaktanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Querschnitt des Anschlussleiters (19) rund ist und im Überdeckungsbereich (24) parallele Außenflächen aufweist.
Kontaktanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Querschnitt des Kontaktstifts (18) rund ist.
Kraftstoffpumpe mit einer Kontaktanordnung (17) nach einem der vorangehenden Ansprüche.
Verfahren zur Ausbildung einer Kontaktanordnung (17), wobei an einem Kontaktstift (18) eine ebene Stiftkontaktfläche (20) ausgebildet wird, die sich in Richtung einer Stiftlängsachse (21) erstreckt, wobei an einem elektrischen Anschlussleiter (19) eine Leiterkontaktfläche (25) ausgebildet wird, die sich in Richtung einer Leiterlängsachse (22) erstreckt, wobei die Stiftlängsachse quer zur Leiterlängsachse angeordnet wird, wobei an einem Schnittpunkt (23) von Stiftlängsachse und Leiterlängsachse eine Kontaktstiftbreite (B) des Kontaktstifts zur einer Anschlussleiterbreite (b) des Anschlussleiters in einem Verhältnis größer 2:1 ausgebildet wird, wobei der Kontaktstift mit dem Anschlussleiter in einem Überdeckungsbereich (24) von Stiftkontaktfläche und Leiterkontaktfläche verschweißt wird, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Schnittpunkt von Stiftlängsachse und Leiterlängsachse eine Stiftkontaktflächenbreite (B') der Stiftkontaktfläche zu einer Leiterkontaktflächenbreite (b') der Leiterkontaktfläche in einem Verhältnis kleiner 2:1 ausgebildet wird.