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Die Erfindung betrifft einen elektrischen Kontakt für einen in einer Steckrichtung steckbaren Steckverbinder mit einer Kontaktfläche zur Kontaktierung eines komplementären Kontakts. Außerdem betrifft die Erfindung eine elektrische Steckverbindung mit zwei in einer Steckrichtung zusammensteckbaren Kontakten.
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Derartige Kontakte sind bekannt, beispielsweise in Form von zueinander komplementären Buchsen- und Stiftkontakten, wobei die Stifte pin- oder tabförmig sein können. Bei derartigen Kontakten ist es wichtig, dass eine stabile Kontaktierung der zueinander komplementären Kontakte stattfindet, insbesondere dass der Kontaktwiderstand stabil bleibt. Dies wird durch hohe Kontaktkräfte, also hohe Kräfte, welche die zueinander komplementären Kontakte an ihren Kontaktflächen gegeneinander pressen, erreicht. Um hochohmige Korrosions- und Fremdschichten zu durchbrechen, sollte einerseits die Kontaktfläche möglichst klein sein, so dass die Kontaktkraft eine hohe Flächenpressung erreicht. Andererseits darf die Kontaktfläche nicht zu klein sein, da ansonsten der Kontaktwiderstand selbst bei durchbrochenen Korrosions- und Fremdschichten zu groß wird, wenn große Ströme fließen.
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Ein weiterer Nachteil hoher Kontaktkräfte besteht darin, dass insbesondere bei großen Steckern die beiden Kontakte nur noch unter Aufbringung großer Steckkräfte zusammengesteckt werden können. Werden die Kontakte schließlich in einer vibrationsbelastenden Umgebung eingesetzt, so besteht grundsätzlich die Gefahr eines Kabelbruchs aufgrund der Relativbewegung zwischen den Kabeln und den zusammengesteckten Kontakten.
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In diesem Spannungsfeld liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Kontakt für eine Steckverbindung und eine elektrische Steckverbindung zu schaffen, die bei stabilem Kontaktwiderstand unter Einsatz geringer Steckkräfte auch in vibrationsbelasteten Umgebunden mit hoher Lebensdauer eingesetzt werden können.
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Gelöst wird diese Aufgabe für den Eingangs genannten elektrischen Kontakt dadurch, dass die Kontaktfläche drehbare Wälzkontaktkörper aus einem elektrisch leitenden Material aufweist. Für die eingangs genannte elektrische Steckverbindung wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine Kontaktfläche eines der Kontakte drehbare Wälzkontaktkörper aufweist, die den elektrischen Kontakt zwischen den beiden zusammengesteckten Kontakten herstellen.
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Somit wird nach der Erfindung der elektrische Kontakt über die drehbaren Wälzkontaktkörper hergestellt. Die Wälzkontaktkörper haben, um eine Wälzbewegung ausführen zu können, nur eine kleine Kontaktfläche, die folglich bereits bei geringen Kontaktkräften in der Lage ist, Korrosions- und Fremdschichten zu durchbrechen. Aufgrund der Drehbarkeit der Wälzkontaktkörper können die zueinander komplementären Kontakte mit nur geringen Steckkräften zusammengesteckt werden, da die Reibung zwischen den komplementären Kontakten aufgrund der Wälzbewegung gering ist. Zudem erlaubt die Drehbarkeit der Wälzkontaktkörper Ausgleichsbewegungen bei Vibrationen, so dass die Gefahr eines Kabelbruchs verringert ist. Die Wälzkontaktkörper bilden ein Wälzlager, das bei hohem Anpressdruck eine leichtgängige Bewegung zwischen den Kontakten ermöglicht.
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Die Erfindung kann durch eine Reihe weiterer, jeweils für sich vorteilhafte und beliebig miteinander kombinierbare Ausgestaltungen weiter verbessert sein.
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So besteht bevorzugt die Kontaktfläche ausschließlich aus Wälzkontaktkörpern bzw. deren Umfangsfläche, um die Steckkräfte zu minimieren. Der Kontaktwiderstand kann verringert werden, wenn gemäß einer weiteren Ausgestaltung die Wälzkontaktkörper aus einem elektrisch leitenden Material mit einer Leitfähigkeit von wenigstens 30 S/m bestehen. Insbesondere können die Wälzkontaktkörper wenigstens eines der Metalle Gold, Silber, Aluminium oder Kupfer enthalten. Die Wälzkontaktkörper sind insbesondere Kugeln, Kegel, Kegelstümpfe, Tonnen, Nadeln und/oder Zylinder.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der elektrische Kontakt insbesondere als separates Bauteil einen Wälzkörperkäfig mit Aussparungen aufweist, in denen die Wälzkontaktkörper eingesetzt sind. Insbesondere wenn der Wälzkörperkäfig als separates Bauteil ausgestaltet ist, kann eine Vormontage von Wälzkörperkäfig und Wälzkontaktkörpern kostengünstig separat von einer Endmontage des Kontakts erfolgen.
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Der Wälzkörperkäfig kann aus elektrisch nicht leitendem bzw. elektrisch isolierendem Material, beispielsweise aus Kunststoff, gefertigt sein. Mit Hilfe von Kunststoffen lässt sich kostengünstig eine reibungsarme Halterung der Wälzkontaktkörper erreichen. Wird ein Wälzkörperkäfig aus elektrisch nicht leitendem Material verwendet, kann der Strom von der Kontaktfläche an der der Kontaktfläche gegenüberliegenden Seite des Wälzkörperkäfigs von den Wälzkontaktkörpern abgegriffen werden, beispielsweise durch eine Hülse oder einen Stift aus leitendem Material (s. oben), der an dieser Seite des Wälzkörperkäfigs die Wälzkontaktkörper berührt.
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In einer anderen Ausgestaltung kann der Wälzkörperkäfig aus leitendem Werkstoff, beispielsweise einem Werkstoff, wie er oben bei den Wälzkontaktkörpern angegeben ist, gefertigt sein. In diesem Fall kann der Strom vom Wälzkörperkäfig weitergeleitet werden.
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Die Wälzkontaktkörper ragen bevorzugt auf wenigstens einer Seite, nämlich der Kontaktfläche aus dem Wälzkörperkäfig. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung können sie auch beidseitig aus dem Wälzkörperkäfig ragen. Letztere Ausgestaltung ist insbesondere dann sinnvoll, wenn der Wälzkörperkäfig aus nicht leitendem Material gefertigt ist und/oder der Wälzkörperkäfig wie bei einem Wälzlager selbst beweglich am Kontakt gehalten ist. So kann der Wälzkörperkäfig an einem Träger aus elektrisch leitendem Material gehalten sein, wobei die Wälzkontaktkörper den Träger kontaktieren. Der Träger dient dann zur Weiterleitung des von den Wälzkontaktkörpern von der Kontaktfläche aufgenommenen Stroms. Der Träger selbst kann hülsen- oder stiftförmig sein, je nachdem, ob der elektrische Kontakt mit den Wälzkontaktkörpern ein männlicher oder weiblicher Kontakt ist. Der Durchmesser und/oder die Geometrie des Trägers und/oder des Wälzkörperkäfigs richtet sich nach dem jeweiligen Standard der Steckverbindung. In vielen Anwendungen ist bevorzugt der Durchmesser des Trägers und/oder Wälzkörperkäfigs kleiner als die Längserstreckung in Steckrichtung, um den Standard zu erfüllen.
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Der Innen- oder Außenquerschnitt von Träger und/oder Wälzkörperkäfig kann rund, kreisförmig und/oder polygonförmig sein.
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Um Relativbewegungen zwischen den zusammengesteckten Steckverbindern zu ermöglichen, können die Wälzkontaktkörper, insbesondere um die Steckrichtung herum, am Träger abrollend vom Wälzkörperkäfig gehalten sein. In einer weiteren Ausgestaltung kann der Wälzkörperkäfig relativ zum Träger beweglich sein. Dabei kann der Wälzkörperkäfig insbesondere entlang der Streckrichtung translatorisch gegenüber dem Träger verschieblich sein und/oder um eine gemeinsame Längsachse relativ zum Träger insbesondere um die Steckrichtung drehbar sein. Die Beweglichkeit des Wälzkörperkäfigs mit den darin gehaltenen Wälzkontaktkörpern ermöglicht zum einen Ausgleichsbewegungen, wenn die am elektrischen Kontakt befestigten Kabel sich bewegen. Zum anderen verringert insbesondere die Beweglichkeit des Wälzkörperkäfigs entlang der Steckrichtung das Zusammenstecken und Lösen der elektrischen Kontakte. Bei aller Beweglichkeit des Wälzlagerkäfigs ist dieser bevorzugt unverlierbar am Träger angebracht, beispielsweise über eine formschlüssige Verbindung wie eine Rastverbindung.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung können der Wälzlagerkäfig und/oder der Träger stoffschlüssig, insbesondere monolithisch, mit einem Crimpabschnitt zum Crimpen eines Leiters verbunden sein. In diesem Fall ist der elektrische Kontakt als Crimpkontakt ausgestaltet. Mit Hilfe der Wälzkontaktkörper ist somit bei derartigen Kontakten, an denen ein Leiter unmittelbar angebracht wird, eine kontaktsichere, einfach zu steckende und Kabelbewegungen ausgleichende elektrische Verbindung bei kleiner Baugröße mit Kontaktdurchmessern unterhalb 5 mm möglich.
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Der Wälzkörperkäfig kann gemäß einer weiteren Ausgestaltung zweiteilig ausgestaltet sein und einen Innenteil und eine Außenteil aufweisen, zwischen denen die Wälzkontaktkörper gehalten sind. Einer der beiden Teile kann aus einem nicht leitenden Werkstoff gefertigt sein, während das andere Teil aus einem leitenden Werkstoff besteht und somit den von den Wälzkontaktkörpern aufgenommenen Strom weiterleitet. Soll der Strom über die Wälzkontaktkörper weitergeleitet werden, so können selbstverständlich auch beide Teile aus einem nichtleitenden Werkstoff wie einem Kunststoff gefertigt sein.
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Um die Beweglichkeit des Wälzkörperkäfigs zu erhöhen, so dass er zum Einen bei Erzeugung einer Kontaktkraft verformbar ist und zum Anderen Formtoleranzen ausgleichen kann, ist vorgesehen, dass der Wälzkörperkäfig zwischen einzelnen und/oder Gruppen von Wälzkörpern mit Schwächungsbereichen versehen ist, in denen die Nachgiebigkeit des Wälzkörperkäfigs gegenüber der Umgebung der Schwächungsbereiche vergrößert ist. Im Bereich der Wälzkontaktkörper ist somit eine höhere Steifigkeit vorhanden, so dass die Wälzkontaktkörper sicher gehalten und auch bei einer Verformung des Wälzkörperkäfigs noch leicht drehbar sind, denn die Verformung konzentriert sich aufgrund der erhöhten Nachgiebigkeit in den Schwächungsbereichen. Die Schwächungsbereiche können insbesondere eine Materialaussparung, insbesondere auch mehrere Materialaussparungen in Steckrichtung hintereinander aufweisen.
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Um in radialer Richtung bzw. quer zur Steckrichtung geweitet oder zusammengedrückt werden zu können und somit eine Kontaktkraft auszuüben oder weiterzuleiten, kann der Wälzkörperkäfig eine sich in Steckrichtung erstreckende Fuge aufweisen. Die Fuge kann sich durchgängig durch den gesamten Wälzkörperkäfig erstrecken oder durch Materialbrücken unterbrochen sein.
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Insbesondere, wenn der elektrische Kontakt hülsenförmig ist, kann der Wälzkörperkäfig außen von einer Hülse umgeben sein. Die Hülse kann als Träger bzw. als Außengehäuse, das die Wälzkontaktkörper und den Wälzkörperkäfig schützt, dienen. Ist die Hülse aus einem elektrisch leitenden Material gefertigt, kann sie zur Weiterleitung des von den Wälzkontaktkörpern aufgenommenen Stromes dienen. In einem solchen Fall kann die Hülse stoffschlüssig, insbesondere monolithisch mit einem Befestigungsabschnitt versehen sein, beispielsweise einem Löt- oder Crimpabschnitt, an dem ein elektrischer Leiter befestigbar ist. In der Hülse kann der Wälzkörperkäfig axial entweder unbeweglich oder zwischen zwei Endpositionen verschieblich gesichert sein. Ferner kann der Wälzkörperkäfig in der Hülse drehbar, insbesondere frei um die Steckrichtung drehbar gehalten sein. Dies ist insbesondere bei einer Ausgestaltung möglich, bei der die Kontakthülse einen kreisförmigen Innenquerschnitt und der Stiftkontakt einen kreisförmigen Außenquerschnitt aufweist, die koaxial zueinander ausgerichtet sind. Jede dieser Ausgestaltungen, insbesondere aber deren Kombination erhöht die Beweglichkeit der gesteckten Steckverbindung und verhindert Kabelbruch.
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Die Wälzkontaktkörper können auf dem Träger abrollen, wozu der Träger eine Lauffläche für die Wälzkontaktkörper bildet, die sich auf der von der Kontaktfläche abgewandten Seite der Wälzkontaktkörper befindet.
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In einer weiteren Ausgestaltung kann die Hülse eine vorgespannte Federhülse sein, deren Federkraft bevorzugt quer zur Steckrichtung auf den Wälzkörperkäfig einwirkt. So kann bei einem buchsenförmigen Kontakt die Kontaktkraft dadurch aufgebracht werden, dass die Federhülse beim Einstecken des entsprechend komplementären, dann meist stiftförmigen Kontakts geweitet wird. Umgekehrt kann bei einem stiftförmigen Kontakt die Hülse komprimiert werden und durch die elastische Kompression die Kontaktkraft erzeugen.
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Falls eine Relativbewegung zwischen dem Träger des Wälzkörperkäfigs und dem Wälzkörperkäfig nicht gewünscht ist, können sich zwischen Hülse und Wälzkörperkäfig Abstandshalter befinden und die Wälzkontaktkörper von dem Träger beabstandet sein. Die Abstandshalter können an dem Träger, beispielsweise der Hülse, und/oder dem Wälzkörperkäfig angeformt sein oder separate Bauteile darstellen.
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In einer weiteren Ausgestaltung kann der Wälzkörperkäfig selbst eine Kontakthülse bilden, in der der Stiftkontakt aufgenommen ist. Der Wälzkörperkäfig kann in diesem Fall als Federhülse ausgestaltet sein, die quer zur Steckrichtung, insbesondere radial zur Steckrichtung elastisch weit- und/oder komprimierbar ist. Bei dieser Ausgestaltung kann der Wälzkörperkäfig stoffschlüssig unmittelbar mit einem Befestigungsabschnitt versehen sein, wie beispielsweise einem Löt- oder Crimpbereich oder einem Abschnitt zur Anbringung des Kontakts in einem Stecker.
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Im Folgenden ist die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen exemplarisch dargestellt. Bei den einzelnen Ausführungsbeispielen werden der Einfachheit halber für Element, die einander hinsichtlich Aufbau und/oder Funktion entsprechen, dieselben Bezugszeichen verwendet. Soweit bei einem Ausführungsbeispiel nichts anderes angegeben ist, wird nur auf die Unterschiede zu den vorangegangenen Ausführungsbeispielen eingegangen. Im Übrigen sind nach Maßgabe der obigen Ausführungen die bei den einzelnen Ausführungsbeispielen unterschiedlichen Merkmale beliebig miteinander kombinierbar. Zudem kann ein Merkmal eines Ausführungsbeispiels weggelassen werden, wenn es auf dessen technischen Effekt bei einer bestimmten Anwendung nicht ankommen sollte. Umgekehrt kann einem Ausführungsbeispiel ein zusätzliches Merkmal wie oben oder bei anderen Ausführungsbeispielen beschrieben hinzugefügt werden, wenn eine bestimmte Anwendung des mit diesem Merkmal verknüpften technischen Effekts benötigt.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Perspektivdarstellung eines erfindungsgemäßen Kontakts mit einem komplementären Kontakt zur Herstellung einer Steckverbindung;
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2 eine schematische Perspektivdarstellung einer Steckverbindung mit den Kontakten der 1;
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3 eine schematische Perspektivdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kontakts;
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4 eine schematische perspektivische Darstellung eines Wälzkontaktkörpers in einem Wälzkörperkäfig;
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5 eine schematische Perspektivdarstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Kontakts mit einem komplementären Kontakt;
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6 eine schematische Perspektivdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kontakts;
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7 einen Schnitt entlang der Linie VII-VII der 6 in einer schematischen Perspektivdarstellung;
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8 eine schematische Perspektivdarstellung eines Wälzkörperkäfigs;
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9 eine schematische Perspektivdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kontakts;
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10 einen Schnitt entlang der Linie X-X der 9 in einer schematischen Perspektivdarstellung.
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Zunächst sind Aufbau und Funktion anhand des elektrischen Kontaktes 1 und der elektrischen Steckverbindung 2 mit Bezug auf die 1 und 2 erläutert. Der elektrische Kontakt 1 kann Teil eines Steckverbinders 3 sein.
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Lediglich zu Beispielzwecken ist der dargestellte elektrische Kontakt 1 mit einem hülsenförmigen Kontaktbereich 4, in den in Steckrichtung 6 ein komplementärer Kontakt 8, hier ein pinförmiger Stiftkontakt 10 eingesteckt werden kann. In einer anderen Konfiguration kann der Stiftkontakt 10 auch tabförmig ausgestaltet sein, was einen entsprechend komplementär ausgestalteten hülsenförmigen Kontaktbereich 5 erfordert.
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Werden der elektrische Kontakt 1 und der komplementäre Kontakt 8 in Steckrichtung 6 zusammengesteckt, so kontaktieren sich ihre Kontaktflächen 12. Bei dem Stiftkontakt 10 ist die Kontaktfläche 12 eine nach außen weisende Außenfläche 14, beim hülsenförmigen Kontakt 1 eine nach innen weisende Innenfläche 16. Erfindungsgemäß weist wenigstens eine der Kontaktflächen 12, 14, 16 drehbare Wälzkontaktkörper 20 auf, die aus einem elektrisch leitenden Material, insbesondere einem elektrisch leitenden Material mit einer Leitfähigkeit von wenigstens 30 S/m gefertigt sind. Die Wälzkontaktkörper enthalten bevorzugt wenigstens eines der Metalle Gold, Silber, Aluminium und/Kupfer.
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Im gesteckten Zustand sind die Kontakte 1 und 8 koaxial zur Steckrichtung 6 ausgerichtet. Lediglich zu Beispielzwecken sind in 1 und 2 die Wälzkontaktkörper kugelförmig. Alternativ oder zusätzlich können auch kegelförmige, kegelstumpfförmige, tonnenförmige, nadelförmige und/oder zylinderförmige Wälzkontaktkörper zum Einsatz kommen. Die Wälzkontaktkörper haben einen Durchmesser zwischen 0,5 mm und 2 mm.
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Ebenfalls lediglich zu Beispielzwecken ist die Kontaktfläche 12 mit den Wälzkontaktkörpern 20 am hülsenförmigen Kontakt ausgebildet. Sie kann ebenso am Stiftkontakt 10 ausgebildet sein.
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Bevorzugt besteht die Kontaktfläche 12 des Kontaktes 1, 8, der die Wälzkontaktkörper 20 aufweist, ausschließlich aus den Oberflächen 22 der Wälzkontaktkörper. Hierzu stehen die Wälzkontaktkörper 22 vom jeweiligen Kontakt etwas vor, beim hülsenförmigen Kontakt 1 nach innen, bei einem (nicht dargestellten) stiftförmigen Kontakt 8 mit Wälzkontaktkörpern 20 nach außen.
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Die Wälzkontaktkörper 20 sind von einem Wälzkörperkäfig 24 drehbar gehalten. Der Wälzkontaktkörper weist hierzu Aussparungen 26 auf, in die die Wälzkontaktkörper 20 eingesetzt sind. Dies ist in 4 schematisch dargestellt. Ein Abschnitt des Wälzkontaktkörpers 20 ist im Wälzkörperkäfig 24 formschlüssig gehalten und, im Falle des dargestellten kugelförmigen Wälzkontaktkörpers 20, in jede Richtung drehbar, wie durch die Pfeile 28 angegeben ist. Ein kegel-, kegelstumpf-, tonnen-, nadel- und/oder zylinderförmiger Wälzkontaktkörper wäre dagegen lediglich um eine einzige Drehachse drehbar. Wie in 4 ferner zu erkennen ist, ragt der Wälzkontaktkörper 20 zumindest einseitig, bevorzugt jedoch beidseitig aus dem Wälzkörperkäfig 24.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der 1 und 2 bildet der Wälzkörperkäfig 24 einstückig einen Befestigungsabschnitt 30 aus, an dem beispielsweise ein Leiter 32 eines Kabels 34 befestigt werden kann. Der Befestigungsabschnitt 30 kann ein Crimpabschnitt sein und/oder einen Abschnitt zur stoffschlüssigen Verbindung, wie beispielsweise durch Löten, aufweisen. Der Befestigungsabschnitt 30 kann auch dazu dienen, den elektrischen Kontakt in einem Steckergehäuse mit weiteren elektrischen Kontakten zu befestigen.
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Der Wälzkörperkäfig 24 ist bei dem Ausführungsbeispiel der 1 und 2 als eine Federhülse 36 ausgestaltet, die in Richtung quer zur Steckrichtung 6 elastisch weitbar oder zusammendrückbar ist. Hierzu kann der Wälzkörperkäfig 24 mit einer Fuge 38 versehen sein, die in Steckrichtung 6 den gesamten Wälzkörperkäfig 24 durchsetzen oder aber durch Materialbrücken (nicht gezeigt) unterbrochen sein kann.
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Der Wälzkörperkäfig 24 kann einen oder mehrere Schwächungsbereiche 40 aufweisen, in denen die Nachgiebigkeit gegenüber der Umgebung des Schwächungsbereichs erhöht ist. Die Schwächungsbereiche 40 können zwischen einzelnen oder zwischen Gruppen von Wälzkontaktkörpern 20 angeordnet sein. Insbesondere kann ein Schwächungsbereich 40 eine Ausnehmung 42 aufweisen. Durch die Schwächungsbereiche 40 kann sich der hülsenförmige Wälzkörperkäfig 24 an Formtoleranzen anpassen, wobei die Verformung sich in den Schwächungsbereichen 40 konzentriert, so dass der Bereich um die Wälzkontaktkörper 20 steif ausgestaltet sein kann. Die erhöhte Steifigkeit um die Wälzkontaktkörper 20 verhindert, dass bei Verformung des Wälzkörperkäfigs 24 sich die Wälzkontaktkörper 20 in den Aussparungen 26 verklemmen können. Außerdem erlaubt die flexible Ausgestaltung des Wälzkörperkäfigs 24 eine gleichmäßige Verteilung der Kontaktkraft auf die Wälzkontaktkörper 20.
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Beim Zusammenstecken der beiden Kontakte 1, 8 rollen die Wälzkontaktkörper 20 des einen Kontaktes 1 auf der Kontaktfläche 12 des anderen Kontaktes 10 ab. Die Federhülse 36 und damit der Wälzkörperkäfig 24 sind im zusammengesteckten Zustand elastisch verformt, hier geweitet, so dass auf die Wälzkontaktkörper 20 eine Kontaktkraft ausgeübt wird. Aufgrund der kleinen Kontaktfläche, die ein einzelner Wälzkontaktkörper 20 bereitstellt, entsteht eine hohe Flächenpressung, die Korrosions- oder Fremdschichten durchbricht und einen sicheren elektrischen Kontakt zwischen den Kontakten 1, 8 herstellt. Trotz eines hohen Anpressdruckes kann die Steckverbindung 2 mit nur einem geringen Kraftaufwand gesteckt werden, da die Wälzkontaktkörper auf der anderen Kontaktfläche nicht gleiten, sondern abrollen.
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Eine Sicherung der Steckverbindung kann beispielsweise durch eine Rastverbindung 44 zwischen den Kontakten 1, 10 erfolgen, welche eine Beweglichkeit zwischen den Kontakten 1, 8 beibehält. Eine drehbare, aber axial gesicherte Rastverbindung kann beispielsweise durch eine um die Steckrichtung umlaufende Nut 46 im komplementären Kontakt 8 bereitgestellt werden, in die ein oder mehrere Wälzkontaktkörper bei Erreichen einer vollständigen Steckung der beiden Kontakte 1, 8 einrasten.
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Bei Verwendung von kugelförmigen Wälzkontaktkörpern erlaubt die zusammengesteckte Steckverbindung 2 eine relative Drehung 48 der zusammengesteckten Kontakte 1, 10 um die Steckrichtung 6. Dies vermeidet Brüche des Kabels 34 beispielsweise in vibrationsbelasteten Umgebungen.
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In 3 ist eine Ausführungsform eines elektrischen Kontaktes 1 gezeigt, bei dem der Wälzkörperkäfig 24 einstückig mit einem Befestigungsabschnitt 30 zum Crimpen eines Leiters 32 (nicht dargestellt) ausgestaltet ist. Der elektrische Kontakt 1 kann also ein Crimpkontakt 47 sein. Im Unterschied zur Ausführungsform der 1 und 2 weist der Wälzkörperkäfig 24 keine Schwächungsbereiche 40 auf, wirkt aber dennoch als Federhülse 36.
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Die elektrischen Kontakte 1 bzw. deren Wälzkörperkäfige 24 der Ausführungsbeispiele der 1 bis 3 sind aus einem Stanzbiegeteil gefertigt und bevorzugt einteilig. Einen mehrteiligen elektrischen Kontakt, bei dem der Wälzkörperkäfig 24 von einem als Gehäuse 50 ausgestalteten Träger 51 aufgenommen ist, zeigt die 5. Auch hier ist der elektrische Kontakt 1 mit den Wälzkontaktkörpern 20 lediglich exemplarisch als Kontakthülse dargestellt. Der Wälzkörperkäfig 24 kann auch auf dem in 5 ebenfalls dargestellten Stiftkontakt 10 als Träger befestigt sein.
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Das Gehäuse 50 umgibt den Wälzkörperkäfig 24 außen hülsenförmig und kann einstückig den Befestigungsabschnitt 30 in einer der oben beschriebenen Ausgestaltungen ausbilden. In 5 ist der Wälzkörperkäfig 24 aus einem nicht-leitenden Material, wie beispielsweise einem Kunststoff hergestellt. Der Wälzkörperkäfig 24 kann insbesondere ein Spritzgussteil sein. Seine Ausgestaltung kann insbesondere der Ausgestaltung des Wälzkörperkäfigs 24 gemäß einer der Ausführungen der 1 bis 3 entsprechen.
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Zwischen dem Träger 51 und dem Wälzkörperkäfig 24 können Abstandshalter 52 angeordnet sein. Die Abstandshalter 52 können am Träger 51 und/oder am Wälzkörperkäfig 24 oder als separate Teile ausgebildet sein. In 5 sind sie monolithischer Bestandteil des Wälzkörperkäfigs 24. Aufgrund der Abstandshalter 52 sind die Wälzkontaktkörper 20 beabstandet vom Träger 51 gehalten. Die Wälzkontaktkörper 20 können sich dadurch frei drehen, ohne auf dem Gehäuse 50, insbesondere dessen Innenfläche 54 abzurollen. Dadurch kann der Wälzkörperkäfig 24 beim Einstecken des komplementären Kontakts 8 in den Kontakt 1 stationär im Gehäuse 50 verbleiben.
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Die Abstandshalter 52 können quer zur Steckrichtung 6 kompressibel sein, so dass beim Einstecken des komplementären Kontaktes 8 sich der Wälzkörperkäfig 24 elastisch weiten und eine Kontaktkraft auf die Wälzkontaktkörper 20 ausüben kann.
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Alternativ oder zusätzlich kann sich der Wälzkörperkäfig 24 an voneinander in einer Umfangsrichtung 56 um die Steckrichtung 6 herum beabstandeten Abstützstellen 56 am Träger 51 abstützen und in den dazwischenliegenden Bereichen 58 vom Gehäuse beabstandet sein, wobei in den Bereichen 58 Abstandshalter 52 angeordnet sein können. Auf diese Weise kann sich der Wälzkörperkäfig 24 beim Einstecken des komplementären Steckers 8 weiten, bis die Abstandhalter 52 am Träger 51 anliegen.
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Der Wälzkörperkäfig 24 kann mehrteilig ausgestaltet sein. Dies ist anhand der 6 und 7 anhand eines zweiteiligen Wälzlagerkäfigs 24, der ein Innenteil 60 und ein Außenteil 62 aufweist, erläutert. Die Wälzkontaktkörper 20 sind zwischen dem Innenteil 60 und dem Außenteil 62 drehbar gehalten. Dabei ragen die Wälzkontaktkörper 20 lediglich auf der Seite der Kontaktfläche 12 aus dem Wälzkörperkäfig 24.
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Sowohl im Innenteil 60 als auch im Außenteil 62 können Aussparungen 26 vorhanden sein, wobei die Aussparungen 26 für einen Wälzkontaktkörper 20 bevorzugt jeweils miteinander fluchtend ausgerichtet sind. Zwischen dem Innenteil 60 und dem Außenteil 62 befindet sich der Abschnitt 64 der Wälzkontaktkörper 20 mit dem größten Durchmesser, der jeweils größer ist als die lichte Weite der Aussparungen 26 im Innenteil 60 und im Außenteil 62. Die Wälzkontaktkörper 20 sind somit zwischen Innenteil 60 und Außenteil 62 formschlüssig gehalten.
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Wie bei den vorangegangenen Ausführungsbeispielen wird der Wälzkörperkäfig 24 beim Einstecken des komplementären Kontakts elastisch verformt, hier geweitet. Dadurch entsteht eine quer zur Steckrichtung 6 wirkende Kontaktkraft 68, die auf jeden Wälzkontaktkörper 20 wirkt.
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Das Innenteil 60 und/oder das Außenteil 62 sind aus einem leitendem Material gefertigt. Der Strompfad 66 verläuft somit von dem einen Kontakt 8 über die Wälzkontaktkörper 20 über das leitenden Innenteil 60 und/oder Außenteil 62 hin zu dem in 6 und 7 nicht dargestellten elektrischen Leier. Bevorzugt ist das Innenteil 60 aus Kunststoff. Beide Teile 60, 62 können mit einer Fuge 38 wie oben beschrieben ausgestattet sein und/oder Schwächungsbereiche 40, ebenfalls in der oben beschriebenen Ausgestaltung, aufweisen. Die Fugen 38 der beiden Teile 60, 62 können sich überlappen. Der Wälzkörperkäfig 24 der 6 und 7 kann anstelle des Wälzkörperkäfigs der vorangegangenen Ausführungsbeispiele verwendet werden.
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In den vorangegangenen Ausführungsbeispielen ist jeweils eine Gruppe 70 von Wälzkontaktkörpern, hier eine auf einer rechteckigen Grundfläche angeordnete Gruppe 70 von 2 × 2 Wälzkontaktkörpern (vgl. 6), sowohl in Steckrichtung 6 als auch in Richtung um die Steckrichtung 6 von den benachbarten Gruppen 70 getrennt.
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8 zeigt eine Ausgestaltung eines Wälzkörperkäfigs 24, bei der die Gruppen 70 von Wälzkontaktkörpern 20 in Steckrichtung 6 ausgerichtete Reihen 72 bilden. Die einzelnen Reihen 72 sind jeweils durch einen sich in Steckrichtung 6 erstreckenden Schwächungsbereich 40 mit einer sich in Steckrichtung 6 erstreckenden Reihe 74 von Ausnehmungen 42 getrennt.
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Bei dieser Ausgestaltung bilden die Reihen 72 steife Segmente, die in Richtung um die Steckrichtung 6 über die Schwächungsbereiche 40 beweglich miteinander verbunden sind. Dies stellt sicher, dass sämtliche Wälzkontaktkörper den komplementären Stecker 8 (in 8 nicht dargestellt) kontaktieren können.
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In den 9 und 10 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem der Wälzkörperkäfig 24 beweglich im Kontakt 1 aufgenommen ist. Die Beweglichkeit wird dadurch erreicht, dass die Wälzkontaktkörper 20 den Träger 51 kontaktieren und an diesem abrollen können. Dabei ist eine Bewegung des Wälzkörperkäfigs 24 um die Steckrichtung 6 als Drehachse herum und/oder translatorisch entlang der Steckrichtung 6 beweglich.
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Bei einer Drehbewegung 48 des komplementären Steckers 8 um die Steckrichtung 6 wälzen die Wälzkontaktkörper 20 auf der Außenfläche 14 des komplementären Steckers 8 ab. Zusätzlich wälzen die Wälzkontaktkörper 20 auf der Innenfläche 16 des Träger 51 ab. Die Wälzbewegung der Wälzkontaktkörper 20 bei der Drehung 48 des komplementären Kontakts 8 ist 10 durch den Pfeil 76 angedeutet. Die Abwälzung der Wälzkontaktkörper 20 auf der Außenfläche 14 und der Innenfläche 16 führt zu einer Drehung des Wälzkörperkäfigs 24, die in 10 durch den Pfeil 78 dargestellt ist und der Richtung der Drehung 48 entgegengerichtet ist. Um ausreichende Kontaktkräfte 68 zu schaffen, die eine leichtgängige Wälzbewegung 76 sicherstellen, ist eine Federhülse 36 vorgesehen. In der Ausgestaltung der 9 und 10 ist die Federhülse 36 ein separates Teil, das über den Träger 51 montiert ist.
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Ist der Wälzkörperkäfig 24 entlang der Steckrichtung 6 translatorisch zwischen zwei Endstellungen beweglich vom Träger 51 gehalten, so wird der Wälzlagerkäfig 24 aufgrund der Wälzbewegung der Wälzkontaktkörper 20 beim Herausziehen des komplementären Kontakts 8 zusammen mit dem komplementären Stecker 8 in dieselbe Richtung bewegt. Beim Einführen des komplementären Kontakts 8 bewegt sich der Wälzkörperkäfig 24 in die gleiche Richtung wie der komplementäre Kontakt 8. Dadurch können zwischen den beiden Endpositionen auch Vibrationsbewegungen in Steckrichtung durch eine Relativbewegung zwischen den beiden Kontakten 1, 8 ausgeglichen werden.
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Die Wälzkontaktkörper 20 bilden zusammen mit dem Wälzkörperkäfig 24 ein Wälzlager 80. Das Gehäuse 50 bzw. der Träger 51 kann dabei die innere oder äußere Lauffläche für die Wälzkontaktkörper 20 auf der der Kontaktfläche 12 des komplementären Kontakts 8 bilden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- elektrischer Kontakt
- 2
- elektrische Steckverbindung
- 3
- Steckverbinder
- 4
- Kontaktbereich
- 6
- Steckrichtung
- 8
- komplementärer Kontakt
- 10
- Stiftkontakt
- 12
- Kontaktfläche
- 14
- Außenfläche
- 16
- Innenfläche
- 18
- Hülse
- 20
- Wälzkontaktkörper
- 22
- Oberfläche der Wälzkontaktkörper
- 24
- Wälzkörperkäfig
- 26
- Aussparung
- 28
- Pfeil
- 30
- Befestigungsabschnitt
- 32
- Leiter
- 34
- Kabel
- 36
- Federhülse
- 38
- Fuge
- 40
- Schwächungsbereich
- 42
- Ausnehmung
- 44
- Rastverbindung
- 46
- Nut
- 47
- Crimpkontakt
- 48
- Drehung um Längsachse
- 50
- Gehäuse
- 51
- Träger
- 52
- Abstandshalter
- 54
- Innenfläche des Gehäuses
- 56
- Abstützstelle
- 58
- Bereich zwischen Abstützstellen
- 60
- Innenteil
- 62
- Außenteil
- 64
- Abschnitt mit größtem Durchmesser
- 66
- Strompfad
- 68
- Kontaktkraft
- 70
- Gruppe von Wälzkörpern
- 72
- Reihe von Wälzkörpern
- 74
- Reihe von Ausnehmungen
- 76
- Abwälzbewegung der Wälzkontaktkörper
- 78
- Drehung des Wälzkörperkäfigs
- 80
- Wälzlager
