DE102017220778B4

DE102017220778B4 - Kontaktelement

Info

Publication number: DE102017220778B4
Application number: DE102017220778.7A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Pade
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-11-21
Filing date: 2017-11-21
Publication date: 2019-06-13
Anticipated expiration: 2037-11-22
Also published as: DE102017220778A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kontaktelement (10) zum Einstecken eines Flachkontakts (70). Das Kontaktelement (10) weist auf-- einen Kontaktkörper (1), der einen Kontaktierabschnitt (2) aufweist,wobei der Kontaktierabschnitt (2) wenigstens eine Einstecköffnung (4) aufweist für das Einstecken des Flachkontakts entlang wenigstens einer Einsteckrichtung (E);-- eine Kontaktiereinheit (20) mit zwei Lamellenvorrichtungen (21) zum Kontaktieren des Flachkontakts (70) im in den Kontaktierabschnitt (2) eingesteckten Zustand. Die zwei Lamellenvorrichtungen (21) im Kontaktierabschnitt (2) sind einander in einer Kontaktierrichtung (K) quer zur Einsteckrichtung (E) gegenüberliegend angeordnet und begrenzen einen Einsteckraum (9). Jede Lamellenvorrichtung (21) weist einen Rahmenbereich (22) auf und eine Mehrzahl von Kontaktlamellen (25), wobei die Kontaktlamellen (25) am Rahmenbereich (22) angeordnet sind und mit freien Enden (26) in einen vom Rahmenbereich (22) umschlossenen Innenbereich (28) der Lamellenvorrichtung (21) ragen. Die Kontaktlamellen (25) weisen definierte Kontaktierpunkte (27) zum Kontaktieren des Flachkontakts (70) auf, wobei die Kontaktlamellen (25) derart relativ zueinander angeordnet und voneinander beabstandet sind, dass bei einer Projektion der Kontaktierpunkte (27) entlang der Einsteckrichtung (E) auf eine Breitenrichtung (B) quer zur Einsteckrichtung (E) und quer zur Kontaktierrichtung (K) alle Kontaktierpunkte (27) mindestens um einen Abstand (d) größer als Null von jedem der anderen Kontaktierpunkte (27) beabstandet sind und wobei im Kontaktierabschnitt (2) des Kontaktkörpers (1) auf einander gegenüberliegenden lnnenflächen (8), an denen die Lamellenvorrichtungen (21) angeordnet sind, jeweils wenigstens ein Führungselement (7) vorgesehen ist, wobei das jeweils wenigstens eine Führungselement (7) in den Einsteckraum (9) ragt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Kontaktelement zum Einstecken eines Flachkontakts und eine Kontaktierungsanordnung mit einem derartigen Kontaktelement.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik sind Kontaktierungsanordnungen (z.B. Kabelbaumstecker für Automobil-Anwendungen) bekannt. Dabei werden elektrische Kontaktelemente verwendet, in welche ein elektrischer Kontaktpin in Form eines Flachkontakts eingesteckt werden kann. Derartige Flachkontakte weisen häufig einen (annährend) rechteckigen Querschnitt auf. Sie weisen in einer Projektion entlang der Einsteckrichtung beispielsweise ein Aspektverhältnis von Breite zu Höhe auf welches mindestens 2:1 beträgt, vorzugsweise mehr als 3:1 und ganz besonders bevorzugt mehr als 5:1. Derartige Flachkontakte können auch als Flachmesser oder Flachpin bezeichnet werden.
Aus der DE 197 04 311 A1 ist ein derartiges Kontaktelement zum Einstecken eines Flachkontakts bekannt.
Aus der DE 10 2016 104 868 B3 ist ein Federklemmelement bekannt.
Aus der US 2007 / 0 066 152 A1 ist ein elektrischer Sockelkontakt für Hochstromanwendungen bekannt.
Aus der CN 20 2 444 090 U ist ein elektrischer Kontakt bekannt.
Aus der US 2016 / 0 226 170 A1 ist ein elektrisches Kontaktelement bekannt.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung geht aus von der Erkenntnis, dass beim Verwenden derartiger Kontaktelemente in Hochstromanwendungen ein äußerst geringer elektrischer Übergangswiderstand zwischen dem Flachkontakt und dem Kontaktelement notwendig ist, um eine Erwärmung des Kontaktelements infolge des elektrischen Übergangswiderstands möglichst gering zu halten.
Dies ist z.B. bei Strömen von mehr als 10A, mehr als 50A oder sogar mehr als 400A und/oder Spannungen von mehr als 48V, mehr als 450V oder sogar mehr als 1000V von großer Bedeutung. Eine dauerhaft große Stromtragfähigkeit und ein dauerhaft geringer Übergangswiderstand sind sehr wichtig. Dies gilt auch bei großen Leitungsquerschnitten, die mehr als 1mm² (Quadratmillimeter), mehr als 5mm² oder mehr als 16mm² oder sogar mehr als 100mm² betragen können.
Um den Übergangswiderstand zu reduzieren hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Kontaktstelle zwischen Kontaktelement und Flachkontakt auf möglichst viele Kontaktierungspunkte zu verteilen. Im Ersatzschaltbild entspricht eine derartige Ausgestaltung der Kontaktstelle einem Stromkreis mit vielen parallelen Stromästen. Dadurch ergibt sich für den Gesamtwiderstand in bekannter Weise die folgende Gleichung: $1 / R_{g e s} = 1 / R_{1} + 1 / R_{2} + 1 / R_{3} + \dots$
Mit anderen Worten: je mehr parallele Stromäste vorhanden sind, desto geringer ist der Gesamtwiderstand. Sind alle Einzelwiderstände gleich, so beträgt der Gesamtwiderstand R_ges = R_i/n, wobei R_i der Einzelwiderstand und n die Anzahl der Parallelstromkreise ist. Bei Hochstromanwendungen sind Übergangswiderstände erforderlich, die beispielsweise kleiner als 1mΩ (Milli-Ohm) oder sogar kleiner als 0,3mΩ (Milli-Ohm) betragen.
Gleichzeitig muss eine bestimmte Kontaktnormalkraft auf den Flachkontakt einwirken, um so einerseits eine ausreichende elektrische Kontaktierung und damit einen geringen Übergangswiderstand an der einzelnen Kontaktstelle zu bewirken und außerdem die elektrische Verbindung auch bei mechanischen Belastungen, z.B. Vibrationsbelastungen, stets funktional zu halten: es soll kein Wackelkontakt entstehen, der insbesondere bei Hochstromanwendungen unerwünschte Folgewirkungen haben kann.
Werden beispielsweise am Kontaktelement Kontaktlamellen verwendet, um so den elektrischen Kontakt zum Flachkontakt herzustellen, so schleifen deren Kontaktierpunkte beim Einstecken des Flachkontakts in das Kontaktelement über die Oberfläche des Flachkontakts. Die Oberfläche des Flachkontakts kann dabei sogenannte Steckspuren ausbilden, d.h. kleine Kratzer, die durch die Kontaktierpunkte ausgebildet werden - dies kann zu einem Durchrieb der Oberfläche führen. Gerade die Oberfläche kann jedoch z.B. durch eine Beschichtung derart ausgebildet sein, dass sie einen besonders geringen Übergangswiderstand ermöglicht.
Das Einstecken des Flachkontakts erfolgt dabei entlang einer Einsteckrichtung, wobei die Einsteckrichtung üblicherweise mit einer Längsachse zumindest des Flachkontakts zusammenfällt.
Gleichzeitig können auch bereits bei leichten Fehlsteckungen des Flachkontakts (keine vollständig senkrechte Steckung des Flachkontakts in eine Einstecköffnung des Kontaktelements) die Kontaktlamellen unzulässig stark verformt werden, bis in den plastischen Bereich hinein, so dass sie nicht mehr ausreichend auf die Oberfläche des Flachkontakts federn. Durch derartige Steckspuren und/oder Verformungen der Kontaktlamellen kann die elektrische Verbindung zwischen Kontaktelement und Flachkontakt frühzeitig hochohmig werden (z.B. steigt der Übergangswiderstand auf mehr als 1mΩ (Milli-Ohm) an).
Mit anderen Worten: die Steckverbindung bzw. Kontaktierungsanordnung kann eine geringere Lebensdauer oder auch eine geringere Stromtragfähigkeit aufweisen als gewünscht. Weiterhin kann durch ein großes Spiel und die harte und permanente Kollision zwischen Flachkontakt und Kontaktelement bzw. den Kontaktlamellen bei einer dynamischen Belastung die Lebensdauer stark reduziert sein.
Es kann daher ein Bedarf bestehen, ein Kontaktelement zum Einstecken eines Flachkontakts und eine Kontaktierungsanordnung bereitzustellen bei denen der Flachkontakt beim Einstecken in das Kontaktelement weniger verschleißt, bei dem auch bei einer leichten Fehlsteckung die Kontaktlamellen des Kontaktelements nicht unerwünscht verformt werden und/oder bei dem auch bei einer Vibrationsbelastung im Betrieb der Flachkontakt und/oder das Kontaktelement nur wenig Verschleiß aufweist. Es sollen somit die Lebensdauer verlängert werden und sowohl der Übergangswiderstand verringert als auch die Stromtragfähigkeit über Lebensdauer verbessert werden.
Vorteile der Erfindung
Dieser Bedarf kann durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß den unabhängigen Ansprüchen gedeckt werden. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Im Rahmen der Anmeldung werden die Ausdrücke „umfassen“ und „aufweisen“ synonym verwendet, solange nichts anderes ausdrücklich erwähnt wird.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Kontaktelement zum Einstecken eines Flachkontakts vorgeschlagen. Das Kontaktelement weist einen Kontaktkörper auf, der einen Kontaktierabschnitt aufweist, wobei der Kontaktierabschnitt wenigstens eine Einstecköffnung aufweist für das Einstecken des Flachkontakts entlang wenigstens einer Einsteckrichtung. Das Kontaktelement weist weiterhin eine Kontaktiereinheit mit zwei Lamellenvorrichtungen (eine erste und eine zweite Lamellenvorrichtung) zum Kontaktieren des Flachkontakts im in den Kontaktierabschnitt eingesteckten Zustand auf, wobei die zwei Lamellenvorrichtungen im Kontaktierabschnitt einander in einer Kontaktierrichtung quer zur Einsteckrichtung gegenüberliegend angeordnet sind und einen Einsteckraum begrenzen. Jede Lamellenvorrichtung weist einen Rahmenbereich auf (dieser kann auch als Rahmenelement bezeichnet werden) und eine Mehrzahl von Kontaktlamellen. Die Kontaktlamellen sind am Rahmenbereich angeordnet und ragen mit freien Enden in einen vom Rahmenbereich umschlossenen Innenbereich der Lamellenvorrichtung. Die Kontaktlamellen weisen definierte Kontaktierpunkte zum Kontaktieren des Flachkontakts auf. Die Kontaktlamellen sind derart relativ zueinander angeordnet und voneinander beabstandet, dass bei einer Projektion der Kontaktierpunkte entlang der Einsteckrichtung auf eine Breitenrichtung quer zur Einsteckrichtung und quer zur Kontaktierrichtung alle Kontaktierpunkte mindestens um einen Abstand größer als Null von jedem der anderen Kontaktierpunkte beabstandet sind.
Mit anderen Worten: es gibt in der Projektion der Kontaktierpunkte keine Überlappungen einzelner Kontaktierpunkte. Die Projektionsfläche eines Kontaktierpunkts ist dabei durch die Kontaktfläche zwischen Kontaktlamelle bzw. deren Kontaktierpunkt und Flachkontakt definiert.
Die wenigstens eine Einsteckrichtung wird dabei definiert durch die Einstecköffnung und die zueinander komplementären geometrischen Ausformungen von Flachkontakt und Kontaktkörper.
Der Abstand wird dabei gemessen vom Rand eines Kontaktierpunkts zum benachbarten Rand des in der Projektion nächstbenachbarten Kontaktierpunkts.
Dadurch wird vorteilhaft bewirkt, dass beim Einstecken des Flachkontakts in das Kontaktelement die Steckspuren einzelner Kontaktlamellen nicht übereinanderliegen bzw. nicht übereinander verlaufen. Vielmehr weist jede Kontaktlamelle eine Steckspur auf, die um mindestens einen Abstand größer als Null beabstandet von der nächsten benachbarten Steckspur verläuft. Damit wird der Abrieb der Oberfläche des Flachkontakts beim Einstecken minimiert und jeder Kontaktierpunkt kann einen dauerhaft geringen Übergangswiderstand zum Flachkontakt ausbilden.
Die Kontaktlamellen sind dabei insbesondere derart relativ zueinander angeordnet, dass auch beim Einstecken des Flachkontakts aus einer zweiten Einsteckrichtung, die von der ersten Einsteckrichtung verschieden ist und z.B. um 90° zur ersten Einsteckrichtung versetzt ist, alle Steckspuren voneinander beabstandet verlaufen.
Der Ausdruck „quer zu einer Richtung“ ist synonym zum Ausdruck „senkrecht zu einer Richtung“ zu verstehen.
Das Kontaktelement ist ein elektrisches Kontaktelement.
Die Lamellenvorrichtungen sind insbesondere elektrisch gut leitend mit dem Kontaktkörper verbunden. Sie können z.B. durch eine stoffschlüssige Verbindung, z.B. durch Schweißen oder Kleben, mit dem Kontaktkörper verbunden sein. Auch eine kraft- oder formschlüssige Verbindung, z.B. durch ein Zusammenprägen der Lamellenvorrichtungen mit dem Kontaktkörper, ist möglich.
Die Kontaktierpunkte der Kontaktlamellen können z.B. durch eine Prägung ausgebildet sein. Sie können über die normale Ebene der Kontaktlamelle hinausragen.
Das Kontaktelement kann weiterhin einen Befestigungsabschnitt zum elektrischen und mechanischen Anschließen eines Kabels aufweisen. Das Kabel kann eine Isolierung und ein elektrisch leitendes Litzenbündel oder einen Einzeldraht aufweisen. Im Befestigungsabschnitt können die Isolierung z.B. durch Isolationscrimplaschen und das Litzenbündel bzw. der Einzeldraht durch Drahtcrimplaschen am Kontaktelement befestigt sein.
Eine Breite einer Kontaktlamelle wird quer zu ihrer Haupterstreckungsrichtung, die sich vom Befestigungspunkt hin zu ihrem freien Ende erstreckt, gemessen.
Dadurch, dass jede Lamellenvorrichtung wenigstens zehn Kontaktlamellen oder wenigstens 14 oder wenigstens 16 oder wenigstens 20 Kontaktlamellen aufweist wird vorteilhaft ein besonders geringer Übergangswiderstand gemäß der dadurch erhöhten Anzahl paralleler Strompfade bewirkt.
Die Kontaktlamellen können dabei kammartig ausgebildet sein. Mit anderen Worten: sie können entlang ihrer gesamten Erstreckungslänge vom Befestigungspunkt bis zu ihrem freien Ende jeweils vollständig separat von ihrer jeweils benachbarten Kontaktlamelle ausgebildet sein. Auf diese Weise wird die Mehrzahl von Parallelstromkreisen ideal realisiert und gleichzeitig wird eine besonders gute Federwirkung und ein besonders guter Kontakt der einzelnen Kontaktlamelle zu dem Flachkontakt bewirkt.
Dadurch, dass die Kontaktlamellen sich parallel zur Einsteckrichtung erstrecken wird vorteilhaft sichergestellt, dass die Kontaktlamellen beim Einstecken des Flachkontakts sich nicht durch die Einsteckkraft berühren. Mit anderen Worten: es wird vorteilhaft bewirkt, dass die Strompfade parallel geschaltet bleiben und das Risiko minimiert, dass es Berührungen bzw. Kurzschlüsse zwischen den Lamellen gibt, die die Anzahl der parallelen Strompfade verringern. Dadurch können vorteilhaft auf derselben Breite der Lamellenvorrichtung die Abstände zwischen den Lamellen kleiner gehalten werden und dadurch kann die Anzahl der Lamellen pro Länge, also die Lamellendichte, erhöht werden.
Dadurch, dass die Kontaktlamellen sich um 90° zur Einsteckrichtung verdreht erstrecken wird vorteilhaft bewirkt, dass das Risiko für eine sogenannte Untersteckung verringert wird. Unter einer Untersteckung wird der Fall verstanden, dass der eingesteckte Flachkontakt mit seiner Spitze beim Einstecken unter das freie Ende einer entgegen der Einsteckrichtung weisenden Kontaktlamelle gerät und diese beim weiteren Ausüben von Kraft entlang der Einsteckrichtung plastisch in den Innenraum hinein verbiegt oder sogar umbiegt, statt sie federnd nach außen wegzudrücken.
In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Kontaktelement zur Übertragung von hohen Strömen von wenigstens 40A oder von wenigstens 80A oder von wenigstens 150A geeignet ist. Dazu kann das Kontaktelement ausgebildet sein, um Flachkontakte mit Querschnitten von wenigstens 5mm² oder von wenigstens 9mm² oder von wenigstens 20mm² oder von wenigstens 40mm² oder von wenigstens 65mm² aufzunehmen. Dazu kann der Einsteckraum z.B. ausgebildet sein, um Flachkontakte aufzunehmen, die Abmessungen aufweisen von 4,8mm x 0,8mm oder von 6,4mm x 0,8mm oder von 9,5mm x 0,8mm oder von 9,5mm x 1,2mm oder von 10,7 x 1,2mm oder von 12mm x 1,2mm oder von 14,5mm x 1,8mm oder von 15,5mm x 3mm oder von 16,7mm x 3mm oder von noch größeren oder dazwischen liegenden Abmessungen. Auf diese Weise kann das Kontaktelement vorteilhaft auch für Hochstromanwendungen, z.B. für Elektrofahrzeuge, verwendet werden.
Dadurch dass der Abstand (vom Rand eines Kontaktierpunkts zum benachbarten Rand des in der Projektion nächstbenachbarten Kontaktierpunkts) wenigstens 20% einer Breite einer Kontaktlamelle beträgt, bevorzugt wenigstens 25% einer Breite einer Kontaktlamelle, wird vorteilhaft besonders gut sichergestellt, dass sich die Steckspuren nicht schneiden, sondern beabstandet voneinander verlaufen.
Die Breite einer Kontaktlamelle kann z.B. 1,2mm betragen oder z.B. 1,8mm. Grundsätzlich sind natürlich auch kleinere oder größere Breiten von Kontaktlamellen möglich.
Besonders bevorzugt beträgt ein Zentrums-Abstand zwischen den beiden Zentren zweier in der Projektion auf die Breitenrichtung nächst benachbarter Kontaktierpunkte wenigstens einem Durchmesser oder wenigstes 110% eines Durchmessers eines Kontaktierpunktes. Der Durchmesser des Kontaktierpunktes bestimmt sich dabei durch seinen Berührdurchmesser bei eingestecktem Flachkontakt auf der Oberfläche des Flachkontakts.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der Abstand (vom Rand eines Kontaktierpunkts zum benachbarten Rand des in der Projektion nächstbenachbarten Kontaktierpunkts) wenigstens 0,2mm oder wenigstens 0,3mm oder wenigstens 0,5mm oder wenigstens 0,7mm beträgt. Dadurch wird vorteilhaft sichergestellt, dass sich die Steckspuren nicht schneiden, sondern beabstandet voneinander verlaufen.
Dadurch, dass der Kontaktabschnitt zwei Einstecköffnungen aufweist, wobei die beiden Einstecköffnungen um 90° zueinander versetzt sind wird vorteilhaft ein besonders flexibel einsetzbares Kontaktelement bereitgestellt. So ist für unterschiedliche Einbauräume lediglich eine Ausgestaltung des Kontaktelements notwendig, wodurch die Fertigung günstiger wird und mögliche Verwechslungen von Kontaktelementen beim Einbau vermieden werden können.
Grundsätzlich sind auch zwei Einstecköffnungen denkbar, die z.B. 45°+/-10° oder um 60°+/-10° zueinander verdreht sind.
Dadurch, dass der Kontaktabschnitt drei Einstecköffnungen aufweist, wobei die benachbarten Einstecköffnungen jeweils um 90° zueinander versetzt sind wird ein besonders flexibler Einsatz des Kontaktelements möglich.
Grundsätzlich sind auch drei Einstecköffnungen denkbar, die z.B. 45°+/-10° oder um 60°+/-10° zueinander verdreht sind.
Dadurch, dass die Kontaktiereinheit einstückig ausgebildet ist wird eine einfache Fertigung der Kontaktiereinheit möglich. Die zwei Lamellenvorrichtungen können dabei z.B. durch einen Steg oder einen Verbindungsstreifen miteinander verbunden sein. Beim Einbau der Kontaktiereinheit in den Kontaktkörper kann sie z.B. u-förmig gebogen werden, so dass die beiden Lamellenvorrichtungen einander gegenüberliegend zur Anordnung kommen. Durch eine derartige Ausgestaltung kann auch eine maximale Einschubposition des Flachkontakts in den Einsteckraum sichergestellt werden. Dieser kann dann z.B. maximal bis zu der Biegung der u-Form der Kontaktiereinheit in das Kontaktelement eingeschoben werden.
Dadurch, dass die Kontaktiereinheit zwei voneinander separate Lamellenvorrichtungen aufweist kann die Kontaktiereinheit besonders flexibel montiert werden. So kann z.B. zunächst eine Lamellenvorrichtung am Kontaktkörper angeordnet werden und erst später die zweite Lamellenvorrichtung.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass im Kontaktierabschnitt des Kontaktkörpers auf einander gegenüberliegenden Innenflächen, an denen die Lamellenvorrichtungen angeordnet sind, jeweils wenigstens ein Führungselement vorgesehen ist, wobei das jeweils wenigstens eine Führungselement in den Einsteckraum ragt. Dadurch wird vorteilhaft bewirkt, dass beim Einstecken des Flachkontakts die Kontaktlamellen vor einer unerwünschten Verformung geschützt sind. Denn das jeweils wenigstens ein Führungselement nimmt Kräfte quer zur Einsteckrichtung (also entlang der Kontaktierrichtung) auf und leitet sie in den im Vergleich zu den Kontaktlamellen stabileren Kontaktkörper ein.
Beispielsweise sind im Bereich der Einstecköffnung auf jeder Innenfläche zwei oder drei oder vier Führungselemente vorgesehen. Die Führungselemente können z.B. in der Art von Zapfen ausgebildet sein. Sie können z.B. den Rahmenbereich der Lamellenvorrichtungen durchgreifen oder an ihn angrenzen und so gleichzeitig die Position der Lamellenvorrichtung sicherstellen.
Dadurch, dass das jeweils wenigstens eine Führungselement um höchstens 1mm oder um höchstens 0,5mm weniger weit von seiner Innenfläche in den Einsteckraum ragt als die Kontaktierpunkte der Kontaktlamellen der auf derselben Innenfläche angeordneten Lammellenvorrichtung im Zustand ohne eingesteckten Flachkontakt wird vorteilhaft bewirkt, dass der Flachkontakt auch bei einem initial nicht idealen Einstecken des Flachkontakts derart in den Einsteckraum geführt wird mittels der Führungselemente, dass die Kontaktlamellen nicht unerwünscht verformt werden, insbesondere nicht in plastischer Weise, sondern dass sie elastisch reversibel bleiben.
Dadurch, dass auf jeder Innenfläche wenigstens zwei erste Führungselemente im Bereich der Einstecköffnung angeordnet sind und wenigstens zwei weitere Führungselemente entlang der Einsteckrichtung betrachtet von den freien Enden der Mehrzahl der Kontaktlamellen beabstandet im Innenbereich der Lamellenvorrichtung angeordnet sind wird vorteilhaft eine besonders sichere Führung des Flachkontakts in den und im Einsteckraum bewirkt. Beispielsweise wird so ein besonders enger Sitz des Flachkontakts (bezüglich der Kontaktierrichtung) im Einsteckraum ermöglicht, ohne dabei die Kontaktlamellen zu belasten. Auch werden mechanische Belastungen quer zur Einsteckrichtung, insbesondere entlang der Kontaktierrichtung, durch die Führungselemente aufgenommen und in den Kontaktkörper geleitet statt die Kontaktlamellen zu belasten. Dies kann z.B. bei Vibrationsbelastungen eine längere Lebensdauer des Kontaktelements bzw. der Kontaktlamellen ermöglichen. Mit anderen Worten: es wird eine funktionale Trennung bewirkt. Die Führungselemente sind vor allem zum Auffangen der mechanischen Belastungen zwischen Kontaktelement und Flachkontakt sowie für eine enge Tolerierung ausgelegt (entlang der Kontaktierrichtung) während die Kontaktlamellen vor allem für die elektrische Kontaktierung mit einem dauerhaft geringen elektrischen Übergangswiderstand ausgelegt sind.
Dadurch, dass im Kontaktierabschnitt des Kontaktkörpers wenigstens eine Aussparung zum Eingreifen einer Primärverriegelung einer Kontaktkammer für das Kontaktelement vorgesehen ist wird vorteilhaft eine sichere Verrastung des Kontaktelements in einem Gehäuse ermöglicht, ohne für diese Funktion ein separates Element bereitstellen zu müssen.
Dabei kann die wenigstens eine Aussparung z.B. in einer Fläche vorgesehen ist, an welcher eine Lamellenvorrichtung angeordnet ist. Mit anderen Worten: diejenige Wand des Kontaktkörpers, an deren Innenfläche die Lamellenvorrichtung angeordnet ist, weist an ihrer Außenseite eine Aussparung auf, in welche die Primärverriegelung, z.B. eine Rastlanze, eingreifen kann. Die Aussparung kann in der Art einer Sackbohrung ausgebildet sein, sie kann jedoch auch als Durchgangsöffnung ausgebildet sein.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Kontaktierungsanordnung vorgeschlagen. Die Kontaktierungsanordnung weist ein Kontaktelement wie vorgehend beschrieben auf sowie ein Kontaktgehäuse mit einer Kontaktkammer und einen Flachkontakt. Dabei ist das Kontaktelement in der Kontaktkammer aufgenommen. Der Flachkontakt ist durch die Einstecköffnung in das Kontaktelement eingeschoben und ist mit dem Kontaktelement elektrisch kontaktiert.
Die Kontaktierungsanordnung weist vorteilhaft durch die nebeneinander verlaufenden Steckspuren über besonders lange Zeit einen geringen Übergangswiderstand auf, der im Bereich von weniger als 1mΩ (milli-Ohm) liegen kann.
Der Kontaktkörper kann z.B. aus Metall gebildet sein, z.B. aus Kupfer oder Aluminium oder Eisen oder Stahl oder Bronze oder Legierungen aus diesen Metallen gebildet sein. Er kann eine Beschichtung aufweisen, z.B. Zinn oder aus einem Edelmetall wie z.B. Silber oder Gold oder Palladium oder Platin oder Legierungen bzw. Mischungen aus diesen Metallen.
Die Lamellenvorrichtungen können z.B. aus Metall gebildet sein, z.B. aus Kupfer oder Aluminium oder Eisen oder Stahl oder Bronze oder Legierungen aus diesen Metallen gebildet sein. Sie können eine Beschichtung aufweisen, z.B. Zinn oder aus einem Edelmetall wie z.B. Silber oder Gold oder Palladium oder Platin oder Legierungen bzw. Mischungen aus diesen Metallen.
Beispielsweise sind sowohl der Kontaktkörper als auch die Lamellenvorrichtungen aus einer Kupferlegierung gebildet. Die Lamellenvorrichtungen weisen beispielsweise eine Beschichtung auf: dabei wird auf das Grundmaterial eine Nickelschicht aufgetragen und auf diese eine Silberschicht. Darüber kann eine Oxidationsschutzschicht, z.B. aus Thiolen (self-assembled monolayers) aufgebracht werden.
Figurenliste
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen, die jedoch nicht als die Erfindung beschränkend auszulegen sind, unter Bezugnahme auf die beigelegten Zeichnungen ersichtlich.
Es zeigen

1a: eine perspektivische schematische Darstellung eines Kontaktelements;
1b, 1c: eine perspektivische schematische Darstellung des Kontaktkörpers und einer Lamellenvorrichtung des Kontaktelements aus 1a;
2a: eine perspektivische schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Kontaktelements;
2b: einen Längsschnitt durch das Kontaktelement aus 2a;
3: einen Längsschnitt durch eine Kontaktanordnung;
4a: eine perspektivische schematische Darstellung des Kontaktelements aus 1a mit eingestecktem Flachkontakt;
4b: einen Längsschnitt des Kontaktelements aus 4a mit eingestecktem Flachkontakt;
4c: eine perspektivische des Flachkontakts aus den 4a und 4b;
5: eine Aufsicht auf eine schematische Darstellung der Lamellenvorrichtung aus 1c;
6a, 6b: eine schematische Darstellung eines Kontaktelements mit eingestecktem Flachkontakt in zwei verschiedenen Einsteckrichtungen.

1a zeigt ein Kontaktelement 10. Das Kontaktelement 10 weistDas Kontaktelement 1 weist hier weiterhin einen Befestigungsabschnitt 3 zum elektrischen und mechanischen Anschließen eines Kabels 30 auf. Das Kabel 30 kann eine Isolierung 31 und ein elektrisch leitendes Litzenbündel 32 oder einen Einzeldraht aufweisen. Im Befestigungsabschnitt 3 können die Isolierung 31 z.B. durch Isolationscrimplaschen 3a und das Litzenbündel 32 bzw. der Einzeldraht durch Drahtcrimplaschen 3b am Kontaktelement 10 bzw. am Kontaktkörper 1 befestigt sein.
Die Kontaktiereinheit 20 weist im dargestellten Ausführungsbeispiel zwei voneinander separate Lamellenvorrichtungen 21a, 21b auf.
Im Kontaktierabschnitt 2 des Kontaktkörpers 1 ist eine Aussparung 5 zum Eingreifen einer Primärverriegelung 52 (siehe 3) einer Kontaktkammer 51 (siehe 3) für das Kontaktelement 10 vorgesehen. Die Aussparung 5 ist hier in einer Fläche bzw. einer Wand des Kontaktkörpers 1 vorgesehen, an welcher auf der Innenfläche 8 eine der Lamellenvorrichtungen 21a, 21b angeordnet ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind an jeder Fläche bzw. Wand des Kontaktkörpers 1, an denen Lamellenvorrichtungen 21a, 21b angeordnet sind, Aussparungen 5 in Form einer Durchgangsöffnung vorgesehen. Insgesamt sind also zwei Aussparungen 5 vorgesehen.
Im Kontaktierabschnitt 2 des Kontaktkörpers 1 sind auf einander gegenüberliegenden Innenflächen 8, an denen die Lamellenvorrichtungen 21 angeordnet sind, jeweils vier Führungselemente 7 vorgesehen, von denen in 1 nur eines durch die Aussparung 5 hindurch sichtbar ist. Die Führungselemente 7 ragen von den Innenflächen 8 in den Einsteckraum 9 hinein.
ist ausgebildet für Hochstromanwendungen und weist daher eine Stromtragfähigkeit von wenigstens 10A, bevorzugt von wenigstens 50A oder von wenigstens 80A und besonders bevorzugt von wenigstens 150A auf. Die elektrischen Spannungen können dabei z.B. wenigstens 48V, bevorzugt wenigstens 100V oder wenigstens 450V und bis zu 1000V betragen.
2a zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Kontaktelements 10. Hier ist jedoch lediglich eine einzige Einstecköffnung für den Flachkontakt 70 (hier nicht dargestellt) und somit auch nur eine einzige Einsteckrichtung E vorgesehen.
2b zeigt einen Längsschnitt durch das Kontaktelement aus 2a. Dabei ist von der Kontaktiereinheit 20 lediglich eine Lamellenvorrichtung 21 dargestellt. Die Lamellenvorrichtung 21 weist eine andere Gestaltung auf als diejenige aus 1c. Sie weist insgesamt 14 Kontaktlamellen 25 auf, von denen jeweils sieben entlang der Einsteckrichtung E und sieben entgegen der Einsteckrichtung 7 vom Rahmenbereich 22 in den Innenbereich 28 hineinragen. Aufeinander zulaufende Kontaktlamellen 25 sind gegeneinander versetzt, so dass
In 2b sind gut die Führungselemente 7a, 7b zu erkennen, die beim Einstecken des Flachkontakts 70 und im Betrieb Kräfte entlang der Kontaktierrichtung K aufnehmen und in den Kontaktierkörper 1 leiten und so die Kontaktlamellen 25 entlasten. Auf der Innenfläche 8 sind jeweils zwei erste Führungselemente 7a im Bereich der Einstecköffnung 4 angeordnet. Zwei weitere Führungselemente 7b sind entlang der Einsteckrichtung E betrachtet von den freien Enden 26 der Mehrzahl der Kontaktlamellen 25 beabstandet im Innenbereich 28 der Lamellenvorrichtung 21 angeordnet. Die beiden ersten Führungselemente 7a im Bereich der Einstecköffnung 4 durchgreifen den Rahmenbereich 22 der Lamellenvorrichtung 21 und sichern somit die Position der Lamellenvorrichtung 21 relativ zum Kontaktkörper 1. Dies kann auch bei der Montage hilfreich sein, da so das Verstemmen bzw. Verprägen der Lamellenvorrichtung 21 mit dem Kontaktkörper 1 oder auch ein Punktschweißvorgang zwischen Lamellenvorrichtung 21 und Kontaktkörper 1 positionssicher durchgeführt werden kann nachdem die Lamellenvorrichtung 21 über die Führungselementen 7a gesteckt wurde.
Bevorzugt ragen im Zustand ohne eingesteckten Flachkontakt 70 die Führungselemente 7a, 7b um höchstens 1mm oder um höchstens 0,5mm weniger weit von der Innenfläche 8 in den Einsteckraum 9 als die Kontaktierpunkte 27 der Kontaktlamellen 25 der auf derselben Innenfläche 8 angeordneten Lammellenvorrichtung 21. Auf diese Weise werden die Kontaktierpunkte 27 nur wenig entlang der Kontaktierrichtung K belastet und bleiben dauerhaft im elastisch reversiblen Zustand. Dadurch kann dauerhaft eine hohe Normalkraft der Kontaktierpunkte 27 auf die Oberfläche des Flachkontakts 70 sichergestellt werden und der Übergangswiderstand kann dauerhaft gering gehalten werden.
3 zeigt einen Längsschnitt einer Kontaktierungsanordnung 100. Es ist ein Kontaktgehäuse 50 mit einer Kontaktkammer 51 und einer durch zwei Rastlanzen (von oben und von unten) ausgebildeten Primärverriegelung 52 zu erkennen. In die Kontaktkammer 51 ist ein Kontaktelement 10 eingeschoben und durch ein Eingreifen der Rastlanzen der Primärverriegelung 52 in die Aussparungen 5 gegen ein unbeabsichtigtes Herausziehen (in der Figur nach rechts) gesichert. Das Kontaktelement 10 kann z.B. ein Kontaktelement wie in den 2a und 2b sein. Es kann jedoch z.B. auch ein Kontaktelement 10 gemäß der 1a sein oder ein anderes erfindungsgemäßes Kontaktelement 10 sein.
In der 3 von links nach rechts weisend (also entlang der Einsteckrichtung E) ist ein Flachkontakt 70 durch eine Öffnung 53 des Kontaktgehäuses sowie durch die Einstecköffnung 4 hindurch in den Einsteckraum 9 des Kontaktelements 10 eingeschoben. Die in der Figur obere und untere Oberfläche des Flachkontakts 70 wird jeweils kontaktiert von Kontaktierpunkten 27 der Kontaktlamellen 25 der beiden Lamellenvorrichtungen 21a, 21b der Kontaktiereinheit 20. In der Darstellung ist gut zu erkennen, dass Bewegungen des Flachkontakts 70 entlang der Kontaktierrichtung K (z.B. beim Einstecken und/oder im Betrieb bei z.B. Vibrationen) von den Führungselementen 7a, 7b begrenzt werden. Auch die noppenartigen Erhebungen 12 und die darüber angeordneten Befestigungsprägepunkte 23 sind gut zu erkennen.
4a zeigt das Kontaktelement 10 aus 1a mit eingestecktem Flachkontakt 70.
4b zeigt einen Längsschnitt aus 4a, wobei hier besonders gut die Wirkweise der Führungselemente 7a, 7b zu erkennen ist: der Flachkontakt 70 ist eng toleriert bezüglich der Kontaktierrichtung K in einer Soll-Position durch die Führungselemente 7a, 7b im Zentrum des Einsteckraums 9 gehalten.
4c zeigt schematisch und beispielhaft eine mögliche Ausführungsform eines Flachkontakts 70, der in die Kontaktelemente 10 eingesteckt werden kann. Der Flachkontakt 70 weist ein Aspektverhältnis bezüglich seiner Breite (entlang der Breitenrichtung B) und seiner Höhe (entlang der Kontaktierrichtung) von wenigstens 2:1 (Breite:Höhe) auf, bevorzugt von wenigstens 3:1 oder 4:1 oder sogar von wenigstens 5:1. Er weist einen im Wesentlichen quadratischen Querschnitt auf sowie ein freies Ende, welches Einführschrägen aufweist (in der Figur ist das am oberen Ende gut zu erkennen).
5 zeigt exemplarisch eine Gestaltung einer Lamellenvorrichtung 21, wie sie z.B. auch in 1c abgebildet ist. Die Kontaktierpunkte 27 einzelner Kontaktlamellen 25 sind hervorgehoben als Kreise dargestellt. Diese Kreise weisen einen Durchmesser D auf, der sich z.B. als Kontaktfläche zu dem Flachkontakt 70 ergibt. Wird nun jeder Kontaktierpunkt 27 entlang der ersten Einsteckrichtung E1 (von links nach rechts in der Figur) auf die dazugehörige erste Breitenrichtung B1 (rechts von der Lamellenvorrichtung 21) projiziert, so ist zu erkennen, dass jeweils nächstbenachbarte Projektionen von Kontaktierpunkten 27 voneinander durch einen Abstand d größer als Null beabstandet sind. Zu jedem Nachbarpaar kann ein derartiger Abstand d_j , d_j+1 , etc. gebildet werden. Die Indizes j, j+1, j+2, etc. geben dabei jeweils den Abstand zwischen dem j-ten und dem dazu benachbarten j+1-ten Kontaktierpunkt 27 an (d_j ) bzw. zwischen dem j+1-ten und dem j+2-ten Kontaktierpunkt (d_j+1 ), etc. Alle Abstände d_j , d_j+1 , etc. sind größer als Null, bevorzugt größer als 0,2mm oder größer als 0,3mm und besonders bevorzugt größer als 0,5mm und ganz besonders bevorzugt größer als 0,7mm. Der Abstand wird dabei vom Rand eines Kontaktierpunkts zum benachbarten Rand des in der Projektion nächstbenachbarten Kontaktierpunkts gemessen.
Aus der Darstellung ergibt sich, dass die Steckspuren, die den Projektionen entsprechen, alle nebeneinander verlaufen und nicht übereinander und dass sie sich auch nicht kreuzen. Dadurch wird der Abrieb der Oberfläche des Flachkontakts 70 beim Einstecken reduziert verglichen mit Lamellenvorrichtungen, bei denen Steckspuren übereinander verlaufen.
Ein Zentrums-Abstand dc_j , dc_j+1 , etc. zwischen den beiden Zentren zweier in der Projektion auf die Breitenrichtung B1 nächst benachbarter Kontaktierpunkte 27 entspricht idealerweise mindestens einem Durchmesser D, bevorzugt wenigstens 110% des Durchmessers D des größeren von zwei benachbarten, projizierten Kontaktierpunkten 27.
Der Abstand d (vom Rand eines Kontaktierpunkts zum benachbarten Rand des in der Projektion nächstbenachbarten Kontaktierpunkts) kann mindestens 10%, bevorzugt mindestens 20% oder wenigstens 25% oder wenigstens 30% der Breite b einer Kontaktlamelle 25 betragen.
5 zeigt weiterhin, dass auch bei einer um 90° gedrehten zweiten Einsteckrichtung E2 (in der Figur von unten nach oben) keine Steckspur über einer anderen verläuft oder eine andere kreuzt. Auch bei der zweiten Einsteckrichtung E2 (in der Figur: von unten nach oben) verlaufen alle Steckspuren nebeneinander, siehe dazu die Projektion der Kontaktierpunkte 27 auf die zweite Breitenrichtung B2 am oberen Ende der Lamellenvorrichtung 21.
Jeweils nächstbenachbarte Projektionen von Kontaktierpunkten 27 sind voneinander durch einen Abstand d größer als Null beabstandet. Zu jedem Nachbarpaar kann ein derartiger Abstand d_i , d_i+1 , etc. gebildet werden. Alle Abstände d_i , d_i+1 , etc. sind größer als Null, bevorzugt größer als 0,2mm oder größer als 0,3mm und besonders bevorzugt größer als 0,5mm und ganz besonders bevorzugt größer als 0,7mm. Die Projektionen der Kontaktierpunkte 27 überlappen somit nicht.
Ein Zentrums-Abstand dc_i , dc_i+1 , etc. zwischen den beiden Zentren zweier in der Projektion auf die Breitenrichtung B1 nächst benachbarter Kontaktierpunkte 27 entspricht idealerweise mindestens einem Durchmesser D, bevorzugt wenigstens 110% des Durchmessers D des größeren von zwei benachbarten, projizierten Kontaktierpunkten 27.
6a und 6b zeigen für das Kontaktelement 10 aus 1a, wie der Flachkontakt 70 in der ersten Eisteckrichtung E1 durch die erste Einstecköffnung 4a (6a) eingesteckt werden kann und wie der Flachkontakt 70 in der dritten Einsteckrichtung E3 (90° verdreht zur ersten Einsteckrichtung E1) durch die dritte Einstecköffnung 4c (6b) in das Kontaktelement 10 eingesteckt werden kann.

Claims

Kontaktelement zum Einstecken eines Flachkontakts (70), aufweisend: -- einen Kontaktkörper (1), der einen Kontaktierabschnitt (2) aufweist, wobei der Kontaktierabschnitt (2) wenigstens eine Einstecköffnung (4) aufweist für das Einstecken des Flachkontakts entlang wenigstens einer Einsteckrichtung (E); -- eine Kontaktiereinheit (20) mit zwei Lamellenvorrichtungen (21) zum Kontaktieren des Flachkontakts (70) im in den Kontaktierabschnitt (2) eingesteckten Zustand; wobei die zwei Lamellenvorrichtungen (21) im Kontaktierabschnitt (2) einander in einer Kontaktierrichtung (K) quer zur Einsteckrichtung (E) gegenüberliegend angeordnet sind und einen Einsteckraum (9) begrenzen, wobei jede Lamellenvorrichtung (21) einen Rahmenbereich (22) aufweist und eine Mehrzahl von Kontaktlamellen (25), wobei die Kontaktlamellen (25) am Rahmenbereich (22) angeordnet sind und mit freien Enden (26) in einen vom Rahmenbereich (22) umschlossenen Innenbereich (28) der Lamellenvorrichtung (21) ragen, wobei die Kontaktlamellen (25) definierte Kontaktierpunkte (27) zum Kontaktieren des Flachkontakts (70) aufweisen, wobei die Kontaktlamellen (25) derart relativ zueinander angeordnet und voneinander beabstandet sind, dass bei einer Projektion der Kontaktierpunkte (27) entlang der Einsteckrichtung (E) auf eine Breitenrichtung (B) quer zur Einsteckrichtung (E) und quer zur Kontaktierrichtung (K) alle Kontaktierpunkte (27) mindestens um einen Abstand (d) größer als Null von jedem der anderen Kontaktierpunkte (27) beabstandet sind dadurch gekennzeichnet, dass dass im Kontaktierabschnitt (2) des Kontaktkörpers (1) auf einander gegenüberliegenden Innenflächen (8), an denen die Lamellenvorrichtungen (21) angeordnet sind, jeweils wenigstens ein Führungselement (7) vorgesehen ist, wobei das jeweils wenigstens eine Führungselement (7) in den Einsteckraum (9) ragt.
Kontaktelement nach Anspruch 1, wobei jede Lamellenvorrichtung (21) wenigstens zehn Kontaktlamellen Kontaktlamellen aufweist.
Kontaktelement nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kontaktlamellen (25) sich parallel zur Einsteckrichtung (E) erstrecken oder wobei die Kontaktlamellen (25) sich um 90° zur Einsteckrichtung (E) verdreht erstrecken.
Kontaktelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kontaktelement (10) zur Übertragung von hohen Strömen von wenigstens 40A geeignet ist.
Kontaktelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Abstand (d) wenigstens 25% einer Breite (b) einer Kontaktlamelle (25) beträgt und/oder wobei der Abstand (d) wenigstens 0,2mm beträgt.
Kontaktelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kontaktabschnitt (2) zwei Einstecköffnungen (4) aufweist, wobei die beiden Einstecköffnungen (4) um 90° zueinander versetzt sind, oder wobei der Kontaktabschnitt (2) drei Einstecköffnungen (4a, 4b, 4c) aufweist, wobei die benachbarten Einstecköffnungen (4a, 4b, 4c) jeweils um 90° zueinander versetzt sind.
Kontaktelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kontaktiereinheit (20) einstückig ausgebildet ist.
Kontaktelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Kontaktiereinheit (20) zwei voneinander separate Lamellenvorrichtungen (21) aufweist.
Kontaktelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das jeweils wenigstens eine Führungselement (7) um höchstens 1mm weniger weit von seiner Innenfläche (8) in den Einsteckraum (9) ragt als die Kontaktierpunkte (27) der Kontaktlamellen (25) der auf derselben Innenfläche (8) angeordneten Lammellenvorrichtung (21) im Zustand ohne eingesteckten Flachkontakt (70).
Kontaktelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf jeder Innenfläche (8) wenigstens zwei erste Führungselemente (7a) im Bereich der Einstecköffnung (4) angeordnet sind und wenigstens zwei weitere Führungselemente (7b) entlang der Einsteckrichtung (E) betrachtet von den freien Enden (26) der Mehrzahl der Kontaktlamellen (25) beabstandet im Innenbereich (28) der Lamellenvorrichtung (21) angeordnet sind.
Kontaktelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Kontaktierabschnitt (2) des Kontaktkörpers (1) wenigstens eine Aussparung (5) zum Eingreifen einer Primärverriegelung (52) einer Kontaktkammer (51) für das Kontaktelement (10) vorgesehen ist, wobei die wenigstens eine Aussparung (5) insbesondere in einer Fläche vorgesehen ist, an welcher eine Lamellenvorrichtung (21) angeordnet ist.
Kontaktierungsanordnung aufweisend: -- ein Kontaktelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche; -- ein Kontaktgehäuse (50) mit einer Kontaktkammer (51); -- einen Flachkontakt (70); wobei das Kontaktelement (10) in der Kontaktkammer (51) aufgenommen ist, wobei der Flachkontakt (70) durch die Einstecköffnung (4) in das Kontaktelement (10) eingeschoben und elektrisch kontaktiert ist.