DE102019107355A1 - Tool-free contacting of an electrical conductor - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf ein Elektrisches Kontaktelement (1, 1', 1"), welches einen Kontaktbereich (4) und einen Anschlussbereich (3) aufweist, wobei die Oberfläche des Anschlussbereichs (3) des Kontaktelements (1, 1', 1") zumindest bereichsweise mit Nanodrähten oder einer reaktiven Substanz (5) bedeckt ist.Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf einen Isolierkörper für einen Steckverbinder, wobei der Isolierkörper (10) einen ersten Bereich (11) zur elektrischen Kontaktierung eines elektrischen Leiters (2) aufweist und zumindest einen zweiten Bereich (12) zur elektrischen Kontaktierung eines elektrischen Kontaktelements (1) aufweist, wobei der erste Bereich (11) und der zweite Bereich (12) elektrisch leitend miteinander verbunden sind und wobei der erste Bereich (11) und der zweite Bereich (12) jeweils mit Nanodrähten oder einer reaktiven Substanz (5) bedeckt sind.The invention relates to an electrical contact element (1, 1 ', 1 ") which has a contact area (4) and a connection area (3), the surface of the connection area (3) of the contact element (1, 1', 1" ) is at least partially covered with nanowires or a reactive substance (5). The invention further relates to an insulating body for a connector, the insulating body (10) having a first area (11) for making electrical contact with an electrical conductor (2) and has at least one second area (12) for making electrical contact with an electrical contact element (1), the first area (11) and the second area (12) being connected to one another in an electrically conductive manner and the first area (11) and the second area ( 12) are each covered with nanowires or a reactive substance (5).
Description
Die Erfindung geht aus von einem elektrischen Kontaktelement nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs 1. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein System bestehend aus einem solchen Kontaktelement und einem elektrischen Leiter gemäß Anspruch 8. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf einen Isolierkörper für eine Steckverbinder gemäß Anspruch 12.The invention is based on an electrical contact element according to the preamble of
Kontaktelemente werden insbesondere in elektrischen Steckverbindern verwendet. An die Kontaktelemente wird ein elektrischer Leiter elektrisch leitend kontaktiert bzw. angeschlossen.Contact elements are used in particular in electrical connectors. An electrical conductor is electrically conductively contacted or connected to the contact elements.
Stand der TechnikState of the art
Die
Die
Die
AufgabenstellungTask
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest zu verringern und eine einfache, zuverlässige und kostengünstige elektrische Kontaktierung zwischen einem Leiter und einem Kontaktelement zu realisieren.The object of the invention is to at least reduce the disadvantages known from the prior art and to realize a simple, reliable and inexpensive electrical contact between a conductor and a contact element.
Die Aufgabe wird durch den jeweiligen Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst.The object is achieved by the respective subject matter of the independent claims.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung angegeben.Advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims and the following description.
Das erfindungsgemäße elektrische Kontaktelement weist einen Kontaktbereich und einen Anschlussbereich auf. Der Kontaktbereich ist als im Wesentlichen zylinderförmiger Kontaktstift oder als Kontaktbuchse mit einer Mehrzahl von Kontaktzungen ausgebildet. Der Anschlussbereich weist eine Oberfläche auf, die zumindest bereichsweise mit Nanodrähten und/oder einer reaktiven Substanz bedeckt ist.The electrical contact element according to the invention has a contact area and a connection area. The contact area is designed as a substantially cylindrical contact pin or as a contact socket with a plurality of contact tongues. The connection area has a surface which is covered at least in some areas with nanowires and / or a reactive substance.
Ein Nanodraht ist ein feines, langgestrecktes Stück Metall, ein Halbmetall oder ein Verbindungshalbleiter mit einem Durchmesser bis maximal 100 Nanometer (0,1 Mikrometer = 0,0001 Millimeter). Metallisch leitende Kohlenstoffnanoröhren können auch als Nanodraht bezeichnet werden. Im erfindungsgemäßen Sinne weisen die Nanodrähte elektrisch leitende Eigenschaften auf.A nanowire is a fine, elongated piece of metal, a semimetal or a compound semiconductor with a diameter of up to 100 nanometers (0.1 micrometers = 0.0001 millimeters). Metallically conductive carbon nanotubes can also be referred to as nanowires. In the sense of the invention, the nanowires have electrically conductive properties.
Mit reaktiver Substanz ist erfindungsgemäßen Sinne eine Substanz gemeint, die eine chemische Reaktion auslöst und zwei insbesondere metallische Körper, beispielsweise das Kontaktelement und die Litzen eines Leiters, physikalisch (fest) miteinander verbindet bzw. verschweißt bzw. kaltverschweißt.According to the invention, a reactive substance means a substance that triggers a chemical reaction and physically (firmly) connects or welds or cold-welds two, in particular metallic bodies, for example the contact element and the strands of a conductor.
Bei der reaktiven Substanz kann es sich insbesondere um eine stark exotherme Reaktion handeln, die ein verschweißen der Kontaktpartner begünstigt. Es kann sich aber auch um einen leitfähigen Klebstoff handeln, der durch Luftkontakt schnell aushärtet. Die oben erwähnte Schutzkappe oder Blase kann den Klebstoff frisch bzw. reaktiv halten, bis die Klappe oder Blase durch den Leiter bzw. durch das Kontaktelement geöffnet bzw. durchstoßen wird.The reactive substance can in particular be a strongly exothermic reaction which favors the contact partners welding. However, it can also be a conductive adhesive that hardens quickly through contact with air. The protective cap or bladder mentioned above can keep the adhesive fresh or reactive until the flap or bladder is opened or pierced by the conductor or by the contact element.
Eine Kombination aus Nanodrähten und einer reaktiven Substanz führt zu besonders stabilem Ergebnis.A combination of nanowires and a reactive substance leads to a particularly stable result.
Bringt man das abisolierte Ende eines elektrischen Leiters, insbesondere eines Litzenleiters, in Berührkontakt mit der mit Nanodrähten beschichteten Oberfläche des Anschlussbereichs des Kontaktelements, wird eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem elektrischen Leiter und dem Kontaktelement hergestellt. Diese direkte Kontaktierung wird durch die an der Schnittstelle zwischen Leiter und Kontaktelement herrschenden Kräfte gehalten. Auf die Kräfte wird im weiteren Verlauf der Beschreibung noch näher eingegangen.If the stripped end of an electrical conductor, in particular a stranded conductor, is brought into physical contact with the surface of the connection area of the contact element coated with nanowires, an electrically conductive connection is established between the electrical conductor and the contact element. This direct contact is maintained by the forces prevailing at the interface between the conductor and the contact element. The forces will be discussed in more detail later in the description.
Vorteilhafterweise wird der elektrische Leiter über ein Zwischenelement mit dem Anschlussbereich des Kontaktelements elektrisch leitend verbunden. Dies stellt eine indirekte Verbindung zwischen Leiter und Kontaktelement dar. Insbesondere zum Ziele der Kaltverschweißung können die Materialien des Kontaktelements und des Zwischenelements aufeinander abgestimmt sein.The electrical conductor is advantageously connected in an electrically conductive manner to the connection area of the contact element via an intermediate element. This represents an indirect connection between the conductor and the contact element. In particular for the purpose of cold welding, the materials of the Contact element and the intermediate element be matched to one another.
Bringt man das Zwischenelement und das Kontaktelement an den dafür vorgesehenen Oberflächenbereichen in Berührkontakt, sind, ggf. nach Ablauf einer chemischen Reaktion, beide Elemente hinterher fest miteinander verbunden. Hier wirken auch adhäsive Kräfte. Die Hauptkraft wird in der Regel jedoch durch die Kaltverschweißung bereitgestellt.If the intermediate element and the contact element are brought into touch contact at the surface areas provided for this purpose, the two elements are subsequently firmly connected to one another, possibly after a chemical reaction has taken place. Adhesive forces also act here. However, the main force is usually provided by the cold welding.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist der Anschlussbereich des Kontaktelements eine Oberflächenkontur und/oder eine Oberflächenstruktur auf. Vorteilhafterweise weist auch das Zwischenelement eine Oberflächenkontur und/oder eine Oberflächenstruktur auf. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine oder mehrere Einkerbungen bzw. eine oder mehrere Stege handeln. Durch die Konturen bzw. Strukturen wird die Oberfläche vergrößert, so dass eine größere Reaktionsfläche, insbesondere zur Kaltverschweißung, bereitgestellt wird. Die Konturen bzw. Strukturen dienen auch als Führungselement, das beim Zusammenstecken/-drücken der Bauteile die richtige Positionierung erleichtert.In an advantageous embodiment of the invention, the connection area of the contact element has a surface contour and / or a surface structure. The intermediate element advantageously also has a surface contour and / or a surface structure. This can be, for example, one or more notches or one or more webs. The surface area is enlarged by the contours or structures, so that a larger reaction surface, in particular for cold welding, is provided. The contours or structures also serve as a guide element that facilitates correct positioning when the components are pushed together / pushed together.
Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Oberflächenkontur und/oder die Oberflächenstruktur des Anschlussbereichs des Kontaktelements und die zum Anschlussbereich des Kontaktelements gerichtete Oberflächenkontur und/oder Oberflächenstruktur des Zwischenelements komplementär zueinander ausgestaltet sind. Hierdurch wird eine besonders feste und stabile Verbindung zwischen den beiden Elementen bereitgestellt.It is particularly advantageous if the surface contour and / or the surface structure of the connection area of the contact element and the surface contour and / or surface structure of the intermediate element directed towards the connection area of the contact element are designed to be complementary to one another. This provides a particularly firm and stable connection between the two elements.
Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf ein System aus einem oben beschriebenen elektrischen Kontaktelement und einem elektrischen Leiter. Erfindungsgemäß weist der elektrische Leiter anschlussseitig eine Aderendhülse auf. Die Aderendhülse wird maschinell auf den abisolierten Bereich des Leiters gepresst. Der Leiter wird bereits entsprechend ausgeliefert.The invention also relates to a system comprising an electrical contact element described above and an electrical conductor. According to the invention, the electrical conductor has a wire end sleeve on the connection side. The wire end ferrule is mechanically pressed onto the stripped area of the conductor. The ladder is already delivered accordingly.
Vorzugsweise ist auch die Oberfläche der Aderendhülse zumindest bereichsweise mit Nanodrähten oder einer reaktiven Substanz bedeckt. Es ist ebenfalls vorteilhaft, wenn die Aderendhülse eine Oberflächenkontur und/oder eine Oberflächenstruktur aufweist.Preferably, the surface of the end sleeve is also covered at least in some areas with nanowires or a reactive substance. It is also advantageous if the ferrule has a surface contour and / or a surface structure.
Vorzugsweise sind die zueinander weisenden Oberflächenkonturen und/oder Oberflächenstrukturen von dem Kontaktelement und dem Zwischenelement und die zueinander weisenden Oberflächenkonturen und/oder Oberflächenstrukturen von dem Zwischenelement und der Aderendhülse jeweils komplementär zueinander ausgestaltet. Durch diese Ausgestaltung der Komponenten wird eine besonders zugfeste und langlebige Verbindung zwischen den einzelnen Elementen (Kontaktelement, Zwischenelement, Aderendhülse) erwirkt.The mutually facing surface contours and / or surface structures of the contact element and the intermediate element and the mutually facing surface contours and / or surface structures of the intermediate element and the wire end sleeve are each designed complementary to one another. This configuration of the components creates a particularly high-tensile and long-lasting connection between the individual elements (contact element, intermediate element, wire end sleeve).
Ein erfindungsgemäßer Isolierkörper für einen Steckverbinder weist zumindest eine Oberflächenkontur und/oder eine Oberflächenstruktur zur elektrischen Kontaktierung eines elektrischen Leiters auf und gleichzeitig zumindest eine Oberflächenkontur und/oder eine Oberflächenstruktur zur elektrischen Kontaktierung eines elektrischen Kontaktelements. Die Oberflächenkonturen und/oder Oberflächenstrukturen können wie oben bereits beschrieben ausgeführt sein. Wichtig ist, dass zwischen dem resultierenden Anschlussbereich des elektrischen Leiters und dem resultierenden Anschlussbereich des Kontaktelements eine durchgängige elektrisch leitende Verbindung besteht.An inventive insulating body for a plug connector has at least one surface contour and / or a surface structure for making electrical contact with an electrical conductor and at the same time at least one surface contour and / or a surface structure for making electrical contact with an electrical contact element. The surface contours and / or surface structures can be designed as already described above. It is important that there is a continuous electrically conductive connection between the resulting connection area of the electrical conductor and the resulting connection area of the contact element.
Vorzugsweise weist der Isolierkörper zumindest zwei Oberflächenkonturen und/oder zwei Oberflächenstrukturen zur elektrischen Kontaktierung eines elektrischen Leiters und eines elektrischen Kontaktelements auf, wobei jeweils wieder eine elektrisch leitende Verbindung zwischen jeweils einem Anschlussbereich für ein Kontaktelement und einem Anschlussbereich für einen Leiter besteht. Ein erster Bereich des Isolierkörpers ist zum Anschluss der Leiter und ein zweiter Bereich ist zum Anschluss der Kontaktelemente vorgesehen.The insulating body preferably has at least two surface contours and / or two surface structures for making electrical contact with an electrical conductor and an electrical contact element, there being an electrically conductive connection between a connection area for a contact element and a connection area for a conductor. A first area of the insulating body is provided for connecting the conductors and a second area is provided for connecting the contact elements.
In der Regel weisen derartige Isolierkörper mehrere Anschlussbereiche für Leiter (erste Bereiche) und zugehörige Anschlussbereiche für Kontaktelemente (zweite Bereiche) auf. Bei einem solchen Isolierkörper können die jeweiligen Anschlussbereiche farblich markiert sein. Dadurch ist schnell ersichtlich, welcher Anschlussbereich eines Leiters mit einem Anschlussbereich eines Kontaktelements korrespondiert.As a rule, such insulating bodies have several connection areas for conductors (first areas) and associated connection areas for contact elements (second areas). With such an insulating body, the respective connection areas can be marked in color. This quickly shows which connection area of a conductor corresponds to a connection area of a contact element.
In einer besonders bevorzugten Form der Erfindung sind die mit Nanodrähten oder einer reaktiven Substanz versehenen Bereche durch eine Schutzkappe oder eine Schutzblase bedeckt, die die Bereiche vor Berührung und/oder Luft und/oder einer Oxidation und/oder einer Reaktion schützen. Die Kappe bzw. Blase könnte mit einem Schutzgas gefüllt sein.In a particularly preferred form of the invention, the areas provided with nanowires or a reactive substance are covered by a protective cap or a protective bubble, which protect the areas from contact and / or air and / or oxidation and / or reaction. The cap or bladder could be filled with a protective gas.
In einer vorteilhaften Variante der Erfindung werden die vorgenannten Bereiche durch einen Vorbehandlungsschritt aktiviert. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn keine Kappe bzw. Blase vorgesehen ist. Dieser Vorbehandlungsschritt reinigt und/oder aktiviert die Nanodrähte und/oder reaktive Substanz. Bei Nanodrähten aus einer Kupferlegierung kann beispielsweise Zitronensäure zum Entfernen der oxidierten Oberfläche verwendet werden.In an advantageous variant of the invention, the aforementioned areas are activated by a pretreatment step. This is particularly advantageous when no cap or bladder is provided. This pretreatment step cleans and / or activates the nanowires and / or reactive substance. In the case of nanowires made of a copper alloy, for example, citric acid can be used to remove the oxidized surface.
AusführungsbeispielEmbodiment
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung mehrerer erfindungsgemäßer Kontaktierungsvarianten von einem elektrischen Leiter mit einem elektrischen Kontaktelement und -
2 eine schematische Darstellung eines Steckverbinders, welcher einen erfindungsgemäßen Isolierkörper verwendet.
-
1 a schematic representation of several inventive contacting variants of an electrical conductor with an electrical contact element and -
2 a schematic representation of a connector which uses an insulating body according to the invention.
Die Figuren enthalten teilweise vereinfachte, schematische Darstellungen. Zum Teil werden für gleiche, aber gegebenenfalls nicht identische Elemente identische Bezugszeichen verwendet. Verschiedene Ansichten gleicher Elemente könnten unterschiedlich skaliert sein.The figures contain partially simplified, schematic representations. In some cases, identical reference symbols are used for identical, but possibly not identical elements. Different views of the same elements could be scaled differently.
Die
Das erfindungsgemäße Kontaktelement
Die Oberfläche des Anschlussbereichs
Das Kontaktelement
Der abisolierte Endabschnitt des Leiters
Aus
In
Der Isolierkörper
Ein erster Bereich
Der Isolierkörper besteht im Wesentliche aus einem nichtleitendem Kunststoff. Innerhalb des nichtleitenden Materials sind leitenden Verbindungen zwischen den oben genannten Bereichen für die Leiter und die Kontaktelemente eingebracht. Dadurch können mehrere Leiter bzw. Kontaktelemente an den Isolierkörper angeschlossen werden.The insulating body consists essentially of a non-conductive plastic. Conductive connections between the above-mentioned areas for the conductors and the contact elements are introduced within the non-conductive material. As a result, several conductors or contact elements can be connected to the insulating body.
In einer alternativen Variante kann der Isolierkörper auch komplett aus Metall bestehen. In diesem Fall würden sich die leitenden Verbindungen zwischen den Bereichen erübrigen. Natürlich könnte es aufgrund des Kurzschlussproblems auch nur jeweils einen Bereich für einen Leiter und einen Bereich für ein Kontaktelement geben.In an alternative variant, the insulating body can also consist entirely of metal. In this case the conductive connections between the areas would be superfluous. Of course you could Due to the short circuit problem, there is only one area for a conductor and one area for a contact element.
Auch wenn in den Figuren verschiedene Aspekte oder Merkmale der Erfindung jeweils in Kombination gezeigt sind, ist für den Fachmann - soweit nicht anders angegeben - ersichtlich, dass die dargestellten und diskutierten Kombinationen nicht die einzig möglichen sind. Insbesondere können einander entsprechende Einheiten oder Merkmalskomplexe aus unterschiedlichen Ausführungsbeispielen miteinander ausgetauscht werden.Even if various aspects or features of the invention are each shown in combination in the figures, it is clear to the person skilled in the art - unless otherwise stated - that the combinations shown and discussed are not the only possible ones. In particular, corresponding units or feature complexes from different exemplary embodiments can be exchanged with one another.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- KontaktelementContact element
- 22
- Leiterladder
- 33
- AnschlussbereichConnection area
- 44th
- KontaktbereichContact area
- 55
- Nanodrähte oder reaktive SubstanzNanowires or reactive substance
- 66th
- Kontur des KontaktelementsContour of the contact element
- 77th
- ZwischenelementIntermediate element
- 88th
- AderendhülseFerrule
- 99
- SteckverbindergehäuseConnector housing
- 1010
- IsolierkörperInsulating body
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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- EP 3120420 A1 [0004]EP 3120420 A1 [0004]
- DE 102006029075 B4 [0005]DE 102006029075 B4 [0005]
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DE102019107355.3A DE102019107355A1 (en) | 2019-03-22 | 2019-03-22 | Tool-free contacting of an electrical conductor |
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