DE102020003938A1 - Electrical contact connection - Google Patents

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DE102020003938A1 DE102020003938.3A DE102020003938A DE102020003938A1 DE 102020003938 A1 DE102020003938 A1 DE 102020003938A1 DE 102020003938 A DE102020003938 A DE 102020003938A DE 102020003938 A1 DE102020003938 A1 DE 102020003938A1
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Lukas Kohnle
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    • H01R4/00—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation
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  • Connections Effected By Soldering, Adhesion, Or Permanent Deformation (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Kontaktverbindung (K) mit einer Kontaktbuchse (1) und einem Steckkontakt (2), wobei erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass- die Kontaktbuchse (1) zumindest einen Draht (3) aus einer Formgedächtnislegierung umfasst und- der zumindest eine Draht (3) ausgebildet ist, sich bei einer Erwärmung derart zusammenzuziehen, dass eine zwischen der Kontaktbuchse (1) und dem Steckkontakt (2) wirkende Kontaktnormalkraft (F) erhöht ist.The invention relates to an electrical contact connection (K) with a contact socket (1) and a plug contact (2), the invention providing that the contact socket (1) comprises at least one wire (3) made of a shape memory alloy and the at least one wire (3) is designed to contract when heated in such a way that a normal contact force (F) acting between the contact socket (1) and the plug contact (2) is increased.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Kontaktverbindung mit einer Kontaktbuchse und einem Steckkontakt.The invention relates to an electrical contact connection with a contact socket and a plug contact.

Aus der DE 10 2018 119 289 A1 ist ein lösbares Befestigungssystem für Bauteile bekannt. Das Befestigungssystem umfasst ein erstes Auflageelement mit einer ersten Längsachse, das sich entlang der ersten Längsachse zwischen ersten und zweiten Kontaktflächen des ersten Auflageelementes erstreckt, und die erste Kontaktfläche zur Anlage an einer Spanneinrichtung ausgebildet ist. Das erste Auflageelement weist ein Formgedächtnismaterial auf, welches zwischen einem ersten Schaltzustand und einem zweiten Schaltzustand in Abhängigkeit einer ersten Schalttemperatur schaltet. Das erste Auflageelement weist in dem ersten Schaltzustand eine erste axiale Erstreckung und in dem zweiten Schaltzustand eine zweite axiale Erstreckung auf. Das Befestigungssystem umfasst ein zweites Auflageelement mit einer zweiten Längsachse, das sich entlang der zweiten Längsachse zwischen ersten und zweiten Kontaktflächen des zweiten Auflageelementes erstreckt. Das zweite Auflageelement weist ein Formgedächtnismaterial auf, welches zwischen einem ersten Schaltzustand und einem zweiten Schaltzustand in Abhängigkeit einer zweiten Schalttemperatur schaltet.From the DE 10 2018 119 289 A1 a releasable fastening system for components is known. The fastening system comprises a first support element with a first longitudinal axis, which extends along the first longitudinal axis between first and second contact surfaces of the first support element, and the first contact surface is designed to bear against a clamping device. The first support element has a shape memory material which switches between a first switching state and a second switching state as a function of a first switching temperature. The first support element has a first axial extension in the first switching state and a second axial extension in the second switching state. The fastening system comprises a second support element with a second longitudinal axis, which extends along the second longitudinal axis between first and second contact surfaces of the second support element. The second support element has a shape memory material which switches between a first switching state and a second switching state as a function of a second switching temperature.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Kontaktverbindung mit einer Kontaktbuchse und einem Steckkontakt anzugeben.The invention is based on the object of specifying an electrical contact connection with a contact socket and a plug contact.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kontaktverbindung gelöst, welche die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.The object is achieved according to the invention by a contact connection which has the features specified in claim 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the subclaims.

Eine elektrische Kontaktverbindung mit einer Kontaktbuchse und einem Steckkontakt ist erfindungsgemäß dadurch ausgebildet, dass die Kontaktbuchse zumindest einen Draht aus einer Formgedächtnislegierung umfasst und der zumindest eine Draht ausgebildet ist, sich bei einer Erwärmung derart auszudehnen, dass eine zwischen der Kontaktbuchse und dem Steckkontakt wirkende Kontaktnormalkraft erhöht ist.An electrical contact connection with a contact socket and a plug contact is formed according to the invention in that the contact socket comprises at least one wire made from a shape memory alloy and the at least one wire is designed to expand when heated in such a way that a normal contact force acting between the contact socket and the plug contact increases is.

Mittels des zumindest einen Drahtes aus der Formgedächtnislegierung, welcher sich temperaturbedingt ausdehnt, kann eine Flächenpressung zwischen dem Steckkontakt und der Kontaktbuchse erhöht werden, so dass eine Kontaktnormalkraft bei vergleichsweise geringer Steckkraft aktiv erhöht wird. Durch die Erhöhung der Kontaktnormalkraft kann zudem weitestgehend ausgeschlossen werden, dass sich die Kontaktverbindung auch bei geringer Steckkraft löst, so dass der Steckkontakt aufgrund der erhöhten Kontaktnormalkraft im Wesentlichen verliersicher in der Kontaktbuchse angeordnet und gehalten ist.By means of the at least one wire made of the shape memory alloy, which expands as a result of temperature, a surface pressure between the plug contact and the contact socket can be increased so that a normal contact force is actively increased with a comparatively low plug force. By increasing the normal contact force, it can also be largely ruled out that the contact connection will loosen even with a low plug-in force, so that the plug-in contact is arranged and held in the contact socket essentially securely due to the increased normal contact force.

Bei im Wesentlichen gleichbleibender Größe des Steckkontaktes und der Kontaktbuchse kann eine Stromübertragung gesteigert werden.With essentially the same size of the plug contact and the contact socket, current transmission can be increased.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.

Dabei zeigen:

  • 1 schematisch einen Längsschnitt und einen Querschnitt einer Kontaktbuchse einer elektrischen Kontaktverbindung in einer ersten Ausführungsform,
  • 2 schematisch eine Seitenansicht eines Steckkontaktes der elektrischen Kontaktverbindung in der ersten Ausführungsform,
  • 3 schematisch einen Längsschnitt der elektrischen Kontaktverbindung in der ersten Ausführungsform,
  • 4 schematisch einen Längsschnitt der Kontaktbuchse der elektrischen Kontaktverbindung in einer zweiten Ausführungsform,
  • 5 schematisch eine Seitenansicht des Steckkontaktes der elektrischen Kontaktverbindung in der zweiten Ausführungsform und
  • 6 schematisch einen Längsschnitt der elektrischen Kontaktverbindung in der zweiten Ausführungsform.
Show:
  • 1 schematically a longitudinal section and a cross section of a contact socket of an electrical contact connection in a first embodiment,
  • 2 schematically a side view of a plug contact of the electrical contact connection in the first embodiment,
  • 3 schematically a longitudinal section of the electrical contact connection in the first embodiment,
  • 4th schematically a longitudinal section of the contact socket of the electrical contact connection in a second embodiment,
  • 5 schematically a side view of the plug contact of the electrical contact connection in the second embodiment and
  • 6th schematically a longitudinal section of the electrical contact connection in the second embodiment.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided with the same reference symbols in all figures.

Die 1 bis 3 zeigen eine erste Ausführungsform einer elektrischen Kontaktverbindung K, wobei in 1 ein Längsschnitt und ein Querschnitt einer Kontaktbuchse 1, in 2 ein Steckkontakt 2 und in 3 ein Längsschnitt der Kontaktverbindung K, bei welcher der Steckkontakt 2 in die Kontaktbuchse 1 eingesteckt ist, dargestellt sind. Beispielsweise ist der Steckkontakt 2 als Pin oder Bolzen ausgebildet.The 1 to 3 show a first embodiment of an electrical contact connection K , where in 1 a longitudinal section and a cross section of a contact socket 1 , in 2 a plug contact 2 and in 3 a longitudinal section of the contact connection K at which the plug contact 2 into the contact socket 1 is inserted, are shown. For example, the plug contact 2 designed as a pin or bolt.

Um eine Flächenpressung zwischen der Kontaktbuchse 1 und dem Steckkontakt 2 zu erhöhen, ist die Kontaktbuchse 1 in der ersten Ausführungsform der Kontaktverbindung K von einem Draht 3 aus einer Formgedächtnislegierung umwickelt. Alternativ oder zusätzlich kann der Draht 3 auch in einer anderen geeigneten Art und Weise an der Kontaktbuchse 1 angeordnet sein.To create a surface pressure between the contact socket 1 and the plug contact 2 to increase is the contact socket 1 in the first embodiment of the contact connection K from a wire 3 wrapped in a shape memory alloy. Alternatively or in addition, the wire 3 also in another suitable manner on the contact socket 1 be arranged.

Erwärmt sich die Kontaktverbindung K, insbesondere aufgrund eines Übergangswiderstandes durch einen Stromfluss im Betrieb eines angeschlossenen elektrischen Verbrauchers, wird der Draht 3, d. h. die Formgedächtnislegierung desselben aktiv. Dabei zieht sich der Draht 3 zusammen und erhöht somit eine Kontaktnormalkraft F, so dass die Kontaktbuchse 1 gegen den Steckkontakt 2 gepresst wird und dadurch der Übergangswiderstand der elektrischen Kontaktverbindung K sinkt. Mittels des Drahtes 3 wird also eine Flächenpressung, d. h. die Kontaktnormalkraft F in Transversalrichtung der Kontaktverbindung K erhöht.The contact connection heats up K , in particular due to a contact resistance due to a current flow during operation of a connected electrical consumer, the wire 3 , ie the shape memory alloy of the same active. The wire pulls 3 together and thus increases a normal contact force F. so that the contact socket 1 against the plug contact 2 is pressed and thereby the transition resistance of the electrical contact connection K sinks. By means of the wire 3 is a surface pressure, ie the normal contact force F. in the transverse direction of the contact connection K elevated.

Üblicherweise wird die Kontaktnormalkraft F durch eine maximal zulässige Steckkraft von beispielsweise montagebedingten 75 N auf ein Gesamtsystem begrenzt, wodurch auch der minimal mögliche einzelne Übergangswiderstand vorgegeben wird.Usually the contact normal force is F. limited to an overall system by a maximum permissible insertion force of, for example, assembly-related 75 N, whereby the minimum possible individual contact resistance is also specified.

Der Übergangswiderstand, welcher auch als Kontaktwiderstand bezeichnet wird, resultiert aus der Summe eines Fremdschichtwiderstandes und eines sogenannten Engewiderstandes. Dabei ist der Fremdschichtwiderstand abhängig von einer Verunreinigung, beispielsweise durch Öl, Fette, Partikel und/oder anorganische Schichten in der Kontaktbuchse 1 und/oder an dem Steckkontakt 2.The transition resistance, which is also referred to as the contact resistance, results from the sum of an impurity layer resistance and a so-called narrow resistance. The foreign layer resistance is dependent on contamination, for example by oil, grease, particles and / or inorganic layers in the contact socket 1 and / or on the plug contact 2 .

Der Engewiderstand ist abhängig von einer Kontaktkraft, einer Kontaktfläche, einer Form der Kontaktfläche, einer Oberflächenrauigkeit, einer Härte und einem spezifischen elektrischen Widerstand.The tightness resistance is dependent on a contact force, a contact area, a shape of the contact area, a surface roughness, a hardness and a specific electrical resistance.

Ist der Kontaktwiderstand verhältnismäßig hoch, bedeutet dies eine vergleichsweise hohe Verlustleistung, insbesondere in Form von Wärme, und ein Wirkungsgrad der elektrischen Kontaktverbindung K als System sinkt.If the contact resistance is relatively high, this means a comparatively high power loss, in particular in the form of heat, and an efficiency of the electrical contact connection K as a system sinks.

Die 4 bis 6 zeigen eine zweite Ausführungsform der elektrischen Kontaktverbindung K, wobei in 4 ein Längsschnitt der Kontaktbuchse 1, in 5 der Steckkontakt 2 und in 3 ein Längsschnitt der elektrischen Kontaktverbindung K dargestellt ist.The 4th to 6th show a second embodiment of the electrical contact connection K , where in 4th a longitudinal section of the contact socket 1 , in 5 the plug contact 2 and in 3 a longitudinal section of the electrical contact connection K is shown.

In der zweiten Ausführungsform ist ein Federelement 4 in Form einer Kontaktfeder in die Kontaktbuchse 1 integriert, die den Draht 3 aus der Formgedächtnislegierung umfasst, welcher das Federelement 4 gemäß dem Ausführungsbeispiel in den 4 bis 6 umwickelt. Alternativ oder zusätzlich kann der Draht 3 auch anderweitig an dem Federelement 4 angeordnet sein, um die Kontaktnormalkraft F zu erhöhen.In the second embodiment there is a spring element 4th in the form of a contact spring into the contact socket 1 that integrated the wire 3 from the shape memory alloy, which comprises the spring element 4th according to the embodiment in FIG 4th to 6th wrapped around. Alternatively or in addition, the wire 3 also elsewhere on the spring element 4th be arranged to the normal contact force F. to increase.

Insbesondere erhöht sich die Kontaktnormalkraft F, wenn sich der Draht 3 aus der Formgedächtnislegierung temperaturbedingt zusammenzieht, da dann das Federelement 4 in Form der Kontaktfeder an den Steckkontakt 2 gepresst wird.In particular, the normal contact force increases F. when the wire 3 from the shape memory alloy contracts due to temperature, because then the spring element 4th in the form of the contact spring to the plug contact 2 is pressed.

In einer nicht näher dargestellten Ausführungsform der Kontaktverbindung K ist zusätzlich oder alternativ eine Dehnhülse vorgesehen, mittels welcher die Kontaktnormalkraft F bei Erwärmung der Kontaktverbindung K erhöht wird, so dass der Übergangswiderstand verringert und eine Verbindung zwischen Kontaktbuchse 1 und Steckkontakt insofern verbessert wird, dass der Steckkontakt 2 vergleichsweise sicher in der Kontaktbuchse 1 fixiert ist.In an embodiment of the contact connection not shown in detail K an expansion sleeve is additionally or alternatively provided, by means of which the normal contact force F. when the contact connection is heated K is increased so that the contact resistance is reduced and a connection between the contact socket 1 and plug contact is improved in that the plug contact 2 comparatively safe in the contact socket 1 is fixed.

Wie in den 1 bis 6 beschrieben ist, ist der Draht 3 aus einer Formgedächtnislegierung gebildet, wobei diese in einer sogenannten Niedrigtemperaturphase Martensit und in einer sogenannten Hochtemperaturphase Austenit aufweist.As in the 1 to 6th is described is the wire 3 formed from a shape memory alloy, which has martensite in a so-called low-temperature phase and austenite in a so-called high-temperature phase.

Ein entsprechender Werkstoff wird unter mechanischer Last scheinbar plastisch verformt und nimmt nach seiner Erwärmung seine Ausgangsform wieder ein. Temperatur- und spannungsinduzierte Phasenumwandlungen in einer Kristallgitterstruktur des Werkstoffes bedingen einen solchen Effekt. Ein häufigster Legierungstyp bildet dabei Nickel-Titan. Dieser Werkstoff weist die Vorteile eines vergleichsweise sehr hohen Arbeitsvermögens, verhältnismäßig großer Stellwege und -kräfte auf und ist relativ robust.A corresponding material appears to be plastically deformed under mechanical load and takes its original shape again after it has been heated. Temperature and stress-induced phase changes in a crystal lattice structure of the material cause such an effect. One of the most common types of alloy is nickel-titanium. This material has the advantages of a comparatively very high work capacity, relatively large travel ranges and forces, and is relatively robust.

Nachteilig ist eine temperaturabhängige Dynamik, Hystereseeffekte sowie ein komplexes Materialverhalten.Disadvantages are temperature-dependent dynamics, hysteresis effects and complex material behavior.

In einer zusätzlichen Ausbildung der Kontaktverbindung K kann vorgesehen sein, dass die Kontaktbuchse 1 und/oder der Steckkontakt 2 und/oder das Federelement 4 eine selektive Oberflächenbeschichtung und/oder geometrische Oberflächenstrukturen aufweisen bzw. aufweist.In an additional formation of the contact connection K it can be provided that the contact socket 1 and / or the plug contact 2 and / or the spring element 4th have or have a selective surface coating and / or geometric surface structures.

Insbesondere ist das Federelement 4 selektiv mit Zinn, Silber, Gold, Nickel, etc. beschichtet, wodurch ein Korrosionsverhalten des Federelementes 4 sowie Übergangswiderstände, ein Abnutzungsverhalten aufgrund einer Vielzahl von Steckzyklen sowie eine höhere Stromübertragung verbessert sind.In particular, the spring element 4th selectively coated with tin, silver, gold, nickel, etc., resulting in a corrosion behavior of the spring element 4th as well as contact resistances, wear behavior due to a large number of mating cycles and higher power transmission are improved.

Die Oberflächenstruktur, insbesondere des vergleichsweise dünn ausgebildeten Federelementes 4, dient zur Verbesserung der Übergangswiderstände, des Abnutzungsverhaltens sowie zur Erhöhung der Stromübertragung etc. Hierzu zählt auch eine Ausprägung bestimmter Kontaktpunkte, die als Linienkontakt und/oder Kontaktfläche in Bezug auf die Kontaktfeder ausgeführt sein können.The surface structure, in particular of the comparatively thin spring element 4th , serves to improve the contact resistance, the wear behavior and to increase the power transmission, etc. This also includes the development of certain contact points that can be designed as a line contact and / or contact surface in relation to the contact spring.

Die Kontaktbuchse 1 dient weiterhin als Lager, wobei sich durch einen Stromfluss Kontakte der Kontaktverbindung K erwärmen und sich die Kontakte ausdehnen, wobei diesbezüglich ein Ausgleich geschaffen werden muss. Hierzu ist der Steckkontakt 2 „schwimmend“ in der Kontaktbuchse 1 gelagert und kann entstehende Längentoleranzen ausgleichen.The contact socket 1 also serves as a bearing, whereby the contacts of the Contact connection K heat and the contacts expand, although this must be compensated for. The plug contact is for this purpose 2 "Floating" in the contact socket 1 stored and can compensate for length tolerances.

In Bezug auf die Kontaktbuchse 1 und auch das Federelement 4 kann eine Wicklungsart des Drahtes 3 aus der Formgedächtnislegierung variieren, wobei zudem auch eine Querschnittsform des Drahtes 3 vorgegeben werden kann. Hinsichtlich der Wicklung können die Abstände variieren, wobei der Draht 3 zudem partiell lockerer oder festerer gewickelt sein kann.Regarding the contact socket 1 and also the spring element 4th can be a type of winding of the wire 3 vary from the shape memory alloy, and also a cross-sectional shape of the wire 3 can be specified. With regard to the winding, the distances can vary, with the wire 3 can also be partially loosely or more tightly wound.

Der Draht 3 kann an der Kontaktbuchse 1 und/oder dem Federelement 4 außerhalb einer Fertigungslinie vormontiert werden, so dass alle erforderlichen Eigenschaften eingestellt werden können, wobei danach die Kontaktverbindung K hergestellt wird.The wire 3 can on the contact socket 1 and / or the spring element 4th be preassembled outside of a production line so that all required properties can be set, after which the contact connection K will be produced.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
KontaktbuchseContact socket
22
SteckkontaktPlug contact
33
Drahtwire
44th
FederelementSpring element
FF.
KontaktnormalkraftContact normal force
KK
KontaktverbindungContact connection

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102018119289 A1 [0002]DE 102018119289 A1 [0002]

Claims (3)

Elektrische Kontaktverbindung (K) mit einer Kontaktbuchse (1) und einem Steckkontakt (2), dadurch gekennzeichnet, dass - die Kontaktbuchse (1) zumindest einen Draht (3) aus einer Formgedächtnislegierung umfasst und - der zumindest eine Draht (3) ausgebildet ist, sich bei einer Erwärmung derart zusammenzuziehen, dass eine zwischen der Kontaktbuchse (1) und dem Steckkontakt (2) wirkende Kontaktnormalkraft (F) erhöht ist.Electrical contact connection (K) with a contact socket (1) and a plug contact (2), characterized in that - the contact socket (1) comprises at least one wire (3) made of a shape memory alloy and - the at least one wire (3) is formed, to contract when heated in such a way that a normal contact force (F) acting between the contact socket (1) and the plug contact (2) is increased. Elektrische Kontaktverbindung (K) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktbuchse (1) von dem zumindest einen Draht (3) umwickelt ist.Electrical contact connection (K) according to Claim 1 , characterized in that the contact socket (1) is wrapped around the at least one wire (3). Elektrische Kontaktverbindung (K) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Kontaktbuchse (1) ein Federelement (4) angeordnet ist, welches den zumindest einen Draht (3) umfasst.Electrical contact connection (K) according to Claim 1 or 2 , characterized in that a spring element (4) is arranged in the contact socket (1) which comprises the at least one wire (3).
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP4195420A1 (en) * 2021-12-08 2023-06-14 Stefan cel Mare University of Suceava Socket safety system
DE102022001944A1 (en) 2022-06-03 2023-12-14 BEST!LE Technologies GmbH Device for clamping connectors

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