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Die Erfindung geht aus von einem Kontaktelement zum elektrischen Kontaktieren mit einem Gegenkontaktelement, umfassend eine Mehrzahl von Kontaktlamellen, die um eine Stecköffnung, in die ein Gegenkontaktelement entlang einer Steckrichtung einsteckbar ist, angeordnet sind und mit einem Federelement, das die Kontaktlamellen zur Bereitstellung einer elastischen Spannkraft an den Kontaktlamellen umgreift, wobei das Federelement in einer Haltekontur angeordnet ist.
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Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Kontaktelementes zum elektrischen Kontaktieren mit einem Gegenkontaktelement, umfassend eine Mehrzahl von Kontaktlamellen, die um eine Stecköffnung, in die ein Gegenkontaktelement entlang einer Steckrichtung einsteckbar ist, angeordnet sind und mit einem Federelement, das die Kontaktlamellen zur Bereitstellung einer elastischen Spannkraft an den Kontaktlamellen umgreift, wobei das Federelement in einer Haltekontur angeordnet ist.
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Kontaktelemente mit Kontaktbuchsen, die mittels einer Mehrzahl von kreisförmig angeordneten Kontaktlamellen gebildet sind, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Zum Herstellen eines elektrischen Kontakts kann ein Gegenkontaktelement mit einem Kontaktstift in die Stecköffnung der Kontaktbuchse eingesteckt werden, sodass der Kontaktstift mit den Kontaktlamellen elektrisch kontaktiert und ein elektrischer Strom übertragen werden kann.
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Um an den Kontaktlamellen eine hinreichende Kontaktkraft bereitzustellen, ist an den Kontaktlamellen ein Federelement angeordnet, das auch als Überfeder bezeichnet wird und das die Kontaktlamellen außenseitig derart umgreift, dass die Kontaktlamellen radial nach innen elastisch vorgespannt sind.
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Bei aus dem Stand der Technik bekannten Anordnungen weisen die Kontaktlamellen zur Fixierung der Lage der Überfeder eine umlaufende Nut auf, wobei die Überfeder in der Nut angeordnet ist.
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Üblicherweise wird eine solche Nut mittels Prägen in die Kontaktlamellen eingebracht. Im Detail wird die Kontaktlamelle zwischen zwei im Stanzwerk gegenüber angeordneten Prägestempeln mit hoher Kraft beaufschlagt, sodass sich die auf den Kontaktflächen der Prägestempel eingebrachte Gravur auf der Oberfläche der Kontaktlamelle abbildet. Dieses Verfahren weist den Nachteil auf, dass die erreichbare Prägetiefe relativ gering ist. Eine geringe Prägetiefe bringt die Gefahr des Abstreifens des Federelementes mit sich. Zudem sind aufgrund des relativ großen zu verdrängenden Materialvolumens hohe Prägekräfte notwendig. Ebenso unterliegt das Prägen unter den genannten Umständen hohen Maßschwankungen. Ein weiterer Nachteil ist, dass bei üblichen Abmessungen die Materialdicke im Bereich der Nut derart dünn ist, dass die Kontaktlamelle im Bereich der Nut eine Schwachstelle ausbildet.
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Ein Kontaktelement, wobei die Überfeder einer aus einer Mehrzahl von Kontaktlamellen gebildeten Steckbuchse in einer Nut angeordnet ist, ist beispielweise aus den Dokumenten
DE 10 2018 125 843 A1 und
DE 20 2016 106 663 U1 bekannt.
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Ausgehend von dem dargelegten Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kontaktelement anzugeben, das einen besonders sicheren elektrischen Kontakt gewährleistet. Darüber hinaus ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Kontaktelementes anzugeben.
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Gemäß einer ersten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die zuvor genannte Aufgabe durch ein eingangs beschriebenes Kontaktelement im Wesentlichen dadurch gelöst, dass die Haltekontur wenigstens drei Halteelemente aufweist, wobei die Halteelemente auf der Oberfläche der Kontaktlamellen angeordnet sind, wobei die Haltelemente in Bezug auf die Oberfläche der Kontaktlamellen zumindest teilweise erhaben sind und dass wenigstens ein Halteelement in Steckrichtung des Gegenkontaktelementes vor dem Federelement angeordnet ist und wobei wenigstens ein Halteelement in Steckrichtung des Gegenkontaktelementes hinter dem Federelement angeordnet ist.
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Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Halteelemente weist den Vorteil auf, dass die Halteelemente lediglich auf der außenseitigen Oberfläche der Kontaktlamellen eingebracht und angeordnet sind, wobei die Innenseite der Kontaktlamellen, die die Kontaktflächen zur Herstellung des elektrischen Kontakts mit einem Kontaktgegenelement aufweisen, im Wesentlichen unbeeinflusst bleibt. Insbesondere weist die Innenseite keine, den elektrischen Kontakt mit einem Gegenkontaktelement störende Deformationen auf.
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Insbesondere wenn das Federelement über der Kontaktfläche zur Herstellung des elektrischen Kontakts angeordnet ist, kann ein besonders sicherer elektrischer Kontakt bereitgestellt werden. Mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Halteelemente kann damit eine Haltekontur in die Kontaktlamellen eingebracht werden, ohne die innenliegende Kontaktfläche zu reduzieren.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weisen die Halteelemente jeweils wenigstens eine Kontaktfläche auf, wobei die Kontaktflächen den Sitz des Federelementes begrenzen, wobei wenigstens eine Kontaktfläche den Sitz des Federelementes in Steckrichtung des Gegenkontaktelementes begrenzt und wobei wenigstens eine Kontaktfläche den Sitz des Federelementes entgegen der Steckrichtung des Gegenkontaktelementes begrenzt.
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Diese Ausgestaltung weist den Vorteil auf, dass jedes einzelne Halteelement den Sitz des Federelementes in eine Richtung begrenzt. Eine zuverlässige Positionierung kann also bereits dadurch erreicht werden, dass der Sitz des Federelementes lokal in Steckrichtung des Gegenkontaktelementes und lokal entgegen der Steckrichtung des Gegenkontaktelementes begrenzt wird.
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Ist das Federelement als gewundener Federdraht ausgebildet, so weist besonders bevorzugt wenigstens ein Halteelement eine Höhe auf, die größer ist als der halbe Durchmesser des Federdrahtes des Federelementes. Unter der Höhe des Halteelementes wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung der Abstand von der Oberfläche der Kontaktlamelle bis zur Oberkante des Halteelementes verstanden. Gemäß einer Ausgestaltung ist nur die Höhe von einem einzigen Halteelement größer als der halbe Durchmesser des Federelementes. Alternativ ist die Höhe von wenigstens einem Halteelement, das in Steckrichtung des Gegenkontaktelementes vor dem Sitz des Federelementes angeordnet ist, und von wenigstens einem Halteelement, das in Steckrichtung des Gegenkontaktelementes hinter dem Sitz des Federelementes angeordnet ist, größer als der halbe Durchmesser des Federelementes. Zudem kann auch die Höhe von sämtlichen Halteelementen größer sein als der halbe Durchmesser des Federelementes.
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Besonders bevorzugt ist wenigstens eine Kontaktfläche der Halteelemente senkrecht zur Oberfläche der zugehörigen Kontaktlamellen orientiert und/oder wenigstens eine Kontaktfläche der Halteelemente schließt einen spitzen Winkel mit der Oberfläche der zugehörigen Kontaktlamelle ein. Insbesondere die letztgenannte Orientierung der Kontaktfläche gewährleistet eine zuverlässige Positionierung des Federelementes und verhindert ein Abstreifen des Federelementes. Ist das Federelement in dem Hinterschnitt, der durch den spitzen Winkel gebildet, angeordnet, so wird das Federelement nicht nur seitlich, sondern auch in Richtung der zugehörigen Kontaktlamelle fixiert.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung sind die Halteelemente mittels eines Schubumformverfahrens in die Oberfläche der Kontaktlamellen eingebracht. Im Detail dringt dazu ein Umformstempel schräg in die Oberfläche einer Kontaktlamelle ein, sodass durch ein Verschieben des Materials auf der Oberfläche der Kontaktlamelle ein erhabenes Halteelement entsteht. Dieses Verfahren weist den Vorteil auf, dass lediglich die außenseitige Oberfläche der Kontaktlamelle deformiert wird und die innere Oberfläche der Kontaktlamelle unbeeinflusst bleibt. Zudem kann mit geringen Umformkräften ein großes Verhältnis zwischen der erreichbaren Ausformung und der Dicke der Kontaktlamelle erreicht werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Kontaktelementes ist die Schubrichtung während des Schubumformverfahrens für die wenigstens drei Halteelemente jeweils in oder entgegen der Steckrichtung des Gegenkontaktelementes orientiert. Dies hat den Vorteil, dass die Kontaktflächen der Haltelemente im Wesentlichen senkrecht zur Steckrichtung ausgerichtet sind, sodass das Federelement zuverlässig in der sich dadurch ergebenden Haltekontur fixiert und damit eine Vorspannung der Kontaktlamellen zur Herstellung eines sicheren elektrischen Kontakts gewährleistet werden kann.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Orientierung der Schubrichtung während der Herstellung von wenigstens zwei Halteelementen entgegengesetzt ist, sodass die wenigstens drei Halteelemente das Federelement von zwei Seiten formschlüssig fixieren. Die Kontaktflächen von wenigstens zwei Haltelementen sind gemäß dieser Ausgestaltung auf einander gegenüberliegenden Seiten des Federelementes angeordnet.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung sind die einzelnen Halteelemente auf unterschiedlichen Kontaktlamellen angeordnet. Alternativ ist es ebenfalls denkbar, dass auf einer Kontaktlamelle zwei Halteelemente angeordnet sind, die beispielsweise mittels eines Schubumformverfahrens in die Oberfläche der Kontaktlamelle eingebracht sind. Beispielsweise können zwei Halteelemente in die Oberfläche einer Kontaktlamelle eingebracht sein, deren Kontaktflächen das Federelement von zwei Seiten formschlüssig fixieren.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn die wenigstens drei Halteelemente derart auf den Kontaktlamellen angeordnet sind, dass sie in Bezug auf die kreisförmige Stecköffnung im Wesentlichen gleiche umlaufende Abstände zueinander aufweisen. Bereits mit einer Anzahl von drei Haltelementen, die ausgehend vom Mittelpunkt der kreisförmigen Stecköffnung in Winkeln von ca. 120° zueinander angeordnet sind, kann eine zuverlässige Positionierung bzw. Fixierung des Federelementes erreicht werden. Darüber hinaus können auch vier Halteelemente in einem Winkel von ca. 90° zueinander angeordnet sein. Entsprechend der zuvor beschriebenen Ausgestaltung können auch fünf, sechs, usw. Halteelemente gleichmäßig verteilt entlang des Umfangs der Stecköffnung angeordnet sein.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist auf jeder Kontaktlamelle ein Halteelement angeordnet. Besonders bevorzugt sind dabei die auf benachbarten Kontaktlamellen angeordneten Halteelemente abwechselnd in Steckrichtung des Gegenkontaktelementes vor und hinter dem Sitz des Federelementes angeordnet. So kann eine führende Haltekontur für das Federelement entlang des Umfangs gewährleistet werden. Ist die Anzahl der Kontaktlamellen gerade, dann ist eine Anordnung vorteilhaft, bei die Ausrichtung der Kontaktflächen der Halteelemente in Umfangsrichtung bei aufeinanderfolgenden Kontaktlamellen einander entgegengesetzt ist. Ist die Anzahl der Kontaktlamellen ungerade, so ist es ebenfalls bevorzugt, wenn die Ausrichtung der Kontaktflächen der Halteelemente in Umfangsrichtung bei aufeinanderfolgenden Kontaktlamellen einander entgegengesetzt ist, wobei jedoch zwei aufeinander folgende Haltelemente die gleiche Ausrichtung der Kontaktflächen der Haltelemente aufweisen.
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Darüber hinaus ist es ebenfalls vorteilhaft, wenn zwei aufeinanderfolgende Halteelemente in Steckrichtung vor dem Sitz des Federelementes angeordnet sind und die darauffolgenden zwei Halteelemente in Steckrichtung hinter dem Sitz des Federelementes.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung sind die wenigstens drei Halteelemente als Rastnasen ausgebildet.
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Die Halteelemente, insbesondere die Kontaktflächen der Halteelemente, weisen beispielsweise zumindest teilweise eine runde und/oder zumindest teilweise eine polygone Form auf. Eine runde Form wird während eines Schubumformverfahrens dadurch erzeugt, dass der Umformstempel, der zur Herstellung der Halteelemente schräg in die Oberfläche der Kontaktlamelle eindringt, einen runden Querschnitt aufweist. Eine runde Ausgestaltung weist insbesondere den Vorteil auf, dass eine gratfreie Ausformung erzeugt werden kann. Eine polygone Form wird während eines Schubumformverfahrens dadurch erreicht, dass der Umformstempel eine polygone Querschnittsfläche aufweist. Beispielsweise kann der Umformstempel eine rechteckige Querschnittsfläche aufweisen.
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Gemäß einer zweiten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die oben genannte Aufgabe durch ein eingangs beschriebenes Verfahren dadurch gelöst, dass zunächst die Mehrzahl von Kontaktlamellen mittels Stanzen hergestellt wird,
dass mittels eines Schubumformverfahrens die Haltelemente, die die Haltekontur bilden, in die Kontaktlamellen eingebracht werden,
dass anschließend die Mehrzahl der Kontaktlamellen derart gebogen werden, dass sie eine kreisförmige Stecköffnung zur Aufnahme eines Gegenkontaktelementes bilden und
dass schließlich das Federelement in der Haltekontur der Kontaktlamellen positioniert wird.
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Das mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte Kontaktelement weist vorzugsweise eine der oben beschriebenen Ausgestaltungen auf.
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Besonders bevorzugt dringt während des Schubumformverfahrens ein Umformstempel in die Oberfläche der jeweiligen Kontaktlamelle schräg, also in einem Winkel zwischen 0° und 90°, vorzugsweise zwischen 10° und 80°, besonders bevorzugt von ca. 20°, in die Oberfläche der Kontaktlamelle ein, sodass durch Verschieben von Material an der Oberfläche der Kontaktlamelle eine Ausformung entsteht.
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Gemäß einer nächsten vorteilhaften Ausgestaltung weist der Umformstempel einen runden Querschnitt oder einen polygonen Querschnitt auf.
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Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeit das erfindungsgemäße Kontaktelement und das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Kontaktelementes auszugestalten und weiterzubilden. Hierzu wird verwiesen auf die den unabhängigen Patentansprüchen nachgeordneten Patentansprüche sowie auf die nachfolgenden Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen
- 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kontaktelements,
- 2 ein Ausführungsbeispiel von zwei Kontaktlamellen mit Halteelementen,
- 3 ein Ausführungsbeispiel einer Kontaktlamelle mit Halteelement,
- 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Kontaktlamelle mit Halteelement,
- 5 ein Ausführungsbeispiel einer Kontaktlamelle mit Halteelement im Querschnitt,
- 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Kontaktlamelle mit Halteelement im Querschnitt,
- 7 ein Ausführungsbeispiel eines Kontaktelementes,
- 8 ein Ausführungsbeispiel eines Werkzeugs zur Herstellung eines Haltelementes auf einer Kontaktlamelle und
- 9 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Kontaktelementes 1 mit sechs Kontaktlamellen 2, die derart kreisförmig angeordnet sind, dass sie eine Stecköffnung 3 bilden, in die ein Gegenkontaktelement entlang einer Steckrichtung eingesteckt werden kann.
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Zur Bereitstellung einer Spannkraft an den Kontaktlamellen 2 ist ein Federelement 4 vorhanden, das die Kontaktlamellen 2 gegenüberliegend der Kontaktfläche zur Herstellung eines elektrischen Kontakts umgreift, wobei das Federelement in einer Haltekontur 5 angeordnet ist. Die Haltekontur 5 verhindert ein Verrutschen des Federelementes 4.
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Zur Bildung der Haltekontur 5 weist jede Kontaktlamelle 2 ein Halteelement 6 auf, das mittels eines Schubumformverfahrens in die Kontaktlamelle 2 eingebracht ist. Die Halteelemente 6 sind derart ausgebildet, dass sie senkrecht zur Oberfläche der Kontaktlamelle 2 ausgerichtete Kontaktflächen 7 aufweisen. Die Kontaktflächen 7 begrenzen den Sitz des Federelementes 4 sowohl in Steckrichtung des Gegenkontaktelementes als auch entgegen der Steckrichtung des Federelementes. Die Schubrichtung zur Herstellung der Halteelemente 6 auf den Kontaktlamellen 2, und damit die Ausrichtung der Kontaktflächen 7 ist bei aufeinanderfolgenden Kontaktlamellen 2 entgegengesetzt, sodass das Federelement durch die Kontaktflächen 7 von zwei Seiten formschlüssig positioniert wird.
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Das dargestellte Ausführungsbeispiel des Kontaktelementes 1 weist den Vorteil auf, dass das Federelement 4 sicher auf den Kontaktlamellen 2 positioniert werden kann, wobei aufgrund der Ausformung der Halteelemente 6 mittels eines Schubumformverfahrens eine Schwachstelle der Kontaktlamellen vermieden werden kann. Im Ergebnis kann damit eine besonders sichere elektrische Verbindung mit einem Gegenkontaktelement bereitgestellt werden.
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2 zeigt ein Ausführungsbeispiel zweier Kontaktlamellen 2, die im Betrieb aufeinanderfolgend angeordnet sind. Beide Kontaktlamellen 2 weisen ein Haltelement 6 auf, dass mittels eines Schubumformverfahrens in die Kontaktlamellen 2 eingebracht ist. Die Schubrichtung 16 zur Erzeugung der Halteelemente 6 ist dabei derart entgegengesetzt, dass die durch die Materialverschiebung erzeugten Kontaktflächen 7 ebenfalls entgegengesetzt orientiert sind, sodass sie insgesamt eine Haltekontur 5 bilden, durch die das Federelement 4 von zwei Seiten positioniert und fixiert werden kann.
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3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Kontaktlamelle 2 mit einem Haltelement 6, das mittels eines Schubumformverfahrens in die Kontaktlamelle 2 eingebracht ist. Im Detail verschiebt hierzu ein Umformstempel Material schräg zur Oberfläche der Kontaktlamelle 2, wodurch die erhabene Kontaktfläche 7 entsteht. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Umformformstempel und damit auch die Kontaktfläche 7, eine rechteckige Querschnittsform auf.
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In 4 ist ebenfalls eine Kontaktlamelle 2 mit einem Halteelement 6 dargestellt, wobei im Unterschied zu dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel der Umformstempel eine runde Querschnittsform aufweist, sodass die durch die Schubumformung entstehende Kontaktfläche 7 ebenfalls kreisförmig ausgebildet ist.
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5 zeigt die Oberfläche einer Kontaktlamelle 2 mit einem Haltelement 6 im Querschnitt. Die Kontaktfläche 7 des Halteelementes 6 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche der Kontaktlamelle 2 ausgerichtet.
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In 6 ist ebenfalls die Oberfläche einer Kontaktlamelle 2 mit einem Haltelement 6 im Querschnitt dargestellt, wobei die Kontaktfläche 7 des Halteelementes einen spitzen Winkel α mit der Oberfläche der Kontaktlamelle 2 einschließt. Die Fixierung eines Federelementes 4 durch die dargestellte schräge Kontaktfläche 7 ist besonders sicher.
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Ein Rundsteckverbinder 8 mit einem erfindungsgemäßen Kontaktelement 1, wobei auf den Kontaktlamellen 2 außenseitig ein Federelement 4 zur Bereitstellung einer elastischen Vorspannung angeordnet ist, ist in 7 dargestellt.
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8 zeigt ein Schubumformwerkzeug 9 zur Herstellung eines Halteelementes 6 in der Oberfläche einer Kontaktlamelle 2. Im Detail dringt zur Herstellung eines Halteleementes 6 ein Umformstempel 10 schräg, beispielsweise in einem Winkel von ca. 20°, in die Oberfläche einer Kontaktlamelle 2 ein, sodass der Umformstempel 10 Material der Oberfläche derart verschiebt, dass ein erhabenes Halteelement 6 mit einer Kontaktfläche 7 entsteht. Das Material der Oberfläche der Kontaktlamelle 2 kann durch den Umformstempel 10, wie dargestellt, frei ausgeformt werden. Alternativ kann das Material auch in eine Kavität geschoben werden, womit gewährleistet ist, dass die einzelnen Halteelemente 6 möglichst wenig Abweichung in ihrer Form aufweisen. Dieses Verfahren weist den Vorteil auf, dass die gegenüberliegende Seite der Kontaktlamelle 2, die die Kontaktfläche zur Herstellung eines elektrischen Kontakts mit einem Gegenkontakt aufweist, nicht beeinflusst wird.
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9 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäße Verfahrens zur Herstellung eines Kontaktelementes, wobei das hergestellte Kontaktelement 2 gemäß dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ausgebildet ist.
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In einem ersten Schritt wird die Mehrzahl Kontaktlamellen 2 mittels Stanzen 12 aus einem Blech ausgeformt.
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Anschließend werden die Halteelemente 6 mittels eines Schubumformverfahrens 13 in die Kontaktlamellen 2 eingebracht.
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Anschließend wird die Mehrzahl der Lamellen derart gebogen 14, dass sie eine kreisförmige Stecköffnung zur Aufnahme eines Gegenkontaktelementes bilden.
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Schließlich wird das Federelement 4 in die Haltekontur 5 der Kontaktlamellen 2 positioniert.
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Das dargestellte Verfahren weist den Vorteil auf, dass in die Kontaktlamellen eine Halteelement eingebracht werden kann, dass derart ausgebildet ist, das es das Federelement zuverlässig fixiert, wobei weiterhin gewährleistet werden kann, dass die innenliegenden Kontaktflächen der Kontaktlamellen nicht beeinflusst werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kontaktelement
- 2
- Kontaktlamelle
- 3
- Stecköffnung
- 4
- Federelement
- 5
- Haltekontur
- 6
- Halteelement
- 7
- Kontaktfläche
- 8
- Rundsteckverbinder
- 9
- Schubumformwerkzeug
- 10
- Umformstempel
- 11
- Verfahren zur Herstellung eines Kontaktelementes
- 12
- Stanzen
- 13
- Schubumformen
- 14
- Biegen
- 15
- Positionierung des Federelementes
- 16
- Schubrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018125843 A1 [0007]
- DE 202016106663 U1 [0007]
