DE102021124378A1 - overspring - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Überfeder für eine Lamellenkontaktbuchse zur Verstärkung der Kontaktierungskräfte zwischen den Kontaktierungspartnern einer lösbaren elektrisch leitenden Steckverbindung, aufweisend einen sich im Wesentlichen in einer Ebene erstreckenden Basisbereich und wenigstens zwei zur Erstreckungsebene des Basisbereiches ausgestellte Federarme.The invention relates to an overspring for a lamellar contact socket to increase the contacting forces between the contacting partners of a detachable electrically conductive plug connection, having a base area extending essentially in one plane and at least two spring arms projecting towards the extension plane of the base area.
Description
Die Erfindung betrifft eine Überfeder für eine Lamellenkontaktbuchse zur Verstärkung der Kontaktierungskräfte zwischen den Kontaktierungspartnern einer lösbaren elektrisch leitenden Steckverbindung.The invention relates to an overspring for a lamella contact socket to increase the contacting forces between the contacting partners of a detachable electrically conductive plug connection.
Zur Kontaktierung oder Herstellung lösbarer elektrisch leitender Verbindungen werden Steckverbindungen, Kontaktierungselemente, Polverbinder, Steckhülsen usw. in unterschiedlichsten Ausbildungen und Varianten eingesetzt. Insbesondere, aber nicht ausschließlich bei elektrischen Kontaktierungsaufgaben im höheren Leistungsbereich sind Kontaktsysteme entwickelt worden, die auf Rundkontaktgeometrien zur Aufnahme eines Kontaktpins basieren und deren Ausgangsmaterial aus einem flächigen Kontaktgitter besteht, dass mit hyperbolischem Drall in die Rundkontaktgeometrie gebracht wird. Diese als RADSOK bekannt gewordenen Kontaktsysteme zeichnen sich durch robuste und hochdichte Kontaktherstellung infolge der erheblichen Kontaktfläche zum jeweiligen Kontaktpin aus. Alternativ sind anstelle der hyperbolischen Verdrehsituation nach innen gerichtete Lamellengeometrien bekannt, dessen Lamellenkontaktgitter radialsymmetrisch ausgerichtet ist.Plug connections, contacting elements, pole connectors, sockets, etc. are used in a wide variety of configurations and variants to make contact or produce detachable electrically conductive connections. In particular, but not exclusively, for electrical contacting tasks in the higher power range, contact systems have been developed which are based on round contact geometries to accommodate a contact pin and whose starting material consists of a flat contact grid that is brought into the round contact geometry with hyperbolic twist. These contact systems, which have become known as RADSOK, are characterized by robust and high-density contact production as a result of the considerable contact area with the respective contact pin. Alternatively, instead of the hyperbolic twisting situation, inwardly directed lamina geometries are known, the lamina contact grid of which is aligned radially symmetrically.
Diese vorzugsweise als Hochstromkontaktbuchsen verwendeten Kontaktgeometrien sind als Radialkontaktbuchsen, Lamellenkontaktbuchsen oder hyperbolische Kontaktbuchsen bekannt.These contact geometries, which are preferably used as high-current contact sockets, are known as radial contact sockets, lamellar contact sockets or hyperbolic contact sockets.
RADSOK-Kontaktsysteme der vorgenannten Art werden über ihre in der Regel zylindrischen Außenkonturen in Steckverbinderbuchsenhülsen aufgenommen und realisieren die Kontaktierung außenseitig über die Zylinderflächen. Die
Lamellenkontaktbuchsen können in unterschiedlichen geometrischen Variationen zur Anwendung kommen. Bekannt sind u. a. Lamellenkontaktbuchsen, bei welchen die Lamellen an einem oder beiden ihrer Enden in deren Längserstreckung einteilig mit der Lamellenkontaktbuchse ausgebildet sind. Dieser voneinander abweichende geometrische Aufbau der Lamellenkontaktbuchse hat erhebliche Auswirkungen auf die Kontaktfederkraft der Lamellen, welche maßgeblich für die zur Übertragung elektrischer Leistung notwendigen Kontaktierungseigenschaften mit dem Kontaktpartner sind.Laminated contact sockets can be used in different geometric variations. Are known u. a. Laminated contact sockets, in which the lamellae are formed in one piece with the lamellar contact socket at one or both of their ends in their longitudinal extent. This differing geometric structure of the lamellar contact socket has a significant impact on the contact resilience of the lamellae, which is decisive for the contacting properties with the contact partner that are necessary for the transmission of electrical power.
Bei Lamellenbuchsen mit einer endseitigen Buchse sind die Kontaktlamellen an einem ihrer Enden einteilig mit dem Buchsenabschnitt ausgebildet, das gegenüberliegende Kontaktlamellenende ist frei beweglich. In der klassischen Mechanik spricht man bei geometrischen Situationen dieser Art von einer einseitigen Lagerung oder auch einer fliegenden Lagerung. Für die Kontaktlamelle ergibt sich an der Einspannstelle - d. h. an dem Übergangsbereich von Kontaktlamelle zur Buchse - eine maximale Biegebeanspruchung bei Krafteinwirkung radial auf die Kontaktlamelle. Infolge von radial auf die Kontaktlamellen einwirkenden Kräften bzw. Kraftwirkungsrichtungen mit einem radialen Anteil - die üblicherweise den Kontaktkräften entspricht - verformen sich die Kontaktlamellen im elastischen und unerwünschter Weise ggf. plastischen Bereich.In the case of lamellar sockets with a socket at the end, the contact lamellae are formed at one of their ends in one piece with the socket section, the opposite end of the contact lamellae is freely movable. In classical mechanics, one speaks of a one-sided support or a cantilever support in geometric situations of this type. For the contact lamella results at the clamping point - i. H. at the transition area from the contact lamella to the socket - a maximum bending stress when a force acts radially on the contact lamella. As a result of forces acting radially on the contact lamellae or directions of action of force with a radial component—which usually corresponds to the contact forces—the contact lamellae deform in the elastic and possibly plastic range, which is undesirable.
Durch die hohe Verformungsfähigkeit von an einem Ende frei beweglicher Kontaktlamellen genügen relativ kleine Kräfte für deren Verformung in radialer Richtung. Im Umkehrschluss können diese Kontaktlamellen durch elastische Rückstellkräfte auch nur vergleichsweise kleine Kontaktkräfte bzw. Kontaktierungskräfte, d. h. Kräfte oder Kraftkomponenten zwischen den Kontaktierungspartnern, welche durch Kontaktpin, Kontaktbolzen und der Lamellenkontaktbuchse gebildet sind, erzeugen. Dabei kann es auftreten, dass diese Kontaktkräfte für eine zuverlässige Kontaktierung nicht ausreichend sind.Due to the high deformability of contact lamellae, which are freely movable at one end, relatively small forces are sufficient for their deformation in the radial direction. Conversely, these contact lamellae can only be subjected to comparatively small contact forces or contacting forces, i. H. Generate forces or force components between the contacting partners, which are formed by the contact pin, contact bolt and the lamellar contact socket. It can happen that these contact forces are not sufficient for reliable contacting.
Um die Problematik der zu geringen Kontaktierungskräfte und damit der nicht ausreichenden Aneinanderpressung von Oberflächenbereichen der Kontaktierungspartner zu reduzieren, sind verschiedene Lösungsansätze in Bezug auf Lamellenkontaktbuchsen mit einseitig frei beweglichen Kontaktlamellen entwickelt worden. Zur Erhöhung der elastischen Rückstellkräfte der Kontaktlamellen können deren Biegesteifigkeiten durch geometrische Veränderungen gesteigert werden, beispielsweise durch höhere Lamellen-Querschnittsflächen insbesondere im Übergangsbereich der Lamellenkontaktbuchse vom Buchsenabschnitt zur Kontaktlamelle.In order to reduce the problem of too low contacting forces and thus the insufficient pressing together of surface areas of the contacting partners, various approaches have been developed in relation to lamellar contact sockets with contact lamellae that can move freely on one side. In order to increase the elastic restoring forces of the contact lamellae, their flexural rigidity can be increased by geometric changes, for example by means of larger cross-sectional areas of the lamellae, particularly in the transition area of the lamellar contact socket from the socket section to the contact lamella.
In der Regel nicht praktikabel sind Lösungsansätze zur Kontaktierungs- bzw. Kontaktkrafterhöhung durch die Verwendung hochfester und damit steifer Werkstoffe, da diese in der Regel nicht über ausreichend gute elektrisch leitende Eigenschaften verfügen, welche für die Kontaktierungsaufgabe erforderlich sind. Ideal dafür sind Kupferwerkstoffe, die jedoch nur geringe Steifigkeitseigenschaften und vor allem eleatische Verformungsfähigkeiten aufweisen. Insbesondere bei Hochstromkontakten können nur noch Kupferwerkstoffe eingesetzt werden, da andernfalls die elektrischen Widerstandseigenschaften oberhalb sinnvoller Grenzwerte liegen und Temperaturerhöhungen bis hin zur Überhitzung der Lamellenkontaktbuchse bewirken.As a rule, approaches to increasing contact or contact force by using high-strength and therefore stiff materials are not practicable, since these usually do not have sufficiently good electrically conductive properties, which are required for the contacting task. Copper materials are ideal for this, but they only have low rigidity properties and, above all, eleatic deformability. In the case of high-current contacts in particular, only copper materials can be used, since otherwise the electrical resistance properties will be above sensible limit values and cause temperature increases up to and including overheating of the lamellar contact socket.
Ein anderer Lösungsansatz zur Steigerung der Kontaktierungskräfte wird durch die Verwendung einer Überfeder verfolgt. Die Überfeder ist ein zusätzliches Element, das federelastische Eigenschaften in radialer Richtung aufweist und mit den Kontaktlamellen der Lamellenkontaktbuchse zusammenwirkt. Dazu wird eine Überfeder vorzugsweise an den frei beweglichen Enden der Kontaktlamellen außenseitig positioniert, sodass die summarischen Rückstellkräfte von Überfeder und Kontaktlamellen gemeinsam die Kontaktierungskraft bilden. Anders ausgedrückt werden die Rückstellkräfte der Lamellenkontakte durch die Rückstellkräfte der Überfeder verstärkt, sodass sich gesteigerte Kontaktierungskräfte ergeben.Another approach to increasing the contacting forces is to use an overspring. The overspring is an additional element that has spring-elastic properties in the radial direction and interacts with the contact lamellae of the lamellar contact socket. For this purpose, an overspring is preferably positioned on the outside of the freely movable ends of the contact lamellae, so that the total restoring forces of the overspring and contact lamellae together form the contacting force. In other words, the restoring forces of the lamellar contacts are reinforced by the restoring forces of the over-spring, resulting in increased contacting forces.
Bekannt ist eine geometrische Lösung der Überfeder durch eine Schraubenfeder. Ähnlich einer Gewindegeometrie (daher die Namensgebung) ist ein Federdraht wendelförmig gebogen, sodass radial auf die Schraubenfeder wirkende Kräfte eine elastische Durchmesseraufweitung durch Spreizung bewirken, für die erheblich hohe Kräfte erforderlich sind mit der Folge federelastisch hoher Rückstellkräfte.A geometric solution of the overspring by a helical spring is known. Similar to a thread geometry (hence the name), a spring wire is helically bent so that forces acting radially on the helical spring cause an elastic diameter expansion through expansion, for which considerably high forces are required with the result of elastically high restoring forces.
Nachteilig an dieser geometrischen Lösung ist, dass die Herstellung der schraubenartigen Überfeder aufwändig ist und für eine Massenproduktion nicht oder nur bedingt geeignet ist. Weiterhin ist nachteilig, dass die Montage einer solchen Überfeder in Schraubenform nur durch Aufspreizen erfolgen kann, für die ein geeignetes Montagewerkzeug benötigt wird, das die hohen Aufspreizkräfte in die Schraubenfeder einleitet. Auch kann es notwendig sein, dass außenseitig an den Kontaktlamellen und/oder innenseitig der schraubenförmigen Überfeder eine Einführschräge oder Einfädelschräge angearbeitet wird, welche den Herstellungsaufwand zusätzlich erhöht.A disadvantage of this geometric solution is that the production of the helical overspring is complex and is not or only partially suitable for mass production. Furthermore, it is disadvantageous that such a helical overspring can only be assembled by spreading it open, for which a suitable assembly tool is required, which introduces the high spreading forces into the helical spring. It may also be necessary for an insertion bevel or threading bevel to be worked on on the outside of the contact lamellae and/or on the inside of the helical overspring, which additionally increases the manufacturing effort.
Aufgabe der Erfindung ist es, Überfedern für Lamellenkontaktbuchsen mit einseitig frei beweglichen Kontaktlamellen weiterzuentwickeln und die bestehenden Nachteile wenigstens teilweise zu reduzieren.The object of the invention is to further develop oversprings for lamellar contact sockets with contact lamellae that can move freely on one side and to at least partially reduce the existing disadvantages.
Zur Aufgabenlösung schlägt die Erfindung eine Überfeder vor, dessen Ausgangsbasis, d. h. Ausgangsmaterial bzw. Halbzeug eine Stanzplatine ist. Dabei handelt es sich um ein Flachmaterial, das beispielsweise durch einen sehr einfachen und für Massenstückzahlen gut geeigneten Stanzprozess aus einer größeren Flachmaterialeinheit separiert wird und entsprechend der späteren Geometrie eine definierte Kontur aufweist. Die Kontur ist derart gestaltet, dass Federarme durch Ausstellen gebildet werden.To solve the problem, the invention proposes an overspring whose starting point, d. H. The starting material or semi-finished product is a punched blank. This is a flat material that is separated from a larger flat material unit, for example by a very simple stamping process that is well suited for large quantities, and has a defined contour corresponding to the subsequent geometry. The contour is designed in such a way that spring arms are formed by exhibiting them.
Somit besteht die erfindungsgemäße Lösung in einer Überfeder, die durch ein Flachmaterial mit ausgestellten Federarmen gebildet ist. Vorzugsweise wird das Flachmaterial durch einen Stanzprozess geometrisch konfektioniert und hat eine runde Außenkontur.Thus, the solution according to the invention consists in an overspring, which is formed by a flat material with flared spring arms. The flat material is preferably fabricated geometrically by a stamping process and has a round outer contour.
Da die Überfeder die Funktion der Leitung von elektrischer Energie nicht realisieren muss, ist es möglich, auf Werkstoffe zurückzugreifen, welche besonders hohe mechanische Festigkeiten aufweisen, hohe elastische Rückstellkräfte ermöglichen und für Stanzprozesse geeignet sind.Since the overspring does not have to carry out the function of conducting electrical energy, it is possible to use materials which have particularly high mechanical strength, enable high elastic restoring forces and are suitable for stamping processes.
Die erfindungsgemäße Überfeder ist hinsichtlich Dimension und geometrischer Form auf die Abmessungen und Ausbildung der Lamellenkontaktbuchse und deren Kontaktlamellen abgestimmt, sodass die Überfeder außenseitig auf die Lamellenkontaktbuchse aufgeschoben werden kann. Dies kann in sehr einfacher und rationell montierbarer Weise dadurch erfolgen, dass für den Montageprozess lediglich die Federarme elastisch verformt werden müssen. Dies wird durch deren radiale Auslenkung beim Aufschieben auf die Lamellenkontaktbuchse bewerkstelligt. Das bedeutet, dass für die Montage der erfindungsgemäßen Überfeder kein Spreizwerkzeug, wie es für Überfedern mit Schraubenfederform erforderlich ist, benötigt wird, sondern die axiale Kraft zum Aufschieben der erfindungsgemäßen Überfeder genutzt wird, um die Federarme elastisch radial auszulenken.In terms of dimension and geometric shape, the overspring according to the invention is matched to the dimensions and design of the lamellar contact socket and its contact lamellae, so that the overspring can be pushed onto the outside of the lamellar contact socket. This can be done in a very simple and efficient manner that can be assembled in that only the spring arms have to be elastically deformed for the assembly process. This is accomplished by their radial deflection when pushed onto the lamellar contact socket. This means that for the installation of the overspring according to the invention no spreading tool is required, as is required for oversprings with a helical spring shape, but the axial force is used to push on the overspring according to the invention in order to elastically deflect the spring arms radially.
Ein weiterer Vorteil des vorzugsweise eingesetzten Stanzprozesses zur Herstellung der erfindungsgemäßen Überfeder besteht darin, dass die Einführschräge für eine erleichterte Montage durch den Stanzprozess praktisch automatisch angearbeitet ist.Another advantage of the stamping process that is preferably used to produce the overspring according to the invention is that the insertion bevel is practically automatically machined by the stamping process for easier assembly.
Besonders vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Überfeder bei der Kontaktierung von elektrischen Leistungen im höheren Bereich, beispielsweise bei Hochstromladesteckern für elektrisch angetriebene Personenkraftwagen mit zu kontaktierenden Ladeleistungen über 100 kW. Dadurch, dass die Kontaktlamellen der Lamellenkontaktbuchse weniger auf die Funktion der Kontaktierungskraft durch elastische Rückstellkraft-Werkstoffeigenschaften hin ausgelegt werden müssen, kann die Optimierung der möglichst widerstandsarmen Übertragung elektrischer Leistungen im Vordergrund stehen. Dadurch ist es möglich, Werkstoffe mit hohem Kupferanteil zu verwenden, deren mechanische Eigenschaften unter den für die Kontaktierungskräfte erforderlichen Niveaus liegen, jedoch hervorragende elektrische Leiter sind.The overspring according to the invention is particularly advantageous when contacting electrical power in the higher range, for example in the case of high-current charging plugs for electrically driven passenger cars with charging powers over 100 kW to be contacted. Since the contact lamellae of the lamellar contact socket do not have to be designed so much for the function of the contacting force due to elastic restoring force material properties, the focus can be on optimizing the transmission of electrical power with as little resistance as possible. This makes it possible to use materials with a high copper content, whose mechanical properties are below the levels required for the contacting forces, but are excellent electrical conductors.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines exemplarischen Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
-
1 eine perspektivische und eine Vorderansicht auf eine Lamellenkontaktbuchse mit einer Schraubenüberfeder gemäß dem Stand der Technik; -
2 eine Draufsicht auf das vorkonfektionierte Halbzeug in Form einer Stanzplatine separiert aus einem Flachmaterial; -
3 die Draufsicht und die Seitenansicht auf die erfindungsgemäße Überfeder; -
4 die perspektivische Ansicht auf die erfindungsgemäße Überfeder; -
5 eine perspektivische und eine Vorderansicht auf eine Lamellenkontaktbuchse mit erfindungsgemäßer Überfeder.
-
1 a perspective and a front view of a laminated contact socket with a helical spring according to the prior art; -
2 a plan view of the prefabricated semi-finished product in the form of a punched blank separated from a flat material; -
3 the top view and the side view of the overspring according to the invention; -
4 the perspective view of the overspring according to the invention; -
5 a perspective and a front view of a laminated contact socket with an overspring according to the invention.
Die hier gezeigte Kontur der Federarme 2 ist in ihren Längserstreckungen dreieckförmig, deren Federarmbreite nimmt zum freien Ende hin ab. Auf diese Weise lässt sich die federelastische Eigenschaft beeinflussen und die Biegespannung innerhalb des Federarms 2 vergleichmäßigen, dadurch, dass dessen Zunahme mit gegenüber der Spitze eines Federarms größer werdenden Abstandes von einer größer werdenden Federarmbreite aufgenommen wird.The contour of the
Der Querschnitt der Federarme 2 kann optional - und in der rechten Darstellung von
Somit betrifft die Erfindung insbesondere auch eine Überfeder, angeordnet an einer Lamellenkontaktbuchse 10, bei der die Lamellenkontaktbuchse 10 zumindest ein Steckpartner der Steckverbindung ist, wobei die Lamellenkontaktbuchse 10 eine Mehrzahl sich in Steckrichtung erstreckender, einen Aufnahmeraum für einen Gegenstecker ausbildende Kontaktlamellen 11 aufweist, wobei die Überfeder an oder benachbart zum steckseitigen Ende der Kontaktlamellen 11, diese vorzugsweise außen umgreifend angeordnet ist.The invention therefore also relates in particular to an overspring, arranged on a
Bezugszeichenlistereference list
- 11
- Überfederoverspring
- 22
- Federarmespring arms
- 33
- Basisbereichbase area
- 44
- Aussparung recess
- 1010
- LamellenkontaktbuchseLaminated contact socket
- 1111
- Kontaktlamellecontact lamella
- 1212
- BundFederation
- 1313
- Absatz Unit volume
- 2020
- Stanzplatine stamping board
- SÜSW
- Schraubenüberfedercoil spring
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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