DE102022122992A1

DE102022122992A1 - Elektrisches Kontaktelement sowie Industriesteckeranordnung damit

Info

Publication number: DE102022122992A1
Application number: DE102022122992.0A
Authority: DE
Inventors: Till Riechmann; Christian Cording
Original assignee: Harting AG
Current assignee: Harting AG
Priority date: 2022-09-09
Filing date: 2022-09-09
Publication date: 2024-03-14
Also published as: WO2024052153A1

Abstract

Ein elektrisches Kontaktelement für den Einsatz in einem Industriesteckverbinder weist zumindest einen ersten Bereich und einen daran angrenzenden zweiten Bereich auf, wobei der erste Bereich und der zweite Bereich einen Elementkörper aufweisen, wobei der zweite Bereich eine Fixiereinrichtung zur Fixierung des elektrischen Kontaktelements in einer Öffnung einer Leiterplatte aufweist. Darüber hinaus weist eine Industriesteckeranordnung wenigstens ein derartiges Kontaktelement auf.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Kontaktelement für den Einsatz in einem Industriesteckverbinder, wobei das Kontaktelement zumindest einen ersten Bereich und einen daran angrenzenden zweiten Bereich aufweist sowie eine Industriesteckeranordnung mit einem derartigen Kontaktelement.
Stand der Technik
Kontaktelemente werden zur Übertragung elektrischer Ströme oder elektrischer Leistung mit einem passenden Gegenkontaktelement kontaktiert. Solche Kontaktelemente werden beispielsweise in Steckverbindern eingesetzt. Derartige Steckverbinder und Gegensteckverbinder werden verwendet, um eine elektrische und mechanische Verbindung zwischen zwei elektrischen Leitungen oder einer elektrischen Leitung und einem Gerät, insbesondere im industriellen Umfeld, herzustellen. Die Kontaktelemente können beispielsweise auch mittels Kabeln mit Leiterbahnen von Leiterplatten verbunden werden.
Eine Verbindung der Kontaktelemente mit Leiterbahnen soll insbesondere zuverlässig sein. Darüber hinaus ist es beispielsweise für die Übertragung hoher Ströme zweckmäßig, wenn die Verbindung zu der Leiterplatte einen geringen Widerstand aufweist. Dadurch werden Leistungsverluste und übermäßige Erwärmung vermieden.
Gerade die Konfektion und elektrische Verbindung von Kabeln ist zeitaufwändig und fehleranfällig. Die verwendeten Kabel weisen oft einen erhöhten Platzbedarf auf.
Feste Verbindungen der Kontaktelemente bewirken oft, dass die elektrischen Kontaktelemente eines Industriesteckers außerhalb eines Toleranzbereiches eines Industriesteckergehäuses angeordnet sind. Ist dies der Fall, dann müssen die Kontaktelemente nachgearbeitet und beispielsweise die feste Verbindung gelöst und korrigiert werden. Dies bedeutet zusätzlichen Arbeitsaufwand und eine schlechte Qualität der gebildeten Steckverbindungen.
Aufgabenstellung
Vor diesem Hintergrund löst die Erfindung die Aufgabe, ein elektrisches Kontaktelement der eingangs genannten Art zur Verwendung mit Leiterplatten derart weiterzubilden, dass eine kompakte Bauweise erreicht werden kann und die Zuverlässigkeit der Montage verbessert wird.
Die Aufgabe wird durch ein Kontaktelement gemäß Patentanspruch 1 und eine Industriesteckeranordnung gemäß Patentanspruch 10 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Aufgabe wird beispielsweise durch ein elektrisches Kontaktelement für den Einsatz in einem Industriesteckverbinder gelöst, bei dem das Kontaktelement zumindest einen ersten Bereich und einen daran angrenzenden zweiten Bereich aufweist, wobei der zweite Bereich eine Fixiereinrichtung zur Fixierung des elektrischen Kontaktelements in einer Öffnung aufweist.
Dadurch, dass das elektrische Kontaktelement unmittelbar in eine Öffnung, beispielweise einer Leiterplatte, eingeführt werden kann und dort fixiert werden kann, werden Kabelverbindungen eingespart. Dies vermeidet die mit Kabelverbindungen einhergehenden Probleme. Durch die unmittelbare elektrische Verbindung, die mit Leiterbahnen der Leiterplatte herstellbar ist, wird der elektrische Widerstand eines Leiterkontaktes eingespart. Darüber hinaus muss kein Platz für die Anordnung und Verarbeitung der Kabel vorgesehen werden, so dass eine besonders kompakte Bauform möglich ist.
In einigen Ausführungsformen weist die Fixiereinrichtung wenigstens eine flexible, von dem ersten Bereich und/oder dem zweiten Bereich abragende Federeinrichtung zur Erzeugung einer Andruckkraft auf.
Durch eine derartige Federeinrichtung wird nach dem Einführen des elektrischen Kontaktelements in die Öffnung eine Federkraft insbesondere radial nach außen auf die Ränder der Öffnung aufgebracht, so dass die Federeinrichtung und somit auch der mit ihr verbundene Rest des Kontaktelements in der Öffnung kraftschlüssig fixiert wird.
In einigen Ausführungsformen weist die Federeinrichtung eine gebogene Lamelle auf, die in Endbereichen an einem der Bereiche abgestützt ist und von diesem weg abragt.
Durch die Abstützung an dem Elementkörper kann die Lamelle besonders einfach eine nach außen gerichtete Federkraft aufbauen. Durch diese Art der kraftschlüssigen Verbindung wird das Kontaktelement gegen Herausziehen aus der Öffnung durch eine kraftschlüssige Verbindung gesichert, ist aber trotzdem noch beweglich, so dass beispielsweise ein Ausgleich von Positionsfehlern möglich ist.
In einigen Ausführungsformen ist die Federeinrichtung im Wesentlichen zylinderförmig ausgestaltet und weist mehrere Lamellen auf, die insbesondere entlang einer Umfangsrichtung der Zylinderform beabstandet voneinander und im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind.
Durch diese umlaufende Anordnung kann die Federeinrichtung den Elementkörper in mehreren Richtungen an der Leiterplatte abstützen. Dadurch wird bei einer geringen Einpresskraft eine gute Kontaktierung erreicht. Insbesondere können Lochtoleranzen der Öffnung ausgeglichen werden.
In einigen Ausführungsformen weisen der erste Bereich und/oder der zweite Bereich zur Festlegung einer Position der Fixiereinrichtung eine Positionierungsnut auf.
Die Fixiereinrichtung kann beispielsweise einen innenliegenden Vorsprung aufweisen, der in eine derartige Positionierungsnut einrastet. Ebenso ist es möglich, dass die Fixiereinrichtung vollständig oder teilweise von der Positionierungsnut aufgenommen wird. Dadurch wird ein Verrutschen der Fixiereinrichtung effektiv verhindert.
In einigen Ausführungsformen ist wenigstens eine erste Fixiereinrichtung und eine zweite Fixiereinrichtung vorgesehen.
Falls mehrere Leiterplatten mit dem Kontaktelement verbunden werden sollen, können diese mittels des Kontaktelements unmittelbar durchkontaktiert werden. Gleichzeitig wird dadurch eine Position der Leiterplatten zueinander festgelegt. Dies ergibt eine besonders kompakte Bauweise.
In einigen Ausführungsformen weist der erste Bereich einen Befestigungsbereich zur Befestigung des elektrischen Kontaktelements an einem Steckergehäuse auf.
Dadurch können mittels des Kontaktelements die Leiterplatten und das Steckergehäuse besonders kompakt und einfach relativ zueinander festgelegt werden.
In einigen Ausführungsformen ist der erste Bereich zur elektrischen Kontaktierung mit einem Gegenkontaktelement vorgesehen und der zweite Bereich zur elektrischen Kontaktierung einer elektrischen Leiterbahn vorgesehen.
In einigen Ausführungsformen weist das elektrische Kontaktelement einen Elementkörper auf, der wenigstens den ersten Bereich und den zweiten Bereich bildet und der bis auf die separat ausgebildete Federeinrichtung einstückig ausgebildet ist.
Beispielsweise umfasst der Elementkörper alle Teile des Kontaktelements bis auf die Federeinrichtung. Dadurch kann der Elementkörper aus einem für Kontaktelemente günstigen Material gebildet sein. Die Federeinrichtung kann demgegenüber beispielsweise aus einem flexibleren Material gebildet sein, um beispielsweise besonders einfach Lamellen ausbilden zu können.
Die Aufgabe wird des Weiteren durch eine Industriesteckeranordnung gelöst, die wenigstens eines der oben beschriebenen Kontaktelemente aufweist.
Derartige Industriesteckeranordnungen sind besonders schnell und einfach aufzubauen.
In einigen Ausführungsformen weist die Industriesteckeranordnung ein Steckergehäuse auf, das mittels wenigstens einem Befestigungsmittel an einer ersten Seite einer Montagewand befestigbar ist und durch eine Leiterplatte, die auf einer zweiten Seite der Montagewand angeordnet ist, wobei eine Anordnung der Leiterplatte durch Einstecken der Fixiereinrichtungen in Öffnungen der Leiterplatte festgelegt ist.
Ausführungsbeispiele
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Ansicht eines Kontaktelements gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 eine schematische Ansicht eines als Fassung ausgebildeten Kontaktelements gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 eine schematische Ansicht einer Federeinrichtung zur Verwendung mit einem Kontaktelement gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und
4 einen Schnitt durch eine Industriesteckeranordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

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. Richtungsangaben wie beispielsweise „links“, „rechts“, „oben“ und „unten“ sind mit Bezug auf die jeweilige Figur zu verstehen und können in den einzelnen Darstellungen gegenüber dem dargestellten Objekt variieren.
Ein in 1 gezeigtes elektrisches Kontaktelement 10 für den Einsatz in einem Industriesteckverbinder weist einen ersten Bereich 12 und einen zweiten Bereich 14 auf. Der erste Bereich 12 ist zur elektrischen Kontaktierung mit einem Gegenkontaktelement vorgesehen. Der zweite Bereich 14 des Kontaktelements 10 ist insbesondere zur elektrischen Kontaktierung einer Leiterbahn einer Leiterplatte 30 vorgesehen. Der erste Bereich 12 und der zweite Bereich 14 weisen einen gemeinsamen Elementkörper 28 auf. In dem ersten Bereich 12 ist eine Kennzeichnung 36 angeordnet, deren Anordnung und/oder Ausformung Informationen über das Kontaktelement 10 beinhaltet, beispielsweise einen Durchmesser, eine Baureihe und/oder elektrische Eigenschaften.
Der zweite Bereich 14 weist eine Positionierungsnut 18 auf, die eine Position einer Fixiereinrichtung 16 definiert. Die Fixiereinrichtung 16 weist eine Federeinrichtung 20 auf. Die Federeinrichtung 20 ist im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet und weist zylindrische Endbereiche 22, 24 auf. Zwischen den Endbereichen 22, 24 erstreckt sich eine Vielzahl von federnden Lamellen 26, die in den Endbereichen 22, 24 abgestützt sind und dazwischen Federabschnitte bilden, die von dem Elementkörper 28 weg abragen.
Eine Leiterplatte 30 weist eine Öffnung 32 auf, durch welche der zweite Bereich 14 mit der Fixiereinrichtung 16 hindurchgeführt werden kann. Die Öffnung 32 hat beispielsweise einen etwas kleineren Durchmesser als die Federeinrichtung 20 im Bereich der Lamellen 26, so dass die Lamellen 26 verformt werden und durch den auf eine Innenseite der Öffnung 32 ausgeübten Druck eine kraftschlüssige Verbindung zwischen der Federeinrichtung 20 und der Öffnung 32 erreichen. Dadurch, dass die Federeinrichtung 20 in der Positionierungsnut 18 festgelegt ist, ist auch der Rest des elektrischen Kontaktelements 10 dadurch an der Leiterplatte 30 festgelegt.
In oder an der Öffnung 32 der Leiterplatte 30 ist wenigstens eine Leiterbahn vorgesehen, die mit dem Kontaktelement 10 verbunden werden soll. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Leiterbahn unmittelbar durch die Lamellen 26 kontaktiert. Weitere elektrische Verbindungsmittel können vorgesehen sein.
In einigen Ausführungsformen können mehrere Leiterplatten 30 vorgesehen sein. In diesem Fall weist der zweite Bereich 14 beispielsweise mehrere Fixiereinrichtungen 16 auf, deren Federeinrichtungen 20 jeweils in einer Öffnung 32 einer Leiterplatte 30 angeordnet sind und das Kontaktelement 10 fixieren.
Der erste Bereich 12 weist einen umlaufenden Vorsprung oder Flansch 34 auf, der einen Befestigungsbereich zur Befestigung des Kontaktelements 10 an einem Steckergehäuse bildet.
In einigen Ausführungsformen kann der Elementkörper 28 rotationssymmetrisch ausgebildet sein, um ein Verdrehen entlang einer Achse zu erlauben. In einigen Ausführungsformen kann der Elementkörper 28 darüber hinaus Elemente aufweisen, die ein Verdrehen des Elementkörpers 28 verhindern oder beschränken können. In einigen Ausführungsformen kann der erste Bereich 12 zylinderförmig oder prismatisch ausgebildet sein.
In 2 ist ein Gegenkontaktelement 10 gezeigt, dessen erster Bereich 12 dazu ausgebildet ist, den ersten Bereich 10 des in der 1 gezeigten Kontaktelements 10 aufzunehmen.
Eine Federeinrichtung 20 ist in 3 gezeigt. Neben den Endbereichen 22, 24 und den Lamellen 26 weist die Federeinrichtung 20 eine Aussparung 38 auf, an der die Federeinrichtung 20 sich zum Aufschieben, insbesondere über den zweiten Bereich 14, elastisch aufdehnen lässt.
Die Kontaktelemente 10 können, wie in 4 gezeigt, zum Aufbau eines Industriesteckers 42 verwendet werden. Derartige Industriestecker 42 können beispielsweise an einer Montagewand, insbesondere an einem Gerätegehäuse 44, montiert werden.
Der Industriestecker 42 weist ein Steckergehäuse 40 auf, das mittels Befestigungsmitteln 46, beispielsweise mit Schrauben oder Nieten, an einer ersten Seite des Gerätegehäuses 44 befestigt ist. Darüber hinaus weist der Industriestecker 42 Kontaktelemente 10 auf, die durch Öffnungen des Gerätegehäuses 44 hindurch auf eine zweite Seite des Gerätegehäuses hindurchgeführt werden. Die Kontaktelemente 10 sind auf der zweiten Seite beispielsweise mit einer Leiterplatte 30 oder anderen leitenden Vorrichtungen, beispielsweise Stromschienen, verbunden. Diese Verbindung wird dadurch bewirkt, dass die Fixiereinrichtungen 16 in Öffnungen der Leiterplatte 30 eingepresst werden.
Dadurch, dass die Kontaktelemente 10 die Fixiereinrichtung 16 bzw. die Federeinrichtung 20 aufweisen, können sie nach Anordnung in dem Steckergehäuse 40 besonders einfach mit der Leiterplatte 30 verbunden werden. Die Kontaktelemente 10 werden in Öffnungen der Leiterplatte 30 eingeführt und die Leiterplatte 30 auf die Fixiereinrichtung 16 bzw. die Federeinrichtung 20 aufgeschoben. Ein wesentlicher Vorteil davon, Federeinrichtungen 20 mit flexiblen Lamellen 26 zu verwenden liegt darin, dass zum Zusammenbau des Industriesteckers 42 keine großen Kräfte aufgewendet werden müssen, wie es bei diversen anderen Verfahren der Fall ist. In vielen Fällen kann der Industriestecker 42 von Hand zusammengesetzt werden.
Bei Einpressvorgängen, bei denen beispielsweise eine Presspassung eines starren zweiten Bereichs 14 in die Leiterplatte 30 durchgeführt wird, ist hingegen spezielles Werkzeug zur Positionierung und/oder ausreichenden Kraftentwicklung notwendig.
Dadurch, dass die Fixiereinrichtung 16 und die Federeinrichtung 20 eine Axialbewegung, also in der Zeichnung eine Bewegung von oben nach unten und umgekehrt, zulassen, können Ungenauigkeiten und Unterschiede bei der Einbausituation weitgehend ausgeglichen werden. Insbesondere kann eine axiale Ausrichtung der Kontaktelemente 10 korrigiert werden.
Durch die unmittelbare Verbindung zwischen der Leiterplatte 30 und dem Kontaktelement 10 wird es ermöglicht, einen Industriesteckverbinder auf besonders kompakte Art an der Leiterplatte 30 zu befestigen. Dadurch werden derartige Industriesteckverbinder besonders einfach montierbar, herstellbar und benötigen wenig Platz.
Bezugszeichenliste

10: Kontaktelement
12: Erster Bereich
14: Zweiter Bereich
16: Fixiereinrichtung
18: Positionierungsnut
20: Federeinrichtung
22: Endbereich
24: Endbereich
26: Federabschnitt/Lamelle
28: Elementkörper
30: Leiterplatte
32: Öffnung
34: Flansch/Befestigungsbereich
36: Kennzeichnung
38: Aussparung
40: Steckergehäuse
42: Industriestecker
44: Gerätegehäuse
46: Befestigungsmittel

Claims

Elektrisches Kontaktelement (10) für den Einsatz in einem Industriesteckverbinder, wobei das Kontaktelement (10) zumindest einen ersten Bereich (12) und einen daran angrenzenden zweiten Bereich (14) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Bereich (14) eine Fixiereinrichtung (16) zur Fixierung des elektrischen Kontaktelements (10) in einer Öffnung (32) aufweist.
Elektrisches Kontaktelement gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixiereinrichtung (16) wenigstens eine flexible, von dem ersten Bereich (12) und/oder dem zweiten Bereich (14) abragende Federeinrichtung (20) zur Erzeugung einer Andruckkraft aufweist.
Elektrisches Kontaktelement gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung (20) eine gebogene Lamelle (26) aufweist, die in Endbereichen (22, 24) an einem der Bereiche (12, 14) abgestützt ist und von diesem weg abragt.
Elektrisches Kontaktelement gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung (20) im Wesentlichen zylinderförmig ausgestaltet ist und mehrere Lamellen (26) aufweist, die insbesondere entlang einer Umfangsrichtung der Zylinderform beabstandet voneinander und im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind.
Elektrisches Kontaktelement gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich (12) und/oder der zweite Bereich (14) zur Festlegung einer Position der Fixiereinrichtung (16) eine Positionierungsnut (18) aufweisen.
Elektrisches Kontaktelement gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine erste Fixiereinrichtung (16) und eine zweite Fixiereinrichtung (16) vorgesehen ist.
Elektrisches Kontaktelement nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich (12) einen Befestigungsbereich (34) zur Befestigung des elektrischen Kontaktelements (10) an einem Steckergehäuse (40) aufweist.
Elektrisches Kontaktelement nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich (12) zur elektrischen Kontaktierung mit einem Gegenkontaktelement vorgesehen ist und dass der zweite Bereich (14) zur elektrischen Kontaktierung einer elektrischen Leiterbahn vorgesehen ist.
Elektrisches Kontaktelement nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Kontaktelement (10) einen Elementkörper (28) aufweist, der wenigstens den ersten Bereich (12) und den zweiten Bereich (14) bildet und der bis auf die separat ausgebildete Federeinrichtung (20) einstückig ausgebildet ist.
Industriesteckeranordnung, gekennzeichnet durch wenigstens ein Kontaktelement (10) gemäß einem der voranstehenden Ansprüche.
Industriesteckeranordnung gemäß Anspruch 10, gekennzeichnet durch ein Steckergehäuse (40), das mittels wenigstens einem Befestigungsmittel (46) an einer ersten Seite einer Montagewand (44) befestigbar ist und durch eine Leiterplatte (30), die auf einer zweiten Seite der Montagewand (44) angeordnet ist, wobei eine Anordnung der Leiterplatte (30) durch Einstecken der Fixiereinrichtungen (16) in Öffnungen (32) der Leiterplatte (30) festgelegt ist.