DE19800677A1

DE19800677A1 - Elektrische Steckverbindung

Info

Publication number: DE19800677A1
Application number: DE19800677A
Authority: DE
Inventors: Guenther Bender
Original assignee: Mannesmann VDO AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1998-01-10
Filing date: 1998-01-10
Publication date: 1999-07-15
Also published as: WO1999035713A1; BR9813795A; KR20010034015A; EP1046199A1

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Steckverbindung, die aus einer Kontaktfahne und einem radial elastisch an dieser an liegenden Kontaktelement besteht, wobei beim Ineinanderstecken eine parallel zur Kontaktfläche der Kontaktfahne gerichtete Relativbewegung stattfindet.

Herkömmliche elektrische Kontaktierungsstellen sind als stoffschlüssige Verbindungen, wie zum Beispiel durch Schweißen oder Löten hergestellte Verbindungen, oder als berührende, unter mechanischer Vorspannung stehende Verbindungen, wie zum Beispiel als Steckverbindungen oder verschraubte Verbindungen, ausgeführt.

Bei größeren Schwankungen der Arbeitstemperatur und mechanischen Schwingungsbelastungen, wie sie zum Beispiel bei elektrischen Verbindungen im Bereich von Verbrennungskraftmaschinen auftreten, besteht bei starren, stoffschlüssigen Verbindungen die Gefahr, daß diese infolge unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten der verbundenen Materialien zerstört werden. Aus diesem Grund bevorzugt man in diesem Bereich Steck- beziehungsweise Schraubverbindungen.

Aufgrund bereits anfänglich zu geringer oder im Laufe der Zeit nachlassender mechanischer Vorspannung der beiden Kontaktpartner kann es jedoch bei derartigen Verbindungen zu hohen Übergangswiderständen kommen. Kontaktprobleme können auch im Laufe der Zeit durch eine Oxidation der Kontaktflächen auftreten. Ein weiteres Problem von unter mechanischer Vorspannung stehenden Verbindungen besteht in der bei steigender Temperatur nachlassenden Strombelastbarkeit der Verbindung (Derating-Kurve).

Eine mechanische Schwingungsbelastung beschleunigt dabei ein Nachlassen der mechanischen Vorspannung und kann bei elektrischen Steckverbindungen auch zum Lösen der Kontaktstelle führen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine elektrische Steckverbindung zu schaffen, die bei guter Montierbarkeit unempfindlich gegenüber thermischen und mechanischen Belastungen ist und dabei einen niedrigen Übergangswiderstand besitzt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine elektrische Steckverbindung der eingangs beschriebenen Art gelöst, deren Kontaktelement wenigstens eine blattförmige Federlasche aufweist, die im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche der Kontaktfahne einseitig eingespannt ist und an ihrem freien Ende wenigstens an der Anlagekante an der Kontaktfläche scharfkantig ausgebildet ist, wobei das freie Ende der Federlasche vor dem Einstecken in den nach dem Einstecken von der Kontaktfahne eingenommenen Raum ragt.

Im Gegensatz zu den bisher üblichen Steckverbindungen werden die elastischen Federlaschen beim Ineinanderstecken der beiden Kontaktpartner nicht nur im wesentlichen senkrecht zur Kontaktfläche elastisch verschoben, sondern es findet auch eine elastische Verformung in Richtung der Relativbewegung zwischen Kontaktfahne und Kontaktelement statt. Dies führt dazu, daß lediglich die scharfkantige Anlagekante der Federlasche an der Kontaktfläche anliegt. Die Anlagekante verkrallt sich dabei förmlich in der Kontaktfläche der Kontaktfahne, wobei es zu sehr hohen Flächenpressungen kommt, die für einen niedrigen Übergangswiderstand auch unter höheren Temperaturen sorgen. Die Elastizität der Federlasche erlaubt auch einen elastischen Ausgleich von mechanischen Spannungen, die infolge von Wärmedehnungen auftreten können.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Steckverbindung besteht darin, daß zwischen der Anlagekante und der Kontaktfläche eine Selbsthemmung auftritt, die ein Wiederabziehen des Kontaktelements von der Kontaktfahne verhindert oder zumindest wesentlich erschwert. Ein Lösen der elektrischen Verbindung durch mechanische Schwingungen ist damit praktisch ausgeschlossen.

Da die Federlaschen andererseits beim Ineinanderstecken von Kontaktfahne und Kontaktelement leicht nachgeben, läßt sich die erfindungsgemäße elektrische Steckverbindung einfach auch in automatisierten Abläufen montieren.

Bei einer möglichen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Kontaktfahne als Kontaktstift ausgebildet ist und wenigstens zwei Federlaschen ringförmig angeordnet sind, deren Abstand voneinander vor dem Ineinanderstecken kleiner als der Durchmesser des Kontaktstiftes ist. Die Federlaschen können dabei vom Innenrand eines in dem Kontaktelement ausgebildeten Auges nach innen ragen.

Bei einer alternativen Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Kontaktfahne ringförmig ausgebildet ist und das Kontaktelement wenigstens zwei sternförmig angeordnete Federlaschen aufweist.

Beide Varianten besitzen den Vorteil, daß zwischen Kontaktfahne und Kontaktelement keine weiteren Führungselemente zum Ausrichten der beiden Verbindungsbauteile zueinander notwendig sind. Eine gleichmäßige Verteilung der Federlaschen über den Umfang ist von Vorteil, das heißt bei zwei Federlaschen sollten diese sich unmittelbar gegenüberliegen, während bei drei Federlaschen ein Versatz um 120°, bei vier Federlaschen ein Versatz um 90° usw. besonders zweckmäßig ist.

Auch Kontaktfahnen mit ebener Kontaktfläche sind denkbar, wobei eine Federlasche einseitig mit ihrer Anlagekante den elektrischen Kontakt herstellen kann. Bei Ausführungen mit nur einer Federlasche muß die Anlagekraft der Federlasche jedoch über zusätzliche Führungselemente abgestützt werden, die auch für die Ausrichtung der beiden Kontaktpartner zueinander sorgen können.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist im Bereich der Kontaktfahne eine senkrecht zur Kontaktfläche liegende Anlagefläche für das Kontaktelement vorgesehen. Diese dient als Anschlag für das eingesteckte Kontaktelement.

Je nach Ausgestaltung der Federlaschen kann die erzielte Selbsthemmung zwischen der Anlagekante und der Kontaktfläche der Kontaktfahne in Verbindung mit der Anlagefläche für einen ausreichenden Halt sorgen, so daß keine zusätzlichen Befestigungselemente erforderlich sind. Gegebenenfalls kann selbstverständlich ein Befestigungselement, wie zum Beispiel eine Schraube, den Halt des Kontaktelements an der Anlagefläche zusätzlich verbessern.

In weiterer bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß das Kontaktelement außerhalb der Federlaschen in Kunststoff eingebettet ist. Der Kunststoff bildet eine Isolation des Kontaktelements, so daß lediglich die Federlaschen zur Herstellung der elektrischen Steckverbindung freiliegend sind. Beispielsweise kann das Kontaktelement unmittelbar in eine Leiterplatte oder eine sonstige Kontaktplatte, zum Beispiel in das Trägersubstrat eines Potentiometers, eingebettet sein.

Eine Erleichterung des Montagevorgangs erreicht man dadurch, daß die Spitze beziehungsweise der Rand der Kontaktfahne schräg beziehungsweise konisch ausgebildet ist. Im Falle eines Kontaktstiftes als Kontaktfahne sorgt dessen konische Spitze gleichzeitig für eine Zentrierung des Kontaktelements bereits im Moment des Aufsteckens.

Nachfolgend wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher auf Ausführungsbeispiele der Erfindung eingegangen.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt eines Kontaktelements einer elektrischen Steckverbindung in losem Zustand,

Fig. 2 das Einlegeblech des Kontaktelements nach Fig. 1 ohne Kunststoffummantelung,

Fig. 3 einen Querschnitt einer elektrischen Steckverbindung mit dem Kontaktelement nach Fig. 1,

Fig. 4 einen Schnitt einer weiteren Ausführungsform eines Kontaktelements,

Fig. 5 einen Schnitt einer elektrischen Steckverbindung mit dem Kontaktelement nach Fig. 4,

Fig. 6 einen Querschnitt einer weiteren elektrischen Steckverbindung mit einem Kontaktelement.

Fig. 1 zeigt im Schnitt den Kontaktbereich eines Kontaktelements 1 für eine elektrische Steckverbindung. Das Kontaktelement 1 besteht im wesentlichen aus einem in eine plattenförmige Kunststoffmasse eingebetteten Einlegeblech 3 (siehe Fig. 2), das über einen elektrischen Anschluß (nicht gezeigt) verfügt. Die Kunststoffplatte 2 verfügt im Bereich der Kontaktstelle über eine Öffnung 4, die mit einem Auge 5 in dem Einlegeblech 3 fluchtet. Im Bereich des Auges 5 verfügt das Einlegeblech 3 über zwei sich diametral gegenüberliegende Federlaschen 6, die zwecks Montageerleichterung auch vorgebogen sein können. Der Abstand der beiden Federlaschen 6 im Bereich ihrer Enden ist kleiner als der Durchmesser eines Kontaktstiftes 8 (siehe Fig. 3), auf welchen das Kontaktelement 1 aufgesteckt wird. Wenigstens die untere Kante 7 der Enden der Federlaschen 6 ist scharfkantig oder mit einem nur sehr kleinen Radius ausgebildet.

In Fig. 3 ist die elektrische Steckverbindung im montierten Zustand dargestellt. Das Ineinanderstecken des Kontaktelements 1 und des Kontaktstiftes 8 wird durch die konische Form 9 des Kontaktstiftes 8 an seiner Spitze erleichtert. Der Kontaktstift 8 dringt zwischen die Enden der Federlaschen 6, wobei sich diese infolge ihres geringen Abstandes in Richtung der Bewegungsrichtung des Kontaktstiftes 8 aufbiegen. Die Federlaschen 6 liegen dabei ausschließlich über ihre scharfkantigen Anlagekanten 7 an der Außenfläche des Kontaktstiftes 8 an. Im Bereich des Kontaktstiftes 8 ist eine feststehende, senkrecht zu seiner Oberfläche liegende Anlagefläche 10 vorgesehen. Diese begrenzt die Einsteckbewegung des Kontaktelements 1 auf den Kontaktstift 8 dadurch, daß sich die Kunststoffplatte 2 an sie anlegt.

Bedingt durch die sehr kleine Anlagefläche zwischen der Anlagekante 7 und der Oberfläche des Kontaktstiftes 8 ergibt sich eine sehr hohe Flächenpressung, die für einen niedrigen Übergangswiderstand sorgt und auch unter hohen Temperaturen eine gute Strombelastbarkeit ermöglicht. Durch das Aufbiegen der Federlaschen 6 aus der Ruhelage ergibt sich auch eine selbsthemmende Wirkung zwischen den Anlagekanten 7 und dem Kontaktstift 8, so daß sich das Kontaktelement 1 bei entsprechender Dimensionierung der Federlaschen 6 nicht mehr ohne weiteres vom Kontaktstift 8 abziehen läßt. Damit ist ohne weitere Befestigungselemente für eine sichere elektrische Verbindung zwischen dem Einlegeblech 3 und dem Kontaktstift 8 gesorgt. Dennoch verfügen die Federlaschen 6 über eine ausreichende Elastizität, um beispielsweise infolge von Temperaturschwankungen auftretende Wärmedehnungen des Kontaktstiftes 8 zu kompensieren. Gewisse kleine Relativbewegungen zwischen der Anlagekante und der Oberfläche des Kontaktstiftes 8, wie sie beispielsweise auch unter mechanischen Schwingbelastungen auftreten können, sorgen infolge der hohen Flächenpressung auch für ein Freihalten der Kontaktfläche von sich eventuell bildenden Oxiden.

In Fig. 4 und 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer elektrischen Steckverbindung dargestellt. Fig. 4 zeigt im Schnitt ein Kontaktelement 11, das aus einer Kunststoffplatte 12 mit einem darin eingebetteten Einlegeblech 13 besteht. Im Gegensatz zu dem Kontaktelement 1 nach Fig. 1 bis 3 ist das Einlegeblech 13 jedoch so beschaffen, daß lediglich eine Federlasche 14 einseitig in eine Öffnung 15 in der Kunststoffplatte 12 ragt. Die Federlasche 14 verfügt ebenso wie die Federlaschen 6 der zuvor beschriebenen Ausführungsform über eine scharfkantige Anlagekante 16, die auch vorgebogen sein kann.

Anders als bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform dient das Kontaktelement 11 zur Verbindung mit einer Kontaktfahne 17, die als ebenes Kontaktblech ausgebildet ist. Die Kontaktfahne 17 stützt sich an einem Vorsprung 18 ab, der senkrecht von einer senkrecht zur Oberfläche der Kontaktfahne 17 liegenden Anlagefläche 19 hervorsteht. Die Oberseite der Kontaktfahne 17 ist nach hinten abgewinkelt, um ein leichteres Einstecken des Kontaktelements 11 zu ermöglichen. Das Kontaktelement 11 hintergreift beim Einstecken den Vorsprung 18, der das Widerlager der Kontaktkraft zwischen der Anlagekante 16 und der Oberfläche der Kontaktfahne 17 bildet. Auch bei dem in Fig. 4 und 5 dargestellten Ausführungsbeispiel einer elektrischen Verbindung legt sich das Kontaktelement 11 an die Anlagefläche 19 im Bereich der Kontaktfahne an, wodurch der Einsteckweg begrenzt wird. Zur Verbesserung der Befestigung der beiden Elemente der elektrischen Steckverbindung zueinander ist eine Befestigungsschraube 20 vorgesehen, die durch ein Durchgangsloch 21 in der Kunststoffplatte 12 ragt und diese gegen die Anlagefläche 19 verspannt.

Statt einer flächigen Kontaktfahne 17, wie sie in Fig. 5 dargestellt ist, kann die Kontaktfahne auch ringförmig ausgebildet sein, wobei ein geeignetes Kontaktelement dann über mehrere sternförmig angeordnete Federlaschen 14 verfügen sollte.

Weiterhin kann statt dem Vorsprung 18 und der flächigen Kontaktfahne 17 ein Kontaktstift (ausgeführt wie der Kontaktstift 8) auch allein die Aufgabe übernehmen, als Widerlager für die Kontaktkraft zwischen der Anlagekante 16 und der Kontaktfläche des Stiftes zu dienen. Eine solche Ausführung ist in der Fig. 6 gezeigt. Der Kontaktstift 8 und die Abstützfläche 22 können eben oder rund ausgeführt sein; in einer vorteilhaften Ausgestaltung haben sie aufeinander abgestimmte Außenflächen (zum Beispiel runder Kontaktstift 8, wobei die Abstützfläche 22 hohlkehlenförmig ausgebildet ist).

Selbstverständlich kann auch bei einer elektrischen Steckverbindung gemäß Fig. 3 ein zusätzliches Befestigungselement vorgesehen sein, um das Kontaktelement 1 gegen die Anlagefläche 10 zu verspannen.

Bezugszeichenliste

1

Kontaktelement

2

Kunststoffplatte

3

Einlegeblech

4

Öffnung

5

Auge

6

Federlaschen

7

Anlagekante

8

Kontaktstift

9

konische Form

10

Anlagefläche

11

Kontaktelement

12

Kunststoffplatte

13

Einlegeblech

14

Federlasche

15

Öffnung

16

Anlagekante

17

Kontaktfahne

18

Vorsprung

19

Anlagefläche

20

Befestigungsschraube

21

Durchgangsloch

22

Abstützfläche

Claims

1. Elektrische Steckverbindung, bestehend aus einer Kontaktfahne (8, 17) und einem radial elastisch an dieser anliegenden Kontaktelement (1, 11), wobei beim Ineinanderstecken dieser beiden Kontaktpartner eine parallel zur Kontaktfläche der Kontaktfahne (8, 17) gerichtete Relativbewegung stattfindet, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktelement (1, 11) wenigstens eine blattförmige Federlasche (6, 14) aufweist, die im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche der Kontaktfahne (8, 17) einseitig eingespannt ist und an ihrem freien Ende wenigstens an der Anlagekante (7, 16) an der Kontaktfläche scharfkantig ausgebildet ist, wobei das freie Ende der Federlasche (6, 14) in den nach dem Einstecken von der Kontaktfahne (8, 17) eingenommenen Raum ragt.

2. Elektrische Steckverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfahne als Kontaktstift (8) ausgebildet ist und wenigstens zwei Federlaschen (6) ringförmig angeordnet sind, deren Abstand voneinander vor dem Ineinanderstecken kleiner als der Durchmesser des Kontaktstiftes (8) ist.

3. Elektrische Steckverbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktelement (1) über ein Auge (5) verfügt, von dessen Innenrand die Federlaschen (6) nach innen ragen.

4. Elektrische Steckverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfahne ringförmig ausgebildet ist und das Kontaktelement wenigstens zwei sternförmig angeordnete Federlaschen aufweist.

5. Elektrische Steckverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Kontaktfahne (8, 17) eine im wesentlichen senkrecht zur Kontaktfläche liegende Anlagefläche (10, 19) für das Kontaktelement (1, 2; 11, 12) vorgesehen ist.

6. Elektrische Steckverbindung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktelement (11) an der Anlagefläche (19) mittels wenigstens eines zusätzlichen Befestigungselement (20) befestigt ist.

7. Elektrische Steckverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktelement (1, 3; 11, 13) außerhalb der Federlaschen (6, 14) in Kunststoff (2, 12) eingebettet ist.

8. Elektrische Steckverbindung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktelement in eine Leiterplatte oder eine sonstige Kontaktplatte eingebettet ist.

9. Elektrische Steckverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitze beziehungsweise der Rand der Kontaktfahne (8, 17) schräg beziehungsweise konisch ausgebildet ist.