DE19806128A1

DE19806128A1 - Verbindungseinrichtung zur Bereitstellung eines elektrisch leitenden Überganges

Info

Publication number: DE19806128A1
Application number: DE19806128A
Authority: DE
Inventors: Holger Demmler
Original assignee: Mannesmann Sachs AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1998-02-14
Filing date: 1998-02-14
Publication date: 1999-09-09

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbindungseinrichtung zur Bereitstellung eines elektrisch leitenden Überganges gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Es sind bereits Verbindungseinrichtungen zur Bereitstellung eines elektrisch leitenden Überganges von elektrischen Leitern, beispielsweise bei 9-Volt-Blockbatterien, bekannt, die Verbindungselemente aufweisen, denen jeweils ein Gegenelement zur Aufnahme des Verbindungselementes zugeordnet ist. Das Gegenelement ist hülsenförmig ausge bildet und umfaßt eine Mehrzahl an Hülsensegmenten, die endseitig eine Umbördelung aufweisen, wobei die Hülsensegmente eine Vorspannung nach radial innen aufweisen. Das Verbindungselement ist in Form einer Hülse mit einem derartig geringeren Durch messer ausgebildet, daß das Verbindungselement aus axialer Richtung in das Ge genelement einschiebbar ist. Die Hülsensegmente des Gegenelementes werden durch das Verbindungselement entgegen der wirkenden Vorspannkraft des Federelementes nach radial außen bewegt. Die nach radial innen weisende Begrenzungsfläche der Hül sensegmente liegt auf der nach radial außen weisenden Begrenzungsfläche des Verbin dungselementes, Kontaktpunkte bildend, auf. Über diese Kontaktpunkte fließt der elek trische Strom vom 1. Leiter in den 2. Leiter. Dieses Verbindungselement ist jedoch nur zur Verbindung von mit geringen Spannungen beaufschlagten und geringe Ströme füh renden Leitern geeignet.

Aus dem Firmenprospekt der Firma ODU "Einzelkontakt im ODU-Drahtfeder- Kontaktsystem und ODU-Lamellen-Kontaktsystem" vom 06/97 sind Steckverbindungen zum Verbinden zweier elektrischer Leiter bekannt. Die Steckverbindungen umfassen jeweils einen Verbindungsstift, dem eine Buchse zugeordnet ist. Auf Seite 4 des Firmen prospektes sind drei verschiedene Buchsenausführungen dargestellt. Es wird unterschie den zwischen Buchsen mit geschlitztem Kontakt, Buchsen mit Lamellenkontakt und Buchsen mit Drahtfederkontakt. Auf die Buchse mit geschlitztem Kontakt wird hier nicht näher eingegangen, da diese Ausführung der zuvor beschriebenen Hülse des Steckkon taktes bei der 9-Volt Blockbatterie entspricht.

Im folgenden wird die Buchse mit Lamellenkontakt beschrieben. Die Buchse umfaßt eine Hülse, in der gekrümmte Bleche eingebracht sind. Diese Bleche liegen an der Hülse an und treten mit dem einbringbaren Kontaktstift in Kontakt. Bei diesem Ausführungsbei spiel geht der elektrische Strom vom ersten Leiter zum Kontaktstift über und vom Kon taktstift über das gekrümmte Blech auf die Hülse, von der der elektrische Strom in den zweiten Leiter eintritt. Nachteilig ist bei dieser Ausführung, daß der elektrische Strom über eine Vielzahl an Kontakten, die jeweils mit einem Kontaktwiderstand behaftet sind, vom ersten Leiter zum zweiten Leiter übergeht.

Bei der Buchse mit Drahtfederkontakt sind anstelle der gekrümmten Bleche Drähte, die eine Vorspannung nach radial innen aufweisen, eingespannt, mittels derer ein Kontakt zwischen Hülse und Kontaktstift bereitgestellt wird. Nachteilig ist bei dieser Ausführung wiederum die Vielzahl an Kontaktpunkten die zu passieren sind, bevor der Strom in den zweiten Leiter eintritt. Hinzu kommen noch die hohen Herstellungskosten dieser Buchse.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Verbindungseinrichtung zu schaffen, die zur Verbin dung hoher Ströme führender Leiter geeignet ist und die kostengünstig herstellbar ist.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die im Patentanspruch 1 gegebenen Merkmale gelöst. Das Verbindungselement weist eine mit einem Profil versehene Kontaktierungs oberfläche auf. Durch dieses Profil weist die Kontaktierungsoberfläche Profilhöhen auf.

Zur Bereitstellung eines elektrisch leitenden Übergangs mittels definierter Kontaktpunkte ist das Verbindungselement mit einem zugeordneten Gegenelement, beispielsweise durch Einschieben, Einklemmen oder Einrasten, um hier nur einige Möglichkeiten zu nennen, in Wirkverbindung bringbar. Die Profilhöhen treten mit einer Kontaktierungs oberfläche des Gegenelementes in Verbindung, so daß eine leitende Verbindung über definierte Kontaktierungspunkte, der auf der Kontaktfläche des Gegenelementes auflie gen den Profilhöhen, hergestellt ist. Dem Gegenelement ist ein Federelement zur Ge währleistung, daß die Kontaktfläche des Gegenelementes auf den Profilhöhen aufliegt bzw. anliegt und dies auch entgegen störende Einflüsse, wie beispielsweise Vibrationen, fortwährend gewährleistet ist, zugeordnet. Es kann ein separates Federelement vorge sehen sein, durch dessen wirkende Federkraft das Gegenelement und das Verbindungs element bei geschlossener Verbindungseinrichtung kraftschlüssig in Kontakt stehen. Durch die Profilhöhen sind die Kontaktpunkte vorbestimmt. Zum einen wirkt sich das Vorsehen dieses Profils vorteilhaft auf das Anliegeverhalten des Gegenelementes aus, zum anderen sind die Kontaktpunkte festgelegt und die daraus gewährleistbare Kon taktfläche, die bei geschlossener Verbindungseinrichtung für den Stromfluß vom ersten Leiter zum zweiten Leiter zur Verfügung steht. Durch die definierten Kontaktpunkte ist ein mögliche Abweichung von einer mittleren Kontaktfläche aufgrund von Fertigungsto leranzen minimiert.

Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, das Verbindungselement in Form eines Verbin dungsstiftes auszubilden, der eine mit einem Profil versehene Kontaktierungsoberfläche aufweist. Der leitende Kontakt ist durch Einstecken des Verbindungsstiftes aus axialer Richtung in ein zugeordnetes Gegenelement leicht herstellbar und auch lösbar. Bei Vor sehen eines Verbindungsstiftes bzw. eines Verbindungselementes, das über seine axiale Erstreckung mit dem Gegenelement in Kontakt bringbar ist, ist vorzugsweise ein Federe lement vorzusehen, das über vorzugsweise nahezu die gesamte axiale Erstreckung des Verbindungsstiftes den Kontakt der Profilhöhen mit der Kontaktierungsoberfläche des Gegenelementes bei geschlossener Verbindungseinrichtung gewährleistet.

Umfaßt der erste Leiter eine Vielzahl an Mikroleitern z. B. in Form einer Vielzahl an Kup ferdrähten, die in ihrer Gesamtheit den Leiter bzw. Makroleiter bilden, so hat sich als vorteilhaft herausgestellt, diesen Makroleiter als Basisstruktur für den Verbindungsstift zu verwenden. Durch die radial außen eine Oberfläche des Makroleiters bildenden Mi kroleiter ist das Profil vorbestimmt. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, die Profilhö hen mit einer von der Geometrie des Gegenelementes abweichenden Geometrie anzu ordnen. Ist das Gegenelement zur Aufnahme des Verbindungsstiftes in axialer Richtung ausgerichtet, so hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, die Profilhöhen des Verbin dungselementes spiralförmig anzuordnen. Solch eine Anordnung der Profilhöhen ist durch Verdrillen der Mikroleiter leicht herstellbar. Durch festes Verbinden der Mikrolei ter, z. B. mittels Durchlaufen eines Tauchbades mit einer elektrisch leitenden, die Mikro leiter benetzenden Flüssigkeit, ist ein Verbindungsstift, der spiralförmig angeordnete Profilhöhen aufweist, leicht herstellbar. Zur Verbindung der Microleiter haben sich als besonders geeignete Verbindungsmaterialien Zinn und Gold aufgrund der guten Leitfä higkeit herausgestellt. Durch Vorsehen solch eines Verbindungsstiftes entfällt der Über gangskontakt elektrischer Leiter - Verbindungsstift, was sich positiv auf den Gesamtwi derstand der Verbindungseinrichtung auswirkt. Hinzu kommt, daß sich der besonders einfache Aufbau vorteilhaft auf den Herstellungsprozeß und die Herstellkosten auswir ken.

Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, solch einem Verbindungsstift ein Gegenelement zuzuordnen, das hülsenförmig ausgebildet ist. Diesem Gegenelement kann auch noch ein Federelement, insbesondere eine Stahlüberfeder, zugeordnet sein, das koaxial zum Gegenelement angeordnet ist.

Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt als Gegenelement ein eine Mehrzahl an Hülsen segmenten aufweisendes Element vorzusehen, wobei die Hülsensegmente jeweils mit einer Vorspannung nach radial innen versehen sind, wodurch das Gegenelement und das Federelement einstückig ausbildbar sind. Durch diese minimale Anzahl an Bauteilen sind zum einen die Herstellungskosten der Verbindungseinrichtung minimiert und zum anderen ist diese Verbindungseinrichtung leicht handhabbar. Weiterhin entfallen die Übergangskontakte Verbindungsstift-Federelement und Federelement-Gegenele ment.

Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, die nach radial innen vorgespannten Hülsen segmente auf ihrem freien Ende mit einer Aufweitung, vorzugsweise in Form einer Um bördelung zu versehen. Diese Aufweitung weist mindestens eine radiale Erstreckung auf, die mindestens gleich groß, vorzugsweise größer als die radiale Erstreckung des Verbindungsstiftes ist. Dadurch ist bei Heranführung des Verbindungsstiftes an das Ge genelement aus axialer Richtung das Verbindungselement unter Aufbringung der für das Auseinanderbiegen der Hülsensegmente erforderlichen Kraft einführbar, ohne daß eine gesonderte Apparatur zur vorübergehenden Aufnahme und Verlagerung der Hül sensegmente nach radial außen, erforderlich ist.

Es kann auch vorgesehen sein, daß das Verbindungselement Hülsenform aufweist, wo bei die Kontaktierungsfläche nach radial innen weisend angeordnet ist. Das Gegenele ment ist dementsprechend mit einer nach radial außen gerichteten Vorspannkraft ver sehen. Als besonders preiswert und leicht herstellbares Gegenelement hat sich wieder um ein hülsenförmiges, mehrere Kontaktierungszungen in Form von Hülsensegmenten umfassendes Gegenelement herausgestellt. Die Hülsensegmente weisen endseitig vor zugsweise nach radial innen weisende Abschnitte auf, so daß die freien Enden der Hül sensegmente in ihrer Zusammenschau einen kleineren Radius als den Innenradius des Verbindungselementes aufweisen. Bei solch einer Ausgestaltung von Verbindungsele ment und Gegenelement ist die elektrisch leitende Verbindung durch Zusammenfüh rung von Gegenelement und Verbindungselement aus axialer Richtung, ohne daß eine zusätzliche Apparatur erforderlich ist, herstellbar. Durch das Profil sind Kontaktstellen bzw. Kontaktpunkte und damit Übergangsstellen für den elektrischen Strom vorbe stimmt. Die Profilhöhen dienen als Auflagepunkte, an denen die durch das Federele ment bereitgestellte Kraft abfällt.

Bei glatten Kontaktflächen fällt eine wirkende Anpreßkraft über die gesamte Fläche ab. Somit ist bei in der Summe gleicher Anpreßkraft pro Fläche eine geringere Kraft wirk sam. Dadurch kann es leichter zu einem Lösen bzw. teilweisen Abheben der Kontaktflä chen bei Vibrationen kommen. Ist eine exakte Gegensinnigkeit von Gegenelement und Verbindungselement nicht gegeben, so ist damit aufgrund der geringeren Flächenpres sung eine geringere Kontaktfläche bedingt, wodurch die für den Stromübergang zur Verfügung stehende Kontaktfläche bei Verbindungseinrichtungen ohne profilierte Oberfläche zwischen den einzelnen Verbindungseinrichtungen stark variieren kann. Wird bei hoher an liegender Spannung eine Kontaktstelle unterbrochen bzw. gelöst, so kann es zum Funkenflug kommen, woraus eine Beschädigung des elektrisch leitenden Übergangs resultieren kann. Aus diesem Grunde ist es erforderlich, bei der Verbindung von zwei Leitern, an denen hohe Spannungen anliegen, daß das Bestehen der Kontakt punkte für den Übergang von elektrischem Strom ununterbrochen gewährleistet sind.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher beschrie ben. Es zeigt:

Fig. 1 Verbindungsstift;

Fig. 2 Gegenelement in Seitenansicht;

Fig. 3 Frontansicht von Fig. 2;

Fig. 4 geschlossene Verbindungseinrichtung.

Im folgenden wird anhand von Fig. 1-3 ein Ausführungsbeispiel einer Verbindungs einrichtung 1 beschrieben. Die Verbindungseinrichtung 1 zur Bereitstellung eines elek trisch leitenden Überganges 15, eines ersten Leiters 2 zu einem zweiten Leiter 4 umfaßt ein Verbindungselement 3, dem ein Gegenelement 5 zugeordnet ist. Als Verbindungs element 3 ist ein Verbindungsstift 17 vorgesehen, der eine Kontaktierungsoberfläche 12 mit einem Profil 9 umfaßt. Dieser Verbindungsstift 17 ist mit dem ersten Leiter 2 elek trisch leitend verbunden, bzw. geht zum ersten Leiter 2 über. Der erste Leiter 2 ist aus einer Vielzahl von Mikroleitern 23, vorzugsweise Kupferdrähten, die im Verbund 22 eine Makroleiter 19 bilden, gebildet worden. Dieser Makroleiter 19 ist von einer Isolierung 25 umgeben. Die Mikroleiter 23 setzen sich im Verbindungsstift 17 fort, wobei die Mikro leiter 23 im Bereich des Verbindungsstiftes 17 bei dem dargestellten Ausführungsbei spiel im Bezug auf die Leiterachse spiralförmig angeordnet sind bzw. gedrillt sind. Durch die Mikroleiter 23 ist die Basisstruktur 21 des Verbindungsstiftes 17 vorgegeben. Diese Mikroleiter 23 sind durch ein leitendes Material miteinander fest verbunden. Durch die ses elektrisch leitende Material wird auch die Kontaktierungsoberfläche 12 gebildet. Das Einbringen dieses leitenden Materials kann mittels Durchlaufen eines Tauchbades bei bereits spiralförmig angeordneten Mikroleitern 23 in einem dem den Verbindungsstift bildenden Bereich des Leiters, aufgebracht bzw. zwischen die Mikroleiter 23 eingebracht werden. Dieser Bereich weist keine Isolierung 25 auf. Durch die radial außen angeord neten Mikroleiter 23 ist das Profil 9 der Oberfläche des Verbindungsstiftes 17 vorgege ben.

Diesem Verbindungsstift 17 ist ein Gegenelement 5 zugeordnet. Dieses Gegenelement 5 umfaßt eine Mehrzahl an Kontaktierungszungen 6, die axial ausgerichtet sind. Die Zu sammenschau der Kontaktierungszungen 6 ergibt eine Hülse 31 aus einzelnen Hülsen segmenten 33 in Form der Kontaktierungszungen. Durch diese Kontaktierungszungen 6 wird gleichzeitig ein Federelement 7 gebildet, dessen Federkraft nach radial innen ge richtet ist. Bei entspanntem Federelement 7 sind die Kontaktierungszungen 6 in axialer Richtung auf der dem zweiten Leiter 4 abgewandten; Ende nach radial innen geneigt. An diesem offenen Ende der Kontaktierungszungen sind diese umbördelt bzw. aufge weitet. Dadurch ist das Einführen des Verbindungsstiftes aus axialer Richtung leicht durchführbar. Bei Einführung des Verbindungsstiftes 17 werden die Kontaktierungszun gen 6 entgegen der Vorspannkraft des Federelementes 7 nach radial außen gedrückt. Durch die wirkende Federkraft der als Federzungen 34 ausgebildeten Kontaktierungs zungen 6 ist gewährleistet, daß diese auf von den Mikroleitern 23 gebildeten Profilhö hen 11 aufliegen. Die Kontaktierungszungen 6 weisen eine vorbestimmte Elastizität, z. B. durch Vorgabe der Stärke der Kontaktierungszungen in radialer Richtung, auf. Durch die wirkende Federkraft werden die Kontaktierungszungen 6 an die Profilhöhen 11 an gedrückt, wobei die Kontaktierungszungen 6 bis zum Aufliegen auf den Profilhöhen elastisch verformt werden.

Dabei ist die Breite der Kontaktierungszungen 6 in Umfangsrichtung und die Elastizität in Abhängigkeit von der in radialer Richtung wirkenden Federkraft so gewählt, daß das Aufliegen der Kontaktierungszunge 6 auf den Profilhöhen 11 gewährleistet ist.

Die für den Stromfluß vom ersten Leiter 2 zum zweiten Leiter 4 zur Verfügung stehen de Kontaktfläche ist somit vorgegeben.

Bezugszeichenliste

1

Verbindungseinrichtung

2

erster Leiter

3

Verbindungselement

4

zweiter Leiter

5

Gegenelement

6

Kontaktierungszungen

7

Federelement

9

Profil

11

Profilhöhen

12

Kontaktierungsoberfläche

13

Kontaktpunkt

15

leitender Übergang

17

Verbindungsstift

19

Makroleiter

21

Basisstruktur

22

Verbund

23

Mikroleiter

25

Isolierung

29

Axialausnehmung

31

Hülse

33

Hülsensegment

34

Federzungen

35

Umbördelung

Claims

1. Verbindungseinrichtung zur Bereitstellung eines elektrisch leitenden Überganges eines ersten Leiters zu mindestens einem zugeordneten zweiten Leiter, wobei der erste Leiter mit einem Verbindungselement versehen ist, dem ein mit zumindestens dem zweiten Leiter verbundenes Gegenelement zur Aufnahme des Verbindungse lementes zugeordnet ist, wobei zur Gewährleistung der Kontinuität des leitenden Überganges ein Federelement vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement (3) eine mit einem Profil (9) versehene Kontaktie rungsoberfläche (12) mit Profilhöhen (11) aufweist, die mit dem Gegenelement (5) mittels des Federelementes (7) einen, eine Vielzahl an Kontaktpunkten (13) aufwei senden leitenden Übergang (15) bereitstellend, kraftschlüssig verbindbar ist.

2. Verbindungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement (3) in Form eines Verbindungsstiftes (17) ausgebildet ist, der eine mit einem Profil (9) versehene Kontaktierungsoberfläche (12) aufweist.

3. Verbindungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Leiter (2) eine Vielzahl an zu einem Makroleiter (19) zusammengefaß ten Mikroleiter (23) aufweist, und der Makroleiter (19) vorzugsweise von einer Iso lierung (25) umgeben ist.

4. Verbindungseinrichtung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungsstift (17) eine aus den Mikroleitern (23) gebildete Basis-Struk tur (21) aufweist.

5. Verbindungseinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikroleiter (23) mittels eines leitenden Materials, einen festen Verbund (22) bildend, miteinander fest verbunden sind.

6. Verbindungseinrichtung nach Anspruch 1, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil (9) durch den Verlauf von radial außen in dem Verbund (22) ange ordneten Mikroleitern (23) vorbestimmt ist.

7. Verbindungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikroleiter (23) in axialer Richtung im Bereich des Verbindungsstiftes (17) spiralförmig angeordnet sind.

8. Verbindungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufnahme des Verbindungsstiftes (17) ein Gegenelement (5) in Form einer Hülse (31) ausgebildet ist.

9. Verbindungseinrichtung nach Anspruch 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (31) mit zumindestens einer Axialausnehmung (29), ein Hülsenseg ment (33) bildend, versehen ist.

10. Verbindungseinrichtung nach Anspruch 1 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (7) mit der Hülse (31) einteilig ausgebildet ist und die Hülsen segmente (33) eine Vorspannkraft in radialer Richtung aufweisen.

11. Verbindungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülsensegmente (33) eine Vorspann kraft nach radial innen aufweisen.

12. Verbindungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (31) endseitig mit einer Aufweitung, vorzugsweise in Form einer Um bördelung (35), versehen ist.

13. Verbindungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Axialausnehmungen (29) der Hülse (31) bei entspanntem Federelement (7) Trapezform annehmen.

14. Verbindungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Axialausnehmungen (29) bei von der Hülse (31) aufgenommenem Verbin dungsstift (17) annähernd Rechtecksform annehmen.