DE202019103167U1

DE202019103167U1 - Electrical contact element for high operating voltages

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Publication number: DE202019103167U1
Application number: DE202019103167.0U
Authority: DE
Original assignee: Erni Int AG; ERNI International AG
Current assignee: Erni Int AG; ERNI International AG
Priority date: 2019-06-05
Filing date: 2019-06-05
Publication date: 2020-05-20
Anticipated expiration: 2029-06-06

Abstract

Elektrisches Kontaktelement (11, 21) für einen Steckverbinder (10, 20), aufweisend einen metallischen Grundkörper (111, 211) und eine auf dem Grundkörper (111, 211) aufgebrachte Nutzschicht (113, 213), dadurch gekennzeichnet, dass die Nutzschicht (113, 213) aus den folgenden Legierungselementen besteht: 82 - 91 Gew.-% Nickel 9 - 18 Gew.-% Phosphor 0 - 1 Gew.-% weitere Legierungselemente

wobei die Summe der Legierungselemente 100 Gew.-% beträgt.

Electrical contact element (11, 21) for a plug connector (10, 20), comprising a metallic base body (111, 211) and a wear layer (113, 213) applied to the base body (111, 211), characterized in that the wear layer ( 113, 213) consists of the following alloying elements: 82 - 91% by weight nickel 9-18% by weight phosphorus 0-1% by weight further alloying elements

the sum of the alloying elements being 100% by weight.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisches Kontaktelement für einen Steckverbinder, das für elektrische Betriebsspannungen von mehr als 150 V geeignet ist.The present invention relates to an electrical contact element for a connector which is suitable for electrical operating voltages of more than 150 V.

Stand der TechnikState of the art

Elektrische Steckverbinder weisen in der Regel ein oder mehrere elektrische Kontaktelemente und ein oder mehrere Isolierkörper auf. Die Kontaktelemente sind dabei üblicherweise als Messerelemente oder als Federelemente ausgeführt. Diese werden aus Grundwerkstoffen hergestellt, die nicht resistent gegen Korrosion sind. Oft handelt es sich hierbei um Kupferlegierungen. Um die Funktion der Kontaktelemente über die Lebensdauer des Steckverbinders zu gewährleisten, werden deshalb dünne Schichten anderer Metalle auf dem Grundwerkstoff aufgebracht. Diese können eine Zwischenschicht und eine Nutzschicht umfassen.Electrical connectors generally have one or more electrical contact elements and one or more insulating bodies. The contact elements are usually designed as knife elements or as spring elements. These are made from base materials that are not resistant to corrosion. These are often copper alloys. In order to ensure the function of the contact elements over the life of the connector, thin layers of other metals are therefore applied to the base material. These can include an intermediate layer and a wear layer.

Die Zwischenschicht kann verschiedene Aufgaben haben. Sie kann die Haftung der Nutzschicht auf dem Grundwerkstoff verbessern, einen mechanischen Ausgleich zwischen Grundwerkstoff und Nutzschicht herstellen und verhindern, dass Diffusionsprozesse zwischen der Nutzschicht und dem Grundwerkstoff stattfinden. Die Zwischenschicht besteht häufig aus Kupfer oder Nickel.The intermediate layer can have different tasks. It can improve the adhesion of the wear layer to the base material, establish a mechanical balance between the base material and the wear layer and prevent diffusion processes from taking place between the wear layer and the base material. The intermediate layer is often made of copper or nickel.

Auf der Zwischenschicht befindet sich die Nutzschicht, welche auch als Funktionsschicht bezeichnet wird. Die Nutzschicht verlängert die technisch sinnvolle Nutzungsdauer des Kontaktelements, kann die elektrische Übertragung verbessern und die darunterliegenden Schichten vor Korrosion schützen. Sie kann aus weichen, nicht inerten Metallen wie Zinn oder Silber bestehen. In Steckverbindungen im Automobilbereich ist beispielsweise Silber als Nutzschicht weit verbreitet. Treten in einer Applikation Spannungen von mehr als 150 V auf, können durch die Kraft des elektrischen Potenzials zwischen verschiedenen Kontaktelementen Metallionen vermehrt dazu angeregt werden, von einer physischen Position in eine andere zu wechseln. Diese Metallmigration kann Kurzschlüsse und andere technische Probleme in der Steckverbindung verursachen. Funktionsoberflächen aus Silber neigen bei höheren Spannungen zu dieser Art von Metallmigration. Daher werden bei Applikationen mit Betriebsspannungen von mehr als 150 V meist teurere Edelmetallfunktionsschichten verwendet. So finden beispielsweise Gold-Cobalt-Legierungen oder Palladium-Nickel-Legierungen Verwendung.The wear layer, which is also referred to as the functional layer, is located on the intermediate layer. The wear layer extends the technically sensible service life of the contact element, can improve the electrical transmission and protect the layers underneath from corrosion. It can consist of soft, non-inert metals such as tin or silver. Silver, for example, is widely used as a wear layer in connectors in the automotive sector. If voltages of more than 150 V occur in an application, the force of the electrical potential between different contact elements can increasingly stimulate metal ions to change from one physical position to another. This metal migration can cause short circuits and other technical problems in the connector. Functional surfaces made of silver tend to migrate like this at higher voltages. For this reason, applications with operating voltages of more than 150 V usually use more expensive precious metal functional layers. For example, gold-cobalt alloys or palladium-nickel alloys are used.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein elektrisches Kontaktelement bereitzustellen, das für die Verwendung in einem elektrischen Steckverbinder geeignet ist und für elektrische Betriebsspannungen von mehr als 150 V geeignet ist. Dabei soll es jedoch kostengünstiger hergestellt werden können als herkömmliche elektrische Kontaktelemente und dennoch die Zuverlässigkeit und Lebensdauer herkömmlicher elektrischer Kontaktelemente erreichen.It is an object of the present invention to provide an electrical contact element which is suitable for use in an electrical connector and is suitable for electrical operating voltages of more than 150 V. However, it should be able to be produced more cheaply than conventional electrical contact elements and still achieve the reliability and service life of conventional electrical contact elements.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Diese Aufgabe wird durch ein elektrisches Kontaktelement für einen Steckverbinder gelöst, das einen metallischen Grundkörper oder eine auf dem Grundkörper aufgebrachte Nutzschicht aufweist. Die Nutzschicht kann dabei unmittelbar auf dem metallischen Grundkörper aufgebracht sein oder es können eine oder mehrere weitere Schichten zwischen dem metallischen Grundkörper und der Nutzschicht angeordnet sein. Die Nutzschicht besteht aus den folgenden Legierungselementen: 82 - 91 Gew.-% Nickel, 9 - 18 Gew.-% Phosphor und 0 bis 1 Gew.-% weitere Legierungselemente. Bevorzugt besteht die Nutzschicht aus 82 - 89 Gew.-% Nickel, 11 - 18 Gew.-% Phosphor und 0 bis 1 Gew.-% weiteren Legierungselementen. Dabei beträgt die Summe der Legierungselemente 100 Gew.-%. Ein Anteil von bis zu 1 Gew.-% weiterer Legierungselemente an der Legierung, beispielsweise als Verunreinigungen, ist zwar akzeptabel, wird aber vorzugsweise vermieden. Erfindungsgemäß wurde gefunden, dass die Verwendung einer derartigen Nutzschicht eine ähnlich gute elektrische Übertragung und einen ähnlich guten Korrosionsschutz bietet wie sie beispielsweise mit der Nutzschicht aus einer Gold-Cobalt-Legierung oder einer Palladium-Nickel-Legierungen erzielt werden kann. Dabei ermöglicht die Verwendung der Nickel-Phosphor-Legierung jedoch eine im Vergleich hierzu kostengünstigere Herstellung des elektrischen Kontaktelements.This object is achieved by an electrical contact element for a plug connector, which has a metallic base body or a wear layer applied to the base body. The wear layer can be applied directly to the metallic base body or one or more further layers can be arranged between the metallic base body and the wear layer. The wear layer consists of the following alloy elements: 82 - 91% by weight nickel, 9 - 18% by weight phosphorus and 0 to 1% by weight further alloy elements. The wear layer preferably consists of 82-89% by weight of nickel, 11-18% by weight of phosphorus and 0 to 1% by weight of further alloy elements. The sum of the alloy elements is 100% by weight. A proportion of up to 1% by weight of further alloy elements in the alloy, for example as impurities, is acceptable, but is preferably avoided. According to the invention, it was found that the use of such a wear layer offers a similarly good electrical transmission and a similarly good corrosion protection as can be achieved, for example, with the wear layer made of a gold-cobalt alloy or a palladium-nickel alloy. In this case, however, the use of the nickel-phosphorus alloy enables the electrical contact element to be produced more cheaply in comparison to this.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Nutzschicht unmittelbar auf dem Grundkörper angeordnet, so dass sich keine weiteren Schichten zwischen der Nutzschicht und dem Grundkörper befinden. Um einen guten Korrosionsschutz zu gewährleisten, ist es in dieser Ausführungsform bevorzugt, dass die Nutzschicht eine Dicke im Bereich von 1,00 µm bis 2,50 µm aufweist. Besonders bevorzugt liegt die Dicke im Bereich von 1,50 µm bis 2,00 µm. Die erfindungsgemäß verwendete Nutzschicht bietet einen so guten Korrosionsschutz und eine so gute elektrische Übertragung, dass sich diese Eigenschaften durch eine weitere Erhöhung der Schichtdicke nicht mehr wesentlich verbessern ließen. Hingegen ist beispielsweise bei Verwendung einer herkömmlichen Nutzschicht aus einer Gold-Cobalt-Legierungen oder einer Palladium-Nickel-Legierungen üblicherweise eine Schichtdicke von mindestens 3 µm bei gleichzeitiger Verwendung einer metallischen Zwischenschicht erforderlich, damit das elektrische Kontaktelement überhaupt die gestellten Anforderungen an Korrosionsbeständigkeit und elektrischer Übertragung erfüllt. Die Erfindung ermöglicht demnach nicht nur die Herstellung des elektrischen Kontaktelements unter Verwendung kostengünstigerer Materialien, sondern auch eine Einsparung der Materialmenge durch Verwendung einer besonders dünnen Nutzschicht.In a preferred embodiment of the invention, the wear layer is arranged directly on the base body, so that there are no further layers between the wear layer and the base body. In order to ensure good corrosion protection, it is preferred in this embodiment that the wear layer has a thickness in the range from 1.00 μm to 2.50 μm. The thickness is particularly preferably in the range from 1.50 μm to 2.00 μm. The wear layer used according to the invention offers such good protection against corrosion and such good electrical transmission that these properties can be further increase in the layer thickness could no longer be significantly improved. On the other hand, for example, when using a conventional wear layer made of a gold-cobalt alloy or a palladium-nickel alloy, a layer thickness of at least 3 μm is usually necessary with the simultaneous use of a metallic intermediate layer, so that the electrical contact element meets the requirements imposed on corrosion resistance and electrical transmission at all Fulfills. The invention accordingly not only makes it possible to produce the electrical contact element using less expensive materials, but also to save the amount of material by using a particularly thin wear layer.

In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zwischen dem Grundkörper und der Nutzschicht eine metallische Zwischenschicht angeordnet. Besonders bevorzugt handelt es sich bei der Zwischenschicht um die einzige Schicht, die zwischen der Nutzschicht und dem Grundkörper angeordnet ist, sodass der Grundkörper unmittelbar mit der Zwischenschicht verbunden ist und die Zwischenschicht unmittelbar mit der Nutzschicht verbunden ist. Wie im herkömmlichen Aufbau des elektrischen Kontaktelements, verbessert die Zwischenschicht die Haftung der Nutzschicht auf dem Grundkörper, sorgt für einen mechanischen Ausgleich zwischen dem Grundkörper und der Nutzschicht und verhindert Diffusionsprozesse zwischen der Nutzschicht und dem Grundkörper. Zudem ermöglicht die Zwischenschicht die Verwendung einer dünneren Nutzschicht im Vergleich zu der Ausführungsform der Erfindung in welcher die Nutzschicht unmittelbar auf dem Grundkörper angeordnet ist. In dieser Ausführungsform weist die Nutzschicht bevorzugt eine Dicke im Bereich von 0,15 µm bis 1,50 µm auf. Besonders bevorzugt liegt die Dicke im Bereich von 0,30 µm bis 1,00 µm.In another preferred embodiment of the invention, a metallic intermediate layer is arranged between the base body and the wear layer. The intermediate layer is particularly preferably the only layer which is arranged between the wear layer and the base body, so that the base body is connected directly to the intermediate layer and the intermediate layer is connected directly to the wear layer. As in the conventional structure of the electrical contact element, the intermediate layer improves the adhesion of the wear layer to the base body, ensures a mechanical balance between the base body and the wear layer and prevents diffusion processes between the wear layer and the base body. In addition, the intermediate layer enables the use of a thinner wear layer in comparison to the embodiment of the invention in which the wear layer is arranged directly on the base body. In this embodiment, the wear layer preferably has a thickness in the range from 0.15 μm to 1.50 μm. The thickness is particularly preferably in the range from 0.30 μm to 1.00 μm.

In einer Ausführungsform des Kontaktelements enthält die Zwischenschicht 99 bis 100 Gew.-% Kupfer und 0 bis 1 Gew.-% weitere Legierungselemente. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des Kontaktelements enthält die Zwischenschicht 99 bis 100 Gew.-% Nickel und 0 bis 1 Gew.-% weitere Legierungselemente. Die Summe der Legierungselemente beträgt dabei 100 Gew.-%. Der Anteil der weiteren Legierungselemente sollte vorzugsweise möglichst gering sein, jedoch kann deren Vorliegen aufgrund von Verunreinigungen gegebenenfalls nicht völlig ausgeschlossen werden.In one embodiment of the contact element, the intermediate layer contains 99 to 100% by weight of copper and 0 to 1% by weight of further alloy elements. In another preferred embodiment of the contact element, the intermediate layer contains 99 to 100% by weight of nickel and 0 to 1% by weight of further alloy elements. The sum of the alloy elements is 100% by weight. The proportion of the further alloying elements should preferably be as small as possible, however their presence due to impurities may not be completely excluded.

Die Dicke der Zwischenschicht beträgt bevorzugt 1,5 µm bis 4,0 µm und besonders bevorzugt 2,0 µm bis 3,0 µm.The thickness of the intermediate layer is preferably 1.5 μm to 4.0 μm and particularly preferably 2.0 μm to 3.0 μm.

Weiterhin ist es bevorzugt, dass auf der Nutzschicht eine metallische und/oder organische Gleitschicht angeordnet ist. Die Gleitschicht kann zum einen die Gleiteigenschaften von elektrischen Kontaktelementen, insbesondere von Federelementen auf Messerelementen, verbessern. Dadurch trägt sie dazu bei, dass die Nutzschicht unter mechanischer Reibbeanspruchung länger funktional bleibt. Zum anderen kann sie auch die elektrische Übertragung zwischen den elektrischen Kontaktelementen optimieren. Wenn die Gleitschicht sowohl metallische als auch organische Komponenten enthält, dann ist es bevorzugt, dass eine metallische Teilschicht unmittelbar auf der Nutzschicht aufgebracht ist und auf dieser metallischen Teilschicht eine organische Teilschicht aufgebracht ist. Die metallische Teilschicht und die organische Teilschicht bilden dann gemeinsam die Gleitschicht.It is further preferred that a metallic and / or organic sliding layer is arranged on the wear layer. On the one hand, the sliding layer can improve the sliding properties of electrical contact elements, in particular spring elements on knife elements. This means that the wear layer remains functional for longer under mechanical frictional stress. On the other hand, it can also optimize the electrical transmission between the electrical contact elements. If the sliding layer contains both metallic and organic components, then it is preferred that a metallic partial layer is applied directly to the wear layer and an organic partial layer is applied to this metallic partial layer. The metallic partial layer and the organic partial layer then together form the sliding layer.

Ein besonders geeignetes metallisches Material für die Gleitschicht ist reines Gold oder eine Goldlegierung, die aus den folgenden Legierungselementen besteht: 98,5 bis 100,0 Gew.-% Gold, 0 bis 0,5 Gew.-% Cobalt und 0 bis 1,0 Gew.-% weitere Legierungselemente. Die Summe der Legierungselemente beträgt dabei 100 Gew.-%.A particularly suitable metallic material for the sliding layer is pure gold or a gold alloy, which consists of the following alloy elements: 98.5 to 100.0% by weight of gold, 0 to 0.5% by weight of cobalt and 0 to 1, 0% by weight of further alloying elements. The sum of the alloy elements is 100% by weight.

Besonders geeignete organische Materialien der Gleitschicht sind mindestens ein Fluorpolymer und/oder mindestens ein Fettsäuresalz. Bei dem Fluorpolymer kann es sich beispielsweise um einen Perfluorpolyether (PFPE) oder um Polytetrafluorethylen (PTFE) handeln. Das Fettsäuresalz kann beispielsweise Lithium-12-Hydroxystearat sein.Particularly suitable organic materials of the sliding layer are at least one fluoropolymer and / or at least one fatty acid salt. The fluoropolymer can be, for example, a perfluoropolyether (PFPE) or polytetrafluoroethylene (PTFE). The fatty acid salt can be, for example, lithium 12-hydroxystearate.

Die Dicke der Gleitschicht liegt vorzugsweise im Bereich von 0,05 µm bis 0,25 µm. Bereits derart dünne Gleitschichten sind ausreichend, um dem elektrischen Kontaktelement gute Gleiteigenschaften zu verleihen, sodass durch das Aufbringen der Gleitschicht auf die Nutzschicht keine wesentliche Dickenerhöhung der gesamten Beschichtung erfolgt.The thickness of the sliding layer is preferably in the range from 0.05 μm to 0.25 μm. Such thin sliding layers are sufficient to give the electrical contact element good sliding properties, so that the application of the sliding layer to the wear layer does not result in a significant increase in the thickness of the entire coating.

Die Nutzschicht des erfindungsgemäßen elektrischen Kontaktelements kann besonders vorteilhaft dann eingesetzt werden, wenn der Grundkörper aus Kupfer, einer niedrig legierten Kupferlegierung oder Messing besteht. Er besteht in diesem Falle aus den folgenden Legierungselementen: 50 bis 100 Gew.-% Kupfer, 0 bis 45 Gew.-% Zink und 0 bis 5 Gew.-% weiterer Legierungselemente. Die Summe der Legierungselemente beträgt hierbei 100 Gew.-%. Auch wenn die Summe der weiteren Legierungselemente hierin bis zu 5 Gew.-% betragen kann, ist es bevorzugt, dass jedes einzelne weitere Legierungselement nicht mehr als 2 Gew.-% der gesamten Legierung ausmacht. Weiterhin ist es bevorzugt, dass lediglich die weiteren Legierungselemente Beryllium, Chrom, Eisen, Kobalt, Magnesium, Mangan, Nickel, Phosphor, Schwefel, Silber, Silizium, Tellur, Titan, Zinn und Zirkonium zu jeweils bis zu 2 Gew.-% in der Legierung enthalten sein dürfen und alle nicht in dieser Liste genannten weiteren Legierungselemente zu jeweils maximal 1 Gew.-% vorliegen.The wear layer of the electrical contact element according to the invention can be used particularly advantageously when the base body consists of copper, a low-alloy copper alloy or brass. In this case, it consists of the following alloying elements: 50 to 100% by weight of copper, 0 to 45% by weight of zinc and 0 to 5% by weight of further alloying elements. The sum of the alloy elements is 100% by weight. Even if the sum of the other alloying elements here is up to 5% by weight , it is preferred that each individual further alloy element makes up no more than 2% by weight of the total alloy. Furthermore, it is preferred that only the further alloy elements beryllium, chromium, iron, cobalt, magnesium, manganese, nickel, phosphorus, sulfur, silver, silicon, tellurium, titanium, tin and zirconium in each case up to 2% by weight in the Alloy may be included and all other alloy elements not mentioned in this list are present at a maximum of 1% by weight.

Das erfindungsgemäße elektrische Kontaktelement kann mit guten technischen Eigenschaften hergestellt werden, ohne hierbei große Mengen teurer Edelmetalle einsetzen zu müssen.The electrical contact element according to the invention can be produced with good technical properties without having to use large amounts of expensive precious metals.

FigurenlisteFigure list

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

1 zeigt eine schematische Längsschnittdarstellung durch eine Anordnung aus zwei elektrischen Steckverbindern.
2 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Kontaktbereichs zwischen zwei elektrischen Kontaktelementen in einem Vergleichsbeispiel.
3 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Kontaktbereichs von zwei elektrischen Kontaktelementen gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung.
4 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Kontaktbereichs von zwei elektrischen Kontaktelementen gemäß anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung.

Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawings and are explained in more detail in the description below.

1 shows a schematic longitudinal sectional view through an arrangement of two electrical connectors.
2nd shows a cross-sectional view of a contact area between two electrical contact elements in a comparative example.
3rd shows a cross-sectional view of a contact area of two electrical contact elements according to embodiments of the invention.
4th shows a cross-sectional view of a contact area of two electrical contact elements according to other embodiments of the invention.

Ausführungsbeispiele der ErfindungEmbodiments of the invention

1 zeigt den schematischen Aufbau eines Steckverbinderpaares. Ein erster Steckverbinder 10 weist ein elektrisches Kontaktelement 11 in Form eines Messerelements auf. Dieses ist von einem ersten Isolationskörper 12 aus einem Kunststoff umgeben. Ein zweiter Steckverbinder 20 weist ein zweites elektrisches Kontaktelement 21 in Form eines Federelements auf. Dieses ist von einem zweiten Isolationskörper 22 aus einem Kunststoff umgeben. Wenn die beiden Steckverbinder 10, 20 in der dargestellten Weise ineinandergesteckt werden, dann wird der zweite Isolationskörper 22 in den ersten Isolationskörper 12 geschoben, wobei das erste elektrische Kontaktelement 11 in das zweite elektrische Kontaktelement 21 hineingleitet. Dabei biegt es die Federn des zweiten Kontaktelements 21 auseinander, die dann durch ihre Federkraft fest auf das erste Kontaktelement 11 gepresst werden. In einem Kontaktbereich 30, in dem die beiden Kontaktelemente 11, 21 sich kontaktieren, ist dann eine elektrische Übertragung möglich. 1 shows the schematic structure of a connector pair. A first connector 10th has an electrical contact element 11 in the form of a knife element. This is from a first insulation body 12th surrounded by a plastic. A second connector 20 has a second electrical contact element 21 in the form of a spring element. This is from a second insulation body 22 surrounded by a plastic. If the two connectors 10th , 20 are inserted into each other in the manner shown, then the second insulation body 22 in the first insulation body 12th pushed, the first electrical contact element 11 in the second electrical contact element 21 slides in. It bends the springs of the second contact element 21 apart, which then firmly by their spring force on the first contact element 11 be pressed. In a contact area 30th in which the two contact elements 11 , 21 electrical transmission is then possible.

In elektrischen Steckverbindern 10, 20, die Kontaktelemente 11, 21 gemäß dem Stand der Technik aufweisen, liegt der in 2 dargestellte Aufbau der Kontaktelemente 11, 21 im Kontaktbereich 30 vor. Das erste Kontaktelement 11 weist einen Grundkörper 111, eine auf dem Grundkörper angeordnete Zwischenschicht 112 und eine auf der Zwischenschicht angeordnete Nutzschicht 113 auf. Das zweite Kontaktelement 21 weist einen Grundkörper 211, eine auf dem Grundkörper 211 angeordnete Zwischenschicht 212 und eine auf der Zwischenschicht 212 angeordnete Nutzschicht 213 auf. Die Grundkörper 111, 211, die Zwischenschichten 112, 212 und die Nutzschichten 113, 213 weisen jeweils die in Tabelle 1 genannte Zusammensetzung in Gewichtsprozent auf: Tabelle 1 Grundkörper Zwischenschicht Nutzschicht 111, 211 112, 212 113, 213 Au 99,8 Co 0,2 Cu 100 Ni 100 Ru PTFE In electrical connectors 10th , 20 who have favourited Contact Elements 11 , 21 according to the prior art, is in 2nd shown structure of the contact elements 11 , 21 in the contact area 30th in front. The first contact element 11 has a body 111 , an intermediate layer arranged on the base body 112 and a wear layer arranged on the intermediate layer 113 on. The second contact element 21 has a body 211 , one on the main body 211 arranged intermediate layer 212 and one on the intermediate layer 212 arranged wear layer 213 on. The basic body 111 , 211 , the intermediate layers 112 , 212 and the wear layers 113 , 213 each have the composition stated in Table 1 in percent by weight: Table 1 Basic body Intermediate layer Wear layer 111, 211 112, 212 113, 213 Au 99.8 Co 0.2 Cu 100 Ni 100 Ru PTFE

Im vorliegenden Beispiel weisen die Zwischenschichten 112, 212 jeweils eine Dicke d₁₁₂ , d₂₁₂ von 3 µm auf und die Nutzschichten 113, 213 weisen jeweils eine Dicke d₁₁₃ , d₂₁₃ von 4 µm auf. Die Nutzschichten 113, 213 berühren sich im Kontaktbereich 30. Die große Menge an Gold-Cobalt-Legierung, die für die Herstellung der Nutzschichten benötigt wird, führt dazu, dass die Herstellung der elektrischen Kontaktelemente 11, 21 teuer ist.In the present example, the intermediate layers 112 , 212 one thickness each d ₁₁₂ , d ₂₁₂ from 3 µm and the wear layers 113 , 213 each have a thickness d ₁₁₃ , d ₂₁₃ from 4 µm. The wear layers 113 , 213 touch in the contact area 30th . The large amount of gold-cobalt alloy that is required for the production of the wear layers leads to the production of the electrical contact elements 11 , 21 is expensive.

3 zeigt den Aufbau der elektrischen Kontaktelemente 11, 21 gemäß mehreren Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in dem Paar der Steckverbinder 10, 20 gemäß 1 verwendet werden können. Zusätzlich zu dem bereits in 2 dargestellten Aufbau der elektrischen Kontaktelemente 11, 21 aus Grundkörpern 111, 211, Zwischenschichten 112, 212 und Nutzschichten 113, 213 weisen die Kontaktelemente 11, 21 gemäß diesen Ausführungsbeispielen der Erfindung auf ihren Nutzschichten 113, 213 jeweils noch eine Gleitschicht 114, 214 auf. Dies führt dazu, dass im Kontaktbereich 30 keine Kontaktierung der Nutzschichten 113, 213, sondern eine Kontaktierung der Gleitschichten 114, 214 vorliegt. Während die Dicke der Zwischenschichten 112, 212 in den Ausführungsbeispielen der Erfindung mit der Dicke der Zwischenschichten 112, 212 in dem Vergleichsbeispiel übereinstimmt, kommen die erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele mit wesentlich dünneren Nutzschichten 113, 213 aus, deren Dicke d₁₁₃ , d₂₁₃ jeweils nur 0,65 µm beträgt. Dies führt zu einer erheblichen Materialeinsparung gegenüber dem Vergleichsbeispiel. Die Gleitschichten 114, 214 weisen in den erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen jeweils eine Dicke d₁₁₄ , d₂₁₄ von 0,10 µm auf. Jede Nutzschicht 113, 213 ist also selbst zusammen mit ihren jeweiligen Gleitschicht 114, 214 dünner als die Nutzschicht 113, 213 im Vergleichsbeispiel. 3rd shows the structure of the electrical contact elements 11 , 21 according to several embodiments of the invention included in the pair of connectors 10th , 20 according to 1 can be used. In addition to that already in 2nd shown structure of the electrical contact elements 11 , 21 from basic bodies 111 , 211 , Intermediate layers 112 , 212 and wear layers 113 , 213 point the contact elements 11 , 21 according to these embodiments of the invention on their wear layers 113 , 213 one sliding layer each 114 , 214 on. This leads to the contact area 30th no contacting of the wear layers 113 , 213 but contacting the sliding layers 114 , 214 is present. While the thickness of the intermediate layers 112 , 212 in the embodiments of the invention with the thickness of the intermediate layers 112 , 212 in the comparative example, the exemplary embodiments according to the invention come with significantly thinner wear layers 113 , 213 from whose thickness d ₁₁₃ , d ₂₁₃ is only 0.65 µm each. This leads to considerable material savings compared to the comparative example. The sliding layers 114 , 214 each have a thickness in the exemplary embodiments according to the invention d ₁₁₄ , d ₂₁₄ from 0.10 µm. Every wear layer 113 , 213 is itself together with their respective sliding layer 114 , 214 thinner than the wear layer 113 , 213 in the comparative example.

In einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung weisen die Komponenten der Kontaktelemente 11, 21 die in Tabelle 2 aufgeführte Zusammensetzung in Gewichtsprozent auf. Tabelle 2 Grundkörper Zwischenschicht Nutzschicht Gleitschicht 111, 211 112, 212 113, 213 114, 214 Au 99,8 Co 0,2 Cu 100 Ni 100 89 P 11 PTFE In a first embodiment of the invention, the components of the contact elements 11 , 21 the composition listed in Table 2 in percent by weight. Table 2 Basic body Intermediate layer Wear layer Sliding layer 111, 211 112, 212 113, 213 114, 214 Au 99.8 Co 0.2 Cu 100 Ni 100 89 P 11 PTFE

Die Zwischenschicht, die im Vergleichsbeispiel aus reinem Silber besteht, besteht also im ersten Ausführungsbeispiel aus einer Nickel-Phosphor-Legierung. Dies führt zu einer Kostenersparnis, nicht nur aufgrund von weniger verbrauchtem Metall für die Nutzschicht, sondern auch aufgrund der Verwendung einer kostengünstigeren Legierung.The intermediate layer, which in the comparative example consists of pure silver, therefore consists of a nickel-phosphorus alloy in the first embodiment. This leads to a cost saving, not only due to the less used metal for the wear layer, but also due to the use of a less expensive alloy.

Die Gleitschicht 114, 214 besteht aus derselben Gold-Cobalt-Legierung, wie die Nutzschicht 113, 213 des Vergleichsbeispiels. Daher sind die Gleiteigenschaften der Kontaktelemente 11, 21 im Vergleichsbeispiel und im ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung gleich gut. Dabei ist die Gleitschicht 114, 214 jedoch im Vergleich zur Nutzschicht 113, 213 des Vergleichsbeispiels sehr dünn, so dass der überwiegende Teil der teuren Gold-Cobalt-Legierung eingespart werden kann.The sliding layer 114 , 214 consists of the same gold-cobalt alloy as the wear layer 113 , 213 of the comparative example. Therefore, the sliding properties of the contact elements 11 , 21 in the comparative example and in the first embodiment of the invention equally well. Here is the sliding layer 114 , 214 however in comparison to the wear layer 113 , 213 of the comparative example is very thin, so that the majority of the expensive gold-cobalt alloy can be saved.

In einem zweiten Ausführungsbeispiel der elektrischen Kontaktelemente 11, 21 weisen deren Bestandteile die in Tabelle 3 genannte Zusammensetzung in Gewichtsprozent auf: Tabelle 3 Grundkörper Zwischenschicht Nutzschicht Gleitschicht 111,211 112, 212 113, 213 114, 214 Au Co Cu 100 Ni 100 89 P 11 PTFE 100 In a second embodiment of the electrical contact elements 11 , 21 their constituents have the composition stated in Table 3 in percent by weight: Table 3 Basic body Intermediate layer Wear layer Sliding layer 111,211 112, 212 113, 213 114, 214 Au Co Cu 100 Ni 100 89 P 11 PTFE 100

Gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel wurden die metallischen Gleitschichten 114, 214 durch organische Gleitschichten ersetzt, die jeweils aus PTFE bestehen. Es wurde festgestellt, dass unter Verzicht auf ein teures Edelmetall im dritten Ausführungsbeispiel dennoch hervorragende Gleiteigenschaften der Kontaktelemente 11, 21 erzielt werden können, wobei die elektrische Übertragung dennoch nicht schlechter ist als jene der elektrischen Kontaktelemente 11, 21 im Vergleichsbeispiel.Compared to the first embodiment, the metallic sliding layers 114 , 214 replaced by organic sliding layers, each made of PTFE. It was found that, without an expensive precious metal in the third exemplary embodiment, excellent sliding properties of the contact elements are nevertheless achieved 11 , 21 can be achieved, but the electrical transmission is still not worse than that of the electrical contact elements 11 , 21 in the comparative example.

In einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird auf die Zwischenschicht 112, 212 verzichtet, so dass die Kontaktelemente 11, 21 den in 4 dargestellten Aufbau aufweisen, wobei die Nutzschicht 113, 213 jeweils unmittelbar auf dem Grundkörper 111, 211 angeordnet ist. Im Gegensatz zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen beträgt die Dicke d₁₁₃ , d₂₁₃ der Nutzschichten 113, 213 jeweils 1,50 µm. Die Komponenten der Kontaktelemente 11, 21 weisen die in Tabelle 4 aufgeführte Zusammensetzung in Gewichtsprozent auf. Tabelle 4 Grundkörper Nutzschicht Gleitschicht 111, 211 113, 213 114, 214 Au 99,8 Co 0,2 Cu 100 Ni 89 P 11 PTFE In a third embodiment of the invention, the intermediate layer 112 , 212 waived, so the contact elements 11 , 21 the in 4th have shown structure, the wear layer 113 , 213 each directly on the base body 111 , 211 is arranged. In contrast to the previous exemplary embodiments, the thickness is d ₁₁₃ , d ₂₁₃ of the wear layers 113 , 213 1.50 µm each. The components of the contact elements 11 , 21 have the composition listed in Table 4 in percent by weight. Table 4 Basic body Wear layer Sliding layer 111, 211 113, 213 114, 214 Au 99.8 Co 0.2 Cu 100 Ni 89 P 11 PTFE

Durch Verwendung einer dickeren Nutzschicht als im ersten und zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung können die Kontaktelemente 11, 21 also auch ohne Verwendung von Zwischenschichten 112, 212 hergestellt werden. Hierbei werden zwar dickere Nutzschichten 113, 213 verwendet, als in den ersten beiden Ausführungsbeispielen, diese sind jedoch immer noch deutlich dünner als die Nutzschichten 113, 213 des Vergleichsbeispiels.By using a thicker wear layer than in the first and second embodiment of the invention, the contact elements 11 , 21 so even without the use of intermediate layers 112 , 212 getting produced. Though there are thicker wear layers 113 , 213 used than in the first two embodiments, but these are still significantly thinner than the wear layers 113 , 213 of the comparative example.

Im einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die Gleitschichten 114, 214 der Kontaktelemente 11, 21 des dritten Ausführungsbeispiels ebenfalls durch organische Gleitschichten ersetzt werden, die jeweils aus PTFE bestehen, so wie auch im zweiten Ausführungsbeispiel die Gleitschichten 114, 214 des ersten Ausführungsbeispiels durch PTFE ersetzt wurden. Die Bestandteile der elektrischen Kontaktelemente 11, 21 weisen dann die in Tabelle 5 genannte Zusammensetzung in Gewichtsprozent auf:In a fourth embodiment of the invention, the sliding layers 114 , 214 of the contact elements 11 , 21 of the third exemplary embodiment are also replaced by organic sliding layers, which each consist of PTFE, just as in the second exemplary embodiment, the sliding layers 114 , 214 of the first embodiment were replaced by PTFE. The components of the electrical contact elements 11 , 21 then have the composition given in Table 5 in percent by weight:

Tabelle 5: Grundkörper Nutzschicht Gleitschicht 111, 211 113, 213 114, 214 Au Co Cu 100 Ni 89 P 11 PTFE 100 Table 5: Basic body Wear layer Sliding layer 111, 211 113, 213 114, 214 Au Co Cu 100 Ni 89 P 11 PTFE 100

Alle fünf beschriebenen Ausführungsbeispiele der elektrischen Kontaktelemente 11, 21 gemäß der Erfindung ermöglichen einen kostengünstigen Ersatz der elektrischen Kontaktelemente 11, 21 gemäß dem Vergleichsbeispiel, ohne dass dies zu einer Beeinträchtigung der für die Kontaktelemente 11, 21 relevanten Eigenschaften führen würde. Sie sind für elektrische Betriebsspannungen von mehr als 150 V geeignet.All five described embodiments of the electrical contact elements 11 , 21 according to the invention enable an inexpensive replacement of the electrical contact elements 11 , 21 according to the comparative example, without this affecting the contact elements 11 , 21 relevant properties. They are suitable for electrical operating voltages of more than 150 V.

Claims

Electrical contact element (11, 21) for a plug connector (10, 20), comprising a metallic base body (111, 211) and a wear layer (113, 213) applied to the base body (111, 211), characterized in that the wear layer ( 113, 213) consists of the following alloying elements: 82 - 91% by weight nickel 9-18% by weight phosphorus 0-1% by weight further alloying elements

the sum of the alloying elements being 100% by weight.

Electrical contact element (11, 21) after Claim 1 , characterized in that the wear layer (113, 213) is arranged directly on the base body (111, 211).

Electrical contact element (11, 21) after Claim 2 , characterized in that the wear layer (113, 213) has a thickness (d ₁₁₃ , d ₂₁₃ ) in the range from 1.00 µm to 2.50 µm.

Electrical contact element (11, 21) after Claim 1 , characterized in that a metallic intermediate layer (112, 212) is arranged between the base body (111, 211) and the wear layer (113, 213).

Electrical contact element (11, 21) after Claim 3 , characterized in that the intermediate layer (112, 212) consists of the following alloy elements: 99 - 100% by weight Copper or nickel 0-1% by weight further alloying elements

the sum of the alloying elements being 100% by weight.

Electrical contact element (11, 21) after Claim 3 or 4th , characterized in that the intermediate layer (112, 212) has a thickness (d ₁₁₂ , d ₂₁₂ ) in the range from 1.5 µm to 4.0 µm.

Electrical contact element (11,21) according to one of the Claims 3 to 6 , characterized in that the wear layer (113, 213) has a thickness (d ₁₁₃ , d ₂₁₃ ) in the range from 0.15 µm to 1.50 µm.

Electrical contact element (11, 21) according to one of the Claims 1 to 7 , characterized in that a metallic and / or organic sliding layer (114, 214) is arranged on the wear layer (113, 213).

Electrical contact element (11,21) after Claim 8 , characterized in that the sliding layer (114, 214) contains an alloy consisting of the following alloy elements: 98.5-100.0% by weight gold 0 - 0.5% by weight Cobalt 0 - 1.0% by weight further alloying elements

the sum of the alloying elements being 100% by weight.

Electrical contact element (11, 21) after Claim 8 or 9 , characterized in that the sliding layer (114, 214) contains at least one fluoropolymer and / or at least one fatty acid salt.

Electrical contact element (11, 21) according to one of the Claims 8 to 10th , characterized in that the sliding layer (114, 214) has a thickness (d ₁₁₄ , d ₂₁₄ ) in the range from 0.05 µm to 0.25 µm.

Electrical contact element (11, 21) according to one of the Claims 1 to 11 , characterized in that the base body (111, 211) consists of the following alloy elements: 50-100% by weight copper 0 - 45% by weight zinc 0 - 5% by weight further alloying elements

the sum of the alloying elements being 100% by weight.