DE2231922A1

DE2231922A1 - Mehrfach verwendbare steckverbindung

Info

Publication number: DE2231922A1
Application number: DE2231922A
Authority: DE
Inventors: Christopher Ludwig Fischer; Richard Frederick Otte
Original assignee: Raychem Corp
Current assignee: Raychem Corp
Priority date: 1971-06-29
Filing date: 1972-06-29
Publication date: 1973-01-18
Also published as: AU4400972A; AT336113B; DE2231922B2; NL178550B; CA998753A; IT960000B; IL39713A0; NL7209061A; BE785553A; AU476804B2; GB1395601A; ATA558172A; IL39713A; SE378160B; US3740839A; CH573058A5; JPS5546810B1; FR2144348A5; NL178550C; USRE29904E

Description

Patentanwälte

Dr. Ing. Wa!lor Abitz ? 9 ^ 1

Dr. Dieter F. Morf . '

Dr. Hans-A. Brauns
8Minchen86,Pf»w«neuewtr.28

29. Juni I972 157 890

RAYCHEM CORPORATION

300 Constitution Drive, Menlo Park, Calif.,

V.St.A.

Mehrfach verwendbare Steckverbindung

Die Erfindung betrifft Steckvorrichtungen, mit denen mechanische und insbesondere elektrische Verbindungen hergestellt werden können*

Neben Lötverbindungen, die eine für elektrische Zwecke günstige Verbindungsform darstellen, die aber im allgemeinen wegen ihrer Anordnung und/oder der Wärmeempfindlichkeit der benachbarten Bauteile nicht mehrfach verwendbar sind, stellen die Verbindungen mit Stecker und Buchse, mit Gewinde und Mutter und eine Vielzahl von Falz-Verbindungen die häufigsten Verbindungsarten dar.

Stecker und Buchsen sind als Verbindungsmittel zwar "allgemein mehrfach verwendbar, aber die Festigkeit der

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dabei entstehenden physikalischen oder elektrischen Verbindung ist für viele Anwendungszwecke nicht ausreichend; Verbindungen mit Gewinde und Mutter können sich lockern und sind bei beengten Bauverhältnissen nur schwierig zu verwirklichen. Falzverbindungen weisen zwar im allgemeinen ausreichende physikalische Festigkeit auf, sind aber normalerweise nicht wiederverwendbar. Es besteht also ein deutlicher Bedarf für eine Verbindungsform, die eine sowohl elektrisch als auch mechanisch ausgezeichnete Verbindung darstellt.

Die Erfindung stellt eine mehrfach verwendbare Steckverbindung dar und enthält:

ein durch Erwärmen rückbildbares. Metallteil, ein federndes Teil, das dem durch Erwärmen luickbild-

baren Metallteil so zugeordnet ist, daß es eine Kraft auf das Metallteil ausübt, die so beschaffen ist, daß das Metallteil durch die Kraft verformt wird, wenn das Metallteil auf eine Temperatur gekühlt wird, bei der es sich im Martensit-Zustand befindet und die so beschaffen ist, daß sie nicht ausreicht, die Rückbildung des durch Erwärmen rückbildbaren Metalls zu verhindern, wenn das durch Erwärmen rückbildbare Metall auf eine Temperatur erhitzt wird, bei der es sich im Austenit-Zustand befindet.

Bekanntlich handelt es sich bei einem durch Erwärmen rückbildbaren Gegenstand um einen Gegenstand, der aus einem Anfangszustand in einen davon abweichenden Zustand überführt worden ist, in dem er verbleibt, bis er über eine bestimmte Temperatur hinaus erwärmt wird, bei welcher er in seinen Anfangszustand zurückkehrt oder zurückzukehren

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sucht.

Geeignete, zuweilen als "Memory-Metalle" bezeichnete Metalle, aus denen durch Erwärmen rückbildbare Gegenstände hergestellt werden können, sind bekannt und beschrieben beispielsweise in den USA-Patentschriften 3 012 8 82 (Muldawer et al) und 3 174 851 (Buehler et al) und in der Belgischen Patentschrift 703 649 (Wand et al); auf diese Beschreibungen wird hier Bezug genommen. Wie sich aus den genannten Patentschriften ergibt, erfolgt bei diesen Legierungen bei bestimmten Temperaturen ein Übergang zwischen einem Austenit-Zustand und einem Martensit-Zustand. Wenn sie im Martensit-Zustand um bis zu 5 bis 10 % verformt werden,behalten sie diese Verformung bei, so lange sie im Martensit-Zustand verbleiben, aber sie kehren zu ihrer Anfangskoiifiguration zurück, wenn sie bis auf eine Temperatur erwärmt werden, bei der ihre Umwandlung in den Austenit-Zustand erfolgt. Diese Fähigkeit, beim Erhitzen zu schrumpfen, wird nach dem Belgischen Patent 755 271 ausgenützt, auf dessen Offenbarung hier zurückgegriffen wird. Die Temperaturen, bei denen derartige Umwandlungen stattfinden, hängen natürlich von der Art der Legierung ab. Ferner kann es sich bei der Temperatur in Wirklichkeit um einen Temperaturbereich handeln, und weil Hystereseerscheinungen auftreten können, hängt die genaue Umwandlungstemperatur zuweilen davon ab, ob der Gegenstand erwärmt oder abgekühlt wird.

Eine Gruppe Legierungen mit besonders günstigen Umwandlungstemperaturen sind in der Belgischen Patentschrift 769 468 beschrieben, deren Beschreibung für die vorliegende Erfindung als Grundlage angesehen wird« · .

Zwar sind Memory-Metalle bereits seit einiger Zeit bekannt,

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jedoch ist ihre Verwendung für Verbindungselemente durch die verhältnismässig geringfügige Verformung begrenzt gewesen, die die aus ihnen hergestellten Gegenstände bei der Rückbildung erfahren. Das Ausmaß der Rückbildung hängt sowohl von der Art des verwendeten Metalls als auch von den zur Dehnung verwendeten Mitteln ab, ist aber im allgemeinen begrenzt auf 6 bis 8 % durch Erwärmen rückbildbare Dehnung, Ausserdem sind Metalle, die die erwünschte Rückbildung durch Erwärmen liefern, nicht notwendigerweise auch besonders gute elektrische Leiter, noch lassen sie sich auch immer gut löten. Ausserdem hat die Anwendung von Memory-Metallen oftmals vorausgesetzt, daß das Metall von Hand über einen Dorn oder einen ähnlichen Gegenstand gedruckt wurde, um die verlangte Dehnung des Metalls zu erreichen.

Die genannten Nachteile werden bei den erfindungsgemässen Verbindungselementen praktisch vollständig vermieden, die nicht nur starke mechanische Verbindungen unter Ausnützung der Rückbildung von Memory-Metallen gewährleisten, sondern ausserdem hervorragende elektrische Eigenschaften, d.h. sehr geringen Widerstand, aufweisen, weil die Verbindung im Hinblick hierauf von dem Memory-Metall unabhängig gemacht werden kann.

Das zugeordnete federnde Clement erlaubt die Trennung und neuerliche Verbindung ohne Anwendung zusätzlicher äussercr Kraft und durch geeignete Auswahl des Memory-Metalls im Hinblick auf seine Umwandlungstemperatur kann die Trennung und neuerliche Verbindung ohne Erhitzung über die Umgebungstemperatur, hinaus erfolgen. Ausserdem lassen sich auf einfache Weise Änderungen der Abmessungen um mehr als 6 bis 8 % auf einfache Weise erzielen.

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Vorzugsweise handelt es sich bei dem aus durch Erwärmen rückbildbaren Metall bestehenden Bauteil um ein hohles, wärmeschrumpf bares Teil, d.h. ein Rohr oder einen Ring und das zugeordnete federnde Bauteil ist zumindest teilweise innerhalb des Hohlteils angeordnet.

Zweckmässigerweise dient das federnde Teil selbst zur Herstellung der Verbindung unter dem Einfluß der Rückbildungskraft des Memory-Metalls (z.B. kann ein Bauteil benutzt werden, das Zinken aufweist, die zwangsläufig mit einem Gegenstand bei Rückbildung des durch Erwärmen rückbildbaren Teils in Verbindung gebracht werden, die aber dank ihrer eigenen Federwirkung das rückbildbare Teil verformen, wenn es anschliessend zu seinem weicheren Martens it-Zustand abgekühlt wird, damit so die Lösung der Verbindung möglich wird)'; das Federteil kann aber auch in ein anderes Bauteil eingesetzt werden,das in der genannten Weise arbeitet (z.B. könnten die Zinken gelenkig angeordnet und eine besondere Feder angebracht werden).

Eine besonders bevorzugte Form einer erfxndungsgemässen Steckverbindung besitzt ein gegabeltes Bauteil mit mindestens zwei federnden Zinken, die von mindestens einem wärmeschrumpfenden Metallband umgeben sind. Ein Gegenstand wird zwischen die Zinken gesetzt, während das Band sich in seinem Martensit-Zustand bei niedriger Temperatur befindet, und dann wird die Temperatur so weit erhöht, daß das Metallband in seinen bei hoher Temperatur herrschenden Austenit-Zustand übergeht und dabei um die Zinken herum schrumpft, so daß diese den Gegenstand fest umklammern. Wenn jedoch das Metallband wieder bis zum Erreichen des Martensit-Zustands abgekühlt wird, reicht die Federkraft der Zinken aus, um das Band so weit zu dehnen, daß der Gegenstand", freigegeben wird. Die Steckverbindung kann dann einfach da-

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durch neuerdings verwendet werden, daß die Temperatur nach dem Einlegen des gleichen oder eines anderen Gegenstands zwischen die Zinken wieder erhöht wird.

Das Band ist vorzugsweise ein geschlossenes Teil, hat also Ringform und umgibt vorzugsweise den unteren Abschnitt der Zinken» Auf diese Weise vergrössern sich die Bewegungen des oberen Abschnitts der Zinken über die Schrumpfung das Bandes hinaus, beispielsweise läßt sich eine Dehnung von 6 bis 8 % auf mehr als 16 % erhöhen.

Die Abmessungen des Bandes und des wichtigen Abschnitts des gegabelten Bauteils müssen sorgfältig gewählt werden, so daß das Band keine bleibende Verformung durch die Zinken erfährt, wenn es wieder auf seinen Martensit-Zustand abgekühlt wird. Als Hilfsmittel für die beste Abmessungsanpassung des Bandes in seinem Martensit-Zustand wird an dem gegabelten Bauteil vorzugsweise ein abgeschrägter (beispielsweise kegelstumpfartiger) Abschnitt vorgesehen, der in die Zinkenbasis übergeht. Dadurch daß man das Band, während das Metall sich in seinem weicheren Martensit-Zustand befindet, sorgfältig auf diesen abgeschrägten Abschnitt schiebt, läßt sich der richtige Sitz leicht erreichen, und eine besondere anfängliche Verformung des Bandes, die Ungenauxgkeiten herbeiführen könnte, abgesehen davon, daß dadurch ein neuer Schritt für die Herstellung der Verbindung eingeschaltet wäre, ist nicht erforderlich.

Zwar ist als bevorzugte Form der Steckverbindung ein federndes Teil in Form eines gegabelten Elements vorgesehen, jedoch sind im Rahmen der Erfindung federnde Teile in anderer Gestalt möglich. Das wesentliche Erfordernis für die Ausübung der Erfindung ist die Verwendung eines durch

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Erwärmen rückbildbaren Metallteils, kombiniert mit einem Bauteil, das eine so grosse Kraft auf das Metall ausübt, daß das Metall verformt wird, während es sich in seinem Martensit-Zustand befindet, die aber nicht ausreicht, um das Metall zurückzuhalten oder bleibend zu verformen, wenn es sich zum Austenit-Zustand zurückverwandelt. Wenn eine solche Kombination erreicht ist, entsteht eine mehrfach verwendbare, durch Erwärmen rückbildbare Einrichtung, bei der das Ausweiten von Hand nicht erforderlich ist. Ein Beispiel für eine Anordnung, die in den erfindungsgemässen Steckverbindungen verwendet werden könnte, läßt sich durch ein Paar federbelasteter Kontaktteile verwirklichen, die innerhalb eines durch Erwärmen rückbildbaren Bandes angeordnet sind. Man kann auch federnde Hydraulikteile verwenden und dabei eine ähnliche Dehnungserhöhung erzielen, wie bei dem oben beschriebenen gegabelten Teil. Federwirkung läßt sich einem Hydrauliksystem auf an sich bekannte Weise verleihen, etwa durch einen federbeaufschlagten Kolben, ein Diaphragma oder ein abgeschlossenes Gasvolumen.

Die Erfindung kann auch eine Expansion ,des Metalls während der Umwandlung aus dem Martensit-Zustand in den Austenit-Zustand ausnützen. Wenn etwa ein dem obenbeschriebenen gegabelten Teil entsprechendes Bauteil mit einem innenliegenden Band aus einem durch Erwärmen rückbildbaren Metall versehen wäre, könnte man die Einrichtung sich beim Erwärmen öffnen und bei Abkühlen schliessen lassen. Beim Erwärmen könnten dann die Enden der Zinken die Kanten eines kreisförmigen Öffnungsringes berühren, der um diese Enden gelegt worden war, als das durch Erwärmen rückbildbare Metall sich in seinem Martensit-Zustand (d.h. hier in dem zusammengezogenen Zustand) befand.

Anschliossend sollen verschiedene Ausführungsformen der

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Erfindung beispielshalber und im Detail an Hand von Zeichnungen beschrieben werden, die folgendes darstellen:

Fig. I eine perspektivische Ansicht eines gegabelten federnden Teils einer erfindungsgemässen Steckverbindung, wobei ein Stück weggebrochen ist;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des in Verbindung mit der gleichen Steckverbindung verwendeten, durch Erwärmen rückbildbaren Bandes;

Fig, 3 eine Seitenansicht der zusammengesetzten Steckverbindung;

Fig. 4 eine Seitenansicht einer weiteren erfindungsgemässen Steckverbindung;

Fig. 5 eine Draufsicht auf die Steckverbindung nach Fig. 4.

Die Fig. 1 bis 3 geben eine bevorzugte Form einer mehrfach verwendbaren Steckverbindung gemäß der Erfindung wieder, wonach ein gegabeltes Bauteil 10 und ein Band aus einem durch Erwärmen rückbildbaren Metall vorgesehen sind. Das gegabelte Teil 10 besteht aus einem unteren zylindrischen Stift 11 (Fig. 1), der mit einem mittleren zylindrischen Abschnitt 12 ein einheitliches Bauteil bildet, dem ausserdem noch die beiden Zinken 13 und 14 angehören, die aus dem Mittelabschnitt 12 heraustreten. Die Zinken' verlaufen von der Basis des zylindrischen Abschnitts 12 aus nach oben und können zur Erhöhung der mechanischen Gesamtwirkung mechanisch getrennt sein. ·

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Die Zinken 13 bzw. 14 besitzen halbzylindrische Abschnitte 15 bzw. 16 von grösserem Durchmesser und mit kegelstumpf artigen Ausschnitten 17 bzw. 18, die nach unten zu halbzylindrischen Innenausnehmungen 19 bzw. 20 führen. Am Grunde jeder dieser Ausnehmungen befinden sich halbkegelige Eintiefungen 21 bzw. 22.

Das gegabelte Bauteil 10 wirkt zusammen mit dem Band 30, das aus einem Metall besteht, das die Eigenschaft hat, durch Erwärmen rückbildbar zu sein. Das Band 30 (Fig. 2) hat Ringform, und seine Grosse im Vergleich zu dem zylindrischen Abschnitt 12 des gegabelten Bauteils 10 stellt ein wichtiges Merkmal der Erfindung dar. Der Aufbau und die Eigenschaften des Bandes 30 werden im einzelnen weiter unten beschrieben, aber seine Arbeitsweise kann kurz folgendermaßen erläutert werden. Das Band 30 und das vorzugsweise gegabelte Bauteil 10 werden bis auf eine Temperatur abgekühlt, bei der das Metall, aus dem das Band 30 hergestellt ist_s im Martensit-Zustand vorliegt. Die hierfür erforderliche Temperatur hängt von der Zusammensetzung des Metalls ab. Die Umwandlungstemperatur (oder der Temperaturbereich) liegt vorzugsweise so, daß das Metall sich im Austenit-Zustand oberhalb von etwa 0⁰C und im Martensit-Zustand unterhalb von etwa -HO⁰C befindet. Das Band 30 kann beispielsweise durch Besprühen mit Trichlorfluormethan oder einer anderen Flüssigkeit mit niedrigem. Siedepunkt auf eine Temperatur von -40 C abgekühlt werden, oder indem man das Band in ein unter -HO C befindliches Kühlgefäß legt.

Nachdem das Band 30 in den Martensit-Zustand übergegangen ist, wird es auf den zylindrischen Abschnitt 12 des gegabelten Teils 10 geschoben. Wie Fig. 3 erkennen läßt,

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ist zwischen den zylindrischen Abschnitt 12 und den Stift 11 ein kegelstumpfförmiger Abschnitt 40 eingeschaltet. Der Abschnitt 40 bewirkt die Dehnung des Bandes 30 in der weiter unten zu beschreibenden Weise.

Der Innendurchmesser "a" des Bandes 30 ist unterschiedlich, je nachdem, ob sich das Band 30 im Austenit- oder im Martensit-Zustand befindet und im letzteren Fall, ob es gedehnt worden ist. Befindet sich das Band 30 im Austenit-Zustand, muß der Innendurchmesser "a" kleiner als der Aussendurchmesser des zylindrischen Teils 12 des gegabelten Bauteils 10 nach Fig. 1 sein. Wenn das Band 30 bis auf eine Temperatur abgekühlt ist, bei der es sich im Martensit-Zustand befindet, läßt es sich in begrenztem Maße dehnen und kehrt spontan zu den Anfangsabmessungen zurück, wenn es aus dem Martensit-Zustand in den Austenit-Zustand zurückkehrt. Natürlich ist es möglich, das Band 30, wenn es sich im Martensit-Zustand befindet, so stark zu dehnen, daß es seine Anfangskonfiguration nicht wieder annimmt und damit bleibend verformt oder sogar aufgerissen ist. Es ist daher wichtig, den Aussendurchmesser des zylindrischen Abschnitts 12 so zu wählen, daß das Band 30 durch ihn nicht bedeutend verformt oder geschwächt wird.

Nachdem die geeigneten Abmessungen ermittelt und das Band 30 auf eine Temperatur gekühlt ist; bei der es sich im Martensit-Zustand befindet, wird es über den Stift geschoben und an den kegelstumpf.förmigen Abschnitt 40 herangeführt. Nachdem das gegabelte Teil 10 fest eingespannt ist, wird auf die Unterseite 31 des Bandes 30 ein Druck ausgeübt, der es aufwärts über den kegeistumpfförmigen Abschnitt 40 drückt, wodurch das Band 30 eine radiale Erweiterung erfährt. Die Zinken des gegabelten Teils 10 müssen so· steif sein, daß sie das Band verformen, wenn es sich im

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Martensit-Zustand befindet und müssen doch so biegsam sein, daß sie von dem Band nach innen bewegt werden, wenn es in den Austenit-Zustand übergegangen ist. So lange die Einrichtung nun auf einer festen Temperatur unterhalb des Umwandlungspunkts gehalten wird, kann man einen Stift einlegen und eine sichere Verbindung mit ihm herstellen. Beispielsweise könnte der Stiftabschnitt eines zweiten gegabelten Bauteils entsprechend dem Teil 10 nach Fig. 1 in die teilweise zylindrische Öffnung eingesetzt werden, die von den Ausnehmungen 19 und 20 gebildet wird. Die Abmessungen der Öffnungen 19 und 20 sind so gewählt worden, daß der Gegenstand, mit dem die Einrichtung verbunden werden soll, genau hineinpaßt, so lange die Einr ichtung sich auf einer Temperatur befindet, bei der das Band sich im Martensit-Zustand befindet. Wenn der Gegenstand in die Verbindungseinrichtung eingeführt ist, wird der Ring 30 auf eine Temperatur erwärmt, bei der er von dem Martensit-Zustand in den Austenit-Zustand übergeht. Während dieses Übergangs, nimmt das Band 30 seine anfänglichen Abmessungen wieder an, wobei es um den Zylinderabschnitt 12 herum schrumpft und die Zinken 13 und 11 in festen Kontakt mit dem zwischen sie gelegten Gegenstand bringt. So lange die Temperatur oberhalb derjenigen Temperator gehalten wird, bei der das Band 30 wieder in den Martensit-Zustand übergeht, bleibt es im Austenit-Zustand und behält., seine durch die Erwärmung zurückgebildeten Abmessungen bei. Damit wird auch der Gegenstand weiterhin festgehalten. Die Einrichtung ist jedoch mehrfach verwendbar, da ja, wenn das Band bis auf die Temperatur abgekühlt wird, bei der es in den Martensit-Zustand übergeht, auf das Band infolge der natürlichen Federkraft der Zinken 13 und 14 eine Kraft ausgeübt wird, die das Band sofort verformt und die zwischen den Zinken 13 und 14

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untergebrachten Gegenstände leicht heraustreten läßt.

Eine andere Ausführung einer erfindungsgemässen Steckverbindung zeigen die Fig. 4 und 5. Ein gegabeltes Bauteil 50 weist Zinken 51 bzw. 52 mit Vorsprüngen 5 3 bzw. 5 4 an ihren oberen Enden auf. Ein ungefähr rechteckiges zusammenhängendes Band 55 aus Memory-Metall befindet sich in der Nähe der unteren Enden der Zinken 51 und 52. Die Innenabmessungen des Bandes 55 reichen aus, um die Vorsprünge 5 3 und 54 zusammenzuführen, wenn es sich in seinem durch Erwärmung rückgebildeten Austenit-Zustand befindet, jedoch wird es infolge der natürlichen Flexibilität der Zinken 51 und 5 2 gedehnt, wenn es im Martensit-Zustand ist.

Zur Benutzung wird das Band 55 ähnlich wie oben beschrieben über das gegabelte Bauteil 50 geschoben. Im Martensit-Zustand (niedrige Temperatur) kann zwischen den Vorsprüngen 5 3 und 5 4 ein Gegenstand eingeschoben werden. Wird das Band 55 auf eine Temperatur erwärmt, bai der es in den Austenit-Zustand überführt wird (hohe Temperatur), schrumpft es und drückt die Vorsprünge 5 3 und 54 gegen den zwischen diesen befindlichen Gegenstand.

Die Bewegung der Vorsprünge 5 3 und 54 ist weiter als die Bewegung des Bandes 55. Das wird durch die Hebelwirkung verursacht, wobei der Drehpunkt an der Basis der Zinken 51 und 5 liegt und die Kraft am Ort des Bandes 55 an den Hebelar-men 51 und 52 angreift. Durch weiteres Verlängern der Zinken 51 und 5 2 läßt sich eine noch grössere Bewegungsweite erzielen.

Die beschriebenen Einrichtungen weisen nur ein einzelh.es Band auf, man kann aber zwei oder noch mehr Bänder vei^wen-

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den, um die Schließkraft der Einrichtung zu erhöhen. Ausserdem sind die Bänder 30 und 55 zwar als geschlossene Bänder dargestellt, jedoch brauchen sie nicht geschlossen zu sein, sondern könnten die Gestalt eines C mit einer öffnung an einer Seite haben. Ferner sind die beschriebenen gegabelten Bauteile 10 und 50 zwar mit zwei Zinken ausgestattet, die Erfindung umfaßt aber auch Ausführungen mit mindestens drei Zinken. Schließlich sind zwar die gegabelten Teile 10 und 50 mit baulich zusammengehörigen Zinken ausgeführt, die Zinken können an ihrer Basis aber auch durch ein Gelenk verbunden sein, sofern eine Einrichtung vorgesehen ist, die die Zinken zurückfedern läßt, nachdem sie zusammengedrückt worden sind. Diese rückfedernde Kraft muß, wie oben erwähnt, so groß sein, daß das Band gedehnt wird, wenn es sich im Martensit-Zustand befindet. Beispielsweise liesse sich zwischen den Zinken zu diesem Zweck eine Druckfeder anordnen.

Als besonders geeignetes Material für die Herstellung eines einstückigen gegabelten Bauteils hat sich Kupferberyllium erwiesen. Dieses Material ist sehr fest und kann trotzdem gelötet und mit einer Metallschicht überzogen werden, und ist ausserdem ein hervorragender elektrischer Leiter.

Die Wahl der Umwandlungstemperatur hängt von der in Aussicht genommenen Verwendung ab. Die Steckverbindung sollte bei einer Temperatur arbeiten, bei der das Band sich im Austenit-Zustand befindet und muß trotzdem auf eine Temperatur abgekühlt werden können, bei der das Band sich im Martensit-Zustand befindet.

Eine Steckverbindung nach den Fig. 1 bis 3 wurde aus· einem Kupferberylliumstab und einem Ring aus einer durch Erwärmen

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rückbildbaren Metallegierung aus 49,6 Titan, 4 6,8 % Nickel und 3,6 % Eisen zusammengestellt. Die Steckverbindung wurde zur Verwendung in Miniaturschaltkreisen zum Übereinandersetzen von gedruckten Schaltkarten hergestellt; seine Gesamtlänge betrüg 0,386 cm. Der Stift war 0,183 cm lang und hatte einen Durchmesser von 0,0483 cm. Der anschliessende kegelstumpfartige Abschnitt hatte eine Schrägung von 45° und der zylindrische Zwischenabschnitt 12 hatte 0,0743 cm Durchmesser und reichte bis zu 0,25 9 cm von der Spitze des Stifts 11. Der zylindrische Abschnitt unterhalb der Zinkenspitzen hatte einen Aussen·? durchmesser von 0,102 cm. Die innere zylindrische Öffnung dieses Abschnitts hatte einen Durchmesser von 0,051 cm und reichte bis zu einem Punkt in 0,305 cm Abstand von der Spitze des Stifts 11. Längs der Achse des gegabelten Bauteils verlief ein Schlitz von 0,014 cm Breite und reichte abwärts bis auf 0,198 cm Abstand von den Spitzen der Zinken,

Das Band 30 war als Kreisring ausgebildet, der im Austenit-Zustand einen Innendurchmesser von 0,066 cm besaß. Der Aussendurchmesser des Bandes betrug 0,094 cm, seine Höhe 0,059 cm.

Es hat sich ergeben, daß bei den meisten Materialien das Aussenmaß des für die Aufnahme des Bandes bestimmten an dem gegabelten Bauteil um etwa 5 % grosser sein sollte als die Innenabmessung des Bandes, wenn dieses sich im.Austenit-Zustand befindet. Die Neigung des in den Figuren mit 40 bezeichneten abgeschrägten Abschnitts kann unterschiedlich groß gewählt werden, je nach der Höhe der Kraft, die zum Aufsetzen des Bandes erforderlich ist. Je höher die aufzuwendende Kraft ist, umso schwächer sollte die Schrägung dieses Abschnitts sein. Man kann aber auch das Band mit

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einer besonderen Vorrichtung dehnen und einfach über das gegabelte Bauteil streifen.

Die beschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemässen Steckverbindung nutzten eine Hebelwirkung in dem Sinne aus, daß die Bewegungsweite der Zinken erhöht wurde; man kann die Hebelwirkung aber auch umkehren, um die Festigkeit der Steckverbindung zu erhöhen. Das Band könnte daher in die Nähe der Zinkenspitzen gesetzt und der anzuschliessende Gegenstand zwischen das Band und-die Zinkenbasis gebracht werden. Dabei würde nur eine geringfügige Bewegung gegenüber dem Gegenstand auftreten, aber die Kraft würde erheblich sein, und bei manchen Anwendungen könnte eine derart hohe Kraft erforderlich sein. Jedoch ist die von dem Band bei seinem Übergang in den Austenit-Zustand ausgeübte Kraft sehr groß, und im allgemeinen ist es vorzuziehen, das Band nahe der Zinkenbasis angreifen zu lassen, um die Bewegungs weite der Zinken zu erhöhen.

Die in den Fig. 1 bis 3 gezeichnete Vorrichtung ist besonders gut für das Verbinden einer Folge von Schaltungsplatten geeignet. Bei dieser Benutzungsweise wird der Stift durch ein Loch in einer Schaltungskarte gesteckt und an die Karte gelötet. Dann wird der Stift Il in die obere zylindrische Öffnung eines zweiten identischen gegabelten Bauteils, das in gleicher Weise an eine zweite Schaltungskarte gelötet ist, eingeführt. Dieses Ineinanderstecken erfolgt, so lange das das zweite gegabelte Bauteil umgebende Band sich im Martensit-Zustand befindet. Wenn dann die Einrichtung, erwärmt wird, werden die beiden Schä-tungskarten fest miteinander verbunden und können doch voneinander getrennt werden, wenn die ganze Anordnung unter den Umwandlungspunkt des Bandes abgekühlt wird. Da die Steck *-

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verbindung eine ausserordentlich starke mechanische Zusammenfügung darstellt, braucht ihre Anwendung nicht auf die Herstellung elektrischer Verbindungen beschränkt zu werden; man kann sie vielmehr auch zur Herstellung von lediglich physikalischen Zusammenfügungen benutzen.

Alle Legierungen,die die oben beschriebene Eigenschaft der Rückbildung durch Erwärmen besitzen, können für die Herstellung der erfxndungsgemässen Steckverbindungen verwendet werden; jedoch hat sich herausgestellt, daß Legierungen mit hohen Anteilen von Nicke und Titan besonders brauchbar sind, weil die für das Dehnen des im Martensit-Zustand befindlichen Bandes erforderliche Kraft besonders niedrig ist und einen Bruchteil der Kraft darstellt, die das gleiche Band ausübt, wenn es in den Austenit-Zustand übergeht. Wegen dieser Eigenschaft ist die Grosse der natürlichen Rückfederung bei ^pferbaryllium und ähnlichen Werkstoffen ausreichend, um das Band zu verformen.

Wie sich aus der Belgischen Patentschrift 769 4 68 entnehmen läßt, entsteht durch Hinzufügen einer kleinen Menge Eisen zu grossen Anteilen Titan und Nickel eine Gruppe von Legierungen, deren Umwandlungstemperatur in einem besonders günstigen Bereich liegt. Als besonders brauchbar haben sich diejenigen Legierungen erwiesen, die innerhalb eines Bereichs liegen, der in einem Dreiphasendiagramm von Titan, Nickel und Eisen durch ein Viereck mit folgenden Eckpunktwerden abgegrenzt wird: erste Ecke bei 49,1 % Titan, 47,3 % Nickel und 3,6 % Eisen; zweite Ecke bei 4 9,1 % Titan, 4 8,8 % Nickel und 2,1 % Eisen; dritte Ecke bei 50,2 Titan, 46,8 % Nickel und 3,0 % Eisen; vierte Ecke bei 50,2 % Titan, 45,1 % Nickel und 4,7 % Eisen.

Es hat sich ferner gezeigt, daß aus Kombinationen von grösseren Anteilen Titan und Nickel mit kleinerenAnteilen AIu-

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minium oder Mangan brauchbare, durch Erwärmen rückbildbare Legierungen gewonnen werden können.

Besonders geeignete Legierungen für die Verwendung im Rahmen der Erfindung entstehen aus Legierungen mit etwa 49 Atomprozent Titan, etwa 49 Atomprozent Nickel und etwa 2 Atomprozent Kobalt oder etwa 5 2 Atomprozent Nickel und etwa 4 8 Atomprozent Titan oder etwa 50 Atomprozent Titan, etwa 48 Atomprozent Nickel und etwa 2 Atomprozent Eisen. Andere brauchbare Memory-Metalle sind Legierungen aus Gold und Cadmium und Legierungen aus Indium und Thallium.

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Claims

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Patente nsprüche

1.'Mehrfach verwendbare Steckverbindung, mit der mechanische und insbesondere elektrische Verbindungen hergestellt werden können, gekennzeichnet durch mindestens ein durch Erwärmen rückbildbares Metallteil und

mindestens ein federndes Teil, das dem durch Erwärmen rückbildbaren Metallteil so zugeordnet ist, daß es eine Kraft auf das Metallteil ausübt, die so beschaffen ist, daß das Metallteil durch die Kraft verformt wird, wenn das Metallteil auf eine Temperatur gekühlt wird, bei der es sich im Martensit-Zustand befindet und die so beschaffen ist, daß sie nicht ausreicht, die Rückbildung des durch Erwärmen rückbildbaren Metalls zu verhindern, wenn das durch Erwärmen rückbildbare Metall auf eine Temperatur erhitzt wird, bei der es sich im Austenit-Zustand befindet.

2. Mehrfach verwendbare Steckverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das durch Erwärmen rückbildbare Metallteil hohl ist.

3» .Mehrfach verwendbare Steckverbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das durch Erwärmen rückbildbare Metallteil rohrförmig oder bandartig ausgeführt ist.

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H, Mehrfach verwendbare Steckverbindung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Band zu einem zusammenhängenden Ring zusammengeführt ist.

5. Mehrfach verwendbare Steckverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das federnde Teil mit einer Einrichtung versehen ist, über oder um die das durch Erwärmen rückbildbare Metallteil gedrückt werden kann, wenn es sich im Martensit-Zustand befindet, damit dieses durch Erwärmen rückbildbare Metallteil die richtigen Abmessungen erhält.

6. Mehrfach verwendbare Steckverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die Dimensionierung des im Martensit-Zustand befindlichen, durch Erwärmen rückbildbaren Teils eine besondere Vorrichtung vorgesehen ist.

7„ Mehrfach verwendbare Steckverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das federnde Teil selbst dazu dient, die Verbindung unter der Rückbildungskraft des durch Erwärmen rückbildbaren Metallteils herzustellen»

ο Mehrfach verwendbare Steckverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das fe· dernde Teil elektrisch leitend ist.

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9. Mehrfach verwendbare Steckverbindung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das rückbildbare Teil aus Kupferberyllium besteht.

10. Mehrfach verwendbare Steckverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das federnde Teil als gegabeltes Bauteil (10) mit mindestens zwei Zinken (13, m) ausgebildet ist.

11. Mehrfach verwendbare Steckverbindung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zinken (13, 14) federnd ausgebildet sind.

12, Mehrfach verwendbare Steckverbindung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das durch Erwärmen rückbildbare Metallteil als wärmeschrumpfendes Band (30) ausgebildet ist, das um die Basis (12) der Zinken (13, 14) geführt ist.

13, Mehrfach verwendbare Steckverbindung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das gegabelte Bauteil (10) mit einer Schrägfläche (HO) versehen ist, die den Übergang zu der Basis (12) der Zinken (13, IH) bildet.

14, Mehrfach verwendbare Steckverbindung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrägfläche (40) einen

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kegelstumpfartigen Abschnitt mit einer Neigung von etwa 15° bildet.

15. Hehrfach verwendbare Steckverbindung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das federnde Teil mit einem unteren Stift (11) versehen ist, dessen Abmessungen so gewählt sind, daß er frei beweglich innerhalb der Zinken (13, IH) des federnden Teils einer gleichen Steckverbindung ist, während das durch Erwärmen rückbildbare Metallteil sich in seinem Martensit-Zustand befindet.

16. Mehrfach verwendbare Steckverbindung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Zinken (51, 52) an ihren freien Enden mit nach innen zeigenden Vorsprüngen (5 3, 54) versehen sind.

17. Mehrfach verwendbare Steckverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das durch Erwärmen rückbildbare Metallteil aus einem Metall besteht, dessen Umwandlungstemperatur so liegt, daß es sich bei 0⁰C im überwiegend austenitischen Zustand und bei -40⁰C im überwiegend martens!tischen Zustand befindet.

18. Mehrfach verwendbare Steckverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das durch Erwärmen rückbildbare Metallteil aus einer Le-

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gierung mit grösseren Anteilen von Titan und Nickel besteht.

19. Mehrfach verwendbare Steckverbindung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung im wesentlichen aus 40 Atomprozent Titan, 49 Atomprozent Nickel und 2 Atomprozent Kobalt besteht.

20. Mehrfach verwendbare Steckverbindung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung im wesentlichen aus 4 8 Atomprozent Nickel, 2 Atomprozent Eisen und 50 Atomprozent Titan besteht.

21. Mehrfach verwendbare Steckverbindung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung im wesentlichen aus 5 2 Atomprozent Nickel und 48 Atomprozent Titan besteht.

22» Mehrfach verwendbare Steckverbindung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung im wesentliehen aus Titan, Nickel und Eisen innerhalb eines ternären Bereichs von Titan-, Nickel- und Eisengehalten besteht, der durch ein Viereck mit folgenden Eckpunkten abgegrenzt ist:

erster Eckpunkt 4 9,1 % Titan, 47,3 % Nickel und 3,6 % Eisen; zweiter Eckpunkt 49,1 % Titan, 48,8 % Nickel und 2,1 % Eisen; dritter Eckpunkt 50,2 % Titan, 46,8 "% Nickel und 3,0 % Eisen; vierter Eckpunkt 50,2 % Titan, 45,1 % Nik-

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kel und H,7 % Eisen.

23. Mehrfach verwendbare Steckverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß das durch Erwärmen rückbildbare Metallteil eine durch Erwärmen rückbildbare Dehnung von bis zu etwa 5 % erfährt.

24. Mehrfach verwendbare Steckverbindung, gekennzeichnet durch ein gegabeltes Bauteil (10; 50) mit mindestens zwei Zinken (13, l*t; 51, 52), die einwärts bewegt werden können und bei dieser Bewegung eine nach aussen gerichtete Kraft ausüben;

mindestens ein Band (30; 55) aus einem Metall, das durch zugeführte Wärme rückbildbar ist, und welches Band seine Abmessungen derart ändern kann, daß seine Querabmessurigen mit der Ausübung der von dem gegabelten Bauteil gelieferten Kraft zunehmen, wenn es auf eine Temperatur abgekühlt wird, bei der es sich im Martensit-Zustand befindet, und welches Band seine Abmessungen derart ändern kann, daß die Queräbmessungen des Bandes ohne Anwendung einer äusseren Kraft abnehmen, wenn es auf eine Temperatur erwärmt wird, bei der es sich im Austenit-Zustand befindet, wobei jedes Band so weit ist, daß es um zumindest einen Teil der äusseren Begrenzung jener Zinken führbar ist, so lange es sich im Martensit-Zustand befindet, und so eng, daß es die Zinken einwärts führt, wenn es bis zum Eintreten in den Austenit-Zustand erwärmt wird.

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25. Mehrfach verwendbare Steckverbindung, gekennzeichnet durch ein gegabeltes Bauteil (10) mit mindestens zwei Zinken (13, IU) aus elastischem Werkstoff, wobei das gegabelte Bauteil (10) mit einem Zylindermantel (12) im Bereich der Basis der Zinken (13, 14) versehen ist;

einen Ring (30) aus einem Metall, das durch zugeführte Wärme rückbildbar ist, und welcher Ringseine Abmessungen derart ändern kann, daß seine Querabmessungen mit der Ausübung der von dem gegabelten Bauteil gelieferten Kraft zunehmen, wenn er auf eine Temperatur abgekühlt wird, bei der er sich im Martensit-Zustand befindet, und welcher Ring seine Abmessungen derart ändern kann, daß seine Querabmessungen ohne Anwendung einer äusseren Kraft abnehmen, wenn er auf eine Temperatur erwärmt wird, bei.der er sich im Austenit-Zustand befindet, wobei der Ring so weit ist, daß er um die zylindrische Mantelfläche des gegabelten Bauteils gelegt werden kann, wenn er sich im Martensit-Zustand befindet, und so eng, daß er die Zinken einwärts bewegt, wenn er auf eine Temperatur erwärmt wird, bei der er sich im Austenit-Zustand befindet.

26, Verfahren zum Herstellen einer mechanischen und/oder elektrischen Verbindung, dadurch gekennzeichnet, daß ein anzuschliessender Gegenstand oder anzuschliessende Gegenstände in eine Steckverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 25 gebracht werden, während das durch Erwärmen rückbildbare Metallteil sich im Martensit-JZustand befindet, und daß dann die Temperatur des durch Erwärmen rückbildbaren Metallteils so weit erhöht wird, daß

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-das Metallteil in den Austenit-Zustand übergeht.

27. Verfahren nach Anspruch 26_} gekennzeichnet durch seine Anwendung zum Ineinanderstecken von Karten mit gedruckten Schaltungen.

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