DE3889367T2

DE3889367T2 - Elektrische Kontaktstruktur mit geringer Einsteckkraft.

Info

Publication number: DE3889367T2
Application number: DE3889367T
Authority: DE
Inventors: Frank A Harwath; Paul L Rishworth
Original assignee: Molex LLC
Current assignee: Molex LLC
Priority date: 1987-03-16
Filing date: 1988-02-05
Publication date: 1994-10-27
Anticipated expiration: 2008-02-06
Also published as: EP0283118A3; JPH0415995B2; JPS63244575A; BR8801007A; DE3889367D1; EP0283118A2; EP0283118B1; US4740180A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Kontaktstruktur. Insbesondere bezieht sie sich auf eine Kontaktstruktur mit einem Steckanschluß mit zumindest einer Oberfläche, die mit zumindest einem Kontakt eines Aufnahmeanschlusses in Eingriff bringbar ist.
In der Vergangenheit sind verschiedenartige elektrische Anschlüsse mit Einfach- und Zweifachfederarmaufnahmekontakt zur Herstellung eines elektrischen Kontakts mit Steckanschlüssen wie etwa Stiften, Fahnen, Leiterplattenkontaktstellen und dgl. geschaffen worden. Allgemein muß bei diesen Ausbildungen der Steckanschluß mit solcher Kraft in die Aufnahme eingesteckt werden, daß der vom Aufnahmeanschluß dargebotene Einsteckwiderstand überwunden wird. Die Einsteckkraft der Kontaktstruktur umfaßt eine Hebekomponente, die eine Kraft darstellt, die zum Auseinanderheben oder -spreizen des Aufnahmekontaktbereichs oder der Aufnahmekontaktbereiche erforderlich ist, um den Durchgang des Steckanschlusses in die Aufnahme zu ermöglichen, und ferner eine horizontale Reibkomponente, die sich bildet, wenn der Aufnahmekontaktbereich oder die Aufnahmekontaktbereiche am Steckanschluß beim Einsetzen scheuern.
Bei Mehrkreisanordnungen mit einer großen Anzahl von in einem Verbinder montierten Aufnahmeanschlüssen für eine Verbindung mit einem Steckverbinder mit einer entsprechend großen Anzahl von Steckanschlüssen kombinieren sich die mit jedem Kontaktpaar verbundenen Einsteckkräfte, so daß die zum Verbinden des Steck- und des Aufnahmeverbinders erforderliche Gesamteinsteckkraft außerordentlich groß sein kann.
Frühere Bemühungen zur Schaffung einer elektrischen Kontaktstruktur, die durch eine verringerte Einsteckkraft gekennzeichnet ist, umfassen im allgemeinen eine Modifizierung der Aufnahmeanschlußkontakte. In US-A-4 175 821 ist zum Beispiel ein Aufnahmeanschluß mit einem gegenüberliegenden Zweifachfederarmkontaktglied beschrieben, bei dem die Kontaktbereiche der gegenüberliegenden Arme axial voneinander in Längsrichtung versetzt sind. Ein Kontaktstift wird zwischen die Aufnahmefederarme eingesetzt, wobei der Stift mit dem ersten Federarm am Aufnahmeanschluß in Eingriff kommt und ihn aus dem Weg hebt, bevor er den zweiten Federarm berührt und diesen Kontakt aus dem Weg bewegt. Die Anordnung ruft eine geringere Spitzeneinsteckkraft hervor, weil die zum Auslenken des Aufnahmeanschlusses in eine Verbindungsendposition benötigte Hebekraft in zwei kleinere Hebeschritte geteilt wird, indem ein Federarm zu einer gegebenen Zeit beim Einsteckhub anstelle von zweien gleichzeitig angehoben wird. Die in dem Patent beschriebene Konstruktion hat mehrere Mängel. Zum Beispiel ist der Aufnahmeanschluß in der Lage, einen herkömmlichen Quadratstift- Steckanschluß aufzunehmen, der einen verhältnismäßig kurzen, abgefasten Spitzenbereich aufweist. Der Spitzenbereich am Steckanschluß ist tvpischerweise eine grob bearbeitete Oberfläche, die an dem edelmetallplattierten Kontaktbereich am Aufnahmeanschluß scheuert. Ein wiederholtes Verbinden führt zu abgeschabten Kontakten mit der Folge, daß die Kontaktanordnung im Langzeitgebrauch elektrisch unzuverlässig ist. Eine Erhöhung der Edelmeteallplattierung im Kontaktbereich führt zu erhöhten Kosten, was ebenfalls unerwünscht ist.
Ein weiterer abgewandelter Aufnahmeanschluß mit niedriger Einsteckkraft ist in US-A-4 607 907 beschrieben. Der in diesem Patent beschriebene Aufnahmekontakt ist ein stanzgeformter Anschluß mit einem rückwärtigen Muffenteil, von dem vorkragende Federarme mit Kontaktbereichen an ihren freien Enden ausgehen. Die Kontaktbereiche sind axial in Längsrichtung versetzt wie die Kontaktbereiche in dem oben erwähnten Patent, jedoch sind sie zusätzlich so gestaltet, daß sie über die Mittellinie des Einsteckbereichs übergreifen, was es ermöglicht, niedrigere Federraten zu verwenden. Der Aufnahmekontakt weist ferner eine horizontale Beabstandung zwischen den vorkragenden Federarmen auf, so daß die Kontaktbereiche horizontal voneinander beabstandet sind. Dies ermöglicht es, daß die Kontaktbereiche mit Edelmetallen in einem kostengünstigeren Verfahren plattiert werden können. Durch diesen Aufnahmekontakt wird eine geringere Spitzeneinsteckkraft aus den gleichen Gründen erreicht, d.h. der Steckanschluß hebt einen vorkragenden Federarm zu einem gegebenen Zeitpunkt während des Einsetzens an. Die Übergriffskonstruktion der Kontaktbereiche ermöglicht es, daß niedrigere Federraten bei den Federgliedern verwendet werden, so daß die Steifheit jedes Federgliedes verringert wird und die zum Anheben jedes Federarmkontaktes während des Stifteinsetzens erforderliche Kraft herabgesetzt wird.
Diese Konstruktion besitzt ebenfalls mehrere Mängel. Wie bei dem zuerst erwähnten Aufnahmeanschluß scheuert die durch groben Schnitt abrasive Kante der abgefasten Einführung am Steckstift an den edelmetallbeschichteten Kontaktbereichen der Federarme während des Stifteinsetzens. Eine langfristige elektrische Zuverlässigkeit bei wiederholten Verbindungsvorgängen wird im allgemeinen nicht erreicht. Der Aufnahmeanschluß wird gestanzt und dann auf eine Weise geformt, die eine sehr große Menge von Abfallblechmaterial hervorruft. Außerdem können diese Aufnahmeanschlüsse, da sie nach dem Stanzen geformt werden, um den Muffenbereich und die Struktur mit gegenüberliegenden Federarmen zu bilden, nicht an einem Trägerstreifen in einer Abstandsanordnung ihrer Mittellinien vorgesehen werden, die ohne weiteres das Einsetzen in ein Verbindergehäuse in einem einzigen Stanzvorgang ermöglicht. Statt dessen müssen sie, nachdem sie geformt worden sind, auf einen Abstand neu positioniert werden, der für ein Einsetzen in ein Gehäuse geeignet ist. Dieses erfordert zusätzliche Herstellungs- und Montageschritte im Gebrauch.
Ein neuer Anlauf zur Schaffung eines Kontaktes mit niedriger Einsteckkraft ist in der europäischen Patentanmeldung Nr. 87 307 398.2 (EP-A-0 261 839) beschrieben. Die dort beschriebene elektrische Kontaktstruktur weist eine elektrisch leitende langgestreckte rohrförmige Aufnahmebuchse auf, die zur Aufnahme eines Verbindungssteckkontakts geeignet ist. Der Steckkontakt hat zumindest ein federndes langgestrecktes Teil. Entweder die rohrförmige Aufnahmebuchse oder der Steckanschluß weist ein vorgegebenes längsverlaufendes gedrehtes Schräg- bzw. Verwindungsprofil auf. Wenn der Steckanschluß in die Aufnahmebuchse eingesetzt wird, wird das federnde Teil am Steckanschluß fortschreitend entlang der vorgegebenen gedrehten Schräge ausgelenkt. Bei dieser Konstruktion bewirkt die Drehauslenkung ein Drehmoment, das die Verbindungskontaktkraft zwischen dem Steck- und dem Aufnahmekontakt erzeugt. Das Ausmaß der gedrehten Schräge bei dieser Kontaktanordnung bestimmt den Betrag der fortschreitenden Auslenkung beim Einsetzen.
Die vorgeschlagene Konstruktion hat ebenfalls einige Mängel. Das Steckanschlußteil muß bei zumindest einer Ausführungsform montiert werden, und die zusätzlichen Montageschritte erhöhen die Kosten der Kontaktstruktur. Ein weiterer Nachteil tritt bei der Herstellung auf, weil das Innere des rohrförmigen Aufnahmeteils sehr schwierig in zufriedenstellender Weise mit Edelmetallen zu plattieren ist, nachdem es geformt ist. Die gegenüberliegenden inneren Oberflächen erzeugen Feldeffektstörungen bei den Plattierungsarbeiten, was zu einer Plattierung von schlechter oder geringerer Qualität führt. Außerdem ist die Kontaktbaustruktur sehr empfindlich gegenüber einer Fehlausrichtung des Aufnahme- und des Steckanschlusses. Falls das Steckanschlußteil eine Stellung hat, die von der Mittelachse des rohrförmigen Aufnahmeteils leicht versetzt ist, kann sich das Merkmal der geringen Einsteckkraft in sehr hohe Einsteckkräfte ändern, da eine Fehlausrichtung bestrebt ist, nicht federnde Teile im System auszulenken oder auszulenken zu versuchen.
FR-A-13 40 607, aus der der Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt ist, beschreibt ebenfalls eine Kontaktstruktur, bei der verdrehte Einführungsbereiche des Steckanschlusses mit einer Federeinrichtung des Aufnahmeanschlusses in Eingriff kommen.

Zusammenfassung der Erfindung

Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte elektrische Kontaktstruktur mit geringer Einsteckkraft zu schaffen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine elektrische Kontaktstruktur 10 vorgesehen, bestehend aus einem Steckanschluß 12 und einem Aufnahmeanschluß 30, wobei der Steckanschluß ein langgestreckter Leiter mit zumindest einer Oberfläche 22, 24 ist, die sich entlang seiner Länge erstreckt und einen mit einem sich nach vorn erstreckenden Einführbereich 16 verbundenen Kontaktbereich 14 aufweist,und der Einführbereich einen allmählich fortschreitenden verdrehten Querschnitt in bezug auf den Kontaktendbereich besitzt, der Aufnahmeanschluß zumindest eine Federeinrichtung 34, 36 mit einem Kontaktbereich 42, 44 aufweist, der mit der Oberfläche des Steckanschlusses elektrisch in Eingrff bringbar ist, und der Kontaktbereich der Federeinrichtung gleitend mit der Oberfläche 22, 24 im Einführbereich 16 in Eingriff steht, wenn der Steckanschluß 12 von einer Anfangsposition in eine Endposition eingesteckt wird, in der sich der Aufnahmekontaktbereich 42, 44 auf dem Kontaktendbereich des Steckanschlusses befindet, wodurch die Normalkraft zwischen dem Kontaktbereich des Federarms auf der Oberfläche des Steckanschlusses allmählich in dem Maße größer wird, wie der Steckanschluß in den Aufnahmeanschluß eingesteckt wird, bis eine Verbindungsendposition erreicht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Federeinrichtung des Aufnahmeanschlusses ein Federarm ist.
Die verdrehte Gestaltung des Einführbereichs des Steckanschlusses bildet eine wirksame Schräge, die im Vergleich zu zum Beispiel abgeschrägten Standardanschlüssen mit Quadratstift erheblich reduziert ist, und die reduzierte wirksame Schräge wird ohne Materialschwächung erreicht, wie sie durch das Vorsehen eines sehr langen abgeschrägten Bereichs hervorgerufen wird. Statt dessen ist der Steckanschluß im wesentlichen starr, klein und robust und kann auf Mittellinien in einem einzigen Arbeitsgang in einer Anschlußbeabstandung gestanzt werden, die ohne weiteres für den Endeinsatz in ein Verbindergehäuse geeignet ist. Der Stanzvorgang führt zu einer auf einfache Weise plattierten Struktur mit sehr geringem Abfall.
Bei einer Ausbildung gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt der Aufnahmeanschluß einen gegenüberliegenden vorkragenden Zweifachfederarmanschluß, und der normale Kontaktdruck am Ende, der für einen guten elektrischen Verbindungskontakt zwischen dem Steck- und dem Aufnahmeanschluß erforderlich ist, wird allein durch die Dicke des Steckanschlusses im Kontaktbereich am Ende bestimmt.
Die Verdrehung des Einführbereichs des Steckanschlusses ruft eine niedrige Einsteckkraft beim Einsetzen hervor, sie ist jedoch nicht verantwortlich für die Ausbildung des endgültigen elektrischen Kontaktdruckes der verbundenen Kontaktstruktur. Die Einführschräge des Steckanschlußkontaktes kann in einer Weise ausgebildet sein, die die Hebekraft beim Einsetzen wirksam verringert, so daß die zum Verbinden des Steckanschlusses erforderliche Spitzeneinsteckkraft nicht nennenswert über die Reibscheuerkraft hinausgeht, die mit den Endstufen des Einsetzens einhergeht. Des weiteren wird eine glattgefräste Oberfläche am Steckanschluß der Aufnahmekontaktoberfläche über das gesamte Einsetzen hinweg dargeboten. Dies gewährleistet, daß grobgeschnittene abrasive Kanten am Steckstift mit den Verbindungsoberflächen des Aufnahmeteils nicht in Kontakt sind, was den Verschleiß an den Aufnahmekontakten herabsetzt. Zusätzlich hat die Verwindungsgestalt des Einführbereichs des Steckanschlusses, bei gegenüberliegenden vorkragenden Kontakten, allgemein die Wirkung, daß irgendwelche Abfallpartikel am Anschlußteil von den verbundenen Kontaktflächen am Ende weg nach außen, sehr ähnlich einer Holzschraube, gedrängt werden.
Der Steckanschluß mit dem verdrehten Einführbereich ist verhältnismäßig leicht herzustellen. Die Enddicke des Steckanschlusses im Kontaktbereich kann auf sehr kleine Maßtoleranzen gefräst werden. Der Verwindungswinkel des Einführbereichs ist verhältnismäßig unkritisch und kann normalerweise ohne Schaden in großem Umfang variieren. Bei alternativen Ausführungsformen können die Steckanschlüsse auch aus Drahtmaterial gebildet sein.
Die Kontaktbereiche an den vorkragenden Federarmen des Aufnahmeanschlusses können gleichebenig und zueinander seitlich versetzt sein, um zwischen sich einen Einsteckspalt zu bilden, der zur Aufnahme des Einführbereichs des Steckanschlusses geeignet ist.
Bei dieser Ausbildung kontaktieren die Aufnahmekontaktbereiche den Verwindungsstift an glatt gefrästen bzw. geprägten Kontaktoberflächen, so daß der Aufnahmeanschluß gegenüber Verschleiß weniger anfällig ist und eine erhöhte Funktionssicherheit bietet.
Ein Aufnahmeanschluß, wie zuletzt beschrieben, kann auch mit einer Hochgeschwindigkeitsstanzausrüstung in einer Weise hergestellt werden, die den Materialverbrauch herabsetzt und eine selektive Plattierung möglich macht, anders als bei vorbekannten Aufnahmeanschlüssen mit direkt gegenüberliegenden Kontakten vom Stimmgabeltyp. Die Aufnahmeanschlüsse mit seitlich versetzten Kontaktbereichen können mit verbesserter Zuverlässigkeit und Geschwindigkeit plattiert werden. Die Stromdichte wird in den Kontaktbereichen nicht herabgesetzt, weil sich die Kontaktbereiche nicht direkt gegenüberliegen. Die Aufnahmekontaktbereiche können auch in einem weniger aufwendigen Plattiervorgang bürstenplattiert werden. Die Aufnahmeanschlüsse mit quer versetzten Kontaktbereichen können auch aus vorplattiertem Material gestanzt werden und behalten ihre Plattierung im Kontaktbereich.
Die Aufnahmeanschlüsse mit quer versetzten Kontaktbereichen können sehr große Plazierungsfehler des Steckanschlußstiftes vom X,Y-Typ aufnehmen, ohne die Einsteckkraft der Kontaktstruktur zum Schlechteren zu verändern.
Es versteht sich, daß der Steckanschlußstift mit niedriger Einsteckkraft vorteilhaft bei einem herkömmlichen Aufnahmekontaktanschluß mit gegenüberliegender Zweifachauskragung verwendet werden kann, um eine elektrische Kontaktstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung zu bilden.
Einige Wege der Ausführung der vorliegenden Erfindung werden nun im einzelnen als Beispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, die eine Anzahl spezieller Ausführungsformen zeigen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer elektrischen Steckkontaktstruktur mit geringer Einsteckkraft nach der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist eine Vorderansicht des Steckanschlusses der Struktur nach der Linie 2-2 der Fig. 1;
Fig. 3 ist eine Vorderansicht des Aufnahmeanschlusses der Struktur nach der Linie 3-3 der Fig. 1;
Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht der elektrischen Kontaktstruktur nach Fig. 1 in den Anfangsstadien des Einsteckens des Steckanschlusses in den Aufnahmeanschluß;
Fig. 5 ist eine Schnittdarstellung der Anfangsstadien des Einsteckens nach der Linie 5-5 der Fig. 4;
Fig. 6 ist eine perspektivische Ansicht des Steck- und des Aufnahmeanschlusses an einer Zwischenstelle während des Einsteckens des Steckanschlusses in den Aufnahmeanschluß;
Fig. 7 ist eine Querschnittsdarstellung des Steck- und des Aufnahmeanschlusses, gezeigt in dem Zwischenstadium des Einsteckens gemäß der Linie 7-7 der Fig. 6;
Fig.8 ist eine perspektivische Ansicht des vollständig verbundenen Steck- und Aufnahmeanschlusses;
Fig. 9 ist eine Querschnittsdarstellung des vollständig verbundenen Steck- und Aufnahmeanschlusses nach der Linie 9-9 der Fig. 8;
Fig. 10 ist eine perspektivische Ansicht einer Trägereinheit mit Steckanschlüssen;
Fig. 11 ist eine perspektivische Ansicht eines Verbindergehäuses zur Aufnahme der in Fig. 10 gezeigten Trägereinheit;
Fig. 12 ist eine perspektivische Ansicht eines vollständig zusammengebauten Verbinders mit einem die Steckanschlüsse enthaltenden Verbindergehäuse;
Fig. 13 ist eine Seitenansicht eines alternativen Steckanschlusses zur Verwendung in einer Kontaktstruktur nach der vorliegenden Erfindung;
Fig. 14 ist eine Vorderansicht des in Figur 13 gezeigten Anschlusses nach der Linie 14-14;
Fig. 15 bis 17 veranschaulichen das Einsetzen und Verbinden des alternativen Steckanschlusses nach Fig. 13 und eines gegenüberliegenden Standardaufnahmekontakts;
Fig. 18 ist eine weitere alternative Ausführungsform des Steckanschlusses zur Verwendung in einer Kontaktstruktur nach der vorliegenden Erfindung;
Fig. 19 ist eine Vorderansicht des in Figur 18 gezeigten Steckanschlusses nach der Linie 19-19 und
Fig. 20 ist eine grafische Darstellung, in der die errechnete Einsteckkraft, die beim Verbinden einer herkömmlichen Kontaktstruktur (Kurve A) und für die Kontaktstruktur nach der vorliegenden Erfindung (Kurve B) in Abhängigkeit von der Einstecklänge benötigt wird, verglichen wird.

Detaillierte Beschreibung der dargestellten Ausführungsformen

Es sei nun auf Fig. 1 Bezug genommen, wonach die elektrische Verbindungskontaktstruktur 10 mit geringer Einsteckkraft zunächst einen Steckanschluß 12 mit einem Kontaktendbereich 14 und einem sich nach vorn erstreckenden Einführungsbereich 16 umfaßt, der einen allmählich verdrehten Querschnitt in bezug auf den Kontaktendbereich 14 besitzt, wie in den Figuren 1 und 2 gezeigt.
Bei der in den Figuren 1 und 2 gezeigten Ausführungsform des Steckanschlusses 12 ist das vordere freie Ende des Einführungsbereichs 16 mit einer kleinen abgefasten Spitze 18 versehen. Ein zweiter Kontaktbereich 20, wie etwa eine Lötfahne oder ein Lötstift, wie gezeigt, geeignet für einen Eingriff mit einem externen Schaltungsteil, erstreckt sich von dem Kontaktendbereich 14 nach hinten.
Der Steckanschluß 12 hat, wie gezeigt, eine vierseitige Querschnittsgrundform mit einem Paar einander gegenüberliegender Hauptoberflächen 22 und 24, die sich vom rückwärtigen Ende des Kontaktendbereichs 14 zum vorderen Ende des Einführungsbereichs 16 unmittelbar angrenzend an den Spitzenbereich 18 erstrecken. Die Steckkontaktflächen 22 und 24 sind glatte, ununterbrochene gefräste Oberflächen, die durch Schneid- oder maschinelle Bearbeitungen nicht abrasiv geworden sind. Die Oberflächen 22 und 24 im Einführungsbereich 16 bieten jeweils eine glatte ununterbrochene Nockenfläche dar, um auslenkbare Kontaktbereiche des Aufnahmeverbindungskontakts allmählich zunehmend weiter auseinanderzubewegen, wenn der Steckanschluß zur Verbindung in den Aufnahmeanschluß in einer Weise eingesetzt wird, die im folgenden mehr im einzelnen beschrieben wird.
Der Steckanschluß 12 ist ein im wesentlichen starres, einheitliches und einstückiges Metallstanzteil, das einfach und kostengünstig unter Verwendung herkömmlicher Metallstanz- und Prägeverfahren und -ausrüstungen, mit denen der Fachmann gut vertraut ist, hergestellt werden kann.
Mehr im einzelnen werden gestanzte Steckanschlüsse 12 dadurch hergestellt, daß ein Metallblechvorrat von gewünschter Dicke vorzugsweise derart gestanzt wird, daß ein Trägerstreifen mit einbezogen ist, und danach der Einführungsbereich 16 mit verwundenem Querschnitt geprägt wird, indem die einander gegenüberliegenden Oberflächen 22 und 24 mit einer oberen und einer unteren Gesenkform verbunden werden, die komplementär konturierte Oberflächen in einer solchen Ausführung aufweisen, daß dem Einführungsbereich 16 die gewünschte verdrehte Form aufgeprägt wird. Der Kontaktendbereich 14 des Steckanschlusses 12 kann bei dem Stanzschritt aus dem vorplattierten Metallvorrat geformt werden, oder der Kontaktendbereich 14 wird selektiv mit Edelmetallen nach dem Stanzen durch Bürstenplattierung oder andere Plattierungsverfahren plattiert.
Es sei nun auf die Figuren 1 und 3 Bezug genommen, wonach die elektrische Verbindungskontaktstruktur außerdem einen Aufnahmeanschluß 30 für eine Verbindungsaufnahme des Steckkontakts 12 umfaßt. Der Aufnahmeanschluß 30 umfaßt ein einteiliges Metallstanzteil mit einem allgemein rechteckigen Basisbereich 32, und von gegenüberliegenden Seiten des Basisbereichs 32 erstrecken sich nach vorn zwei seitlich versetzte, in vertikaler Richtung einander gegenüberliegende vorkragende Federarme 34 und 36.
Die Federarme 34 und 36 sind so geformt, daß sie sich zuerst angrenzend an den Basisbereich 32 voneinander fort und danach zueinander hin erstrecken. Die freien Enden 38 und 40 der Federarme 34 und 36 sind so geprägt, daß sie erhabene Kontaktbereiche 42 und 44 aufweisen, die von ihrer oberen bzw. ihrer unteren gegenüberliegenden Oberfläche ausgehen.
Wie in den Figuren 1 und 3 gezeigt, bildet die gegeneinandergerichtete Zweier-Federarmgestalt des Aufnahmeanschlusses 30 einen Einsteckspalt 46, der zwischen den vorderen Enden 38 und 40 der Federarme 34 und 36 zum Basisbereich 32 verläuft. Wie insbesondere in Fig. 3 gezeigt, sind im unverbundenen Zustand die einander gegenüberliegenden Kontaktbereiche 42 und 44 des Aufnahmeanschlusses 30 in Querrichtung voneinander beabstandet, liegen jedoch in horizontaler Richtung im wesentlichen in Reihe. Der Aufnahmeanschluß 30 weist außerdem einen zweiten Kontaktbereich 48 wie etwa eine Lötfahne oder einen Lötstift, wie gezeigt, auf, die bzw. der sich vom Basisbereich 32 rückwärts erstreckt und geeignet ist, den Aufnahmeanschluß 30 mit einem anderen externen Schaltungsteil in Eingriff zu bringen.
Der Aufnahmeanschluß 30 kann ebenfalls auf einer herkömmlichen Stanz- und Prägeeinrichtung hergestellt werden. Die quer versetzte Ausführung zwischen den Kontaktbereichen 42 und 44 ermöglicht es, daß sie zuverlässig selektiv mit Edelmetallen bei hoher Stromdichte ohne Felddichte-Interferenzeffekte und damit verbundene Plattierungsprobleme, die bei nicht-versetzten, vertikal gegenüberliegenden Kontakten auftreten, plattiert werden können. Die Kontaktbereiche 42 und 44 können auch selektiv durch Bürstenplattierungsverfahren plattiert werden. Ungeachtet des gewählten Plattierungsverfahrens ermöglicht es die Gestaltung des Aufnahmeanschlusses 30, daß eine zuverlässige selektive Plattierung bei geringerem Edelmetallverbrauch vorgesehen werden kann. Vorzugsweise wird der Aufnahmeanschluß 30 so gestanzt, daß er einen einstückigen Trägerstreifen zur Erleichterung der Handhabung und der nachfolgenden Verbindermontagevorgänge umfaßt.
Die Verbindung der Kontaktstruktur 10 mit geringer Einsteckkraft ist in den Figuren 4 bis 9 veranschaulicht. Wie in den Figuren 4 und 5 gezeigt, wird der Steckanschluß 12 in den Anfangsstadien des Einsteckens zwischen die Kontaktbereiche 42 und 44 in den Eingang des Einsteckschlitzes 46 gesteckt. Die Spitze 1B und die angrenzenden Bereiche des verwundenen Einführungsbereichs 16 bieten das längere Maß des rechteckigen Querschnitts in einer Winkelausrichtung in bezug auf den Kontaktendbereich 14 des Steckanschlusses und in bezug auf die Aufnahmekontaktbereiche 42 und 44 dar. Bei dieser Einstecktiefe des Steckanschlusses 14 in den Aufnahmeanschluß 30 tritt null Einsteckkraft auf, da sich der Steckanschluß und der Aufnahmeanschluß nicht berühren.
Die Figuren 6 und 7 zeigen das Verhältnis des Steck- und des Aufnahmeanschlusses nach dem Einstecken des Steckanschlusses 12 bis auf eine Stelle etwa auf der halben Länge des Einführbereichs 16. Bei dieser Einstecktiefe hat die Verwindung am Einführungsbereich 16 des Steckanschlusses das längere Maß des rechteckigen Querschnitts bei aufeinanderfolgend kleineren Winkelausrichtungen in bezug auf den Kontaktendbereich 14 des Steckanschlusses dargeboten. Bei diesem Vorgang haben die Hauptoberflächen 22 und 24 Kontakt mit den Aufnahmekontaktbereichen 42 und 44 hergestellt. Beim weiteren Einstecken, bei dem sich die Winkelausrichtung des Querschnitts allmählich ändert, heben die Konturen der Steckoberflächen 22 und 24 allmählich die Kontaktbereiche 42 und 44 in entgegengesetzten Richtungen, wobei sie zunehmend weiter voneinander beabstandet werden.
Wie in Figur 7 gezeigt, haben in der in Figur 6 gezeigten Einsteckzwischentiefe die Bereiche der Hauptoberflächen 22 und 24 angrenznd an den Seitenrändern 50 und 52 des Steckanschlusses 12 eine entgegengesetzt wirkende nach außen gerichtete Nockenwirkung auf die Kontaktbereiche 42 und 44 durch Ausübung einer im wesentlichen senkrecht gerichteten Kraft gegen jeden Kontakt und Federarm begonnen, die bewirkt, daß die Kontaktbereiche in eine Position ausgelenkt werden, in der sie sich in einem größeren Abstand voneinander befinden.
Beim weiteren Einsetzen des Steckanschlusses 12 in den Aufnahmeanschluß 30 wird eine endgültige Verbindungsposition erreicht, die in den Figuren 8 und 9 gezeigt ist. In der endgültigen Verbindungsposition sind die Aufnahmekontaktbereiche 42 und 44 gleitend entlang den Steckerflächen 22 und 24 in eine Position bewegt worden, in der sie nun mit den gegenüberliegenden Oberflächen 22 und 24 des Kontaktendbereichs 14 des Steckanschlusses 12 elektrisch in Eingriff stehen. Die Winkelausrichtung der längeren Abmessung des Steckanschlußquerschnitts ist auf etwa 0º am Kontaktendbereich 14 reduziert worden. Die Aufnahmekontaktbereiche 42 und 44 sind von einem Nullabstand nach außen auf einen Abstand auseinandergebogen worden, der im allgemeinen gleich dem kürzeren Maß des Querschnitts bzw. der Dicke des Steckanschlusses ist.
Der verwundene Einführungsbereich 16 am Steckanschluß 12 hat die Aufnahmekontaktbereiche 42 und 44 von einem ersten Abstand auf einen zweiten Abstand über eine glatte allmähliche Schräge, obgleich eine sich ändernde, auseinandergebogen und während der letzten Stadien des Einsteckens eine nach außen gerichtete Auslenkungskraft auf die Federarme ausgeübt, die in einer im wesentlichen senkrechten Richtung auf jeden der Hebelarme der vorkragenden Federn wirkt. Außerdem hat der bevorzugte Steckkontakt seine Nockenwirkung auf die Aufnahmekontaktbereiche durch gleitendes Kontaktieren der Aufnahmekontakte 42 und 44 mit den glatten gefrästen Oberflächen 22 und 24 ausgeübt, wodurch die Reibungskomponente der Einsteckkraft verglichen mit einer mehr abrasiven maschinell bearbeiteten Oberfläche, wie einer Abfasung, reduziert wird. Diese drei Elemente sind in der in den Figuren 1 bis 9 gezeigten Kontaktstruktur 10 kombiniert, um einen Kontakt mit geringer Einsteckkraft zu schaffen.
Eine grafische Darstellung der Vorteile in Form einer geringen Einsteckkraft für die vorliegende elektrische Kontaktstruktur verglichen mit einer herkömmlichen Kontaktstruktur ist in Figur 20 gegeben.
Mehr im einzelnen zeigt Figur 20 eine grafische Darstellung der vereinfachten berechneten Einsteckkraft als eine Funktion der Einstecktiefe für eine herkömmliche Kontaktstruktur mit einem radiusversehenen Steckstiftanschluß und einem Aufnahmeanschluß mit einem gegenüberliegenden vorkragenden Zweierfederarm und für die Kontaktstruktur 10 nach der vorliegenden Erfindung mit einem verdrehten Einführungsbereich 16 am Steckanschluß 12 und einem Aufnahmeanschluß 30 mit einem quer versetzen gegenüberliegenden vorkragenden Zweierfederarm.
Für jede Kontaktstruktur erreicht die für die Verbindung geforderte Einsteckkraft ein Gleichgewicht an dem Punkt beim Einsetzen, nach dem die vorkragenden Federarme voll ausgelenkt worden sind, so daß die Einsteckkraft danach im wesentlichen konstant wird. Im Gleichgewichtszustand ist die Einsteckkraft im allgemeinen gleich der Gleitreibungskraft der Steckeroberflächen wie etwa 22, 24 gegen die Aufnahmekontaktflächen 42, 44 in den Endstadien des Einsteckens.
Jeder Arm jedes Aufnahmekontakts wurde so ausgebildet, daß er eine Federrate von 32,8 g/mm [ 8,33 g/mil (0,001 Zoll)] und eine Kontaktnormalkraft auf den Steckanschluß im Gleichgewichtszustand von 50 g ausübt. Der Reibungskoeffizient betrug 0,3.
Der herkömmliche Steckanschluß war ein radiusversehener Stift mit einem Stiftradius von 0,228 mm (0,009 Zoll) und einem Einführungsradius von 8,13 mm (0,032 Zoll). Der hier beschriebene Steckanschluß 12 war mit einem Einführungsbereich 16 mit 45º Verdrehung über 2,03 mm (0,080 Zoll) versehen.
Die vereinfacht errechnete Einsteckkraft in Gramm pro Zinke bei Nennmaßen ist als eine Funktion der Einstecklänge in Zoll (1 Zoll = 25,4 mm) aufgetragen. Die vereinfachte Berechnung nimmt eine lineare Federrate an, beschreibt jedoch im übrigen genau das Verhalten eines jeden Kontakts auf der Basis der Geometrie. Die Kurve A zeigt das Einsteckkraftprofil für den herkömmlichen Kontakt und die Kurve B zeigt das Einsteckkraftprofil für die bevorzugte Kontaktstruktur 10 mit geringer Einsteckkraft nach der vorliegenden Erfindung.
Die Kurve A veranschaulicht, daß bei der herkömmlichen Kontaktanordnung die zum Einstecken des radiusversehenen Steckerstiftes geforderte Einsteckkraft auf einem Maximalwert entlang dem radiusversehenen Einführungsbereich ansteigt, bevor sie auf einen Gleichgewichtszustand entlang den geraden Schaftbereichen des Stiftes abfällt. Die Spitzeneinsteckkraft vor dem Gleichgewichtswert am Maximum der Kurve A, die die zum Herausheben der Federarme aus dem Weg des Stiftes erforderliche Kraft darstellt, betrug 22,25 g.
Im Gegensatz dazu zeigt die Kurve B einen allmählicheren Anstieg der Einsteckkraft für den verwundenen Steckanschluß 12, der einen viel geringeren Maximalwert erreicht und, beim weiteren Einstecken, allmählich auf den Gleichgewichtszustand abfällt.
Beide Systeme erreichten eine Gleichgewichtseinsteckkraft während der Endstadien des Einsteckens von etwa 15,0 g. Die Spitze über dem Gleichgewichtszustand für den herkömmlichen Kontakt, gezeigt in Kurve A, betrug 7,25 g, während die Spitze über dem Gleichgewichtszustand für die Kontaktstruktur 10 nach der vorliegenden Erfindung, gezeigt in Kurve B, 1,44 g betrug. Durch die neue und verbesserte Kontaktstruktur 10 nach der vorliegenden Erfindung wurde die Einsteckspitzenkraft über dem Gleichgewichtszustand um mehr als 80% reduziert. Durch die verdrehte Einführung 16 am Steckanschluß 12 wird nämlich diejenige Komponente der Einsteckkraft, die zum Auslenken der Federarme der Aufnahme zunehmend weiter auseinander erforderlich ist, drastisch reduziert bzw. im wesentlichen ausgeschaltet.
Der Betrag der am Einführungsbereich 16 für den Steckanschluß 12 vorgesehenen Drehverwindung wie auch die effektive Länge des Einführungsbereichs 16 variieren mit den durch unterschiedliche Verbinderanwendungsfälle gegebenen Konstruktionsanforderungen.
Zum Beispiel wird, wenn eine bestimmte Normalkontaktkraft zum Herstellen einer zuverlässigen elektrischen Verbindung zwischen den jeweiligen Kontakten 22 und 42 sowie 24 und 44 erforderlich ist, eine gegebene Dicke im Kontaktendbereich 14 des Steckanschlusses 12 dies bewerkstelligen. Die Einsteckkraft, die erforderlich ist, um den Steckanschluß 12 in den Aufnahmeanschluß 30 einzustecken, bis der endgültige Verbindungseingriff erreicht ist, kann durch eine Verlängerung des Einführbereichs 16 oder durch Veränderung der Änderungsrate der Winkelausrichtung des längeren Querschnittsmaßes des Steckanschlusses in bezug auf die längsverlaufende Einführungsachse eingestellt werden. Mit anderen Worten kann der Anstieg über die Laufstrecke bzw. Schräge auf der Hauptoberfläche 22 oder 24 des Steckstiftes 12, die dazu benutzt wird, die Federarmaufnahmekontakte 42, 44 in den endgültigen Gleichgewichtszustand zu bewegen, so ausgelegt werden, daß ein gewünschtes Einsteckkraftprofil erzeugt wird.
Mehr im einzelnen betrachtet kann, in einem einfachen Fall, die Änderung in der Winkelausrichtung des längeren Maßes des Rechteckquerschnitts des Steckanschlusses 12 in bezug auf die Längsache des Einführbereichs 16 konstant ausgeführt sein. In diesem Fall definiert der von den Hauptoberflächen 22, 24 des Steckanschlusses 12 bestimmte Kontaktweg eine Einsteckkraftkurve bis zum Gleichgewichtszustand ähnlich der in Figur 20 gezeigten Kurve B.
Bei anderen Anwendungsfällen kann es vorzuziehen sein, die Änderungsrate der Winkelausrichtung des Steckanschlusses 12 entlang der Einführachse zu variieren, um das Einsteckkraftprofil zu verändern. Zum Beispiel kann es vorteilhaft sein, einen größeren Betrag der Verdrehung am vorderen Abschnitt des Einführbereichs 16 vorzusehen, wenn die Normalkräfte verhältnismäßig niedrig sind, was zur Folge hätte, daß die Aufnahmekontakte schnell auf einen Zwischenabstand auseinandergebogen würden. Danach kann die Änderungsrate in der Verdrehung für den verbleibenden Bereich des Einführbereichs 16 auf eine sehr kleine Änderung abgewandelt werden, um die Aufnahmekontaktarme allmählich aus dem Zwischenabstand in den endgültigen Abstand auseinanderzubiegen.
Die Einsteckkraftprofilkurve für diesen letzteren Steckanschluß 12 würde steil in den Anfangsstadien des Einsteckens auf einen Wert unterhalb des Gleichgewichtszustands ansteigen und danach allmählich, im wesentlichen asymptotisch, auf den Gleichgewichtszustand ansteigen. Anders ausgedrückt kann durch eine Abwandlung der effektiven Schräge der Hauptoberflächen 22, 24 am Steckanschluß 12 über den Einführbereich 12 zum Kontaktendbereich 14 das Einsteckkraftprofil verändert werden.
In den meisten Fällen sollte zur Vermeidung der Erzeugung von Einsteckkraftspitzen bzw. -maximalwerten darauf geachtet werden, daß der Einführbereich 16 so ausgelegt wird, daß Ecken oder Schultern an der Hauptoberfläche vermieden werden. Der Übergang zwischen dem verwundenen Einführbereich 16 und dem Kontaktendbereich 14 sollte zum Beispiel einen tangentialen, radiusversehenen Übergang zwischen dem verdrehten Einführbereich 16 und dem Kontaktendbereich 14 an dem Punkt enthalten, wo ihre Oberflächen einander schneiden, um eine Spitze oder Diskontinuität im Einsteckkraftprofil zu vermeiden.
Wie dem Fachmann verständlich sein wird, können viele Abwandlungen des Verwindungsprofils konstruiert werden, um einer großen Vielfalt bestimmter Kontaktanwendungen gerecht zu werden. In allen Fällen werden die Normalverbindungskraft in der verbundenen Position zwischen den Aufnahmekontaktbereichen 42, 44 und den gegenüberliegenden Oberflächen 22, 24 des Kontaktendbereichs 14 allein durch die Querschnittsdicke des Steckanschlusses 12 im Kontaktendbereich bestimmt. Die verdrehte Einführung 16 führt zu einer verringerten Einsteckkraftstrecke zur Erzielung der Verbindungsendposition.
Die mit geringer Einsteckkraft verbundene elektrische Kontaktstruktur 10 kann ohne weiteres in einen Verbinder eingebaut werden, um eine mit geringer Einsteckkraft verbindbare Steckverbinderstruktur zu schaffen.
Es sei nun auf die Figuren 10 bis 12 Bezug genommen, wonach Verwindungssteckerstiftanschlüsse 12 auf einer herkömmlichen Einrichtung gestanzt und geprägt werden können, um eine in Figur 10 gezeigte Steckanschlußträgereinheit 60 zu bilden. Die Trägereinheit 60 umfaßt ein einstückiges Metallstanzteil mit einem aufrollbaren Trägerstreifen 62, der, wie gezeigt, mit Indexöffnungen versehen sein kann. Senkrecht von einer Seite des Trägerstreifens 62 erstreckt sich eine Mehrzahl von Steckanschlüssen 12, die an den rückwärtigen Enden zweier Kontaktbereiche 20 entlang von Abbrechlinien (nicht gezeigt) angebracht sind, die bei dem Stanz- und Prägeschritt gebildet werden können. Die verdrehten Einführbereiche 16 der Steckanschlüsse 12 erstrekken sich von der Trägereinheit 60 gegenüber dem Trägerstreifen 62 nach vorn. Die Steckanschlüsse 12 sind in der Trägereinheit 60 auf Mittellinien beabstandet, die für ein einfaches Einsetzen in einen Verbinder für eine Endmontage und Verwendung geeignet sind.
In der in Figur 10 gezeigten Ausführungsform ist ein langgestreckter rechteckiger dielektrischer Trägereinsatz 64 auf die Trägereinheit 60 einsatzgeformt, um eine Ausrichtungs- und Montageuntereinheit für ein Anbringen der Anschlüsse 12 in einem Verbinder zu schaffen. Der Trägereinsatz 64 ist über die Anschlüsse 12 an einer Stelle zwischen den Kontaktendbereichen 14 und den zweiten Kontaktbereichen 20 geformt, so daß sich die Einführbereiche 16 und Kontaktendbereiche 14 von einer Seite des dielektrischen Einsatzes 64 nach vorn und die zweiten Kontaktbereiche 20 von der gegenüberliegenden Seite nach hinten erstrecken. Der dielektrische Einsatz 64 ist mit Montageansätzen 66 und 68 versehen, die von gegenüberliegenden Seitenrändern des dielektrischen Einsatzes 64, wie gezeigt, nach außen abstehen. Die die Trägereinheit 60 und den dielektrischen Einsatz 64 umfassende Untereinheit kann ohne weiteres in einem Verbindergehäuse, wie etwa bei 70 in Figur 11 gezeigt, montiert werden, um die Steckverbinderhälte eines koppelbaren Verbinders zu bilden.
Mehr im einzelnen umfaßt das Verbindergehäuse 70 eine dielektrische Gehäuseeinheit von rechteckiger Grundgestalt mit einem vorderen Verbindungsende 74 und einem hinteren Anschlußaufnahmeende 72. Ein allgemein rechteckiger Anschlußaufnahmemontagekanal 76 erstreckt sich durch dieses zwischen den Enden 72 und 74. Wie gezeigt, sind zwei Paare gegenüberliegender Montageausnehmungen 78 und 82 sowie 80 und 84 in den inneren senkrechten, vom Kanal 76 am Aufnahmeende 72 gebildeten Seitenwänden zur Aufnahme des Montageansatzes 66 bzw. 68 im Preßsitz gebildet, um zwei Anschlußuntereinheiten im Kanal 76 fest anzubringen. Der vollständig montierte gehäuseversehene Zweireihen-Verwindungsstiftsteckverbinder 85 mit entferntem Trägerstreifen 62 ist in Figur 12 gezeigt. Der Steckverbinder 85 kann auf einem gedruckten Leiterplattenteil durch Einsetzen von Kontakten 20 in eine entsprechende Anschlußkonfiguration auf der gedruckten Leiterplatte montiert und angelötet werden, um die Steckanschlüsse 12 mit Schaltungselementen auf der gedruckten Leiterplatte elektrisch zu verbinden.
Die Aufnahmeanschlüsse 30 können in einer Aufnahmeverbinderhälfte, nicht gezeigt, unter Befolung der gleichen Schritte montiert werden. Für den Fachmann ist ohne weiteres ersichtlich, daß der quer versetzte gegenüberliegende auskragende Zweifachaufnahmeanschluß 30 ebenfalls gestanzt werden kann, derart, daß er einen einstückigen Trägerstreifen 62 umfaßt und einsatzgeformt werden kann mit dem dielektrischen Einsatz 64, wie in Figur 10 gezeigt, für eine entsprechende Montage in einem Verbindergehäuse 70, wie in Figur 11 gezeigt, mit einem vorderen Verbindungsende, das teleskopisch mit dem Verbindungsende 74 des Verwindungsstiftgehäuses 85, gezeigt in Figur 12, auf dem Fachmann geläufige Art und Weise in Eingriff bringbar ist.
Obgleich ein einsatzgeformter dielektrischer Einsatz 64 für die Anschlüsse 12 in den Figuren 10 bis 12 gezeigt ist, können einzelne Anschlüsse in Anschlußhohlräume eines Verbindergehäuses mit Preßsitz eingesetzt werden, wie es dem Fachmann geläufig ist. Ungeachtet des Montageverfahrens zum Montieren der Anschlüsse 12 oder 30 in einem dielektrischen Gehäuse liefert die Kontaktstruktur 10 mit geringer Einsteckkraft nach der vorliegenden Erfindung einen koppelbaren Verbinder mit reduzierter Einsteckkraft der einfach in einem kostengünstigen Herstellungsprozeß zusammengebaut werden kann.
Verbinder wie etwa 85, die die Kontaktstruktur 10 mit geringer Einsteckkraft nach der vorliegenden Erfindung verkörpern, zeigen eine erhebliche Flexibilität bei einer Stiftfehlplazierung in X-Y-Richtung. Bei der Verbindung ist die gegenüberliegende vorkragende Zweifachstruktur im Aufnahmeanschluß 30 so ausgelegt, daß ein Ausgleichen der zum Auslenken jedes einzelnen Federauslegers erforderlichen Einsteckkraft auftritt. Mehr im einzelnen ist, wenn die Stiftfehlplazierung der Art ist, daß zum Einsetzen des Stiftes einer der vorkragenden Federausleger auf relativ überbeanspruchte Weise ausgelenkt werden muß, der andere gegenüberliegende Federausleger entsprechend leichter in die Kontaktendposition auszulenken. Auf diese Weise kann das System X-Y-Fehler in der Stiftplazierung aufnehmen, ohne daß die zur Verbindung erforderliche Einsteckkraft wesentlich erhöht wird.
Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die Steckanschlüsse 12 mit verdrehter Einführung auch mit herkömmlichen Aufnahmeanschlüssen mit nicht quer beabstandeten gegenüberliegenden Zweifachfederkontakten und anderen Aufnahmen ebensogut verwendet werden, um eine Kontaktstruktur mit geringerer Einsteckkraft zu schaffen als sie durch Standardsteckanschlüsse mit radiusversehenem oder abgeschrägtem Vierkantstift oder rechteckigem Stift bereitgestellt würden.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf die Figuren 13 bis 17 hat ein weiterer Steckanschluß 80 eine im wesentlichen quadratische Querschnittsform, die mit abgerundeten Ecken versehen ist. Der Steckanschluß 80 weist einen Endkontaktbereich 84 und einen sich nach vorn erstreckenden Einführbereich 82 auf, der in einer abgeschrägten Spitze 86 endet. Zur Veranschaulichung sei angenommen, daß ein Steckanschluß zur Verbindung mit einem Aufnahmeanschluß mit gegenüberliegenden vorkragenden Federarmen benötigt wird, der so ausgelegt ist, daß er eine Verbindung mit einem quadratischen Steckerstift mit einer Verbindungsdicke von 0,635 mm (0,025 Zoll) in einer Struktur gemäß der vorliegenden Erfindung eingeht. Der Steckanschluß 80 ist in der Form eines quadratischen Steckerstiftes mit einem Seitenmaß von 0,46 mm (0,018 Zoll) vorgesehen. Die einander gegenüberliegenden Oberflächen 88, 88 am vorderen Ende des Einführbereichs 82 angrenzend an die Spitze 86 sind durch ein Abstandsmaß etwa gleich 0,46 mm (0,018 Zoll) voneinander getrennt. Der Einführbereich weist eine 45º-Verdrehung auf, so daß die einander gegenüberliegenden Oberflächen 90, 90 im Kontaktendbereich 84 durch ein Abstandsmaß im wesentlichen gleich der Diagonalen des Quadratstiftes bzw. 0,63 mm (0,025 Zoll) voneinander getrennt sind, wie am deutlichsten aus Figur 14 ersichtlich ist.
Der Steckanschluß 80 kann durch einen Stanzvorgang wie der Steckanschluß 12 hergestellt werden, oder er wird durch ein kontrolliertes Verwinden eines quadratischen Drahtes gebildet.
Es sei nun auf die Figuren 15 bis 17 Bezug genommen, wonach der alternative Steckanschluß 80 verwendet werden kann, um bei geringer Einsteckkraft eine Verbindung mit einem Aufnahmeanschluß 12 mit gegenüberliegenden vorkragenden Zweifachfederarmen, wie gezeigt, herzustellen. Der Aufnahmeanschluß 92 weist gegenüberliegende Federarme 94 und 96 mit einem gegenüberliegenden Kontaktbereich 98 bzw. 100 auf, die einander direkt gegenüberliegen und nicht quer versetzt sind.
Wird der Steckanschluß 80 in den Aufnahmeanschluß 92 eingesteckt, so werden die Aufnahmekontaktbereiche 98 und 100 zunächst von der abgeschrägten Spitze 86 auf den Abstand der vorderen Einführflächen 88, 88 nach außen gebogen. Durch das fortgesetzte Einstecken des Aufnahmeanschlusses 80 wird eine allmähliche Auslenkung der Aufnahmekontaktbereiche 98 und 100 entlang den gegenüberliegenden Oberflächen 88, 88 des Einführbereichs 82 herbeigeführt, wie es in Figur 16 gezeigt ist. Das allmähliche Auseinanderbiegen erfolgt beim weiteren Einstecken, bis die Aufnahmekontaktbereiche 98 und 100 gleitend mit den gegenüberliegenden Oberflächen 90, 90 entlang dem Kontaktendbereich 84 des Steckanschlusses 80, wie in Figur 17 gezeigt, in Eingriff kommen.
In Übereinstimmung mit dieser alternativen Ausführungsform werden die Aufnahmekontakte 98 und 100 durch die Abschrägung 86 auf ein erstes Abstandsmaß, d.h. 0,46 mm (0,018 Zoll), auseinandergebogen und danach biegt der verdrehte Einführbereich 82 allmählich die Aufnahmekontaktbereiche 98 und 100 auf den endgültigen Verbindungsabstand von 0,63 mm (0,025 Zoll) auseinander. Die alternative Kontaktstruktur bietet gemäß der vorliegenden Erfindung eine geringere Einsteckkraft dadurch, daß die Hubkomponente der Einsteckkraft, die zum Auseinanderbiegen der Federarmkontakte von 0,46 mm auf 0,063 mm (0,018 bis 0,025 Zoll) erforderlich ist, wirksam reduziert wird. Wiederum wird die reduzierte Spitzeneinsteckkraft durch die allmählich wirksame Schräge der verdrehten Einführnockenflächen 88, 88 herbeigeführt, die im wesentlichen senkrecht zu den Hebelarmen 94 und 96 wirken, die die Aufnahmekontaktbereiche 98 und 100 tragen.
Die gleichen vorteilhaften Ergebnisse hinsichtlich der geringen Einsteckkraft können mit einem rechteckigen Steckanschluß und einem herkömmlichen Aufnahmeanschluß mit zwei gegenüberliegenden Federarmen unter Verwendung eines Steckanschlusses erreicht werden, wie er in den Figuren 18 und 19 gezeigt ist. Wie dort gezeigt, umfaßt der Steckanschluß 102 einen rechteckigen Stift, der ein größeres Querschnittsmäß von etwa gleich 0,63 mm (0,025 Zoll) und ein kleineres Querschnittsmäß besitzt. Der Steckanschluß 102 weist einen Kontaktendbereich 104 mit gegenüberliegenden Oberflächen 112, 112, einen verdrehten Einführbereich 106 mit einander gegenüberleigenden Oberflächen 110, 110 und einen Spitzenbereich 108 auf. Der Einführbereich 106 weist eine 90º-Verdrehung zwischen der abgeschrägten Spitze 108 und dem Kontaktendbereich 104 auf. Die einander gegenüberliegenden Oberflächen 110, 110 sind durch ein Abstandsmaß im wesentlichen gleich dem kleineren Querschnittsmaß, wie in Figur 19 gezeigt, voneinander getrennt. Die gegenüberliegenden Oberflächen 112, 112, im Kontaktendbereich sind durch das große Querschnittsmaß bzw. 0,63 mm (0,025 Zoll) voneinander beabstandet.
Gemäß dieser Ausführungsform werden die einander gegenüberliegenden Aufnahmekontakte zunächst auf ein Abstandsmaß gleich dem kleineren Querschnittsmaß der Oberfläche 110, 110 angrenzend an die Spitze 108 auseinandergebogen. Die durch den um 90º verdrehten Einführbereich 106 gebildeten Oberflächen biegen die Aufnahmekontake allmählich auf den endgültigen Verbindungsabstand etwa gleich dem Abstand der Oberflächen 112, 112, im wesentlichen gleich dem längeren Querschnittsmaß bzw. 0,63 mm (0,025 Zoll) auseinander. Bei beiden dieser alternativen Ausführungsformen ist eine Verringerung der Gesamteinsteckkraft gegeben, die für den Verbindungseingriff eines Steckanschlusses im Aufnahmeanschluß erforderlich ist.
Eine Kontaktstruktur mit geringer Einsteckkraft nach der vorliegenden Erfindung ist hinsichtlich der Konstruktion äußerst vielseitig. Die Länge des Einführbereichs des Steckanschlusses und der entlang diesem vorgesehene Betrag der Verdrehung können von Anwendungsfall zu Anwendungsfall variieren. Der Verdrehungsgrad ist verhältnismäßig unkritisch, solange wie eine effektive Schräge der Auslenkungsoberfläche vorgesehen ist, die das gewünschte Einsteckkraftprofil ergibt. Allgemein kann der Verdrehungsgrad im großen Umfang zwischen weniger als etwa 30º und 90º oder mehr über den Einführbereich variieren und die Länge des Einführbereichs kann in bezug auf die Länge des Stiftes abgewandelt werden, wie es der besondere Konstruktionsfall erfordert.
Anstelle von Aufnahmeanschlüssen mit zwei auskragenden Federarmen können andere Federarmaufnahmeanschlüsse mit nur einem Federarmkontakt oder auch mit vier Federarmkontakten als Aufnahmeanschluß verwendet werden. Die Vorteile der geringen Einsteckkraft, die durch die wesentliche Reduzierung der Auslenkungshebekomponente herbeigeführt werden, treten stets ein.
Mit Bezugnahme auf die Zeichnungen sind elektrische Kontaktstrukturen für eine Verbindung mit geringer Einsteckkraft beschrieben worden, die dadurch gekennzeichnet sind, daß sie eine den Anfangsphasen des Einsteckens zugeordnete Spitzeneinsteckkraft aufweisen, die nicht nennenswert größer ist als die Gleitreibungskräfte, die den Endstadien des Einsteckens zwischen den Kontaktoberflächen des Steck- und des Aufnahmeanschlusses zugeordnet sind.
Die Strukturen sind zuverlässig zu verbindende elektrische Kontaktstrukturen, die über Perioden einer ausgedehnten Benutzung widerstandsfähig sind.
Die Strukturen können durch rationelle Stanz- und Plattierungsvorgänge hergestellt werden, die keinen hohen Edelmetallverbrauch bedingen noch einen übermäßigen Materialabfall erzeugen.

Claims

1. Elektrische Kontaktstruktur (10), bestehend aus einem Steckanschluß (12) und einem Aufnahmeanschluß (30),

wobei der Steckanschluß ein langgestreckter Leiter mit zumindest einer Oberfläche (22,24) ist, die sich entlang seiner Lange erstreckt und einen mit einem sich nach vorn erstreckenden Einführbereich (16) verbundenen Kontaktendbereich (14) aufweist, und der Einführbereich einen allmählich fortschreitenden verdrehten Querschnitt in bezug auf den Kontaktendbereich besitzt,

der Aufnahmeanschluß zumindest eine Federeinrichtung (34,36) mit einem Kontaktbereich (42,44) aufweist, der mit der Oberfläche des steckanschlusses elektrisch in Eingriff bringbar ist, und

der Kontaktbereich der Federeinrichtung gleitend mit der Oberfläche (22,24) im Einführbereich (16) in Eingriff steht, wenn der steckanschluß (12) von einer Anfangsposition in eine Endposition eingesteckt wird, in der sich der Aufnahmekontaktbereich (42,44) auf dem Kontaktendbereich des steckanschlusses befindet,

wodurch die Normalkraft zwischen dem Kontaktbereich des Federarms auf der Oberfläche des steckanschlusses allmählich in dem Maße größer wird, wie der Steckanschluß in den Aufnahmeanschluß eingesteckt wird, bis eine Verbindungsendposition erreicht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Federeinrichtung des Aufnahmeanschlusses ein Federarm ist.

2. Kontaktstruktur nach Anspruch 1, bei der die Oberfläche (22,24) des verdrehten Einführbereichs eine Nockenfläche bildet, die derart wirksam ist, daß der Kontaktbereich des Federarms allmählich in die verbindungsendposition ausgelenkt wird.

3. Kontaktstruktur nach Anspruch 1, bei der der Steckanschluß zwei sich entlang seiner Länge erstreckende, einander gegenüberliegende Oberflächen (22,24) besitzt,

der Aufnahmeanschluß zwei vorkragende Federarme (34,36) mit Kontaktbereichen (42,44) aufweist, die mit den einander gegenüberliegenden Oberflächen des Steckanschlusses elektrisch in Eingriff bringbar sind,

und die Federarmkontaktbereiche (42,44) gleitend mit den sich gegenüberliegenden Oberflächen im Einführbereich (16) in Eingriff stehen, wenn der Steckanschluß anfänglich zwischen die Federarme eingesteckt wird, wobei die Oberflächen (22,24) im Einführbereich derart wirksam sind, daß die Kontaktbereiche der Federarme zunehmend beim Einstecken des Steckanschlusses in diese aus einem Anfangsabstand voneinander in einen Endabstand voneinander weiter auseinanderbewegt werden, in dem sich die Aufnahmekontaktbereiche auf dem Kontaktendbereich des Steckanschlusses befinden,

wodurch die Normalkräfte zwischen den Kontaktbereichen der Federarme auf den Oberflächen des Steckanschlusses allmählich in dem Maße größer werden, wie der Steckanschluß in den Aufnahmeanschluß eingesteckt wird, bis eine Verbindungsendstellung erreicht ist.

4. Kontaktstruktur nach, Anspruch 3, bei der der steckanschluß einen vierseitigen Querschnitt besitzt.

5. Kontaktstruktur nach Anspruch 4, bei der der Querschnitt im allgemeinen quadratisch ist, der Anfangsabstand im allgemeinen gleich einer Seite des Quadrats und der Endabstand gleich der Diagonalen des Quadrats ist.

6. Kontaktstruktur nach Anspruch 4, bei der der Querschnitt im allgemeinen rechteckig mit einer Länge und einer kleineren Breite ist, wobei der Anfangsabstand im allgemeinen gleich der Breite und der Endabstand im allgemeinen gleich der Länge ist.

7. Kontaktstruktur nach Anspruch 4, bei der die Kontaktbereiche (42,44) der zwei vorkragenden Federarme (34,36) im allgemeinen gleichebenig und zueinander quer versetzt sind, der Querschnitt im allgemeinen rechteckig mit einer Länge und einer kleineren Breite ist, der Anfangsabstand im wesentlichen null ist und der Endabstand im allgemeinen gleich der Breite ist.

8. Kontaktstruktur nach Anspruch 1, bei der der Steckanschluß einen im allgemeinen vierseitigen Querschnitt und zwei sich gegenüberliegende Oberflächen (22,24) besitzt, wobei die sich gegenüberliegenden Oberflächen im Einführbereich jeweils eine gekrümmte Nockenfläche bilden,

der Aufnahmeanschluß zwei vorkragende Federarme (34,36) mit Kontaktbereichen (42,44) aufweist, die mit den sich gegenüberliegenden Oberflächen des Steckanschlusses elektrisch in Eingriff bringbar sind, und

die Federarmkontaktbereiche gleitend mit den sich gegenüberliegenden Oberflächen im Einführbereich in Eingriff stehen, wenn der Steckanschluß anfangs zwischen die Federarme eingesteckt wird, wobei die Nockenflächen im Einführbereich derart wirksam sind, daß im wesentlichen gleichzeitig die Kontaktbereiche der Federarme zunehmend auf allmählich fortschreitende Weise beim Einstecken des Steckanschlusses in diese aus einem Anfangsabstand voneinander in einen Endabstand voneinander weiter auseinanderbewegt werden, in dem sich die Aufnahmekontaktbereiche auf dem Kontaktendbereich des Steckanschlusses befinden.