DE4231079C2 - Kontaktfederpaar für Schwachstromanwendungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kontaktfederpaar für Schwachstromanwendungen mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Solche Kontaktfederpaare sind aus dem DE-GM 72 20 520 bekannt. Die Kontaktfedern bestehen aus Neusilber und haben als Kontaktgebende Bereiche durch Einprägen gebildete Auswölbungen, die, um für eine zuverlässige Kontaktgabe zu sorgen, paarweise und kreuzweise miteinander Kontakt machen. Die Verwendung von Neusilber ist relativ teuer und stellt einen unbefriedigenden Kompromiß zwischen Federeigenschaft und niedrigem Kontaktwiderstand dar, der aber beim Schalten in Luft leider nicht niedrig bleibt. Aus der Firmenschrift "DODUCO Miniprofile für elektrische Kontakte" der Anmelderin sind Kontaktfedern bekannt, bestehend aus einem Federblech aus Kupfer- Beryllium und einem aufgeschweißten Abschnitt aus einem dreischichtigen Profildraht, der aus einem gut schweißbaren Trägerwerkstoff wie z. B. CuNi44, aus einem darauf liegenden edleren Kontaktwerkstoff wie z. B. AgCu3 und schließlich aus Gold als Deckschicht besteht. Solche Kontaktfedern werden in großer Zahl in der Automobilelek­ tronik und in der Unterhaltungselektronik verwendet. Sie schalten dort Ströme von einigen mA bei Spannungen bis zu 12 Volt.

Die Forderungen, die an solche Kontaktfedern gestellt werden, sind

• - ein möglichst geringer und gleichbleibender Kontaktüber­ gangswiderstand,
• - eine hohe Lebensdauer,
• - sichere Kontaktgabe auch bei auftretenden Vibrationen, Rütteln und Stößen,
• - und ein niedriger Preis.

Der niedrigere und gleichbleibende Kontaktwiderstand und eine hohe Lebensdauer sind nur mit vergoldeten Kontakten zu erfüllen, die Kosten für die Herstellung der bekannten Kontaktfedern sind jedoch leider nicht so gering, wie das vom Anwender gemeinhin gewünscht wird.

Aus der GB-PS 1,003,775 und der US-PS 3,258,830 sind bereits einfache Kontaktfedern bekannt, die aus einem Federwerkstoff wie Beryllium-Kupfer oder Phosphorbronze bestehen und als kontaktgebenden Bereich eine eingeprägte Auswölbung haben, die mit Gold plattiert ist. Gemäß der US-PS 3,258,830 ist die Goldschicht 75 µm dick und aus einem aufgeschweißten und anschließend platt gedrückten Draht gebildet.

Aus der Firmenschrift der Fa. Fr. Kammerer GmbH, 75181 Pforzheim, Prospekt-Nr. 100 00 277 St.-Dr., "Präzisions- Stanzteile und -bänder mit aufgeschweißten und auf Haftfestigkeit geprüften Einzelkontakten" sind Kontaktfedern aus rostfreiem Stahl bekannt, auf die Einzelkontakte aufgeschweißt sind.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Kontaktfederpaare der eingangs genannten Art für die genannten Anwendungen zu schaffen, die sich preiswerter herstellen lassen, einen über die Lebensdauer niedrig bleibenden Kontaktwiderstand haben und eine hohe Schaltsicherheit aufweisen. Diese Aufgabe wird gelöst durch Kontaktfederpaare mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Er­ findung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Bei den erfindungsgemäßen Kontaktfederpaaren wird der erhabene, kontaktgebende Bereich nicht durch einen aufgeschweißten Profildrahtabschnitt gebildet, sondern ist der Kontaktfeder eingeprägt. Die kontaktgebende Goldschicht befindet sich unmittelbar auf dem Kontaktfederwerkstoff. Ein solcher Aufbau ist möglich, weil die Lebens­ dauer der bekannten Kontaktfedern letzten Endes durch die kontaktgebende Goldschicht bestimmt wird, nicht aber durch die darunterliegende Schicht aus einem Silberwerkstoff, auf welche erfindungsgemäß verzichtet wird. Die Erhebung des kontaktgebenden Bereichs, die für eine sichere Kontaktgabe erforderlich ist, wird erfindungsgemäß nicht durch Auf­ schweißen eines Kontaktstückes gebildet, sondern durch eine Prägung der Kontaktfeder. Das ist nicht nur sehr viel preis­ werter als das Herstellen und Aufschweißen eines Profildraht­ abschnittes, sondern hat darüberhinaus den Vorteil, daß die Masse der Kontaktfeder im kontaktgebenden Bereich erheblich reduziert wird. Das macht die Kontaktfeder weniger empfind­ lich gegen Stöße, Rütteln und Vibrationen, so daß die erfindungsgemäße Kontaktfeder nicht nur preiswerter ist als bekannte Kontaktfedern mit aufgeschweißten Kontakten, sondern auch eine höhere Sicherheit der Kontaktgabe bietet.

Eine weitere Verbilligung der Kontaktfeder erreicht man dadurch, daß man sie nicht aus einem Kupfer-Beryllium- Werkstoff herstellt, sondern aus einem Edelstahl. Zwar ist die elektrische Leitfähigkeit von Edelstahl geringer als die von Kupfer-Beryllium, doch hat es sich gezeigt, daß bei den eingangs genannten typischen Anwendungsfällen der Durchgangswiderstand einer Edelstahl-Kontaktfeder nicht mehr als ungefähr 0,1 Ohm beträgt, woraus sich bei einer Stromstärke von 5 mA ein Spannungsabfall über der Kontakt­ feder von 0,5 mV ergibt, der in den fraglichen Anwendungs­ fällen in der Regel vernachlässigbar ist.

Die erfindungsgemäßen Kontaktfederpaare sind ein wirklicher Pfennigartikel mit hoher Schaltsicherheit, der die ein­ gangsgenannten Forderungen erfüllt.

Zur Herstellung erfindungsgemäßer Kontaktfederpaare geht man zweckmäßigerweise von einem Edelstahlband aus, welches zunächst selektiv (streifenförmig oder spotförmig) vergoldet und verzinnt und dann vorgestanzt wird, um die Kontaktfedern so weit auszubilden, daß sie nur noch an ihren Füßen mit­ einander verbunden sind. Anschließend führt man das vorge­ stanzte Band durch eine Presse, in welcher - am besten mittels eines Verbundwerkzeuges - die Kontaktfedern im vergoldeten Bereich geprägt, in die gewünschte Gestalt ge­ bogen und dann durch Ausstanzen vereinzelt werden.

Eine andere Möglichkeit der Herstellung besteht darin, von einem Edelstahlband auszugehen, dieses mit einem Ver­ bundwerkzeug vorzustanzen, so daß Kontaktfedern gebildet werden, die nur noch an ihren Füßen zusammenhängen, und die Kontaktfedern zur Bildung des kontaktgebenden Bereiches zu prägen, anschließend das vorgestanzte Band selektiv, nämlich im erhabenen, kontaktgebenden Bereich zu vergolden und im Fußbereich selektiv zu verzinnen und das Band danach einem Verbundwerkzeug zuzuführen, in welchem die Kontakt­ federn in die gewünschte Form gebogen und durch Ausstanzen vereinzelt werden.

Das Vergolden und Verzinnen geschieht zweckmäßigerweise auf elektrolytischem Wege, wobei für die Goldschicht eine Dicke von 1 µm bis 5 µm bevorzugt wird. Die Goldschicht kann aus Feingold bestehen, besteht vorzugsweise jedoch aus einer hochkarätigen Hartgoldlegierung, die verschleißfester ist und eine höhere Lebensdauer garantiert. Eine geeignete Le­ gierung ist Gold mit 0,3 Gew.-% Kobalt, eine andere Gold mit 5 Gew.-% Nickel.

Das selektive Verzinnen der Kontaktfedern soll das Auf­ löten auf Schaltungsträger oder in Schaltgeräte ermöglichen.

Erfindungsgemäße Kontaktfederpaare haben den weiteren Vorteil, daß sie sich für Sicherheitsschaltungen eignen, in denen herkömmliche Kontaktfedern mit aufgeschweißten oder aufge­ löteten Kontaktstücken aus Sicherheitsgründen nicht verwendet werden dürfen, sondern Kontaktfedern mit aufgenieteten Kon­ taktstücken eingesetzt wurden; bei erfindungsgemäßen Kon­ taktfederpaare kann es keine sicherheitsrelevanten Probleme mit der Verbindung zwischen einem Kontaktstück und einer es tragenden Kontaktfeder geben und sie sind preiswerter als vergleichbare Kontaktfederpaare mit aufgenieteten Kontakten.

Eine besonders hohe Schaltsicherheit erreicht man, wenn man zwei Kontaktfedern unsymmetrisch paart, und zwar in der Weise, daß eine der bei­ den Kontaktfedern zwei durch einen Längsschlitz getrennte Fin­ ger hat, welche beide einen erhabenen, kontaktgebenden Bereich haben, welche beide mit dem erhabenen kontaktgebenden Bereich der gegenüberliegenden Kontaktfeder Kontakt machen. Dabei orientiert man die erhabenen Bereiche der geschlitzten Kon­ taktfeder vorzugsweise so, daß sie einen Winkel von 10° bis 30° mit der Längsachse der Kontaktfeder einschließen, wohin­ gegen man den erhabenen Bereich der ungeschlitzten Kontakt­ feder vorzugsweise so orientiert, daß er einen Winkel von 60° bis 80° mit der Längsachse der Kontaktfeder einschließt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind schematisch in den beigefügten Zeichnungen dargestellt.

Fig. 1 zeigt eine Kontaktfeder in einer Seitenan­ sicht,

Fig. 2 zeigt dieselbe Kontaktfeder in der Drauf­ sicht,

Fig. 3 zeigt eine geschlitzte Kontaktfeder in der Draufsicht, und

Fig. 4 zeigt die Paarung der Kontaktfeder aus Fig. 2 mit der Kontaktfeder aus Fig. 3.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Kontaktfeder 1 be­ steht z. B. aus einem Chrom-Nickel-Stahl mit abgewinkeltem Fuß 2, welcher rückseitig eine Zinnschicht 3 trägt und in der Nähe seines gegenüberliegenden Endes eine eingeprägte Auswölbung 4 hat, welche sich über die gesamte Breite der Kontaktfeder erstreckt und schräg zur Längsachse der Kon­ taktfeder verläuft. Die Kuppe der Auswölbung 4 trägt eine dünne Hartgoldschicht 5.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Kontaktfeder 6 sind durch einen Längsschlitz 7 zwei untereinander gleiche Finger 8 und 9 gebildet, in welche jeweils eine längliche Erhebung 10 bzw. 11 eingeprägt ist, welche in einem Winkel von etwa 20° zur Längsachse der Kontaktfeder 6 verläuft und sich deshalb nicht über die volle Breite der Kontaktfeder er­ streckt. Beide Erhebungen 10 und 11 sind hartvergoldet.

Paart man die Kontaktfeder aus Fig. 3 mit der Kontakt­ feder aus Fig. 2, dann kreuzen sich die Erhebungen 4, 10 und 11, wie in Fig. 4 dargestellt, ungefähr unter einem Winkel von 90°, wenn die Erhebung 4 der Kontaktfe­ der 1 in einem Winkel von etwa 70° zur Längsachse der Kontaktfeder orientiert ist.

Claims (4)

1. Kontaktfederpaar für Schwachstromanwendungen aus zwei Kontaktfedern (1, 6), deren kontaktgebende Bereiche (4, 10, 11) längliche Auswölbungen sind schräg zur Längsachse der Kontaktfedern (1, 6) verlaufen, so daß sie sich kreuzen, wenn sie miteinander Kontakt haben, wobei eine der beiden Kontaktfedern (6) zwei durch einen Längsschlitz (7) getrennte Finger (8, 9) hat, welche beide einen ausgewölbten, kontaktgebenden Bereich (10, 11) haben, welche beide mit einem ausgewölbten Bereich (4) der gegenüberliegenden Kontaktfeder (1) Kontakt machen, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenüberliegende Kontaktfeder (1) nur einen Finger hat, welcher mit beiden Fingern (8, 9) der anderen Kontaktfeder (6) Kontakt macht und dafür nur eine Auswölbung (4) hat, und
daß die Kontaktfedern (1, 6) aus Edelstahl bestehen und ihre kontaktgebenden Bereiche (4, 10, 11) eine Goldschicht (5) aufweisen.

2. Kontaktfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Goldschicht (5) 1 µm bis 5 µm dick ist.

3. Kontaktfeder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Goldschicht (5) aus einer hochkarätigen Hartgoldlegierung besteht.

4. Kontaktfederpaar nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ausgewölbten Bereiche (10, 11) der geschlitzten Kontaktfeder (6) einen Winkel von 10° bis 30°, der ausgewölbte Bereich (4) der ungeschlitzten Kontaktfeder (1) hingegen einen Winkel von 60° bis 80° mit der Längsachse einschließen.