DE4238534A1 - Einteiliges Kontaktelement - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein einteiliges Kontaktele­ ment, insbesondere für Steckverbinder, nach dem Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1.

U-förmige Schneidklemmkontakte zur Kontaktierung von Ka­ beln ohne Entfernung des Isolationsmantels, indem die dem Aufnahmeschlitz zugekehrten Kanten der Schenkel die Iso­ lierung durchdringen und verdrängen und mit dem Leiter in Eingriff treten, sind in zahlreichen Ausführungsformen be­ kannt. Sie werden in großem Umfang eingesetzt, u. a. in der Telekommunikation. Lediglich als Beispiel für derartige Schneidklemmkontakte sei auf die US-Patentschriften 4 773 875 oder 5 022 868 hingewiesen.

Es sind auch Kontaktelemente bekannt, bei denen der U-för­ mige Schneidklemmkontakt mit einem weiteren Kontaktab­ schnitt verbunden ist, beispielsweise einem weiteren U- förmigen Schneidklemmkontakt, wie etwa in der US 4 552 429 offenbart. Es ist aus der US 4 564 254 auch bekannt, einen Steckkontaktabschnitt mit einem U-förmigen Schneidklemm­ kontakt zu kombinieren. Aus "Technical Report 4005 Super Mate Module" von 3M November 1989 ist auch bekannt, einen gabelförmigen Kontaktabschnitt mit dem U-förmigen Schneid­ klemmkontakt zu kombinieren und den gabelförmigen Kontakt­ abschnitt gegenüber dem U-förmigen Kontaktabschnitt um 90° zu verdrehen. Derartige Kontaktelemente, die vorzugsweise aus Flachmaterial geformt sind, werden zu mehreren in einem Steckergehäuse untergebracht und zum Beispiel in der Telekommunikation eingesetzt. Die gabelförmigen Kontaktab­ schnitte wirken zum Beispiel mit stift- oder streifenarti­ gen Kontaktabschnitten des anderen Steckerteils zusammen, wenn eine Steckverbindung zwischen zwei Steckerteilen her­ gestellt wird. Die Verbindung zwischen den Kontaktab­ schnitten der bekannten Kontaktelemente ist häufig derart, daß der Steg des U-förmigen Schneidklemmkontakts in bezug auf die Längsachse des Aufnahmeschlitzes asymmetrisch ge­ formt ist.

Bei einem U-förmigen Schneidklemmkontakt ist wesentlich, daß zwischen den Schenkeln eine ausreichende Kraft erzeugt wird, die die Isolierung durchschneidet und wirksam mit dem Leiter des Kabels in Eingriff gelangt. Dabei soll die Kontaktkraft über einen längeren Zeitraum aufrechterhalten bleiben. Beim Einführen eines Kabels in den Aufnahmeschlitz eines U-Kontakts werden die Schenkel elastisch verformt. Die Elastizitätsgrenze darf nicht überschritten werden, da es sonst zu einer plastischen Verformung kommt und die er­ forderliche Kontaktkraft nicht mehr aufgebracht wird. Bei dem Einsatz von U-förmigen Schneidklemmkontakten mit asym­ metrischem Steg hat sich herausgestellt, daß die Kraftver­ teilung in den Schenkeln und im Steg nicht symmetrisch verläuft. Insbesondere bei der Verwendung von Kabeln mit größerem Durchmesser besteht die Gefahr, daß der stärker belastete Schenkel ermüdet oder daß bereits beim Einführen des Kabels eine plastische Deformation auftritt. Es könnte daran gedacht werden, diesem Problem dadurch zu begegnen, daß die Schenkel der U-Kontakte länger und/oder breiter gemacht werden. Da derartige Kontaktelemente normalerweise in Steckverbindern verwendet werden, die genormte Abmes­ sungen und Rastermaße aufweisen, können die Abmessungen der U-Kontakte nicht beliebig vergrößert werden. Außerdem besteht bei einer Verbreiterung der Schenkel bzw. einer Verlängerung die Gefahr, daß die Kontaktkraft zu groß wird und dadurch den Leiter des Kabels unzulässig deformiert.

Aus den US-Patentschriften 4 932 893, 4 564 254, 4 484 791 oder 4 441 779 sind einteilige Kontaktelemente bekanntge­ worden, bei denen die U-förmigen Schneidklemmkontakte mit einem asymmetrischen Steg ausgebildet sind. Die weiter oben beschriebenen Probleme werden in diesen Schriften jedoch nicht erörtert.

Aus der US Re 31 714 oder der US 4 988 311 sind Kontaktele­ mente bekanntgeworden, bei denen die Schenkel von U-Kon­ takten asymmetrisch geformt sind. Die besondere Formgebung der Schenkel dient dem Zweck, das Kabel vorübergehend zu halten, bevor es endgültig in den Aufnahmeschlitz einge­ preßt wird. Die im Aufnahmebereich verlaufenden Schenkel­ abschnitte sind im übrigen symmetrisch.

Aus den US-Patentschriften 3 605 072 und 4 084 877 sind Doppel-U-förmige Kontaktelemente bekanntgeworden, die drei in einer Ebene liegende Schenkel aufweisen, wobei ein Auf­ nahmeschlitz zwischen jeweils zwei benachbarten Schenkeln gebildet ist. In der US-PS 4 084 877 ist ein mittlerer Schenkel starr und wird nicht verformt, wenn in die Auf­ nahmeschlitze ein Kabel eingepreßt wird. Die äußeren Schen­ kel sind symmetrisch geformt. Es kommt mithin zu einer asymmetrischen Kraftverteilung im Kontaktelement. Bei der US-PS 3 605 072 ist der mittlere Schenkel mit einem läng­ lichen, geschlossenen Schlitz versehen. Dadurch sind zwei parallele Schenkelabschnitte gebildet, die beim Einpressen eines Kabels auf Biegung beansprucht werden. Die Art der Beanspruchung der Schenkel ist daher sehr unterschiedlich und führt zu einer unsymmetrischen Verteilung der Bela­ stungslinien.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einteiliges Kontaktelement so auszubilden, daß auch bei asymmetrischer Ausgestaltung des Steges eines U-förmigen Schneidklemm­ kontaktes symmetrische Biegebeanspruchungen auftreten, wenn ein Kabel vom Schneidklemmkontakt aufgenommen ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Patent­ anspruchs 1.

Besonders vorteilhaft ist die Anwendung der Erfindung auf Kontaktelemente, bei denen mit dem Steg des U-förmigen Schneidklemmkontaktes asymmetrisch ein um 90° gedrehter gabelförmiger Kontaktabschnitt verbunden ist.

Durch Berechnungen, Computersimulation und/oder und Expe­ rimente hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß eine symmetrische Belastung bei einem asymmetrischen U- förmigen Schneidklemmkontakt erzielt wird, wenn der dem anderen Kontaktabschnitt benachbarte Schenkel in seiner Breite gegenüber dem anderen Schenkel verringert wird. Wie bereits erwähnt, wird ein U-Kontakt so ausgelegt, daß beim Einsetzen eines Kabels eine ausreichende Kraft entwickelt wird, mit der das Isoliermaterial durchdrungen und ver­ drängt werden kann und die nach dem Eingriff der Schenkel mit dem Leiter des Kabels auch über eine längere Zeit be­ stehen bleibt. Wird nun bei einem derart ausgelegten U- förmigen Kontaktelement der eine Schenkel schmaler ausge­ führt, kommt es zu einer symmetrischen Verteilung der Bie­ gebeanspruchung im U-Element. Insbesondere bei der Verwen­ dung von im Durchmesser größeren Kabeln wird die Gefahr verhindert, daß beim Einsetzen des Kabels der Kabelleiter unzulässig verformt wird.

Durch rechnerische Methoden (Analyse Finiter Elemente) und/oder durch Experimente und/oder Computersimulation läßt sich herausfinden, wie das Verhältnis der Breite der beiden Schenkel eines U-Elements beschaffen sein muß, um die gewünschte symmetrische Kraftverteilung zu erhalten.

Mit der Erfindung sind folgende Vorteile verbunden:

• - eine Überlastung von Abschnitten des U-Kontakte wird vermieden
• - die notwendigen Kontaktkräfte werden über einen lan­ gen Zeitraum aufrechterhalten
• - zusätzliche Aufwendungen für die Herstellung sind nicht erforderlich
• - das Werkzeug zur Herstellung der Kontaktelemente nach der Erfindung braucht nur geringfügig modifi­ ziert zu werden
• - eine unerwünschte Verformung des Drahtes beim Ein­ setzen des Kabels findet nicht statt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt die Draufsicht auf ein herkömmliches Kontakt­ element mit zwei U-förmigen Schneidklemmkontakten.

Fig. 2 zeigt die Draufsicht auf ein herkömmliches Kontakt­ element mit einem U-förmigen Schneidklemmkontakt und einem gabelförmigen Kontakt.

Fig. 3 zeigt das Kontaktelement nach Fig. 2 in einer um 90° gedrehten Lage.

Fig. 4 zeigt eine ähnliche Ansicht wie Fig. 2, jedoch in erfindungsgemäßer Ausgestaltung.

Fig. 5 zeigt vergrößert ein Modell des U-Kontaktabschnitts von Fig. 4.

Fig. 6 zeigt einen Schnitt durch die Gehäuse von zwei Ver­ binderteilen, von denen eines mit Kontaktelementen nach der Erfindung bestückt ist.

Fig. 1 zeigt ein herkömmliches Kontaktelement 10, das zum Beispiel aus Flachmaterial geformt ist. Es weist zwei U- förmige Schneidklemmkontakte 12, 14 auf, die über einen gemeinsamen Steg 16 miteinander verbunden sind. Die Kon­ taktabschnitte 12, 14 weisen jeweils Schenkel 18, 20 bzw. 22, 24 auf, zwischen denen ein Aufnahmeschlitz 26 bzw. 28 gebildet ist. Wie erkennbar, sind die Kontaktabschnitte 12, 14 vollständig symmetrisch aufgebaut und symmetrisch zueinander. Wird daher ein Kabel in die Aufnahmeschlitze 26, 28 eingelegt, kommt es zu einer symmetrischen Verfor­ mung der Schenkel 18, 20 bzw. 22, 24.

Das Kontaktelement nach den Fig. 2 und 3 weist einen U- förmigen Schneidklemmkontaktabschnitt 32 und einen gabel­ förmigen Kontaktabschnitt 34 auf. Der Kontaktabschnitt 32 weist Schenkel 36, 38 auf, zwischen denen ein Aufnahme­ schlitz 40 geformt ist. Die Schenkel 36, 38 sind mit einem Steg 42 verbunden, an dem auch der Kontaktabschnitt 34 angebracht ist. Wie aus Fig. 2 zu erkennen, ist der Kon­ taktabschnitt 34 gegenüber der Achse des U-förmigen Kon­ taktabschnitts 32 versetzt. Außerdem ist er um 90° ver­ dreht. Dadurch ergibt sich eine asymmetrische Formung des Steges 42. Der gabelförmige Kontaktabschnitt mit Schenkeln 44, 46 und einem Aufnahmeschlitz 48 dazwischen ist wie­ derum in sich symmetrisch aufgebaut. Es hat sich nun her­ ausgestellt, daß sich beim Einsetzen von Kabeln in den Aufnahmeschlitz 40 des U-Kontaktabschnitts 32 eine deutlich asymmetrische Ausbildung der Kraftverteilung ergibt. Wie bereits erwähnt, kommt es dadurch zu verringerten Kontakt­ kräften, insbesondere nach einem längeren Zeitraum. Das Kontaktelement nach Fig. 4 schafft Abhilfe.

Das Kontaktelement 50 nach Fig. 4 weist wiederum einen U- förmigen Schneidklemmkontakt 52 auf mit annähernd paralle­ len Schenkeln 54, 56, zwischen denen ein Aufnahmeschlitz 58 gebildet ist. Die Schenkel 54, 56 sind mit einem Steg 60 verbunden, an dem ein gabelförmiger Kontaktabschnitt 62 in gleicher Weise angebracht ist, wie der Kontaktabschnitt 34 in der Ausführungsform nach Fig. 2 und 3. Es wird daher auf den Kontaktabschnitt 62 nicht mehr näher eingegangen. Es kann z. B. vom freien Ende her auf den Schenkel 18 des Kontaktelements 12 geschoben werden, um zwischen den Kon­ taktelementen 10, 50, die in verschiedenen Gehäusen von Steckerteilen angeordnet sein können (nicht gezeigt), eine elektrische Verbindung herzustellen. Die Aufnahmeschlitze 26, 28 des Kontaktelements 10 und der Schlitz 58 des Kon­ taktelements 50 können in bekannter Weise (nicht gezeigt) Kabel aufnehmen. Auf diese Weise können z. B. in der Tele­ kommunikation parallele Kommunikationswege hergestellt werden. Es ist dann nicht mehr nötig, den Leitungspfad zu unterbrechen, wenn z. B. eine Ummantelung auf ein digitales System stattfinden soll.

Wie erkennbar, ist der Schenkel 54, der dem Kontaktab­ schnitt 62 benachbart ist, deutlich schmaler ausgeführt wie der Schenkel 56. Der Schenkel 54 hat eine durchschnitt­ liche Breite von a, die kleiner ist als die entsprechende Breite b des Schenkels 56, die im übrigen vom freien Ende in Richtung Steg 60 stetig zunimmt. Zu diesem Zweck ist die äußere Kante 64 des Schenkels 56 schräg verlaufend, während die äußere Kante 66 des Schenkels 54 gerade paral­ lel zur Achse des Kontaktabschnitts 52 verläuft.

Die Breite des Steges 60 ist erkennbar unterschiedlich. Die geringste Breite c ist annähernd unterhalb des Schlitzes 58, während die größte Breite auf der anderen Seite des Abschnitts 62 gemessen wird. Wie erkennbar, ist d auch größer als b, während c etwa gleich a ist. Im übrigen gel­ ten folgende Abmessungen für das Element 50:

Gesamtlänge|8,1 mm
Breite des Steges 60 quer zu den Schenkeln	3,95 mm
Länge der Schenkel 54, 56	2,6 mm
a	1,05 mm
b	1,15 mm
c	1,05 mm
d	1,50 mm
Dicke des Materials	0,4 mm

Bei einer derartigen Ausführung eines U-förmigen Schneid­ klemmkontakts hat sich herausgestellt, daß beim Einsetzen eines Kabels trotz geometrischer Asymmetrie eine symme­ trische Kraftverteilung stattfindet, wobei die Belastungs­ spitzen tiefer liegen als dies zum Beispiel bei dem be­ kannten Kontaktelement 30 nach Fig. 2 und 3 der Fall ist.

In Fig. 5 ist ein Modell des U-Kontaktabschnitts von Fig. 4 gezeigt, das mit 52a bezeichnet ist. Es weist Schenkel 54a, 56a auf und einen Aufnahmeschlitz 58a. Der Steg 60a ist unsymmetrisch und mit dem Abschnitt 70 kann z. B. ein anderer Kontaktabschnitt verbunden sein, z. B. Kontaktab­ schnitt 62 nach Fig. 4. Wie erkennbar, ist der Schenkel 54a deutlich schmaler als Schenkel 56a. Trotzdem wird überraschenderweise der Schenkel 54a weniger zur Seite ge­ bogen als Schenkel 56a, wenn ein Kabel (nicht gezeigt) in den Schlitz 58a eingepreßt wird. Dies haben Untersuchungen und Berechnungen ergeben. In Fig. 5 ist der Ruhezustand mit gestrichelten Linien und der verformte Zustand mit durchgezogenen Linien gezeigt. Die Verteilung der Biegebe­ lastung in den Schenkeln 54a, 56a und im Steg 60a ist hin­ gegen annähernd gleichmäßig, wie ebenfalls Untersuchungen und Berechnungen ergeben.

Fig. 6 zeigt den Schnitt durch ein Gehäuse 80, das neben­ einander oder hintereinander eine Reihe von Kontaktelemen­ ten 50 aufnimmt. Gezeigt ist die Aufnahme eines einzigen Elements 50 in einer Ausnehmung 82. Der Aufnahmeschlitz 58 nimmt ein Kabel 84 in beschriebener Art und Weise auf. Ein weiteres im Schnitt gezeigtes Gehäuse 86 nimmt mehrere Kon­ taktelemente auf, von denen eines bei 10 gezeigt ist und dem in Fig. 1 gezeigten entspricht. Es nimmt ein Kabel 90 auf und der eine Schenkel 18 wirkt mit dem Gabelkontaktab­ schnitt 62 zusammen, der aus dem Gehäuse 80 nach unten über­ steht. Die gezeigte Ausbildung der Gehäuse und die Anord­ nung der Kontaktelemente ist jedoch allgemein bekannt.

Claims (5)

1. Einteiliges, in einem Verbindergehäuse untergebrachtes Kontaktelement, insbesondere für Steckverbinder, mit einem U-förmigen Kontaktabschnitt, der zwei mit einem Stegabschnitt verbundene annähernd parallele Schenkel aufweist, zwischen denen ein Aufnahmeschlitz zur Auf­ nahme mindestens eines Kabels gebildet ist, wobei die dem Aufnahmeschlitz zugewandten Kanten der Schenkel die Isolierung des Kabels durchdringen und unter federnder Verformung der Schenkel mit dem Leiter des Kabels in Kontakt treten, und einem vorzugsweise gabelförmigen zweiten Kontaktabschnitt, der auf der den Schenkeln ge­ genüberliegenden Seite so mit dem Stegabschnitt verbun­ den ist, daß der den Schenkeln des U-förmigen Kontakt­ abschnitts gegenüberliegende Abschnitt des Steges in bezug auf die Längsachse des Aufnahmeschlitzes asymme­ trisch geformt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der dem zweiten Kontaktabschnitt näher liegende Schenkel (54) des U-förmigen Kontaktabschnitts (52) in seiner Breite gegenüber der Breite des anderen Schenkels (56) so weit verringert, daß die Verteilung der Biegebelastung im U-förmigen Kontaktabschnitt (52) bei Aufnahme eines Kabels annähernd gleichmäßig ist.

2. Kontaktelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kontaktabschnitt (62) ein gegenüber dem U-förmigen Kontaktabschnitt (52) um 90° gedrehter ga­ belförmiger Kontaktabschnitt ist.

3. Kontaktelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kanten des schmaleren Schenkels (54) annähernd parallel verlaufen.

4. Kontaktelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der kürzeste Abstand (c) vom Auf­ nahmeschlitz (58) bis zur freien Kante des die Schenkel (54, 56) verbindenden Steges (60) etwa im Bereich der Breite (a) des schmaleren Schenkels (54) liegt.

5. Kontaktelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Flachmaterials zur Herstellung des Kontaktelements (50) zwischen 0,35 und 0,5 mm liegt bei einem Kabeldurchmesser von 0,32 bis 0,9 mm und Verwendung von Messing oder Phosphorbronze.