DE4402817A1 - Elektrische Kontaktbuchse mit weicher Kontaktfeder - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Kon­ taktbuchse mit mindestens einer weichen Kontaktfeder, die sich in Längsrichtung erstreckt und bezüglich dieser Längs­ richtung quer elastisch verformbar ist.

Solche elektrischen Kontakte sind bekannt als Kontakte, die eine nur geringe Einfügkraft benötigen. Diese Kontakte weisen in der Regel zwei weiche Federn auf und der elektri­ sche Kontakt wird mit einem einzigen Teil hergestellt, wobei der hintere Teil des elektrischen Kontakts mit einem Kabel verbunden ist. Diese elektrischen Kontakte sind insbesondere dazu bestimmt in Öffnungen isolierender zentraler Körper von Steckern eingefügt zu werden um Verbinder mit einer hohen Anzahl von Kontakten zu bilden.

Die Forderung nach einer hohen Anzahl von Kontakten hat die Verkleinerung der Größe der Kontakte als Voraussetzung, was es besonders schwer macht alle technischen Anforderungen, denen solche Kontakte genügen müssen gleichzeitig zu er­ füllen.

Insbesondere die Genauigkeit der koaxialen Ausrichtung zwi­ schen dem Kontaktstecker und den Kontaktbuchsen ist be­ sonders schwer zu erfüllen, was in der Praxis zu einer bemerkenswerten Erhöhung der Einfügungskraft führt. Ferner führt eine Versetzung des Kontaktsteckers gegenüber der Kontaktbuchse zu einer möglichen vorzeitigen Abnutzung der Kontakte.

Die vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe eine elektrische Steckerbuchse vorzustellen, die es erlaubt mindestens einen der vorgenannten Nachteile zu vermeiden und insbesondere sich mit einer weniger guten Koaxialität zwischen dem Kon­ taktstecker und der Kontaktbuchse zu begnügen, ohne daß da­ durch die Einfügekraft empfindlich erhöht wird.

Die Erfindung betrifft so mit eine elektrische Kontaktbuchse mit mindestens einer weichen Feder, die sich in Längsrich­ tung der Kontaktbuchse erstreckt und quer zu dieser Längs­ richtung elastisch verformbar ist, gekennzeichnet durch ein Kontaktelement mit einerseits der oder den weichen Feder bzw. Federn und andererseits einem hinteren Teil, der mit der oder den weichen Feder bzw. Federn fest verbunden ist sowie durch einen elektrisch leitenden Kontaktträger, wobei der hintere Teil des Kontaktelements und des Trägerelements Halteelemente aufweist mit zueinander komplemantären Oberflächen, die mechanisch zusammenwirken, insbesondere durch Klemmung derart, daß eine Rotation des Kontaktelements in mindestens einer Richtung um den hinteren Teil seiner Längsachse bezüglich einer nominalen Vorzugsrichtung verschiebt, ohne die weiche Feder bzw. Federn wesentlich elastisch zu verformen. Auf diese Weise kann während der Einfügung eines entsprechenden Kontaktsteckers eine Wie­ derherstellung der Koaxialität erfolgen indem sich die elektrische Kontaktmuffe neu orientiert, ohne daß die Ein­ fügungskraft erhöht wird. Der elektrische Kontakt kann ein gestanztes und rollgebogenes Element, vorzugsweise herge­ stellt aus einem elastischen nicht verformbaren Material sein und der Kontaktträger kann aus einem Rohr bestehen.

Das Kontaktelement weist vorteilhafterweise zwei weiche sich gegenüberliegende Federn auf.

Die komplementären Halteelemente können zwei Profile auf­ weisen ein Hohlprofil und ein vorstehendes Profil, die me­ chanisch zusammenwirken um das Verdrehen des Kontaktelements in allen Richtungen um seinen hinteren Teil derart zu ermöglichen, daß seine Horizontalachse bezüglich der Nomi­ nalrichtung verschoben wird ohne daß die Feder bzw. die Fe­ dern elastisch verformt werden.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist das Hohlprofil eine Nut in dem Kontaktträger und das vorstehende Profil ist ein ringförmiges Profil im Inneren des hinteren Bereichs des Kontaktelements. Das innere ringförmige Profil weist vor­ zugsweise eine abgerundete Querschnittsform auf, was es erlaubt einen Kugelgelenkeffekt homogen in allen Richtungen zu erzeugen. Insbesondere kann der abgerundete Querschnitt eine Breite haben die im wesentlichen gleich der der Nut ist derart, daß der abgerundete Querschnitt nur in der Nähe des Medianbereichs in Kontakt mit der Nut ist.

Das innere Ringprofil ist vorzugsweise mit einer leichten Nominalspannung in die Nut eingesetzt. Der Kontaktträger weist vorzugsweise mindestens einen Bereich auf dessen äußere Kontur es ermöglicht die horizontale Achsverschiebung des Kontaktelements, beispielsweise eines zylindrischen Bereichs der vor der Nut gelegen ist, zu begrenzen, wobei der zylindrische Bereich ein Spiel gegenüber einem entspre­ chenden ersten zylinderförmigen Bereich, der den hinteren Teil und/oder einen zylinderförmigen Bereich, der hinter der Nut gelegen ist entspricht und ein Spiel gegenüber einem zweiten entsprechenden zylinderförmigen Bereich des hinteren Teils aufweist.

Der elektrische Kontakt kann ein Rohr aufweisen, das starr in dem Kontaktträger befestigt ist und das Kontaktelement umschließt, insbesondere derart, daß der Drehwinkel der be­ sagten Rotation begrenzt wird. Das Kontaktelement kann also mindestens einen Bereich aufweisen der oberhalb der Basis der weichen Federn liegt, insbesondere in der Nähe der Ba­ sis, wobei der Bereich gegenüber dem Rohr ein vorgegebenes nominales Spiel aufweist.

Weitere Merkmale und Vorzüge der Erfindung werden durch die folgende Beschreibung deutlicher die unter Bezugnahme auf die Zeichnung die Erfindung beispielsweise erläutert. Darin zeigen:

• - Fig. 1a einen teilweisen Längsschnitt durch einen Kontaktträger nach der Erfindung,
• - die Fig. 1b und 1c jeweils einen Längsschnitt sowie eine Ansicht von links auf ein Kontaktelement nach der Erfindung,
• - die Fig. 2 ein Kontaktelement aus Fig. 1b während einer Zwischenphase der Herstellung und
• - die Fig. 3 eine erfindungsgemäße zusammengesetzte elek­ trische Kontaktbuchse.

Fig. 1a zeigt einen Kontaktträger der allgemein mit 1 be­ zeichnet ist und einen zylinderförmigen hinteren Teil 14, eine Öffnung 11 zur Aufnahme eines Verbindungskabels und ein Zugangsloch 12 aufweist. Der Kontaktträger 1 weist einen mittleren Bereich 16 auf, der zylinderförmig ist mit einem Durchmesser der größer ist als der Durchmesser des vorderen Teils der gebildet wird durch einerseits einen zurückgenom­ menen Bereich 17, der dazu bestimmt ist ein Rohr 3 aufzu­ nehmen, einen breiteren Bereich 18 und schließlich den vor­ deren Endbereich 19, 20, 21 der zwei zylinderförmige Be­ reiche 19 und 21 mit etwa dem gleichen Durchmesser aufweist zwischen denen eine vordere Nut 20 mit einer gegebenen Breite 1 angeordnet ist.

Das Kontaktelement 2, welches in den Fig. 1b und 1c gezeigt ist weist einen hinteren Teil 22, 23, 24 auf, der zwei zy­ linderförmige Bereiche 22 und 24 aufweist, die untereinander durch ein ringförmiges Profil 23 verbunden sind, welches zum Inneren hin gekrümmt ist und deren innere Fläche im wesentlichen so abgerundet ist, daß es ein abgeflachtes OMEGA bildet. Der zylinderförmige Bereich 24 erstreckt sich ungefähr bis zum Ursprung der weichen elastischen Federn 25 und 26 welche in Richtung der Längsachse des Kontaktelements 2 bis zu einem Bereich mit minimalem Durchmesser 27′, 28′ verlaufen, der verlängert wird durch aufgeweitete Flügel 27 und 28.

Wie Fig. 2 zeigt kann das Kontaktelement 2 leicht herge­ stellt werden ausgehend von einem vorgestanzten flachen Teil welches zuerst ausgestanzt wird, anschließend rollgebogen und dies unter Verwendung üblicherweise in der Feinmechanik eingesetzter Techniken.

Das Rollbiegen des Teils 2 wird so ausgeführt, daß die Sei­ tenränder 35 und 36 des hinteren Bereichs 22, 23, 24, zusam­ mengeführt werden, wobei die weichen Federn 25 und 26 von­ einander durch einen Schlitz 29 getrennt sind, der in der Längsachse des flachen Teils 2 eingearbeitet ist sowie durch zwei Halbschnitte 38 und 39, die in den Verlängerungen der Seitenränder 35 und 36 liegen.

Fig. 3 zeigt den zusammengesetzten elektrischen Kontakt. Das Ringprofil 23 ist mit seinem Bereich mit geringstem Quer­ schnitt 23′ mit der Ringnut 20 in der Nähe ihrer Mittelebene 20′ in Kontakt. Der Innenrand des zylinderförmigen Bereichs 24 hat einen Durchmesser der größer ist als der des Bereichs 21, was eine begrenzte Winkelverschiebung des Kontaktele­ ments 2 erlaubt, welches somit quasi frei verschwenkbar ist durch den Kugelgelenkeffekt des gekrümmten Profils 23 im mittleren Bereich 20′ der Ringnut 20, wobei sich der Kontaktpunkt mit dieser Rotation verschiebt. Dieselbe Überlegung trifft für den zylinderförmigen Bereich 22 zu, der den zylinderförmigen Bereich 19 des Kontaktträgers 1 umhüllt. Mit anderen Worten eine Begrenzung der Winkelver­ schiebung des Kontaktelements 2 kann vor dem Haltelement 23 und/oder hinter diesem erzielt werden.

Das Kontaktmuffenelement kann ein Rohr 3 aufweisen welches fest an der Stelle 31 durch Einschnürung um den zylinder­ förmigen Bereich 17 befestigt ist. Der innere Durchmesser des Rohres 3 ist um den zylinderförmigen Bereich 18 ange­ paßt, wobei sich das Rohr 3 nach vorne erstreckt über die Enden der weichen Federn 25 und 26 hinaus. Das vordere Ende des Rohrs 3 dessen Durchmesser im wesentlichen dem des Endes der inneren Flügel 27 und 28 entspricht weist eine Ein­ gangsabschrägung 32 auf, die sich nach hinten durch einen zylinderförmigen Bereich 33 verlängert, derart, daß die Einführung eines elektrischen Kontaktsteckers 40 erleichtert wird.

Bei einer elektrischen Kontaktbuchse die ein Rohr aufweist beispielsweise wie das mit dem Bezugszeichen 3 versehene, kann die Begrenzung der Winkelverschiebung ebenfalls er­ folgen indem der Außendurchmesser des zylinderförmigen Be­ reichs 24 der sich oberhalb des Ursprungs 30 der Ränder 25 und 26 befindet bezüglich des Durchmessers des Rohrs 3 so dimensioniert werden, daß ein vorgegebenes Spiel erzeugt wird, welches die Begrenzung der Winkelverschiebung ermög­ licht. Diese Überlegung trifft ebenfalls für den Außen­ durchmesser des zylinderförmigen Bereichs 22 zu.

Durch die Einführung eines Kontaktsteckers 40 über die Ab­ schrägung 32 und unter der Annahme daß das Element 40 eine um einen Winkel α verschobene Achse aufweist (der Winkel α ist in der Zeichnung übertrieben dargestellt), wobei der Winkel in der Praxis von der Größenordnung einiger Winkel­ grade sein kann, sieht man, daß der Angriffsrand 41 des Steckerelements 40 ein Moment erzeugt, während er in me­ chanischen Kontakt mit einem einzigen Flügel 27 tritt, ins­ besondere auf der Höhe des verminderten Querschnitts 27′, welches durch die Feder 25 übertragen wird, woraus sich eine entsprechende Drehung des Kontaktelements 2 um sein Kugel­ gelenk 23 erfolgt. Aufgrund seiner Konstruktion benötigt das Kugelgelenk 23 lediglich sehr geringe Kraftanstrengungen was bedeutet, daß die elastische Verbiegung des Flügels 25 praktisch während dieser Drehung vernachlässigbar ist. Die Drehung setzt sich fort bis die sich entgegenstehenden Mo­ mente die an den Flügeln 27 und 28 durch den Kontakt 40 an­ gelegt sind etwa gleich groß sind.

Um zu verhindern, daß gewisse Kräfte notwendig sind um das Kontaktelement in eine Drehbewegung zu versetzen ist das Ringprofil 23 mit geringer Klemmung in die Nut 20 eingesetzt um die elektrische Leitung zu gewährleisten. So reichen beispielsweise bei einer Nut 20 mit einem Durchmesser von 0,8 mm nominale Passungen, die eine Klemmung erzeugen, die mindestens einigen Hundertstel mm entspricht für die vorgesehenen Anwendungen.

Was die Begrenzung der Winkelverschiebung angeht, so wird vorzugsweise eine Toleranz gewählt um eine Winkelverschie­ bung in der Größenordnung von maximal einigen Grad zu er­ lauben, beispielsweise 5 Grad, gewählt. Ein Schlitz 20 kann eine Breite l = 0,8 mm aufweisen der vordere Teil eine Länge 0,4 mm und einen hinteren Teil 19 einer Länge 0,5 mm. Das Winkelprofil 23 kann einen Radius der Größenordnung 0,7 mm haben und ein Spiel zwischen den zylinderförmigen Teilen 19 und 21 und den inneren Bereichen des Rohres 3 von der Größenordnung 1/10 mm. Das Rohr 3 ist vorteilshafterweise aus einem klemmbaren Material hergestellt, wohingegen das Kontaktelement 2 aus einem elastischen nicht verformbaren Material hergestellt werden soll, beispielsweise einer Kupfer-Beryllium-Legierung mit einer Dicke von 0,15 mm, so daß die erforderlichen Funktionen für die weichen Federn 25 und 26 erfüllt werden können.

Claims (12)

1. Elektrische Kontaktbuchse mit mindestens einer weichen Feder (25, 26) die sich in einer Längsrichtung er­ streckt und quer zu dieser Längsrichtung elastisch verformbar ist gekennzeichnet durch ein Kontaktelement (2) welches einerseits die weiche Feder bzw. Federn (25, 26) und andererseits einen hinteren Teil (22, 23, 24) aufweist, welches fest mit der Feder bzw. mit den Federn (25, 26) verbunden ist und durch einen Träger eines elektrisch leitenden Kon­ takts (1) und dadurch, daß der hintere Teil (22, 23, 24) des Kontaktelements (2) und der Kontaktträger (1) Halteelemente (20, 23) aufweisen, die zueinander kom­ plementäre Oberflächen aufweisen die mechanisch so zusammenwirken, daß eine Drehung des Kontaktelements (2) in mindestens einer Richtung um seinen hinteren Bereich (22, 23, 24) seine Longitudinalachse bezüglich einer Nominalrichtung verschiebt.

2. Kontaktbuchse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktelement (2) zwei weiche sich gegenüber­ liegende Federn (25, 26) aufweist.

3. Kontaktbuchse nach einem der Ansprüche 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die komplementären Oberflä­ chen (20, 23) aus zwei Profilen bestehen, einem Hohl­ profil (20) und einem vorstehenden Profil (23), die die Drehung des Kontaktelements (2) in allen Richtungen um seinen hinteren Bereich (22, 23, 24) derart ermögli­ chen, daß dessen Longitudinalachse bezüglich der Nomi­ nalrichtung verschoben wird ohne wesentlich die weiche Feder bzw. die weichen Federn (25, 26) elastisch zu verformen.

4. Kontaktbuchse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlprofil eine Nut (20) des Kontaktträgers (1) ist und dadurch, daß das vorstehende Profil ein inneres Ringprofil (23) des hinteren Teils (22, 23, 24) des Kontaktelements (2) ist.

5. Kontaktbuchse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Ringprofil (23) einen abgerundeten Querschnitt aufweist.

6. Kontaktbuchse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der abgerundete Querschnitt (23) eine Breite hat die im wesentlichen gleich der Breite der Nut (20) ist derart, daß der abgerundete Querschnitt (23) nur in der Nähe der Medianebene (20′) der Nut ist.

7. Kontaktbuchse nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das interne Ringprofil (23) durch leichte nominale Klemmung in die Nut (20) eingesetzt ist.

8. Kontaktbuchse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktträger (1) min­ destens einen Bereich (19, 21) aufweist, dessen äußere Kontur es ermöglicht die Längsachsverschiebung des Kontaktelements zu begrenzen.

9. Kontaktbuchse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Bereiche ein zylinderförmiger Bereich (21) ist, der vor der Nut (20) liegt und ein Spiel bezüglich einem ersten Zylinderbereich (24) aufweist, das dem hinteren Bereich (22, 23, 24) entspricht.

10. Kontaktbuchse nach einem der Ansprüche 8 oder 9, da­ durch gekennzeichnet, daß der Bereich ein zylinderför­ miger Bereich (19) ist, der hinter der Nut (20) liegt und ein Spiel gegenüber einem zweiten Zylinderbereich (22) des hinteren Bereichs (22, 23, 24) entspricht.

11. Kontaktbuchse nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Rohr (3), welches fest an dem Kontaktträger (1) befestigt ist indem es das Kontakt­ element (2) umgibt.

12. Kontaktbuchse nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktelement (2) einen Bereich (24) aufweist, der oberhalb der Basis (25′, 26′) der weichen Federn (25, 26) und in der Nähe der Basis (25, 26) liegt, wo­ bei der Bereich (24) mit dem Rohr (3) ein vorgegebenes nominales Spiel aufweist.