DE4407556A1 - Elektrische Kontaktfeder, ihre Verwendung und Verfahren zum Herstellen eines bandförmigen Halbzeugs dafür - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Steckerfeder, welche aus einem Kupferbasiswerkstoff besteht und durch eine Überfeder gestützt ist, die aus einem Werkstoff mit größerer Federhärte, aber mit niedrigerer elektrischer Leitfähigkeit als der Kupferbasiswerkstoff besteht. Steckverbinder für die Automobilindustrie und für die Gebrauchsgüterindustrie, welche die sogenannte weiße Ware (elektrische Haus- und Küchengeräte) herstellt, sind Massenartikel, bei denen einwandfreie Funktion zu niedrigsten Preisen gefordert wird. Steckverbinder für diesen Einsatzzweck haben Steckerfedern, die aus Bändern aus gut leitfähigem Kupferwerkstoff durch Stanzen und Biegen hergestellt werden. Dabei dienen die Steckerfedern nicht nur zur Stromführung, sondern auch zur zuverlässigen elektrischen Kontaktgabe, und diese erfordert eine gewisse Kontaktkraft, welche von den Steckerfedern aufgebracht werden muß. Leider ist bei gut leitfähigen Kupferwerkstoffen die Federeigen­ schaft nicht besonders ausgeprägt, so daß die Feder­ kräfte zumal bei kostengünstigen dünnen Steckerfedern relativ gering sind. Es ist deshalb bekannt, die Steckerkraft dadurch zu erhöhen, daß man die Stecker­ feder aus dem gut leitfähigen Kupfer durch eine zu­ sätzliche Feder stützt, die nur die Stützfunktion aus­ übt, aber keinen Strom führen muß und deshalb aus einem typischen Federwerkstoff bestehen kann. Eine solche Stützfeder wird über der Steckerfeder aus dem gut leitfähigen Kupferwerkstoff montiert und deshalb auch als "Überfeder" bezeichnet. Die Überfeder wird gesondert von der aus gut leitfähigem Kupferwerkstoff bestehenden Steckerfeder aus einem Band gestanzt, gebogen und dann über die Steckerfeder aus dem gut leitfähigen Kupferwerkstoff montiert. Diese Fertigungs­ art ist praxiserprobt, aber durch die erforderlichen zusätzlichen Fertigungs- und Montageschritte verhält­ nismäßig aufwendig.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vor­ liegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Weg aufzuzeigen, wie für eine derartige Anwendung ge­ eignete, gut leitfähige Kontaktfedern ohne Einbuße an Kontaktkraft im Steckverbinder preiswerter herge­ stellt werden können.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß als Steckerfedern für elektrische Steckverbinder Bimetallelemente mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen verwendet wer­ den. Ein preiswertes Verfahren zum Herstellen eines bandförmigen Halbzeugs für erfindungsgemäße Stecker­ federn ist Gegenstand des Anspruchs 10. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Dadurch, daß die Steckerfeder nicht mehr durch eine gesonderte Überfeder gestützt wird, sondern als Bi­ metallelement ausgebildet wird, dessen eine Lage aus einem gut leitfähigen Kupferwerkstoff und dessen zweite Lage aus einem zweiten Werkstoff besteht, der gute Federeigenschaft hat, entfallen mehrere bisher erforderliche Arbeitsschritte, nämlich das gesonderte Stanzen, Biegen und Montieren der Überfeder. Zur Her­ stellung erfindungsgemäßer Steckerfedern geht man zwar wie bisher von zwei unterschiedlichen band­ förmigen Halbzeugen aus, nämlich von einem aus einem gut leitenden Werkstoff und von einem zweiten aus einem guten Federwerkstoff, doch werden diese nicht ge­ trennt zu Federn verarbeitet, sondern zunächst zu einem Bimetallband als Halbzeug verarbeitet, aus wel­ chem dann durch Stanzen und Biegen Bimetall-Stecker­ federn gebildet werden, die sowohl die gewünschte elektrische Leitfähigkeit zeigen als auch die ge­ wünschte Federkraft aufbringen können, und diese Bi­ metall-Steckerfedern werden dann im Steckverbinder so montiert wie früher die allein aus einem Werk­ stoff mit hoher elektrischer Leitfähigkeit bestehen­ den Steckerfedern. Ein weiterer Vorteil besteht da­ rin, daß für das Stanzen und Biegen auch nur noch ein Werkzeug erforderlich ist, wohingegen beim Stand der Technik für das Stanzen und Biegen der stützenden Überfeder ein weiteres Werkzeug erfor­ derlich war.

Zusammengefaßt ergibt sich so durch die einfachere Herstellung der Steckerfedern und durch ihre ein­ fachere Handhabung und Montage im Steckverbinder eine erhebliche Kosteneinsparung.

Die Erfindung ist auch auf Kontaktfedern in Lampen­ fassungen anwendbar, in denen beim Stand der Technik die Federkraft von Kontaktfedern, die für die Kon­ taktgabe seitlich am Lampensockel vorgesehen sind, häufig zu gering ist; hier können die neuen Kontakt­ federn mit ihrer größeren Federhärte Abhilfe schaffen.

Bimetallkontaktfedern sind zwar zur Verwendung in Thermoschaltern an sich bekannt, um bei einer vor­ gegebenen Temperatur einen Schaltvorgang zu bewirken. Bei den erfindungsgemäßen Anwendungen geht es im Gegensatz zu Thermoschaltern aber nicht um Schalter, sondern um elektrische Verbinder, in denen eine dauerhafte Kontaktgabe erfolgt.

Bimetallbänder können beispielsweise durch Walz­ plattieren oder durch Verkleben hergestellt werden. Für Zwecke der Erfindung ist jedoch eine voll­ flächige Verbindung der Lager aus dem Federwerkstoff mit der Lage aus dem gut leitfähigen Kupferwerkstoff grundsätzlich nicht erforderlich; es genügt vielmehr, die beiden Lagen stellenweise miteinander zu verbin­ den, z. B. durch punktweise elektrische Widerstands­ schweißung. Besonders bevorzugt ist es, ein Band aus einem gut leitfähigen Kupferwerkstoff und ein Band aus einem Federwerkstoff durch elektrisches Rollnaht- Widerstandsschweißen miteinander zu verbinden. Bei diesem Schweißverfahren wird eine dichte Folge von Schweißpunkten ("Schweißlinsen") gebildet, die sich unter Umständen auch überlappen können, aber keines­ wegs überlappen müssen. In Längsrichtung der Bänder kann man mehrere zueinander parallele Spuren solcher Schweißpunkte setzen und dadurch eine für Zwecke der Erfindung völlig ausreichende Verbindung zwischen den beiden Bändern schaffen. Prinzipiell genügt es, die beiden Bänder längs einer einzigen Schweißspur mitein­ ander zu verbinden. In diesem Fall erhält man Stecker­ federn mit angepunkteter Stützfeder. Wenn man die Bänder längs zweier Schweißspuren, die in Längsrich­ tung der Steckerfedern einen Abstand haben, miteinan­ der verschweißt, dann erhält man Bimetall-Steckerfedern mit erhöhter Steifigkeit, wobei die Federkraft über den Thermobimetalleffekt temperaturabhängig sein kann,­ wenn sich die beiden Werkstoffe in ihrem Wärmeaus­ dehnungskoeffizienten unterscheiden. Will man das ver­ meiden, dann kann man den Federwerkstoff aber auch so wählen, daß sein Wärmeausdehnungskoeffizient überein­ stimmt mit dem Wärmeausdehnungskoeffizient des gut leitfähigen Kupferwerkstoffs. Besonders bevorzugt als Federwerkstoff wird für die Zwecke der Erfindung ein nicht rostender Federstahl. Stähle haben meist Wärme­ ausdehnungskoeffizienten zwischen 12 und 13 × 10^-6/° K, was etwas weniger ist als der Wärmeausdehnungskoeffizient von Kupfer (16 × 10^-6/° K); es gibt aber auch Stähle mit höherem Wärmeausdehnungskoeffizient, z. B. FeCr 17,7 Ni 9,6 C 0,06 Si 2,28 Mn 2,36 mit einem Wärmeaus­ dehnungskoeffizienten von 16,5 × 10^-6/° K.

Durch Rollnaht-Schweißen lassen sich erfindungsgemäß verwendbare Halbzeuge mit hoher Produktionsgeschwindig­ keit besonders preiswert herstellen, wobei auch dann, wenn die Bänder längs zweier Spuren miteinander ver­ schweißt werden, die beiden Spuren in ein und demselben Arbeitsgang geschweißt werden können. Die für Zwecke der Erfindung geeigneten Federwerkstoffe, insbesondere nicht rostende Federstähle, lassen sich gut mit einem gut leitfähigen Band aus einem Kupferwerkstoff verschweißen; die Haftung zwischen beiden ist gut. Besonders geeignet für Zwecke der Erfindung sind Bänder aus dem Kupferwerk­ stoff in einer Dicke von 0,05 bis 1 mm und Bänder aus dem Federwerkstoff in einer Dicke von 0,05 bis 0,5 mm bei Längen von Steckerfedern von 10 bis 100 mm, wobei sich die Lage aus dem zweiten Werkstoff, dem Federwerk­ stoff, vorzugsweise nicht über die volle Länge der Steckerfeder erstreckt, sondern nur etwa über die halbe Länge.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung sind schemati­ sche Zeichnungen beigefügt.

Fig. 1 zeigt schematisch die Herstellung eines rollnahtgeschweißten Bimetallbandes,

Fig. 2 zeigt ein Beispiel einer daraus herge­ stellten Steckerfeder, und

Fig. 3 zeigt ein Beispiel einer aus dem Bimetall­ band hergestellten Kontaktfeder für eine Lampenfassung.

Fig. 1 zeigt in einer Schrägansicht ein Bimetallband bestehend aus einer Lage 1 aus einer gut leitenden Kupferbasislegierung und aus einer Lage 2 aus einer weniger gut leitenden, aber dafür einen höheren Elastizitätsmodul aufweisenden Legierung, insbesondere aus einem rostfreien Federstahl. Die Dicke der beiden Lagen ist stark übertrieben dargestellt.

Zur Herstellung des in Fig. 1 dargestellten Bimetall­ bandes wurde von zwei Bändern ausgegangen, die mit ihrem in der Zeichnung linken Rand bündig aufeinander gelegt und durch Rollnahtschweißen miteinander verbunden wurden. Die beiden Elektroden 3 und 4 einer Rollnaht­ schweißvorrichtung sind in Fig. 1 symbolisch darge­ stellt. Sie wirken von oben und unten auf die Bänder ein. Mit einem Elektrodenpaar erzeugt man längs einer Spur 5 eine dichte Folge von Schweißlinsen 6, welche die beiden Lagen 1 und 2 miteinander verbinden. Will man - wie in einem anderen Abschnitt des Bimetall- Bandes dargestellt - längs zweier Spuren 7 und 8 je­ weils eine Folge von Schweißlinsen 6 erzeugen, dann läßt man zwei Elektrodenpaare gleichzeitig nebenein­ ander einwirken.

Aus dem Bimetall-Band können durch Querteilen und Bie­ gen Steckerfedern 9 gebildet werden, wie in Fig. 2 dargestellt. Zu diesem Zweck ist die Folge der Schweiß­ linsen 6 so auf die vorgegebene Breite der Steckerfe­ dern abzustimmen, daß auf jeder Steckerfeder 9 mindestens eine Schweißlinse 6 liegt. Die in Fig. 2 dargestellte Steckerfeder hat einen zwischen den ge­ strichelten Linien liegenden Einspannbereich 10, auf der einen Seite davon eine Anschlußfahne 11 und auf der anderen Seite den eigentlichen Federabschnitt 12, in welchem die Lage 2 auf der kontaktgebenden Vorder­ seite und die stützende, eine größere Federhärte auf­ weisende Lage 1 die Rückseite bildet. Zweckmäßiger­ weise erstreckt sich die Lage 1 bis an den Einspann­ bereich 10. Der eigentliche kontaktgebende Bereich 13 der Steckerfeder ist ballig ausgebildet und kann nach Bedarf mit einer Edelmetallbeschichtung versehen oder durch Vernieten oder Aufschweißen mit einem Kontakt­ stück versehen sein. Biegt man die Anschlußfahne 11 der Kontaktfeder in die entgegengesetzte Richtung um 90° ab, wie in Fig. 3 dargestellt, dann erhält man eine für Lampenfassungen geeignete Kontaktfeder, die mit ihrer Anschlußfahne am Basisteil der Lampenfassung festgenietet werden kann.

Claims (17)

1. Verwendung einer elektrischen Kontaktfeder (9), welche ein Bimetallelement ist, in welchem eine erste Lage (1) aus einem Kupferbasiswerkstoff und eine zweite Lage (2) aus einem Werkstoff mit größerer Federhärte, aber mit niedrigerer elektrischer Leit­ fähigkeit als der Kupferbasiswerkstoff, miteinander vereinigt sind, als Steckerfeder für elektrische Steckverbinder oder als Kontaktfeder in Lampen­ fassungen.

2. Steckerfeder nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die beiden Lagen (1, 2) mit­ einander verschweißt sind.

3. Steckerfeder nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die beiden Lagen (1, 2) nur stellenweise miteinander verschweißt sind.

4. Steckerfeder nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Lagen (12) durch Rollnahtschweißen miteinander verbunden sind.

5. Steckerfeder nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagen (1, 2) an Stellen (6) miteinander verschweißt sind, die in Längsrichtung der Steckerfeder einen Abstand vonein­ ander haben.

6. Steckerfeder nach einem der vorstehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage (2) aus dem zweiten Werkstoff kürzer ist als die Lage (1) aus dem Kupferbasiswerkstoff.

7. Steckerfeder nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage (1) aus dem Kupferbasiswerkstoff 0,05 bis 1 mm und die Lage (2) aus dem zweiten Werkstoff 0,05 bis 0,5 mm dick ist.

8. Steckerfeder nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage (1) aus dem Kupferbasiswerkstoff 10 bis 100 mm, die Lage (2) aus dem zweiten Werkstoff 5 bis 50 mm lang ist.

9. Steckerfeder nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Werk­ stoff ein rostfreier Federstahl ist.

10. Verfahren zum Herstellen eines bandförmigen Halb­ zeuges, aus welchem durch Stanzen und Biegen Stecker­ federn (9) aus einem Kupferbasiswerkstoff hergestellt werden, die durch eine Überfeder aus einem zweiten Werkstoff mit größerer Federhärte, aber mit niedrigerer elektrischer Leitfähigkeit als der Kupferbasiswerkstoff besteht, dadurch gekennzeichnet, daß ein Band (1) aus dem Kupferbasiswerkstoff und ein Band (2) aus dem zweiten Werkstoff zu einem Bimetallband zusammenge­ schweißt werden.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich­ net, daß die beiden Bänder (1, 2) durch Roll­ nahtschweißen verbunden werden.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Band (2) aus dem zweiten Werkstoff schmäler ist als das Band (1) aus dem Kupfer­ basiswerkstoff.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich­ net, daß die beiden Bänder (1, 2) mit einem ihrer Ränder bündig liegend zusammengeschweißt werden.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Band (1) aus dem Kupfer­ basiswerkstoff 10 bis 100 mm breit, das andere Band (2) aus dem zweiten Werkstoff nur ungefähr halb so breit ist.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, da­ durch gekennzeichnet, daß das Band (1) aus dem Kupferbasiswerkstoff 0,05 bis 1 mm, das Band (2) aus dem zweiten Werkstoff 0,05 bis 0,5 mm dick ist.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, da­ durch gekennzeichnet, daß der zweite Werkstoff ein rostfreier Federstahl ist.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, da­ durch gekennzeichnet, daß die Bänder (1, 2) längs zweier paralleler Spuren (7, 8) miteinander verschweißt werden.