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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Kontaktorgan vom weiblichen oder Buchsentyp, das in einem Steckverbinder,
zum Beispiel einem der MIL-Norm oder irgendwelchen anderen Vorschriften genügenden Steckverbinder,
oder irgendeiner anderen Anwendung wie zum Beispiel in einer Grundplatte
für integrierte
Schaltkreise verwendet werden kann oder das auf eine gedruckte Leiterplatte
aufgesetzt werden soll. Die Erfindung betrifft genauer den Teil dieses
Kontaktorgans, der dazu bestimmt ist, ein entsprechendes Element
vom männlichen
oder Steckertyp aufzunehmen.
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Mehrere Vorschriften oder Normen
und namentlich die MIL-Normen, insbesondere die Norm MIL-C 39029,
definieren eine bestimmte Anzahl von Merkmalen, die dieser Teil
des Kontaktorgans aufweisen muss, zum Beispiel den Kontaktwiderstand, die
Steck- und Ziehkraft für
das Steckerorgan, die Eindringtiefe des Steckerteils vor Herstellung
des Kontakts usw. Gemäss
den Normen müssen
diese verschiedenen Parameter sowohl an neuen Stücken wie auch nach vielfacher
Benutzung gemessen werden, und zwar unter sehr unterschiedlichen
Umgebungsbedingungen der Temperatur, Feuchtigkeit usw.
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Im Bemühen, diesen Anforderungen zu
genügen,
haben die Hersteller verschiedene Konstruktionen dieses Teils des
Kontaktorgans vorgeschlagen.
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Mehrere bekannte Ausführungsformen
solcher Teile von Kontaktorganen werden weiter unten unter Bezugnahme
auf die 1A und 1B sowie auf 2 beschrieben werden; gemäss den beschriebenen
Konstruktionen weisen diese Ausführungsformen
namentlich die folgenden Nachteile auf: die Notwendigkeit, das Kontaktorgan
gesamthaft aus einer teuren Metalllegierung zu arbeiten, weil es
sowohl eine ausgezeichnete elektrische Leitfähigkeit also auch ausgezeichnete
mechanische Eigenschaften, namentlich Federwirkung, besitzen muss;
die Notwendigkeit einer Wärmebehandlung
zumindest bestimmter Teile des Stücks, um ihm die erforderlichen mechanischen
Eigenschaften zu verleihen; die Notwendigkeit, das ganze Stück oder
einen bedeutenden Teil davon mit einer Plattierung aus teurem Gold oder
Silber zu überziehen,
um ihm die notwendigen elektrischen Eigenschaften zu verleihen,
Schwierigkei ten, bestimmten Anforderungen der Normen und namentlich
der MIL-Normen zu
genügen,
fehlende Austauschbarkeit der verschiedenen Elemente des Kontaktorgans
usw.
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Die Anmeldung FR-A-2 775 389, die
als der am nächsten
kommende Stand der Technik betrachtet wird, sowie die Patentschrift
US 5 419 723 beschreiben
beide ein Kontaktorgan, das aus einer Hülse besteht, die mit einem
Kontaktclip ausgerüstet
ist, der im Inneren des zentralen Hohlraums der Hülse befestigt
ist. Bei diesen beiden Vorrichtungen ist der Clip durch Crimpen
der Innenseite eines Kranzes auf die Aussenseite eines am Boden
des Hohlraums der Hülse
angeordneten Befestigungsstiftes befestigt. Da bei dieser Art von
Konstruktion das vordere Ende des Steckerteils an der Vorderseite
des Befestigungsstiftes zum Anschlag kommen kann, muss der Clip
eine bedeutende Länge
besitzen, um den Kontakt und die Stabilität des Steckerkontaktorgans
im Hohlraum sicherzustellen. Ein langer Clip erfordert eine beträchtliche
Menge an teurem Material für
seine Herstellung, ebenso muss ein Kontaktorgan beträchtlicher
Länge vorliegen.
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Es ist daher ein Ziel der vorliegenden
Erfindung, ein Kontaktorgan vorzuschlagen, das namentlich einen
weiblichen oder Buchsenteil umfasst, der dazu bestimmt ist, einen
entsprechenden männlichen
oder Steckerteil aufzunehmen, und zwar von einer gegenüber den
bekannten Kontaktorganen verbesserten Konstruktion, mit der die
erwähnten
Nachteile dieser Kontaktorgane vermieden werden.
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Um dieses Ziel zu erreichen, wird
ein Kontaktorgan vorgeschlagen, wie es im unabhängigen Patentsanspruch beschrieben
wird, während
besondere Ausführungsformen
oder Varianten in den abhängigen
Ansprüchen
beschrieben werden. Die letzten Ansprüche präzisieren bestimmte mögliche Verwendungen
eines solchen Kontaktorgans.
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Die Erfindung wird hiernach eingehend
beschrieben, wobei diese Beschreibung noch bestimmte Vorteile der
Erfindung erwähnt,
und ist unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung zu betrachten,
die die Figuren umfasst, in denen:
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1A, 1B und 1C einen Teil eines Kontaktorgans gemäss einer
Konstruktion des Standes der Technik darstellen, im teilweisen Längsschnitt,
im Aufriss und im Querschnitt gesehen,
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2 stellt
einen Teil eines Kontaktorgans gemäss einer anderen Konstruktion
des Standes der Technik dar, im teilweisen Längsschnitt gesehen, und
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3A und 3B stellen einen Teil eines
Kontaktorgans gemäss
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung dar, im teilweisen Längsschnitt bzw. im Aufriss
gesehen.
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In der folgenden Beschreibung wie
auch in allen Figuren wird nur der weibliche oder Buchsenteil des
Kontaktorgans 1 erwähnt
bzw. dargestellt, der dazu bestimmt ist, ein entsprechendes Element
des männlichen
oder Steckertyps aufzunehmen. Dieses Steckerelement besteht aus
einem Stift, allgemein in ein halbkugelförmiges oder kegelstumpfförmiges Ende
auslaufend und einen bestimmten Durchmesser besitzend. Dieses Steckerelement
kann der Steckerteil eines entsprechenden Kontaktorgans, eine Lasche
einer integrierten Schaltung, ein Verbindungsstück eines elektronischen Bauteils
usw. sein. Der andere Teil des Kontaktorgans 1, der hier
nicht beschrieben oder dargestellt ist, kann ein Kontaktorgan von
jedem beliebigen, bekannten Typ sein und zum Beispiel einen Teil
umfassen, in dem ein Draht durch Crimpen, Schrauben oder Löten angebracht ist,
oder ein Befestigungsteil auf einem Steckverbinder oder einer gedruckten
Leiterplatte oder aber ein zweiter Teil vom Buchsentyp, um einen Übergangsverbinder
darzustellen, usw.
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Der einfachsten bekannten Konstruktion
zufolge kommt der Teil des Kontaktorgans, der hier interessiert,
durch eine Axialbohrung an einem Ende des Kontaktorgans zustande,
gefolgt von der Anbringung von Radialschlitzen über einen Teil der Länge des
durch diese Bohrung geschaffenen rohrförmigen Teils, um elastische
Zungen zu bilden. Diese Zungen werden dann zusammengezogen, um eine
elastische Klemme zu bilden. Diese Konstruktion bringt zahlreiche
Nachteile mit sich, so die Gefahr einer dauernden Verformung einer
oder mehrerer Zungen, wenn ein Steckerelement schief eingeführt wird
oder wenn ein Steckerelement zu grossen Durchmessers eingeführt wird.
Des Weiteren ist das Kontaktorgan, weil es aus nur einem einzigen
Stück besteht,
teuer, weil das erforderliche Material sowohl die elektrischen Eigenschaften
als auch die mechanischen Eigenschaften besitzen muss, die für sein Funktionieren
erforderlich sind.
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Eine erste, am obigen Kontaktorgan
angebrachte Verbesserung besteht darin, den fraglichen Teil mit
einer Hülse
zu umgeben, wie sie in den 1A, 1B und 1C zu sehen ist. In diesen Figuren sieht
man das Kontaktorgan 1, das im Wesentlichen aus einem Metallstab
besteht, von dem ein Ende, das in der Figur sichtbar ist, dazu bestimmt
ist, ein Steckerelement aufzunehmen, das in den Figuren nicht sichtbar
ist. Das andere Ende des Kontaktorgans, das in den Figuren nicht
sichtbar ist, wird auf herkömmliche
Art gefertigt, um eine beliebige, für einen solchen Teil des Kontaktorgans
bekannte Funktion auszufüllen.
Es ist zu sehen, dass der Teil des Kontaktorgans 1, der
uns hier interessiert, axial gebohrt worden ist, um einen Hohlraum 10 zu
erzeugen, in dem das Steckerelement Aufnahme findet. Schlitze 11,
in der hier dargestellten Ausführungsform
drei, sind angebracht worden, um drei Zungen l2 abzutrennen.
Die freien Enden 120 dieser drei Zungen 12 werden
dann durch dauernde Verformung so zusammengezogen, dass die durch
die drei Zungen gebildete Klemme leicht geschlossen wird, wie man
es in den Figuren sehen kann. Wie sie bis hierhin beschrieben worden
ist, stellt diese Konstruktion die erste, vorstehend beschriebene
Konstruktion dar. Um eine zu starke Öffnungsbewegung der Zungen 12 zu
verhindern, wird dieser Teil des Kontaktorgans mit einer rohrförmigen Hülse 2 ausgestattet,
die durch Crimpen oder jedes andere Mittel auf einem Teil des Kontaktorgans 1 hinter
den Zungen 12 befestigt wird. Diese Hülse 2 befindet sich
im Anschlag gegen die Aussenseiten der Zungen 12 und verhindert ein
zu starkes Auseinanderspreizen dieser Zungen.
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Das der Öffnung des Hohlraumes 10 zugewandte
Ende der Hülse 2 umfasst
eine abschliessende Wandung 20, die mit einem Durchgangsloch 21 versehen
ist, das koaxial mit der Längsachse
des Kontaktorgans 1 bzw. des Hohlraums 10 ist.
Der Durchmesser dieses Loches 21 ist so festgelegt, dass
nur ein Steckerelement durchgelassen wird, das einen geringeren
Durchmesser als ein Steckerelement besitzt, das die Zungen 12 flach
gegen die Hülse 2 drücken würde.
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Das mit der Längsachse des Hohlraumes 10 koaxiale
Loch 21 dient ausserdem als Führungsorgan des Steckerelements,
wenn dieses eingeführt wird.
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Letzere Konstruktion begrenzt zwar
die Gefahr einer Verformung der Zungen 12 bei Einführung eines
Steckerelements von zu grossem Durchmesser oder fehlender Ausrichtung,
aber der durch die Hülse 2 auf
die Zungen 12 in ihrer gespreizten Lage und insbesondere
auf den rückwärtigen Teil
dieser Zungen ausgeübte
Auflagedruck bewirkt, dass diese Zungen nicht mehr völlig elastisch
arbeiten, was insbesondere die elektrische Leitfähigkeit des Kontakts verringert,
namentlich wenn Vibrationen vorliegen.
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Der Nachteil, dass die Zungen 12 und
der Rest des Kontaktorgans 1 aus einem gemeinsamen Rohling
gefertigt werden, also aus ein und demselben Material bestehen,
dauert fort und führt
somit zu einem teuren Kontaktorgan. Aus den glei- chen Gründen ist
es schwierig und/oder teuer, die Enden 120 der Zungen so
auszuformen, dass sie zur erleichterten Einführung des Steckerelements eine
Rundung aufweisen. Eine relativ zur Längsachse des Hohlraumes 10 sehr
ge- ringfügig
schiefe Einführung
des Steckerelements kann dazu führen,
dass dieses Steckerelement auf ein Ende 120 einer Zunge
trifft und diese nach dem Inneren. des Hohlraumes 10 zu
abknickt, also zu einer Zerstörung
des Kontaktorgans.
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2 zeigt
eine Konstruktion, die letztere Nachteile auszuräumen bestimmt ist.
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Wie vorher liegt ein Kontaktorgan 1 vor,
dessen uns hier interessierendes Ende mit einer Axialbohrung versehen
ist, die einen Hohlraum 10 für das aufzunehmende Steckerelement
bildet. Ein Kontaktclip 3 ist in das Innere des Hohlraums
10 eingedrückt. Der
Kontaktclip 3 wird aus einem Metallband gebildet, dessen
Breite der Länge
des Clips entspricht und das so ausgestanzt wird, dass ein Randstreifen
gebildet wird, der mit mehreren Zungen von im Wesentlichen trapezförmiger Gestalt
versehen ist, die auf einer der Seiten des Randstreifens hervorstehen,
wobei die grossen Seiten jeder Zunge am Randstreifen anliegen, während die
kleinen Seiten frei sind. Das Band wird in Teile zerschnitten, die
jeder mehrere trapezförmige
Zungen aufweisen, wobei die Länge
des Teils dem inneren Umfang des Hohlraums 10 entspricht.
Der Streifenteil wird dann gerollt, wobei die Zungen danach an ihren
Enden zusammengezogen werden, um sie zu verformen und den in die
freien Enden der Zungen einbeschriebenen Durchmesser zu verringern.
Der so gebildete Clip wird in den Hohlraum 10 eingedrückt, wobei
die freien Enden der Zungen 30 zum Boden des Hohlraums 10 hin
gerichtet sind; der Teil 31 des Clips 3, der von
dem oben beschriebenen Randstreifen gebildet wird, wird durch beliebige
bekannte Mittel wie Treiben, Crimpen oder andere gegen das offene
Ende des Hohlraumes 10 gehalten.
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Dieser Konstruktion gemäss muss
nur der Clip 3 aus einer Legierung mit ausgezeichneter
Leitfähigkeit
wie auch ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften bezüglich der
Federwirkung gefertigt sein. Es folgt daraus, der der verbleibende
Teil des Kontaktorgans 1 aus einem Metall oder einer Legierung
billigerer Art, zum Beispiel Messing, gefertigt werden kann. Der
Clip 3 wird bevorzugt aus einer Bronze-Beryllium- oder
anderen Legierung gefertigt.
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Bei Einführung eines Steckerelements
werden die Zungen 30 gespreizt, um das benannte Steckerelement
einzuspannen. Die Spreizbewegung der Zungen 30 ist. hier
wiederum begrenzt, und zwar durch die Innenwand des Hohlraums 10,
was die gleichen Nachteile mit sich bringt, wie sie weiter oben
erwähnt
wurden.
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Ein weiterer Nachteil dieser Konstruktion
besteht darin, dass die Länge,
in der das Steckerelement in den Hohlraum 10 eingeführt werden
muss, bevor sein Ende mit den Zungen 30 in Berührung kommt,
bedeutend ist, weil der Winkel α,
der zwischen den zusammengezogenen Zungen 30 und der Längsachse
des Hohlraumes 10 gebildet wird, einen kleinen Wert hat.
Wenn dieser Winkel erhöht
wird, um diese Länge
zu verringern, so könnte
das dazu führen,
dass sich die Zungen 30 beim Herausziehen des Steckerelementes
gegen dieses stemmen und zu seiner Beschädigung führen.
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Die Gesamtheit der vorerwähnten, die
bekannten Konstruktionen des Standes der Technik betreffenden Nachteile
wird durch die erfindungsgemässe
Konstruktion ausgeräumt,
von der eine bevorzugte Ausführungsform
in den 3A und 3B dargestellt ist.
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Wie vorher liegt ein Kontaktorgan 1 vor,
bei dem das Ende, das dazu bestimmt ist, das Steckerelement aufzunehmen,
längs gebohrt
ist, um einen Hohlraum 10 für die Aufnahme des Steckerelements zu
bilden. Das offene Ende des Hohlraums 10 hat eine erste
innere zylindrische Auflagefläche 100,
deren Innendurchmesser grösser
als der des Hohlraums 10 ist und auf die eine zweite in nere
zylindrische Auflagefläche 101 folgt,
deren Innendurchmesser zwischen dem der Auflagefläche 100 und
dem des Bodens des Hohlraums 10 liegt.
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Ein Kontaktclip 4 ist durch
das offene Ende des Hohlraums 10 so eingedrückt, dass
sein zylindrischer Teil 40 auf der inneren zylindrischen
Auflagefläche 101 zu
liegen kommt.
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Der Clip 4 wird bevorzugt
auf eine Art und Weise gewonnen, die der vorher. für den Clip 3 beschriebenen
ziemlich ähnlich
ist. Ein zusätzlicher
Arbeitsgang der Verbiegung der Enden der Zungen nach aussen wird
ausgeführt,
während
die Clips noch als ein fortlaufendes Band vereint sind. In Abwandlung
zu den beschriebenen trapezförmigen
Lamellen kann man auch rechteckige Lamellen und trapezförmige Trennschlitze
haben.
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Clip 4 wird durch Eindrücken, Crimpen
oder jedes andere bekannte Mittel an diesen inneren Auflagefläche 101 befestigt.
Die Kontaktzungen 41 des Clips 4 sind mit ihren
freien Enden 410 nach der Öffnung des Hohlraumes 10 hin
ausgerichtet, im Gegensatz zu dein, was weiter oben bezüglich des
Clips 3 beschrieben worden ist. Des Weiteren sind diese
freien Enden 410 an jeder der Zungen 41 so gestaltet, dass
sie einen gekrümmten
Endabschnitt 411 aufweisen, wobei sich die nach aussen
weisenden freien Enden von der Längsachse
des Hohlraums 10 wegspreizen. Diese Vorrichtung wird durch
eine äussere Hülse 5 vervollständigt, die
auf eine äussere
zylindrische Auflagefläche 102 des
Kontaktorgans 102 aufgedrückt und darauf befestigt wird.
Das zur Öffnung des
Hohlraumes 10 hin gewandte Ende der Hülse 5 hat eine abschliessende
Wand 50, die mit einem Durchgangsloch 51 versehen
ist, das koaxial mit der Längsachse
des Kontaktorgans 1 bzw. des Hohlraums 10 ist.
Der Durchmesser dieses Loches 51 ist so festgelegt, dass
es nur ein Steckerelement durchlässt,
dessen Durchmesser für
den Kontaktclip 4 annehmbar ist. Im Übrigen ist in der Figur zu
sehen, das bei Einführung
eines Steckerelements in den Clip 4, dessen Durchmesser
kleiner als der des Loches 51 ist, die Spreizbewegung der
Zungen 41 des Clips 4 nie durch den Innendurchmesser
der Auflagefläche 100 begrenzt
wird, da dieser grösser
als der der Auflagefläche 101 ist,
noch durch den Innendurchmesser der Hülse 5, da diese so
bemessen ist, dass eine maximale Spreizung der Zungen 41 gestattet wird. Somit
umfasst bei einem bestimmten Durchmesser bzw. Kaliber eines Steckerelements
das entsprechende Buchsenkontaktorgan einen Kontaktclip 4; dessen
Zungen 41 eine rein elastische Verformung erleiden, und
zwar über
ihre gesamte Länge
und über den
gesamten Bereich der Verformung hinweg, da die Begrenzung des Durchmessers
des Steckerelements durch das kalibrierte Loch 51 der Hülse 5 erfolgt.
Diese Funktionsweise unter elastischen Bedingungen gewährleistet
eine maximale elektrische Leitfähigkeit
des Kontakts, selbst wenn Vibrationen vorliegen.
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Der Winkel α, den jede der Zungen bezüglich der
Längsachse
bildet, hat wiederum einen kleinem Wert; dieser Winkel liegt typischerweise
zwischen 4° und
10°, bevorzugt
zwischen 6° und
8°. Angesichts des
gekrümmten
Abschnitts 411 der Enden der Zungen 41 kann es
kein Verklemmen des Steckerelements zwischen den Zungen 41 geben,
wenn dieses eingeführt
oder herausgezogen wird.
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Gin weiterer Vorteil des gekrümmten Abschnitts
besteht darin, dass die Zungen 41 somit eine grössere Berührungsfläche mit
dem Steckerelement aufweisen, was den Kontaktwiderstand zwischen dem
Buchsenkontaktorgan und dem Steckerkontaktorgan entsprechend verringert.
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Ein weiterer Vorteil dieses gekrümmten Abschnitts
ist eine bessere Übertragung
von mechanischen Beanspruchungen zwischen dem Steckerelement und
dem Clip, namentlich bei Vorliegen von Vibrationen. Tatsächlich ist
eine Beschädigung
der Berührungsfläche des
Steckerelements bei Vorliegen von Vibrationen beobachtet worden,
wenn die Enden der Kontaktzungen statt einer Rundung, wie für diese Ausführungsform
beschrieben, eine Kante aufwiesen.
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Ein weiterer Vorteil dieser Vorrichtung
besteht darin, dass die Länge,
bis zu der das Steckerelement eingeführt werden muss, bevor ein
Kontakt hergestellt ist, sehr gering ist, da das Steckerelement primär auf den
Abschnitt geringen Durchmessers des Clips 4 trifft, der
von den zusammengezogenen Zungen 41 gebildet wird.
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Noch ein weiterer Vorteil dieser
Vorrichtung besteht darin, dass das Loch 51, das mit den
freien Enden 410 der Zungen 41 ausgerichtet ist,
eine Zweipunktführung für das gerade
eingeführte
Steckerelement bildet, was eine schiefe Einführung verhindert.
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Das Vorhandensein der Hülse 5 über dem Bereich
des Kontaktorgans 1, in den der Clip 4 eingedrückt und
befestigt ist, gewährleistet
eine mechanische Verstärkung
dieses Bereiches durch Bandagierung bzw. eine bessere Befestigung
des Clips 4.
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Versuche haben gezeigt, dass bei
Einführung
eines Steckerelements in ein Buchsenkontaktorgan, wie es in 2 gezeigt ist, d. h., mit
einem Kontaktclip, bei dem die freien Enden der Zungen zum Boden
des Hohlraumes 10 hin weisen, zunächst ein Kraftmaximum auftritt,
wenn Kontakt zwischen dem Steckerelement und den Zungen hergestellt wird,
worauf eine etwa konstante, geringere Kraft folgt. Im Gegensatz
dazu hat man bei Einführung
eines Steckerelements in ein erfindungsgemässes Kontaktorgan von Beginn
an eine konstante und geringe Steckkraft ohne anfängliches
Maximum. Die Sfeckbewegung des Steckerelements in das Buchsenelement
ist daher viel weicher; was auch den Oberflächenzustand des Steckerelements
schont und somit die Gefahr eines Bruchs des Steckerelements verringert,
namentlich wenn es sich um eine Lasche eines in die Grundplatte
einzusteckenden integrierten Schaltkreises handelt.
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Die getrennte Herstellung des Clips
und des übrigen
Kontaktorgans bringt zahlreiche. Vorteile mit sich, so eine Optimierung
der Materialauswahl für jede
der Komponenten gemäss
ihren Anforderungen, eine für
jedes Element angepasste Wärmebehandlung
und/oder Beschichtung, eine getrennte Verwaltung der Vorräte an Clips
und der Vorräte
an Verbindungsstücken
in Übereinstimmung
mit den verschiedenen Typen: zur Befestigung auf einem Steckverbinder;
auf einer Grundplatte von integrierten Schaltkreisen oder auf gedruckten
Schaltungen usw., wobei diese unterschiedlichen Eigenschaften zu
einer allgemeinen Senkung der Produktionskosten führen.
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Mit Ausnahme des Clips 4 kann
das Kontaktorgan 1 aus einem Metall oder einer Legierung
von geringem Preis hergestellt werden, zum Beispiel Messing oder
genauer einem Messing, das in der Lage ist, das Crimpen eines Leiters
in den Teil des Kontaktorgans 1 auszuhalten, der dem in
Einzelheiten oben be schriebenen entgegengesetzt ist. Der Clip 4 wird
bevorzugt aus einer Bronze-Beryllium-Legierung
gefertigt.