EP3100322A1 - Verfahren zur herstellung eines kontaktelementes - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines kontaktelementes

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EP3100322A1
EP3100322A1 EP15707286.9A EP15707286A EP3100322A1 EP 3100322 A1 EP3100322 A1 EP 3100322A1 EP 15707286 A EP15707286 A EP 15707286A EP 3100322 A1 EP3100322 A1 EP 3100322A1
Authority
EP
European Patent Office
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coating
carrier element
electrical connector
electrically conductive
contact element
Prior art date
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EP15707286.9A
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EP3100322B1 (de
Inventor
Wolfgang B. THÖRNER
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Publication of EP3100322B1 publication Critical patent/EP3100322B1/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
    • H01R13/02—Contact members
    • H01R13/03—Contact members characterised by the material, e.g. plating, or coating materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R43/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining, or repairing of line connectors or current collectors or for joining electric conductors
    • H01R43/16—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining, or repairing of line connectors or current collectors or for joining electric conductors for manufacturing contact members, e.g. by punching and by bending

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a contact element of an electrical connector. Moreover, the invention relates to an electrical connector with such a contact element.
  • contact elements In order to meet the requirements for electrical and mechanical function of contact elements in electrical connectors, contact elements are predominantly used, which have a very conductive mass, so that eddy currents are often the result.
  • Various methods for producing contact elements of electrical connectors are known from the prior art.
  • the contact element In the known connectors, the contact element is usually made as a rotating part of a material which is suitable on the one hand for machining and on the other hand electrically conductive.
  • the disadvantage here is that a material suitable for machining usually has a lower conductivity than, for example, the conductive material of the conductor to be connected (eg copper). This requires larger cable and contact cross sections in order to prevent the quality-reducing damping of power pulses. Furthermore occurs in such a trained contact elements on a pronounced skin effect.
  • the current density inside a conductor is lower than in outer areas.
  • the skin effect increases as the frequency of the transmitted signals increases the resistance of the electrical line.
  • Also detrimental to the quality of the signal transmission may be eddy currents, which in the contact elements of connectors through the transmitted Signals are induced because the eddy currents interfere with the signal currents.
  • it is known to use high conductivity materials such as copper and silver. Due to the good conductivity of these materials, the material volume of the contact elements can be significantly reduced. Eddy currents occur correspondingly reduced.
  • Contact elements made of silver are usually used in connectors with a composite structure of metal and plastic, wherein the contact elements are produced as stamped / bent parts, which are embedded in the plastic material of a main body of the connector (eg by encapsulation in an injection molding). It is also advantageous that coupling and line capacitances can be reduced due to the greatly reduced mass of the electrically conductive material (see, for example, DE 10 2008 007 866 A1).
  • the electrical connector should be inexpensive and easy to manufacture.
  • at least the frequency-dependent skin effect should be eliminated as much as possible and the formation of eddy current can be avoided.
  • the method according to the invention makes it possible to produce contact elements which, compared to the prior art, have a greatly reduced mass of the electrically conductive material. As a result, they have an excellent eddy current behavior, whereby the quality of the signal transmission can be improved.
  • the electrically conductive coating has only a very small cross-section, the frequency-dependent (non-linear) skin effect can be almost completely excluded.
  • the invention is based on the concept of using a crystalline conductor.
  • the coating is formed as a two-dimensional crystalline layer. It is generally known that crystals are distinguished by their regular atomic arrangement in all three spatial directions.
  • the preferred conductors according to the invention preferably have only one regular or repetitive arrangement of the atoms in two spatial directions.
  • the physical properties of two-dimensional crystalline layers differ significantly from the amorphous form of the same material.
  • PVD Gas phase deposition
  • the carrier element is excluded from the signal line.
  • the carrier element may consist of a plastic material, wherein the carrier element is preferably produced by injection molding from a suitable thermoplastic polymer material of a known type. By injection molding directly usable moldings can be produced inexpensively in large quantities. It is also conceivable that the carrier element consists of a ceramic material.
  • the carrier element may consist of a metallic material which is anodized.
  • anodizing the metallic carrier body which itself is initially suitable as a signal conductor, electrically insulated and thus excluded from the signal line. Is preferred by the Anodizing produces an electrically insulating ceramic layer on the surface of the carrier element. Ceramic materials are well known in electronics and electrical engineering. Due to their high mechanical strength and very low electrical conductivity, they are particularly suitable as insulators. For the production of the ceramic layer according to the invention, all known methods are suitable.
  • the support element made of aluminum or an aluminum alloy.
  • Such trained support elements can be produced with tools that are already used for the production of contact elements in use. This can save costs. A cost-effective production of the connector according to the invention is thus possible.
  • Aluminum is suitable for anodization by the anodizing process.
  • the carrier element may consist of titanium or a titanium alloy.
  • the signal conductor has a very high strength with a low overall weight. This makes it possible to realize a particularly robust connector whose contact elements are resistant to bending.
  • support elements made of titanium can be produced with tools that are already used for the production of contact elements in use.
  • the layer of electrically conductive material is carbon.
  • the coating consists of graphite. Graphite has along its crystal layer a particularly high strength and a very good electrical conductivity. Due to the good electrical conductivity, the conductive mass can be kept low. Eddy currents are avoided.
  • graphene is used to coat the support member.
  • Graphene surface crystals are particularly stiff and strong and also have a very good electrical conductivity.
  • Graphene layers if necessary as monatomic or only a few atomic layers comprising layers can be made extremely thin, so that the skin effect is eliminated when the graphene layer according to the invention, the sole electric Signal conductor forms.
  • the graphene coating can be made by epitaxial growth on the material of the anodized support element by means of vapor deposition.
  • the carbon layer is produced by plasma coating the carrier element.
  • the plasma coating offers the advantage that good adhesion to the substrate can be achieved in this way. Furthermore, a high uniformity of the layer thickness and structure is effected and the surface and layer properties can be adjusted selectively within wide limits. Especially the uniformity of the layer thickness plays a decisive role with regard to a skin effect, which according to the invention should be minimized or avoided altogether. Rough surfaces have an unfavorable effect on the electrical resistance (contact and line resistance). Furthermore, layers produced in this way are hole-free at a small thickness. Also, the plasma coating is environmentally advantageous, because it is a solvent-free and dry process, with only a small consumption of chemicals.
  • the carrier element is coated with titanium nitride.
  • the titanium nitride layer also ensures high strength of the connector due to its hardness, making the connector particularly resistant to bending.
  • Another advantage of the titanium nitride layer is its high scratch resistance. This prevents that by use or during use of the connector recesses in the otherwise flat surface arise, which would adversely affect the electrical resistance (contact and line resistance) and would lead to a deterioration of the eddy current behavior. A durable and high-quality connector is thus created.
  • common coating methods such as the gas phase deposition method (CVD / PVD) or the plasma coating can be used.
  • an extremely thin and uniform titanium nitride layer can thus be produced, so that the skin effect is eliminated.
  • an electrically conductive protective coating is applied to the coating.
  • the protective coating protects the underlying layers from mechanical and chemical influences, such as abrasion and / or oxygen.
  • the protective coating contains an electrically conductive material.
  • the protective layer may be made of gold or another electrically sufficiently conductive material, for example.
  • Titanium nitride is particularly suitable as a protective coating.
  • the ceramic material is a hard material and a good electrical conductor.
  • titanium nitride has good sliding properties, which is advantageous when plugging in electrical connectors.
  • the use of titanium nitride also results in a pleasing external appearance of the connector since a smooth titanium nitride layer is high gloss black or gold or exhibits interference color effects.
  • the contact element according to the invention can also be at least partially encapsulated or encapsulated by a main body of the connector.
  • the base body consists of a plastic.
  • contact elements produced according to the invention can be integrated into already known connector types. A complete conversion of existing manufacturing processes is therefore not necessary. This saves costs.
  • the present invention further relates to an electrical connector having a contact element made as described above.
  • the electrical connector with contact element according to the invention is characterized in that the contact element has an electrically insulating carrier element which is coated with an electrically conductive material, wherein the coating forms the sole electrical signal conductor.
  • the connectors according to the invention are preferably designed such that no tools are necessary to insert the plug connector or the contact element into a corresponding socket or the like or to remove it from it again. Due to the greatly reduced mass of the electrically conductive material compared to the prior art, such a connector has the advantage that it has an outstanding eddy current behavior, whereby the quality of the signal transmission can be improved. Since the conductive elements of the connector according to the invention have only a very small cross-section, according to the invention, the frequency-dependent (non-linear) skin effect can be almost completely excluded.
  • the carrier element may consist of a plastic material and is preferably designed as an injection molded part. By injection molding directly usable moldings can be produced inexpensively in large quantities. It is also conceivable that the carrier element is designed as a stamped / bent part.
  • the carrier element may preferably be produced from metallic flat material which is anodized. By bending technical deformation, it receives the required shape for the function. By such trained support elements material and thus costs are saved.
  • the contact element may be at least partially embedded in a base body made of electrically insulating material.
  • the main body forms the supporting structure of the connector.
  • the main body is preferably made of a plastic material. In order to ensure a positive and firm connection between the contact element and the base body, the contact element may have recesses into which the insulating body engages.
  • the contact element can be embedded with advantage by encapsulation in the material of the base body.
  • the contact element is embedded in the base body by injection molding.
  • Such a trained connector is optimized both in terms of its electrical properties in the signal transmission and in terms of manufacturing costs.
  • the connector according to the invention may be, for example, a banana plug, a cinch plug, an XLR plug, an HDMI plug, a pole terminal or a cable lug.
  • Figure 1 is a schematic side view of an electrical connector according to the invention.
  • Fig. 2 is a schematic sectional view of a contact element according to the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic side view of an electrical connector according to the invention.
  • the electrical connector 1 is designed as an angle banana plug and comprises a main body 2 and a protruding at the front of the main body 2, substantially cylindrical contact element 3.
  • the contact element 3 is partially embedded in the existing plastic base 2.
  • the contact element 3 has at least one carrier element 4, which is coated with an electrically conductive layer, which preferably consists of graphene, wherein the coating forms the sole electrical signal conductor.
  • the carrier element 4 is produced from a metallic flat material which, by means of bending-technical deformation, acquires the shape required for the function, as shown in FIG. 1.
  • the support member 4 is a stamped / bent part made of aluminum, which is anodized in an anodizing process and then coated with graphene.
  • the carrier element 4 may also be a plastic body. It is essential that the carrier element 4 is not electrically conductive, ie either consists of electrically insulating material or is coated therewith. It thus does not participate in the electrical signal transmission and acts as it were only as a dummy core.
  • FIG. 2 shows a schematic sectional illustration of the contact element 3.
  • the carrier element 4 consists of a metallic material and is surrounded by a ceramic layer 5 produced by anodization. Through the ceramic layer 5, the support element 4 is electrically isolated.
  • the ceramic layer 5 is coated by an electrically conductive layer 6, which is preferably a carbon layer, which according to the invention forms the sole signal conductor.
  • the coating 6 has the smallest possible layer thickness.
  • the contact element 3 has, as an outer layer, a protective coating 7 made of titanium nitride.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Manufacturing Of Electrical Connectors (AREA)
  • Connector Housings Or Holding Contact Members (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kontaktelementes (3) eines elektrischen Steckverbinders (1), mit den folgenden Schritten: - Bereitstellen eines elektrisch nicht leitfähigen Trägerelementes (4) und - Beschichten des Trägerelementes (4) mit einem elektrisch leitenden Material, wobei die erzeugte Beschichtung (6) den alleinigen elektrischen Signalleiter bildet. Ferner betrifft die Erfindung einen elektrischen Steckverbinder mit einem Kontaktelement (3), das sich dadurch auszeichnet, dass das Kontaktelement (3) ein Trägerelement (4) aufweist, das mit einem elektrisch leitenden Material beschichtet ist, wobei die Beschichtung (6) den alleinigen elektrischen Signalleiter bildet.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Kontaktelementes Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kontaktelementes eines elektrischen Steckverbinders. Außerdem betrifft die Erfindung einen elektrischen Steckverbinder mit einem solchen Kontaktelement.
Um den Anforderungen hinsichtlich elektrischer und mechanischer Funktion von Kontaktelementen in elektrischen Steckverbindern gerecht zu werden, werden überwiegend Kontaktelemente verwendet, die sehr viel leitende Masse aufweisen, so dass Wirbelströme häufig die Folge sind. Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren zur Herstellung von Kontaktelementen von elektrischen Steckverbindern bekannt. Bei den bekannten Steckverbindern wird das Kontaktelement gewöhnlich als Drehteil aus einem Material hergestellt, das einerseits für die spanende Bearbeitung geeignet und anderseits elektrisch leitfähig ist. Nachteilig hierbei ist, dass ein für die spanende Bearbeitung geeignetes Material meist eine niedrigere Leitfähigkeit aufweist als beispielsweise das leitende Material des anzuschließenden Leiters (z.B. Kupfer). Das erfordert größere Leitungs- und Kontaktquerschnitte, um die qualitätsmindernde Dämpfung von Leistungsimpulsen zu unterbinden. Ferner tritt bei derart ausgebildeten Kontaktelementen ein ausgeprägter Skin-Effekt auf. Durch den Skin-Effekt ist die Stromdichte im Inneren eines Leiters niedriger als in äußeren Bereichen. Der Skin-Effekt erhöht mit zunehmender Frequenz der übertragenen Signale den Widerstandsbelag der elektrischen Leitung. Ebenfalls nachteilig für die Qualität der Signalübertragung können Wirbelströme sein, die in den Kontaktelementen von Steckverbindern durch die übertragenen Signale induziert werden, da die Wirbelströme mit den Signalströmen interferieren. Um Wirbelströme möglichst gering zu halten, ist es bekannt Materialien mit hoher Leitfähigkeit, wie Kupfer und Silber, zu verwenden. Aufgrund der guten Leitfähigkeit dieser Materialien kann das Materialvolumen der Kontaktelemente erheblich reduziert werden. Wirbelströme treten entsprechend vermindert auf. Kontaktelemente aus Silber werden meist in Steckverbindern mit einem Verbundaufbau aus Metall und Kunststoff eingesetzt, wobei die Kontaktelemente als Stanz-/Biegeteile hergestellt werden, die in das Kunststoff material eines Grundkörpers des Steckverbinders (z.B. durch Umgießen in einem Spritzgießverfahren) eingebettet werden. Vorteilhaft ist dabei auch, dass Kopplungs- und Leitungskapazitäten aufgrund der stark reduzierten Masse des elektrisch leitenden Materials vermindert werden können (siehe z.B. DE 10 2008 007 866 A1 ).
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein weiter verbessertes Kontaktelement für einen elektrischen Steckverbinder bereit zu stellen. Der elektrische Steckverbinder soll kostengünstig und einfach hergestellt werden können. Außerdem soll zumindest der frequenzabhängige Skin-Effekt so weit wie möglich eliminiert werden und die Entstehung von Wirbelstrom vermieden werden.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch einen elektrischen Steckverbinder mit den Merkmalen des Anspruchs 12. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale beliebig miteinander kombiniert werden können und somit weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Kontaktelementes eines elektrischen Steckverbinders umfasst zumindest die folgenden Schritte:
Bereitstellen eines elektrisch nicht leitfähigen Trägerelementes und,
Beschichten des Trägerelementes mit einem elektrisch leitenden Material, wobei die erzeugte Beschichtung den alleinigen elektrischen Signalleiter bildet. Durch das erfindungsgemäße Verfahren können Kontaktelemente hergestellt werden, die gegenüber dem Stand der Technik eine stark reduzierten Masse des elektrisch leitenden Materials aufweisen. Hierdurch weisen sie ein hervorragendes Wirbelstromverhalten auf, wodurch die Qualität der Signalübertragung verbessert werden kann. Da die elektrisch leitende Beschichtung nur einen sehr kleinen Querschnitt aufweist, kann zudem der frequenzabhängige (nicht-lineare) Skin-Effekt fast vollständig ausgeschlossen werden.
Der Erfindung liegt das Konzept zu Grunde, einen kristallinen Leiter zu verwenden. Bevorzugt ist die Beschichtung als zweidimensionale kristalline Schicht ausgebildet. Allgemein ist bekannt, dass sich Kristalle durch ihre regelmäßige Atomanordnung in allen drei Raumrichtungen auszeichnen. Die erfindungsgemäß bevorzugten Leiter weisen im Gegensatz dazu bevorzugt nur eine regelmäßige bzw. sich wiederholende Anordnung der Atome in zwei Raumrichtungen auf. Die physikalischen Eigenschaften von zweidimensionalen kristallinen Schichten weichen signifikant von der amorphen Form des gleichen Materials ab.
Für das Aufbringen der elektrisch leitenden Beschichtung können gängige Beschichtungsverfahren, wie z.B. Gasphasenabscheidungsverfahren (PVD, CVD) verwendet werden.
Erfindungsgemäß ist das Trägerelement von der Signalleitung ausgeschlossen. Das Trägerelement kann aus einem Kunststoffmaterial bestehen, wobei das Trägerelement bevorzugt im Spritzgussverfahren aus einem geeigneten thermoplastischen Polymermaterial an sich bekannter Art hergestellt wird. Durch das Spritzgussverfahren lassen sich direkt verwendbare Formteile in großer Stückzahl kostengünstig herstellen. Denkbar ist aber auch, dass das Trägerelement aus einem keramischen Werkstoff besteht.
Vorteilhafterweise kann das Trägerelement aus einem metallischen Werkstoff bestehen, der anodisiert wird. Durch das Anodisieren wird der metallische Trägerkörper, der sich zunächst selbst als Signalleiter eignet, elektrisch isoliert und damit von der Signalleitung ausgeschlossen. Bevorzugt wird durch das Anodisieren eine elektrisch isolierende Keramikschicht auf der Oberfläche des Trägerelementes erzeugt. Keramische Materialien sind in der Elektronik und Elektrotechnik allgemein bekannt. Durch ihre hohe mechanische Belastbarkeit und sehr geringe elektrische Leitfähigkeit sind sie als Isolatoren besonders geeignet. Für die Erzeugung der erfindungsgemäßen Keramikschicht eignen sich alle bekannten Verfahren.
Vorteilhafterweise besteht das Trägerelement aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Derart ausgebildete Trägerelemente können mit Werkzeugen hergestellt werden, die bereits für die Fertigung von Kontaktelementen im Einsatz sind. Hierdurch können Kosten eingespart werden. Eine kostengünstige Herstellung der erfindungsgemäßen Steckverbinder ist somit möglich. Aluminium eignet sich für die Anodisierung durch das Eloxal-Verfahren.
Ferner kann das Trägerelement aus Titan oder einer Titanlegierung bestehen. Durch die Verwendung von Titan weist der Signalleiter eine sehr hohe Festigkeit bei insgesamt geringem Gewicht auf. Damit lässt sich ein besonders robuster Steckverbinder realisieren, dessen Kontaktelemente widerstandsfähig gegen Verbiegen sind. Auch Trägerelemente aus Titan lassen sich mit Werkzeugen herstellen, die bereits für die Fertigung von Kontaktelementen im Einsatz sind. Bevorzugt handelt es sich bei der Schicht aus elektrisch leitendem Material um Kohlenstoff. Besonders bevorzugt besteht die Beschichtung aus Graphit. Graphit weist entlang seiner Kristallschicht eine besonders hohe Festigkeit und eine sehr gute elektrische Leitfähigkeit auf. Aufgrund der guten elektrischen Leitfähigkeit kann die leitende Masse gering gehalten werden. Wirbelströme werden vermieden.
Vorteilhafterweise wird zum Beschichten des Trägerelements Graphen verwendet. Graphenflächenkristalle sind besonders steif und fest und weisen zudem eine sehr gute elektrische Leitfähigkeit auf. Graphenschichten können, ggf. als monoatomare oder nur wenige Atomlagen umfassende Schichten, extrem dünn hergestellt werden, so dass der Skin-Effekt eliminiert wird, wenn die Graphenschicht im Sinne der Erfindung den alleinigen elektrischen Signalleiter bildet. Die Graphenbeschichtung kann durch epitaktisches Wachstum auf dem Material des anodisierten Trägerelementes mittels Gasphasenabscheidung erfolgen.
Vorteilhafterweise wird die Kohlenstoffschicht durch Plasmabeschichtung des Trägerelementes erzeugt. Die Plasmabeschichtung bietet den Vorteil, dass hierdurch eine gute Haftung zum Substrat erreicht werden kann. Ferner wird eine hohe Gleichmäßigkeit der Schichtdicke und Struktur bewirkt und die Oberflächen- und Schichteigenschaften können in weiten Grenzen gezielt eingestellt werden. Gerade die Gleichmäßigkeit der Schichtdickte spielt im Hinblick auf einen Skin-Effekt, der erfindungsgemäß möglichst gering gehalten bzw. ganz vermieden werden soll, eine entscheidende Rolle. Raue Oberflächen wirken sich ungünstig auf den elektrischen Widerstand (Kontakt- und Leitungswiderstand) aus. Ferner sind derart hergestellten Schichten bei geringer Dicke lochfrei. Auch ist die Plasmabeschichtung unter ökologischen Aspekten vorteilhaft, denn es handelt sich um einen lösungsmittelfreien und trockenen Prozess, bei einem nur geringen Verbrauch von Chemikalien.
Denkbar ist aber auch, dass das Trägerelement mit Titannitrid beschichtet wird. Zusätzlich zur Funktion als Signaleiter sorgt die Titannitridschicht durch ihre Härte auch für eine hohe Festigkeit des Steckverbinders, wodurch der Steckverbinder insbesondere widerstandsfähiger gegen Verbiegen wird. Vorteilhaft an der Titannitridschicht ist zudem auch ihre hohe Kratzbeständigkeit. Hierdurch wird verhindert, dass durch die Benutzung bzw. während der Benutzung des Steckverbinders Vertiefungen in der sonst planen Oberfläche entstehen, die sich ungünstig auf den elektrischen Widerstand (Kontakt- und Leitungswiderstand) auswirken und zu einer Verschlechterung des Wirbelstromverhaltens führen würden. Ein langlebiger und qualitativ hochwertiger Steckverbinder wird somit geschaffen. Für das Aufbringen des Titannitrids können gängige Beschichtungsverfahren, wie z.B. das Gasphasenabscheidungsverfahren (CVD/PVD) oder auch die Plasmabeschichtung verwendet werden. Je nach verwendetem Beschichtungsverfahren kann so eine extrem dünne und gleichmäßige Titannitridschicht hergestellt werden, so dass der Skin-Effekt eliminiert wird. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass auf die Beschichtung eine elektrisch leitende Schutzbeschichtung aufgebracht wird. Die Schutzbeschichtung schützt die darunterliegenden Schichten vor mechanischen und chemischen Einflüssen, wie beispielsweise Abrieb und/oder Sauerstoff. Die Schutzbeschichtung enthält ein elektrisch leitendes Material. Die Schutzschicht kann z.B. aus Gold oder einem anderen elektrisch hinreichend gut leitfähigen Material bestehen.
Titannitrid ist besonders gut als Schutzbeschichtung geeignet. Das keramische Material ist ein Hartstoff und ein guter elektrischer Leiter. Weiterhin weist Titannitrid gute Gleiteigenschaften auf, was beim Zusammenstecken von elektrischen Steckverbindern von Vorteil ist. Die Verwendung von Titannitrid führt außerdem zu einem ansprechenden äußeren Erscheinungsbild des Steckverbinders, da eine glatte Titannitridschicht hochglänzend schwarz oder goldfarben ist oder Interferenzfarbeffekte zeigt. Das erfindungsgemäße Kontaktelement kann auch wenigstens teilweise von einem Grundkörper des Steckverbinders umgössen bzw. umspritzt werden. Bevorzugt besteht der Grundkörper aus einem Kunststoff.
Ferner können die erfindungsgemäß hergestellten Kontaktelemente in bereits bekannte Steckverbindertypen integriert werden. Eine komplette Umstellung der vorhandenen Herstellungsprozesse ist somit nicht notwendig. Dadurch werden Kosten eingespart.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen elektrischen Steckverbinder mit einem wie zuvor beschrieben hergestellten Kontaktelement. Der erfindungsgemäße elektrische Steckverbinder mit Kontaktelement zeichnet sich dadurch aus, dass das Kontaktelement ein elektrisch isolierendes Trägerelement aufweist, das mit einem elektrisch leitenden Material beschichtet ist, wobei die Beschichtung den alleinigen elektrischen Signalleiter bildet. Die erfindungsgemäßen Steckverbinder sind vorzugsweise derart ausgebildet, dass keine Werkzeuge notwendig sind, um die Steckverbinder bzw. das Kontaktelement in eine entsprechende Buchse oder dergleichen zu stecken bzw. aus dieser wieder zu entfernen. Ein derart ausgebildeter Steckverbinder weist aufgrund der stark reduzierten Masse des elektrisch leitenden Materials gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil auf, dass er ein hervorragendes Wirbelstromverhalten aufweist, wodurch die Qualität der Signalübertragung verbessert werden kann. Da die leitenden Elemente des erfindungsgemäßen Steckverbinders nur einen sehr kleinen Querschnitt aufweisen, kann erfindungsgemäß auch der frequenzabhängige (nicht-lineare) Skin-Effekt fast vollständig ausgeschlossen werden.
Das Trägerelement kann aus einem Kunststoffmaterial bestehen und ist bevorzugt als Spritzgussteil ausgebildet. Durch das Spritzgussverfahren lassen sich direkt verwendbare Formteile in großer Stückzahl kostengünstig herstellen. Denkbar ist ferner, dass das Trägerelement als Stanz-/Biegeteil ausgebildet ist. Das Trägerelement kann bevorzugt aus metallischem Flachmaterial, das anodisiert ist, hergestellt werden. Durch biegetechnische Verformung erhält es die für die Funktion erforderliche Form. Durch derart ausgebildete Trägerelemente werden Material und somit Kosten eingespart. Das Kontaktelement kann zumindest teilweise in einen Grundkörper aus elektrisch isolierendem Material eingebettet sein. Der Grundkörper bildet die tragende Struktur des Steckverbinders. Der Grundkörper besteht bevorzugt aus einem Kunststoff material. Um eine formschlüssige und feste Verbindung zwischen Kontaktelement und Grundkörper zu gewährleisten, kann das Kontaktelement Ausnehmungen aufweisen, in die der Isolierkörper eingreift.
Das Kontaktelement kann mit Vorteil durch Umgießen in das Material des Grundkörpers eingebettet sein. Bevorzugt ist das Kontaktelement durch Spritzgießen in den Grundkörper eingebettet. Ein derart ausgebildeter Steckverbinder ist sowohl hinsichtlich seiner elektrischen Eigenschaften bei der Signalübertragung als auch hinsichtlich der Herstellungskosten optimiert. Der erfindungsgemäße Steckverbinder kann beispielsweise ein Bananenstecker, ein Cinch-Stecker, ein XLR-Stecker, ein HDMI-Stecker, eine Polklemme oder ein Kabelschuh sein.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt.
Es zeigen:
Fig. 1 schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen elektrischen Steck- verbinders;
Fig. 2 schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Kontaktelementes.
Figur 1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen elektrischen Steckverbinders. Der elektrische Steckverbinder 1 ist als Winkelbananenstecker ausgebildet und umfasst einen Grundkörper 2 sowie ein an der Vorderseite des Grundkörpers 2 heraustretendes, im Wesentlichen zylindrisches Kontaktelement 3. Das Kontaktelement 3 ist teilweise in dem aus Kunststoff bestehenden Grundkörper 2 eingebettet. Das Kontaktelement 3 weist zumindest ein Trägerelement 4 auf, das mit einer elektrisch leitenden Schicht, die bevorzugt aus Graphen besteht, beschichtet ist, wobei die Beschichtung den alleinigen elektrischen Signalleiter bildet. Das Trägerelement 4 wird dabei aus einem metallischen Flachmaterial hergestellt, das durch biegetechnische Verformung die für die Funktion erforderliche Form, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, erhält. Das Trägerelement 4 ist ein Stanz-/Biegeteil aus Aluminium, das in einem Eloxal-Verfahren anodisiert und dann mit Graphen beschichtet wird. Bei dem Trägerelement 4 kann es sich aber auch um einen Körper aus Kunststoff handeln. Wesentlich ist, dass das Trägerelement 4 nicht elektrisch leitend ist, d.h. entweder aus elektrisch isolierenden Material besteht oder damit beschichtet ist. Es nimmt damit nicht an der elektrischen Signalübertragung teil und fungiert gleichsam nur als Blindkern. Figur 2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung des Kontaktelements 3. Das Trägerelement 4 besteht aus einem metallischen Werkstoff und ist von einer durch Eloxieren erzeugten Keramikschicht 5 umgeben. Durch die Keramikschicht 5 wird das Trägerelement 4 elektrisch isoliert. Die Keramikschicht 5 ist von einer elektrisch leitenden Schicht 6, bei der es sich bevorzugt um eine Kohlenstoffschicht handelt, überzogen, die erfindungsgemäß den alleinigen Signalleiter bildet. Die Beschichtung 6 weist dabei eine möglichst geringe Schichtdicke auf. Um das Kontaktelement 3 vor äußeren Einflüssen, wie Luft und Abrieb, zu schützen, weist das Kontaktelement 3 als äußere Schicht eine Schutzbeschichtung 7 aus Titannitrid auf.
- Patentansprüche -

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur Herstellung eines Kontaktelementes (3) eines elektrischen Steckverbinders (1 ), mit den folgenden Schritten:
Bereitstellen eines elektrisch nicht leitfähigen Trägerelementes (4) und
Beschichten des Trägerelementes (4) mit einem elektrisch leitenden Material, wobei die erzeugte Beschichtung (6) den alleinigen elektrischen Signalleiter bildet.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (4) aus Kunststoff besteht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (4) aus einem metallischen Werkstoff besteht und anodisiert ist, wodurch das Trägerelement (4) elektrisch isoliert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (4) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (4) aus Titan oder einer Titanlegierung besteht.
6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitende Beschichtung (6) eine Kohlenstoffschicht ist.
7. Verfahren nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitende Beschichtung (6) eine Graphenschicht ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitende Beschichtung (6) aus Titannitrid besteht.
9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (6) durch Plasmabeschichtung des Trägerelementes (4) erzeugt wird.
10. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Beschichtung (6) eine elektrisch leitende Schutzbeschichtung (7) aufgebracht wird.
1 1 . Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzbeschichtung (7) Titannitrid enthält.
12. Elektrischer Steckverbinder (1 ) mit einem Kontaktelement (3), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Kontaktelement (3) ein Trägerelement (4) aufweist, das mit einem elektrisch leitenden Material beschichtet ist, wobei die Beschichtung (6) den alleinigen elektrischen Signalleiter bildet.
13. Elektrischer Steckverbinder (1 ) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (4) metallisch ist und an seiner Oberfläche eine elektrisch isolierende Keramikschicht (5) aufweist.
14. Elektrischer Steckverbinder (1 ) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (4) aus Kunststoff besteht.
15. Elektrischer Steckverbinder (1 ) nach einem der Ansprüche 12 bis
14, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (6) eine Kohlenstoffschicht, bevorzugt eine Graphitschicht oder eine Graphenschicht ist.
16. Elektrischer Steckverbinder (1 ) nach einem der Ansprüche 12 bis
15, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Beschichtung (6) eine elektrisch leitende Schutzbeschichtung angeordnet ist.
17. Elektrischer Steckverbinder (1 ) nach einem der Ansprüche 12 bis
16, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (4) ein StanzVBiegeteil ist.
18. Elektrischer Steckverbinder (1 ) nach einem der Ansprüche 12 bis
17, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (3) zumindest teilweise in einen Grundkörper (2) aus elektrisch isolierendem Material eingebettet oder an diesen angeformt ist.
19. Elektrischer Steckverbinder (1 ) nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (2) ein Kunststoff, bevorzugt ein thermoplastischer Kunststoff, ist.
20. Elektrischer Steckverbinder (1 ) nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (3) nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 hergestellt ist.
- Zusammenfassung -
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