EP3298660B1 - Steckvorrichtung umfassend einen steckerstift und eine kontakthülse - Google Patents

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EP3298660B1
EP3298660B1 EP16724854.1A EP16724854A EP3298660B1 EP 3298660 B1 EP3298660 B1 EP 3298660B1 EP 16724854 A EP16724854 A EP 16724854A EP 3298660 B1 EP3298660 B1 EP 3298660B1
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EP
European Patent Office
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contact
cavity
plug pin
plugging device
plug
Prior art date
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EP16724854.1A
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EP3298660A1 (de
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Markus Lubeley
Peter Epe
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Amad Mennekes Holding GmbH and Co KG
Original Assignee
Amad Mennekes Holding GmbH and Co KG
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Publication date
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    • H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
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    • H01R13/111—Resilient sockets co-operating with pins having a circular transverse section
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    • H01R13/02—Contact members
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    • 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
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    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R2201/00—Connectors or connections adapted for particular applications
    • H01R2201/26—Connectors or connections adapted for particular applications for vehicles

Definitions

  • the invention relates to a plug-in device, comprising a plug pin and a contact sleeve for receiving the plug pin.
  • Contact sleeves are used for example in sockets or sockets of electrical plug devices for power flow according to DIN VDE 0623, EN 60309 2 ("CEE plug-in devices”) or according to IEC 62196 ("E-car charging connectors"). They typically have a substantially circular cylindrical cavity for receiving a correspondingly shaped plug pin. For a good and permanent electrical contact should be the highest possible contact force between the inside of the contact sleeve and the pin exist. On the other hand, this force must not be too large, so that a comfortable insertion and separation of the plug-in device by a user remains possible.
  • contact sleeves can be produced, which are described in more detail below.
  • the contact sleeve described ensures a comfortable insertion while mechanically secure receiving a pin and a reliable electrical contact, since the pin is received under the elastic contact pressure of the contact fingers in the cavity of the contact sleeve.
  • the at least one depression on an inner side of the contact fingers supports these properties in that there is no contact between the plug pin and the contact sleeve in the region of the depression.
  • the freestanding contact fingers preferably produce the desired contact pressure solely on account of their elastic properties.
  • the compressive force exerted by the contact fingers on a connector pin can also be achieved, reduced, or assisted by other means.
  • a higher contact pressure can be generated by the contact fingers are surrounded on the outside by an elastic spring ring.
  • the advantages of the invention are already achieved by providing a single recess in a single contact finger. An optimization of the advantages, however, usually occurs when seen in the direction of the thru axle two or more wells are arranged one behind the other, wherein between the wells contact surfaces for contacting a plugged into the cavity plug pin lie. If, in the following, "the depression” will be discussed, it should always be understood that the corresponding properties should be given for at least one of several depressions, preferably for all existing depressions.
  • the recess with the contact surface on the inside of the contact finger forms an edge angle of less than 100 ° (measured in the material of the contact finger), preferably of less than about 91 °.
  • the "contact surface” is intended to be that surface on the inside of the contact finger, which comes into contact with the plug pin when a plug pin is inserted.
  • the explained feature means that the recess is at least locally sharp-edged.
  • the edge angle of the recess may also be significantly sharper than the mentioned degrees, with angles of less than 90 °, as a rule, are difficult to produce.
  • edges which forms the depression with the contact surface, can all be of the same kind (that is, for example, all sharp-edged) or differently formed.
  • the edges passed first when inserting a plug pin may be "soft" and the edges subsequently passed through may be sharp-edged; In this way, the removal of the connector pin runs as low friction.
  • the described (sharp) edge of the recess runs at least in sections transversely to the plug-in axis.
  • the depression must, so that it can develop its desired effect, of course, lie in a region of the cavity, which receives the plug pin in the assembled state of the plug-in device ("plug-in area"). It is particularly preferred if the depression in the distal Half of the cavity is located, by definition, the "distal" end of the cavity is located at the end of the cavity at which the opening for insertion of a connector pin lies.
  • the depression can lie in particular in the last approximately last 30% of the axial extent of the cavity. In other words, the recess is preferably in the entrance region of the cavity, which ensures that as far as possible the entire length of the plug pin must pass through the depression.
  • the inside of the contact fingers is divided into “contact surface", which contacts a plug pin in the assembled state of the plug-in device, and surface in the region of the depressions, where no contact between the material of the contact fingers and a plug pin takes place.
  • these areas of the recess (s) occupy between about 20% and about 80%, preferably between about 30% and about 70% of the total area of the inside (ie the rest is formed by contact area) ,
  • the shape of the recess can be arbitrary.
  • at least two recesses are provided on different contact fingers, which together form a circumferential groove around the plug-in axis.
  • At least one contact finger seen in a section perpendicular to the plug-in axis, contacts the associated plug pin at (at least) two points, which are separated by a gap between plug pin and contact finger.
  • a “gap” should be present if the distance between the plug pin and the contact finger is so great that no electrical current flow takes place (in the case of (network) voltages of usually less than 1000 V occurring in practice). Typically, the gap width is greater than about 0.01 mm. Furthermore, the condition usually refers to an associated pin with a circular cylindrical shape.
  • the touch of a pin can be done at exactly two points (in a plane perpendicular to the plug axis cutting plane) or along exactly two axially extending lines (composed of the above points).
  • the total number of contact points or contact lines is then equal to twice the number of contact fingers. If there are more than two contact points per contact finger, the total number increases accordingly.
  • the contact fingers may be freestanding or optionally coupled with additives such as an outer circumferential elastic spring ring.
  • the described contacting at two points can be achieved in various ways.
  • three-dimensional structures with depressions and elevations can be applied to the inner surface of the contact finger (eg by milling or embossing).
  • the contact points could be on raised ribs formed on the inner surface of the contact finger.
  • the contact surface on the inside of at least one contact finger can be truncated cone-shaped or circular-cylindrical, wherein the radius R F at at least one axial position (preferably at all axial positions in the distal region of the plug-in axis) is smaller than the (nominal) radius R S the associated connector pin.
  • the inside of at least one contact finger is coated at least on the contact surfaces, for example with a layer of nickel and / or silver.
  • the core material of the contact fingers or the contact sleeve is typically made of a highly electrically conductive and inexpensive material such as brass. Said coating provides on the contact surfaces for improved mechanical and / or electrical properties. In practice, however, it has been found that a coating is removed after prolonged use. In the above-described contact between the contact finger and pin at two points in this regard, an advantageous Vorrats realise of coating material is achieved: namely, if coating material is removed in the contact points, move the contact points along the gap between them towards each other and remain constantly with not varnish Coating in contact.
  • the cavity tapers towards the distal end, wherein the contact fingers and a contact body carrying the contact fingers of the contact sleeve are made of a raw material without bends.
  • the taper of the cavity can in particular be such that the cavity is substantially conical (or truncated cone-shaped) with a cone radius increasing from the plug opening to the bottom of the cavity.
  • the contact fingers may be free-standing or optionally coupled with additives (e.g., spring washer).
  • At least one of the contact fingers along its axial extent a variable thickness (measured perpendicular to the plug axis).
  • all contact fingers have the same thickness variations.
  • the thickness of the contact fingers can be done by changing the radius or the clear width of the cavity, ie by a suitable shape of the inside of the contact fingers. Additionally or alternatively, radius changes may also be present on the outside of the contact fingers. It is particularly preferred if the contact fingers are made thicker at their proximal end (that is, in the vicinity of the carrier body) than at the opposite distal end.
  • the first step of the method begins with the production of a (circular cylindrical) bore, wherein the radius of this bore is slightly smaller than the radius of the connector pin associated with the contact sleeve (see above). Furthermore, the depth of the bore may optionally be greater than the length required to receive a pin.
  • a next sub-step can then be widened by milling the radius of the bore at its proximal end, that results in the desired tapered shape of the cavity, in particular a cone shape.
  • a contact sleeve can be made with in the grown material inwardly inclined contact fingers.
  • FIGS. 1 to 3 an embodiment of a contact sleeve 100 is shown.
  • the contact sleeve 100 is used in a non-illustrated coupling or socket of an electrical plug-in device to make electrical contact with an associated (usually circular cylindrical) pin connector.
  • the contact sleeve I made of an electrically conductive material, such as a metal such as copper or brass, and has a along a plug axis A extending cavity HR, in which the plug pin can be inserted.
  • the cavity HR is formed by two or more (in the example shown by four) contact fingers 101, which extend parallel to each other and are arranged on a circle around the insertion axis A.
  • the contact fingers 101 are formed so that they surround a plug-in area 105 in the form of a cone or truncated cone, in which comes to rest in the assembled state of the plug-in device of the plug pin.
  • the cone is oriented in such a way that the cavity HR tapers towards the distal end of the contact sleeve (ie towards the insertion opening, in FIG FIG. 2 right).
  • the angle of inclination of the cone is typically between about 0.5 ° and about 3 ° relative to the stub axle A.
  • the narrowest radius of the cavity HR in the region of the plug-in opening (which preferably has a funnel-shaped extension to the outside, which should facilitate the insertion of a plug pin) is preferably about 10% smaller than the nominal radius of the associated plug pin.
  • the cavity HR extends beyond the plug-in area 105 even deeper into the contact sleeve.
  • This lower-lying bottom portion 106 is no longer reached by the pin and only serves to give the contact fingers 101 the desired elastic properties.
  • the contact fingers 101 have a variable thickness along their axial extent. In the bottom area 106, they are thicker than in the plug-in area 105, wherein the wall thickness in the plug-in area 105 is uniform, since the outer contour runs conically in accordance with the inside of the contact fingers 101.
  • the contact fingers 101 are based on a carrier body 107, in which a connection 110 for inserting an electrical connection line (not shown) is located on the side opposite the contact fingers, wherein this line can be fixed by a transverse screw 111.
  • the production of the contact sleeve 100 is preferably made of a raw material without bending processes.
  • a first, circular-cylindrical bore with a small radius R F , see FIG. FIG. 9 ), wherein this radius typically corresponds to the radius of the bottom region 106 or else may deviate from it by a mere 1/10 mm due to production.
  • R F circular-cylindrical bore with a small radius
  • a conical shape is then incorporated into the plug-in area 105 of the cavity HR by milling.
  • a corresponding outer cone can be turned on.
  • slits 103 are created by radially extending cuts (along the plug-in area 105 and bottom area 106), which free the desired number of contact fingers 101.
  • the described method Compared to a manufacturing process in which contact fingers are first released and then bent into a circular cylindrical bore in order to achieve a cone shape, the described method has the advantage of achieving a better elastic behavior by eliminating bends.
  • the contact finger 101 has (in the distal plug-in area 105, the cut runs at the narrowest distal point, ie along the line IX-IX of FIG. 2 ) a cone-shaped (or more precisely truncated cone-shaped) inside with a radius R F.
  • R F the radius that occurs in the plug-in area 105.
  • contact at two points (or lines) per contact finger 101 has a further advantage when the contact surface of the contact fingers is coated (typically) with a metal such as nickel (Ni) and / or silver (Ag) the contact finger made of brass, which is provided with a layer of Ni and above Ag). If, due to friction at the contact points P1 and P2, a material abrasion occurs over time, the contact points migrate towards each other while the gap SP is consumed. This ensures that the contact between the contact finger and the plug pin is constantly made via "fresh" coating material, which is virtually stored in the area of the gap.
  • FIGS. 4 to 8 show an embodiment of a contact sleeve 200 according to the invention.
  • the contact sleeve 200 is formed substantially the same as the first contact sleeve 100 of the FIGS. 1 to 3 , wherein corresponding components are provided with reference numerals increased by 100 and need not be re-explained.
  • the contact sleeve 200 has For example, again a cone-shaped cavity HR and is preferably made without bending.
  • a significant innovation in the second contact sleeve 200 are depressions 202, which are mounted in the distal start region of the cavity HR on the inside of the contact fingers 201.
  • the recesses 202 are formed in particular in the form of four annular circumferential grooves, these grooves are recessed as sharp as possible in the inside of the contact fingers 201.
  • FIG. 8 shows in this regard in the enlarged view of a recess 202, that the edge of the contact surface KF on the inside of the contact finger 201 forms an edge angle ⁇ of typically about 90 °.
  • the depth t of the grooves may be between about 0.2 and about 1 mm (Note: By definition, the pad is to include any point that comes in contact with a pin).
  • the contact sleeve 200 in the bottom region 206 has an outer constriction, so that the contact fingers 201 get a desired thickness and thus a desired spring behavior.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Steckvorrichtung, umfassend einen Steckerstift und eine Kontakthülse zur Aufnahme des Steckerstiftes.
  • Kontakthülsen werden beispielsweise in Buchsen bzw. Dosen von elektrischen Steckvorrichtungen für Kraftstrom nach DIN VDE 0623, EN 60309 2 ("CEE-Steckvorrichtungen") oder nach IEC 62196 ("E-Auto-Ladesteckvorrichtungen") verwendet. Sie weisen typischerweise einen im Wesentlichen kreiszylindrischen Hohlraum zu Aufnahme eines entsprechend geformten Steckerstiftes auf. Für eine gute und dauerhafte elektrische Kontaktierung sollte dabei eine möglichst hohe Anpresskraft zwischen der Innenseite der Kontakthülse und dem Steckerstift bestehen. Andererseits darf diese Kraft nicht zu groß werden, damit ein komfortables Einstecken und Trennen der Steckvorrichtung durch einen Benutzer möglich bleibt.
  • Vor diesem Hintergrund war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Steckvorrichtung mit sowohl guten Kontakteigenschaften als auch einer guten Handhabbarkeit bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Steckvorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen enthalten.
  • Es wird auch ein nicht beanspruchtes Verfahren zur Herstellung einer Kontakthülse offenbart. Die Kontakthülse hat dabei einen sich in Richtung einer Steckachse erstreckenden Hohlraum zur Aufnahme eines zugehörigen Steckerstiftes in einer elektrischen Steckvorrichtung, und sie enthält mindestens zwei Kontaktfinger, welche parallel zueinander um den Hohlraum herum angeordnet sind, wobei die Kontaktfinger beim Einstecken des Steckerstiftes sich unter Erweiterung des Hohlraumes elastisch auseinander bewegen. Das Verfahren umfasst die Schritte (welche in der angegebenen oder einer anderen geeigneten Reihenfolge oder simultan ausgeführt werden können):
    • Bohren und/oder Fräsen eines sich entlang einer Steckachse erstreckenden und zum distalen Ende hin verjüngenden Hohlraumes in einem Rohmaterial;
    • optionales Bohren und/oder Fräsen mindestens einer Vertiefung in der dem Hohlraum zugewandten Innenseite mindestens eines Kontaktfingers;
    • Einbringen von in Richtung der Steckachse verlaufenden Schlitzen zur Freistellung von Kontaktfingern um den Hohlraum herum.
  • Mit dem Verfahren lassen sich Kontakthülsen herstellen, welche im Folgenden näher beschrieben werden.
  • Erfindungsgemäß umfasst die Steckvorrichtung einen Steckerstift und eine Kontakthülse mit einem Hohlraum zu Aufnahme des zugehörigen Steckerstiftes. Der Hohlraum soll sich dabei in Richtung einer vorgegebenen Achse erstrecken, die im Folgenden als "Steckachse" bezeichnet wird, da sich der Steckerstift beim Einsteckvorgang entlang dieser Achse bewegt. Des Weiteren soll es sich bei dem "zugehörigen" Steckerstift um einen vorgegebenen Steckerstift handeln, auf welchen die Abmessungen des Hohlraumes abgestimmt sind. Typischerweise ist der Steckerstift kreiszylindrisch mit einem gegebenen Zylinderdurchmesser zwischen 1 mm und 15 mm. Die Kontakthülse enthält die folgenden Komponenten:
    • Mindestens zwei Stege, Zungen oder Finger, welche im Folgenden als "Kontaktfinger" bezeichnet werden und welche parallel zueinander um den Hohlraum herum angeordnet sind und den Hohlraum dadurch begrenzen bzw. definieren, wobei sich die Kontaktfinger beim Einstecken des Steckerstiftes unter Erweiterung des Hohlraumes elastisch auseinander bewegen können. Vorzugsweise sind alle Kontaktfinger gleichartig ausgebildet, sie können jedoch auch verschieden sein.
    • Mindestens eine Vertiefung, die in der dem Hohlraum zugewandten Innenseite mindestens eines Kontaktfingers ausgebildet ist. Vorzugsweise befindet sich eine derartige Vertiefung in jedem der vorhandenen Kontaktfinger. Weiterhin sind vorteilhafterweise mehrere Vertiefungen an verschiedenen Kontaktfingern so angeordnet, dass sie ineinander übergehen und somit eine sich über zwei oder mehr Kontaktfinger hinweg erstreckende Gesamtvertiefung ergeben.
  • Die beschriebene Kontakthülse gewährleistet ein komfortables Stecken bei gleichzeitig mechanisch sicherer Aufnahme eines Steckerstiftes und einer zuverlässigen elektrischen Kontaktierung, da der Steckerstift unter dem elastischen Anpressdruck der Kontaktfinger in dem Hohlraum der Kontakthülse aufgenommen wird. Die mindestens eine Vertiefung an einer Innenseite der Kontaktfinger unterstützt diese Eigenschaften dabei, indem im Bereich der Vertiefung keine Berührung zwischen Steckerstift und Kontakthülse stattfindet.
  • Vorzugsweise stellen die freistehenden Kontaktfinger allein aufgrund ihrer elastischen Eigenschaften den gewünschten Anpressdruck her. Optional kann die Druckkraft, die die Kontaktfinger auf einen Steckerstift ausüben, jedoch auch durch andere Maßnahmen erreicht, vermindert, oder unterstützt werden. Beispielsweise kann ein höherer Anpressdruck erzeugt werden, indem die Kontaktfinger außenseitig von einem elastischen Federring umschlossen sind. Die Vorteile der Erfindung werden bereits bei Bereitstellung einer einzigen Vertiefung in einem einzigen Kontaktfinger erzielt. Eine Optimierung der Vorteile tritt jedoch in der Regel dann ein, wenn in Richtung der Steckachse gesehen zwei oder mehr Vertiefungen hintereinander angeordnet sind, wobei zwischen den Vertiefungen Kontaktflächen zur Kontaktierung eines in den Hohlraum eingesteckten Steckerstiftes liegen. Sofern im Folgenden von "der Vertiefung" die Rede sein wird, soll damit immer eingeschlossen sein, dass die entsprechenden Eigenschaften für mindestens eine von mehreren Vertiefungen, vorzugsweise für alle vorhandenen Vertiefungen gegeben sein sollen.
  • Erfindungsgemäß bildet die Vertiefung mit der Kontaktfläche an der Innenseite des Kontaktfingers einen Kantenwinkel von weniger als 100° (gemessen im Material des Kontaktfingers), vorzugsweise von weniger als ca. 91°. Die "Kontaktfläche" soll dabei diejenige Fläche an der Innenseite des Kontaktfingers sein, welche beim Einstecken eines Steckerstiftes mit dem Steckerstift in Berührung kommt. Das erläuterte Merkmal bedeutet, dass die Vertiefung zumindest stellenweise scharfkantig ist. Der Kantenwinkel der Vertiefung kann selbstverständlich auch deutlich spitzer als die erwähnten Gradzahlen sein, wobei Winkel von weniger als 90° in der Regel jedoch schwer herzustellen sind.
  • Die Kanten, welche die Vertiefung mit der Kontaktfläche bildet, können alle gleichartig (also beispielsweise alle scharfkantig) oder verschieden ausgebildet sein. Insbesondere können die beim Einstecken eines Steckerstiftes zuerst passierten Kanten "weich" und die danach passierten scharfkantig sein; auf diese Weise verläuft das Entfernen des Steckerstiftes möglichst reibungsarm. Des Weiteren ist es bevorzugt, wenn die beschriebene (scharfe) Kante der Vertiefung zumindest abschnittsweise quer zur Steckachse verläuft.
  • Die Vertiefung muss, damit sie ihre gewünschte Wirkung entfalten kann, selbstverständlich in einem Bereich des Hohlraumes liegen, der im zusammengesteckten Zustand der Steckvorrichtung den Steckerstift aufnimmt ("Steckbereich"). Besonders bevorzugt ist es, wenn die Vertiefung in der distalen Hälfte des Hohlraumes liegt, wobei definitionsgemäß das "distale" Ende des Hohlraumes an dem Ende des Hohlraumes liegt, an welchem die Öffnung zur Einführung eines Steckerstiftes liegt. Die Vertiefung kann insbesondere in den distal gelegenen letzten ca. 30 % der axialen Erstreckung des Hohlraumes liegen. Mit anderen Worten befindet sich die Vertiefung vorzugsweise im Eingangsbereich des Hohlraumes, wodurch gewährleistet ist, dass möglichst die gesamte Länge des Steckerstiftes die Vertiefung passieren muss.
  • Wie bereits erläutert unterteilt sich die Innenseite der Kontaktfinger in "Kontaktfläche", welche im zusammengesteckten Zustand der Steckvorrichtung einen Steckerstift berührt, und Fläche im Bereich der Vertiefungen, wo kein Kontakt zwischen dem Material der Kontaktfinger und einem Steckerstift erfolgt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung nehmen diese Bereiche der Vertiefung(en) zwischen ca. 20% und ca. 80%, vorzugsweise zwischen ca. 30% und ca. 70% der Gesamtfläche der Innenseite ein (d.h. der Rest wird durch Kontaktfläche gebildet).
  • Generell kann die Form der Vertiefung beliebig sein. Vorzugsweise sind mindestens zwei Vertiefungen an verschiedenen Kontaktfingern vorhanden, welche gemeinsam eine um die Steckachse umlaufende Nut bilden.
  • Vorzugsweise ist vorgesehen, dass mindestens ein Kontaktfinger in einem Schnitt senkrecht zur Steckachse gesehen den zugehörigen Steckerstift an (mindestens) zwei Punkten kontaktiert, welche durch einen Spalt zwischen Steckerstift und Kontaktfinger getrennt sind.
  • Ein "Spalt" soll dabei definitionsgemäß vorliegen, wenn der Abstand zwischen Steckerstift und Kontaktfinger so groß ist, dass kein elektrischer Stromfluss stattfindet (bei in der Praxis auftretenden (Netz-) Spannungen von üblicherweise unter 1000 V). Typischerweise ist die Spaltbreite größer als ca. 0.01 mm. Weiterhin bezieht sich die Bedingung in der Regel auf einen zugehörigen Steckerstift mit einer kreiszylindrischen Form.
  • Die Berührung eines Steckerstiftes kann an genau zwei Punkten (in einer senkrecht zur Steckachse gelegenen Schnittebene gesehen) bzw. entlang von genau zwei axial verlaufenden Linien (zusammengesetzt aus den oben genannten Punkten) erfolgen. Bei gleichartiger Ausbildung aller Kontaktfinger ist die Gesamtzahl der Kontaktpunkte bzw. Kontaktlinien dann gleich dem Doppelten der Anzahl an Kontaktfingern. Wenn mehr als zwei Kontaktpunkte pro Kontaktfinger vorhanden sind, erhöht sich die Gesamtzahl entsprechend.
  • Bei der Kontakthülse können wiederum die Kontaktfinger freistehend sein oder optional mit Zusatzmitteln gekoppelt sein wie beispielsweise einem außen umlaufenden elastischen Federring.
  • Die beschriebene Kontaktierung an zwei Punkten kann auf verschiedene Weise erreicht werden. Beispielsweise können in die Innenfläche des Kontaktfingers dreidimensionale Strukturen mit Vertiefungen und Erhöhungen angebracht werden (z.B. durch Fräsen oder Prägen). Die Kontaktpunkte könnten z.B. auf erhöhten Rippen liegen, die an der Innenfläche des Kontaktfingers ausgebildet sind. Insbesondere kann die Kontaktfläche an der Innenseite mindestens eines Kontaktfingers Kegelstumpf-förmig oder kreiszylindrisch sein, wobei der Radius RF an mindestens einer axialen Position (vorzugsweise an allen axialen Positionen im distalen Bereich der Steckachse) kleiner ist als der (Nominal-) Radius RS des zugehörigen Steckerstiftes. Typischerweise ist der Kontaktflächen-Radius um ca. 5% bis ca. 20% kleiner als der Radius des Steckerstiftes (also (RS-RF)/RS = 0.05 bis 0.2). Aus geometrischen Gründen kann bei den genannten Größenunterschieden der Radien der Kontaktfinger nur an zwei Punkten (bzw. Linien) den Steckerstift berühren.
  • Gemäß einer weiteren Abwandlung der oben beschriebenen Kontakthülsen ist die Innenseite mindestens eines Kontaktfingers zumindest an den Kontaktflächen beschichtet, beispielsweise mit einer Schicht aus Nickel und/oder Silber. Das Kernmaterial der Kontaktfinger bzw. der Kontakthülse besteht typischerweise aus einem elektrisch gut leitenden und kostengünstigen Material wie etwa Messing. Die genannte Beschichtung sorgt an den Kontaktflächen für verbesserte mechanische und/oder elektrische Eigenschaften. In der Praxis zeigte es sich allerdings, dass eine Beschichtung nach einer längeren Benutzung abgetragen wird. Bei der oben beschriebenen Kontaktierung zwischen Kontaktfinger und Steckerstift an zwei Punkten wir diesbezüglich eine vorteilhafte Vorratsbildung von Beschichtungsmaterial erreicht: wenn nämlich Beschichtungsmaterial im Bereich der Kontaktpunkte abgetragen wird, wandern die Kontaktpunkte entlang des zwischen ihnen gelegenen Spaltes aufeinander zu und bleiben dabei ständig mit noch nicht abgetragener Beschichtung in Berührung.
  • Vorzugsweise ist vorgesehen, dass sich der Hohlraum zum distalen Ende hin verjüngt, wobei die Kontaktfinger und ein die Kontaktfinger tragender Trägerkörper der Kontakthülse aus einem Rohmaterial ohne Biegungen hergestellt sind.
  • Die Verjüngung des Hohlraumes kann insbesondere so erfolgen, dass der Hohlraum im Wesentlichen konusförmig ist (bzw. Kegelstumpf-förmig) mit einem von der Stecköffnung zum Boden des Hohlraumes hin zunehmenden Konusradius.
  • Bei der Kontakthülse können wiederum die Kontaktfinger freistehend oder optional mit Zusatzmitteln (z.B. Federring) gekoppelt sein.
  • Durch eine materialabtragende Fertigung aus einem gewachsenen Material, ohne Biegung des Materials, kann eine Kontakthülse mit verbesserten Eigenschaften erhalten werden.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform aller oben beschriebenen Kontakthülsen kann mindestens einer der Kontaktfinger entlang seiner axialen Erstreckung eine variable Dicke (senkrecht zur Steckachse gemessen) aufweisen. Typischerweise weisen alle Kontaktfinger dieselben Dicke-Variationen auf. Durch die Veränderung der Dicke kann die Stabilität und das elastische Verhalten der Kontaktfinger beim Einstecken eines Steckerstiftes nach Bedarf eingestellt werden. Die Dicke der Kontaktfinger kann durch eine Veränderung des Radius bzw. der lichten Weite des Hohlraumes erfolgen, also durch eine geeignete Form der Innenseite der Kontaktfinger. Zusätzlich oder alternativ können auch Radius-Veränderungen an der Außenseite der Kontaktfinger vorhanden sein. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Kontaktfinger an ihrem proximalen Ende (d. h. in der Nähe des Trägerkörpers) dicker ausgebildet sind als am gegenüberliegenden distalen Ende.
  • Ein nicht beanspruchtes Beispiel betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer Kontakthülse mit einem sich in Richtung einer Steckachse erstreckenden Hohlraum zur Aufnahme eines zugehörigen Steckerstiftes in einer elektrischen Steckvorrichtung, insbesondere zur Herstellung einer Kontakthülse nach einer der oben beschriebenen Ausführungsformen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
    • Bohren und/oder Fräsen eines sich entlang einer Steckachse erstreckenden und zum distalen Ende hin verjüngenden Hohlraumes in einem (vorzugsweise im Wesentlichen stangenförmigen) Rohmaterial;
    • Einbringen von in Richtung der Steckachse verlaufenden Schlitzen zur Freistellung von Kontaktfingern um den Hohlraum herum.
  • Typischerweise beginnt der erste Schritt des Verfahrens mit dem Herstellen einer (kreiszylindrischen) Bohrung, wobei der Radius dieser Bohrung etwas kleiner ist als der Radius des zur Kontakthülse zugehörigen Steckerstiftes (s.o.). Des Weiteren kann die Tiefe der Bohrung optional größer sein als die für die Aufnahme eines Steckerstiftes benötigte Länge. In einem nächsten Unterschritt kann dann durch Fräsen der Radius der Bohrung an deren proximalen Ende so verbreitert werden, dass sich die gewünschte verjüngende Form des Hohlraumes ergibt, insbesondere eine Konusform. Durch das Verfahren kann eine Kontakthülse mit im gewachsenen Material nach innen geneigten Kontaktfingern hergestellt werden.
  • In Folgenden wird die Erfindung mit Hilfe der Figuren beispielhaft näher erläutert. Dabei zeigt:
    • Figur 1
    eine perspektivische Ansicht einer Kontakthülse gemäß einer ersten Ausführungsform;
    Figur 2
    einen Längsschnitt durch die Kontakthülse von Figur 1;
    Figur 3
    eine Ansicht auf die Vorderseite der Kontakthülse von Figur 1;
    Figur 4
    eine perspektivische Ansicht einer Kontakthülse gemäß einer zweiten Ausführungsform, die an ihrer Innenseite Vertiefungen trägt;
    Figur 5
    einen Längsschnitt durch die Kontakthülse von Figur 4;
    Figur 6
    eine Ansicht auf die Vorderseite der Kontakthülse von Figur 4;
    Figur 7
    eine Ansicht auf die Rückseite der Kontakthülse von Figur 4;
    Figur 8
    eine Detailansicht einer Vertiefung der Kontakthülse von Figur 4;
    Figur 9
    einen Querschnitt entlang der Linie IX-IX von Figur 2 durch den Kontaktbereich zwischen einem Kontaktfinger und einem Steckerstift.
  • In den Figuren 1 bis 3 ist eine Ausführungsform einer Kontakthülse 100 dargestellt. Die Kontakthülse 100 wird in einer nicht weiter dargestellten Kupplung bzw. Steckdose einer elektrischen Steckvorrichtung verwendet, um elektrischen Kontakt zu einem zugehörigen (in der Regel kreiszylindrischen) Steckerstift herzustellen.
  • Die Kontakthülse ich dazu aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt, beispielsweise einem Metall wie Kupfer oder Messing, und weist einen sich entlang einer Steckachse A erstreckenden Hohlraum HR auf, in welchen der Steckerstift eingesteckt werden kann. Der Hohlraum HR wird durch zwei oder mehr (im dargestellten Beispiel durch vier) Kontaktfinger 101 gebildet, die sich parallel zueinander erstrecken und auf einem Kreis um die Steckachse A herum angeordnet sind.
  • Wie aus Figur 2 erkennbar ist, sind die Kontaktfinger 101 so geformt, dass sie einen Steckbereich 105 in Form eines Konus bzw. Kegelstumpfes umgeben, in welchem im zusammengesteckten Zustand der Steckvorrichtung der Steckerstift zu liegen kommt. Der Konus ist dabei so orientiert, dass sich der Hohlraum HR zum distalen Ende der Kontakthülse hin verjüngt (d. h. zur Stecköffnung hin, in Figur 2 rechts). Der Neigungswinkel des Konus beträgt typischerweise zwischen ca. 0.5° und ca. 3° relativ zur Steckachse A.
  • Der engste Radius des Hohlraumes HR im Bereich der Stecköffnung (die vorzugsweise eine Trichterförmige Erweiterung nach außen aufweist, welche das Einführen eines Steckerstiftes erleichtern soll) ist vorzugsweise ca. 10% kleiner als der Nominal-Radius des zugehörigen Steckerstiftes. Beim Einführen des Steckerstiftes müssen sich die Kontaktfinger 101 daher nach außen bewegen und den Hohlraum HR entsprechend erweitern. Diese Bewegung erfolgt unter einer elastischen Gegenkraft, welche wiederum für den nötigen Anpressdruck zwischen Kontakthülse und Steckerstift sorgt.
  • Wie aus Figur 2 weiter erkennbar ist, erstreckt sich der Hohlraum HR über den Steckbereich 105 hinaus noch tiefer in die Kontakthülse hinein. Dieser tiefer gelegene Bodenbereich 106 wird vom Steckerstift nicht mehr erreicht und dient nur dazu, den Kontaktfingern 101 die gewünschten elastischen Eigenschaften zu verleihen. Diesbezüglich ist erkennbar, dass die Kontaktfinger 101 entlang ihrer axialen Erstreckung eine variable Dicke haben. Im Bodenbereich 106 sind sie dicker als im Steckbereich 105, wobei die Wanddicke im Steckbereich 105 gleichmäßig ist, da die Außenkontur entsprechend der Innenseite der Kontaktfinger 101 konusförmig verläuft.
  • Die Kontaktfinger 101 gehen aus von einem Trägerkörper 107, in welchem sich an der den Kontaktfingern gegenüberliegenden Seite ein Anschluss 110 zum Einstecken einer elektrischen Anschlussleitung (nicht dargestellt) befindet, wobei diese Leitung durch eine Querschraube 111 fixiert werden kann.
  • Die Herstellung der Kontakthülse 100 erfolgt vorzugsweise aus einem Rohmaterial ohne Biegeprozesse. Dabei wird zunächst in einen stangenförmigen Rohling (aus "gewachsenem Material") axial eine erste, kreiszylindrische Bohrung mit einem kleinen Radius (RF, s. Figur 9) eingebracht, wobei dieser Radius dem Radius des Bodenbereiches 106 typischerweise entspricht oder aber auch fertigungsbedingt wenige 1/10 mm hiervon abweichen kann. Ausgehend von dem so geschaffenen Freiraum wird anschließend in den Steckbereich 105 des Hohlraumes HR durch Fräsen eine Konusform eingearbeitet. Optional kann des Weiteren ein entsprechender Außenkonus angedreht werden. Nach Abschluss des Fräsens des Hohlraumes HR werden durch radial verlaufende Schnitte (entlang von Steckbereich 105 und Bodenbereich 106) Schlitze 103 erzeugt, welche die gewünschte Anzahl an Kontaktfingern 101 freistellen.
  • Gegenüber einem Herstellungsverfahren, bei dem Kontaktfinger zuerst freigestellt und dann in eine kreiszylindrische Bohrung hineingebogen werden, um eine Konusform zu erreichen, hat das beschriebene Verfahren den Vorteil, durch den Verzicht auf Biegungen ein besseres elastisches Verhalten zu verwirklichen.
  • Ein weiterer Vorteil durch das beschriebene Herstellungsverfahren wird nachfolgend mit Hilfe von Figur 9 näher erläutert. Wie in dem radialen Schnitt durch einen Kontaktfinger 101 (oder 201) und einen Steckerstift S erkennbar ist, hat der Kontaktfinger 101 (im distalen Steckbereich 105; der Schnitt verläuft an der engsten distalen Stelle, d.h. entlang der Linie IX-IX von Figur 2) eine konusförmige (bzw. genauer gesagt Kegelstumpf-förmige) Innenseite mit einem Radius RF. Gemäß Figur 2 ist dies der kleinste Radius, der im Steckbereich 105 vorkommt. Herstellungsbedingt ist dieser Radius RF kleiner als der Nominal-Radius RS des zugehörigen Steckerstiftes S (beispielsweise ist RF =4.50 mm, RS = 4.97 mm). Aufgrund dieses Unterschiedes liegt der Kontaktfinger 101 (im radialen Schnitt gesehen) nur an den Enden der Kontaktfläche in zwei Punkten P1 und P2 an der Steckerstift-Oberfläche an, wobei diese Punkte durch einen Spalt SP von typischerweise Δ = 0.12 mm Breite getrennt sind.
  • Neben verbesserten mechanischen und elektrischen Kontakteigenschaften hat die Berührung in zwei Punkten (bzw. Linien) pro Kontaktfinger 101 einen weiteren Vorteil, wenn die Kontaktfläche der Kontaktfinger mit einem Metall wie beispielsweise Nickel (Ni) und/oder Silber (Ag) beschichtet ist (typischerweise besteht der Kontaktfinger aus Messing, das mit einer Schicht aus Ni und darüber Ag versehen ist). Wenn es im Laufe der Zeit durch Reibung an den Kontaktpunkten P1 und P2 zu einem Materialabrieb der kommt, wandern die Kontaktpunkte unter Aufzehrung des Spaltes SP aufeinander zu. Dadurch wird gewährleistet, dass der Kontakt zwischen Kontaktfinger und Steckerstift ständig über "frisches" Beschichtungsmaterial erfolgt, welches im Bereich des Spaltes quasi bevorratet ist.
  • Die Figuren 4 bis 8 zeigen eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kontakthülse 200. Die Kontakthülse 200 ist in wesentlichen Punkten gleich ausgebildet wie die erste Kontakthülse 100 der Figuren 1 bis 3, wobei korrespondierende Komponenten mit um 100 erhöhten Bezugszeichen versehen sind und nicht neu erläutert werden müssen. Die Kontakthülse 200 hat beispielsweise wieder einen konusförmigen Hohlraum HR und ist vorzugsweise ohne Biegungen hergestellt.
  • Eine wesentliche Neuerung bei der zweiten Kontakthülse 200 sind Vertiefungen 202, welche im distalen Anfangsbereich des Hohlraumes HR an der Innenseite der Kontaktfinger 201 angebracht sind. Im dargestellten Beispiel sind die Vertiefungen 202 insbesondere in Form von vier ringförmig umlaufenden Nuten ausgebildet, wobei diese Nuten möglichst scharfkantig in die Innenseite der Kontaktfinger 201 eingelassen sind.
  • Figur 8 zeigt diesbezüglich in der vergrößerten Darstellung einer Vertiefung 202, dass deren Kante zur Kontaktfläche KF an der Innenseite des Kontaktfingers 201 einen Kantenwinkel α von typischerweise ca. 90° bildet. Die Tiefe t der Nuten kann beispielsweise zwischen ca. 0.2 und ca. 1 mm liegen (Anmerkung: Zur Kontaktfläche soll definitionsgemäß jeder Punkt gehören, der mit einem Steckerstift in Kontakt kommt).
  • In Figur 4 und 5 ist weiterhin zu erkennen, dass die Kontakthülse 200 im Bodenbereich 206 eine äußere Einschnürung hat, damit die Kontaktfinger 201 eine gewünschte Dicke und damit ein gewünschtes Federverhalten bekommen.
  • Während die Figuren freistehende Kontaktfinger 101, 201 zeigen, könnten die Kontaktfinger optional auch außenseitig im distalen Bereich (105, 205) von einem elastischen Federring umschlossen sein (nicht dargestellt), welcher den radial nach innen gerichteten Druck auf einen eingesteckten Steckerstift erhöht.

Claims (9)

  1. Steckvorrichtung, umfassend einen Steckerstift (S) und eine Kontakthülse (200) mit einem sich in Richtung einer Steckachse (A) erstreckenden Hohlraum (HR) zur Aufnahme des zugehörigen Steckerstiftes (S), enthaltend:
    - mindestens zwei Kontaktfinger (201), welche parallel zueinander um den Hohlraum (HR) herum angeordnet sind, wobei die Kontaktfinger beim Einstecken des Steckerstiftes sich unter Erweiterung des Hohlraumes elastisch auseinander bewegen;
    - mindestens eine Vertiefung (202) in der dem Hohlraum (HR) zugewandten Innenseite mindestens eines Kontaktfingers (201),
    dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (202) in einer Kontaktfläche (KF) an der Innenseite liegt und hiermit einen Kantenwinkel (α) von weniger als ca. 100° bildet, wobei die Kontaktfläche (KF) diejenige Fläche an der Innenseite des Kontaktfingers (201) ist, welche beim Einstecken des Steckerstiftes (S) mit dem Steckerstift in Berührung kommt.
  2. Steckvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (202) mit der Kontaktfläche (KF) an der Innenseite einen Kantenwinkel (α) von weniger als ca. 91° bildet.
  3. Steckvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (202) in der distalen Hälfte des Hohlraumes (HR) angeordnet ist.
  4. Steckvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen ca. 20% und ca. 80%, vorzugsweise zwischen ca. 30% und ca. 70% der Fläche der Innenseite des Kontaktfingers (201) von der Vertiefung (202) bzw. von den Vertiefungen (202) eingenommen werden.
  5. Steckvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Vertiefungen (202) an verschiedenen Kontaktfingern (201) vorhanden sind, welche gemeinsam eine um die Steckachse (A) umlaufende Nut bilden.
  6. Steckvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Kontaktfinger (101, 201) in einem Schnitt senkrecht zur Steckachse (A) gesehen den zugehörigen Steckerstift (S) an zwei Punkten (P1, P2) kontaktiert, welche durch einen Spalt (SP) zwischen Steckerstift (S) und Kontaktfinger (101, 201) getrennt sind.
  7. Steckvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche (KF) an der Innenseite mindestens eines Kontaktfingers (101, 201) kreiszylindrisch oder Kegelstumpf-förmig ist mit einem kleinsten Radius (RF), welcher kleiner ist als der Radius (RS) des zugehörigen Steckerstiftes (S).
  8. Steckvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenseite der Kontaktfinger (101, 201) zumindest an den Kontaktflächen (KF) beschichtet ist, vorzugsweise mit Nickel und/oder Silber.
  9. Steckvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Hohlraum (HR) zum distalen Ende hin verjüngt, wobei die Kontaktfinger (101, 201) und ein die Kontaktfinger tragender Trägerkörper (107, 207) der Kontakthülse aus einem Rohmaterial ohne Biegungen hergestellt sind.
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