WO1998057393A1 - Elektrische steckverbindung - Google Patents

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WO1998057393A1
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Definitions

  • the invention relates to a method and a device for producing an electrical connection according to the features of the respective preamble of the independent claims.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a method and a device for producing an electrical connection, with which the electrical connection can not only be established in an assembly-friendly manner, but also offers maximum contact reliability.
  • the invention is therefore based on the basic idea of modifying an initially detachable connection with the advantage of simple, accurate, polarity-safe and quick installation friendliness in such a way that it becomes unsolvable after the modification (integral or quasi-integral connection) in order to ensure a high degree of contact reliability to ensure.
  • This also has the advantage that the method can be automated particularly in the context of series production.
  • the integral connection is made by laser welding, resistance welding or high-temperature soldering generally through a targeted, brief heating (heating) of the connection point.
  • the application of the aforementioned connection options depends in particular on the material properties or the material pairing of the two contact partners and also on the conditions of use.
  • the connection is advantageously made after the contact partners have been plugged together, since at least one contact partner is fixed in position (for example a plug on a printed circuit board).
  • the quasi-integral connection is established by crimping or clamping connections.
  • Such a connection is particularly suitable if the two contact partners are freely accessible and are not surrounded by a housing.
  • one contact partner is inserted into a contact guide in the area of the other contact partner in a connector housing and the integral or quasi-integral connection is established through an opening in the connector housing.
  • the integral or quasi-integral connection is established within this component group or the housing.
  • FIG. 1 shows a preferred embodiment of an electrical connection according to the invention, to which, however, the general inventive concept is not restricted.
  • Reference number 1 denotes a connector housing, at one end of which there is a cable 2.
  • a first contact partner 3 (for example a plug or socket) is arranged within the plug housing 1, the first contact partner 3 being designed such that the cable 2 is fastened to it, for example by means of a conventional crimp connection, and a contact tab in the area facing away from the cable 2 4 has.
  • the cable 2 is in a manner known per se via strain relief 5 on the contact partner 3 and / or on the connector housing 1. This is of advantage during the connection process and also during operation, since the connection point is then largely free of forces despite vibration and vibrations.
  • the connector housing 1 also has a contact guide 6, a second contact partner 7 (for example socket or plug), which can also be connected to a cable, a printed circuit board or the like, being inserted into this contact guide 6 (indicated by the arrow in the second one) Contact partner 7).
  • the contact guide 6 also serves to reduce the degrees of freedom (positioning aid) of the second contact partner 7.
  • a latching 8 is arranged in the plug housing 1, which after the introduction of the second contact partner 7 into the contact guides 6 defines this. Such locking can alternatively also be present on the second contact partner 7.
  • the material connection is made through an opening 9 in the connector housing 1 by means of a laser beam 10, which then connects the irradiated partial area of the contact lug 4 to the area of the second contact partner also arranged in this area 7 integrally connected. If there is a catch in this area, can be fused by the laser beam 10 or the like.
  • the plug housing 1 (or also a correspondingly designed socket housing) is designed to accommodate only one contact partner 3, including its associated further contact partner 7. It is of course also conceivable that several contact partners 3 (or 7) are arranged next to and / or one above the other and / or also in the form of an arc, circle and / or cube in the plug housing and the associated openings 9 are accessible from the outside. It is also conceivable to cover the opening (s) 9 after the connection process has taken place.
  • the concept according to the invention can in principle be used for electrical plug-in connections in which both ease of assembly, assembly speed and high contact reliability are important.
  • a particular field of application, to which the invention is not restricted, however, is the field of adjusting devices for adjusting the power of internal combustion engines, which are usually referred to as E-gas.
  • the power supply to the servomotor is established by means of the electrical connection and the cables arranged thereon, but also the position of the throttle valve, which is detected, for example, by means of a throttle valve potentiometer or the like, is reported back to a control device.
  • the cables for the power supply and for the feedback are inserted into the housing of the actuating device and the electrical connection to the throttle valve potentiometer or the like and / or to the servomotor is established by means of the plug connection according to the invention.
  • the plug connection it is advantageous, also in view of the small installation space, that at least one plug housing is plugged onto the contact tabs of the throttle valve potentiometer and / or of the servomotor and then the integral or the quasi-integral connection is produced by the laser welding or the like. This can be done manually or mechanically, particularly within the housing.
  • this plug connection is contact-safe in the case of such actuating devices which are located in the engine compartment of a vehicle and are therefore subject to high vibrations and / or vibration loads and also strong temperature fluctuations, which is of the utmost importance, particularly when operating vehicles.

Landscapes

  • Manufacturing Of Electrical Connectors (AREA)
  • Coupling Device And Connection With Printed Circuit (AREA)
  • Connector Housings Or Holding Contact Members (AREA)
  • Connections Effected By Soldering, Adhesion, Or Permanent Deformation (AREA)
  • Details Of Connecting Devices For Male And Female Coupling (AREA)
  • Multi-Conductor Connections (AREA)

Abstract

aerfahren zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen einem ersten und einem zweiten Kontaktpartner, wobei erfindungsgemäß vorgesehen ist, daß die beiden Kontaktpartner als Steckverbindung zusammengeführt und anschließend stoffschlüssig oder quasi-stoffschlüssig unlösbar miteinander verbunden werden.

Description

Beschreibung
ELEKTRISCHE STECKVERBINDUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer elektrischen Verbindung gemäß den Merkmalen des jeweiligen Oberbegriffes der unabhängigen Patentansprüche.
Es sind elektrische Verbindungen bekannt, bei denen beispielsweise durch Zusammenstecken ein erster Kontaktpartner mit einem zweiten Kontaktpartner in Verbindung gebracht wird. Eine solche Steckverbindung ist auch nach dem Zusammenstecken lösbar, wodurch es insbesondere bei starken mechanischen Schwing- oder Rüttelbeanspruchungen zu einer erhöhten Oxidation (Reiboxidation) mit einem erhöhten Übergangswiderstand oder sogar zum Lösen der elektrischen Verbindung und damit zu Kontaktschwierigkeiten oder sogar zu Kontaktunterbrechungen kommt. Bei erhöhter Umgebungstemperatur sinkt zudem die Strombelastbarkeit der Verbindung. Vorschläge zur Beseitigung solcher Kontaktschwierigkeiten bestehen lediglich darin, die Gehäuse der beiden Kontaktpartner mittels mechanischer Verriegelungen (zum Beispiel Schnappverschlüsse) gegen ein unbeabsichtigtes Lösen miteinander zu verbinden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer elektrischen Verbindung anzugeben, mit dem die elektrische Verbindung nicht nur montagefreundlich hergestellt werden kann, sondern darüber hinaus auch höchste Kontaktsicherheit bietet.
Diese Aufgabe ist durch die Merkmale der jeweiligen unabhängigen Patentansprüche gelöst. Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß übliche Steckverbindungen wie zum Beispiel Einzelstecker, Flachstecker oder dergleichen mit einem einzigen oder mehreren insbesondere nebeneinander angeordneten Kontaktpartnern aufgrund des einfachen Aufsteckvorganges montagefreundlich sind und wegen der anschließenden stoffschlüssigen oder quasi-stoffschlüssigen unlösbaren Verbindung miteinander auch höchste Kontaktsicherheit und einen deutlich verringerten Übergangswiderstand bieten. Das heißt, es wird ein einfach durchzuführender Montageprozeß vorgeschlagen, der den Vorteil bietet, die beiden Kontaktpartner entweder manuell oder maschinell zusammenzuführen und dann anschließend stoffschlüssig oder quasi-stoffschlüssig miteinander zu verbinden, wobei diese Verbindung ebenfalls manuell oder maschinell durchgeführt werden kann. Ein solches Verfahren beziehungsweise eine solche Vorrichtung findet vor allen Dingen dort eine Anwendung, wo die elektrische Verbindung Schwing- und/oder Rüttelbelastungen oder dergleichen ausgesetzt ist, oder aber wo auch Kontaktprobleme aufgrund von sonstigen Umgebungsbedingungen (wie beispielsweise starken Temperaturschwankungen, erhöhter Umgebungstemperatur oder dergleichen) entstehen können.
Die Erfindung geht also von dem Grundgedanken aus, eine ansich zunächst lösbare Verbindung mit dem Vorteil der einfachen, zielgenauen, verpolungssicheren und schnellen Montagefreundlichkeit derart zu modifizieren, daß diese nach der Modifikation (stoffschlüssige beziehungsweise quasi-stoffschlüssige Verbindung) unlösbar wird, um eine hohe Kontaktsicherheit zu gewährleisten. Dies hat auch den Vorteil, daß sich das Verfahren insbesondere im Rahmen einer Serienproduktion automatisieren läßt.
In Weiterbildung der Erfindung wird die stoffschlüssige Verbindung durch Laserschweißen, Widerstandsschweißen oder Hochtemperaturlöten - also allgemein durch eine gezielte, kurzzeitige Erwärmung (Erhitzung) des Verbindungsstelle - hergestellt. Die Anwendung der vorgenannten Verbindungsmöglichkeiten hängt insbesondere ab von der Materialbeschaffenheit beziehungsweise der Materialpaarung der beiden Kontaktpartner und weiterhin von den Einsatzbedingungen. Die Verbindung erfolgt in vorteilhafter Weise nach dem Zusammenstecken der Kontaktpartner, da zumindest ein Kontaktpartner lagefixiert ist (beispielsweise ein Stecker auf einer Leiterplatte).
In Weiterbildung der Erfindung ist es möglich, daß die quasi- stoffschlüssige Verbindung durch Crimp- oder Klemmverbindungen hergestellt wird. Eine solche Verbindung kommt insbesondere dann in Betracht, wenn die beiden Kontaktpartner frei zugänglich und nicht von einem Gehäuse umgeben sind.
In Weiterbildung der Erfindung wird der eine Kontaktpartner in eine Kontaktführung im Bereich des anderen Kontaktpartners in einem Steckergehäuse eingeführt und durch eine Öffnung in dem Steckergehäuse die stoffschlüssige oder die quasi-stoffschlüssige Verbindung hergestellt. Dies bietet den Vorteil, daß die elektrische Verbindung vormontierbar ist und anschließend in eine Bauteilgruppe, in ein Gehäuse oder dergleichen eingesetzt werden kann.
In Weiterbildung der Erfindung wird die stoffschlüssige oder die quasi- stoffschlüssige Verbindung innerhalb dieser Bauteilgruppe oder des Gehäuses hergestellt. Dadurch ist es möglich, innerhalb einer Bauteilgruppe beziehungsweise innerhalb eines Gehäuses mehrere Module, Komponenten oder dergleichen durch Zusammenführung der beiden Kontaktpartner als Steckverbindung miteinander elektrisch zu verbinden und anschließend innerhalb dieser Bauteilgruppe die stoffschlüssige bezie- hungsweise die quasi-stoffschlüssige Verbindung herzustellen. Hierbei kommt auch in Betracht, daß nicht nur Module beziehungsweise Komponenten innerhalb dieser Bauteilgruppe miteinander verbunden werden, sondern daß auch Zuführungen von außen beziehungsweise nach außen mit einem beziehungsweise mehreren Modulen verbunden werden. Dadurch entfällt eine umständliche gemeinsame Montage von schon vormontierten und elektrisch verbundenen Modulen, die umständlich in das Gehäuse eingesetzt werden müßten.
Die Merkmale der Vorrichtungsansprüche, aus denen sich ebenfalls vorteilhafte Wirkungen ergeben, sind im folgenden beschrieben und anhand der Figur 1 erläutert.
Figur 1 zeigt eine bevorzugte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen elektrischen Verbindung, auf die der allgemeine Erfindungsgedanke jedoch nicht beschränkt ist.
Mit der Bezugsziffer 1 ist ein Steckergehäuse bezeichnet, an dessen einem Ende sich ein Kabel 2 befindet. Innerhalb des Steckergehäuses 1 ist ein erster Kontaktpartner 3 (zum Beispiel Stecker oder Buchse) angeordnet, wobei der erste Kontaktpartner 3 derart ausgestaltet ist, daß das Kabel 2 beispielsweise mittels einer üblichen Quetschverbindung an diesem befestigt ist und in dem dem Kabel 2 abgewandten Bereich eine Kontaktfahne 4 aufweist. Das Kabel 2 ist in an sich bekannte Weise über Zugentlastungen 5 an dem Kontaktpartner 3 und/oder an dem Steckergehäuse 1 zugentlastet. Dies ist während des Verbindungsprozesses und auch im Betrieb von Vorteil, da dann die Verbindungsstelle trotz Schwin- gungs- und Rüttelbelastung weitgehend kräftefrei ist. Das Steckergehäuse 1 weist weiterhin eine Kontaktführung 6 auf, wobei in diese Kontaktführung 6 ein zweiter Kontaktpartner 7 (zum Beispiel Buchse oder Stecker) , der ebenfalls mit einem Kabel, einer Leiterplatte oder dergleichen verbunden sein kann, eingeführt wird (angedeutet durch den Pfeil im zweiten Kontaktpartner 7). Die Kontaktführung 6 dient auch zur Reduzierung der Freiheitsgrade (Positionierungshilfe) des zweiten Kontaktpartners 7. Zur Erhöhung der Montagesicherheit und zur ersten mechanischen Festlegung des zweiten Kontaktpartners 7 ist im Steckergehäuse 1 eine Verrastung 8 angeordnet, die nach Einführung des zweiten Kontaktpartners 7 in die Kontaktführungen 6 diesen festlegt. Eine solche Verrastung kann alternativ auch an dem zweiten Kontaktpartner 7 vorhanden sein. Alternativ dazu ist es möglich (wie es auch schon in Figur 1 angedeutet ist), daß der zweite Kontaktpartner 7 mittels Krafteinwirkung (Federwirkung) nach Einführung in die Kontaktführungen 6 lagefixiert ist. Dazu ist in Figur 1 dargestellt, daß die Kontaktfahne 4 bogenförmig gewölbt ist und somit eine Druckwirkung auf den zweiten Kontaktpartner 7 ausführt, so daß sichergestellt ist, daß während des Verbindungsprozesses sich die beiden Kontaktpartner 3, 7 berühren und die Verbindung (Verschweißung) in diesem Bereich stattfindet. Die Verrastung 8 kann übrigens auch im Bereich der Kontaktfahne 4 angeordnet sein. Eine solche Verrastung ist insbesondere bei einer manuellen Montage von Vorteil, da beispielsweise durch das Einrastgeräusch signalisiert wird, daß der zweite Kontaktpartner 7 seine Sollposition (gestrichelt gezeichnet) erreicht hat.
Ist diese Sollposition durch Einführen des zweiten Kontaktpartners in die Kontaktführung 6 erreicht, erfolgt durch eine Öffnung 9 in dem Steckergehäuse 1 die stoffschlüssige Verbindung mittels eines Laserstrahles 10, der dann den bestrahlten Teilbereich der Kontaktfahne 4 mit dem ebenfalls in diesem Bereich angeordneten Bereich des zweiten Kontaktpartners 7 stoffschlüssig verbindet. Befindet sich in diesem Bereich eine Verrastung, kann diese durch den Laserstrahl 10 oder dergleichen verschmolzen werden.
Das Steckergehäuse 1 (oder auch ein entsprechend gestaltetes Buchsengehäuse) ist zur Aufnahme von nur einem Kontaktpartner 3 einschließlich seines dazugehörigen weiteren Kontaktpartners 7 ausgebildet. Denkbar ist natürlich auch, daß mehrere Kontaktpartner 3 (oder 7) neben- und/oder übereinander und/oder auch in Bogen-, Kreis- und/oder Kubusform in dem Steckergehäuse angeordnet sind und die zugehörigen Öffnungen 9 von außen zugänglich sind. Denkbar ist auch, nach erfolgtem Verbindungsprozess die Öffnung(en) 9 abzudecken.
Der erfindungsgemäße Gedanke ist grundsätzlich anwendbar bei elektrischen Steckverbindungen, bei denen es sowohl auf Montagefreundlichkeit, Montageschnelligkeit und hohe Kontaktsicherheit ankommt. Ein besonderes Anwendungsgebiet, auf daß die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist, ist das Gebiet der Stellvorrichtungen zur Einstellung der Leistung von Brennkraftmaschinen, die üblicherweise als E-Gas bezeichnet werden. Bei solchen Stellvorrichtungen wird mittels der elektrischen Verbindung und der daran angeordneten Kabel die Strom Versorgung zu dem Stellmotor hergestellt, aber auch die Position der Drosselklappe, die beispielsweise mittels eines Drosselklappenpotentiometers oder dergleichen erfaßt wird, zu einer Steuereinrichtung rückgemeldet. So werden beispielsweise die Kabel für die Stromzuführung und für die Rückmeldung in das Gehäuse der Stellvorrichtung eingeführt und mittels der erfindungsgemäßen Steckverbindung die elektrische Verbindung zu dem Drosselklappenpotentiometer oder dergleichen und/oder zu dem Stellmotor hergestellt. Hier ist es von Vorteil, auch im Hinblick auf den geringen Bauraum, daß zumindest ein Steckergehäuse auf die Kontaktfahnen des Drosselklappenpotentiometers und/oder des Stellmotors aufgesteckt und anschließend durch die Laserverschweißung oder dergleichen die stoffschlüssige oder die quasi-stoffschlüssige Verbindung hergestellt wird. Dies kann insbesondere innerhalb des Gehäuses manuell oder maschinell erfolgen. Dadurch ist diese Steckverbindung bei solchen Stellvorrichtungen, die sich im Motorenraum eines Fahrzeuges befinden und damit hohen Rüttel- und/oder Schwingbelastungen und auch starken Temperaturschwankungen unterliegen, kontaktsicher, was insbesondere beim Betrieb von Fahrzeugen von höchster Wichtigkeit ist.
Bezugszeichenliste
1. Steckergehäuse
2. Kabel
3. erster Kontaktpartner
4. Kontaktfahne
5. Zugentlastung
6. Kontaktführungen
7. zweiter Kontaktpartner
8. Verrastung
9. Öffnung
10. Laserstrahl

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen einem ersten und einem zweiten Kontaktpartner, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kontaktpartner als Steckverbindung zusammengeführt und anschließend stoffschlüssig oder quasi- stoffschlüssig unlösbar miteinander verbunden werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die stoffschlüssige Verbindung durch Laserschweissen, Widerstandsschwei- ssen oder Hochtemperaturlöten hergestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die quasi- stoffschlüssige Verbindung durch Crimp- oder Klemmverbindungen hergestellt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, daß der eine Kontaktpartner in eine Kontaktführung im Bereich des anderen Kontaktpartners in einem Steckergehäuse eingeführt wird und durch eine Öffnung in dem Steckergehäuse die stoffschlüssige oder die quasi-stoffschlüssige Verbindung hergestellt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die stoffschlüssige oder die quasi-stoffschlüssige Verbindung innerhalb einer Bauteilgruppe hergestellt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die stoffschlüssige oder die quasi-stoffschlüssige Verbindung hergestellt wird und anschließend in eine Bauteilgruppe eingeführt wird.
7. Vorrichtung zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen einem ersten Kontaktpartner (3, 4) und einem zweiten Kontaktpartner (7), dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kontaktpartner (3, 4, 7) als Steckverbindung zusammenführbar und anschließend stoffschlüssig oder quasi-stoffschlüssig unlösbar miteinander verbindbar sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steckverbindung ein den ersten Kontaktpartner (3, 4) aufnehmendes Steckergehäuse (1) mit einer Aufnahmeöffnung zur Einführung des zweiten Kontaktpartner (7) aufweist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steckverbindung beziehungsweise das Steckergehäuse (1) eine Öffnung (9) zur Herstellung der stoffschlüssigen oder der quasi- stoffschlüssigen Verbindung aufweist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere erste Kontaktpartner (3, 4) nebeneinander angeordnet die Steckverbindung bilden.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Steckergehäuse (1) zumindest eine Verrastung (8) für den zweiten Kontaktpartner (7) aufweist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, daß die Steckverbindung in oder an einer Bauteilgruppe, insbesondere einem Gehäuse einer Stellvorrichtung zur Einstellung der Leistung einer Brennkraftmaschine [E-Gas], angeordnet ist.
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