Elektrische Kontakteinrichtung sowie Verfahren zur Schneidkontaktherstellung
Die Erfindung betrifft eine elektrische Kontakteinrichtung mit einem ein- oder mehrteiligen Kontaktgehäuse, in welchem ein Kabel, insbesondere ein mehradriges Flachbandkabel, zumindest teilformschlüssig, einlegbar ist, sowie mit einem oder mehreren Schneidkontakten, über welche bei Betätigung derselben die Isolierung des bzw. der Kabel durchtrennt und in die Kabelseele eindringend oder anschneidend dieselbe kontaktierbar ist, sowie ein Verfahren zur Schneidkontaktherstellung, gemäß Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 9.
Elektrische Kontakt- bzw. Kontaktiereinrichtungen der genannten gattungsgemäßen Art sind vielfach bekannt. Insbesondere im Automobilbau werden in erheblichem und weiterhin zunehmenden Maße Kabel in Form von fahrzeuginternen Buskabelsystemen verwendet. Hierzu hat es sich als zweckmäßig erwiesen, sogenannte Ringleitungen zu verwenden, die bei der Herstellung des Fahrzeuges in dasselbe hineinverlegt werden. Diese Ringleitungen sind durchgehende Leitungen, die in der Regel noch keine Kontaktschnittstellen enthalten. Dies im wesentlichen deshalb, weil Automobile nicht mit identischer, sondern vom Kunden mit unterschiedlicher Ausstattung bestellt und danach auch gefertigt werden. Aus dieser Anforderung heraus wird die sogenannte Busleitung als Ringleitung zunächst universell verlegt. Je nach Ausstattungsmerkmalen benötigt man bei der Herstellung eines Fahrzeuges dann an entsprechenden Positionen innerhalb des Fahrzeuges mehr oder weniger individuell platzierbare Kontakteinrichtungen, um beispielsweise elektrische Fensterheber oder andere ausstattungsabhängige elektrische Elemente an die Ringleitung anzuschließen. Die Verwendung einer Ringleitung erspart, zumindest in bestimmten Abschnitten innerhalb des Fahrzeuges die sogenannten bekannten Kabelbäume. Eine solche Vorgehensweise hat im übrigen nicht nur fertigungstechnische Vorteile, sondern auch Vorteile, die sich im späteren Betrieb des Fahrzeuges zeigen. Fällt beispielsweise im späteren Betrieb eines Fahrzeuges ein elektrisches Aggregat aus, so müßte bei Verwendung herkömmlicher Kabelbäume eine Vielzahl von Kabeln gesucht und durchgemessen werden, um ein mögliches Kontaktproblem zu finden. Bei einer Bus-Ringleitung muß lediglich das zu dem jeweilig defekten Aggregat
gehörige Kontaktelement aufgesucht werden, um durchmessen zu können oder möglicherweise mechanische Fehlkontakte festzustellen, oder ob das jeweilige Aggregat defekt ist.
Ausgangspunkt ist bei der Verwendung einer solchen Bus-Ringleitung die Anbindung des entsprechenden örtlich angeordneten elektrischen Aggregates an die Bus-Leitung, d.h., die Kontaktherstellung.
Hierzu ist aus der DE 30 30 236 A 1 eine Kontaktiereinrichtung bekannt, bei der eine Mehrzahl von Kabeln über Schneidelemente kontaktiert werden. Dabei werden die Schneidelemente, die hierbei die Kontakte darstellen, so an die Kabel herangeführt, daß die Isolation durchschnitten wird und die Schneidelemente die Kabelseele entweder berühren oder zur besseren Kontaktierung möglicherweise auch teilweise einschneiden. Die Schneidelemente für sich bilden dabei dann die eigentlichen Kontakte, die einen elektrischen Kontakt zwischen den jeweiligen einzelnen Kabeln und einem damit verbundenen weiteren Kabelabzweig oder dergleichen, herstellen.
Beim Einsatz von Bus-Leitungen in Kraftfahrzeugen müssen diese auch dem rauhen Alltagsbetrieb standhalten. Dies bedeutet im wesentlichen eine thermische Wechselbelastung in einem Temperaturbereich von etwa minus 40 Grad bis hinauf zu teilweise 100 Grad Celsius, beispielsweise nahe dem Motor. Es ist bekannt, daß bei Temperaturwechselbelastung Umwelteinflüsse durch Feuchtigkeit oder korrosive Stoffe besonders rasch wirken, und eine so erstellte Kontaktierung durch dauerhafte Korrosion stark beeinflussen. Im Automobilbau besteht jedoch die Anforderung, eine sichere Kontaktierung unter diesen genannten Einflüssen in einem Zeitbereich von mindestens 15 Jahren gewährleisten zu können.
Es ist dabei nicht hinreichend, eine solche Kontaktstelle lediglich einzuhausen.
Aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus der DE 44 27 675 A 1 ist ein mit einem Gel abgedichteter elektrischer Verbinder bekannt. Hierbei wird ein Kabelende oder ein Stecker in eine Steckeinrichtung eingebracht und mittels einer Preß- oder Stopfeinrichtung mit Gel verschlossen. Nachteilig ist bei einer Ausführung gemäß diesem Stand der Technik, daß die Einrichtung insgesamt aufwendig ist und im Einsatz einer Ringleitung nicht verwendbar ist,
da es sich hierbei um eine ausgetrennte, aus zwei Leitungsabschnitten bestehende elektrische Leitungsführung handelt, die im übrigen nur ein Kabel vorsieht.
Desweiteren ist aus der EP 07 31 531 A 2 ein elektrischer Verbinder bekannt, bei welchem ein Kabel in eine Hülse auf einen innerhalb dieser Hülse angeordneten Steckkontakt aufschiebbar ist. Dabei ist innerhalb dieser Hülse ein eingehaustes Gelreservoir angeordnet, welches derart plaziert ist, daß beim Einschieben des Kabels dieses Gelreservoir zunächst durchstochen wird, und erst danach, d. h., bei Weiterschieben des Kabels, die Kontaktierfahne erreicht wird. Hernach wird über ebenfalls eine Stopfeinrichtung Druck auf das Gelreservoir ausgeübt, so daß sich das Gel innerhalb des Steckers verteilt. Nachteilig ist hierbei, daß beim Einführen des Kabels zunächst das Gelreservoir durchstochen wird. Hierbei wird das Kabel bereits mit dem Gel benetzt und das so benetzte Kabel wird erst anschließend kontaktiert. Eine solche Vorgehensweise kann zu Fehlkontaktierungen führen. Aber auch hier ist wesentlich, daß sich eine solche Einrichtung nicht auf die Kontaktierung einer Ringleitung anwenden läßt, da auch hier die Leitungsführung aus zwei miteinander zu verbindenden Leitungsabschnitten besteht.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine sichere und korrosionsfeste Kontaktierung für Ringleitungen vorzusehen, die an beliebiger Stelle der Ringleitung angeordnet werden kann, ohne diesselbe aufzutrennen.
Die gestellte Aufgabe ist bei einer elektrischen Kontakteinrichtung der gattungsgemäßen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein druckbeaufschlagbares Gelreservoir vorgesehen und so angeordnet ist, daß das Kabel im Zustand vor der Betätigung der Schneidelemente zwischen Gelreservoir und Schneidelementen angeordnet ist, gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1.
In verfahrensgemäßer Weise ist bei einem Verfahren der gattungsgemäßen Art die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im wesentlichen in drei aufeinanderfolgenden Schritten vorgegangen wird, nämlich
1. Schneidkontakterstellung,
2. gleichzeitig zur Schneidkontakterstellung Kompression des Dichtgelreservoirs,
3. Anschneiden des Gelreservoirs nach Schneidkontakterstellung,
gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 9.
In einrichtungsgemäßer Hinsicht besteht das Wesen der Erfindung darin, daß im unbetätigten Zustand das Kabel zwischen den Schneidelementen und dem Gelreservoir plaziert ist. Werden die Schneidelemente nunmehr betätigt, also auf das Kabel zu bewegt, so wird durch diese erfindungsgemäße geometrische Plazierung der einzelnen genannten Elemente erreicht, daß zuerst die Isolation des Kabels, bzw. der Einzelkabel, durchtrennt wird, und die Schneidelemente sodann Berührung mit dem Kabelinneren erhalten, also den Kontakt herstellen und erst bei weiterer Betätigung über die Kabelebene hinweg das Gelreservoir durchstechen. D.h., das abdichtende Gel, auf das gleichzeitig mit dieser Hubbewegung bereits Druck ausgeübt wurde, wird erst dann in den Kontaktierraum hinein freigesetzt, nachdem der elektrische Kontakt bereits besteht. D. h., die Schneidelemente sind bei elektrischer Kontaktherstellung absolut sauber und die eigentliche Kontaktfläche wird von dem abzudichtenden Gel umgeben, aber die Grenzflächen der Kontakte werden nicht benetzt. Dies führt zu einem außerordentlich guten elektrischen Kontakt und im übrigen auch zu einer sehr guten genau plazierten Abdichtung der durchtrennten jeweiligen Isolation.
Darüber hinaus ergibt sich in Lösung der gestellten Aufgabe der enorme Vorteil, daß bei einer solchen Plazierung zwischen Schneidelementen, Kabel und Gelreservoir eine Ringleitung kontaktierbar und auch die Kontaktstelle mit Gel abdichtbar ist. Die Bus-Leitung braucht somit nicht aufgetrennt zu werden, wie dies bei Anwendung des oben genannten Stand der Technik der Fall wäre.
Insoweit sind in erfindungsgemäßer Weise sowohl Abdichtung als auch Ringleitungs- kontaktierung an beliebiger Stelle kumulativ erfüllt. Vorteilhaft ist im übrigen auch, daß selbst bei Beschädigung einer solchen Kontaktstelle eine Reparatur einfach dadurch erfolgen kann, daß die defekte Kontaktstelle geöffnet und um einige Millimeter oder Zentimeter verschoben, und das Kabel erneut kontaktiert werden kann. Die alte Kontaktstelle wird sodann lediglich mit einem pastösen Dichtmaterial geheilt bzw. abgeschlossen.
Es ist ferner vorteilhaft, daß in weiterer Ausgestaltung der Erfindung das Kontaktiergehäuse aus einem unteren Gehäuseteil, in welchem das Gelreservoir und auch einem oberen
Gehäuseteil, in welchem die Schneidkontakte angeordnet sind, besteht. Diese beiden Gehäuseteile sind sodann relativ auf- einander zu bewegbar, so daß Kontaktierung und Gelabdichtung in einem Betätigungshub des Zusammenfügens der Gehäuseteile erfolgen kann. Dies ist eine deutliche Vereinfachung gegenüber herkömmlichen anderen Vorgehensweisen. Es ist hierbei weiterhin vorteilhaft, daß im unteren Kontaktiergehauseteil eine konturierte Fläche oder Einformung angeordnet ist, in welche das Kabel zur genauen Positionierung zum entsprechenden Schneidkontakt zumindest teilformschlüssig einlegbar ist. Damit nimmt das Kabel eine gut positionierte Sollage ein, so daß die Schneidelemente auch das richtige Kabel an der richtigen Stelle treffen und während des Kontaktiervorganges das Kabel nicht verrutschen kann.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind das obere und das untere Kontaktiergehauseteil über ein Scharnier miteinander verbunden, derart, daß der Betätigungshub entlang eines Kreisbogens verläuft. Auf diese Weise entfällt die Mehrteiligkeit der Kontakteinrichtung. Ein solches Scharnier kann beispielsweise auch ein sogenanntes Filmscharnier sein, welches aus einer keilförmig verdünnten Stelle zwischen oberem und unteren Gehäuseteii besteht. Auf diese Weise ist es möglich, das Gehäuseoberteil und Unterteil einstückig, beispielsweise aus Kunststoff, herzustellen. Die Zweiteiligkeit und die Aufeinanderzubewegung von oberem und unterem Gehäuseteil würden durch das besagte Filmscharnier auch weiterhin gewährleistet sein.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind in oberem und unterem Gehäuseteil kolben-zylinder-artige Elemente angeordnet bzw. an- oder eingeformt, so daß entlang des Betätigungshubes die Druckbeaufschlagung auf das Gelreservoir erfolgt. Somit entsteht gegenüber dem eingangs zitierten Stand der Technik der weitere Vorteil, daß die Verfüllung mit Gel nicht in einem separaten Arbeitsgang vorgenommen werden muß, sondern hier entlang ein und desselben Betätigungshubes der Kontakteinrichtung erfolgt, nämlich während des Aufeinanderzubewegens und in Endlage Zusammenklipsens des Gehäuseober- und -Unterteiles. In letzter vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind innerhalb des Gehäuses sowohl im unteren als auch damit schlüssig verbundenen im oberen Gehäuseteil Kanäle angeordnet, derart, daß nach Aufschneiden des Gelreservoirs Gel den inneren Kontaktierraum sowohl oberhalb, als auch unterhalb des Kabels erfüllt, und zwar dort, wo die Schneidkontakte durch die Isolierung der bzw. des Kabels getreten sind.
Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und nachfolgend näher beschrieben.
Es zeigt:
Figur 1 Erfindungsgemäße Ausführungsform mit getrenntem Gehäuseober- und unterteil.
Figur 2 Erfindungsgemäße Ausführungsform mit über Filmscharnier verbundenem Gehäuseober- und unterteil.
Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform mit getrenntem Kontaktiergehäuseoberteil 10 und Kontaktiergehäuseunterteil 20. Im Kontaktiergehäuseoberteil 10 sind die Schneidkontakte 11 angeordnet. Diese werden nach oben wiederum mit Kabeln versehen und führen zu dem letztendlichen Verbraucher, der hier nicht weiter dargestellt ist. Die Unterseite der Schneid-Kontakte sind scharfe Spitzen oder Schneiden, mit denen die Isolation des eingelegten Kabels 30 durchstoßen wird. Im Unterteil 20 ist das Gelreservoir 24 unterhalb des Kabels 30 plaziert. Auf diese Weise entsteht die erfindungsgemäße geometrische Ausrichtung, daß im noch nicht kontaktierten Fall das Kabel zwischen den Schneidkontaktelementen 11 und dem Gelreservoir 24 liegt. Das Kabel, welches hier als mehradriges Flachbandkabel 30 angedeutet ist, liegt in einer konturierten Fläche 21 des Gehäuseunterteiles 20 an. Diese Anlage ergibt einen Teilformschluß, weil dort die Außenkontur des Flachbandkabels 30 komplementär nachgebildet wird. Eine solche Konturierung 15 ist auch im Gehäuseoberteil 10 angeordnet.
Das Gelreservoir 24 ist mit einem entsprechenden Dichtgel, beispielsweise Silikon oder möglicherweise auch mit einem vulkanisierenden Gel gefüllt. Dieses Reservoir ist über Membranen 22 und 23 im unbetätigten Zustand verschlossen.
Zur Kontaktherstellung wird nun das eingelegte Kabel in entsprechende Position gebracht und das Gehäuseoberteil 10 auf das Gehäuseunterteil 20 gemäß Richtung A zubewegt. Dabei durchschneiden die Schneidkontakte 11 die Isolation des Kabeis 30 und erreichen die Kabelseeie 31. Diese wird danach entweder durchstochen oder angeritzt und auf diese Weise eine Kontaktierung hergestellt. Bei weiterer Betätigung in der dargestellten Richtung A durchdringen die Schneidkontakte 11 das Kabel gänzlich, ohne jedoch die Kabelseele 31 , zu
durchtrennen. Bei weiterer Betätigung in der dargestellten Richtung A dringen die Schneidspitzen der Schneidkontakte 11 nunmehr in das Gelreservoir 24 ein. D.h., das Gelreservoir bzw. deren Umhüllung wird perforiert. Gleichzeitig, d.h., entlang der Betätigungsrichtung A im Maße des nötigen Hubes werden die kleinen Kolbenelemente 12 und 13, die am Oberteil angeordnet sind, auf die Membranen 22 und 23 im Unterteil 20 gedrückt. Dabei werden die Membranen entweder durchstochen oder nach unten weggeschoben oder hineindeformiert, auf alle Fälle jedoch so, daß Druck auf das zumindest teilweise gefüllte Gelreservoir ausgeübt wird. Erreichen nun die Schneidkontakte 11 das Gelsreservoir, so dringt das Gel durch die Perforationen dort aus, wo die Schneidkontakte das Gelsreservoir perforiert haben. Es kommt dabei zu einer sofortigen Abdichtung des Kabels.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens eines der Kolben, hier beispielsweise Kolben 13 des Gehäuseoberteiles 10 mit einem Kanal 14 versehen, der ab einem bestimmten Druck auf die Membran und ein Durchstoßen derselben auch Gel aus dem Gelreservoir 24 durch den Kanal 14 in den oberen Gehäuseteil 10 transportiert und auch von oben die durchstochenen Bereiche des Kabels abdichtet.
Wahlweise kann als Gel Silikon verwendet werden, jedoch sind besonders vorteilhaft auch selbstvulkanisierende Gele, die eine dauerhafte Abdichtung herbeiführen. Ist die Sollage, und damit die Endpositon der beiden aufeinanderzubewegten und das Kabel einklemmenden und kontaktierenden oberen und unteren Gehäuseteile 10 und 20 erreicht, so sind beispielsweise Klipselemente 40 vorgesehen, die bei Erreichen der Sollage das Gehäuse -Oberteil 10 auf dem Gehäuseunterteil 20 festhalten. Die Verbindung ist damit dauerhaft.
Diese Verbindung kann jedoch durch Öffnen der Klipselemente wieder geöffnet werden.
Figur 2 zeigt im wesentlichen dieselben Elemente, jedoch sind, nicht wie in Figur 1 auf beiden Seiten Klipselemente 40 angeordnet, sondern nur auf einer Seite, wobei auf der entsprechend anderen, d.h. gegenüberliegenden Seite ein sogenanntes Filmscharnier 50 vorgesehen ist. Mit diesem sind Gehäuseoberteil 10 und Gehäuseunterteil 20 der Kontaktiereinrichtung miteinander verbunden. Die „Aufeinanderzubewegung" von Gehäuseteil 10 und Gehäuseunterteil 20 erfolgt hierbei entlang eines Kreisbogens. Hierbei müssen die Positionen der Schneidkontakte 11 und des Kabels bzw. der Kabelseele darauf
o
abgestimmt sein. Ebenfalls sind die Kolben 13 und 12 entsprechend angeformt, um entlang dieser Kreisbogenbewegung keine Klemmung sondern eine schlüssige Eindringbewegung in das Gelreservoir 24 zu gewährleisten. Die Kolben können dabei entsprechend leicht gebogen ausgebildet sein. Der Vorteil einer solchen Anordnung ist die Einstuckigkeit des Kontaktelementes, was in der Automobiifertigung noch erheblich leichter zu handhaben ist.
Eine entsprechende Kontu erung der Kolben ist auch bei diesem Ausführungsbeispiel nicht problematisch, da solche Teile im Spritzgußverfahren hergestellt werden und eine entsprechend gestaltete Spritzgußform ohnehin quasi nur wenige Male hergestellt werden muß. Demzufolge sind komplizierte Konturierungen, wie beispielsweise gebogene Kolben, kein Problem.
Beide erfindungsgemäße Ausführungsformen vereinen die beiden Vorteile, zum einen eine elektrische Kontaktierung in einer Bus-Ringleitung herstellen zu können, ohne dieselbe aufzutrennen, und zum anderen die an den entsprechenden Kontaktstellen aufgetrennte Isolation wieder zuverlässig zu verschließen. Das Wesen der Erfindung, was auch in beiden Ausführungsformen realisiert ist, liegt somit in der gleichzeitigen Erfüllung dieser beiden genannten Maßgaben. Die Kontakteinrichtung ist somit nicht nur vorteilhaft im Automobilbau einsetzbar, obwohl sie dort aus oben genannten Gründen die meisten Vorteile entfaltet.