WO1999050934A1 - Kontaktsystem zur abisolierfreien kontaktierung - Google Patents

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WO1999050934A1
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Klaus-Uwe Wolf
Ulrich Wenger
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R12/00—Structural associations of a plurality of mutually-insulated electrical connecting elements, specially adapted for printed circuits, e.g. printed circuit boards [PCB], flat or ribbon cables, or like generally planar structures, e.g. terminal strips, terminal blocks; Coupling devices specially adapted for printed circuits, flat or ribbon cables, or like generally planar structures; Terminals specially adapted for contact with, or insertion into, printed circuits, flat or ribbon cables, or like generally planar structures
    • H01R12/50—Fixed connections
    • H01R12/59—Fixed connections for flexible printed circuits, flat or ribbon cables or like structures
    • H01R12/65—Fixed connections for flexible printed circuits, flat or ribbon cables or like structures characterised by the terminal
    • H01R12/67—Fixed connections for flexible printed circuits, flat or ribbon cables or like structures characterised by the terminal insulation penetrating terminals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R4/00—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation
    • H01R4/24—Connections using contact members penetrating or cutting insulation or cable strands

Definitions

  • the invention relates to a contact system for stripping-free contacting of wire strands with at least one contact spit.
  • a generic contact system is used in an actuator sensor module (DE 43 20 327 Cl) for contacting a two-wire flat cable.
  • the flat cable is placed in a cable basket that can be moved in height. When it is moved, knife contacts penetrate the flat cable and contact its cable cores.
  • contact systems are known in which the contact is made by means of contact screws, e.g. in EP 0 665 608 A2 and EP 0 603 134 AI.
  • the contact systems are used here to create consumer branches.
  • the screw connection is associated with a time-consuming assembly, which one would like to avoid as far as possible.
  • the contact spike has a roof-shaped cutting area with two contact surfaces which correspond to two roof surfaces meeting in a ridge and which converge in a cutting edge corresponding to the ridge, which forms a tip together with one edge of the contact surfaces.
  • the knife-like contact element ie the contact spit, allows penetration into the due to the shape described 2
  • Cable strand without a sudden increase in force. Instead, there is a continuous penetration process, in the course of which the strands of the cable strands are not severed in places, but only shifted laterally.
  • a suitable choice of the wedge angle between the two contact surfaces enables an optimum penetration force to be achieved. On the one hand, this must not be too high to ensure easy assembly, but on the other hand it must be large enough to achieve sufficient contact force.
  • the contact resistance to the stranded wire can be reduced by increasing the contact area accordingly. Relatively large contact areas are required at higher current loads, for example at currents of up to 35 A with a cable cross-section of 4 mm 2 , in order to ensure a sufficiently low contact resistance and thereby keep the heating of the contact point low.
  • a further advantageous embodiment exists if the contact skewer is provided with an operative connection to a spring element which effects the contact force acting on the contact skewer. This keeps the contact force almost constant, even if the insulation material of the cable strands creeps as a result of aging. 3
  • the spring element is designed as a plate spring.
  • the spring element is designed as an elastic clamp which connects two housing parts to one another apart from an intermediate space, the contact system being arranged in the interior between the housing parts.
  • FIG. 1 shows a perspective view of a contact skewer according to the invention
  • FIG 1 two side views of the contact skewer according to the invention shown in FIG 1,
  • FIG. 4 shows a view of a spring-mounted contact system in a housing
  • FIG. 5 shows a view of a housing with a contact system held together by an elastic clamp
  • FIG. 6 shows a view of an arrangement with a special contact system for the electrical connection of two flat cables lying opposite one another in separate housing parts and
  • FIG. 7 shows a schematic diagram of two housing parts connected by a buckle connection.
  • the contact skewer 1 is characterized by an upper area with a rectangular cross section 2 and a tip adjoining this with a cutting area.
  • the cutting area 3 is roof-shaped, that is to say it has two contact surfaces 4 which collide in a ridge like two roof surfaces. 4
  • the two contact surfaces 4 form the cutting edge 5 corresponding to the ridge.
  • This cutting edge 5 is bevelled in relation to the rectangular cross-sectional area in the upper region of the contact skewer 1.
  • the edges 6 of the contact surfaces 4 corresponding to the contact edges of the roof surfaces can also run towards the upper region of the contact spike 1 in the same way as the cutting edge 4 bevelled to the cross-sectional surface 7. This results in a tip 9 formed in the lower region of the contact skewer 1 from the cutting edge 5 and in each case one side edge 8 of a contact surface 4.
  • the contact spike 1 is first inserted into the insulating jacket and then between the individual wires of the stranded wire 10 by means of a contacting or penetrating force via its tip 9. This process is made possible by a corresponding design of the tip 9 with the subsequent cutting edge 5, the penetration of the contact spike 5 requiring less force the smaller the wedge angle ⁇ formed by the contact surfaces 4.
  • the contact force and consequently also the contact resistance from the contact surfaces 4 to the stranded wire 10 can be influenced by varying the wedge angle ⁇ . In order to obtain a sufficiently small contact resistance even for larger current loads, for example for nominal currents of 35 A with a cable cross-sectional area of 4 mm 2 of the cable strands, the contact areas 4 must be increased accordingly.
  • the suitable choice of the wedge angle ⁇ ensures an optimal penetration force. This must not be too high to ensure easy assembly, but on the other hand it must be large enough to provide sufficient contact force.
  • FIG. 4 shows a double skewer 12 which is resiliently mounted in an upper housing part 11 and which serves for contacting and electrical connection of two flat cables, not shown here, mounted in a lower housing part 13.
  • the double skewer 12 is mounted here under spring loading of disc springs 14.
  • the two housing parts 15 there is a flat cable 18 and a contact system of the form described above with a contact spike 19, which here contacts one of the line wires as an example.
  • the layer 16 made of the resilient material enables the contact force to be maintained despite the aging process of the flat cable 18 already mentioned.
  • FIG. 6 An arrangement according to FIG. 6 is particularly suitable for contacting and electrical connection of the line wires of two flat cables, in which the contact spikes 20 are each designed with a tip in the shape already described. Opposite the tips, the flat cables can be inserted in two housing parts 21 that are movable relative to one another.
  • the power transmission to the two housing parts 21 for contacting the contact spikes 20 can e.g. by means of a buckle connection, as is shown in principle in FIG.

Abstract

Das erfindungsgemässe Kontaktsystem zeichnet sich durch einen speziell geformten Kontaktspiess (1) aus, dessen Schneidbereich zwei dachförmige in einer Schneidkante (5) zusammenlaufende Kontaktflächen (4) aufweist. Kanten (8) der Kontaktflächen (4) bilden zusammen mit der Schneidkante (5) eine Spitze (9), über die der Schneidbereich in eine Leitungslitze eindrückbar und kontaktierbar ist.

Description

Beschreibung
Kontaktsystem zur abisolierfreien Kontaktierung
Die Erfindung betrifft ein Kontaktsystem zur abisolierfreien Kontaktierung von Leitungslitzen mit mindestens einem Kontaktspieß.
Ein gattungsgemäßes KontaktSystem wird bei einem Aktuator- Sensor-Modul (DE 43 20 327 Cl) zur Kontaktierung eines zweiadrigen Flachkabels eingesetzt. Das Flachkabel wird hierzu in einen höhenverschiebbaren Leitungskorb eingelegt, bei dessen Verschiebung Messerkontakte in das Flachkabel eindringen und seine Leitungsadern kontaktieren.
Weiterhin sind Kontaktsysteme bekannt, bei denen die Kontaktierung mittels Kontaktschrauben erfolgt, wie z.B. in der EP 0 665 608 A2 und der EP 0 603 134 AI offenbart. Die Kontaktsysteme werden hier zur Schaffung von Verbraucherabzwei- gen eingesetzt. Die Schraubkontaktierung ist mit einer zeitaufwendigen Montage verbunden, die man möglichst vermeiden möchte .
Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Kontakt- system der obengenannten Art zu schaffen, das eine Kontaktierung ohne Verschraubung mit geringen Eindringkräften bei einem kleinen Übergangswiderstand zwischen dem Kontaktspieß und der Leitungslitze ermöglicht.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Kontaktspieß einen dachförmig ausgebildeten Schneidbereich mit zwei Kontaktflächen aufweist, die zwei in einem First zusammentreffenden Dachflächen entsprechen und die in einer dem First entsprechenden Schneidkante zusammenlaufen, die zusammen mit jeweils einer Kante der Kontaktflächen eine Spitze bildet. Das messerähnliche Kontaktorgan, d.h. der Kontaktspieß, ermöglicht aufgrund der beschriebenen Formgebung ein Eindringen in die 2
Leitungslitze ohne einen schlagartigen Kraftanstieg . Statt dessen ergibt sich ein kontinuierlicher Durchdringungsprozeß, in dessen Verlauf stellenweise die Adern der Leitungslitze nicht durchtrennt, sondern nur seitlich verschoben werden. Durch geeignete Wahl des Keilwinkels zwischen den beiden Kontaktflächen läßt sich ein Optimum hinsichtlich der Eindringkraft erreichen. Diese darf einerseits nicht zu hoch sein, um eine einfache Montierbarkeit zu gewährleisten, und muß andererseits aber groß genug sein, um eine ausreichende Kontakt- kraft zu bewirken. Der Übergangswiderstand zur Leitungslitze kann durch entsprechende Vergrößerung der Kontaktflächen reduziert werden. Relativ große Kontaktflächen sind bei höheren Strombelastungen erforderlich, z.B. bei Strömen von bis zu 35 A bei einem Kabelquerschnitt von 4 mm2, um einen ausrei- chend geringen Übergangswiderstand zu gewährleisten und dadurch die Aufheizung der Kontaktstelle niedrig zu halten.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ergibt sich, wenn die Schneidkante, abweichend vom üblicherweise paralle- len Verlauf des Firstes zu den horizontalen Auflagekanten der
Dachflächen, abgeschrägt ist. Abhängig vom Winkel der Abschrägung, ändert sich der Kraftaufwand, um durch Eindringen in die Leitungslitze die Kontaktierung zu erreichen.
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, zumindest für den Schneidbereich des Kontaktspiesses versilbertes Kupfer zu verwenden .
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform besteht, wenn zu dem Kontaktspieß eine Wirkverbindung zu einem Federelement vorgesehen ist, das die auf den Kontaktspieß wirkende Kontaktkraft bewirkt. Dadurch wird die Kontaktkraft nahezu konstant gehalten, auch wenn in Folge von Alterung ein Kriechen des Isolationsmaterials der Leitungslitze stattfindet. 3 Eine besonders einfache und zugleich kostengünstige Ausführung besteht, wenn das Federelement als Tellerfeder ausgeführt ist.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Federelement als elastische Klammer ausgeführt ist, die zwei Gehäuseteile bis auf einen Zwischenraum miteinander verbindet, wobei das Kontakt- system im Innenraum zwischen den Gehäuseteilen angeordnet ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
FIG 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemä- ßen Kontaktspiesses,
FIG 2, 3 zwei Seitenansichten des erfindungsgemäßen Kontaktspiesses gemäß FIG 1,
FIG 4 eine Ansicht eines gefedert gelagerten Kontaktsystems in einem Gehäuse, FIG 5 eine Ansicht eines durch eine elastische Klammer zusammengehaltenen Gehäuses mit einem Kontaktsystem,
FIG 6 eine Ansicht einer Anordnung mit einem speziellen Kontaktsystem zur elektrischen Verbindung zweier gegenüberliegend in getrennten Gehäuseteilen liegender Flachkabel und
FIG 7 eine Prinzipskizze zweier durch eine Schnallenverbindung verbundener Gehäuseteile.
In FIG 1 ist ein Kontaktspieß 1 mit einer messerähnlichen
Form perspektivisch dargestellt. Der Kontaktspieß 1 ist gekennzeichnet durch einen oberen Bereich mit einem rechteck- förmigen Querschnitt 2 und einer sich diesem anschließenden Spitze mit einem Schneidbereich. Der Schneidbereich 3 ist dachförmig ausgebildet, d.h. er weist zwei Kontaktflächen 4 auf, die wie zwei Dachflächen in einem First zusammenstoßen. 4 Dabei bilden die beiden Kontaktflächen 4 die dem Dachfirst entsprechende Schneidkante 5. Diese Schneidkante 5 ist gegenüber der rechteckförmigen Querschnittsfläche im oberen Bereich des Kontaktspiesses 1 abgeschrägt. Zugleich können auch die den Auflagekanten der Dachflächen entsprechenden Kanten 6 der Kontaktflächen 4 zu dem oberen Bereich des Kontaktspiesses 1 hin in gleicher Weise wie die Schneidkante 4 abgeschrägt zur Querschnittsfläche 7 verlaufen. Somit ergibt sich im unteren Bereich des Kontaktspiesses 1 eine aus der Schneidkante 5 und jeweils einer Seitenkante 8 einer Kontaktfläche 4 gebildete Spitze 9.
Zur Kontaktierung einer Leitungslitze 10 wird der Kontaktspieß 1 mittels einer Kontaktierungs- bzw. Eindringkraft über seine Spitze 9 zunächst in den Isoliermantel und dann zwischen die Einzeldrähte der Leitungslitze 10 eingeschoben. Dieser Vorgang wird durch entsprechende Ausbildung der Spitze 9 mit der anschließenden Schneidkante 5 ermöglicht, wobei das Eindringen des Kontaktspiesses 5 um so weniger Kraft erfor- dert, je kleiner der durch die Kontaktflächen 4 gebildete Keilwinkel α ist. Durch Variation des Keilwinkels α läßt sich die Kontaktkraft und folglich auch der Übergangswiderstand von den Kontaktflächen 4 zur Leitungslitze 10 beeinflussen. Um auch für größere Strombelastungen, z.B. für Nenn- ströme von 35 A bei einer Kabelquerschnittsfläche von 4 mm2 der Leitungslitze, einen ausreichend kleinen Übergangswider- stand zu erhalten, müssen die Kontaktflächen 4 entsprechend vergrößert werden. Die geeignete Wahl des Keilwinkels α sorgt für ein Optimum hinsichtlich der Eindringkraft. Diese darf nicht zu hoch sein, um eine einfache Montierbarkeit zu gewährleisten, muß aber andererseits groß genug sein, um eine ausreichende Kontaktkraft zu bewirken.
In FIG 2 und 3 sind zwei Seitenansichten des Kontaktspiesses 1 gemäß FIG 1 mit den bereits erläuterten Bezugsziffern dargestellt. 5 FIG 4 zeigt einen in einem Gehäuseoberteil 11 federnd gelagerten Doppelspieß 12 , der zur Kontaktierung und elektrischen Verbindung zweier in einem Gehäuseunterteil 13 gelagerter, hier nicht dargestellter, Flachkabel dient. Die Lagerung des Doppelspiesses 12 erfolgt hier unter Federbelastung von Tellerfedern 14. Diese sorgen für eine nahezu konstante Kontaktkraft, auch wenn mit der Alterung der Leitungslitze 10 ein Kriechen des Isolationsmaterials einhergeht. Somit wird dem ansonsten alterungsbedingten Nachlassen der Kontaktkraft ent- gegengewirkt. Dies wird auch bei einer Ausführungsform gemäß FIG 5 erreicht, bei der zwei Gehäuseteile 15 unter Zwischenlage einer nachgiebigen Schicht 16 durch federnde Klammern 17 zusammengehalten sind. In dem durch die beiden Gehäuseteile 15 gebildeten Innenraum liegt ein Flachkabel 18 und ein Kon- taktsystem der oben beschriebenen Form mit einem Kontaktspieß 19, der hier beispielhaft eine der Leitungsadern kontaktiert. Die Schicht 16 aus dem nachgiebigen Material ermöglicht die Beibehaltung der Kontaktkraft trotz des bereits erwähnten Alterungsprozesses des Flachkabels 18.
Zur Kontaktierung und elektrischen Verbindung der Leitungs- adern zweier Flachkabel ist besonders eine Anordnung gemäß FIG 6 geeignet, bei der die Kontaktspieße 20 jeweils endsei- tig mit einer Spitze in der bereits beschriebenen Form ausge- führt sind. Den Spitzen gegenüberliegend können die Flachkabel in zwei zueinander beweglichen Gehäuseteilen 21 eingelegt sein. Die Kraftübertragung auf die beiden Gehäuseteile 21 zur Kontaktierung der Kontaktspieße 20 kann z.B. mittels einer Schnallenverbindung erfolgen, wie sie prinzipiell in FIG 7 dargestellt ist.

Claims

Patentansprüche
1. Kontaktsystem zur abisolierfreien Kontaktierung von Leitungslitzen mit mindestens einem Kontaktspieß (1), dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktspieß (1) einen dachförmig ausgebildeten Schneidbereich mit zwei Kontaktflächen (4) aufweist, die zwei in einem First zusammentreffenden Dachflächen entsprechen und die in einer dem First entsprechenden Schneidkante (5) zusammenlaufen, die zusammen mit jeweils einer Kante (8) der Kontaktflächen (4) eine Spitze (9) bildet.
2. Kontaktsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidkante (5), abweichend vom üblicherweise parallelen Verlauf des Firstes zu den horizontalen Auflagekanten der Dachflächen, abgeschrägt ist.
3. Kontaktsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für den Schneidbereich (4,5,8) ver- silbertes Kupfer verwendet wird.
4. Kontaktsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem Kontaktspieß (1) eine Wirkverbindung zu einem Federelement (14) vorgesehen ist, das die Kontaktkraft auf den Kontaktspieß (1) bewirkt.
5. Kontaktsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement als Tellerfeder (14) ausgeführt ist.
6. Kontaktsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement als elastische Klammer (14) ausgeführt ist, die zwei Gehäuseteile (15) bis auf einen Zwischenraum miteinander verbindet, wobei das Kontaktsystem (1) im Innenraum zwischen den Gehäuseteilen (15) angeordnet ist.
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