WO2023118328A1 - Elektrischer federkontakt und steckeraufnahme und steckverbinder - Google Patents

Elektrischer federkontakt und steckeraufnahme und steckverbinder Download PDF

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WO2023118328A1
WO2023118328A1 PCT/EP2022/087284 EP2022087284W WO2023118328A1 WO 2023118328 A1 WO2023118328 A1 WO 2023118328A1 EP 2022087284 W EP2022087284 W EP 2022087284W WO 2023118328 A1 WO2023118328 A1 WO 2023118328A1
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contact
spring contact
spring
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PCT/EP2022/087284
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Günther Strasser
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ept Holding GmbH & Co. KG
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    • H01R24/00—Two-part coupling devices, or either of their cooperating parts, characterised by their overall structure
    • H01R24/60—Contacts spaced along planar side wall transverse to longitudinal axis of engagement
    • H01R24/62—Sliding engagements with one side only, e.g. modular jack coupling devices

Definitions

  • the invention relates to an electrical spring contact for an electrical connector according to the preamble of patent claim 1 and a plug receptacle with such spring contacts and a connector with such spring contacts.
  • Multi-row SMD connectors are also called array connectors and enable many contact pairs with the smallest space requirement. This requirement exists mainly in the so-called high-performance computing area and also in ever more powerful server applications.
  • array connectors are telecommunications and data servers, but industrial applications with high computing power requirements also require array connectors of this type. In the future, more and more array connectors of this type, which are also referred to and used as high-speed connectors, will also be required in the automotive sector.
  • a multi-row SMD connector is shown.
  • a plurality of paired opposing electrical spring contacts are secured at their respective bases in an insulative main body of a plug receptacle so that the respective upper free contact portions of the spring contacts can spring back when the mating plug is inserted.
  • each spring contact On an outer side remote from the inserted plug, hereinafter referred to as the support ridge, each spring contact has a convex curvature and thus engages or remains in abutment with the main body of the receptacle when the mating plug is inserted.
  • the invention is based on the object of creating a spring contact and a plug receptacle and a plug connector, the spring contact exhibiting optimal spring force behavior even if it is made of a material other than CuBe2.
  • the spring contact should have a high positional accuracy despite simple attachment to the plug receptacle in terms of production technology and assembly technology.
  • the claimed electrical elastic spring contact is designed to be fixed with its base in a (female) socket (receptacle).
  • the spring contact has a free contact section which can be clamped against a further electrical contact of a (male) plug (flight) and thus brought into electrically conductive contact.
  • the spring contact can be supported on the plug receptacle on a support back facing away from the further electrical contact.
  • the support back has a convex curvature when the spring contact is in a relaxed basic position. When a transverse force is introduced at the free contact section, the curvature decreases and forms a support area with the connector receptacle, which increases with the increasing transverse force and with intended deformation due to the reduced curvature.
  • an average shifts with the increasing transverse force and with intended deformation Support point of the support area in the direction of the free contact section along a displacement path.
  • a load lever that extends from the central support point to the free contact section becomes shorter, while a support lever that extends from the base to the central support point becomes longer to the same extent.
  • a counterforce at the base does not increase any further and lower requirements are placed on the dimensional accuracy and stability of the base.
  • lower demands are also placed on the dimensional accuracy and stability of the connector receptacle, for example on a holding area of a through-hole.
  • the relief according to the invention is improved if the displacement path extends over at least 1/4 or over at least 1/3 of a main section or even an entire length of the spring contact.
  • the support area and thus also the central support point are arranged on a main section of the spring contact that extends from the base to the free contact section, the length of the maximum extended support area corresponding to the length of the main section.
  • the length of the displacement path can be maximized and the relief according to the invention can be improved if the main section extends over at least one third or over at least half the total length of the spring contact.
  • the stress conditions in the spring contact according to the invention can be improved.
  • the spring contact is stamped from sheet metal and then bent, with the main section and the free contact section and the contact foot and preferably the base having a constant thickness apart from any press-in nubs that may be formed.
  • the main section or the entire spring contact is symmetrical.
  • the main portion has two edges which are monotonic and/or continuous towards each other in the direction from the base to the contact portion run up
  • the manufacturing technology of the spring contact is further simplified if at least one contact foot is formed on the base, which is set at an angle of approximately 90 degrees to the supporting back.
  • the contact foot can, for example, be angled at two points by 45 degrees each or be angled in some other way by two angles that add up to 90 degrees. This means that the spring contact can be mounted on a printed circuit board using the SMT process and electrically contacted.
  • a multiple bend between the foot and the base, each less than 90°, e.g. with two angles that add up to 90 degrees, is advantageous if the spring contact is made of high-strength material, as this then has to be bent less than with only a bend of 90°.
  • the contact foot can also be connected to the base via a rounding.
  • a first basic principle of the (female) connector receptacle (receptacle) according to the invention has a plurality of spring contacts as described above.
  • the connector receptacle has an electrically insulating main body on which a respective planar rolling surface (rolling wall) is formed adjacent to the supporting backs of the spring contacts, along which the respective displacement path extends.
  • a load lever that extends from the middle support point to the free contact section becomes shorter, while a support lever that extends from the holding area (clamping point) of the connector receptacle to the middle support point becomes longer to the same extent becomes. Therefore, the counterforce in the holding area does not increase any further and fewer measures for fixing the base in the holding area are required.
  • a second basic principle of the (female) connector receptacle (receptacle) according to the invention thus has a plurality of spring contacts.
  • the respective contact backs of the spring contacts are straight.
  • the connector receptacle has an electrically insulating main body on which a respective roll-off wall is formed adjacent to the supporting backs of the spring contacts, along which the respective displacement path extends, and which in each case has a convex curvature.
  • the free contact section when the free contact section is at maximum deflection, its main section extends along and preferably parallel to the rolling surface.
  • the plug receptacle has an even number of pairs of opposite spring contacts, with the supporting backs of the spring contacts of each pair facing each other.
  • the main body has a base, with a respective through-hole being formed between the base and the flat rolling surfaces, through which the respective spring contact extends.
  • the plug connector according to the invention has a plug receptacle as described above and a (male) plug.
  • the connector preferably has multiple rows. This creates what is known as an array connector, which has at least two double rows (a total of four rows) of spring contacts. At least one double row, preferably two double rows, or more than two double rows can therefore be provided.
  • the contact section is referred to in this document as a free contact section. Strictly speaking, however, it is only free on all sides if the associated further contact is not in contact with the spring contact according to the invention or if no plug is inserted into the plug receptacle. an embodiment of the invention is shown in the figures. Show it
  • FIG. 1 shows a perspective view of a plug receptacle according to the invention
  • FIG. 2 shows a cross section of part of the connector receptacle from FIG. 1 in a perspective representation
  • FIG. 3 shows a spring contact from FIG. 2 according to a first exemplary embodiment
  • FIG. 4 shows the spring contact from FIG. 3 when a transverse force is introduced
  • FIG. 5 shows a deflection transverse force diagram of the spring contact
  • FIG. 6 shows a cross section of the connector receptacle from FIG. 1 with two mounted spring contacts during the mounting of a third spring contact
  • FIG. 7 shows part of the plug receptacle according to the invention in a longitudinal section with the respective base and the respective contact foot of some spring contacts
  • FIG. 8 shows the connector receptacle from FIG. 1 with an inserted connector in a cross section
  • FIG. 9 shows a spring contact according to a second exemplary embodiment.
  • Figure 1 shows a connector receptacle 1 according to the invention in a perspective view. Its electrically insulating main body 3 is designed to accommodate a plug shown in Figure 8 and has two trough-like depressions, each with two opposite rows 2 of spring contacts 4.
  • FIG. 2 shows one of the two indentations of the connector receptacle 1 from FIG. 1 in a cross section.
  • the two rows 2 of spring contacts 4 are shown.
  • Each spring contact 4 has a base 6, a main section 8 and a free contact section 10.
  • the base 6 merges into a contact foot 11. In the exemplary embodiment shown, this is angled at 90 degrees to the base 6 .
  • the spring contacts 4 are made of sheet metal in a stamping and bending process, so that the main section 8 and the free contact section 10 and the contact base 11 have the same thickness.
  • Two press-in knobs 12 lying next to one another are formed on the base 6, of which only one press-in knob 12 is shown in FIG. Apart from the press-in knobs 12, the base 6 also has the aforementioned thickness.
  • the base 6 has the greatest width of the spring contact 4. Starting from the width of the base 6, the width of the main section 8 decreases steadily and monotonously in the direction of the free contact section 10 and then transitions into the contact section 10. The contact section 10 is thus narrower than the base 6 and than the main section 8.
  • the contact foot 11 is significantly narrower than the base 6.
  • the spring contact 4—including the two press-in knobs 12— is mirror-symmetrical.
  • the main body 3 of the connector receptacle 1 has a bottom 14 in which a through-hole is provided for each spring contact 4 .
  • Each through-hole has a holding area 16 adjacent to the contact base 11 and a widened area 18 adjacent to the main section 6.
  • the respective base 6 including the two press-in knobs 12 is clamped in the holding area 16.
  • FIGS. 3 and 4 each show the exemplary embodiment of the spring contact 4 according to the invention from FIG. 2, the base 6 being inserted into the main body 3 of the plug receptacle 1 and clamped there.
  • the main body 3 is shown in section and simplified.
  • For each spring contact 4 it has a flat rolling surface 20 formed on the side wall of the trough-like depression, which extends adjacent to the main section 8 of the spring contact 4 .
  • Figure 3 shows the spring contact 4 in a relaxed basic position.
  • the entire main section 8 curves away from the rolling surface 20.
  • FIG. 4 shows the spring contact 4 in a middle deflection of its free contact section 10 by the transverse force Q, which is introduced into the free contact section 10 by a further electrical contact of a plug.
  • the main section 8 only partially curves away from the rolling surface 20.
  • a central support point 22 of a support area 122 between the main section 8 and the rolling surface 20 is set along a displacement path at a position dependent on the transverse force Q.
  • a load lever L which extends from the central support point 22 to the height of the free contact section 10 becomes shorter
  • a support lever S which extends from of the central support point 22 to the holding area 16 (shown in FIG. 2) of the through-hole, becomes longer.
  • a counterforce X on the holding area 16 does not increase any further and, compared to the prior art, reduced requirements are placed on the dimensional accuracy and stability of the base 6 on the one hand and the holding area 16 on the other.
  • the spring contact 4 introduces a force into the rolling surface 20 via the support area 122, which force corresponds to the sum of the transverse force Q and the counterforce X (rocker principle).
  • Figure 4 shows the current displacement s, which has set due to the current transverse force Q.
  • Figure 5 shows a path-force diagram of the spring contact 4 from Figures 3 and 4.
  • the path-force diagram can be more precisely referred to as a deflection lateral force diagram, since the transverse force Q depends on the deflection of the (shown in previous figures) free contact section 10.
  • a progressive spring characteristic can be seen, which increases extremely towards the end of the deflection the rolling surface 20.
  • Figure 6 shows a cross section of the connector receptacle 1 from Figure 1 with two mounted spring contacts 4 and during the mounting of a third spring contact 4.
  • the mounting takes place (from below in Figure 6) by an insertion movement along a curved path, the curvature of which is approximately that of the main section 8 corresponds to the spring contact 4 in the relaxed state. Because of the curvature of the main section 8, the aforementioned widened area 18 is provided in the through-hole.
  • a groove is made in the rolling surface 20 (shown in FIGS. 3 and 4) of the main body 3 of the plug receptacle 1, through which an end section of the spring contact 4 can be passed during the insertion movement.
  • Only one groove wall 24 of the groove is shown in FIG. Figure 7 shows part of the main body 3 of the connector receptacle 1 according to the invention in a longitudinal section with the respective base 6 and the respective contact foot 11 and part of the main section 8 of four spring contacts 4. It is shown that each base 6 have two pairs of lateral press noses 26. One of the pairs (bottom in FIG. 7) is clamped together with the press-in knobs 12 in the holding area 16 of the through-hole. The other pair (in FIG. 7 at the top) is clamped in the expanded area 18 .
  • the base 6 with the pressing lugs 26 has the greatest width of the spring contact 4.
  • the width of the main section 8 decreases steadily and monotonously, starting from the width of the base 6 in the direction of the free contact section 10.
  • the contact foot 11 is significantly narrower than the base 6, its width is e.g. about 1/3 of the width of the base 6.
  • the spring contact 4 - including the four press lugs 26 - is mirror-symmetrical.
  • Figure 8 shows the plug receptacle 1 from Figure 1 with an inserted plug 28 in a cross section. Further contacts 30 are in contact with the free contact sections 10 of the spring contacts 4 and subject them to the respective transverse force Q shown in Figure 3, so that the Figure 3 shown position of the spring contacts 4 is present.
  • the contact feet 11 are attached to the surface of a printed circuit board 32 using SMT technology. The same applies to the contact feet of the other contacts 30.
  • Figure 9 shows a spring contact 104 according to a second embodiment. Apart from the contact foot 111 and its connection to the base 6, the second exemplary embodiment corresponds to that from FIG. 3. The second exemplary embodiment can thus be used in a main body 3 according to FIGS.
  • FIG. 9 shows the spring contact 104 in a relaxed basic position (according to FIG. 3).
  • the contact foot 111 of the second exemplary embodiment of the spring contact 104 is shorter than that of the spring contact 4 of the first exemplary embodiment, and it is connected to the base 6 by a double bend 113 of approximately 45° each. This is advantageous since the spring contact 104 is made of high-strength material and this has to be bent less than if it were only bent by 90°.
  • the spring contact 4; 104 is designed to be fixed in the connector receptacle 1 with its base 6 .
  • the spring contact 4; 104 has a free contact section 10 which can be clamped against a further electrical contact 30 of a plug 28 and thus brought into electrically conductive contact.
  • a supporting back of the spring contact 4; 104 has a convex curvature in a relaxed basic position. By introducing a transverse force Q on the free contact section 10 and with a specified deformation of the spring contact 4; 104 this curvature decreases.
  • a central support point 22 of a support area 122 is further displaced in the direction of the free contact section 10 along a displacement path.
  • a load lever L which extends from the middle support point 22 to the free contact section 10 becomes shorter, while a support lever S, which extends from the base 6 to the middle support point 22, becomes longer to the same extent.

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Abstract

Offenbart sind ein elektrischer Federkontakt (4, 104) und eine Steckeraufnahme (1 ) mit Federkontakten und ein Steckverbinder mit einer Steckeraufnahme. Der Federkontakt ist dazu ausgelegt, mit seiner Basis in der Steckeraufnahme (1 ) befestigt zu werden. Der Federkontakt hat einen freien Kontaktabschnitt (10), der gegen einen weiteren elektrischen Kontakt eines Steckers spannbar und somit in elektrisch leitende Anlage bringbar ist. Ein Abstützrücken des Federkontakts hat in einer entspannten Grundstellung eine konvexe Krümmung. Durch Einleitung einer Querkraft (Q) am freien Kontaktabschnitt und bei einer bestimmungsgemäßen Verformung des Federkontakts verringert sich diese Krümmung. Bei zunehmender Querkraft (Q) und bei der bestimmungsgemäßen zunehmenden Verformung verschiebt sich weiterhin eine mittlere Abstützstelle (22) eines Abstützbereiches (122) in Richtung zum freien Kontaktabschnitt (10) entlang eines Verschiebeweges. Damit wird bei zunehmender Querkraft ein Lasthebel der sich von der mittleren Abstützstelle (22) zum freien Kontaktabschnitt (10) erstreckt, kürzer, während in gleichem Maße ein Stützhebel (L), der sich von der Basis (6) zur mittleren Abstützstelle (22) erstreckt, länger wird.

Description

Elektrischer Federkontakt und Steckeraufnahme und Steckverbinder
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Federkontakt für einen elektrischen Steck- verbinder gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Steckeraufnahme mit derartigen Federkontakten und einen Steckverbinder mit derartigen Federkontakten.
Mehrreihige SMD-Steckverbinder werden auch Array-Steckverbinder genannt und ermöglichen viele Kontaktpaarungen bei kleinstem Platzbedarf. Dies Anforderung be- steht hauptsächlich im sogenannten High-Performance-Computing-Bereich und auch bei immer leistungsfähigeren Server-Anwendungen.
Die Hauptmärkte für Array-Steckverbinder sind Telekommunikation und Daten- Server, aber auch industrielle Anwendungen mit Anforderungen an hohe Rechen- leistung benötigen derartige Array-Steckverbinder. Auch im Automotive-Bereich werden in Zukunft immer mehr derartige Array-Steckverbinder benötigt, die auch als High- Speed-Steckverbinder bezeichnet und eingesetzt werden.
In der Druckschrift WO 2020/010245 A1 ist ein mehrreihiger SMD-Steckverbinder gezeigt. Zahlreiche paarweise einander gegenüberliegende elektrische Federkontakte sind mit ihrer jeweiligen Basis in einem isolierenden Hauptkörper einer Steckerauf- nahme befestigt, so dass die jeweiligen oberen freien Kontaktabschnitte der Feder- kontakte zurückfedem können, wenn der passende Stecker eingesetzt wird.
An einer vom eingesetzten Stecker abgewandten äußeren Seite, die im Folgenden als Abstützrücken bezeichnet wird, hat jeder Federkontakt eine konvexe Krümmung und gerät oder bleibt damit in Anlage am Hauptkörper der Steckeraufnahme, wenn der passende Stecker eingesetzt wird. Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, einen Federkontakt und eine Steckeraufnahme und einen Steckverbinder zu schaffen, wobei der Feder- kontakt optimales Federkraftverhalten zeigt, auch wenn er aus einem von CuBe2 ab- weichenden Material gefertigt ist. Dabei soll der Federkontakt trotz fertigungstechnisch und montagetechnisch einfacher Befestigung an der Steckeraufnahme eine hohe Positionsgenauigkeit aufweisen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Federkontakt mit den Merkmalen des Pa- tentanspruchs 1 und durch eine Steckeraufnahme mit den Merkmalen des Patentan- spruchs 12 und durch einen Steckverbinder mit den Merkmalen des Patentanspruchs 17.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Pa- tentansprüchen beschrieben.
Der beanspruchte elektrische elastische Federkontakt ist dazu ausgelegt, mit seiner Basis in einer (weiblichen) Steckeraufnahme (Receptacle) befestigt zu werden. Der Federkontakt hat einen freien Kontaktabschnitt, der gegen einen weiteren elektri- schen Kontakt eines (männlichen) Steckers (Flugs) spannbar und somit in elektrisch leitende Anlage bringbar ist. An einer vom weiteren elektrischen Kontakt abgewandten Abstützrücken ist der Federkontakt an der Steckeraufnahme abstützbar. Der Abstütz- rücken hat in einer entspannten Grundstellung des Federkontakts eine konvexe Krüm- mung. Bei einer Einleitung einer Querkraft am freien Kontaktabschnitt verringert sich die Krümmung und bildet einen Abstützbereich mit der Steckeraufnahme, der sich bei der zunehmenden Querkraft und bei bestimmungsgemäßer Verformung durch die ver- ringerte Krümmung vergrößert Erfindungsgemäß verschiebt sich bei der zunehmenden Querkraft und bei bestimmungsgemäßer Verformung eine mittlere Abstützstelle des Abstützbereichs in Richtung zum freien Kontaktabschnitt entlang eines Verschiebe- weges. Damit wird bei zunehmender Querkraft ein Lasthebel, der sich von der mittleren Abstützstelle zum freien Kontaktabschnitt erstreckt, kürzer, während in gleichem Maße ein Stützhebel, der sich von der Basis zur mittleren Abstützstelle erstreckt, länger wird. Deshalb erhöht sich eine Gegenkraft an der Basis nicht weiter und es sind geringere Anforderungen an die Maßhaltigkeit und Stabilität der Basis gestellt. Weiterhin sind auch geringere Anforderungen an die Maßhaltigkeit und Stabilität der Steckeraufnahme, z.B. an einen Haltebereich einer Durchgangsausnehmung gestellt.
Die erfindungsgemäße Entlastung wird verbessert, wenn sich der Verschiebeweg über mindestens 1/4 oder über mindestens 1/3 eines Hauptabschnitts oder sogar einer Gesamtlänge des Federkontaktes erstreckt.
Vorrichtungstechnisch und konstruktiv vorteilhaft ist es, wenn der Abstützbereich und damit auch die mittlere Abstützstelle an einem Hauptabschnitt des Federkontaktes angeordnet sind, der sich von der Basis zum freien Kontaktabschnitt erstreckt, wobei die Länge des maximal ausgedehnten Abstützbereichs der Länge des Hauptabschnitts entspricht.
Die Länge des Verschiebeweges lässt sich maximieren und die erfindungsge- mäße Entlastung lässt sich verbessern, wenn sich der Hauptabschnitt über mindestens ein Drittel oder über mindestens die Hälfte der Gesamtlänge des Federkontaktes er- streckt.
Wenn der Hauptabschnitt - bei einer Betrachtung von der Basis zum freien Kon- taktabschnitt - eine stetige und/oder monotone Verringerung seiner Querschnittsfläche aufweist, lassen sich die Spannungsverhältnisse im erfindungsgemäßen Federkontakt verbessern.
Fertigungstechnisch einfach ist es, wenn der Federkontakt aus einem Blech ge- stanzt und dann gebogen ist, womit der Hauptabschnitt und der freie Kontaktabschnitt und der Kontaktfuß und vorzugsweise die Basis abgesehen von gegebenenfalls ausge- bildeten Einpressnoppen eine konstante Dicke aulweisen.
Fertigungstechnisch einfach ist es, wenn der Hauptabschnitt oder der gesamte Federkontakt symmetrisch ist. Um die stetige und/oder monotone Verringerung der Querschnittsfläche im Falle des Blechs mit der konstanten Dicke zu erreichen, wird es bevorzugt, wenn der Haupt- abschnitt zwei Ränder hat, die in Richtung von der Basis zum Kontaktabschnitt mono- ton und/oder stetig aufeinander zulaufen.
Um nach einer Durchführung des freien Kontaktabschnitts und des Hauptab- schnitts durch die Durchgangsausnehmung eine sichere Fixierung der Basis in dem Haltebereich der Durchgangsausnehmung zu erreichen, wird es bevorzugt, wenn an der Basis zumindest eine Einpressnoppe gebildet isL
Die Fertigungstechnik des Federkontakts wird weiter vereinfacht, wenn an der Basis zumindest ein etwa 90 Grad zum Abstützrücken angestellter Kontaktfuß gebildet ist. Der Kontaktfuß kann z.B. an zwei Stellen jeweils um 45 Grad abgewinkelt sein oder auf andere Weise um zwei Winkel abgewinkelt sein, deren Summe 90 Grad ergibt. Da- mit lässt sich der Federkontakt im SMT-Verfahren an einer Leiterplatte montieren und elektrisch kontaktieren.
Eine mehrfache Abwinkelung zwischen dem Fuß und der Basis mit jeweils weniger als 90°, also z.B. mit zwei Winkeln, deren Summe 90 Grad ergibt, ist von Vorteil, wenn der Federkontakt aus hochfestem Material gefertigt ist, da dieses dann weniger stark gebogen werden muss als bei nur einer Abwinkelung von 90°.
Alternativ kann der Kontaktfuß auch über eine Verrundung mit der Basis verbun- den sein.
Ein erstes Grundprinzip der erfindungsgemäßen (weiblichen) Steckeraufnahme (Receptacle) hat mehrere vorbeschriebene Federkontakte. Die Steckeraufnahme hat einen elektrisch isolierenden Hauptkörper, an dem benachbart zu den Abstützrücken der Federkontakte eine jeweilige ebene Abrollfläche (Abrollwand) gebildet ist, entlang der sich der jeweilige Verschiebeweg erstreckt. Damit wird bei zunehmender Querkraft ein Lasthebel, der sich von der mittleren Abstützstelle zum freien Kontaktabschnitt erstreckt, kürzer, währen in gleichem Maße ein Stützhebel, der sich vom Haltebereich (Einspannpunkt) der Steckeraufnahme bis zur mittleren Abstützstelle erstreckt, länger wird. Deshalb erhöht sich die Gegenkraft in dem Haltebereich nicht weiter und es sind geringere Maßnahmen zur Fixierung der Basis im Haltebereich erforderlich.
Es ist gemäß einem zweiten Grundprinzip auch umgekehrt möglich, dass - im Gegensatz zu den vorbeschriebenen Federkontakten - die jeweiligen Kontaktrücken der Federkontakte gerade sind, und sich die jeweilige konvexe Krümmung an der jeweiligen Abrollwand im Hautkörper befindet.
Ein zweites Grundprinzip der erfindungsgemäßen (weiblichen) Steckeraufhahme (Receptacle) hat also mehrere Federkontakte. Die jeweiligen Kontaktrücken der Feder- kontakte sind gerade. Die Steckeraufnahme hat einen elektrisch isolierenden Haupt- körper, an dem benachbart zu den Abstützrücken der Federkontakte eine jeweilige Abrollwand gebildet ist, entlang der sich der jeweilige Verschiebeweg erstreckt, und die jeweils eine konvexe Krümmung aufweist. Auch beim zweiten Grundprinzip wird bei zunehmender Querkraft ein Lasthebel, der sich von der mittleren Abstützstelle zum freien Kontaktabschnitt erstreckt, kürzer, währen in gleichem Maße ein Stützhebel, der sich vom Haltebereich (Einspannpunkt) der Steckeraufhahme bis zur mittleren Abstütz- stelle erstreckt, länger wird. Deshalb erhöht sich die Gegenkraft in dem Haltebereich nicht weiter und es sind geringere Maßnahmen zur Fixierung der Basis im Haltebereich erforderlich. Das zweite Grundprinzip hat unter Umständen den ergänzenden Vorteil, dass die jeweiligen Krümmungen nicht an den jeweiligen Federkontakten gebogen werden müssen.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung erstreckt sich bei maximaler Auslenkung des freien Kontaktabschnitts sein Hauptabschnitt entlang und vorzugsweise parallel zur Abrollfläche.
Beim Stand der Technik gemäß der WO 2020/010245 A1 sind die benachbarten nebeneinander liegenden Federkontakte ungleich ausgebildet und wechselseitig be- stückt. Daraus ergeben sich in nachteiliger Weise ein erhöhter Bestückaufwand und größere Positionsabweichungen der Federkontakte. Daher sind bei einer besonders be- vorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Steckeraufnahme alle Federkontakte gleich. Wenn die Steckeraufnahme mehrreihig ist, ist ein Array-Steckverbinder mit mindestens zwei Doppelreihen (insgesamt vier Reihen) von Federkontakten gebildet
Es wird bevorzugt wenn die Steckeraufhahme eine gerade Anzahl von paarweise einander gegenüberliegenden Federkontakten hat wobei die Abstützrücken der Feder- kontakte jedes Paares einander zugewandt sind.
Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stecker- aufnahme hat der Hauptkörper einen Boden, wobei zwischen dem Boden und den ebenen Abrollflächen eine jeweilige Durchgangsausnehmung gebildet ist, durch die sich der jeweilige Federkontakt erstreckt.
Die Bestückung des Hauptkörpers mit den Federkontakten ist vereinfacht, wenn die Durchgangsausnehmungen jeweils den Haltebereich und einen demgegenüber erweiterten Bereich haben, die derart bemessen sind, dass der freie Kontaktabschnitt und der Hauptabschnitt des jeweiligen Federkontakts durchführbar sind. Die jeweilige Basis wird dann - vorzugsweise einschließlich seiner mindestens einen Einpressnoppe - in den Haltebereich eingespannt.
Der erfindungsgemäße Steckverbinder hat eine vorbeschriebene Steckerauf- nahme und einen (männlichen) Stecker (Plug). Vorzugsweise ist der Steckverbinder mehrreihig. Damit ist ein so genannter Array-Steckverbinder geschaffen, der mindes- tens zwei Doppelreihen (insgesamt vier Reihen) von Federkontakten aufweist. Es können also mindestens eine Doppelreihe, vorzugsweise zwei Doppelreihen, oder auch mehr als zwei Doppelreihen vorgesehen sein.
Der Kontaktabschnitt wird in dieser Schrift als freier Kontaktabschnitt bezeichnet Er ist aber genau genommen nur dann allseits frei, wenn der zugeordnete weitere Kontakt nicht am erfindungsgemäßen Federkontakt anliegt bzw. wenn kein Stecker in die Steckeraufhahme eingesetzt ist. ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren dargestellt. Es zeigen
Figur 1 eine erfindungsgemäße Steckeraufhahme in einer perspektivischen Dar- stellung,
Figur 2 einen Querschnitt eines Teils der Steckeraufnahme aus Figur 1 in einer perspektivischen Darstellung,
Figur 3 einen Federkontakt aus Figur 2 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
Figur 4 den Federkontakt aus Figur 3 bei Einleitung einer Querkraft,
Figur 5 ein Auslenkungs-Querkraft-Diagramm des Federkontakts,
Figur 6 einen Querschnitt der Steckeraufnahme aus Figur 1 mit zwei montierten Federkontakten während der Montage eines dritten Federkontaktes,
Figur 7 einen Teil des erfindungsgemäßen Steckeraufnahme in einem Längs- schnitt mit der jeweiligen Basis und dem jeweiligen Kontaktfuß von einigen Federkon- takten,
Figur 8 die Steckeraufhahme aus Figur 1 mit einem eingesetzten Stecker in einem Querschnitt, und
Figur 9 einen Federkontakt gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Steckeraufnahme 1 in einer perspektivischen Darstellung. Ihr elektrisch isolierender Hauptkörper 3 ist zur Aufnahme einer in Figur 8 gezeigten Steckers ausgebildet und hat dazu zwei trogartige Vertiefungen mit je zwei einander gegenüber liegenden Reihen 2 von Federkontakten 4.
Figur 2 zeigt eine der beiden Vertiefungen der Steckeraufnahme 1 aus Figur 1 in einem Querschnitt. Es sind die beiden Reihen 2 von Federkontakten 4 gezeigt. Jeder Federkontakt 4 hat einen Basis 6, einen Hauptabschnitt 8 und einen freien Kontaktab- schnitt 10. Die Basis 6 geht in einen Kontaktfuß 11 über. Dieser ist beim gezeigten Aus- führungsbeispiel 90 Grad zur Basis 6 abgewinkelt.
Die Federkontakte 4 sind aus Blech in einem Stanz-Biegeverfahren gefertigt, so dass der Hauptabschnitt 8 und der freie Kontaktabschnitt 10 und der Kontaktfuß 11 gleiche Dicke haben. An der Basis 6 sind zwei nebeneinander liegende Einpressnoppen 12 gebildet, von denen in Figur 2 nur eine Einpressnoppe 12 dargestellt ist. Die Basis 6 hat - abgesehen von den Einpressnoppen 12 - auch die oben genannte Dicke. Die Basis 6 hat die größte Breite des Federkontakts 4. Die Breite des Hauptab- schnitt 8 verringert sich ausgehend von der Breite der Basis 6 in Richtung zum freien Kontaktabschnitt 10 stetig und monoton und geht dann in den Kontaktabschnitt 10 über. Der Kontaktabschnitt 10 ist somit schmaler als die Basis 6 und als der Hauptabschnitt 8. Der Kontaktfuß 11 ist deutlich schmaler als der Basis 6. Der Federkontakt 4 - ein- schließlich der beiden Einpressnoppen 12 - ist spiegelsymmetrisch.
Der Hauptkörper 3 des Steckeraufnahme 1 hat einen Boden 14, in dem für jeden Federkontakt 4 eine Durchgangsausnehmung vorgesehen ist. Jede Durchgangsaus- nehmung hat einen zum Kontaktfuß 11 benachbarten Haltebereich 16 und einen zum Hauptabschnitt 6 benachbarten erweiterten Bereich 18. In dem Haltebereich 16 ist die jeweilige Basis 6 einschließlich der beiden Einpressnoppen 12 eingespannt.
Figuren 3 und 4 zeigen jeweils das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Federkontakts 4 aus Figur 2, wobei die Basis 6 in den Hauptkörper 3 der Steckerauf- nahme 1 eingesetzt und dort eingespannt ist. Der Hauptkörper 3 ist geschnitten und vereinfacht dargestellt. Er hat für jeden Federkontakt 4 eine an der Seitenwand der trog- artigen Vertiefung gebildete ebene Abrollfläche 20, die sich benachbart zum Hauptab- schnitt 8 des Federkontakts 4 erstreckt.
Figur 3 zeigt den Federkontakt 4 in einer entspannten Grundstellung. Dabei krümmt sich der gesamte Hauptabschnitt 8 weg von der Abrollfläche 20.
Figur 4 zeigt den Federkontakt 4 in einer mittleren Auslenkung seines freien Kon- taktabschnitts 10 durch die Querkraft Q, die durch einen weiteren elektrischen Kontakt eines Steckers in den freien Kontaktabschnitt 10 eingeleitet wird. Dabei krümmt sich der Hauptabschnitt 8 nur noch teilweise weg von der Abrollfläche 20. Eine mittlere Abstütz- stelle 22 eines Abstützbereiches 122 zwischen dem Hauptabschnitt 8 und der Abroll- fläche 20 stellt sich erfindungsgemäß entlang eines Verschiebeweges an einer von der Querkraft Q abhängigen Position ein. Damit wird bei zunehmender Querkraft Q ein Lasthebel L, der sich von der mittleren Abstützstelle 22 bis zur Höhe des freien Kontakt- abschnitt 10 erstreckt kürzer, während in gleichem Maße ein Stützhebel S, der sich von der mittleren Abstützstelle 22 zu dem (in Figur 2 gezeigten) Haltebereich 16 der Durch- gangsausnehmung erstreckt, länger wird. Deshalb erhöht sich eine Gegenkraft X am Haltebereich 16 nicht weiter und es sind gegenüber dem Stand der Technik verminderte Anforderungen an die Maßhaltigkeit und Stabilität einerseits der Basis 6 und anderer- seits des Haltebereichs 16 gestellt. Der Federkontakt 4 leitet über den Abstützbereich 122 eine Kraft in die Abrollfläche 20 ein, die der Summe der Querkraft Q und der Gegenkraft X entspricht (Wippenprinzip).
Figur 4 zeigt den aktuellen Verschiebeweg s, der sich auf Grund der aktuellen Querkraft Q eingestellt hat.
Figur 5 zeigt ein Weg-Kraft-Diagramm des Federkontakts 4 aus den Figuren 3 und 4. Das Weg-Kraft-Diagramm kann genauer als Auslenkungs-Querkraft-Diagramm be- zeichnet werden, da es die Querkraft Q in Abhängigkeit der Auslenkung des in den (vor- hergehenden Figuren gezeigten) freien Kontaktabschnitts 10 zeigt Es ist eine pro- gressive Federkennlinie zu erkennen, die gegen Ende der Auslenkung extrem ansteigt Diese Verhalten ergibt sich, wenn der Abstützbereich 122 maximal ausgedehnt ist, also bei einer Anlage des gesamten Hauptabschnitts 8 an der Abrollfläche 20.
Figur 6 zeigt einen Querschnitt der Steckeraufnahme 1 aus Figur 1 mit zwei montierten Federkontakten 4 und während der Montage eines dritten Federkontaktes 4. Die Montage erfolgt (in Figur 6 von unten) durch eine Einführbewegung entlang einer gekrümmten Bahn, deren Krümmung etwa derjenigen des Hauptabschnitts 8 im ent- spannten Zustand der Federkontaktes 4 entspricht. Wegen der Krümmung des Haupt- abschnitts 8 ist der bereits genannte erweiterte Bereich 18 in der Durchgangsaus- nehmung vorgesehen.
In der (in den Figuren 3 und 4 gezeigten) Abrollfläche 20 des Hauptkörpers 3 der Steckeraufhahme 1 ist eine Nut eingebracht, durch die ein Endabschnitt des Feder- kontaktes 4 bei der Einführbewegung hindurchgeführt werden kann. Von der Nut ist in Figur 6 nur eine Nutwand 24 dargestellt. Figur 7 zeigt einen Teil des Hautkörpers 3 des erfindungsgemäßen Steckerauf- nahme 1 in einem Längsschnitt mit der jeweiligen Basis 6 und dem jeweiligen Kontakt- fuß 11 und einem Teil des Hauptabschnitts 8 von vier Federkontakten 4. Es ist darge- stellt, dass jeder Basis 6 zwei Paare von seitlichen Pressnasen 26 haben. Eines der Paare (in Figur 7 unten) ist zusammen mit den Einpressnoppen 12 in den Haltebereich 16 der Durchgangsausnehmung eingespannt. Das andere Paar (in Figur 7 oben) ist in den erweiterten Bereich 18 eingespannt.
Die Basis 6 mit den Pressnasen 26 hat die größte Breite des Federkontakts 4. Die Breite des Hauptabschnitt 8 verringert sich ausgehend von der Breite der Basis 6 in Richtung zum freien Kontaktabschnitt 10 stetig und monoton. Der Kontaktfuß 11 ist deutlich schmaler als der Basis 6, seine Breite beträgt z.B. ca. 1/3 der Breite der Basis 6. Der Federkontakt 4 - einschließlich der vier Pressnasen 26 - ist spiegelsymmetrisch.
Figur 8 zeigt die Steckeraufnahme 1 aus Figur 1 mit einem eingesetzten Stecker 28 in einem Querschnitt Dabei liegen weitere Kontakte 30 an den freien Kontaktab- schnitten 10 der Federkontakte 4 an und beaufschlagen diese mit der jeweiligen in Figur 3 gezeigten Querkraft Q, so dass die in Figur 3 gezeigte Stellung der Federkon- takte 4 vorliegt.
Die Kontaktfüße 11 sind an der Oberfläche einer Leiterplatte 32 in SMT-Technik befestigt. Gleiches gilt für Kontaktfüße der weiteren Kontakte 30.
Figur 9 zeigt einen Federkontakt 104 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Das zweite Ausführungsbeispiel entspricht abgesehen vom Kontaktfuß 111 und dessen Anbindung an die Basis 6 demjenigen aus Figur 3. Das zweite Ausführungsbeispiel kann somit in einen Hauptkörper 3 gemäß den Figuren 1 und 8 eingesetzt werden und hat das in den Figuren 3 und 4 dargestellte erfindungsgemäße Verhalten. Figur 9 zeigt den Federkontakt 104 in einer entspannten Grundstellung (gemäß Figur 3).
Der Kontaktfuß 111 des zweiten Ausführungsbeispiels des Federkontaktes 104 ist kürzer als derjenige des Federkontaktes 4 des ersten Ausführungsbeispiels, und er ist durch eine zweifache Abwinkelung 113 von jeweils etwa 45° mit der Basis 6 verbunden. Das ist von Vorteil, da der Federkontakt 104 aus hochfestem Material gefertigt ist, und dieses weniger stark gebogen werden muss als bei nur einer Abwinkelung von 90°.
Offenbart sind ein elektrischer Federkontakt 4; 104 und eine Steckeraufhahme 1 mit Federkontakten 4 und ein Steckverbinder mit einer Steckeraufhahme 1. Der Feder- kontakt 4; 104 ist dazu ausgelegt, mit seiner Basis 6 in der Steckeraufhahme 1 befestigt zu werden. Der Federkontakt 4; 104 hat einen freien Kontaktabschnitt 10, der gegen einen weiteren elektrischen Kontakt 30 eines Steckers 28 spannbar und somit in elektri- sch leitende Anlage bringbar ist. Ein Abstützrücken des Federkontakts 4; 104 hat in einer entspannten Grundstellung eine konvexe Krümmung. Durch Einleitung einer Querkraft Q am freien Kontaktabschnitt 10 und bei einer bestimmungsgemäßen Verfor- mung des Federkontakts 4; 104 verringert sich diese Krümmung. Bei zunehmender Querkraft Q und bei der bestimmungsgemäßen zunehmenden Verformung verschiebt sich weiterhin eine mittlere Abstützstelle 22 eines Abstützbereiches 122 in Richtung zum freien Kontaktabschnitt 10 entlang eines Verschiebeweges. Damit wird bei zu- nehmender Querkraft Q ein Lasthebel L, der sich von der mittleren Abstützstelle 22 zum freien Kontaktabschnitt 10 erstreckt, kürzer, während in gleichem Maße ein Stützhebel S, der sich von der Basis 6 zur mittleren Abstützstelle 22 erstreckt, länger wird.
Bezugszeichenliste
1 Steckeraufnahme
2 Reihe
3 Hauptkörper
4 Federkontakt
6 Basis
8 Hauptabschnitt
10 freier Kontaktabschnitt
11 Kontaktfuß
12 Einpressnoppe
14 Boden
16 Haltebereich
18 erweiterter Bereich
20 Abrollfläche mittlere Abstützstelle
24 Nutwand
26 Pressnase
28 Stecker
30 weiterer Kontakt
32 Leiterplatte
104 Federkontakt
111 Kontaktfuß
113 zweifache / mehrfache Abwinkelung
122 Abstützbereich s aktueller Verschiebeweg
Q Querkraft
S Stützhebel
L Lasthebel
X Gegenkraft

Claims

Patentansprüche
1. Elektrischer Federkontakt für eine Steckeraufnahme (1), wobei der Federkontakt eine Basis (6) und einen freien Kontaktabschnitt (10) hat, und wobei der Feder- kontakt (4) einen Abstützrücken hat mit der der Federkontakt an der Steckerauf- nahme (1) abstützbar ist, wobei der Abstützrücken in einer entspannten Grund- stellung des Federkontakts eine konvexe Krümmung hat, wobei sich die Krüm- mung bei einer bestimmungsgemäßen Verformung des Federkontakts durch eine am freien Kontaktabschnitt (10) eingeleitete Querkraft (Q) verringert, wobei sich ein am Abstützrücken gebildeter Abstützbereich (122) vergrößert, dadurch ge- kennzeichnet, dass sich bei der Verformung eine mittlere Abstützstelle (22) des Abstützbereiches (122) in Richtung zum freien Kontaktabschnitt (10) entlang eines Verschiebeweges verschiebt.
2. Federkontakt nach Anspruch 1, wobei sich der Verschiebeweg über mindestens 1/4 oder über mindestens 1/3 eines Hauptabschnitts (8) des Federkontektes erstreckt der sich von der Basis (6) zum freien Kontaktabschnitt (10) erstreckt, oder wobei sich der Verschiebeweg über mindestens 1/4 oder über mindestens 1/3 einer Gesamtlänge des Federkontaktes erstreckt.
3. Federkontakt nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Abstützbereich (122) und die mittlere Abstützstelle (22) an einem Hauptabschnitt (8) des Federkontaktes angeordnet sind, der sich von der Basis (6) zum freien Kontaktabschnitt (10) erstreckt.
4. Federkontakt nach Anspruch 3, wobei die Länge des maximal ausgedehnten Abstützbereichs (122) der Länge des Hauptabschnitts (8) entspricht.
5. Federkontakt nach Anspruch 3 oder 4, wobei sich der Hauptabschnitt (8) über mindestens die Hälfte einer Gesamtlänge des Federkontaktes erstreckt.
6. Federkontakt nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei der Hauptabschnitt (8) bei einer Betrachtung von der Basis (6) zum freien Kontaktabschnitt (10) eine stetige und/oder monotone Verringerung seiner Querschnittsfläche aufweist.
7. Federkontakt nach einem der Ansprüche 3 bis 6, der aus einem Blech gestanzt und dann gebogen ist, womit zumindest der Hauptabschnitt (8) eine konstante Dicke aufweist.
8. Federkontakt nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei der Hauptabschnitt (8) zwei Ränder hat, die in Richtung vom Basis (6) zum freien Kontaktabschnitt (10) stetig und/oder monoton aufeinander zulaufen.
9. Federkontakt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an der Basis (6) zumindest eine Einpressnoppe (12) gebildet ist.
10. Federkontakt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an der Basis (6) zumindest ein Kontaktfuß (11 ; 111 ) gebildet ist.
11. Federkontakt nach Anspruch 10, wobei der Kontaktfuß (111 ) über eine mehrfache Abwinkelung (113) mit der Basis (6) verbunden ist.
12. Steckeraufhahme mit mehreren Federkontakten (4; 104) nach einem der vorher- gehenden Ansprüche, wobei die Steckeraufnahme (1) einen elektrisch isolieren- den Hauptkörper (3) hat, an dem benachbart zu den Abstützrücken der Federkon- takte (4; 104) eine jeweilige ebene Abrollfläche (20) gebildet ist, entlang sich der Verschiebeweg erstreckt.
13. Steckeraufnahme nach Anspruch 12, wobei sich bei maximaler Auslenkung des freien Kontaktabschnitts (10) der Hauptabschnitt (8) entlang und vorzugsweise parallel zur Abrollfläche (20) erstreckt.
14. Steckeraufhahme nach Anspruch 12 oder 13, wobei alle Federkontakte (4; 104) gleich sind.
15. Steckeraufhahme nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei deren Hauptkörper (3) einen Boden (14) hat, und wobei zwischen dem Boden (14) und den Abroll- flächen (20) eine jeweilige Durchgangsausnehmung gebildet ist, durch die sich der jeweilige Federkontekt (4; 104) erstreckt.
16. Steckeraufhahme nach Anspruch 15, wobei die Durchgangsausnehmungen je- weils einen Haltebereich (16) und einen demgegenüber erweiterten Bereich (18) haben, die derart bemessen sind, dass der freie Kontaktabschnitt (10) und der Hauptabschnitt (8) des jeweiligen Federkontakts (4; 104) durchführbar sind, und wobei die jeweilige Basis (6) vorzugsweise einschließlich ihrer mindestens einen Einpressnoppe (12) in den Haltebereich (16) einspannbar ist.
17. Steckverbinder mit einer Steckeraufhahme (1) gemäß einem der Ansprüche 12 bis 16 und mit einem Stecker (28), wobei der Steckverbinder mehrreihig ist.
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CN102957010A (zh) * 2011-08-18 2013-03-06 泰科电子(上海)有限公司 卡缘连接器
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