TECHNISCHES GEBIET
[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der elektrischen Kontakte.
Sie betrifft ein Kontaktelement zum elektrischen Verbinden zweier Kontaktstücke, die
sich mit Kontaktflächen gegenüberliegen, welches Kontaktelement sich entlang einer
Längsachse erstreckt und eine Mehrzahl von im wesentlichen parallel zueinander und
quer zur Längsachse angeordneten Kontaktstegen umfasst, welche Kontaktstege an ihren
Enden in einer Grundfläche untereinander verbunden sind und in der Mitte um eine Höhe
aus der Grundfläche herausragen.
[0002] Ein solches Kontaktelement, ist z.B. aus der EP-A2-0 202 564 bekannt, wobei das dort
offenbarte Element aufgrund der verwendeten Geometrie nur zur Ueberbrückung von Toleranzen
zwischen den Kontaktstücken geeignet ist, die im Bereich von Zehntelmillimetern liegen.
STAND DER TECHNIK
[0003] In der Elektrotechnik gibt es eine Vielzahl von Anwendungsfällen, in denen zwei Kontaktflächen,
die eben oder gekrümmt sein können und voneinander beabstandet sind, durch den Einsatz
von federnd ausgebildeten Kontaktelementen miteinander in Kontakt gebracht werden.
Häufig müssen über derartige elektrische Kontakte hohe Ströme übertragen werden.
[0004] Der Abstand der Kontaktflächen zweier Kontaktstücke, insbesondere von Hochstromkontakten
elektrischer Verteil- oder Schaltanlagen sowie anderer elektrischer Einrichtungen,
kann aufgrund von Fertigungstoleranzen und/oder vorhandener Form- und Lageabweichung
stark variieren. Ein ideales elektrisches Kontaktelement muss daher bei minimalem
Platzbedarf, d.h. geringstem Verlust an leitendem Querschnitt der Kontaktstücke und
geringster Einbaubreite des Kontaktelementes, einen möglichst grossen Toleranzbereich,
resultierend aus den o.g. Ungenauigkeiten und Verschiebungen, überbrücken.
[0005] Gleichzeitig ist die Uebertragung der in der Praxis auftretenden elektrischen Ströme
sowohl im Normalbetrieb wie auch im Fehlerfall (Kurzschluss) unter Berücksichtigung
der o.g. maximal auftretenden Toleranz- und Lageabweichungen sicherzustellen. Eine
kostengünstige Herstellbarkeit und eine einfache Montage des Kontaktelementes sowie
geringer Bearbeitungsaufwand an den Kontaktstücken müssen selbstverständlich ebenfalls
gewährleistet sein.
[0006] Bekannt sind bereits verschiedene Kontaktelemente, welche die o.g. Forderungen zumindest
teilweise und mit unterschiedlicher Gewichtung erfüllen. Eine Reihe dieser bekannten
Kontaktelemente basiert auf stanztechnisch hergestellten Federelementen. So ist z.B.
aus der DE-OS-1 665 132 ein Kontaktelement bekannt, das zwei zueinander parallele,
gerade Randstreifen aufweist, zwischen denen durch Schlitze voneinander getrennte
Kontaktstege verlaufen. Die beiden Ränder der Kontaktstege sind jeweils im Bereich
des Mittelabschnitts spiegelbildlich zueinander bogenförmig ausgebildet. Die Kontaktstege
sind um ihre Längsachse aus der Elementebene heraus verdreht, so dass die bogenförmigen
Ränder den Kontakt zu den angrenzenden Kontaktflächen der Kontaktstücke vermitteln.
Der maximal überbrückbare Abstand (die Toleranzüberbrückung) zwischen den Kontaktflächen
hängt dabei massgeblich von der Breite der Kontaktstege ab. Um je Längeneinheit des
Kontaktelementes eine für die Stromübertragung ausreichende Zahl von Kontaktstegen
unterzubringen, ist bei vorgegebener Breite des Kontaktelementes insgesamt die Breite
der Kontaktstege beschränkt, was zu einer entsprechenden Beschränkung der resultierenden
Toleranzüberbrückung führt.
[0007] Durch Vergrösserung des Rasters, d.h. Vergrösserung des Abstandes von Kontaktstegmitte
zu Kontaktstegmitte, kann die Kontaktstegbreite und damit die Toleranzüberbrückung
erhöht werden. Damit geht jedoch eine Verringerung der Zahl der Kontaktstege je Längeneinheit
einher und setzt eine Verbreiterung des Kontaktelementes selbst voraus. Eine Erhöhung
der Zahl der Kontaktstege je Längeneinheit bei gleichbleibender Toleranzüberbrückung
ist jedoch möglich, wenn gemäss der DE-OS-2 243 034 die Randstreifen wellenförmig
gerafft werden, so dass sich die Kontaktstege teilweise überlappen. Die Herstellung
derartiger Kontaktelemente ist jedoch aufwendig. Darüber hinaus können die gerafften
Randstreifen mechanische Schwachstellen darstellen.
[0008] Eine weitere bekannte konstruktive Lösung ist in der EP-A1-0 520 950 beschrieben.
Durch das Ineinandergreifen der oberen und unteren Begrenzungslinie eines Kontaktsteges
im Bereich des Mitttelabschnitts lässt sich bei verringertem Rastermass und mässiger
Kontaktelementbreite eine Vergrösserung der effektiven Kontaktstegbreite und damit
eine grössere Toleranzüberbrückung erzielen.
[0009] Alle die o.g. Lösungsvorschläge sind unter Berücksichtigung der beiden Hauptforderungen,
nämlich dem minimalen Einbauraum und der ausreichenden Stromübertragung, nicht in
der Lage, die in der Praxis gewünschte grosse Toleranzüberbrückung im Millimeterbereich
sicherzustellen. Sie erfordern daher eine passgenaue Vorbereitung beziehungsweise
Nacharbeit der Kontaktstücke. Weiterhin sind zum Einbau aller o.g. und auf stanztechnischem
Wege hergestellten Kontaktelemente fertigungstechnisch aufwendig herzustellende Einstiche
nötig (siehe z.B. die Fig. 1 und 2 in der DE-OS-1 665 132 oder die Fig. 1 und 2 der
EP-A1-0 520 290) oder bei grösseren Abmessungen Zusatzelemente zum Fixieren des Kontaktelementes
im Einstich vorzusehen.
[0010] Weitere technische Lösungen beruhen auf in Form von Schraubenfedern aus Draht hergestellten
elektrischen Kontaktelementen. So beschreibt beispielsweise die GB-PS-1 542 102 ein
derartiges Kontaktelement für den Einsatz in rund oder flach geformten Kontaktstücken.
In der DD-A1-244 438 werden für diese Kontaktelemente zusätzlich Lagestabilisatoren
vorgeschlagen. Auch in den Druckschriften EP-A1-0 314 229 und EP-A1-0 573 690 werden
für zylindrische Kontaktstücke Kontaktelemente in Form von Drahtspiralen offenbart.
Die Vorteile dieser Gruppe von Kontaktelementen liegen in der grossen Toleranzüberbrückung
bei ausreichend grosser Zahl von Kontaktstegen je Längeneinheit.
[0011] Die Hauptforderung, nämlich eine grosse Toleranzüberbrückung bei ausreichender Stromübertragbarkeit,
lässt sich durch die auf dem Prinzip der Schraubenfeder beruhenden Kontaktelemente
wohl sicherstellen. Jedoch ist insbesondere der mit diesen Lösungsvorschlägen verbundene
grosse Verlust an leitendem Querschnitt der Kontaktstücke zu beachten. Unabdingbare
Voraussetzung zum Einsatz dieser Kontaktelemente ist deshalb das Vorhandensein eines
ausreichend grossen Einbauraumes, der die flaschenhalsähnliche Querschnittsverengung
ausgleicht. Das erfordert einen gegenüber dem zur Stromübertragung nötigen leitenden
Querschnitt eine deutliche Vergrösserung der Abmessungen der Kontaktstücke, was für
einen der vorgesehenen Einsatzbereiche des Kontaktelementes, nämlich in Schaltanlagen,
aufgrund von isolationstechnischen Grenzbedingungen nicht ohne weiteres möglich ist.
[0012] Aus der eingangs genannten EP-A2-0 202 564 schliesslich ist ein Kontaktelement bekannt
(siehe insbesondere die dortigen Figuren 1, 6 und 6), bei dem die parallel angeordneten
Kontaktstege nicht um ihre Längsachse verdreht sind, sondern bogenförmig aus der Grundfläche
herausgebogen werden. Die eine Kontaktfläche wird dabei durch die gekrümmten Mittelbereiche
der Kontaktstege kontaktiert, die andere Kontaktfläche durch die Stegbrücken, welche
die Enden der Kontaktstege untereinander verbinden. Aufgrund der gleichmässigen Krümmung
ergibt sich bei den Kontaktstegen dieser bekannten Kontaktelemente unter Druck eine
Verformung, die einerseits keinen ausreichenden Federweg zulässt und andererseits
im Mittelbereich der Stege keine eindeutigen Kontaktstellen definiert.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
[0013] Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Kontaktelement für die Uebertragung hoher
elektrischer Ströme zu schaffen, welches es bei geringem Platzbedarf und geringer
Einbaubreite erlaubt, einen möglichst grossen Toleranzbereich zwischen den zu verbindenden
Kontaktstücken zu überbrücken.
[0014] Die Aufgabe wird bei einem Kontaktelement der eingangs genannten Art dadurch gelöst,
dass die Kontaktstege im wesentlichen V-förmig gebogen sind, wobei jeder der Kontaktstege
in zwei im wesentlichen gleich lange, gerade Schenkel unterteilt ist, welche einen
Biegewinkel kleiner 180° miteinander bilden, und wobei der elektrische Kontakt zu
der einen Kontaktfläche im Biegebereich der Kontaktstege hergestellt wird. Durch die
V-förmige Biegung wird eine eindeutig definierte Kontaktstelle erzielt. Die geraden
Schenkel bilden Federelemente, die hinsichtlich der Federeigenschaften und insbesondere
des Federweges, und der Stromübertragbarkeit eindeutig optimiert werden können.
[0015] Eine erste bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen Kontaktelementes zeichnet
sich dadurch aus, dass die Kontaktstege als Blechstreifen ausgebildet sind, und dass
die Kontaktstege im Biegebereich eine maximale Stegbreite aufweisen, und dass die
Schenkel jeweils eine zu ihrer Mitte hin zunehmende Verjüngung aufweisen, deren minimale
Stegbreite kleiner ist als die maximale Stegbreite. Durch die geeignete Wahl des Verhältnisses
der Schenkellänge zur minimalen Stegbreite und der Dicke der Blechstreifen kann der
Federbereich und die Stromübertragbarkeit sowohl in weitem Rahmen variiert, als auch
an spezifische Einsatzforderungen leicht angepasst werden.
[0016] Eine zweite Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass in die
Kontaktstege im Biegebereich eine zur Biegung entgegengesetzt orientierte Einwölbung
eingeformt ist, und dass die Kontaktstege im Bereich der Einwölbung eine weitere Verjüngung
aufweisen. Hierdurch kann die Zahl der Kontaktstellen auf definierte Weise erweitert
werden, ohne dass sich die Federeigenschaften des Kontaktelementes wesentlich verändern.
[0017] Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind in den Verbindungsbereichen der
Kontaktstege parallel zur Längsachse verlaufende Randsicken eingeformt, welche vorzugsweise
zur V-förmigen Biegung der Kontaktstege entgegengesetzt orientiert sind. Hierdurch
wird sichergestellt, dass sich für endlich lange Kontaktelemente, die an ihren Enden
nicht verbunden sind, ein Einbau in gerade Einstiche ohne zusätzliche Befestigungselemente
ergibt. Zusätzlich bilden sich einfache, entlang der Längsachse eines Kontaktelementes
zumindest abschnittsweise bestehende Linienkontakte aus.
[0018] Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktstege
paarweise auf abwechselnden Seiten mittels einzelner, parallel zur Längsachse verlaufender
Stegbrücken untereinander verbunden sind. Durch das wechselseitige Verbinden bzw.
die wechselseitigen Freischnitte zwischen den Kontaktstegen erhält das Kontaktelement
eine Federeigenschaft in Richtung seiner Längsachse. Diese Federeigenschaft kann ausgenutzt
werden, um durch Verbinden der Endstege (Verketten) eines endlich langen Kontaktelementes
ein selbsthaltendes Element für beliebig geformte Buchsen oder Stecker zu erzeugen.
[0019] Eine weitere bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass dass die
gebogenen Kontaktstege jeweils um einen mittleren Neigungswinkel kleiner 90° aus der
Grundfläche heraus geneigt sind und dass die Kontaktstege paarweise auf abwechselnden
Seiten mittels einzelner Steggelenke untereinander verbunden sind, wobei entweder
die Kontaktstege und die Steggelenke aus einem Draht bestehen und das Kontaktelement
aus einem gestreckten Draht durch Freiformbiegen hergestellt ist, oder die jeweils
aus einem Blechstreifen bestehen, und das Kontaktelement aus einem streifenförmigen
Bandmaterial durch Stanz- und Biegeoperationen hergestellt ist.
[0020] Ein solches Kontaktelement ist einfach im Aufbau und leicht durch herzustellen, und
lässt sich im verketteten Zustand flexibel an die unterschiedlichsten Anwendungsfälle
anpassen.
[0021] Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN
[0022] Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit
der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen
- Fig. 1
- ein erstes Ausführungsbeispiel für ein Kontaktelement nach der Erfindung aus Blechstreifen
mit einfacher Kopfkontaktstelle und durchgehenden Stegbrücken in der Seitenansicht
in Längsachsenrichtung (a) und in der Draufsicht (b);
- Fig. 2
- das Kontaktelement nach Fig. 1 in der Seitenansicht quer zur Längsachse;
- Fig. 3
- ein zweites Ausführungsbeispiel für ein Kontaktelement nach der Erfindung aus Blechstreifen
mit zweifacher Kopfkontaktstelle und durchgehenden Stegbrücken in der Seitenansicht
in Längsachsenrichtung (a) und in der Draufsicht (b);
- Fig. 4
- ein drittes Ausführungsbeispiel für ein Kontaktelement nach der Erfindung aus Blechstreifen
mit einfacher Kopfkontaktstelle und paarweise wechselnden Stegbrücken in der Seitenansicht
in Längsachsenrichtung (a) und in der Draufsicht (b);
- Fig. 5
- das Kontaktelement nach Fig. 4 in der Seitenansicht quer zur Längsachse;
- Fig. 6
- ein viertes Ausführungsbeispiel für ein Kontaktelement nach der Erfindung aus Blechstreifen
mit doppelter Kopfkontaktstelle und paarweise wechselnden Stegbrücken in der Seitenansicht
in Längsachsenrichtung (a) und in der Draufsicht (b);
- Fig. 7
- ein fünftes Ausführungsbeispiel für ein Kontaktelement nach der Erfindung aus Draht
mit einfacher Kopfkontaktstelle in der Seitenansicht in Längsachsenrichtung (a) und
in der Draufsicht (b);
- Fig. 8
- ein sechstes Ausführungsbeispiel für ein Kontaktelement nach der Erfindung aus Draht
mit doppelter Kopfkontaktstelle in der Seitenansicht in Längsachsenrichtung (a) und
in der Draufsicht (b); und
- Fig. 9
- das Kontaktelement nach Fig. 8 in der Seitenansicht quer zur Längsachse.
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
[0023] Die nachfolgend näher beschriebenen Ausführungsbeispiele des erfindungsgemässen Kontaktelementes
lassen sich in drei Grundformen A1, A2 und A3 unterteilen. Die Grundformen A1 (Fig.
1-3) und A2 (Fig. 4-6) sind aus einem Blechstreifen durch einfache Stanzbiegeoperationen
herstellbar, die Grundform A3 (Fig. 7-9) aus einem Draht durch kostengünstiges Freiformbiegen.
Der grosse Federbereich bei kleinstmöglichem Einbauraum des Kontaktelementes in den
Grundformen A1 und A2 resultiert aus den optimierten geometrischen Abmessungen der
Kontaktstege, der des Kontaktelementes in der Grundform A3 aus den optimierten Torsionsbiegegelenken,
welche sich durch die gleichzeitige Neigung der Kontaktstege relativ zur Grundfläche
ergeben.
[0024] Durch das optimierte Rastermass im Bezug auf die Kontaktelementbreite eignet sich
das Kontaktelement in den Grundformen A1 bis A3 insbesondere zum Einsatz als Hochstromkontakt.
Das Kontaktelement in der Grundform A1 besitzt offene Enden. Durch die beidseitig
in die Randstreifen (Stegbrücken) eingeprägten Randsicken, welche die Fusskontaktstellen
bilden, ist es auch für grosse Buchen- und Steckerdurchmesser ohne zusätzliche Halteelemente
in kostensparende gerade Einstiche (d.h. ohne Schwalbenschwanzführung) einsetzbar.
[0025] In der verketteten Form, d.h. mit Verbindung der beiden Enden zu einem ringförmig
geschlossenen Element, ist das Kontaktelement der Grundformen A2 und A3 in sich drehbar
und kann ohne zeitaufwendiges Vorrollen oder Nacharbeit sowohl in Buchsen als auch
auf Steckern eingesetzt werden. Ebenso macht der verkettete Zustand des Kontaktelementes
in den Grundformen A2 und A3 die Fertigung von zeit- und kostensparenden geraden Einstichen
bei den Kontaktstücken möglich. Weiterhin können bei den verketteten Elementen aufgrund
der Federeigenschaften in Längsachsenrichtung die bei grossen Buchsen- und Steckerdurchmessern
sonst üblichen, zusätzlichen Halteelemente zur Fixierung entfallen. Desgleichen gestattet
die Elastizität in Längsrichtung den Einsatz über einen variierenden Durchmesserbereich
bei Buchsen und Steckern.
[0026] In den Fig. 1 bis 3 sind zwei Ausführungsbeispiele für die o.g. Grundform A1 dargestellt.
Fig. 1 zeigt ein Kontaktelement 100, welches in einem Folgeschnittwerkzeug durch Stanz-
und Biegeoperationen aus einem streifenförmigen Bandmaterial hergestellt ist. Das
sich entlang einer Längsachse 110 erstreckende Kontaktelement 100 umfasst eine Vielzahl
von parallel zueinander und quer zur Längsachse 110 in einem Rastermass f angeordneten
Kontaktstegen 105 der Stegdicke c, die an ihren beiden Enden untereinander jeweils
über eine durchgehende Stegbrücke 104 bzw. 106 mit der Stegbrückenbreite k (Fig. 1(b))verbunden
sind. Die Kontaktstege 105 sind mit einem Radius R3 V-förmig gebogen (Fig. 1(a)).
Jeder Kontaktsteg 105 wird dadurch in zwei gleich lange, gerade Schenkel 107 bzw.
112 unterteilt, die zwischen dem Biegebereich und der jeweiligen Stegbrücke 106 bzw.
104 verlaufen. Aufgrund der Biegung schliessen die beiden Schenkel 107, 112 einen
Biegewinkel α miteinander ein, der kleiner als 180° ist. Der Biegebereich ragt senkrecht
aus der Grundfläche 6 heraus, so dass das Kontaktelement 100 bei einer Kontaktelementbreite
i eine zur Toleranzüberbrückung einsetzbare Kontaktelementhöhe j aufweist.
[0027] Wenn das Kontaktelement 100 zwischen den gegenüberliegenden Kontaktflächen 2, 3 zweier
Kontaktstücke 1, 4 in einen entsprechenden Einstich 5 eingesetzt ist (Fig. 1(a)),
bildet der Biegebereich eine Kopfkontaktstelle 101 mit linienförmigem Kontaktbereich
113 (Fig. 2) mit der einen Kontaktfläche 2, während die Stegbrücken 104, 106 mit der
anderen Kontaktfläche 3 (im Einstich 5) Fusskontaktstellen 102, 103 mit linienförmigen
Kontaktbereichen 114 (Fig. 2) bilden. Im Bereich der Stegbrücken 104, 106 sind in
Richtung der Längsachse 110 verlaufende Randsicken 115, 116 mit dem Radius R2 und
der Fusshöhe h eingeprägt oder eingeformt.
[0028] Die Kontaktstege 105 weisen im Biegebereich eine maximale Stegbreite e auf. Die Schenkel
107, 112 haben bei einer Schenkellänge b jeweils eine zu ihrer Mitte hin zunehmende
Verjüngung 109, 111, deren minimale Stegbreite a kleiner ist als die maximale Stegbreite
e. Im Biegebereich der Kontaktstege 105 sind zusätzlich in Stegrichtung verlaufende
Prägungen 108 mit dem Radius R4 (Fig. 2) eingebracht. Diese ermöglichen den Einsatz
des Kontaktelementes 100 in beliebigen Winkel zur Kontaktelement-Längsachse 110 und
vermindern die Rifenbildung beim Einsatz senkrecht dazu.
[0029] Die Eigenschaften des Kontaktelementes 100 lassen sich wie folgt zusammenfassen:
- die Kontaktstege 105 des Kontaktelementes 100 basieren auf dem Blattfederprinzip und
arbeiten damit als ideale Biegefeder;
- der grosse Federweg (Millimeterbereich) der Kontaktstege 105 resultiert aus der gezielten
Verjüngung 109, 111 der beidseitigen Schenkel 107, 112, welche Verjüngung durch die
minimale Stegbreite a, die Schenkellänge b und den Radius R1 der Verjüngung (Fig.
1(b)) beschrieben werden kann;
- durch die geeignete Wahl des Verhältnisses der Schenkellänge zur minimalen Stegbreite,
b/a, und der Stegdicke c kann der Federbereich und die Stromübertragbarkeit in weitem
Rahmen variiert werden;
- jeder Kontaktsteg 105 besitzt zwei Fusskontaktstellen 102, 103 und eine Kopfkontaktstelle
101;
- der Radius R2 (Fig. 1(a)) stellt in Verbindung mit den um die Fusshöhe h sickenartig
herausgebogenen Fusskontaktstellen 102, 103 jeweils einen linienförmigen Kontaktbereich
114 entlang des gesamten Kontaktelementes sicher, die variable Tiefe und Breite der
Randsicken 115, 116 bestimmen dabei die Einsatzmöglichkeiten;
- für die Kopfkontaktstelle 101 ergibt sich infolge des Radius R3 und der maximalen
Stegbreite e und der im Biegewinkel α < 180° zueinander gebogenen Schenkel 107, 112
ebenfalls ein linienförmiger Kontaktbereich 114 (Fig. 2);
- das Rastermass f definiert die Zahl der Kontaktstege 105 je Längeneinheit des Kontaktelementes
100; es ist entsprechend den Einflussgrössen maximale Stegbreite e, Schnittbreite
g zwischen den Kontaktstegen 105 (Fig. 1(b)) und Stegdicke c kleinstmöglich gewählt;
- die Kontaktelementbreite i und die Kontaktelementhöhe j sind durch Wahl der Schenkellänge
b und des Biegewinkels α variabel einstellbar;
- der Radius R4 (Fig. 2), mit dem die Kontaktstege 105 seitlich abgerundet sind, ermöglicht
den Einsatz des Kontaktelementes 100 in beliebigen Winkeln zur Längsachse 110 und
vermindert die Riefenbildung beim Einsatz senkrecht dazu;
- die Stegbrückenbreite k wird durch die variablen Rundungsradien R5 und R6 und die
Einschnitttiefe 1 (Fig. 1(b)) festgelegt.
[0030] Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Grundform A1 (mit denselben o.g. Eigenschaften)
ist in Fig. 3 wiedergegeben. Das dortige Kontaktelement 300 mit der Längsachse 310
hat im wesentlichen dieselbe Konfiguration wie das Kontaktelement 100 aus Fig. 1 und
umfasst durch Stegbrücken 304 und 306 verbundene Kontaktstege 305 mit Schenkeln 307
und 312, die im Mittelbereich Verjüngungen 309 und 311 aufweisen. Im Bereich der Stegbrücken
304, 306 sind Randsicken 315 bzw. 316 eingeformt, die Fusskontaktstellen 302 bzw.
303 bilden. Desgleichen sind Prägungen 308 im Biegebereich vorgesehen.
[0031] Im Unterschied zur Fig. 1 ist beim Kontaktelement 300 im Biegebereich der Kontaktstege
305 eine zur Biegung entgegengesetzt orientierte Einwölbung 314 eingeformt, so dass
sich an der oberen Kontaktfläche 2 zwei Kopfkontaktstellen 301a und 301b ergeben.
Die Kontaktstege 305 weisen im Bereich der Einwölbung 314 eine weitere Verjüngung
313 auf.
[0032] In den Fig. 4 bis 6 sind zwei Ausführungsbeispiele für die o.g. Grundform A2 dargestellt.
Fig. 4 zeigt ein Kontaktelement 400, welches ebenfalls in einem Folgeschnittwerkzeug
durch Stanz- und Biegeoperationen aus einem streifenförmigen Bandmaterial hergestellt
ist. Das sich entlang einer Längsachse 410 erstreckende Kontaktelement 400 umfasst
eine Vielzahl von parallel zueinander und quer zur Längsachse 410 in einem Rastermass
f angeordneten Kontaktstegen 405 der Stegdicke c, die an ihren beiden Enden untereinander
nicht durchgehend, sondern paarweise auf abwechselnden Seiten mittels einzelner, parallel
zur Längsachse 410 verlaufender Stegbrükken 404, 406 (mäanderförmig) verbunden sind.
Die V-förmig gebogenen Kontaktstege 405 sind jeweils in zwei gleich lange, gerade
Schenkel 407 bzw. 412 mit entsprechenden Verjüngungen 409 und 411 unterteilt.
[0033] Die Kontaktstege 405 haben dieselbe Konfiguration und Geometrie wie die Kontaktstege
105 und 305 der Beispiele aus Fig. 1 und 3 und zeigen mit demselben Biegewinkel α
und den gleichartigen Prägungen 408 und Randsicken 417, 418 dasselbe Federverhalten
zwischen den Kontaktstücken 1 und 4. Entsprechend gleich sind auch die Kopfkontaktstellen
401 mit ihren linienförmigen Kontaktbereichen 413 (Fig. 5) und die Fusskontaktstellen
402 und 403, wobei sich dort aufgrund der kurzen Stegbrücken 404, 406 jedoch keine
durchgehenden, sondern nur abschnittsweise linienförmige Kontaktbereiche 414 (Fig.
5) ergeben.
[0034] Die Eigenschaften des Kontaktelementes 400 lassen sich wie folgt zusammenfassen:
- die Kontaktstege des Kontaktelementes 400 basieren auf dem Blattfederprinzip und arbeiten
damit als ideale Biegefeder;
- der grosse Federbereich der Kontaktstege 405 resultiert aus den gezielten Verjüngungen
409, 411 der beidseitigen Schenkel 407, 412, beschrieben durch die minimale Stegbreite
a, die Schenkellänge b und den Radius R1;
- durch die geeignete Wahl des Verhältnisses der Schenkellänge zur minimalen Stegbreite,
b/a, und der Stegdicke c (Fig. 5) kann der Federbereich und die Stromübertragbarkeit
in weitem Rahmen variiert werden;
- jeder Kontaktsteg 405 besitzt zwei Fusskontaktstellen 402 und 403 und eine Kopfkontaktstelle
401;
- der Radius R2 stellt in Verbindung mit der Doppelstegbreite d und der um die Fusshöhe
h sickenartig herausgebogenen Fusskontaktstellen 402, 403 jeweils einen abschnittsweise
linienförmigen Kontaktbereich 414 sicher:
- für die Kopfkontaktstelle 401 ergibt sich infolge des Radius R3 und der maximalen
Stegbreite e und der im Biegewinkel α < 180° zueinander gebogenen Schenkel 407, 412
ebenfalls ein linienförmiger Kontaktbereich 413;
- das Rastermass f definiert die Zahl der Kontaktstege 405 je Längeneinheit; es ist
entsprechend den Einflussgrössen maximale Stegbreite e, Schnittbreite g zwischen den
Kontaktstegen 405 und Stegdicke c kleinstmöglich gewählt;
- die Kontaktelementbreite i und die Kontaktelementhöhe h sind durch die Schenkellänge
b und den Biegewinkel α variabel einstellbar;
- der Abrundungsradius R4 (Fig. 5) an den Seiten der Kontaktstege 405 ermöglicht den
Einsatz des Kontaktelementes 400 in beliebigen Winkeln zur Längsachse 410 und vermindert
die Riefenbildung beim Einsatz senkrecht dazu;
- die Stegbrückenbreite k wird durch die variablen Rundungsradien R5 und R6 und die
Einschnitttiefe 1 festgelegt;
- durch die wechselseitigen Freischnitte 419, 420 (Fig. 4(b)) erhält das Kontaktelement
400 eine Federeigenschaft in Richtung der Längsachse 410;
- die Geometrie der Freischnitte 419, 420 wird bestimmt durch die variablen Grössen
Doppelstegbreite d, das Rastermass f und den Rundungsradius R5;
- in der beschriebenen Form ist das Kontaktelement 400 in endlichen Längen herstellbar;
- seine selbsthaltende Eigenschaft im geraden Einstich 5 von beliebig geformten Buchsen
oder Steckern erhält das Kontaktelement 400 durch das Trennen einer Stegbrücke 404
bzw. 406 und Verbinden der damit geschaffenen Endstege 415, 416 durch thermische Verbindungsverfahren
wie Widerstandspunktschweissen oder Laserstrahlschweissen oder durch mechanisches
Verketten.
[0035] Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Grundform A2 (mit denselben o.g. Eigenschaften)
ist in Fig. 6 wiedergegeben. Das dortige Kontaktelement 600 mit der Längsachse 610
hat im wesentlichen dieselbe Konfiguration wie das Kontaktelement 400 aus Fig. 4 und
umfasst durch Stegbrücken 604 und 606 paarweise abwechselnd verbundene Kontaktstege
605 mit Schenkeln 607 und 612, die im Mittelbereich Verjüngungen 609 und 611 aufweisen.
Im Bereich der Stegbrücken 604, 606 sind Randsikken 617 bzw. 618 eingeformt, die Fusskontaktstellen
602 bzw. 603 bilden. Desgleichen sind Prägungen 608 im Biegebereich vorgesehen.
[0036] Im Unterschied zur Fig. 4 ist beim Kontaktelement 600 im Biegebereich der Kontaktstege
605 eine zur Biegung entgegengesetzt orientierte Einwölbung 616 eingeformt, so dass
sich an der oberen Kontaktfläche 2 zwei Kopfkontaktstellen 601a und 601b ergeben.
Die Kontaktstege 605 weisen im Bereich der Einwölbung 616 eine weitere Verjüngung
613 auf. Auch hier können Endstege 614, 615 miteinander verbunden werden, um ein verkettetes
Kontaktelement zu erhalten.
[0037] Die Fig. 7 bis 9 zeigen zwei Ausführungsbeispiele für die Grundform A3 des aus einem
Draht gebogenen Kontaktelementes. Fig. 7 zeigt ein Kontaktelement 700, welches durch
Freiformbiegen entlang einer Längsachse 711 aus einem Draht 710 mit kreisförmigem
Querschnitt hergestellt ist. Das Kontaktelement 700 umfasst eine Vielzahl von Kontaktstegen
707, die ebenfalls mit einem Biegewinkel α < 180° V-förmig gebogen sind und durch
das Biegen jeweils in zwei (gerade) Schenkel 706 und 714 unterteilt sind. Die Kontaktstege
707 sind an ihren Enden paarweise auf wechselnden Seiten durch Steggelenke 708, 713
miteinander verbunden. Die gebogenen Kontaktstege 707 sind um einen Neigungswinkel
β aus der Grundfläche 6 heraus geneigt (Fig. 9). Ihre Biegebereiche bilden eine Kopfkontaktstelle
701 mit einem linienförmigen Kontaktbereich 704 (Fig. 7(b)). Die Steggelenke 708,
713 bilden Fusskontaktstellen 702, 703 mit linienförmigen Kontaktbereichen 709 (Fig.
7(b)).
[0038] Die Eigenschaften des Kontaktelementes 700 lassen sich wie folgt zusammenfassen:
- die Kontaktstege 707 des Kontaktelementes 700 bestehen aus einem Biege- und Torsionsbalken;
- der grosse Federbereich der Kontaktstege 707 resultiert aus der Federeigenschaft der
Steggelenke 708, 713 und der Schenkel 706, 714, die durch die Drahtdicke bzw. Stegbreite
a, den Steggelenkradius R1 und die Schenkellänge b definiert ist;
- durch die geeignete Wahl des Verhältnisses der Schenkellänge zur Drahtdicke, b/a,
kann der Federbereich und die Stromübertragbarkeit in weitem Rahmen variiert werden;
- jeder Kontaktsteg 707 besitzt eine Kopfkontaktstelle 701 und zwei Fusskontaktstellen
702, 703;
- der Steggelenkradius R1 stellt in Verbindung mit dem runden Draht 710 mit der Drahtdicke
a jeweils einen bogenförmig gekrümmten, linienförmigen Kontaktbereich 709 je Fusskontaktstelle
sicher;
- für die Kopfkontaktstelle 701 ergibt sich infolge des Radius R3 sowie der Drahtdicke
a und der im Biegewinkel α < 180° zueinander gebogenen Schenkel 706, 714 ebenfalls
ein bogenförmig gekrümmter, linienförmiger Kontaktbereich 704;
- das Rastermass f definiert die Zahl der Kontaktstege 707 je Längeneinheit; es ist
entsprechend den Einflussgrössen Drahtdicke a und Steggelenkradius R1 kleinstmöglich
gewählt;
- die Kontaktelementbreite i und die Kontaktelementhöhe j sind durch die Schenkellänge
b und den Biegewinkel α variabel einstellbar;
- der kreisrunde Draht der gebogenen Kontaktstege 707 ermöglicht den Einsatz des Kontaktelementes
700 in beliebigen Winkeln zur Längsachse 711 und vermindert die Riefenbildung beim
Einsatz senkrecht dazu;
- die Kontaktstege 707 des Kontaktelementes 700 werden durch die Steggelenke 708, 713
verbunden und liegen parallel hintereinander und sind aus der Horizontalen (Grundfläche
6) um den Neigungswinkel β herausgedreht;
- beim Einfedern tauchen die Kontaktstege 707 ineinander;
- durch die wechselnd angeordneten Steggelenke 708, 713 erhält das Kontaktelement 700
eine Federeigenschaft in Richtung seiner Längsachse 711;
- in der beschriebenen Form ist das Kontaktelement in endlichen Längen herstellbar;
- seine selbsthaltende Eigenschaft im geraden Einstich 5 von beliebig geformten Buchsen
oder Steckern erhält das Kontaktelement 700 durch das Trennen eines Schenkels und
Verbinden der damit geschaffenen Endstege 705, 712 durch thermische Verbindungsverfahren
wie Widerstandspunkt- oder Laserstrahlschweissen, oder durch mechanisches Verketten.
[0039] Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Grundform A3 (mit denselben o.g. Eigenschaften)
ist in Fig. 8 wiedergegeben. Das dortige Kontaktelement 800 aus Draht 810 mit der
Längsachse 811 hat im wesentlichen dieselbe Konfiguration wie das Kontaktelement 700
aus Fig. 7 und umfasst durch Steggelenke 808 und 813 paarweise abwechselnd verbundene
Kontaktstege 807 mit Schenkeln 806 und 814, die Fusskontaktstellen 802 und 803 mit
linienförmigen Kontaktbereichen 809 bilden.
[0040] Im Unterschied zur Fig. 7 ist beim Kontaktelement 800 im Biegebereich der Kontaktstege
807 eine zur Biegung entgegengesetzt orientierte Einwölbung 815 eingeformt, so dass
sich an der oberen Kontaktfläche 2 zwei Kopfkontaktstellen 801a und 801b mit entsprechenden
linienförmigen Kontaktbereichen 804 ergeben. Auch hier können Endstege 805, 812 miteinander
verbunden werden, um ein verkettetes Kontaktelement zu erhalten.
[0041] Es sei darauf hingewiesen, dass ein Kontaktelement der Grundform A3 anstelle des
Freiformbiegens aus einem kreisrunden Draht (710, 810) auch in einem Folgeschnittwerkzeug
durch Stanz- und Biegeoperationen aus streifenförmigem Bandmaterial hergestellt werden
kann. Anstelle der Drahtdicke a geht dann in die Dimensionierung die Stegbreite a
ein. Die gestanzten Kontaktstege können dann gemäss Fig. 9 mit einem Radius R4 versehen
werden, um den Einsatz des Kontaktelementes in beliebigen Winkeln zur Kontaktelementlängsachse
zu ermöglichen und Riefenbildung beim Einsatz senkrecht dazu zu vermindern.
[0042] Insgesamt ergibt sich mit der Erfindung ein Kontaktelement, welches eine maximale
Toleranzüberbrückung bei minimalem benötigten Einbauraum ermöglicht, einfach herzustellen
ist und sich für den Einsatz bei hohen Strömen eignet. Als Material kommt z.B. eine
gehärtete Kupfer-Beryllium-Legierung in Betracht. Beispielhafte Werte für ein Kontaktelement
gemäss Fig. 5 sind (in mm):
- a =
- 0,8
- c =
- 0,3
- d =
- 2,55
- e =
- 1,2
- f =
- 1,5
- i =
- 12,7
- j =
- 2,2-3,2
- k =
- 0,8
BEZEICHNUNGSLISTE
[0043]
- 1,4
- Kontaktstück
- 2,3
- Kontaktfläche
- 5
- Einstich
- 6
- Grundfläche
- 100,300
- Kontaktelement
- 101,301a,b
- Kopfkontaktstelle
- 102,103,302,303
- Fusskontaktstelle
- 104,106,304,306
- Stegbrücke
- 105,305
- Kontaktsteg
- 107,112,307,312
- Schenkel
- 108,308
- Prägung
- 109,111,309,311
- Verjüngung
- 113,114
- Kontaktbereich (linienförmig)
- 115,116,315,316
- Randsicke
- 313
- Verjüngung
- 314
- Einwölbung
- 400,600
- Kontaktelement
- 401,601a,b
- Kopfkontaktstelle
- 402,403,602,603
- Fusskontaktstelle
- 404,406,604,606
- Stegbrücke
- 405,605
- Kontaktsteg
- 407,412,607,612
- Schenkel
- 408,608
- Prägung
- 409,411,609,611
- Verjüngung
- 410,610
- Längsachse
- 413,414
- Kontaktbereich (linienförmig)
- 415,416,614,615
- Endsteg
- 417,418,617,618
- Randsicke
- 419,420,619,620
- Freischnitt
- 616
- Einwölbung
- 700,800
- Kontaktelement
- 701,801a,b
- Kopfkontaktstelle
- 702,703,802,803
- Fusskontaktstelle
- 704,709,804,809
- Kontaktbereich (linienförmig)
- 705,712,805,812
- Endsteg
- 706,714,806,814
- Schenkel
- 707,807
- Kontaktsteg
- 708,713,808,813
- Steggelenk
- 710,810
- Draht
- 711,811
- Längsachse
- 815
- Einwölbung
- a
- minimale Stegbreite (Drahtdicke)
- b
- Schenkellänge
- c
- Stegdicke
- d
- Doppelstegbreite
- e
- maximale Stegbreite
- f
- Rastermass
- g
- Schnittbreite
- h
- Fusshöhe
- i
- Kontaktelementbreite
- j
- Kontaktelementhöhe
- k
- Stegbrückenbreite
- l
- Einschnitttiefe
- α
- Biegewinkel
- β
- Neigungswinkel
1. Kontaktelement (100, 300, 400, 600, 700, 800) zum elektrischen Verbinden zweier Kontaktstücke
(1, 4), die sich mit Kontaktflächen (2, 3) gegenüberliegen, welches Kontaktelement
(100, 300, 400, 600, 700, 800) sich entlang einer Längsachse (110, 310, 410, 610,
711, 811) erstreckt und eine Mehrzahl von im wesentlichen parallel zueinander und
quer zur Längsachse (110, 310, 410, 610, 711, 811) angeordneten Kontaktstegen (105,
305, 405, 605, 707, 807) umfasst, welche Kontaktstege (105, 305, 405, 605, 707, 807)
an ihren Enden in einer Grundfläche (6) untereinander verbunden sind und in der Mitte
um eine Höhe (j) aus der Grundfläche (6) herausragen, dadurch gekennzeichnet, dass
die Kontaktstege (105, 305, 405, 605, 707, 807) im wesentlichen V-förmig gebogen sind,
wobei jeder der Kontaktstege (105, 305, 405, 605, 707, 807) in zwei im wesentlichen
gleich lange, gerade Schenkel (107, 112, 307, 312, 407, 412, 607, 612, 706, 714, 806,
814) unterteilt ist, welche einen Biegewinkel (α) kleiner 180° miteinander bilden,
und wobei der elektrische Kontakt zu der einen Kontaktfläche (2) im Biegebereich der
Kontaktstege (105, 305, 405, 605, 707, 807) hergestellt wird.
2. Kontaktelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktstege (105,
305, 405, 605) als Blechstreifen ausgebildet sind (Fig. 1-6).
3. Kontaktelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktstege (105,
305, 405, 605) im Biegebereich eine maximale Stegbreite (e) aufweisen, und dass die
Schenkel (107, 112, 307, 312, 407, 412, 607, 612) jeweils eine zu ihrer Mitte hin
zunehmende Verjüngung (109, 111, 309, 311, 409, 411, 609, 611) aufweisen, deren minimale
Stegbreite (a) kleiner ist als die maximale Stegbreite (e).
4. Kontaktelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in die Kontaktstege (305,
605) im Biegebereich eine zur Biegung entgegengesetzt orientierte Einwölbung (314,
616) eingeformt ist, und dass die Kontaktstege (305, 605) im Bereich der Einwölbung
(314, 616) eine weitere Verjüngung (313, 613) aufweisen (Fig. 3, 6).
5. Kontaktelement nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in den
Verbindungsbereichen der Kontaktstege (105, 305, 405, 605) parallel zur Längsachse
(110, 310, 410, 610) verlaufende Randsicken (115, 116, 315, 316, 417, 418, 617, 618)
eingeformt sind.
6. Kontaktelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Randsicken (115,
116, 315, 316, 417, 418, 617, 618) zur V-förmigen Biegung der Kontaktstege (105, 305,
405, 605) entgegengesetzt orientiert sind.
7. Kontaktelement nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass alle
Kontaktstege (105, 305) an ihren Enden mittels durchgehender, parallel zur Längsachse
(110, 310) verlaufender Stegbrücken (104, 106, 304, 306) untereinander verbunden sind
(Fig. 1-3).
8. Kontaktelement nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die
Kontaktstege (405, 605) paarweise auf abwechselnden Seiten mittels einzelner, parallel
zur Längsachse (410, 610) verlaufender Stegbrücken (404, 406, 604, 606) untereinander
verbunden sind (Fig. 4-6).
9. Kontaktelement nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Biegebereich
der Kontaktstege (105, 305, 405, 605) zum Einsatz unter beliebigen Winkeln zur Längsachse
und zur Verminderung in Stegrichtung verlaufende Prägungen (108, 308, 408, 608; Radius
R4) eingebracht sind.
10. Kontaktelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gebogenen Kontaktstege
(707, 807) jeweils um einen mittleren Neigungswinkel (β) kleiner 90° aus der Grundfläche
(6) heraus geneigt sind.
11. Kontaktelement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktstege (707,
807) paarweise auf abwechselnden Seiten mittels einzelner Steggelenke (708, 713, 808,
813) untereinander verbunden sind.
12. Kontaktelement nach einem der Ansprüche 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass in
die Kontaktstege (807) im Biegebereich eine zur Biegung entgegengesetzt orientierte
Einwölbung (815) eingeformt ist (Fig. 8).
13. Kontaktelement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktstege (707,
807) und die Steggelenke (708, 713, 808, 813) aus einem Draht (710, 810) bestehen
(Fig. 7-9), und dass das Kontaktelement (700, 800) aus einem gestreckten Draht (710,
810) durch Freiformbiegen hergestellt ist.
14. Kontaktelement nach einem der Ansprüche 10-12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktstege
(707, 807) jeweils aus einem Blechstreifen bestehen, und dass das Kontaktelement (700,
800) aus einem streifenförmigen Bandmaterial durch Stanz- und Biegeoperationen hergestellt
ist.