Die Erfindung bezieht sich auf ein Kontaktstück für eine elektrische Steckverbindung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie auf ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Kontaktstücke der eingangs genannten Art sind insbesondere dadurch gekennzeichnet, daß ihr Kontaktbereich, der zum Aufnehmen eines zylindrischen Kontaktstiftes - das dem Kontaktstück entsprechende Gegenstück der Steckverbindung - käfigartig ausgebildet ist, das heißt, als ein in Steckrichtung längsgeschlitzter Hohlkörper gestaltet ist, der vorzugsweise zusätzlich in Umfangsrichtung tordiert ist. Insbesondere im letztgenannten Falle liegt daher der Kontaktstift im gesteckten Zustand sicher an einer Mehrzahl von streifenförmigen Lamellen des Kontaktstückes an, weshalb dieser Typ einer Steckverbindung auch bei relativ hoher elektrischer Belastung sicher einsetzbar ist.
Bekannte Ausführungsformen von Kontaktstücken für eine derartige Steckverbindung sind beispielsweise in DE 35 28 587 C2, auch US 4,720,157 bzw. US 4,840,587 beschrieben. Die daraus bekannten Beispiele von Ausführungsformen belegen, daß die Herstellung von Kontaktstücken für diesen Typ von Steckverbindungen wegen der besonderen Ausgestaltung des Kontaktbereiches relativ aufwendig ist. Den aus den genannten Dokumenten bekannten Ausführungsformen ist gemeinsam, daß der käfigartig ausgebildete Kontaktbereich der Kontaktstücke jeweils durch eine Ummantelung geschützt ist und das Kontaktstück selbst aus einer Mehrzahl von Elementen zusammengesetzt ist, die jeweils dem Kontaktbereich und/oder dem Anschlußbereich des Kontaktstückes zugeordnet sind. Vielfach handelt es sich dabei auch um Bauteile, die vorzugsweise als Dreh- bzw. Gußteile hergestellt werden. Der Aufbau der bekannten Ausführungsformen von Kontaktstücken für eine elektrische Steckverbindung des gattungsgemäßen Typs ist darum für die Umsetzung in eine Serienfertigung nicht nur wegen einer Mehrzahl von Bearbeitungs- und Montageschritten weniger geeignet, sondern auch weil dabei durchaus unterschiedliche Technologien eingesetzt werden.
Eine Lösung für dieses Problem ist aus WO 98/43321 bekannt. Dort ist als Kontaktstück für eine elektrische Steckverbindung der vorstehend genannten Art eine Steckerbuchse offenbart. Diese ist einteilig ausgebildet und insbesondere als ein Stanzteil hergestellt, das nach dem Stanzvorgang in die vorbestimmte Form der Steckerbuchse gebogen ist. Bei der bekannten Lösung sind mehrere Zungen vorgesehen, die an das Außenende des Kontaktbereiches der Steckerbuchse unmittelbar angesetzt sind. Diese Zungen sind um das Außenende des Kontaktbereiches um 180 ° herumgebogen, so daß sie die Außenfläche der Steckerbuchse im Kontaktbereich bilden. Diese Zungen dienen dazu, den Kontaktbereich zu verstärken, weil man offensichtlich erkannt hat, daß dieser und insbesondere die relativ empfindlichen tordierten Lamellen geschützt werden müssen. Für den Fachmann ist unmittelbar einzusehen, daß zwar die Ausgestaltung der Steckerbuchse als ein einteiliges Stanzteil fertigungstechnisch gegenüber den vorstehend diskutierten bekannten Lösungen vorteilhaft ist, jedoch besondere Fähigkeiten bei der Stanz- und Biegetechnik und auch dementsprechend teure Werkzeuge dafür erfordert. Werden beispielsweise vor dem Rollen des Kontaktbereiches zunächst die diesen verstärkenden Zungen um eine quer zur Längsachse der Steckerbuchse verlaufende Biegekante abgekantet und in Achsenrichtung umgeklappt, so treten in dieser Biegekante beim Formen des Lamellenkäfigs erhebliche Kräfte mit entsprechenden Materialproblemen in diesem Bereich auf. Wollte man dies zu umgehen versuchen, indem die Zungen erst nach dem Rollvorgang zurückgebogen würden, wäre dafür ein weiteres aufwendiges Werkzeug nötig, wobei sich dennoch die Probleme an der Biegekante der Zungen nicht ohne weiteres lösen ließen.
Die Patentschrift US 5,921,822 offenbart ein weibliches Endstück einer Steckverbindung gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1 mit Klemmabschnitten für einen Draht und seine Ummantelung und mit einem zylinderförmigen Kontaktabschnitt. Der Kontaktabschnitt weist einen hinteren und einen vorderen sechseckigen Endring auf, zwischen welchen sich drei oder fünf Kontaktstäbe oder -federn erstrecken. Über dem Kontaktbereich ist eine Schutzhaube angeordnet.
Aus der Patentschrift US 5,897,404 ist eine Kontaktbaugruppe für einen elektrischen Stecker mit einem Kontaktstück und einer Hülse bekannt. Das Kontaktstück weist einen Klemmabschnitt zum Anschließen eines Leiters, einen eingeschnürten Zwischenabschnitt und einen Grundkörper auf, von dem sich zwei biegsame, zueinander winklige Kontaktfinger erstrecken. Die Hülse überdeckt die Kontaktfinger und ist mit Presssitz auf dem Grundkörper des Kontaktstückes festgelegt.
Die Veröffentlichung FR 2 754 639 A1 offenbart Verfahren zur Herstellung von Buchsenkontakten für elektrische Stecker, die einen rohrförmigen Kontaktbereich zur Aufnahme eines Kontaktstiftes und einen Anschlussbereich für einen elektrischen Leiter aufweisen. Auf der Innenfläche des rohrförmigen Kontaktbereiches ist eine Reihe von Leitungsdrähten befestigt, die einen elastischen Käfig für den Kontaktstift bildet. In einem der Ausführungsbeispiele wird aus einem Kupfer-Bandmaterial ein Blechteil in Form eines Parallelogramms ausgestanzt, von dem ein länglicher Streifen längs einer Mittelachse wegsteht. Auf einer Seite des Blechteils wird parallel zu seiner Mittelachse die Reihe von Leitungsdrahtstücken an ihren Enden befestigt. Anschließend wird das Parallelogramm zu einem Hohlzylinder aufgerollt, wobei die an ihren Enden befestigten Drahtstücke sich an die Fläche eines einschaligen Hyperboloids anschmiegen. Der Hohlzylinder bildet den Kontaktbereich, während der Streifen den Anschlussbereich des Buchsenkontaktes bildet.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für ein Kontaktstück einer elektrischen Steckverbindung der eingangs genannten Art eine weitere Ausführungsform zu schaffen, die kostengünstig in einer Großserienfertigung hergestellt werden kann, wobei der Aufwand für die Stanz- und Biegevorgänge verringert und ein maßhaltiges Produkt technologisch beherrschbar mit einfacheren Werkzeugen zu erzielen ist.
Bei einem Kontaktstück der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 beschriebenen Merkmale gelöst.
Diese Lösung hat zum einen den Vorteil, daß das Kontaktstück selbst sehr einfach aufgebaut ist. Vorgesehen ist ein einziges Kontaktelement mit dem Anschlußbereich an einem und dem eigentlichen Kontaktbereich am anderen Ende. Dies ist, elektrisch betrachtet, schon deshalb vorteilhaft, weil in diesem Falle keinerlei Probleme mit elektrischen Übergangswiderständen aufgrund von Toleranzen, Fehlanpassungen und ähnlichem zwischen mehreren Bauteilen auftreten können. Vorteilhaft ist ferner, daß dieses Kontaktelement als Stanz- und Biegeteil aus einem Bandmaterial hergestellt werden kann. Dabei bleibt das einzelne Kontaktelement - quer gegurtet - an einem beim Ausstanzen übrigbleibenden Randstreifen des ursprünglichen Bandmateriales hängen, was seine weitere Bearbeitung in der Serie wesentlich vereinfacht. Der einzige Montageschritt besteht darin, auf den Kontaktbereich des bereits fertiggestellten Kontaktelementes die Schutzhülse aufzupressen. Auch für die spätere Weiterverarbeitung bis zum Montieren der Steckverbindung verbleibt das Kontaktstück quer gegurtet an seinem Trägerstreifen.
In Weiterbildung der Erfindung weist das Buchsenteil des Kontaktelementes an beiden Enden des Kontaktbereiches je einen umlaufenden inneren bzw. äußeren Bundsteg auf, ferner ist die Schutzhülse als ein dünnwandiger Hohlzylinder ausgebildet, der am Umfang des inneren Bundsteges mit Preßsitz anliegt, gegenüber dem Umfang des äußeren Bundsteges jedoch eine Spielpassung aufweist. Dies bedeutet einerseits, daß Schutzhülse und Kontaktelement untereinander einfach, dabei mechanisch sicher verbunden sind. Abgesehen von diesem Festsitz am inneren Bundsteg hat das Buchsenteil in der Schutzhülse ausreichend Spiel, um sich beim Stecken eines Kontaktstiftes elastisch verformen zu können. Dies reduziert nicht nur die notwendige Steckkraft, sondern erhöht auch die elektrische Betriebssicherheit, lässt also ohne Fehlfunktion eine hohe Zahl von Steckvorgängen zu.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in weiteren Unteransprüchen gekennzeichnet und werden sich auch der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles der Erfindung entnehmen lassen.
Schließlich zeichnet sich das erfindungsgemäße Kontaktstück auch dadurch aus, daß es sich gemäß dem einzigen Verfahrensanspruch auch auf eine einfache, für die Großserienfertigung geeignete Weise im wesentlichen als ein Stanz- und Biegeteil erstellen läßt und dabei in Zwischenschritten gut zu bearbeiten ist, weil es zusammen mit weiteren Kontaktstücken quer gegurtet in vorbestimmten Abständen an einem als Träger dienenden Randstreifen des ursprünglichen Bandmaterials festgelegt ist. In diesem maschinengerechten Zustand kommt es auch zum Versand an den Kunden, der die eigentliche Steckermontage selbst vornimmt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
Ein in Figur 1 in einer teilweise aufgeschnittenen Seitenansicht dargestelltes Kontaktstück 1 für eine elektrische Steckverbindung besitzt an einem Ende einen Anschlußbereich 11 und am anderen davon abgekehrten Ende einen Kontaktbereich 12. Das Kontaktstück 1 ist aus zwei Bauteilen zusammengesetzt. Das eine dieser Bauteile ist ein Kontaktelement 2. Dieses ist, wie noch näher zu zeigen sein wird, als ein Stanz- und Biegeteil aus einem flachen Bandmaterial hergestellt. In der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform des Kontaktelementes 2 ist zum Anschließen eines nicht dargestellten elektrischen Leiters eine Crimpverbindung vorgesehen. Dazu besitzt das Kontaktelement 2 im Anschlußbereich 11 zwei Paare von jeweils nach oben gebogenen Anschlußlappen, zwischen die der nicht dargestellte elektrische Leiter beim Anschließen eingeschoben wird. Dabei bildet das breitere, innen liegende Paar der Anschlußlappen den eigentlichen Quetschkontakt 21, von dem nach dem Crimpen das abisolierte freie Ende des nicht dargestellten elektrischen Leiters umschlossen ist. Auch das außen liegende Paar von Anschlußlappen wird beim Crimpvorgang um den Schutzmantel des nicht dargestellten elektrischen Leiters herumgebogen und dient somit als eine Klemmverbindung 22, die den nicht dargestellten elektrischen Leiter am Kontaktelement 2 mechanisch derart festlegt, daß die elektrische Verbindung im Bereich des Quetschkontaktes 21 zugentlastet ist.
Im Kontaktbereich 12 weist das Kontaktelement 2 ein Buchsenteil 23 auf, das zum Aufnehmen eines schematisch dargestellten Kontaktstiftes 3 der elektrischen Steckverbindung ausgestaltet ist. Zu diesem Zweck ist das Buchsenteil 23 als ein zylindrischer Hohlkörper ausgebildet, der im Kontaktbereich 12 an beiden Enden je einen Bundsteg 24 bzw. 25 aufweist. Zwischen diesen beiden Bundstegen 24 bzw. 25 ist das Buchsenteil 23 achsenparallel, das heißt längs der Steckrichtung des Kontaktstiftes 3 geschlitzt ausgebildet. Es besitzt somit eine Mehrzahl von stegartigen Lamellen 26, die im Endzustand des Kontaktelementes 2 durch Verdrehen der beiden Bundstege 24 bzw. 25 des Buchsenteiles 23 gegeneinander tordiert sind. Die tordierten Lamellen 26 des Buchsenteiles 23 sind durch diesen Torsionsvorgang in Form hyperbolischer Flächen nach innen gewölbt und bilden in ihrer Gesamtheit eine Vielzahl von lokalen Kontaktstellen, die sich beim Einstecken des Kontaktstiftes 3 in das Buchsenteil 23 an dessen Umfang unter elastischer Vorspannung anlegen. Dieses Kontaktprinzip ist an sich durchaus bekannt, so daß hier eine noch detailliertere Erläuterung zum Verständnis nicht mehr erforderlich ist. Weitere Einzelheiten der hier vorliegenden Ausführungsform werden in gegebenem Zusammenhang nachstehend erläutert.
Das geschilderte Buchsenteil 23 des Kontaktelementes 2 ist in mechanischer Hinsicht ein relativ empfindliches Gebilde. Es darf bei Transport- und Montagevorgängen nicht verformt oder sonstwie beschädigt werden, soll andererseits dauerelastisch sein, um auch trotz einer möglichen Vielzahl von Steckvorgängen elektrisch sicher und fehlerfrei zu funktionieren.
Daher ist als zweites Bauteil des Kontaktstückes 1 eine dünnwandige Schutzhülse 4 vorgesehen, die über den Kontaktbereich 12 des Kontaktelementes 2 geschoben ist. In Detailansichten A und B von Figur 1, die in Figur 2 bzw. 3 dargestellt sind, sind Einzelheiten insbesondere dieser Schutzhülse 4 gezeigt. Dabei illustriert Figur 2, daß die Schutzhülse 4 an ihrem einen, im montierten Zustand auf den inneren Bundsteg 24 des Kontaktelementes 2 aufgeschobenen Ende 41 eine geringfügig verstärkte Wandung besitzt. Diese Wandverstärkung dient dazu, die Schutzhülse 4 unter Preßsitz auf den inneren Bundsteg 24 des Kontaktelementes 2 aufschieben zu können. Als Konsequenz dieser Wandverstärkung der Schutzhülse 4 an ihrem inneren Ende 41 ergibt sich in ihrer übrigen Länge ein relativ eng toleriertes Spiel gegenüber dem Außenumfang des Buchsenteiles 23 des Kontaktelementes 2. Dies ist sowohl in Figur 2 als auch in Figur 3 deutlicher dargestellt. Dabei zeigt Figur 3 ferner, daß die Schutzhülse 4 an ihrem Außenende 42 nach innen umgebördelt ist. Die gesamte Länge der Schutzhülse 4 ist zudem derart bemessen, daß der so hergestellte Bördelrand 43 im montierten Zustand der Schutzhülse 4 einen vorbestimmten Toleranzabstand 1 zur Außenkante des Buchsenteiles 23 aufweist. Diese Dimensionierung der Schutzhülse 4 in bezug auf den Außendurchmesser und die Länge des Buchsenteiles 23 hat den Zweck, eine definierte elastische Verformung des Buchsenteiles 23 bei Steckvorgängen zu ermöglichen. Somit ist die Schutzhülse 4 durch den Preßsitz am inneren Bundsteg 24 des Kontaktelementes 2 in bezug auf das Buchsenteil 23 des Kontaktelementes 2 definiert und mechanisch sicher festgelegt und erlaubt dennoch innerhalb eines zulässigen Toleranzbereiches auftretende elastische Verformungen des Buchsenteiles 23 des Kontaktelementes 2 aufzunehmen.
In Figur 4 ist anhand eines Schnittbildes gezeigt, daß für das beschriebene Kontaktelement 2 als Ausgangsmaterial ein Bandmaterial verwendet wird, aus dem die einzelnen Kontaktelemente 2, quergegurtet, ausgestanzt werden. Wie bei konventionellen elektrischen Kontakten besteht dieses Bandmaterial aus einer Cu-Sn-Legierung, wobei dessen Oberfläche im Laufe der Herstellung der Kontaktelemente 2 galvanisch veredelt wird. Dabei wird beispielsweise als Haftschicht zunächst eine Nickelschicht, dann eine Goldschicht und gegebenenfalls eine abdeckende Zinnschicht aufgebracht.
Das in Figur 4 dargestellte Schnittbild der Kontaktelemente 2 verdeutlicht, daß diese in einem vorgegebenen Teilungsabstand t an einem beim Ausstanzen der Konturen der Kontaktelemente 2 stehenbleibenden Trägerstreifen 5 zu dessen Längsrichtung querstehend über einen schmalen Befestigungssteg 51 festgelegt sind. An diesen ist der Anschlußbereich 11 der Kontaktelemente 2 angesetzt. Deutlich erkennbar sind in Figur 4 die paarweise nach außen stehenden Anschlußlappen für die Klemmverbindung 22 und den Quetschkontakt 21. In der Darstellung von Figur 4 schließt sich nach oben daran der Kontaktbereich 12 mit dem innen liegenden Bundsteg 24, den ausgeschnittenen Lamellen 26 und dem außen liegenden Bundsteg 25 des Buchsenteiles 23 an. Beide Bundstege 24 und 25 weisen paarweise einander zugeordnet jeweils eine Rastnase 27 bzw. eine Rastausnehmung 27' auf. In der Darstellung von Figur 4 sind die Rastnasen 27 bzw. die Rastausnehmungen 27' - übertrieben deutlich - mit einem schwalbenschwanzartigen Querschnitt dargestellt. Der innere Bundsteg 24 des Kontaktelementes 2 weist weiterhin eine auf der Längsachse des Kontaktelementes 2 liegende Fixierbohrung 28 auf, während der außen liegende Bundsteg 25 an seinem Außenrand ein Paar von nutförmig ausgebildeten Randschlitzen 29 besitzt. Die Funktion dieser Einzelteile 27 bis 29 des Buchsenteiles 23 des Kontaktelementes 2 werden nachfolgend noch näher erläutert.
Bei der Herstellung der Kontaktelemente 2 werden diese zunächst entsprechend dem in Figur 4 dargestellten Schnittbild aus dem Bandmaterial ausgestanzt. Am Trägerstreifen 5 hängend werden die Kontaktelemente 2 anschließend in der bereits erwähnten Weise oberflächenveredelt. Danach schließt sich ein Biege- und Rollvorgang an, bei dem die Kontaktelemente 2 im Anschlußbereich 11 von beiden Seiten her aufgebogen bzw. im Kontaktbereich 12 gerollt werden. Bei diesem Rollvorgang fügen sich jeweils paarweise einander zugeordnete Rastnasen 27 bzw. Rastausnehmungen 27' formschlüssig ineinander und fixieren somit das Buchsenteil 23 in Umfangs- und Längsrichtung. Um anschließend das Tordieren des Buchsenteiles 23 durchführen zu können, ist einerseits die Fixierbohrung 28 vorgesehen. Mit dieser Bohrung wird der innere Bundsteg 24 des zu tordierenden Buchsenteiles 23 mittels eines darin eingeschobenen Lagerzapfens eines Tordierwerkzeuges gegen Verdrehen in Umfangsrichtung gesichert. Die eigentliche Torsion des Buchsenteiles 23 wird mit einem klingenartigen Drehteil des Tordierwerkzeuges durchgeführt, das mit seiner Spitze in Steckrichtung an die Außenwand des außen liegenden Bundsteges 25 herangeführt wird und in die nutförmigen Randschlitze 29 eingreift. Durch Drehen des Drehteiles des Tordierwerkzeuges um einen definierten Winkel wird eine permanente Tordierung des Buchsenteiles 23 vorzugsweise um beispielsweise 10° relativ zu seiner gestreckten Lage bewirkt.
In einem anschließenden Montageschritt wird auf die insoweit ausgeformten Kontaktelemente 2 jeweils in Steckrichtung die Schutzhülse 4 aufgeschoben, womit das Kontaktstück 1 fertig montiert ist. Es wird anschließend zum Versand immer noch gegurtet auf Verpackungsmaterial aufgerollt und in diesem Zustand zur Endmontage in einem Gehäuse einer Steckverbindung bereitgestellt. Damit ist über den gesamten Herstellungsprozess des Kontakstückes 1 hinweg durchgehend bis zur Endmontage der Steckverbindung eine Ausführungsform gegeben, die selbst aus nur zwei einfach zu montierenden Bauteilen besteht und in allen, mit seiner Herstellung und weiteren Verarbeitung zusammenhängenden Prozess-Schritten automatengerecht zur Verfügung steht.