Steckkontakt und Automatisierungskomponente

Abstract

 Bei einem Steckkontakt (10) mit einem zwischen einem ersten und einem zweiten Ende (12, 13) stiftförmig verlaufenden Kontaktkörper (15), welcher abschnittsweise als ein Einführbereich (17) mit zum zweiten Ende (13) hin abnehmenden Querschnitt ausgebildet ist, wird eine Steckkraft, die bei einem Steckvorgang in einem Buchsenkontakt auftritt, durch eine Ausgestaltung des Einführungsbereiches (17) mit einer äußeren Begrenzungslinie (y_(x)), welche zumindest teilweise dem Kurvenverlauf einer Gradengleichung zuzüglich eines Polynoms dritter Ordnung folgt reduziert. Derartige Steckkontakte finden mit Vorteil ihren Einsatz in Anschlussmodulen, welche in der Automatisierungstechnik verwendet werden.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Steckkontakt mit einem zwischen einem ersten und einem zweiten Ende stiftförmig verlaufenden Kontaktkörper, welcher abschnittsweise als ein Einführbereich mit zum ersten Ende hin abnehmenden Querschnitt ausgebildet ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Automatisierungskomponente mit einer Mehrzahl von Steckkontakten.

[0002] Automatisierungssysteme mit ihren Automatisierungsgeräten bestehen aus einer Vielzahl von elektronischen Automatisierungskomponenten unterschiedlicher Funktionalität, die je nach geforderter Anlagenkonfiguration zusammengestellt werden können. Verbindungen von z.B. digitalen und analogen Ein- und Ausgabebaugruppen zu in dem zu automatisierenden Prozess befindlichen Aktoren und Sensoren geschieht dabei vorzugsweise über elektrische Leitungen, die am Automatisierungssystem bzw. Automatisierungsgerät über Anschlussmodule angeschlossen werden. Sollte es bei einer derartig angeschlossenen Automatisierungskomponente zu einem Defekt kommen, so kann diese ausgetauscht werden, ohne dass dabei die elektrischen Verbindungen zu den Aktoren und Sensoren von dem Anschlussmodul gelöst werden müssen. Die Verbindungen sind nur einmal während der Inbetriebnahme an das Anschlussmodul über beispielsweise Schraubverbindungen oder eine löt- und abisolierfreie Anschlusstechnik angebracht worden. Durch diesen modularen Austausch werden Stillstandszeiten der Anlagen und mögliche Fehlerquellen minimiert.

[0003] Eine elektrische Kontaktierung zwischen dem Grundgerät und dem Anschlussmodul wird nach dem Stand der Technik über einen Stiftkontakt und einen Buchsenkontakt realisiert.

[0004] Nachteilig hieran ist, dass bei einer Vielzahl von Steckkontakten sich die einzelnen Steckkräfte der einzelnen Steckkontakte aufsummieren und es so für das Bedienpersonal einen hohen Kraftaufwand erfordert, ein Anschlussmodul mit einer Vielzahl von Steckkontakten in die Automatisierungskomponente zu stecken bzw. von der Automatisierungskomponente abzuziehen.

[0005] Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, einen Steckkontakt derart auszugestalten, dass die Steckkräfte minimiert werden.

[0006] Diese Aufgabe wird bei dem eingangs erwähnten Steckkontakt dadurch gelöst, dass eine äußere Begrenzungslinie des Einführbereiches zumindest teilweise dem Kurvenverlauf einer Gradengleichung zuzüglich eines Polynoms dritter Ordnung folgt. Durch diesen Oberflächenverlauf des Kontaktkörpers im Bereich des Einführbereiches ist die Stiftform im Vergleich zu einem herkömmlichen Steckkontakt mit einer linear verlaufenden Einführschräge hinsichtlich der Steckkräfte optimiert. Im Hinblick auf eine einfache manuelle Bedienbarkeit können die Steckkräfte reduziert werden. Die mit einer Kontaktierung und Betätigung des Steckkontaktes zu einem entsprechenden Gegenstück auftretenden Krafteinwirkungen können mit Vorteil reduziert werden und so Beschädigungen bzw. Überbeanspruchungen der Befestigungen bzw. aller im Kraftfluss vorhandenen Bauteile reduziert werden. Weiterhin wird der Verschleiß der Kontaktoberfläche während der Steckphase ohne eine funktionelle Beeinträchtigung der Kontaktierung reduziert.

[0007] In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Steckkontaktes ist die Begrenzungslinie mit folgender Formel


beschrieben.

[0008] Die Koeffizienten a, b, c des Polynoms dritter Ordnung beschreiben dabei zusätzlich zu dem linearen Verlauf der Gradengleichung für die Einführschräge einen optimalen Verlauf der äußeren Begrenzungslinie der Oberfläche des Einführbereiches.

[0009] In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung weist der Kontaktkörper einen rechteckigen Querschnitt auf. Mit einem rechteckigen Querschnitt des stiftförmigen Kontaktkörpers wird die Stabilität des Steckkontaktes erhöht. Hierbei kann sich auch beispielsweise am ersten Ende des Steckkontaktes eine Abwinkelung befindet, welche in eine entsprechend vorbereitete Bohrung auf einer Leiterplatine eingebracht und fest verlötet wird.

[0010] Vorzugsweise ist der Einführbereich zum zweiten Ende hin trapezförmig verjüngt ausgestaltet. Mit dem optimierten Verlauf der Begrenzungslinie weist die Oberfläche des trapezförmig verlaufenden Einführbereiches die hinsichtlich minimaler Steckkräfte, minimaler Krafteinwirkungen, minimaler Verschleißbeanspruchung und zusätzlich einem geringeren Platzbedarf optimierte Stiftform auf.

[0011] Eine weitere Optimierung der Stiftform des Steckkontaktes wird dadurch erreicht, dass für eine Minimierung der über einen Steckvorgang in einem Buchsenkontakt auftretenden Steckkräfte die Koeffizienten des Polynoms zu a = 0,2, b = -0,3 und c = -0,1 gewählt sind. Mit dieser derartig optimierten Stiftform können die Nachteile eines erhöhten wirtschaftlichen Aufwandes für reibungsoptimierte Ausführungen von Steckkontakten vermieden werden. Somit ist es beispielsweise nicht mehr notwendig, dass Schmiermittel für den Steckvorgang eingesetzt werden oder dass die Oberflächen des Steckkontaktes besonders behandelt worden sind, beispielsweise mit einer Gold- oder Silberauflage.

[0012] Bei einer Automatisierungskomponente mit einer Mehrzahl von Steckkontakten, wobei die Steckkontakte zur Aufnahme eines steckbaren Anschlussmoduls angeordnet sind, wird die Aufgabe, die Steckkraft zu reduzieren, dadurch gelöst, dass die Steckkontakte mit den Merkmalen nach Anspruch 1 ausgestaltet sind.

[0013] In vorteilhafter Weise wird diese Automatisierungskomponente mit der Funktionalität einer Ein-/Ausgabebaugruppe ausgestaltet. Wie bereits zuvor erwähnt, müssen bei Ein-/Ausgabebaugruppen eine Vielzahl von Signalleitungen aus dem Prozess mit der Automatisierungskomponente verbunden werden. Dies geschieht üblicherweise über eine Klemmleiste, bei welcher beispielsweise die einzelnen Signaldrähte mittels Schraubverbindungen mit den Steckkontakten bzw. mit den Buchsenkontakten in Verbindung gebracht werden. Diese aufwändige Klemmarbeit muss nur einmal durchgeführt werden. Ist die Automatisierungskomponente beispielsweise durch einen Fehler ausgefallen, so kann durch einfaches Ziehen des Anschlussmoduls die Automatisierungskomponente von den Signalleitungen getrennt werden und ausgetauscht werden. Ein aufwändiges Abklemmen der Signalleitungen und nach Austausch der Automatisierungskomponente wieder Anklemmen der Signalleitungen entfällt somit.

[0014] Die Figuren und weitere Erläuterungen sollen die erfindungsgemäße Stiftform weiter verdeutlichen. Es zeigen:

FIG 1 bis 4

einen Steckkontakt in unterschiedlichen Ansichten und

FIG 5

eine grafische Darstellung einer optimierten Stiftform über die Länge des Steckkontaktes.

[0015] Bei der Montage eines Anschlussmoduls, welches zur Aufnahme eines Steckkontaktes Buchsenkontakte aufweist, muss der Steckkontakt während des Steckvorgangs über seine Steckkraft eine Auslenkkraft des Buchsenkontaktes überwinden. Diese Kraftübertragung erfolgt über eine Normalkraft an den Kontaktflächen. Die Auslenkkraft des Buchsenkontaktes ist gleichzusetzen mit einer erforderlichen Kontaktkraft. Durch die Kontaktkraft wird u.a. ein Kontaktwiderstand bestimmt. Dieser Widerstand ist u.a. die Basis für eine Stromtragfähigkeit und eine Temperaturerhöhung an der Kontaktstelle.

[0016] Gemäß FIG 1 ist eine Projektion in die YZ-Ebene eines Steckkontaktes 10 als Vorderansicht dargestellt. Der Steckkontakt 10 weist ein erstes Ende 12 und ein zweites Ende 13 auf. Ein Kontaktkörper 15 besteht in diesem Beispiel aus dem Werkstoff Stahl. Im oberen Achtel des Steckkontaktes 10 zum zweiten Ende hin befindet sich ein Einführbereich 17. Der Einführbereich 17 weist eine ungefähre Länge von 1,5 mm auf. Dabei läuft der Einführbereich 17 zum zweiten Ende 13 mit einem Winkel von 15° trapezförmig zu.

[0017] In FIG 2 zeigt die Projektion in die XZ-Ebene des Steckkontaktes 10 eine Seitenansicht. Ein Querschnitt des Steckkontaktes 10 nimmt im Einführbereich 17 zum zweiten Ende 13 ab. Dies ist auch noch mal durch die Projektierung in die XY-Ebene, welche eine Draufsicht auf den Steckkontakt 10 darstellt, verdeutlicht.

[0018] Mit FIG 4 ist der Ausschnitt A aus FIG 2 vergrößert dargestellt. Dabei weist eine äußere Begrenzungslinie Y(x) dem hinsichtlich für eine optimierte Steckkraft verbesserter Verlauf der Stiftform auf.

[0019] Gemäß FIG 5 ist die Stiftform im Einführungsbereich 17 über die Länge des Steckkontaktes 10 dargestellt. Ein linearer Verlauf vom zweiten Ende 13, welches in Y-Richtung eine ungefähre Ausdehnung von 0,2 mm aufweist, erstreckt sich bis zu einer Länge L von ungefähr 1,2 mm. Dabei weist der Steckkontakt 10 eine Ausdehnung in Y-Richtung von ca. 0,45 mm auf. Diese Ausdehnung B2 von 0,45 mm erstreckt sich bis zum nicht dargestellten ersten Ende 12 des Steckkontaktes 10.

[0020] Mit der Formel bzw. der Begrenzungslinie


und den Koeffizienten a = 0,2, b = -0,3 und c = -0,1 ergibt sich hinsichtlich der Steckkräfte eine optimierte Stiftform im Einführungsbereich 17 wie in FIG 1 dargestellt.

Ansprüche

1. Steckkontakt (10) mit einem zwischen einem ersten und einem zweiten Ende (12, 13) stiftförmig verlaufenden Kontaktkörper (15), welcher abschnittsweise als ein Einführbereich (17) mit zum zweiten Ende (13) hin abnehmenden Querschnitt ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine äußere Begrenzungslinie (y_(x)) des Einführbereichs (17) zumindest teilweise dem Kurvenverlauf einer Gradengleichung zuzüglich eines Polynoms dritter Ordnung folgt.

2. Steckkontakt (10) nach Anspruch 1, wobei die Begrenzungslinie (y_(x)) des Einführbereichs (17) durch


beschrieben ist.

3. Steckkontakt (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Kontaktkörper (15) einen rechteckigen Querschnitt aufweist.

4. Steckkontakt (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Einführbereich (17) zum zweiten Ende (13) hin trapezförmig verjüngt ausgestaltet ist.

5. Steckkontakt (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei für eine Minimierung der über einen Steckvorgang in einen Buchsenkontakt auftretenden Steckkräfte die Koeffizienten des Polynoms zu a = 0,2, b = -0,3 und c = -0,1 gewählt sind.

6. Automatisierungskomponente mit einer Mehrzahl an Steckkontakten (10), wobei die Steckkontakte (10) zur Aufnahme eines steckbaren Anschlussmoduls angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckkontakte (10) nach Anspruch 1 ausgestaltet sind.

7. Automatisierungskomponente nach Anspruch 6, mit der Funktionalität einer Ein-/Ausgabebaugruppe.

Zeichnung