[0001] Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung, umfassend ein elektrisches Kabel
und ein mit einem freien Ende eines elektrischen Leiters des Kabels verbundenes Kontaktelement,
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
[0002] Die Erfindung betrifft ferner ein Kontaktelement zur Verbindung mit einem freien
Ende eines elektrischen Leiters eines elektrischen Kabels, gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 9.
[0003] Die Erfindung betrifft auch einen elektrischen Steckverbinder, umfassend eine Verbindungsanordnung.
[0004] Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Verbindung zwischen
einem elektrischen Leiter eines elektrischen Kabels und einem Kontaktelement, nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 11.
[0005] Schließlich betrifft die Erfindung auch eine Vorrichtung zur Herstellung einer Verbindungsanordnung,
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 15.
[0006] Zur Kontaktierung eines elektrischen Leiters eines elektrischen Kabels werden Kontaktelemente
verwendet. Bei den Kontaktelementen kann es sich insbesondere um Kontaktelemente eines
Steckverbinders handeln, die zur Kontaktierung mit einem weiteren Steckverbinder (nachfolgend
auch als "Gegensteckverbinder" bezeichnet) vorgesehen sind.
[0007] Beispielsweise ist es bekannt, den Innenleiter eines Koaxialkabels mittels einer
Löt- oder Crimpverbindung mit einem Innenleiter-Kontaktelement eines Koaxialsteckverbinders
zu verbinden.
[0008] Diese Verbindungstechnologien sind allerdings mit mechanischen und elektrischen Nachteilen
verbunden. So reduziert beispielsweise die für das Löten erforderliche Prozesszeit
den Durchsatz bei der Herstellung der Steckverbinder, was insbesondere im Rahmen einer
Massenfertigung unwirtschaftlich sein kann. Ferner erhöhen die zusätzlichen Fertigungsmittel
(zum Beispiel Lot oder eine Crimphülse) die Kosten bei der Produktion. Hinsichtlich
eines Lötvorgangs kann ferner der nötige Wärmeeintrag in die Verbindungsanordnung
problematisch sein.
[0009] Aus der gattungsgemäßen
US 2016/0079688 A1 ist ein koaxialer Steckverbinder bekannt, bei dem zur Kontaktierung des Innenleiters
eines Koaxialkabels ein Pressstift eines zweiteiligen Innenleiter-Kontaktelements
in eine stirnseitige Bohrung des Innenleiters eingebracht wird. Der Außendurchmesser
des Pressstifts und der Innendurchmesser der Bohrung in dem Innenleiter des Kabels
sind dabei derart ausgelegt, dass der Pressstift den Innenleiter durch sein Eindringen
radial aufweitet, wodurch es zwischen dem Innenleiter des Kabels und einer den Innenleiter
umschließenden Hülse zu einer Presspassung kommt. Die Presspassung bildet damit eine
kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Innenleiter des Kabels und dem Innenleiter-Kontaktelement.
Die in der
US 2016/0079688 A1 offenbarte Verbindungsanordnung vermag damit einige der vorstehend genannten Nachteile
der herkömmlichen Löt- oder Crimpverbindungen zu umgehen.
[0010] Allerdings ist die am Innenleiter des Kabels erforderliche Bohrung fertigungstechnisch
nur schwierig einzubringen. Ferner erfordert die Lösung der
US 2016/0079688 A1 einen zweiteiligen Aufbau des Kontaktelements, was die Logistikkosten wiederum erhöht.
[0011] Schließlich eignet sich die aus der
US 2016/0079688 A1 bekannt gewordene Steckverbindung auch nicht ohne Weiteres für die Hochfrequenztechnik,
da der Durchmessersprung aufgrund der auf den Innenleiter aufgebrachten Hülse zu einer
Impedanzfehlanpassung führen kann.
[0012] In Anbetracht des bekannten Stands der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung darin, eine verbesserte Verbindungsanordnung bereitzustellen, die einfach
zu fertigen ist und deren elektrische Eigenschaften sich insbesondere zur Verwendung
in der Hochfrequenztechnik eignen.
[0013] Der vorliegenden Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Kontaktelement
zur Verbindung mit einem elektrischen Leiter eines elektrischen Kabels zu schaffen,
das einfach zu fertigen ist und insbesondere für die Hochfrequenztechnik vorteilhafte
elektrische Eigenschaften aufweist.
[0014] Außerdem ist es Aufgabe der Erfindung, einen elektrischen Steckverbinder bereitzustellen,
der eine verbesserte Verbindungsanordnung aufweist.
[0015] Schließlich ist es auch Aufgabe der Erfindung, ein vorteilhaftes Verfahren und eine
Vorrichtung zum Herstellen einer Verbindung zwischen einem elektrischen Leiter eines
elektrischen Kabels und einem Kontaktelement bereitzustellen, das die bekannten Nachteile
des Stands der Technik zumindest verringert.
[0016] Die Aufgabe wird für die Verbindungsanordnung mit den in Anspruch 1 aufgeführten
Merkmalen gelöst. Hinsichtlich des Kontaktelements wird die Aufgabe durch die Merkmale
des Anspruchs 9 und für den elektrischen Steckverbinder mit den Merkmalen des Anspruchs
10 gelöst. Bezüglich des Verfahrens wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs
11 und betreffend die Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst.
[0017] Die abhängigen Ansprüche und die nachfolgend beschriebenen Merkmale betreffen vorteilhafte
Ausführungsformen und Varianten der Erfindung.
[0018] Es ist eine Verbindungsanordnung vorgesehen, umfassend ein elektrisches Kabel und
ein mit einem freien Ende eines elektrischen Leiters des Kabels verbundenes Kontaktelement.
Das Kontaktelement dringt mit einem ersten Endabschnitt in eine Stirnfläche des freien
Endes des elektrischen Leiters ein.
[0019] Somit kann eine elektrische und mechanische Verbindung zwischen dem Kontaktelement
und dem elektrischen Leiter, vorzugsweise einem Innenleiter eines elektrischen Kabels,
erzeugt werden.
[0020] Vorzugsweise dringt das Kontaktelement mit seinem ersten Endabschnitt entlang einer
Axialrichtung bezüglich der Längsachse des elektrischen Leiters in den elektrischen
Leiter ein.
[0021] Das erfindungsgemäße Kontaktelement kann auch als "Pin" bezeichnet werden.
[0022] Bei dem freien Ende des elektrischen Leiters kann es sich insbesondere um ein steckerseitiges
Ende des elektrischen Leiters handeln, das mit dem Kontaktelement eines Steckverbinders
verbunden werden soll.
[0023] Vorzugsweise ist der elektrische Leiter aus Kupfer oder Aluminium ausgebildet.
[0024] Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zumindest ein Bereich des ersten Endabschnitts
des Kontaktelements unmittelbar stoffschlüssig mit dem elektrischen Leiter verbunden
ist.
[0025] Unter einer "unmittelbaren stoffschlüssigen Verbindung" ist im Rahmen der Erfindung
zu verstehen, dass die stoffschlüssige Verbindung zwischen dem ersten Endabschnitt
des Kontaktelements und dem elektrischen Leiter ohne Zuhilfenahme eines weiteren Materials
erfolgt. Es sind für die unmittelbare stoffschlüssige Verbindung insbesondere keine
Schweiß- oder Lötzusatzstoffe (z. B. Lot) vorgesehen. Es ist somit in zumindest einem
Bereich des ersten Endabschnitts des Kontaktelements eine stoffschlüssige Verbindung
mit dem elektrischen Leiter ohne Verwendung von Schweiß- oder Lötzusatzstoffen vorgesehen.
Vorzugsweise ist für die unmittelbare stoffschlüssige Verbindung auch kein Klebstoff
oder Ähnliches vorgesehen.
[0026] Vorzugsweise handelt es sich bei der stoffschlüssigen Verbindung um eine stoffschlüssige
Verbindung, die ohne die Zuführung externer Wärme bzw. ohne die Verwendung externer
Wärmequellen (z. B. Laser, Induktionsofen etc.) erzeugt wurde. Besonders bevorzugt
wird die stoffschlüssige Verbindung durch Reibewärme beim Einbringen des Kontaktelements
in den elektrischen Leiter erzeugt.
[0027] Vorzugsweise ist der Bereich des ersten Endabschnitts des Kontaktelements zumindest
bereichsweise unmittelbar stoffschlüssig mit einem inneren Abschnitt des elektrischen
Leiters verbunden. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass der erste Endabschnitt
den elektrischen Leiter auf seiner Stirnseite zumindest bereichsweise unmittelbar
stoffschlüssig kontaktiert.
[0028] Vorzugsweise sind mehrere Bereiche des ersten Endabschnitts des Kontaktelements unmittelbar
stoffschlüssig mit dem elektrischen Leiter verbunden. Besonders bevorzugt ist der
erste Endabschnitt des Kontaktelements zumindest annähernd vollständig, und ganz besonders
bevorzugt vollständig unmittelbar stoffschlüssig mit dem elektrischen Leiter verbunden.
[0029] In vorteilhafter Weise kann also auf zusätzliche Fertigungsmittel, beispielsweise
ein zusätzliches Lot, verzichtet werden.
[0030] In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Kontaktelement
derart mit dem freien Ende des elektrischen Leiters verbunden ist, dass das Kontaktelement
einen Außenumfang des elektrischen Leiters nicht kontaktiert.
[0031] Somit kann beispielsweise auf eine Crimphülse oder eine sonstige Hülse zur mechanischen
Verbindung des Kontaktelements mit dem elektrischen Leiter verzichtet werden.
[0032] Der Fügebereich der Verbindungsanordnung kann verglichen mit dem Stand der Technik
sehr klein sein, insbesondere da auf zusätzliche Fertigungsmittel sowie eine Hülse
zur Verpressung des elektrischen Leiters mit dem Kontaktelement verzichtet werden
kann.
[0033] Es kann eine (elektrische und mechanische) Verbindung bzw. Kontaktierung des ersten
Endabschnitts des Kontaktelements mit dem elektrischen Leiter ausschließlich im Innenbereich
des elektrischen Leiters vorgesehen sein. Optional kann aber auch vorgesehen sein,
dass der erste Endabschnitt des Kontaktelements die Stirnfläche des freien Endes des
elektrischen Leiters kontaktiert.
[0034] Dadurch, dass auf eine Kontaktierung am Außenumfang des elektrischen Leiters, beispielsweise
mittels einer Hülse, verzichtet werden kann, kann ein mit der Verbindungsanordnung
ausgerüsteter elektrischer Steckverbinder kleiner ausgebildet sein. Gleichzeitig kann
aufgrund der Vermeidung eines Durchmessersprungs im Verbindungsbereich eine vorteilhafte
Verwendung der Verbindungsanordnung in der Hochfrequenztechnik ermöglicht werden,
ohne dass aufwändige Impedanzanpassungen erforderlich wären.
[0035] In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der
elektrische Leiter als Innenleiter des Kabels und das Kontaktelement als Innenleiter-Kontaktelement
eines Steckverbinders ausgebildet ist.
[0036] Bei dem Steckverbinder kann es sich beispielsweise um einen Stecker, eine Buchse,
einen Kuppler oder um einen Adapter handeln. Die im Rahmen der Erfindung verwendete
Bezeichnung "Steckverbinder" steht stellvertretend für alle Varianten.
[0037] In einer Ausgestaltung der Erfindung kann das elektrische Kabel als Koaxialkabel
ausgebildet sein.
[0038] Das Koaxialkabel kann einen einzelnen Innenleiter aufweisen, der von einem Dielektrikum
umhüllt und schließlich von einem Außenleiter umgeben ist, um den Innenleiter elektromagnetisch
abzuschirmen.
[0039] Vorzugsweise kann die Erfindung mit einem sogenannten Wellmantelkabel verwendet werden.
Das Wellmantelkabel kann insbesondere einen Wellmantel aus Kupfer, ein Dielektrikum
aus PE-Schaum und einen Innenleiter aus Aluminium aufweisen.
[0040] Die Erfindung eignet sich jedoch auch zur Verwendung mit anderen Kabeln. Beispielsweise
kann auch ein ungeschirmtes elektrisches Kabel vorgesehen sein.
[0041] Es können im Rahmen der Erfindung auch elektrische Kabel vorgesehen sein, die mehr
als einen Innenleiter aufweisen, beispielsweise Twisted-Pair-Kabel mit verdrillten
Aderpaaren oder Parallel-Pair-Kabel oder sonstige mehradrige Kabel. Es kann dann vorgesehen
sein, zumindest eine der Adern bzw. einen der Innenleiter mit einem Kontaktelement
erfindungsgemäß zu verbinden, vorzugsweise alle Adern bzw. Innenleiter mit einem jeweiligen
Kontaktelement erfindungsgemäß zu verbinden.
[0042] Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Kontaktelement
einteilig ausgebildet ist.
[0043] Vorzugsweise kann der erste Endabschnitt des Kontaktelements, der zur mechanischen
und elektrischen Verbindung mit dem elektrischen Leiter vorgesehen ist, einteilig
mit dem restlichen Kontaktelement ausgebildet sein. Eine Mehrkomponentenlösung, wie
beispielsweise eine den ersten Endabschnitt umgebende Hülse, kann somit entfallen.
[0044] Das Kontaktelement kann neben dem ersten Endabschnitt zur Verbindung mit dem elektrischen
Leiter einen zweiten Endabschnitt aufweisen, der am anderen Ende des Kontaktelements
angeordnet ist. Der zweite Endabschnitt kann zur Verbindung mit einem Kontaktelement
eines Gegensteckverbinders oder zur Verbindung mit einer sonstigen elektrischen Komponente,
beispielsweise einer Komponente auf einer elektrischen Leiterplatte, ausgebildet sein.
Optional kann zwischen dem ersten Endabschnitt und dem zweiten Endabschnitt ein mittlerer
Abschnitt des Kontaktelements vorgesehen sein, beispielsweise zur mechanischen Fixierung
des Kontaktelements in einem Steckverbindergehäuse.
[0045] Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Außendurchmesser
des Kontaktelements zumindest in einem an den ersten Endabschnitt des Kontaktelements
angrenzenden mittleren Abschnitt dem Außendurchmesser des elektrischen Leiters entspricht.
Es kann auch vorgesehen sein, dass der Außendurchmesser des Kontaktelements in seinem
zweiten Endabschnitt dem Außendurchmesser des elektrischen Leiters entspricht.
[0046] Dadurch, dass im Rahmen der Befestigung des Kontaktelements an dem elektrischen Leiter
keine Durchmesseränderung an der Übergangsstelle erforderlich ist, kann ein Impedanzsprung
vermieden werden. Eine zusätzliche Impedanzanpassung der Verbindungsanordnung kann
somit vereinfacht sein oder sogar unterbleiben. Ein mit einer entsprechenden Verbindungsanordnung
ausgestatteter Steckverbinder kann kleiner ausgebildet sein als die bekannten Steckverbinder
des Standes der Technik, bei gleichzeitig guter Eignung für die Hochfrequenztechnik.
[0047] In einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass ein das Kontaktelement
umgebendes Außenleiter-Kontaktelement, beispielsweise ein Außengehäuse eines Steckverbinders,
in einem axialen Abschnitt, der den Endabschnitt des Kontaktelements radial umgibt,
einen konstanten Querschnitt aufweist.
[0048] Insbesondere wenn der Außendurchmesser des Kontaktelements in einem an den ersten
Endabschnitt des Kontaktelements angrenzenden mittleren Abschnitt dem Außendurchmesser
des elektrischen Leiters entspricht, kann eine im Rahmen einer herkömmlichen Impedanzanpassung
notwendige Querschnittsänderung des Außenleiter-Kontaktelements gegebenenfalls unterbleiben.
[0049] Die Gestaltungsmöglichkeiten eines entsprechend ausgestatteten Steckverbinders können
damit erhöht sein.
[0050] In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Verbindung zwischen
dem ersten Endabschnitt des Kontaktelements und dem freien Ende des elektrischen Leiters
eine kaltgeschweißte, vorzugsweise eine gasdichte Verbindung ist.
[0051] Während der Herstellung der Verbindungsanordnung treten dadurch in der Regel lediglich
lokal begrenzte Erwärmungen auf - ein ggf. schädlicher Wärmeeintrag kann vermieden
werden. Ferner kann sich eine gasdichte Verbindung insbesondere zur Bereitstellung
von robusten Steckverbindern eignen, die auch unter widrigen Einsatzbedingungen sicher
und langlebig verwendet werden können, beispielsweise in Fahrzeugen.
[0052] In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die
Verbindung zwischen dem ersten Endabschnitt des Kontaktelements und dem freien Ende
des elektrischen Leiters eine formschlüssige Verbindung umfasst.
[0053] Im Rahmen der Erfindung kann neben der bereichsweise unmittelbar stoffschlüssigen
Verbindung auch eine formschlüssige Verbindung zwischen dem ersten Endabschnitt des
Kontaktelements und dem freien Ende des elektrischen Leiters von Vorteil sein.
[0054] In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass sich der Querschnitt
des ersten Endabschnitts in Richtung auf das freie Ende des ersten Endabschnitts verjüngt.
[0055] Eine Verjüngung des Querschnitts des ersten Endabschnitts in Richtung auf dessen
freies Ende kann sich besonders gut zur Herstellung der Verbindung eignen, da das
Kontaktelement dann in der Art eines Keils vergleichsweise einfach in das freie Ende
des elektrischen Leiters eingebracht werden kann.
[0056] Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der erste Endabschnitt
des Kontaktelements konisch ausgeformt ist.
[0057] Insbesondere kann der erste Endabschnitts des Kontaktelements derart konisch ausgeformt
sein, dass sich der Querschnitt bzw. der Durchmesser des ersten Endabschnitts in Richtung
auf das freie Ende des ersten Endabschnitts verringert bzw. verengt.
[0058] Eine konische Ausformung des Eindringbereichs bzw. des ersten Endabschnitts des Kontaktelements
kann ein vollständiges Eindringen des ersten Endabschnitts des Kontaktelements in
den Innenbereich des elektrischen Leiters begünstigen.
[0059] Eine konische Geometrie kann beim Fügen des ersten Endabschnitts des Kontaktelements
mit dem elektrischen Leiter außerdem vergleichsweise viel Reibung erzeugen und damit
einen Stoffschluss begünstigen.
[0060] In einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das freie Ende des
ersten Endabschnitts des Kontaktelements eine Spitze oder eine Rundung aufweist.
[0061] Insbesondere im Hinblick auf das nachfolgend noch beschriebene Verfahren zum Herstellen
der Verbindungsanordnung kann eine Spitze oder eine Rundung von Vorteil sein, um den
ersten Endabschnitt vorteilhaft in den elektrischen Leiter einzubringen.
[0062] In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der
erste Endabschnitt des Kontaktelements wenigstens einen radialen Absatz, vorzugsweise
wenigstens eine radiale Schnittkante und/oder eine Hinterschneidung aufweist.
[0063] Insbesondere für eine optimierte formschlüssige Befestigung können sich radiale Absätze
in dem ersten Endabschnitt gut eignen, hinter denen sich verdrängtes Material des
elektrischen Leiters ansammeln kann. Eine radiale Kante kann z. B. eine Hinterschneidung
ausbilden und sich dadurch in den elektrischen Leiter einkrallen.
[0064] Schnittkanten und/oder Hinterschneidungen können sich außerdem besonders gut eignen,
um gezielt Material des elektrischen Leiters im Rahmen des Einbringens des ersten
Endabschnitts von dem elektrischen Leiter bereichsweise abzuschaben, das sich anschließend
hinter der Hinterschneidung ansammeln kann. Durch eine Schnittkante kann insbesondere
ein vollständig oder zumindest bereichsweise abgetrennter Metallspan erzeugt werden,
der anschließend den Einstich einer Hinterschneidung zumindest teilweise auffüllt
und hiermit eine formschlüssige Verbindung ermöglichen oder optimieren kann. Der Metallspan
kann außerdem einen zusätzlichen Stoffschluss begünstigen.
[0065] In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der erste Endabschnitt
des Kontaktelements eine Beschichtung aufweist. Es kann insbesondere vorgesehen sein,
dass die Beschichtung aus einem Material besteht, das eine stoffschlüssige Verbindung
begünstigt.
[0066] Beispielsweise kann eine Beschichtung aus einem Material mit einer geringeren Schmelztemperatur
als die des Materials des Kontaktelements und die des Materials des elektrischen Leiters
vorgesehen sein. Die Schmelztemperatur des Materials der Beschichtung kann allerdings
auch höher sein oder der Schmelztemperatur des Materials des Kontaktelements und der
des Materials des elektrischen Leiters entsprechen.
[0067] Eine Beschichtung des ersten Endabschnitts des Kontaktelements kann beispielsweise
das Eindringen des ersten Endabschnitts in den elektrischen Leiter erleichtern. Außerdem
können die mechanische Verbindung und die elektrische Verbindung durch eine Beschichtung
verbessert sein.
[0068] Auf diese Weise kann eine lokal entstehende Erwärmung des Kontaktelements beim Eindringen
des ersten Endabschnitts in den elektrischen Leiter ausgenutzt werden.
[0069] Beispielsweise kann eine Beschichtung aus Silber vorgesehen sein oder aus einem Material
mit einer ähnlichen Schmelztemperatur und vergleichbaren elektrischen Eigenschaften.
Vorzugsweise kann dann der elektrische Leiter aus Aluminium oder einem Material mit
ähnlicher Schmelztemperatur und vergleichbaren elektrischen Eigenschaften ausgebildet
sein kann.
[0070] Die Erfindung betrifft auch ein Kontaktelement zur Verbindung mit einem freien Ende
eines elektrischen Leiters eines elektrischen Kabels, aufweisend einen Kontaktkörper
mit einem ersten Endabschnitt, wobei der erste Endabschnitt gestaltet ist, um in eine
Stirnfläche des freien Endes des elektrischen Leiters einzudringen. Das Kontaktelement
ist derart ausgebildet, dass zumindest ein Teilabschnitt des ersten Endabschnitts
des Kontaktkörpers unmittelbar stoffschlüssig mit dem ersten Leiter verbindbar ist.
[0071] Hierzu kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das Kontaktelement keine Hülse (beispielsweise
eine Presshülse) aufweist, um den elektrischen Leiter an dessen Außenumfang zu kontaktieren
und zu verpressen. Eine derartige Hülse würde zu einem Verklemmen des Kontaktelements
mit dem elektrischen Leiter während des Eindringens des Kontaktelements in den elektrischen
Leiter führen, wodurch ein ausreichend hoher Druck oder eine ausreichend hohe Relativgeschwindigkeit
zum unmittelbar stoffschlüssigen Verbinden des Kontaktelements mit dem elektrische
Leiter nicht erreicht werden kann.
[0072] Der Kontaktkörper kann derart ausgebildet sein, dass dieser einen Außenumfang des
elektrischen Leiters nicht kontaktiert, wenn der erste Endabschnitt des Kontaktkörpers
mit dem elektrischen Leiter verbunden ist.
[0073] Vorzugsweise kann das Kontaktelement in seinem ersten Endabschnitt eine spezifische
Spitzengeometrie aufweisen, um vorteilhaft in die Stirnfläche des freien Endes des
elektrischen Leiters eindringen zu können.
[0074] Die Erfindung betrifft auch einen elektrischen Steckverbinder, umfassend eine Verbindungsanordnung
gemäß den vorstehenden und nachfolgenden Ausführungen.
[0075] Vorzugsweise betrifft die Erfindung einen elektrischen Steckverbinder, umfassend
eine Verbindungsanordnung mit einem elektrischen Kabel und einem mit einem freien
Ende des elektrischen Leiters des Kabels verbundenen Kontaktelement, wobei das Kontaktelement
mit einem ersten Endabschnitt in Axialrichtung bezüglich der Längsachse des elektrischen
Leiters in den elektrischen Leiter eindringt. Dabei kann vorgesehen sein, dass zumindest
ein Bereich des ersten Endabschnitts des Kontaktelements unmittelbar stoffschlüssig
mit dem elektrischen Leiter verbunden ist. Vorzugsweise ist das Kontaktelement derart
mit dem freien Ende des elektrischen Leiters verbunden ist, dass das Kontaktelement
einen Außenumfang des elektrischen Leiters nicht kontaktiert.
[0076] Die Erfindung ist nicht auf eine spezifische Bauform eines Steckverbinders bzw. auf
ein spezifisches elektrisches Kabel beschränkt. Die Erfindung eignet sich allerdings
insbesondere für elektrische Kabel bzw. für Kabelsteckverbinder für die Hochfrequenztechnik,
insbesondere für den Einsatz in der Kommunikationstechnik und/oder in Fahrzeugen.
Auch die Verwendung der Erfindung mit Kabelsteckverbindern im Hochvolt-Bereich kann
vorteilhaft sein.
[0077] Ein erfindungsgemäßer Kabelsteckverbinder kann beispielsweise als PL-Steckverbinder,
BNC-Steckverbinder, TNC-Steckverbinder, SMBA (FAKRA)-Steckverbinder, N-Steckverbinder,
7-16-Steckverbinder, SMA-Steckverbinder, SMB-Steckverbinder, SMS-Steckverbinder, SMC-Steckverbinder,
SMP-Steckverbinder, BMS-Steckverbinder, HFM-Steckverbinder, HSD-Steckverbinder, H-MTD-Steckverbinder,
BMK-Steckverbinder, Mini-Coax-Steckverbinder oder Makax-Steckverbinder ausgebildet
sein.
[0078] Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Verbindung zwischen
einem elektrischen Leiter eines elektrischen Kabels und einem Kontaktelement, wonach
das Kontaktelement mit einem ersten Endabschnitt in eine Stirnfläche eines freien
Endes des elektrischen Leiters eingebracht wird. Dabei ist vorgesehen, dass der erste
Endabschnitt des Kontaktelements mit einem derart hohen Druck und/oder mit einer derart
hohen Relativgeschwindigkeit in das freie Ende des elektrischen Leiters eingebracht
wird, dass durch den hohen Druck und/oder durch die hohe Relativgeschwindigkeit der
erste Endabschnitt des Kontaktelements und der elektrische Leiter zumindest bereichsweise
stoffschlüssig miteinander verbunden werden.
[0079] Der Fachmann vermag den "hohen Druck" und die "hohe Relativgeschwindigkeit" anwendungsspezifisch
zu bestimmen, um in Abhängigkeit der für den elektrischen Leiter und das Kontaktelement
verwendeten Materialien einen unmittelbaren Stoffschluss zwischen den Bestandteilen
zu erzeugen.
[0080] Vorzugsweise wird der erste Endabschnitt des Kontaktelements mit einer solchen Geschwindigkeit
in das freie Ende des elektrischen Leiters eingebracht bzw. eingeschossen, dass eine
kaltgeschweißte Verbindung zwischen dem ersten Endabschnitt und dem elektrischen Leiter
entsteht.
[0081] Es kann somit ein Verfahren zur Herstellung einer Fügeverbindung eines Kontaktelements
mit einem elektrischen Leiter vorgesehen sein, bei dem vorzugsweise auf aufwändige
Steckkontakte, thermische Schweißverfahren, Ultraschallschweißen oder Löten bei der
Herstellung der Verbindung verzichtet wird.
[0082] Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die hohe Relativgeschwindigkeit
auf einer hohen Lineargeschwindigkeit und/oder auf einer hohen Winkelgeschwindigkeit
basiert.
[0083] Insbesondere kann vorgesehen sein, das Kontaktelement mit hoher Lineargeschwindigkeit
in den elektrischen Leiter einzuführen (z. B. einzuschießen). Es kann alternativ oder
zusätzlich auch vorgesehen sein, den elektrischen Leiter mit hoher Lineargeschwindigkeit
über das Kontaktelement zu schieben. Eine hohe (relative) Lineargeschwindigkeit kann
mit einer rotatorischen Bewegung überlagert werden.
[0084] Es kann auch vorgesehen sein, das Kontaktelement mit hoher Winkelgeschwindigkeit
bei beliebigem, vorzugsweise langsamem Vorschub bzw. langsamer (relativer) Lineargeschwindigkeit
in den elektrischen Leiter einzuführen.
[0085] Eine Überlagerung der axialen Bewegung durch eine rotatorische Bewegung kann von
Vorteil sein, um die während des Einbringens des Kontaktelements in den elektrischen
Leiter auftretenden lokalen Erwärmungen noch zu erhöhen, um eine stoffschlüssige Verbindung
zu optimieren.
[0086] Insbesondere wenn der erste Endabschnitt des Kontaktelements mit einer Beschichtung
versehen ist oder auf herkömmliche Weise zusätzliches Lot in die Verbindung eingebracht
wird, kann eine rotatorische Bewegung zur Erzeugung von Reibungswärme von Vorteil
sein.
[0087] Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass das Kontaktelement derart in das freie Ende
des elektrischen Leiters eingebracht wird, dass das Kontaktelement einen Außenumfang
des elektrischen Leiters nicht kontaktiert, wenn sich der erste Endabschnitt in seiner
Endposition in dem elektrischen Leiter befindet.
[0088] Vorzugsweise kann der erste Endabschnitt des Kontaktelements derart in die Stirnfläche
des elektrischen Leiters eingebracht werden, dass eine gasdichte Verbindung entsteht.
Besonders bevorzugt kann ein Kaltschweißverfahren vorgesehen sein, um das Kontaktelement
mit dem elektrischen Leiter zu verbinden.
[0089] In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das freie Ende des
elektrischen Leiters eine vollständig geschlossene Stirnfläche ausbildet, die durch
das Einbringen des ersten Endabschnitts des Kontaktelements durchbrochen wird.
[0090] Vorzugsweise weist die Stirnfläche des elektrischen Leiters keine Bohrung auf.
[0091] Dadurch, dass das freie Ende des elektrischen Leiters zunächst eine vollständig geschlossene
Stirnfläche ausbildet, kann auf das Einbringen einer Bohrung in die Stirnfläche verzichtet
werden, was die Herstellung der Verbindung stark vereinfacht. In diesem Rahmen soll
auch die unbearbeitete Stirnfläche eines als Litze ausgebildeten elektrischen Leiters
unter den Begriff "vollständig geschlossene Stirnfläche" fallen.
[0092] Grundsätzlich kann aber auch vorgesehen sein, dass das freie Ende des elektrischen
Leiters an der Stirnfläche eine Zentrierbohrung aufweist, deren Durchmesser größer
ist als deren Bohrungstiefe.
[0093] Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der erste Endabschnitts
des Kontaktelements derart in das freie Ende des elektrischen Leiters eingebracht
wird, dass sich zusätzlich eine formschlüssige Verbindung ergibt.
[0094] Vorzugsweise sind eine formschlüssige und/oder eine mittelbare stoffschlüssige Verbindung
zusätzlich zu der bereichsweise unmittelbaren stoffschlüssigen Verbindung vorgesehen.
[0095] In einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der erste Endabschnitt
des Kontaktelements derart in das freie Ende des elektrischen Leiters eingebracht
wird, dass das Kontaktelement mit einem radialen Rücksprung an der Stirnfläche des
freien Endes des elektrischen Leiters anschlägt.
[0096] Vorzugsweise wird der erste Endabschnitt des Kontaktelements derart in das freie
Ende des elektrischen Leiters eingebracht, dass der erste Endabschnitt sich vollständig
innerhalb des elektrischen Leiters befindet, wenn sich das Kontaktelement in seiner
axialen Endposition in dem elektrischen Leiter befindet.
[0097] In einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass als hohe Relativgeschwindigkeit
eine Geschwindigkeit von mindestens 5 m/s, vorzugsweise mindestens 10 m/s, besonders
bevorzugt mindestens 20 m/s, weiter bevorzugt mindestens 30 m/s und ganz besonders
bevorzugt mindestens 40 m/s, vorgesehen ist.
[0098] Die vorgenannten Geschwindigkeitsbereiche haben sich als besonders geeignet herausgestellt.
[0099] Eine Beschleunigung des Kontaktelements zum Erreichen einer entsprechenden Geschwindigkeit
kann bevorzugt pneumatisch erfolgen. Es kann aber auch eine mechanische Lösung, beispielsweise
das Vorspannen und Lösen einer Feder vorgesehen sein. Ferner kann eine elektromagnetische
bzw. elektrodynamische Lösung, beispielsweise unter Ausnutzung der Lorentzkraft zur
Beschleunigung des Kontaktelements eingesetzt werden. Auch eine chemische bzw. thermodynamische
(z. B. pyrotechnische) Lösung, beispielsweise eine kontrollierte Explosion, kann vorgesehen
sein. Schließlich ist es auch möglich, die Gravitationskraft mittels einer "Fall-Vorrichtung"
auszunutzen, um das Kontaktelement ausreichend zu beschleunigen. Auch Kombinationen
der vorgenannten Varianten sind möglich.
[0100] Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Herstellung einer Verbindungsanordnung
gemäß den vorstehenden und nachfolgenden Ausführungen. Die Vorrichtung weist Mittel
auf, um das Kontaktelement mit seinem ersten Endabschnitt zumindest bereichsweise
stoffschlüssig in eine Stirnfläche des freien Endes des elektrischen Leiters mit hoher
Geschwindigkeit und/oder mit hoher mechanischer Kraft einzubringen.
[0101] Aufgrund der hohen Geschwindigkeit und/oder der hohen Kraft kann es aufgrund der
Reibung zwischen dem ersten Endabschnitt des Kontaktelements und dem elektrischen
Leiter zu einer stoffschlüssigen Verbindung kommen. Im Gegensatz zum Reibschweißen
kommt es dabei, abgesehen von lokalen Erwärmungen im Mikrobereich, in der Regel allerdings
zu keiner hohen Erwärmung der Verbindung.
[0102] Ein Kontaktelement mit einem ersten Endabschnitt zur Verbindung mit dem freien Ende
des elektrischen Leiters kann mittels der Vorrichtung vorteilhaft in die Stirnfläche
des elektrischen Leiters eingeschossen und dadurch mit diesem verbunden werden. Durch
die hohe Geschwindigkeit stoffschlüssige Verbindung entstehen.
[0103] In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die
Mittel als pneumatische, elektromagnetische, pyrotechnische oder gravitationsgestützte
Mittel ausgebildet sind oder dass ein durch Federkraft angetriebenes Mittel vorgesehen
ist, um das Kontaktelement mit seinem ersten Endabschnitt in die Stirnfläche des freien
Endes des elektrischen Leiters einzuschießen.
[0104] Grundsätzlich können beliebige Mittel vorgesehen sein, um den ersten Endabschnitt
in die Stirnfläche des freien Endes des elektrischen Leiters einzubringen. Die genannten
Mittel sind nur beispielhaft zu verstehen.
[0105] Merkmale, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung beschrieben
wurden, sind selbstverständlich auch für das erfindungsgemäße Kontaktelement, den
elektrischen Steckverbinder, das Verfahren und die Vorrichtung vorteilhaft umsetzbar
- und umgekehrt. Ferner können Vorteile, die bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen
Verbindungsanordnung genannt wurden, auch auf das erfindungsgemäße Kontaktelement,
den elektrischen Steckverbinder, das Verfahren und die Vorrichtung bezogen verstanden
werden - und umgekehrt.
[0106] Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass Begriffe wie "umfassend", "aufweisend" oder
"mit" keine anderen Merkmale oder Schritte ausschließen. Ferner schließen Begriffe
wie "ein" oder "das", die auf eine Einzahl von Schritten oder Merkmalen hinweisen,
keine Mehrzahl von Merkmalen oder Schritten aus - und umgekehrt.
[0107] Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher
beschrieben.
[0108] Die Figuren zeigen jeweils bevorzugte Ausführungsbeispiele, in denen einzelne Merkmale
der vorliegenden Erfindung in Kombination miteinander dargestellt sind. Merkmale eines
Ausführungsbeispiels sind auch losgelöst von den anderen Merkmalen des gleichen Ausführungsbeispiels
umsetzbar und können dementsprechend von einem Fachmann ohne Weiteres zu weiteren
sinnvollen Kombinationen und Unterkombinationen mit Merkmalen anderer Ausführungsbeispiele
verbunden werden.
[0109] In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen.
[0110] Es zeigen schematisch:
- Figur 1
- einen elektrischen Steckverbinder mit einer Verbindungsanordnung gemäß dem Stand der
Technik;
- Figur 2
- einen elektrischen Steckverbinder, umfassend eine erfindungsgemäße Verbindungsanordnung
;
- Figur 3
- ein erfindungsgemäßes Kontaktelement mit einem ersten Endabschnitt gemäß einer ersten
Ausführungsform mit einem abgerundeten freien Ende;
- Figur 4
- ein erfindungsgemäßes Kontaktelement mit einem ersten Endabschnitt gemäß einer zweiten
Ausführungsform mit einer Spitze;
- Figur 5
- ein erfindungsgemäßes Kontaktelement mit einem ersten Endabschnitt gemäß einer dritten
Ausführungsform mit einem sich verjüngenden Querschnitt;
- Figur 6
- ein erfindungsgemäßes Kontaktelement mit einem ersten Endabschnitt gemäß einer vierten
Ausführungsform mit einem sich verjüngenden Querschnitt;
- Figur 7
- ein erfindungsgemäßes Kontaktelement mit einem ersten Endabschnitt gemäß einer fünften
Ausführungsform mit einem sich verjüngenden Querschnitt;
- Figur 8
- ein erfindungsgemäßes Kontaktelement mit einem ersten Endabschnitt gemäß einer sechsten
Ausführungsform mit einem radialen Absatz;
- Figur 9
- ein erfindungsgemäßes Kontaktelement mit einem ersten Endabschnitt gemäß einer siebten
Ausführungsform mit einem radialen Absatz;
- Figur 10
- ein erfindungsgemäßes Kontaktelement mit einem ersten Endabschnitt gemäß einer achten
Ausführungsform mit einem radialen Absatz;
- Figur 11
- ein erfindungsgemäßes Kontaktelement mit einem ersten Endabschnitt gemäß einer neunten
Ausführungsform mit einer radialen Schnittkante;
- Figur 12
- eine Detailansicht auf die Schnittkante des Kontaktelements der Figur 11 in einer
vereinfachten Schnittdarstellung; und
- Figur 13
- eine Vorrichtung zur Herstellung einer Verbindungsanordnung.
[0111] Figur 1 zeigt in perspektivischer Schnittansicht einen elektrischen Steckverbinder
100 gemäß dem Stand der Technik. Der elektrische Steckverbinder 100 weist eine Verbindungsanordnung
101 auf, die ein elektrisches Kabel 1, im Ausführungsbeispiel ein Wellmantelkabel,
und ein mit einem freien Ende 2.1 eines elektrischen Leiters 2, vorliegend der Innenleiter
des Kabels 1, verbundenes Kontaktelement 102 umfasst. Das elektrische Kabel 1 weist
ein Dielektrikum 3 auf, das den Innenleiter bzw. den elektrischen Leiter 2 umhüllt
und elektrisch von einem Außenleiter 4 des Kabels 1 trennt. Der elektrische Steckverbinder
100 weist ferner ein elektrisch leitfähiges Außengehäuse 103 auf, das mit dem Außenleiter
4 des elektrischen Kabels 1 elektrisch verbunden ist.
[0112] Die Verbindunganordnung 101 des Standes der Technik ist mittels einer Lötverbindung
mit dem elektrischen Leiter 2 bzw. dem Innenleiter des Kabels 1 elektrisch und mechanisch
verbunden. Für eine ausreichend gute Verbindung und mechanische Stabilität umfasst
das Kontaktelement 102 außerdem das freie Ende 2.1 des elektrischen Leiters 2 an dessen
Außenumfang. Der verbleibende Zwischenraum ist mit einem Lot aufgefüllt. Eine Alternative
zu einer Lötverbindung kann gemäß dem Stand der Technik auch eine Crimpverbindung
sein.
[0113] Eine aus dem Stand der Technik bekannte, weitere Alternative kann es sein, das Kontaktelement
102 in eine Stirnfläche 2.2 des freien Endes 2.1 des elektrischen Leiters 2 entlang
einer Bohrung (nicht dargestellt) einzubringen, um das Material des elektrischen Leiters
2 radial nach außen zu verdrängen, um eine kraftschlüssige Verbindung mit einer den
elektrischen Leiter 2 umhüllenden Hülse herzustellen.
[0114] Bei allen genannten Varianten ergibt sich das Problem, dass die Verbindungsherstellung
vergleichsweise aufwändig ist und außerdem ein Durchmessersprung im Verbindungsbereich
entsteht. Aufgrund des geänderten Querschnitts kann eine Impedanzanpassung erforderlich
werden, was die Dimensionen des Steckverbinders 100 insgesamt deutlich vergrößern
kann.
[0115] Figur 2 zeigt einen erfindungsgemäßen elektrischen Steckverbinder 5, umfassend eine
erfindungsgemäße Verbindungsanordnung 6. Das elektrische Kabel 1 entspricht beispielhaft
dem im Rahmen der Figur 1 bereits beschriebenen Wellmantelkabel.
[0116] Das erfindungsgemäße Kontaktelement 7 dringt mit seinem ersten Endabschnitt 7.1 in
die Stirnfläche 2.2 des freien Endes 2.1 des elektrischen Leiters 2 bzw. des Innenleiters
des Kabels 1 ein. Im Ausführungsbeispiel ist das Kontaktelement 7 derart mit dem freien
Ende 2.1 des elektrischen Leiters 2 verbunden, dass das Kontaktelement 7 einen Außenumfang
des elektrischen Leiters 2 nicht kontaktiert. Insbesondere kontaktiert der Kontaktkörper
7.4 des Kontaktelements 7 den Außenumfang des elektrischen Leiters 2 nicht.
[0117] Eine bevorzugte Verwendung der Erfindung sieht vor, dass der elektrische Leiter 2
als Innenleiter des Kabels 1 und das Kontaktelement 7 als Innenleiter-Kontaktelement
des Steckverbinders 5 ausgebildet ist, wie dargestellt. Der Steckverbinder 5 kann
ein elektrisch leitfähiges Außengehäuse 8 aufweisen und grundsätzlich beliebig ausgebildet
sein. Der freiliegende zweite Endabschnitt 7.5 des Kontaktelements kann zur Kontaktierung
eines Kontaktelements eines Gegensteckverbinders ausgebildet sein.
[0118] Im Gegensatz zum Stand der Technik kann das Kontaktelement 7 in vorteilhafter Weise
einteilig ausgebildet sein. Auf eine Hülse oder einen hülsenförmigen Vorsprung des
Kontaktelements 102 kann verzichtet werden. Ferner kann die Notwendigkeit entfallen,
der Verbindung zusätzliches Lot zuzuführen.
[0119] Zur Vermeidung eines Impedanzsprungs kann es von Vorteil sein, wenn der Außendurchmesser
des Kontaktelements 7 in einem an den ersten Endabschnitt 7.1 des Kontaktelements
7 angrenzenden mittleren Abschnitt 7.2 dem Außendurchmesser des elektrischen Leiters
2 entspricht. Schließlich kann ein das Kontaktelement 7 umgebendes Außenleiter-Kontaktelement,
vorliegend das elektrisch leitfähige Außengehäuse 8 des Steckverbinders 5, in einem
axialen Abschnitt, der den ersten Endabschnitt 7.1 des Kontaktelements 7 radial umgibt,
einen konstanten Querschnitt aufweisen (im Ausführungsbeispiel nicht dargestellt).
[0120] Bei der Verbindung zwischen dem ersten Endabschnitt 7.1 des Kontaktelements 7 und
dem freien Ende 2.1 des elektrischen Leiters 2 handelt es sich um eine zumindest bereichsweise
unmittelbar stoffschlüssige Verbindung, d. h. um eine stoffschlüssige Verbindung ohne
zusätzliche Schweiß- oder Lötzusatzstoffe. Vorzugsweise handelt es sich um eine kaltgeschweißte,
insbesondere um eine gasdichte Verbindung. Bevorzugt handelt es sich bei der Verbindung
zwischen dem ersten Endabschnitt 7.1 des Kontaktelements 7 und dem freien Ende 2.1
des elektrischen Leiters 2 außerdem um eine formschlüssige Verbindung.
[0121] Zum Herstellen der Verbindung zwischen dem elektrischen Leiter 2 bzw. dem Innenleiter
des Kabels 1 und dem Kontaktelement 7 wird der erste Endabschnitt 7.1 in die Stirnfläche
2.2 des freien Endes 2.1 des elektrischen Leiters 2 eingebracht. Dies erfolgt mit
einem derart hohen Druck und/oder mit einer derart hohen Relativgeschwindigkeit, dass
durch den hohen Druck und/oder durch die hohe Relativgeschwindigkeit der erste Endabschnitt
7.1 des Kontaktelements 7 und der elektrische Leiter 2 zumindest bereichsweise stoffschlüssig
miteinander verbunden werden.
[0122] Vorzugsweise wird der erste Endabschnitt 7.1 des Kontaktelements 7 außerdem derart
in den elektrischen Leiter 2 eingebracht, dass das Kontaktelement 7 den Außenumfang
des elektrischen Leiters 2 nicht kontaktiert, wenn sich der erste Endabschnitt 7.1
in seiner Endposition in dem elektrischen Leiter 2 befindet.
[0123] Vorzugsweise handelt es sich bei der Endposition um eine axiale Position, in der
das Kontaktelement 7 mit seinem ersten Endabschnitt 7.1 vollständig in den elektrischen
Leiter 2 eingedrungen ist. Es kann sich allerdings auch um eine axiale Position handeln,
in der das Kontaktelement 7 mit seinem ersten Endabschnitt 7.1 nicht vollständig in
den elektrischen Leiter 2 eingedrungen ist und ein Abstand zwischen der Stirnfläche
2.2 des freien Endes 2.1 des elektrischen Leiters 2 und dem mittleren Abschnitt 7.2
des Kontaktelements 7 verbleibt.
[0124] Insbesondere wird das freie Ende 2.1 des elektrischen Leiters 2 in eine zunächst
noch vollständig geschlossene Stirnfläche 2.2 eingebracht, die erst durch das Einbringen
des ersten Endabschnitts 7.1 des Kontaktelements 7 durchbrochen wird. Eine Bohrung
in der Stirnfläche 2.2 ist damit nicht unbedingt erforderlich. Grundsätzlich kann
allerdings auch eine Bohrung, insbesondere eine Zentrierbohrung, vorgesehen sein.
[0125] Der erste Endabschnitt 7.1 des Kontaktelements 7 kann mit einer Relativgeschwindigkeit
von mindestens 5 m/s, vorzugsweise mindestens 10 m/s, besonders bevorzugt mindestens
20 m/s, weiter bevorzugt mindestens 30 m/s und ganz besonders bevorzugt mindestens
40 m/s, in das freie Ende 2.1 des elektrischen Leiters 2 eingebracht werden.
[0126] Um die mechanische Verbindung noch zu verbessern, insbesondere um eine stoffschlüssige
Verbindung zu optimieren, kann eine axiale Bewegung in Axialrichtung, die sich entlang
einer Längsachse L des elektrischen Kabels 1 erstreckt, bei dem Einbringen des ersten
Endabschnitts 7.1 des Kontaktelements 7 in den elektrischen Leiter 2 mit einer rotatorischen
Bewegung des Kontaktelements 7 überlagert werden. Die entsprechende Reibungsenergie
kann das Entstehen einer stoffschlüssigen Verbindung begünstigen.
[0127] Zur Herstellung der Verbindungsanordnung 6 kann eine Vorrichtung 9 vorgesehen sein,
die Mittel aufweist, um das Kontaktelement mit seinem ersten Endabschnitt 7.1 zumindest
bereichsweise stoffschlüssig in die Stirnfläche 2.2 des freien Endes 2.1 des elektrischen
Leiters 2 mit hoher Geschwindigkeit und/oder mit hoher mechanischer Kraft einzubringen.
Eine nur schematisch angedeutete, beispielhafte Vorrichtung 9 ist in Figur 13 dargestellt.
[0128] Die Mittel können als pneumatische, elektromagnetische, pyrotechnische oder gravitationsgestützte
Mittel ausgebildet sein, um das Kontaktelement 7 ausreichend zu beschleunigen. Es
kann auch vorgesehen sein, dass ein durch Federkraft angetriebenes Mittel das Kontaktelement
7 mit seinem ersten Endabschnitt 7.1 in die Stirnfläche 2.2 des freien Endes 2.1 des
elektrischen Leiters 2 einschießt.
[0129] In Figur 13 ist beispielhaft eine Vorrichtung 9 mit einem pneumatischen Mittel dargestellt,
das als Druckluftkanone 10 zum Einschießen des Kontaktelements 7 ausgebildet ist.
[0130] Um das Eindringen des Kontaktelements 7 bzw. des vorderen Endabschnitts 7.1 des Kontaktelements
7 in die Stirnfläche 2.2 des elektrischen Leiters 2 zu begünstigen, können verschiedene
Geometrien des ersten Endabschnitts 7.1 vorgesehen sein.
[0131] Insbesondere kann vorgesehen sein, dass sich der Querschnitt des ersten Endabschnitts
7.1 in Richtung auf das freie Ende 7.3 des ersten Endabschnitts 7.1 verjüngt, insbesondere
dass der erste Endabschnitt 7.1 des Kontaktelements 7 konisch ausgeformt ist. Eine
entsprechende Gestaltung ist in allen Ausführungsbeispielen der Figuren 2 bis 12 dargestellt.
Insbesondere die in den Figuren 5 bis 7 gezeigten Ausführungsbeispiele zeigen verschiedene
Varianten einer vorteilhaften konischen Ausformung des ersten Endabschnitts.
[0132] Das freie Ende 7.3 des ersten Endabschnitts 7.1 des Kontaktelements 7 kann beispielsweise
eine Rundung 11 aufweisen (vgl. z. B. Figur 3) oder eine Spitze 12 (vgl. z. B. Figur
4).
[0133] Insbesondere zur Begünstigung einer formschlüssigen Verbindung kann der erste Endabschnitt
7.1 des Kontaktelements 7 wenigstens einen radialen Absatz 13, vorzugsweise wenigstens
eine radiale Schnittkante 14 und/oder eine Hinterschneidung 15, aufweisen. Die Ausführungsbeispiele
der Figuren 8 bis 11 zeigen beispielhaft verschiedene Varianten mit entsprechenden
radialen Absätzen 13, die ein Verkrallen des Kontaktelements 7 in dem elektrischen
Leiter 2 ermöglichen. Auch eine wie im Ausführungsbeispiel der Figur 4 gezeigte Spitze
12 des freien Endes 7.3 kann einen entsprechenden radialen Absatz 13 aufweisen.
[0134] Figur 11 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der eine radiale Schnittkante
14 mit einer Hinterschneidung 15 vorgesehen ist. Figur 12 zeigt einen vergrößerten
Ausschnitt in einer Schnittdarstellung. Mittels der Schnittkante 14 kann ein Span
16 des elektrischen Leiters 2 vollständig oder teilweise abgeschabt werden. Der Span
16 kann dann in die Hinterschneidung 15 befördert werden, wodurch sich eine formschlüssige
und/oder eine stoffschlüssige Verbindung ergeben und optimieren lassen kann.
[0135] Es kann auch vorgesehen sein, dass der erste Endabschnitt 7.1 des Kontaktelements
7 eine Beschichtung aufweist, vorzugsweise eine Beschichtung aus einem Material mit
einer geringeren Schmelztemperatur als die des Materials des Kontaktelements 7 und
die des Materials des elektrischen Leiters 2. Beispielsweise kann eine Silber-Beschichtung
vorgesehen sein, die auf einem aus Messing ausgebildeten Kontaktelement 7 aufgebracht
wird.
1. Verbindungsanordnung (6), umfassend ein elektrisches Kabel (1) und ein mit einem freien
Ende (2.1) eines elektrischen Leiters (2) des Kabels (1) verbundenes Kontaktelement
(7), wobei das Kontaktelement (7) mit einem ersten Endabschnitt (7.1) in eine Stirnfläche
(2.2) des freien Endes (2.1) des elektrischen Leiters (2) eindringt,
dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest ein Bereich des ersten Endabschnitts (7.1) des Kontaktelements (7) unmittelbar
stoffschlüssig mit dem elektrischen Leiter (2) verbunden ist.
2. Verbindungsanordnung (6) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Kontaktelement (7) derart mit dem freien Ende (2.1) des elektrischen Leiters (2)
verbunden ist, dass das Kontaktelement (7) einen Außenumfang des elektrischen Leiters
(2) nicht kontaktiert.
3. Verbindungsanordnung (6) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
der elektrische Leiter (2) als Innenleiter des Kabels (1) und das Kontaktelement (7)
als Innenleiter-Kontaktelement eines Steckverbinders (5) ausgebildet ist.
4. Verbindungsanordnung (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Außendurchmessers des Kontaktelements (7) in einem an den ersten Endabschnitt
(7.1) des Kontaktelements (7) angrenzenden mittleren Abschnitt (7.2) dem Außendurchmesser
des elektrischen Leiters (2) entspricht.
5. Verbindungsanordnung (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Verbindung zwischen dem ersten Endabschnitt (7.1) des Kontaktelements (7) und
dem freien Ende (2.1) des elektrischen Leiters (2) eine kaltgeschweißte, vorzugsweise
eine gasdichte Verbindung ist.
6. Verbindungsanordnung (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich der Querschnitt des ersten Endabschnitts (7.1) in Richtung auf das freie Ende
(2.1) des ersten Endabschnitts (7.1) verjüngt.
7. Verbindungsanordnung (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Endabschnitt (7.1) des Kontaktelements (7) wenigstens einen radialen Absatz
(13), vorzugsweise wenigstens eine radiale Schnittkante (14) und/oder eine Hinterschneidung
(15) aufweist.
8. Verbindungsanordnung (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Endabschnitt (7.1) des Kontaktelements (7) eine Beschichtung aufweist.
9. Kontaktelement (7) zur Verbindung mit einem freien Ende (2.1) eines elektrischen Leiters
(2) eines elektrischen Kabels (1), aufweisend einen Kontaktkörper (7.4) mit einem
ersten Endabschnitt (7.1), wobei der erste Endabschnitt (7.1) gestaltet ist, um in
eine Stirnfläche (2.2) des freien Endes (2.1) des elektrischen Leiters (2) einzudringen,
dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest ein Teilabschnitt des ersten Endabschnitts (7.1) des Kontaktkörpers (7.4)
unmittelbar stoffschlüssig mit dem ersten Leiter (2) verbindbar ist.
10. Elektrischer Steckverbinder (5), umfassend eine Verbindungsanordnung (6) nach einem
der Ansprüche 1 bis 8.
11. Verfahren zum Herstellen einer Verbindung zwischen einem elektrischen Leiter (2) eines
elektrischen Kabels (1) und einem Kontaktelement (7), wonach das Kontaktelement (7)
mit einem ersten Endabschnitt (7.1) in eine Stirnfläche (2.2) eines freien Endes (2.1)
des elektrischen Leiters (2) eingebracht wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Endabschnitt (7.1) des Kontaktelements (7) mit einem derart hohen Druck
und/oder mit einer derart hohen Relativgeschwindigkeit in das freie Ende (2.1) des
elektrischen Leiters (2) eingebracht wird, dass durch den hohen Druck und/oder durch
die hohe Relativgeschwindigkeit der erste Endabschnitt (7.1) des Kontaktelements (7)
und der elektrische Leiter (2) zumindest bereichsweise stoffschlüssig miteinander
verbunden werden.
12. Verfahren nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, dass
die hohe Relativgeschwindigkeit auf einer hohen Lineargeschwindigkeit und/oder auf
einer hohen Winkelgeschwindigkeit basiert.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Kontaktelement (7) derart in das freie Ende (2.1) des elektrischen Leiters (2)
eingebracht wird, dass das Kontaktelement (7) einen Außenumfang des elektrischen Leiters
(2) nicht kontaktiert, wenn sich der erste Endabschnitt (7.1) in seiner Endposition
in dem elektrischen Leiter (2) befindet.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
das freie Ende (2.1) des elektrischen Leiters (2) eine vollständig geschlossene Stirnfläche
(2.2) ausbildet, die durch das Einbringen des ersten Endabschnitts (7.1) des Kontaktelements
(7) durchbrochen wird.
15. Vorrichtung (9) zur Herstellung einer Verbindungsanordnung (6) gemäß einem der Ansprüche
1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
Mittel (10) vorgesehen sind, um das Kontaktelement (7) mit seinem ersten Endabschnitt
(7.1) zumindest bereichsweise stoffschlüssig in eine Stirnfläche (2.2) des freien
Endes (2.1) des elektrischen Leiters (2) mit hoher Geschwindigkeit und/oder mit hoher
mechanischer Kraft einzubringen.