NL8220111A - Ineengedraaide pen. - Google Patents

Description

82 20 1 1 ί VO 3900

Ineengedraaide pen.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op elektrische ver-bindingsklemmen, en in het bijzonder op contactpennen voor gebruik in verbreekbare pen- en dooscontacten.

Pen- en dooscontacten worden toegepast in een grote verscheiden-5 heid van elektrische verbindingsklemmen, zoals b.v. verbindingsklemmen voor platte geleiderkabels, randbordverbindingsklemmen en verbindingsklemmen met coaxiale kabelaansluitklemmen. In dergelijke verbindings-klemmen is een aantal pennen aangebracht aan een insteekdeel van de ver-bindingsklem, en zijn bijbehorende dozen aangebracht aan een opnemend 10 deel van de verbindingsklem. De pennen en dozen zijn bemeten voor een samenwerkende wrijvingsaangrijping voor het zelfs na herhaald losmaken nit de dozen, op hun plaats houden van de pennen.

Een thans in gebruik zijnde algemene penvorm is een zogenoemde "ineengedraaide pen", die een kernkabel omvat met een of meer strengen 15 of draden, van zacht koper, b.v. zuurstofvrij koper, omgeven door een of meer bundels met veerdraden van berylliumkoper (Be Cu), die schroef-lijnvormig zijn gewonden om de kerndraden. De pen is zodanig gevormd, dat de buitenste draden tussen de peneinden een buik vormen. Een ineengedraaide pen van deze soort is b.v. beschreven in het Amerikaanse oc-20 trooischrift 3.319.217» dat op 9 mei 1967 is verleend aan Phillips.

Het maximale doorsnedegebied van de pen in haar niet samengedrukte toe-stand is groter dan de binnendiameter van de doos, zodat wanneer de pen in de doos wordt gestoken, de buitenste draden veerkrachtig worden sa-mengedrukt voor het produceren van de wrijvingsverbinding tussen de pen 25 en de doos.

Berylliumkoper is gekozen als het materiaal voor de buitenste draden (d.w.z, de doosaangrijpende draden) op grond van zijn grote mate van veerkracht, waarbij wordt gemeend, dat deze veerkracht niet alleen een betrouwbare mechanische aangrijping bevordert, maar 00k een betrouw-30 bare elektrisch geleidende verbinding verzekert aangezien de pen terug-veert om weer aan te liggen tegen de doos langs een aanzienlijk tussen-8220111 - 2 - vlak nadat aangrijping tot stand is gebracht.

In de praktijk kunnen de krachten, nodig voor het aangrijpen van een bepaalde pen en doos, meer dan 1^1,75 g zijn per contact. Hoe-wel een dergelijke kracht per contact op zichzelf niet belangrijk is, 5 zal het duidelijk zijn, dat de totale s amenpassingskracht, nodig voor het samenpassen van de insteek- en opneemdelen van een verbindingsklem waarin meer dan 100 contacten worden gebruikt (b.v. meer dan l8h· con-tacten in een in de handel verkrijgbare verbindingsklem), zeer groot kan zijn, zelfs wanneer de contacten zijn gesmeerd voor het zodoende 10 leggen van een last op het veldpersoneel en/of het in feite beperken van het aantal contacten, dat wordt gebruikt in een verbindingsklem.

Elke poging voor het opheffen van dit nadeel mag niet een verkleining tot gevolg hebben van de scheidingskracht (d.w.z. de kracht, nodig voor het scheiden van de pennen) tot onder een bepaalde minimale waarde (b.v. 15 1^1,75 g)'. Lage waarden duiden op marginale normale krachtomstandighe- den, die zouden kunnen leiden tot storing. Tenzij een minimale normale kracht aanwezig is, kan de elektrische verbinding over de te scheiden koppeling een bovenmatig beperkende weerstand vertonen.

Pogingen om af te rekenen met deze omstandigheid hebben het on-20 derzoek bevat van verschillende ongebruikelijke pengedaanten, in door-snede afgebeeld in de fig.1 - 3. Pennen zonder kernen werden b.v. be-schouwd, waarin het midden of de kernkabel is weggelaten. In plaats daarvan omvat de pen een aantal schroeflijnvormig gewonden kabels, waar-bij elke kabel bestaat uit een aantal gewonden draden van BeCu met een 25 diameter van 0,0889 mm (zie fig.1). In een geval werden drie kabels met elk drie draden voorgesteld (fig.1), in een ander geval werden drie kabels met vier draden elk voorgesteld, in een ander geval werden vier kabels met drie draden elk voorgesteld. Geconc.ludeerd werd, dat deze ont-werpen het vraagstuk niet konden oplossen, maar juist zouden worden ge-30 kenmerkt door ongewenst grote aangrijpkrachten, naast andere nadelen.

In een ander voorbeeld werden pennen beproefd, bestaande uit een kern met drie schroeflijnvormig gewonden draden van zuurstofvrij koper (diameter 0,127 mm), waar omheen schroeflijnvormig 11 of 12 draden zijn gewonden (fig.2) van BeCu (0,0889 mm in diameter). Ongewenst 35 grote aangrijpkrachten waren echter het gevolg. Bovendien zouden de bui- 8220111 - 3 - tenste draden tijdens de vervaardigingsbehandeling geen juite buikge-daante bereiken.

In een ander voorbeeld werd een pen onderzocht, omvattende een aantal BeCu-draden (diameter 0,127 mm), schroeflijnvormig gewonden om 5 drie draden van zuurstofvrij koper (diameter 0,0889 mm). In een geval werden vijf draden van BeCu beschouwd (fig.3), in een ander geval warden drie draden van BeCu beschouwd. De prestatie en de kwaliteit van deze soort pen waren volledig onbevredigend.

Het is derhalve een doel van de onderhavige uitvinding een con-10 tactpen te verschaffen, die is gekenmerkt door verkleinde aangrijpkrach-ten met behoud van een vooraf gekozen minimale scheidingskracht.

Het is een ander doel van de uitvinding een dergelijke contact-pen te verschaffen, die liiet afwijkt van de gebruikelijke pengedaante .

Het is een verder doel van de uitvinding een dergelijke contact-15 pen te verschaffen, die voldoende elektrischeaangrijping met de doos produceert.

Deze doeleinden worden bereikt door de onderhavige uitvinding, die een penelement omvat voor gebruik in een elektrische verbindings-20 klem met een aantal pennen, welke klem kan worden samengepast met een elektrische verbindingsklem met een aantal dozen. Het penelement omvat een binnenste geleidend gedeelte en een buitenste geleidend gedeelte, dat een bundel buitenste draden bevat, schroeflijnvormig gewonden om het binnenste geleidende gedeelte voor het met wrijving aangrijpen van 25 een doos van de verbindingsklem. De bundel buitenste draden omvat een combinatie van draden met verschillende maten vein veerkracht.

Bij voorkeur is van 25 tot J0% van de buitenste draden gemaakt van een materiaal met grotere veerkracht.

In een pen met zeven buitenste draden zullen bij voorkeur drie 30 daarvan zijn gemaakt van berylliumkoper, en de andere zijn gemaakt van zuurstofvrij koper.

De doeleinden en voordelen van de uitvinding zullen duidelijk worden uit de volgende gedetailleerde beschrijving van een voorkeurs-uitvoeringsvorm daarvan in samenhang met de bijgaande tekening, waarin 35 gelijke verwijzingscijfers gelijke elementen aanduiden, en waarin:

Fig.1, 2 en 3 doorsnede-aanzichten zijn, die resp. drie niet 8220111 -k- niet succesvolle penontwerpen, die werden onderzocht, afbeelden;

Fig.h een doorsnede-aanzicht is van een voorkeurspenontwerp volgens de onderhavige uitvinding;

Fig.5 een doorsnede-aanzicht is van een ander voorkeurspenont-5 werp volgens de onderhavige uitvinding;

Fig.6 een aan fig.5 gelijk aanzicht is, dat de pen afbeeldt in een aangegrepen toestand in een doos;

Fig.7 een zijaanzicht is, gedeeltelijk opengebroken, van het pen- en doosontwerp, waarmee de onderhavige uitvinding zich bezig 10 houdt; en

Fig.8 een fragmentarisch doorsnede-aanzicht is van een verbin-dingsklem , die een aantal contactpennen volgens de onderhavige uitvinding bevat.

Voorkeursuitvoeringsvormen van een ineengedraaide pen 8 of con-15 tactpen volgens de onderhavige uitvinding, zijn afgebeeld in de figΛ tot 7. Elke pen omvat een penelement 10, dat op een gebruikelijke wijze is vastgezet in een einde van een van open einden voorzien buisvormig flensbusje 12. Het flensbusje is gemaakt van een geschikt elektrisch ge-leidend materiaal, zoals koper, bij voorkeur zuurstofvrij koper. Het 20 andere einde van het flensbusje kan een draadgeleider 1^ opnemen, die op zijn plaats is gesoldeerd of gekrimpt, zodat het flensbusje de draad en het penelement op een gebruikelijke wijze elektrisch met elkaar ver-bindt.

In de praktijk vormt het penelement 10 een insteekelement, dat 25 met wrijving wordt opgenomen in een opneemdoos 15 (zie fig.6 - 7)·

De binnendiameter van de doos is iets kleiner bemeten dan de buikdiame-ter van het penelement voor het verzekeren van een juiste wrijvings-aangrijping. De doos heeft een elektrisch geleidende leiding 17, die op gebruikelijke wijze daarmee is verbonden.

30 Het penelement omvat een binnenste of kerngedeelte en een bui- tenste gedeelte, dat het kerngedeelte omgeeft en een bundel schroeflijn-vormig gewonden draden omvat. In een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding, afgebeeld in fig.5, omvat het kerngedeelte l6 drie schroef-lijnvormig gewonden draden of strengen 18. De draden 18 zijn gemaakt 35 van een zacht elektrisch geleidend materiaal, b.v. een zacht koper, zo- 8220111 - 5 - als zuurstofvrij koper. Het buitenste gedeelte 20 van de in fig.5 afge-beelde pen omvat een bundel met zeven schroeflijnvormig gewonden draden 22, 2\, bij voorkeur met dezelfde diameter.

Zoals eerder opgemerkt, is een pen met de hiervoor beschreven 5 constructieve gedaante algemeen bekend, waarbij de zeven buitenste draden 22, 2k alle zullen zijn gemaakt van berylliumkoper (BeCu) in tegen-stelling tot de onderhavige uitvinding, zoals hierna besproken. Berylliumkoper is een sterk verend, zeer veerkrachtig metaal, bekend voor zijn gebruik in de vervaardiging van veren. Zoals eveneens eerder opge-10 merkt echter, zijn de resulterende grote samenpassingskrachten in ver- bindingsklemmen met een aantal contactpennen/-dozen, waarbij deze pennen worden toegepast, zoals de in fig.8 afgebeelde verbindingsklem 25, on-gewenst.

De eerder besproken pogingen voor het opheffen van deze toe-15 stand hebben gefaald. Zoals afgebeeld in fig.1 b.v., werd een proefpen 25 gemaakt van drie schroeflijnvormig gewonden kabels 26, waarbij elke kabel BeCu-draden omvatte (diameter 0,0889 mm). Zoals afgebeeld in fig. 2, werd een proefpen 30 uitgevoerd met een kern met drie schroeflijnvormig gewonden draden 32 van zuurstofvrij koper (diameter 0,127 mm), 20 waar omheen schroeflijnvormig 12 draden 3^ van BeCu (diameter 0,0889 mm) zijn gewonden. Zoals afgebeeld in fig.3, werd een proefpen ilO gevormd met een kern met drie schroeflijnvormig gewonden draden van zuurstofvrij koper (diameter 0,0889 mm), omgeven door vijf draden van BeCu (diameter 0,127 mm). In de praktijk bleken deze proefpennen echter niet 25 succesvol, de pennen bleken niet commercieel toepasbaar te zijn.

Afgezien van de grote samenpassingskrachten, die het gevolg waren, wer-den het tekortschieten ondervonden van de pennen in het bereiken van de gewenste gedaante, en in het bereiken van de tot nu toe in samenhang met lang gebruikte pengedaanten bereikte prestatie- en kwaliteitsstan-30 daards.

Thans is echter gevonden, dat de grote aangrijpkrachten bevre-digend kunnen worden opgeheven in een contact met een standaardgedaante. In een standaard pengedaante b.v, zoals afgebeeld in fig.5, waarbij zeven buitenste draden 22, 2k worden gebruikt, produceert de combinatie 35 van drie draden 22 van Be Cu met vier draden 2k van een minder veer- 8220111 - 6 - krachtig metaal, bij voorkeur zuurstofvrij koper, en met dezelfde diameter als de draden 22 van BeCu, een penelement, dat is gekenmerkt door belangrijk kleinere aangrij pkrachten met behoud van de vooraf gekozen minimale scheidingskrachten, nodig voor het voorkomen van een ongewild 5 scheiden van de pen.

De vermindering in totale veerkracht van de pen, geproduceerd door het in de plaats stellen van het minder veerkrachtige metaal, ver-kleint de krachten, nodig voor het in haar doos aangrijpen van de pen. Gebleken is echter, dat de minimale scheidingskrachten, die overeenko-10 men met veilige normale krachtniveaus bij de elektrische koppeling, wor-den gehandhaafd. Bovendien wordt een verlies in elektrische geleidbaar-heid, veroorzaakt door een verHeining van het totale aangrijpingsgebied tussen hetbuitenste gedeelte van de pen en het inwendige van de doos als gevolg van het in de plaats stellen van minder veerkrachtige draden 15 van zuurstofvrij koper, ruimschoots vereffend door een vergroting van het totale stroomdragende vermogen van het buitenste gedeelte als gevolg van het voor wat dit betreft beter zijn van de draden van zuurstofvrij koper dan de draden van BeCu (d.w.z. dat verhogingen van de "beperkende weerstand" worden vereffend door verminderingen in de "mas-20 saweerstand").

In £!n onderzoek, die de onderhavige uitvinding vergeleek met het conventionele gebruik van zeven draden van BeCu, warden 2b gebruike-lijke vergulde pennen (van de soort, die in gedaante gelijk is aan die, afgebeeld in fig.5) vergeleken, waarbij alle buitenste draden 22, 2b 25 zijn gemaakt van BeCu (diameter 0,127 mm), en de binnenste draden 18 zijn gemaakt van zuurstofvrij koper (diameter 0,0889 mm). Deze grote krachtpennen bereikten de volgende resultaten in een 2b AWG STD stan-daarddoos nr. 096-062i+-Q00Q:

Aangrijpingskracht (g) Scheidingskracht (g) 30 groot 166,57 163 klein 85,05 8l,5 gemiddeld 1^0,33 121,6

Aan de andere kant produceerden 2b vergulde kleine krachtpennen volgens de onderhavige uitvinding met vier buitenste draden 2b van 35 zuurstofvrij koper (diameter 0,127 mm) en drie buitenste draden 22 van 8220111 - 7 -

BeCu (diameter 0,127 mm) en drie binnenste draden 18 van zuurstofvrij koper (diameter 0,0889 mm) de volgende resultaten:

Aangrijpinskracht (g) Scheidingskracht (g) groot 127,6 102,77 5 klein 53,16 1+6 gemiddeld 78953 66,9

Het zal dus duidelijk zijn, dat de pennen volgens de onderhavige uitvinding gemiddeld een verkleining van de aangrijpingskracht bereik-ten van 1^0,33 g tot 7δ>53 g. Aan de andere kant faalde geen enkele pen 10 in het bereiken van een minimale scheidingskracht van lUl,75 g. Het zal duidelijk zijn, dat een aanzienlijke verkleining van de kracht nodig is voor het samenpassen van een verbindingsklem met een uitvoe-ring van de buitenste draden 22, 2k overeenkomstig de onderhavige uitvinding.

15 Van belang is, dat deze voordelen zijn bereikt in een pen, die een standaardgedaante is. De pen kan dus door bekende aanvaardbare verkvijzen vorden vervaardigd, en geeft geen nieuwe technische moeilijk-heden van de soort, die anders zouden vorden verwacht voor pennen met een nieuve gedaante. In dit verband vordt de aandacht gericht op de 20 vervaardigingstechniek, geopenbaard in het voornoemde Amerikaanse oc-trooischrift 3.319.217 op naam van Phillips.

In het algemeen vorden goede resultaten vervacht overeenkomstig de onderhavige uitvinding indien van 25$ tot 70$ van de buitenste draden een grotere veerkracht heeft. Het is ongevenst onder deze verhou-25 ding te vallen omdat de pennen dan niet voldoende kolomsterkte zouden vertonen. In dit verband moet b.v. vorden opgemerkt, dat hoevel een verdeling van vier draden van zuurstofvrij koper tot drie draden van BeCu de voorkeur verdient in een pen met zeven buitenste draden, overeenkomstig de onderhavige uitvinding aanvaardbare resultaten kunnen 30 vorden bereikt door het toepassen van drie tot vijf draden van zuurstofvrij koper.

Het zal dus duidelijk zijn, dat de onderhavige uitvinding een verbindingsklempen verschaft, die aanzienlijk gemakkelijker is aan te grijpen in een doos. Dit resultaat kan vorden bereikt zonder de gebrui-35 kelijke, beproefde pengedaanten te verlaten en met handhaving van meer 8220111 ’ - 8 - dan voldoende elektrische geleidbaarheid van de pen. Aangezien beproef-de pengedaanten kunnen worden gehandhaafd, kan een volledige uitvoering van de onderhavige uitvinding tot stand worden gebracht zonder dat het nodig is nieuwe vervaardigingswerkwijzen te ontwikkelen of nieuwe flens-5 busjes of hulzen te ontwerpen. Het gedrag van de penelementen kan dus nauwkeurig worden voorspeld.

Overeenkomstig de onderhavige uitvinding is ook een pen 50 aan-vaardbaar, afgebeeld in fig.k, soortgelijk maar niet gelijk aan gebrui-kelijke bekende gedaanten. Deze pen heeft een kern 52, soortgelijk aan 10 die van de pen, beschreven in verband met fig.5, en bevattende zes in plaats. van zeven buitenste draden 5^ (diameter 0,127 mm), waarbij bij voorkeur drie van de buitenste draden zijn gemaakt van zuurstofvrij ko-per, en drie zijn gemaakt van BeCu. Aanvaardbare resultaten kunnen ook worden verkregen onder toepassing van twee tot vier draden van zuurstof-15 vrij koper, d.w.z. binnen het bereik van 25$ tot 70$ met minder veer-krachtige draden.

Opgemerkt moet worden, dat in plaats van een zuurstofvrij koper-materiaal, gebruikt in de buitenste draden, andere geschikte geleiders met een passend verminderde veerkracht zouden kunnen worden gebruikt, 20 die kunnen worden gesoldeerd of gelast. Een willekeurige geharde le-gering met een hoog percentage koper zou b.v. aanvaardbaar zijn.

Hoewel de uitvinding is beschreven in samenhang met een voor-keursuitvoeringsvorm daarvan, zal het voor deskundigen duidelijk zijn, dat toevoegingen, wijzigingen, vervangingen en weglatingen, die niet 25 speciaal zijn beschreven, kunnen worden aangebracht zonder de strekking of het kader van de uitvinding, zoals in de aangehechte conclusies ge-definieerd, te verlaten.

8220111

Claims (7)

1. Penelement voor gebruik in een elektrische verbindingsklem met een aantal pennen, die samenpa'sbaar is met een elektrische verbindings-klem met een aantal dozen, weIk penelement een binnenste geleidend gedeelte omvat, en een buitenste geleidend gedeelte, dat een bundel 5 buitenste draden bevat, schroeflijnvormig gewonden om het binnenste ge-leidende gedeelte voor wrijvingsaangrijping van een doos van de verbin- dingsklem met dozen, met het kenmerk, dat de bundel buitenste draden een samenstel van draden omvat met verschillende maten van veerkracht.

2. Penelement volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat van 25$ 10 tot 70$ van de buitenste draden een grotere veerkracht heeft dan de overige draden.

3. Penelement volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de buitenste draden met de lagere veerkracht een grotere elektrische geleidbaar-heid hebben dan de buitenste draden met een grotere veerkracht. 15 1+. Penelement volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de, buiten ste draden met de grotere veerkracht zijn gemaakt van berylliumkoper en de buitenste draden met de lagere veerkracht zijn gemaakt van zuurstofvrij koper.

5. Penelement volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat er zeven 20 buitenste draden zijn, waarbij van 2 tot h van deze buitenste draden een grotere veerkracht hebben dan de overige buitenste draden.

6. Penelement volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de draden met grotere veerkracht zijn gemaakt van berylliumkoper, en de draden met lagere veerkracht zijn gemaakt van zuurstofvrij koper. 25 7· Penelement volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat er zes buitenste draden zijn, waarbij drie van de buitenste draden zijn uit-gevoerd met een grotere veerkracht dan de overige draden.

8. Penelement volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat drie van de buitenste draden zijn gemaakt van berylliumkoper, en de overige drie 30 zijn gemaakt van zuurstofvrij koper.

9. Penelement volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de buitenste draden met minder veerkracht een grotere elektrische geleidbaarheid hebben dan de overige buitenste draden. 8220111