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Die
Erfindung betrifft eine Kontaktbuchse mit einer Kontaktfeder zum Überbrücken eines
elektrischen Kontaktes zwischen einer Kontaktbuchse und einem Kontaktstift
gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Kotaktfeder
gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 9.
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Zur
Ausbildung eines elektrischen Kontaktes zwischen einer Kontaktbuchse
und einem Kontaktstift ist es insbesondere für Anwendungen im Hochstrombereich
bekannt, eine Kontaktfeder zwischen der Kontaktbuchse und dem Kontaktstift
anzuordnen. In der bekannten Anordnung sind die Windungen der Kontaktfeder
im Wesentlichen in radialer Richtung ausgerichtet und ringförmig um
den Kontaktstift angeordnet. Bei dieser Anordnung kann es vorkommen,
dass die Windungen durch den Kontaktstift in die eine oder in die
andere Richtung umfangsseitig umgebogen werden. Dadurch wird die
Spannkraft der Kontaktfeder, die zwischen dem Kontaktstift und der
Kontaktbuchse wirken soll, reduziert.
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Aus
DE 35 31 845 A1 ist
eine Anordnung zum Verbinden von in Buchsen- oder Steckergehäusen angeordneten
Buchsen- oder Stiftkontakten mit Anschlussdrähten. Zur Kontaktierung des
Stiftkontaktes ist ein Lamellenkäfig
vorgesehen, der über Eindrückungen
am Büchsenkontakt
gehalten ist.
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Aus
DE 40 15 230 A1 ist
eine elektrische Verbinderanordnung bekannt, der stiftartige und
buchsenartige Anschlüsse
aufweist. Die Anschlüsse
sind aus einem Material mit hoher Leitfähigkeit gebildet. Zudem ist
in der Verbinderanordnung ein separates Kontaktbandelement vorgesehen,
das weniger anfällig
für das
Nachlassen der Spannkraft ist als das zur Bildung der durch Stanzen
und Formen gebildeten steckerartigen und buchsenartigen Anschlüsse verwendete
Material.
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Aus
dem US-Patent
US 4,752,253 ist
ein Kontaktelement und ein Verfahren zur Herstellung eines Kontaktelementes
bekannt, wobei das Kontaktelement in Form eines Lamellenkontaktes
ausgebildet ist und sowohl an einem Stiftkontakt als auch an einem
Buchsenkontakt eingesetzt werden kann. Der Lamellenkontakt wird
aus einem Lamellenband hergestellt, wobei das Lamellenband abgeschnitten
und zu einem Ringband verbunden wird.
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Aus
der Offenlegungsschrift US 2002/0016108 A1 ist eine gattungsgemäße Kontaktfeder
und eine gattungsgemäße Kontaktbuchse
bekannt, wobei die Kontaktbuchse eine Kontaktfeder zum Überbrücken eines
elektrischen Kontaktes zwischen der Kontaktbuchse und einem Kontaktstift
aufweist. Die Kontaktfeder ist im Wesentlichen ringförmig ausgebildet
und weist eine Vielzahl von miteinander verbundenen, gebogenen Teilabschnitten
auf. Die Kontaktfeder ist zur Anlage der Kontaktbuchse und an dem
Kontaktstift vorgesehen. Die Teilabschnitte sind U-förmig ausgebildet
und über
Federelement in Form einer Mäanderstruktur
miteinander verbunden. Die U-förmigen
Teilabschnitte der Mäanderstruktur
bilden einen oberen und unteren Randbereich.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Kontaktfeder und eine
Kontaktbuchse mit einer Kontaktfeder bereitzustellen, die einen
zuverlässigen Kontakt,
insbesondere für
Hochstromanwendungen zwischen einer Kontaktbuchse und einem Kontaktstift
ermöglicht.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird durch die Kontaktbuchse gemäß Patentanspruch
1 und durch die Kontaktfeder gemäß Patentanspruch
9 gelöst.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungsformen
der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen
angegeben.
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Die
beschriebene Kontaktbuchse mit Kontaktfeder weist den Vorteil auf,
eine zuverlässige Kontaktierung
zwischen der Kontaktbuchse und einem Kontaktstift bereit zu stellen.
Die zuverlässige Kontaktierung
wird dadurch erreicht, dass die Kontaktfeder U-förmige Teilabschnitte aufweist,
die über Federelemente
miteinander verbunden und in einer Mäanderstruktur ausgebildet sind,
wobei die Mäanderstruktur
in einer Hülsenform
als Umhüllenden
angeordnet ist.
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Ein
zuverlässiger
elektrischer Kontakt wird zwischen der Kontaktbuchse und dem Kontaktstift dadurch
erreicht, dass die Hülsenform
der Kontaktfeder in einem Kontaktbereich einen geringeren Durchmesser
als in einem oberen und/oder unteren Randbereich aufweist. Auf diese
Weise ist es möglich, dass
die Kontaktfeder mit dem oberen und dem unteren Randbereich an der
Kontaktbuchse anliegt und zudem der Kontaktbereich an dem Kontaktstift
anliegt. Durch diese Ausbildungsform steht ein relativ langes Federelement
zur Bereitstellung der Vorspannkraft zur Verfügung, da die Teilabschnitte
der Kontaktfeder im oberen und dem unteren Randbereich in der Kontaktbuchse
im radialer Richtung eingespannt sind und der Kontaktbereich am
Kontaktstift anliegt. In axialer Richtung ist Raum vorhanden, damit
sich die Kontaktfeder beim Einschieben eines Kontaktstiftes in Längsrichtung
ausdehnen kann. Dadurch ist ein radialer Toleranzausgleich möglich, da sich
der Kontaktbereich in radialer Richtung aufweiten kann. Dadurch
kann trotz eines geringen seitlichen Abstandes zwischen dem Kontaktstift
und der Kontaktfeder ein relativ langes Federelement zur Ausbildung
der Vorspannkraft eingesetzt werden.
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Der
obere und der untere Randbereich der Hülsenform sind erfindungsgemäß nach außen geneigt
angeordnet. Auf diese Weise wird eine zuverlässige Abstützung des oberen und des unteren Randbereiches
gegenüber
dem Kontaktstift bzw. der Kontaktbuchse ermöglicht.
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Eine
kostengünstige
Herstellung der Kontaktfeder besteht in der Ausbildung der Kontaktfeder aus
einem Federdraht. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
wird die Kontaktfeder aus einem plattenförmigen Material geformt. Dabei
wird zuerst eine Leitungsbahn aus der Platte herausgearbeitet, vorzugsweise
gestanzt und anschließend
in die Hülsenform
gebracht.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist der Kontaktbereich ringförmig
in einer Ebene senkrecht zur Mittenachse der Hülsenform angeordnet und außerhalb
der Höhenmitte
der Hülsenform
positioniert. Auf diese Weise können
Kontaktbereiche am Kontaktstift auch außerhalb der Höhenmitte
der Hülsenform
gewählt
werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
sind die Federelemente zwischen dem oberen und dem unteren Randbereich
nahezu parallel zur Längsachse
der Hülsenform
angeordnet.
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Je
nach Anwendungsfall kann es vorteilhaft sein, die Federelemente
der Kontaktfeder bogenförmig
auszubilden. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen die Federelemente
einen nach innen gerichteten Biegebereich auf, die in der ringförmigen Anordnung
den Kontaktbereich bilden.
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In
einer bevorzugten Weiterbildung weist die Kontaktbuchse an der Innenwand
angrenzend an den Aufnahmeraum eine erste und zweite Auflagefläche auf,
zwischen denen die Kontaktfeder angeordnet ist. Dadurch wird eine
sichere und zuverlässige Halterung
der Kontaktfeder in der Kontaktbuchse ermöglicht.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
weist die Kontaktbuchse einen Einführbereich für den Kontaktstift auf, dessen
Querschnitt sich in Richtung auf die Kontaktfeder verjüngt. Vorzugsweise
ist der obere Randbereich der Kontaktfeder parallel zu der geneigten
Fläche
des Einführbereiches
angeordnet.
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Die
Erfindung wird im Folgenden näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
erste Ausführungsform
einer Kontaktfeder;
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2 die
erste Ausführungsform
der Kontaktfeder verbaut in der Kontaktbuchse;
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3 eine
zweite Ausführungsform
einer Kontaktfeder; 4 die zweite Ausführungsform
der Kontaktfeder verbaut in der Kontaktbuchse;
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5 eine
dritte Ausführungsform
einer Kontaktfeder in einer perspektivischen Darstellung;
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6 eine
im Querschnitt dargestellte dritte Ausführungsform der Kontaktfeder;
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7 eine
Kontaktbuchse mit der dritten Ausführungsform der Kontaktfeder;
und
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8 eine
aus einer Platte gestanzte Rohform einer Kontaktfeder.
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1 zeigt
in einer perspektivischen Darstellung eine erste Ausführungsform
einer Kontaktfeder 1, die im Wesentlichen als Umhüllende eine
Hülsenform
aufweist, wobei die Kontaktfeder 1 in einer Mäanderstruktur
in der Hülsenform
ausgebildet ist. Die Mäanderstruktur
ist aus U-förmigen
Teilabschnitten 4 gebildet, die über Federelemente 5 miteinander verbunden
sind. Die U-förmige
Teilabschnitte 4 der Mäanderstruktur
sind in einem oberen und in einem unteren Randbereich 2, 3 angeordnet.
Zwischen dem oberen und dem unteren Randbereich 2, 3 sind
die Federelemente 5 ausgebildet, die vorzugsweise in der
Längsachse
der Hülsenform
der Kontaktfeder 1 angeordnet sind. Die Federelemente 5 sind
vorzugsweise nach innen gebogen ausgebildet, wobei die U-förmigen Teilabschnitte
sowohl im unteren als auch im oberen Randbereich nach außen geneigt
angeordnet sind. Auf diese Weise ist zwischen dem oberen und unteren
Randbereich 2, 3 ein ringförmiger Kontaktbereich 12 ausgebildet,
dessen Durchmesser kleiner ist als der des oberen und des unteren Randbereiches.
Die Kontaktfeder 1 ist beispielsweise aus einem Federdraht
geformt. Vorzugsweise weisen der obere Randbereich 2 und
der untere Randbereich 3 der umhüllenden Hülsenform den gleichen Durchmesser
auf.
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2 zeigt
in einem Querschnitt eine Kontaktbuchse 6, in die die Kontaktfeder 1 eingelegt
ist. Die Kontaktbuchse 6 weist einen Aufnahmeraum 7 zum
Einführen
eines Kontaktstiftes auf. Weiterhin sind an der Innenwand des Aufnahmeraumes
eine erste und eine zweite Auflagefläche 8, 9 ausgebildet, die
ringförmig
ausgeformt sind und parallel zueinander angeordnet sind. Der ersten
und der zweiten Auflagefläche 8, 9 sind
die Teilabschnitte 4 des oberen und des unteren Randbereiches 2, 3 der
Kontaktfeder 1 zugeordnet. Der Durchmesser des Aufnahmeraums 7 oberhalb
und unterhalb der ersten und der zweiten Auflagefläche 8, 9 ist
kleiner als der Durchmesser des oberen und unteren Randbereichs 2, 3 der
Kontaktfeder 1. Auf diese Weise ist die Kontaktfeder in
der Kontaktbuchse gegen Herausfallen gesichert. Vorzugsweise ist
der Abstand der ersten und der zweiten Auflagefläche 8, 9 größer gewählt als
der Abstand des oberen und des unteren Randbereiches 2, 3 der
Kontaktfeder 1 im unbelasteten Zustand. Dadurch ist ausreichend
Platz in Längsrichtung
der Kontaktfeder 1 vorhanden, damit sich die Kontaktfeder
1 beim Einschieben eines Kontaktstiftes in Längsrichtung ausdehnen kann.
In radialer Richtung ist eine nennenswerte Ausdehnung in den Randbereichen 2, 3 nicht
möglich.
Aufgrund der Form und Halterung der Kontaktfeder 1 ist
eine radiale Aufweitung des Kontaktbereichs 12 möglich. Dadurch
ist ein radialer Toleranzausgleich gegeben.
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3 zeigt
eine zweite Kontaktfeder 10, die im Wesentlichen wie die
erste Kontaktfeder 1 ausgebildet ist, wobei jedoch die
Federelemente 5 in einem Winkel geneigt zur Längsachse
der Hülsenform
in der Hülsenform
der Kontaktfeder angeordnet sind. Zusätzlich sind die Federelemente 5 wie
bei der ersten Kontaktfeder 1 leicht nach innen gebogen.
Je nach Ausführungsform
können
die Federelemente 5 auch stärker in Form eines Bogens nach
innen gebogen ausgebildet sein. Durch die Federelemente 5 wird
ein ringförmiger
Kontaktbereich 12 durch Bogenabschnitte der Federelemente 5 gebildet,
die auf einer Ebene senkrecht zur Längsachse der Kontaktfeder 1 angeordnet
sind.
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4 zeigt
eine Kontaktbuchse 6, in der die zweite Kontaktfeder 10 eingespannt
ist.
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5 zeigt
eine dritte Kontaktfeder 11, deren Kontaktbereich 12 oberhalb
der Mitte in Bezug auf die Höhe
der Hülsenform
der Kontaktfeder 1 angeordnet ist. Zudem ist die dritte
Kontaktfeder 11 aus einem gestanzten Rohteil hergestellt.
Auch in dieser Ausführungsform
bilden die Teilabschnitte 4 einen oberen und einen unteren
Randbereich 2, 3. In dieser Ausführungsform
weisen die Federelemente 5 in einem oberen Teilbereich 13 eine
andere Winkellage bzgl. einer Mittensymmetrieachse als in einem
unteren Teilbereich 14 auf. Der obere Teilbereich 13 ist durch
den ringförmigen
Kontaktbereich 12 vom unteren Teilbereich 14 getrennt.
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6 zeigt
einen Querschnitt durch die dritte Kontaktfeder 11, wobei
deutlich die planen Oberflächen
und Seitenflächen
der Kontaktfeder erkennbar sind. In den Ausführungsformen der 5 und 6 weisen
die Federelemente 5 nach innen gerichtete Knickbereiche
auf, die einen ringförmigen
Kontaktbereich 12 bilden.
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7 zeigt
eine zweite Kontaktbuchse 15, die eine Einführöffnung 16 aufweist.
Die Einführöffnung 16 wird
von einer konisch zulaufenden Ringfläche 17 begrenzt. Angrenzend
an die Ringfläche 17 ist eine
erste ringförmig
umlaufende Auflagefläche 8 an der
Innenseite der Einführöffnung 16 ausgebildet.
Die Einführöffnung 16 geht
in den Aufnahmeraum 7 über, der
im Wesentlichen zylinderförmig
ausgebildet ist. In einem unteren Endbereich des Aufnahmeraumes 7 ist
die zweite Auflagefläche 9 als
ringförmige
Nut in die Innenwandung der zweiten Kontaktbuchse 15 eingebracht.
Die dritte Kontaktfeder 11 ist zwischen die erste und die
zweite Auflagefläche 8, 9 der zweiten
Kontaktbuchse 15 eingespannt. In der dargestellten Ausführungsform
ist der obere Teilbereich 13 annähernd parallel zur konisch
zulaufenden Führungsfläche 17 angeordnet.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
weist die zweite Kontaktbuchse 15 eine Ringnut 18 auf
der Höhe
des Kontaktbereiches 12 der dritten Kontaktfeder 11 auf.
Die Ringnut 18 dient zur Aufnahme eines Spannringes 19,
der vorzugsweise um die dritte Kontaktfeder 11 im Kontaktbereich 12 angeordnet
ist. Der Spannring 19 ist vorzugsweise als geschlossener oder
einseitig offener Ring ausgebildet. Der Spannring 19 wirkt
einer Aufweitung der dritten Kontaktfeder im Kontaktbereich 12 entgegen.
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Die
erste, zweite und dritte Kontaktfeder 1, 10, 11 können aus
den verschiedensten Materialien, insbesondere aus einem gebogenen
Federdraht oder einem gestanzten Rohteil 20 aus Federstahl hergestellt
sein, das in 8 dargestellt ist. 8 zeigt
das Rohteil 20 als Mäanderstruktur,
die aus einer Platte aus Federstahl mit Stanzwerkzeugen herausgestanzt
wurde. Das Rohteil 20 wird nach dem Stanzvorgang über entsprechende
Formwerkzeuge in die gewünschte
Form der Kontaktfeder 1, 10, 11 geformt.
Die Verwendung einer gestanzten Mäanderstruktur erlaubt ein einfaches
und kostengünstiges Herstellungsverfahren.
Anstelle eines Stanzvorganges kann auch ein Laserschneidverfahren
eingesetzt werden.
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Aus 6 ist
ersichtlich, dass im Kontaktbereich 12 auf der Innenseite
der dritten Kontaktfeder 11 eine Vielzahl von Kontaktpunkten
angeordnet sind, mit denen ein in die dritte Kontaktfeder 11 eingesteckter
Kontaktstift kontaktiert wird. Die in den 5 und 6 dargestellte
dritte Kontaktfeder 11 weist den Vorteil auf, dass relativ
große
Flächenbereiche
im Kontaktbereich 12 zur elektrischen Kontaktierung des
Kontaktstiftes ausgebildet sind. Die relativ großen Flächenbereiche werden durch die
wenigstens in einer Richtung ebene Fläche der Teilstücke 5 der
dritten Kontaktfeder 11 bereitge stellt. Die großen Flächenbereiche
werden dadurch erreicht, dass anstelle eines runden Federdrahtes
eine Mäanderstruktur
verwendet wird, die aus einem plattenförmigen Material heraus gearbeitet
wurde und deshalb plane Ober- und Seitenflächen aufweist.
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Vorzugsweise
weisen die Federelemente in den Ausführungsformen der 1 bis 4 über die gesamte
Länge einen
konstanten Biegeradius auf, der nach innen gerichtet ist. Dadurch
wird ein relativ großer
Biegeradius ermöglicht,
der zu einer relativ großen
Kontaktfläche
im Kontaktbereich 12 führt.
In den Ausführungen
der 5, 6 und 7 weisen
die Federelemente jeweils einen Biegebereich auf, an den sich relativ
gerade Bereiche anschließen. Der
Biegebereich weist im Gegensatz zu den anderen Bereichen eines Federelementes 5 einen
anderen, vorzugsweise kleineren Biegeradius auf. Der Biegebereich
weist zwar einen kleineren Biegeradius als die bogenförmigen Federelemente
der 1 bis 4 auf, jedoch ist mit der Ausbildung
des Biegebereichs mit geraden Bereichen eine Anordnung des Kontaktbereichs
außerhalb
der Mitte der Längsachse der
Kontaktfeder möglich.
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- 1
- Kontaktfeder
- 2
- oberer
Randbereich
- 3
- unterer
Randbereich
- 4
- Teilabschnitt
- 5
- Federelement
- 6
- Kontaktbuchse
- 7
- Aufnahmeraum
- 8
- erste
Auflagefläche
- 9
- zweite
Auflagefläche
- 10
- zweite
Kontaktfeder
- 11
- dritte
Kontaktfeder
- 12
- Kontaktbereich
- 13
- oberer
Teilbereich
- 14
- unterer
Teilbereich
- 15
- zweite
Kontaktbuchse
- 16
- Einführöffnung
- 17
- Führungsfläche
- 18
- Ringnut
- 19
- Spannring
- 20
- Mäanderstruktur