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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektrischen
Verbindung von Kontaktstiften mit Anschlussstiften eines von der
Vorrichtung ausgebildeten Steckverbinders. Ferner betrifft die Erfindung
eine Verwendung für
eine solche Verbindungsvorrichtung.
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Aus
der
DE 197 15 487
A1 ist eine derartige Verbindungsvorrichtung in Form einer
auf zwei Kontaktstifte eines piezoelektrischen Aktors aufgesteckten
Kontaktplatte bekannt. Die bekannte Kontaktplatte ist aus isolierendem
Kunststoff hergestellt und mit Durchtrittsöffnungen zum Durchtritt der
nahezu parallel zur Längsrichtung
des Aktors abstehenden Kontaktstifte versehen. Im Inneren der Kontaktplatte
sind jeweils ausgehend von einer Kontaktierung an einer Durchtrittsöffnung elektrische
Leitungen zu Anschlussstiften geführt, die seitwärts aus
der Kontaktplatte herausragen. Durch eine Umspritzung eines oberen
Teils eines Aktorgehäuses
sowie der Kontaktstifte mit der aufgesetzten und kontaktierten Kontaktplatte
wird ein Steckergehäuse
ausgebildet, bei welchem die seitwärts abstehenden Anschlussstifte
in eine Anschlusskammer ragen, so dass an dieser Stelle ein Steckverbinder
ausgebildet wird, mittels welchem der piezoelektrische Aktor mit
einer externen Leitungsanordnung verbindbar ist.
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Aus
der
DE 198 44 743
C1 ist ebenfalls eine Verbindungsvorrichtung in Form eines
Kontaktzungenträgers
bekannt. Der bekannte Kontaktzungenträger dient zur Abdichtung und
Positio nierung von Kontaktstiften eines Piezoaktors für das Einspritzventil
einer Brennkraftmaschine und besitzt einen Vorrichtungskorpus aus
Kunststoff mit Durchtrittsöffnungen
zum Durchtritt der Kontaktstifte. Nach dem Aufsetzen des Kontaktzungenträgers auf
die Kontaktstifte des Piezoaktors kommen die aus den Durchtrittsöffnungen
herausragenden Kontaktstiftenden in Kontakt mit im Kunststoffkorpus
eingeformten Schweißlaschen
und können
mit denselben verschweißt
werden. Die Schweißlaschen
sind elektrisch mit seitlich abstehenden Kontaktzungen verbunden,
welche als Anschlussstifte eines durch eine Kunststoffumspritzung
ausgebildeten Steckverbinders dienen.
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Die
Herstellung einer elektrischen Verbindung mittels der bekannten
Verbindungsvorrichtungen ist insofern problematisch, als diese Vorrichtungen
sich nach deren Montage oftmals nicht in einer exakt definierten
Lage befinden und somit oftmals zusätzlich von Hand zu justieren
sind. Ohne eine solche Einstellung der Position und Orientierung
der Verbindungsvorrichtung ist die elektrische Kontaktierung der
Kontaktstifte erschwert. Außerdem
besteht für eine
nachfolgende Umspritzung der Verbindungsvorrichtung bei unzureichender
Lagegenauigkeit die Gefahr, dass Umspritzungsmaterial in unerwünschter Weise
durch Spalte hindurchtritt, die bei exakt definierter Lage der Verbindungsvorrichtung
wesentlich kleiner und somit abdichtend wären.
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verbindungsvorrichtung
der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei welcher in einfacher
Weise eine relativ genau definierte Lage der Verbindungsvorrichtung
bezüglich
eines Gehäuses
gewährleistet
ist.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
mit einer Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 1. Die abhängigen Ansprüche betreffen
vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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Gemäß der Erfindung
ist eine Verbindungsvorrichtung zur elektrischen Verbindung von
Kontaktstiften vorgesehen, die aus einer axialen Öffnung eines
hülsenartigen
Gehäuses
herausragen, mit Anschlussstiften eines von der Vorrichtung ausgebildeten
Steckverbinders, umfassend einen Vorrichtungskorpus mit einem Einführabschnitt,
der zum axialen Eingriff in die Öffnung
geeignet ausgebildet ist und mit Durchtrittsöffnungen zum Durchtritt der
Kontaktstifte versehen ist, und mit einer bezüglich des Einführabschnitts
seitlich versetzt angeordneten und im Wesentlichen tangential sich
erstreckenden Anlagefläche,
die bei Einführung
des Einführabschnitts
in die Öffnung
mit einer korrespondierenden Anlagefläche des Gehäuses verdrehsichernd zusammenwirkt, wobei
die Anlagefläche
der Verbindungsvorrichtung an bezüglich des Einführabschnitts
tangential einander entgegengesetzten Anlageflächenbereichen einerseits unelastisch
und andererseits elastisch ausgebildet ist.
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Wesentlich
ist zunächst,
dass der Vorrichtungskorpus einen Einführabschnitt zum axialen Eingriff
in eine axiale Öffnung
eines Gehäuses
aufweist. Dies bewirkt vorteilhaft bereits eine gewisse "Grobjustierung" der Lage der Verbindungsvorrichtung
bei deren Montage und gestattet in einfacher Weise das Vorsehen
von vergleichsweise engen Spalten zwischen der Verbindungsvorrichtung
und dem Gehäuse
in Form eines kleinen Zwischenraums zwischen dem Einführabschnitt
und der Mantelfläche
der Öffnung.
Der Einführabschnitt
kann beispielsweise eine insgesamt etwa zylindrische Form besitzen.
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Eine
Verdrehsicherung und gegebenenfalls auch eine verbesserte Positionierung
der Verbindungsvorrichtung bezüglich
des Gehäuses
wird hierbei durch eine sich im Wesentlichen tangential erstreckende
Anlagefläche
des Vorrichtungskorpus bereitgestellt, die mit einer korrespondierenden
Anlagefläche
des Gehäuses
zusammenwirkt.
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Für die genauere
Definition der Lage der Verbindungsvorrichtung bezüglich des
Gehäuses
ist gemäß der Erfindung
schließlich
wesentlich, dass die Anlagefläche
der Verbindungsvorrichtung an bezüglich des Einführabschnitts
tangential einander entgegengesetzten Anlageflächenbereichen einerseits unelastisch
und andererseits elastisch ausgebildet ist. Dies ermöglicht ein "spielfreies" Zusammenwirken zwischen
den korrespondierenden Anlageflächen und
somit eine besonders genaue Definition der Lage der Verbindungsvorrichtung.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
umfasst der Vorrichtungskorpus ein Kunststoffformteil, welches einteilig
zusammenhängend
sowohl den Einführabschnitt
als auch die Anlagefläche
ausbildet. Neben einer einfachen Herstellbarkeit besitzt diese Maßnahme z.
B. den Vorteil, dass die zur Lagedefinition herangezogene Anlagefläche eine
besonders genaue Lage bezüglich
des Einführabschnitts
besitzt.
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Bevorzugt
ist die Anlagefläche
derart ausgebildet, dass deren Zusammenwirkung mit der korrespondierenden
Anlagefläche
des Gehäuses
im Wesentlichen nur an den tangential einander entgegengesetzten
Anlageflächenbereichen
stattfindet. Damit ist die vorteilhafte Wirkung der unterschiedlichen Elastizitäten optimal
genutzt.
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Der
elastische Anlageflächenbereich
kann in vielfältiger
Weise realisiert sein, z. B. durch ein hierfür vorgesehenes, aus relativ
elastischem Material gebildetes Federelement im entsprechenden Anlageflächenbereich.
Ein solches Federelement kann beispielsweise an der Anlagefläche angefügt sein,
etwa als separates, nachträglich
an der Anlagefläche
befestigtes Bauteil (z. B. verklebt, verschweißt, verrastet etc.). Alternativ
kann der elastische Anlageflächenbereich
z. B. durch ein im Zwei-Komponenten-Spritzgussverfahren an der Anlagefläche angeordnetes
Federelement ausgebildet sein.
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Auch
ist es denkbar, ein aus relativ unelastischem Material gebildetes
Federelement vorzusehen und trotzdem eine für die Erfindung ausreichende Elastizität des betreffenden
Anlageflächenbereichs zu
erzielen. Letzteres kann z. B. dadurch realisiert werden, dass das
Federelement in einem gewissen Abstand zur Anlagefläche angeordnet
wird und an lediglich einem Ende befestigt wird. Ein solches Federelement
kann somit eine erhebliche Elastizität durch eine Verbiegbarkeit
des Federelements bereitstellen. Das Federelement kann gewissermaßen zur
Anlagefläche
hin eingefedert werden. Dasselbe gilt für ein relativ dünnes, etwa
plättchenförmiges Federelement,
welches zu beiden Enden an der Anlagefläche befestigt ist (z. B. einstückig angeformt),
sich in einem mittleren Bereich jedoch in einem Abstand zur Anlagefläche erstreckt.
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Um
beim Einführen
des Einführabschnitts
in die Öffnung
des Gehäuses
die korrespondierenden Anlageflächen
einfach und zuverlässig
zur Zusammenwirkung zu bringen, ist es von Vorteil, wenn wenigstens
eine der Anlageflächen
und/oder ein gegebenenfalls vorgesehenes Federelement mit einer Einführschräge versehen
ist. Ebenso ist es günstig, wenn
ein freies Ende des Einführabschnitts,
z. B. ringförmig
umlaufend, mit einer Ein führschräge versehen
ist, welche das Einführen
in die Öffnung
des Gehäuses
vereinfacht.
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In
einer Ausführungsform
ist vorgesehen, dass der Vorrichtungskorpus ein Kunststoffformteil umfasst
(beispielsweise das oben erwähnte,
sowohl den Einführabschnitt
als auch die Anlagefläche
ausbildende Teil), bei welchem die Anschlussstifte, Kontaktteile
zur Kontaktierung der Kontaktstifte sowie eine elektrische Leitungsanordnung
zwischen den Anschlussstiften und den Kontaktteilen eingeformt sind.
Insbesondere ist es möglich,
im Wesentlichen die ganze Verbindungsvorrichtung aus einem einzigen
Kunststoffkorpus mit den genannten eingeformten Komponenten herzustellen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
sind Kontaktteile zur Kontaktierung der Kontaktstifte als Schweißlaschen
ausgeführt,
die mit den Kontaktstiften zu verschweißen sind. Solche Schweißlaschen sind
bevorzugt angrenzend an die Durchtrittsöffnungen derart angeordnet,
dass diese an den Kontaktstiften anliegen und somit besonders einfach
verschweißt
werden können.
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Eine
bevorzugte Verwendung der Verbindungsvorrichtung ist die elektrische
Kontaktierung von Kontaktstiften eines piezoelektrischen Aktors
eines Kraftstoffinjektors einer Brennkraftmaschine. Bei dem Kraftstoffinjektor
kann es sich z. B. um einen Dieselinjektor eines Speichereinspritzsystems
handeln.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf
die beigefügten
Zeichnungen näher
beschrieben. Es stellen dar:
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1 ist
eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Kontaktzungenträgers von schräg oben,
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2 ist
eine perspektivische Ansicht des Kontaktzungenträgers von schräg unten,
wobei eine Variante veranschaulicht ist,
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3 ist
eine perspektivische Ansicht eines oberen Endbereichs eines mit
dem Kontaktzungenträger
von 1 zu versehenden Gehäuses eines Kraftstoffinjektors,
und
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4 ist
eine perspektivische Ansicht des Injektorgehäuses mit montiertem Kontaktzungenträger.
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Die 1 und 2 zeigen
einen insgesamt mit 10 bezeichneten Kontaktzungenträger (Verbindungsvorrichtung)
zur elektrischen Verbindung von Kontaktstiften eines piezoelektrischen
Aktors (nicht dargestellt) mit Kontaktzungen 12 (Anschlussstifte), welche
in einem Kunststoffkorpus 14 eingeformt sind und zusammen
mit einer (nicht dargestellten) Kunststoffumspritzung einen Steckverbinder
eines Kraftstoffinjektors ausbilden.
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Der
Korpus 14 ist im dargestellten Beispiel ein einstückig gefertigtes
Kunststoffformteil und besitzt einen zylindrischen Einführabschnitt 16,
der zum axialen Eingriff in eine axiale Öffnung eines hülsenartigen
Gehäuses
des Kraftstoffinjektors geeignet ausgebildet ist und mit Durchtrittsöffnungen
18 zum Durchtritt der Kontaktstifte des Piezoaktors versehen ist,
sowie eine bezüglich
des Einführabschnitts 16 seitlich
versetzt angeordnete und im Wesentlichen tangential im Abstand von
einer Umfangsfläche 20 des
Einführabschnitts 16 sich
erstreckende Anlagefläche 22.
Die Anlagefläche 22 wirkt
in unten noch beschriebener Weise nach einer Montage des Kontaktzungenträgers 10,
bei welcher der Einführabschnitt 16 axial
in die Öffnung
des Injektorgehäuses eingeführt wird,
mit einer korrespondierenden Anlagefläche dieses Injektorgehäuses verdrehsichernd zusammen.
Die Anlagefläche 22 des
Kontaktzungenträgers 10 besitzt
zwei bezüglich
des Einführabschnitts 16 tangential
einander entgegengesetzte Anlageflächenbereiche 24, 26,
von denen der eine Bereich 24 unelastisch ausgebildet ist,
wohingegen der andere Bereich 26 elastisch ausgebildet
ist. Der unelastische Bereich 24 wird hierbei durch die
Oberfläche
des aus unelastischem Kunststoff gefertigten Korpus 14 bereitgestellt,
wohingegen der elastische Bereich 26 durch ein an der Anlagefläche 22 angefügtes Federelement 28 ( 1)
bereitgestellt wird.
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Ganz
allgemein gibt es für
die Gestaltung des Federelements 28 vielfältige Möglichkeiten.
So könnte
das in 1 dargestellte, sich bogenförmig an der Anlagefläche 22 erstreckende
Federelement 28 auch einstückig angeformt (statt als separates
Teil angefügt)
sein. Zur Veranschaulichung einer weiteren diesbezüglichen
Variationsmöglichkeit
sind in den 1 und 2 verschiedene
Gestaltungen eingezeichnet. Bei 1 ist ein
bogenförmiges
Federplättchen
an der Oberfläche
des Bereichs 26 an beiden Enden angeklebt, wohingegen in 2 ein
in geringfügigem
Abstand zu dieser Oberfläche
angeordneter Federvorsprung 28 eingezeichnet ist, der einstückig mit
dem übrigen
Kunststoffkorpus 14 hergestellt ist. Dieses vertikal angeordnete
Federelement 28 besitzt vorteilhaft eine gute Entformbarkeit im
Spritzgusswerkzeug.
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Bei
der in 1 für
das Federelement 28 dargestellten Variante beruht die Elastizität des Anlageflächenbereichs 26 auf der
vergleichsweise dünnen
Ausführung
eines insgesamt gebogenen Plättchens
und/oder der gegenüber
dem Material des Kunststoffkorpus 14 vergrößerten Elastizität des Federplättchenmaterials.
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Bei
der in 2 für
das Federelement 28 dargestellten Variante beruht die Elastizität des Anlageflächenbereichs 26 auf
der vergleichsweise dünnen
Ausführung
des Federplättchens,
welches sich in Richtung auf die dahinter liegende Anlagefläche einfedern
lässt.
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Die
Anlagefläche 22 weist
für beide
Varianten einen "zurückgesetzten
Flächenbereich" auf, in welchem
das Kunststoff-Federelement 28 angeordnet
ist.
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Denkbar
ist auch die Ausbildung eines Federelements mit erhöhter Elastizität in einem Zwei-Komponenten-Spritzgussverfahren
zusammen mit der Ausbildung des übrigen
Kunststoffkorpus 14.
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Bei
den beiden (1 und 2) Varianten ist
das Federelement 28 mit einer Einführschräge 30 versehen, durch
welche die durch das Einführen
des Einführabschnitts 16 in
die Öffnung
des Injektorgehäuses
bewirkte Zusammenwirkung zwischen der Anlagefläche 22 und der korrespondierenden
Anlagefläche
des Gehäuses
einfach und zuverlässig
zustande kommt.
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Um
auch das Einführen
des Einführabschnitts 16 in
die Gehäuseöffnung zu
vereinfachen ist der Einführabschnitt 16 an
seinem freien Ende mit einer ringförmig umlaufenden Einführschräge 32 versehen.
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Neben
den Durchtrittsöffnungen 18 besitzt der
Einführabschnitt 16 noch
zwei Sacklöcher
(vgl. 2), die ebenfalls für eine zumindest grobe Verdrehsicherung
wirken.
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Bei
der Herstellung des Kontaktzungenträgers 10 werden die
Kontaktzungen 12, die über
eine einstückig
ausgebildete elektrische Leitungsanordnung (im Inneren des Kunststoffkorpus 14)
zu Schweißlaschen 34 führen, in
das zur Bildung des Kunststoffkorpus 14 verwendete Kunststoffmaterial eingeformt.
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Bei
der Montage des Kontaktzungenträgers 10 treten
die Kontaktstifte des Piezoaktors durch die Durchtrittsöffnungen 18 hindurch
und liegen mit deren Enden an den angrenzend an diesen Durchtrittsöffnungen 18 angeordneten
Schweißlaschen 34 an, so
dass die Kontaktstifte in einfacher Weise zur Herstellung eines
elektrischen Kontakts mit den Schweißlaschen 34 verschweißt werden
können.
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3 zeigt
das insgesamt mit 50 bezeichnete Injektorgehäuse in seinem oberen (einspritzdüsenfernen)
Bereich vor der Montage des oben beschriebenen Kontaktzungenträgers 10.
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Das
Injektorgehäuse 50 weist
einen Hochdruck-Kraftstoffzufuhranschluss 52 sowie
einen Kraftstoffleckageanschluss 54 auf, um ein im unteren Bereich
des Gehäuses 50 (nicht
dargestellt) angeordnetes hydraulisches Kraftstoff-Servoventil in an sich
bekannter und somit hier nicht erläuterungsbedürftiger Weise mit Kraftstoff
zu versorgen. Die Steuerung des Servoventils erfolgt mittels des
ebenfalls im unteren Bereich des Gehäuses 50 angeordneten und über eine
Wirkverbindung mit einem Stellglied des Servoventils verbundenen
Piezoaktors.
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In 3 erkennt
man ferner die axiale Öffnung 56 des
insgesamt hülsenartigen
Gehäuses 50, aus
welcher nach einem Einsetzen einer den Piezoaktor enthaltenden piezoelektrischen
Baugruppe (von unten) die Kontaktstifte des Piezoaktors nach oben
herausragen.
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Nach
der Montage der piezoelektrischen Baugruppe in das Injektorgehäuse 50 wird
der oben mit Bezug auf die 1 und 2 beschriebene Kontaktzungenträger 10 von
oben auf das Gehäuse 50 aufgesetzt,
so dass die Kontaktstifte des Piezoaktors durch die Durchtrittsöffnungen 18 des
Einführabschnitts 16 hindurchtreten
und dann mit den Schweißlaschen 34 verschweißt werden
können.
Um hierbei eine möglichst
gut definierte Lage des aufgesetzten Kontaktzungenträgers 10 bezüglich des
Gehäuses 50 zu
erzielen, weist das Gehäuse 50 eine sich
tangential erstreckende Anlagefläche 58 auf, welche
mit der oben bereits beschriebenen Anlagefläche 22 des Kontaktzungenträgers 10 zusammenwirkt.
Um die korrespondierenden Anlageflächen 22, 58 in
einfacher und zuverlässiger
Weise in die gegenseitige Anlage zu bringen, ist das Gehäuse 50 mit
einer an die Anlagefläche 58 angrenzenden
Schrägfläche 60 versehen.
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4 zeigt
die Situation unmittelbar nach dem Aufsetzen des Kontaktzungenträgers 10 auf
das Injektorgehäuse 50.
Die Kontaktstifte des Piezoaktors liegen in dieser Situation an
den Schweißlaschen 34 an
und werden mit denselben verschweißt. Sodann wird durch eine
Kunststoffumspritzung am dargestellten Ende des Injektorgehäuses 50 eine
Kunststoffumhüllung
(nicht dargestellt) ausgebildet, welche auch ein Steckergehäuse für den mittels
der Kontaktzungen 12 ausgebildeten Steckverbinder bereitstellt.
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Der
Anschlag zwischen dem Kontaktzungenträger 10 und dem in
dieser Figur ersichtlichen Absatz im Injektorgehäuse 50 gewährleistet
eine Verdrehsicherung, deren Genauigkeit durch den elastischen Anlageflächenbereich
beträchtlich
erhöht
ist.
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Insbesondere
zur Erzielung einer möglichst guten
Anlage zwischen den Schweißlaschen 34 und den
Kontaktstiften des Piezoaktors sowie zur Erzielung einer möglichst
koaxialen Anordnung des Einführabschnitts 16 in
der Gehäuseöffnung ist
die Gestaltung der Anlagefläche 22 einerseits
mit einem unelastischen Anlageflächenbereich 24 und
andererseits mit einem elastischen Anlageflächenbereich 26 von
besonderer Bedeutung. Die Zusammenwirkung der Anlageflächen 22 und 58 findet
im Wesentlichen nur an den einander entgegengesetzten Anlageflächenbereichen 24, 26 statt,
wobei die mittels des Federelements 28 realisierte Elastizität den Kontaktzungenträger 10 und
somit dessen Einführabschnitt 16 bereits
vor der Verschweißung
(und auch vor der Kunststoffumspritzung) zuverlässig und genau positioniert.
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Der
Grundgedanke der beschriebenen Ausführungsform ist die Implementierung
eines (oder mehrerer) Federelemente 28 (z. B. aus Kunststoff)
in den Kontaktzungenträger 10 zur
Fixierung der radialen Position und zum Toleranzausgleich der korrespondierenden
Anlage- bzw. Anschlagflächen 22, 58. Die
Anzahl und geometrische Gestaltung des oder der Federelemente 28 kann
in Anpassung an die betreffende Gesamtkonstruktion variabel gestaltet
sein. Das oder die im Bereich des Kontaktzungenträgers 10 integrierten
Federelemente können
in Kombination mit einem tangential entgegengesetzt angeordneten
Anschlag insbesondere als besonders präzise Verdrehsicherung dienen
und einen Toleranzausgleich der Anlageflächen gewährleisten. Daraus ergeben sich
z. B. folgende Vorteile:
- – Minimierung des radialen
Spiels des Kontaktzungenträgers
auf dem Injektorgehäuse.
- – Vermeidung
einer aufwändigen,
zusätzlichen Positionierung
des Kontaktzungenträgers
von Hand vor dem Umspritzen des steckerseitigen Gehäuseendes.
- – Optimierung
des Toleranzausgleiches der Anlageflächen bei einer Verdrehung des
Kontaktzungenträgers
auf dem Injektorgehäuse.
- – Falls
das oder die Federelemente direkt in einen Kunststoffkorpus des
Kontaktzungenträgers
integriert sind: Wegfall des Erfordernisses von zusätzlichen
Bauteilen (als Federelemente).
- – Falls
eine (finale) Kunststoffumspritzung des steckerseitigen Endes vorgesehen
ist, spielt eine etwaige Relaxierung des oder der Federelemente über die
Lebensdauer des Injektors keine Rolle, da die Lage der mit Kunststoff
umgebenen Komponenten, also insbesondere auch der Kontaktzungenträger samt
Federelement beim Anspritzen des Kunststoffmaterials ohnehin in
ihrer Lage "eingefroren" werden.