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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Steckverbinder.
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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik sind elektrische Steckverbinder zur Aufnahme eines Gegenkontaktelements bekannt. Derartige Steckverbinder können einteilig aufgebaut sein, d.h. aus einem Metallband (meist aus einer Kupferlegierung) bzw. einem Blech durch Stanzen und Biegen gefertigt werden. Einteilige Kontakte aus Kupferlegierungen weisen vergleichsweise geringe Primärhaltekräfte in einer Kontaktkammer auf, eine höhere Gefahr an plastischer Deformation beim Steckvorgang und eine (je nach Legierung unterschiedlich hohe) Neigung zur Relaxation, die die Kontaktnormalkräfte mit Zeit und Temperatur abnehmen lässt, mit der Gefahr einer vorzeitigen Kontaktunterbrechung. Ein derartiger einteilig gefertigter Steckverbinder ist aus der
DE 10 2007 040 937 B3 bekannt.
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Alternativ sind auch zweiteilige Kontakte bekannt. Hierbei wird ein Federaußenteil (auch als Überfeder oder äußerer Kontaktkasten bezeichnet) aus Stahl als ein einzelnes Element gefertigt und übergestülpt über ein separat aus einem anderen Blech gefertigtes Kontaktinnenteil (auch als Kontaktkasten bezeichnet) aus einem elektrisch gut leitfähigen Material wie z.B. Kupfer. Auf diese Weise kann die Primärhaltekraft in einer Kontaktkammer vergrößert werden, da diese nun von dem separaten Kontaktaußenteil aus Stahl aufgebracht wird. Weiterhin ermöglicht die aus Stahl gefertigte Überfeder eine Kraftunterstützung der Kontaktlamelle. Ein derartig zweiteilig gefertigter und dann zusammengesetzter Steckverbinder, der aus einem Kontaktinnenteil und einem davon zunächst separat gefertigten Federaußenteil besteht, ist aus der
DE 102 48 809 A1 bekannt.
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Aus der
DE 10 2011 005 655 A1 ist ein Kontaktelement mit einem kontaktstellenseitigen Elementabschnitt und mit einem davon abgewandten anschlussseitigen Elementabschnitt bekannt, wobei der kontaktstellenseitige Elementabschnitt und der anschlussseitige Elementabschnitt aus zwei unterschiedlichen, stoffschlüssig verbundenen Materialien bestehen.
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Aus der
JP S64 - 60 979 A ist ein kastenförmiges Kontaktelement bekannt, das einen als Kontaktfläche ausgebildeten Boden aus einem hoch leitfähigen Material sowie zwei als Haltearme ausgebildete Seitenwände aus einem Federmaterial aufweist, wobei das Kontaktelement einstückig aus einem einzigen Substrat geformt ist.
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Aus der
DE 14 40 860 A ist ein Verbund-Metallstreifen aus unterschiedlichen Legierungen für elektrische Verbindungsteile bekannt.
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Aus der
EP 0 645 843 A2 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Kontaktelements bekannt, wobei zunächst zwei Materialien durch einen Laminierungsschritt miteinander verbunden werden und anschließend ein Kontaktelement in einem Stanz-Biegeprozess aus dem derart geschaffenen Laminat gebildet wird.
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Aus der
DE 11 2014 000 872 T5 ist eine elektrische Verbindungsstruktur bekannt, die ein Kupferelement aufweist sowie ein Metallelement, das mit dem Kupferelement verbunden ist. Die elektrische Verbindungsstruktur weist weiterhin eine wasserfeste Schicht auf, die zumindest in einem Abschnitt des Kupferelements gebildet ist, der von einem Verbindungsabschnitt verschieden ist, der mit dem Metallelement verbunden ist. Zur Vermeidung einer elektrischen Korrosion ist vorgesehen, dass die Oberflächenbehandlungsschicht ein Oberflächenbehandlungsmittel umfasst, dessen Molekularstruktur einen hydrophoben Teil und eine Chelatgruppe hat.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung geht aus von der Erkenntnis, dass zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von einteilig gefertigten Steckverbindern, die gleichzeitig eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweisen sollen, z.B. die Verwendung von dickeren Blechstärken oder von speziellen Kupferlegierungen notwendig ist. Diese Legierungen sollen das Elastizitätsmodul und/oder das Schubmodul des an sich weichen und duktilen Kupfers soweit erhöhen, dass bei einer geringen Blechstärke die notwendigen Primärhaltekräfte erreicht werden und die Kontaktnormalkraft, die die Kontaktlamellen auf ein eingestecktes Gegenkontaktelement ausüben, auch über Lebensdauer erreicht und beibehalten wird. Jedoch ist die Verwendung dickerer Bleche oft wegen der geforderten Dimensionen der Steckverbinder nicht möglich. Die Verwendung von Hochleistungs-Kupferlegierungen wiederum ist teurer als die Verwendung von normalem Kupfer bzw. einfachen Kupferlegierungen.
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Zweiteilige Kontakte sind aufwendiger und teurer in der Herstellung, da für die Herstellung des Federaußenteils bzw. der Überfeder ein eigenes Stanz-Biege-Werkzeug notwendig ist und die beiden zunächst separat gefertigten Teile (Kontaktinnenteil und Federaußenteil) nach ihrer Herstellung noch aneinander montiert werden müssen. Außerdem kann durch die Materialdoppelung an manchen Stellen die Miniaturisierungsmöglichkeit derartiger zweiteiliger Kontakte eingeschränkt sein.
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Es kann daher ein Bedarf bestehen, einen Steckverbinder bereitzustellen, der hohen mechanischen Anforderungen an Primärhaltekräfte in einer Kontaktkammer, in die der Steckverbinder aufgenommen wird, genügt, der dauerhaft hohen mechanischen Anforderungen an die Kontaktnormalkraft relativ zu einem in den Steckverbinder eingesteckten Gegenkontaktelement genügt und der in einem einfachen und kostengünstigen Fertigungsprozess hergestellt werden kann. Weiterhin kann es wünschenswert sein, dass der Steckverbinder eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweist in stromführenden Abschnitten.
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Vorteile der Erfindung
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Dieser Bedarf kann durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß des unabhängigen Anspruchs gedeckt werden. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Erfindungsgemäß wird ein Steckverbinder vorgeschlagen.
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Der Steckverbinder weist ein sich entlang einer axialen Richtung erstreckendes Kontaktinnenteil zur Aufnahme eines Gegenkontaktelements auf sowie ein Federaußenteil, das auch als Kontaktaußenteil bezeichnet werden kann. Das Federaußenteil bzw. Kontaktaußenteil ist außerhalb des Kontaktinnenteils angeordnet bezüglich einer radialen Richtung, die sich quer zur axialen Richtung erstreckt, wobei das Kontaktinnenteil überwiegend aus einem ersten Material ausgebildet ist, wobei das Federaußenteil bzw. das Kontaktaußenteil überwiegend aus einem zweiten Material ausgebildet ist. Dabei ist vorgesehen, dass das Kontaktinnenteil und das Federaußenteil aus einem einzigen Blech als Stanz-Biege-Teil ausgebildet sindDas Schubmodul des zweiten Materials beträgt dabei mindestens das 1,5-fache des Schubmoduls des ersten Materials und/oder das Elastizitätsmodul des zweiten Materials beträgt dabei mindestens das 1,5-fache des Elastizitätsmoduls des ersten Materials.
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Dadurch kann vorteilhaft ein einteiliger Steckverbinder bereitgestellt werden, der einfach zu fertigen ist und gleichzeitig im Federaußenteil bzw. Kontaktaußenteil eine deutlich höhere mechanische Belastbarkeit aufweist als im Kontaktinnenteil. Aufgrund des Federaußenteils, welches die mechanische Belastbarkeit des Kontaktinnenteils unterstützt, können so die Vorteile des einteiligen Steckers mit denen des zweiteiligen Steckers kombiniert werden. Es kann für das erste Material z.B. ein sehr kostengünstiges Material verwendet werden, das keine Speziallegierung sein muss. Gleichzeitig kann ein einfacher gestaltetes und damit kostengünstigeres Stanz-Biege-Werkzeug verwendet werden, da keine separate Überfeder hergestellt und anschließend über den Kontaktkasten gestülpt werden muss. Wird die Überfeder in herkömmlichen Ausführungen in einem zweiten Stan-Biege-Werkzeug gefertigt, so kann auf dieses zweite Stanz-Biege-Werkzeug verzichtet werden und auf ein Werkzeug, welches das Federaußenteil bzw. Kontaktaußenteil über das Kontaktinnenteil stülpt.
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Es kann beispielsweise vorteilhaft vorgesehen sein, dass das Kontaktinnenteil eine sehr hohe elektrische Leitfähigkeit aufweist. Es kann z.B. vorgesehen sein, dass die elektrische Leitfähigkeit des ersten Materials wenigstens das 3-fache der elektrischen Leitfähigkeit des zweiten Materials beträgt, bevorzugt wenigstens das 4-fache.
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Unter dem Ausdruck, wonach das Kontaktinnenteil überwiegend aus dem ersten Material ausgebildet ist ist zu verstehen, dass das Kontaktinnenteil zu mehr als 50% aus dem ersten Material gefertigt ist, beispielsweise zu mindestens 70%, bevorzugt zu mehr als 85% und besonders bevorzugt zu mehr als 95%. Abweichungen von einer vollständigen Ausgestaltung mit dem ersten Material können sich z.B. fertigungsbedingt durch den Stanz-Biege-Prozess ergeben oder sie können sich durch eine mögliche Oberflächenbeschichtung des ersten Materials ergeben, die z.B. aus Gründen der Reibungsminderung oder als Korrosionsschutz aufgetragen ist. Eine derartige Oberflächenbeschichtung kann z.B. bereits vor dem Stanz-Biege-Prozess vorliegen, sie kann jedoch auch erst nachträglich auf den fertiggestellten Steckverbinder aufgebracht werden. In gleicher Weise gilt die vorstehende Überlegung für den Ausdruck, wonach das Federaußenteil bzw. Kontaktaußenteil überwiegend aus dem zweiten Material ausgebildet ist, also zu mehr als 50%, beispielsweise zu mindestens 70%, bevorzugt zu mehr als 85% und besonders bevorzugt zu mehr als 95%.
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Es kann weiterhin beispielsweise vorgesehen sein, dass sich das Federaußenteil bzw. Kontaktaußenteil zum überwiegenden Teil seiner Fläche, also zu mehr als 50%, radial außerhalb des Kontaktinnenteils befindet, z.B. zu wenigstens 70% oder zu wenigstens 90%. Es kann vorgesehen sein, dass sich das Federaußenteil vollständig radial außerhalb des Kontaktinnenteils befindet bzw. das Federaußenteil bzw. Kontaktaußenteil vollständig außerhalb des Kontaktinnenteils angeordnet ist.
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Die beiden Materialien (erstes Material und zweites Material) können die gleiche Dicke aufweisen. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass sie unterschiedliche Dicken aufweisen.
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Beispielsweise kann das erste Material eine erste Dicke aufweisen und das zweite Material eine zweite Dicke. Es kann z.B. vorgesehen sein, dass die erste Dicke und die zweite Dicke weniger als 0,5mm betragen. Beispielsweise kann die erste Dicke und/oder die zweite Dicke in einem Bereich von 0,2mm bis 0,3mm liegen und z.B. 0,2mm oder 0,25mm oder 0,3mm betragen. In anderen Ausgestaltungen kann die zweite Dicke in einem Bereich von 0,05mm bis 0,3mm liegen und z.B. 0,05mm oder 0,1mm oder 0,15mm oder 0,2mm betragen. Es versteht sich, dass auch die erste Dicke in die angegebenen Dicken bzw. Materialstärken aufweisen kann. Es kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die zweite Dicke geringer ist als die erste Dicke. So kann z.B. die erste Dicke mindestens das 1,2-fache der zweiten Dicke betragen. Dadurch kann das mechanisch stabilere zweite Material dünner ausgebildet sein, was Kosten und Gewicht reduziert, und es kann dennoch eine ausreichende Stabilisierung bieten.
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Das Kontaktinnenteil kann z.B. als Kontaktkasten ausgebildet sein. Das Federaußenteil bzw. Kontaktaußenteil kann z.B. als Federkasten ausgebildet sein. Kontaktinnenteil und/oder Federaußenteil können beispielsweise einen rechteckigen oder runden oder dreieckigen oder ovalen Querschnitt aufweisen.
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Die Herstellung eines derartigen Steckverbinders kann z.B. durchgeführt werden durch die Zuführung eines einzigen Blechs bzw. Metallbands in ein Stanz-Biege-Werkzeug, wobei das Blech bzw. Metallband zwei Bereiche aus zwei verschiedenen Materialien aufweist, das erste Material und das zweite Material, die untrennbar (nicht zerstörungsfrei trennbar) miteinander verbunden sind, z.B. durch einen Gussprozess, einen Schweiß-Prozess, einen Prägeprozess, einen Klebeprozess oder dergleichen. Grundsätzlich ist es auch möglich, dass zwei Bleche aus zwei verschiedenen Materialien (erstes Material und zweites Material) unmittelbar vor dem Stanz-Biege-Prozess aus zwei Blechen bzw. Metallbändern untrennbar zu einem einzigen Blech bzw. Metallband miteinander verbunden werden, z.B. durch einen Schweißprozess, und unmittelbar anschließend der Stanz-Biege-Prozess zur Fertigung des Steckverbinders durchgeführt wird. Es kann in solch einem Fall vorgesehen sein, dass der Prozessschritt des Zusammenfügens des Bleches bzw. des Metallbands aus zwei Blechen bzw. zwei Metallbändern in demselben Werkzeug vorgenommen wird, in dem auch der Stanz-Biege-Prozess vorgenommen wird. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass es sich um zwei voneinander separate Werkzeuge handelt (z.B. ein Fügewerkzeug und ein Stanz-Biege-Werkzeug).
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Es kann dabei beispielhaft vorgesehen sein, dass nach der Bereitstellung des einzigen Blechs das Kontaktinnenteil und das Federaußenteil bzw. Kontaktaußenteil in einem Schritt bzw. in einer Schrittfolge aus dem Blech bzw. Metallband geschnitten bzw. gestanzt werden (nach dem Stanzprozess liegt eine sogenannte Stanzplatine vor). Dabei kann in einem weiteren Schritt bzw. gleichzeitig mit dem Stanzschritt beispielhaft bereits eine plastische Verformung einzelner Elemente vorgenommen werden, z.B., um an einzelnen Elementen eine elastisch reversible Federvorspannung zu erzeugen, die im fertig hergestellten Steckverbinder z.B. entlang der radialen Richtung wirkt oder um vordefinierte Prägepunkte in die Stanzplatine einzubringen. Weiterhin kann beispielhaft vorgesehen sein, dass in einem weiteren Schritt das freigestanzte Federaußenteil bzw. Kontaktaußenteil umgefaltet wird, z.B. an einer Knicklinie quer zur axialen Richtung um ungefähr 180°, so dass es benachbart zur Stanzform des Kontaktinnenteils zu liegen kommt. Weiterhin kann beispielhaft vorgesehen sein, dass in einem weiteren Schritt das Federaußenteil an Knicklinien, die ungefähr oder genau parallel zur axialen Richtung verlaufen zu einem Kasten verformt wird. Auf diese Weise wird in dieser lediglich beispielhaften Schrittfolge das Kontaktinnenteil von dem Federaußenteil bzw. Kontaktaußenteil, das zum überwiegenden Teil aus dem festeren zweiten Material ausgebildet ist, umschlossen. Es kann dabei beispielhaft vorgesehen sein, dass im Schritt des Verformens des Federaußenteils bzw. Kontaktaußenteil zu einem Kasten auch das Kontaktinnenteil mit verformt wird. Es kann dabei z.B. ebenfalls eine Kastenform annehmen.
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Es versteht sich, dass die oben beschriebene Schrittfolge lediglich beispielhaft ist und dass dabei einzelne Schritte auch austauschbar sein können oder weggelassen werden können. Außerdem können weitere Schritte vorgesehen sein.
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Im Rahmen dieser Anmeldung wird der Ausdruck „aufweisend“ synonym zum Ausdruck „umfassend“ verwendet, sofern nichts anderes beschrieben ist.
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Dadurch, dass der Steckverbinder als Buchsenkontakt ausgebildet ist wird vorteilhaft bewirkt, dass der Steckverbinder besonders einfach als Stanz-Biegeteil herstellbar ist. Weiterhin vorteilhaft wird dadurch eine besonders sichere und zuverlässige Kontaktierung eines Gegenkontaktelements bewirkt. Weiterhin vorteilhaft wird dadurch bewirkt, dass der Steckverbinder nur Gegenkontaktelemente einer definierten Form kontaktiert.
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In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Steckverbinder einen Anschlussbereich zum Befestigen einer elektrischen Leitung aufweist, wobei sich der Anschlussbereich an das Kontaktinnenteil anschließt, wobei der Anschlussbereich überwiegend aus dem ersten Material ausgebildet ist, wobei der Anschlussbereich zusammen mit dem Kontaktinnenteil und dem Federaußenteil bzw. Kontaktaußenteil aus dem einzigen Blech als Stanz-Biege-Teil ausgebildet ist. Dadurch wird vorteilhaft bewirkt, dass der Steckverbinder besonders kompakt ausgebildet ist. Weiterhin vorteilhaft kann der Steckverbinder auf diese Weise besonders einfach und kostengünstig hergestellt werden.
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Dabei versteht sich, dass der Ausdruck, wonach der Anschlussbereich überwiegend aus dem ersten Material ausgebildet ist, bedeutet, dass er zu mehr als 50% aus dem ersten Material ausgebildet ist, bevorzugt zu mehr als 70%, bevorzugt zu mehr als 85% und besonders bevorzugt zu mehr als 95%. Die weiter oben angestellten Überlegungen zu fertigungsbedingten Anteilen des zweiten Materials und/oder zu Oberflächenbeschichtungen gelten analog auch für den Anschlussbereich.
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Der Anschlussbereich kann beispielsweise mit einer Crimplasche oder einem Crimplaschenpaar oder zwei Crimplaschen oder zwei Crimplaschenpaaren ausgeführt sein (Isolationscrimp und Leitungscrimp). Weiterhin ist denkbar, dass der Anschlussbereich Bondpads für das Bonden von Drähten der Leitung bzw. für das Bonden der Leitung aufweist oder dass er eine Schweißfläche für das Anschweißen der Leitung aufweist. Auch eine Ausführung des Anschlussbereichs als Schneid-Klemm-Verbindung ist denkbar.
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In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Federaußenteil bzw. Kontaktaußenteil zum Teil aus dem ersten Material ausgebildet ist. Beispielsweise kann das Federaußenteil in einem Biegebereich, in dem das Federaußenteil mit dem Kontaktinnenteil verbunden ist, aus dem ersten Material gebildet sein, während es insgesamt betrachtet zum überwiegenden Teil das zweite Material aufweist. Dadurch kann vorteilhaft der Biegeprozess besonders einfach durchgeführt werden und die Standzeit des Biegewerkzeugs erhöht werden. Denn das erste Material ist aufgrund seiner Materialeigenschaften (Schubmodul und/oder Elastizitätsmodul) leichter umformbar. Weiterhin vorteilhaft kann so die Qualität des Steckverbinders bzw. die Ausbeute an Steckverbindern erhöht werden, da z.B. eine Beschädigung der Stoßkante zwischen den beiden Materialien vermieden wird. Als Biegebereich kann ein Bereich angesehen werden, der sich z.B. bis zu 0,1mm oder bis zu 0,2mm oder bis zu 0,5mm um eine Biegestelle des Blechs bzw. des Metallbands herum erstreckt. Es kann je nach Ausführungsform jedoch auch vorgesehen sein, dass der Biegebereich sich um bis zu 1mm oder um bis zu 2mm oder um bis zu 3mm um eine Biegestelle des Blechs bzw. des Metallbands herum erstreckt.
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Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass das Kontaktinnenteil zum Teil aus dem zweiten Material ausgebildet ist. Beispielsweise kann das Kontaktinnenteil in einem (weiteren) Biegebereich, in dem das Federaußenteil mit dem Kontaktinnenteil verbunden ist, aus dem zweiten Material gebildet sein, während es insgesamt betrachtet zum überwiegenden Teil das erste Material aufweist. Dadurch kann vorteilhaft lediglich beispielsweise eine dem Gegenkontaktelement zugewandte Stirnfläche des Kontaktinnenteils robuster ausgebildet sein, um z.B. widerstandsfähiger gegen Fehlsteckversuche des Gegenkontaktelements zu sein. Auch eine mechanische Verstärkung an einer zur axialen Richtung parallelen Seitenfläche des Kontaktinnenteils ist auf diese Weise vorteilhaft realisierbar.
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In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Kontaktinnenteil eine Kontaktlamelle aufweist, wobei die Kontaktlamelle zum überwiegenden Teil aus dem ersten Material gebildet ist. Dadurch wird vorteilhaft eine besonders sichere mechanische Kontaktierung des Gegenkontaktelements im eingesteckten Zustand bewirkt. Die Kontaktlamelle ist bevorzugt elastisch reversibel auslenkbar. Sie kann z.B. bezüglich eines einzusteckenden Gegenkontaktelements z.B. in radialer Richtung federnd vorgespannt sein, so dass sie auf das Gegenkontaktelement im eingesteckten Zustand eine definierte Normalkraft in radialer Richtung aufbringt. Dadurch kann der Steckverbinder vorteilhaft auch besonders robust gegen Kontaktunterbrechungen bei Vibrationsbelastungen ausgebildet sein.
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Es versteht sich, dass der Steckverbinder bzw. das Kontaktinnenteil genau eine Kontaktlamelle aufweisen kann. Es kann jedoch auch eine Mehrzahl von Kontaktlamellen vorgesehen sein, z.B. zwei, drei, vier, fünf, sechs oder noch mehr Kontaktlamellen.
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Das erste Material kann bevorzugt eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweisen, so dass der elektrische Widerstand des Strompfades vom Gegenkontaktelement über die Kontaktlamelle zum Steckverbinder und von dort weiter zu einer z.B. am Steckverbinder angebrachten Leitung besonders gering ist.
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Dadurch, dass die Kontaktlamelle einen geprägten Kontaktpunkt aufweist, wird vorteilhaft ein definierter Kontaktpunkt am Gegenkontaktelement im eingesteckten Zustand bewirkt. Weiterhin vorteilhaft wird dadurch ein besonders geringer Übergangswiderstand zum eingesteckten Gegenkontaktelement bewirkt.
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In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass sich das Kontaktinnenteil mechanisch an einer Innenseite des Federaußenteils bzw. Kontaktaußenteils abstützt. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass sich insbesondere eine oder mehrere am Kontaktinnenteil vorgesehene Kontaktlamelle(n) an der Innenseite des Federaußenteils abstützt bzw. abstützen. Weiterhin kann z.B. vorgesehen sein, dass sich das Kontaktinnenteil bzw. die Kontaktlamelle(n) entlang von wenigstens 25% einer Länge des Kontaktinnenteils bzw. der Kontaktlamelle(n) entlang der axialen Richtung an der Innenseite des Federaußenteils abstützt bzw. abstützen.
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Dadurch wird vorteilhaft bewirkt, dass das Kontaktinnenteil, welches wegen des ersten Materials nur eine (relativ zum zweiten Material) geringe Steifigkeit bzw. ein geringes Elastizitätsmodul und/oder Schubmodul aufweist, mechanisch durch das zweite Material unterstützt wird. So wird eine dauerhaft sichere - und z.B. niederohmige - Kontaktierung eines eingesteckten Gegenkontaktelements ermöglicht. Durch eine ausreichend lange Abstützung (z.B. entlang wenigstens 25% der Länge) kann z.B. besonders einfach sichergestellt werden, dass die mechanische Unterstützung durch das Federaußenteil bzw. Kontaktaußenteil nicht nur punktuell und zeitlich begrenzt wirkt.
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In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Federaußenteil bzw. das Kontaktaußenteil umlaufend geschlossen ausgebildet ist, betrachtet entlang einer Umlaufrichtung, die die axiale Richtung umläuft. Dadurch wird vorteilhaft bewirkt, dass der Steckerbinder z.B. beim Einstecken in eine Kontaktkammer eines Steckergehäuses auch bei höheren Kräften beim Einstecken nicht beschädigt wird. Dies kann z.B. bei miniaturisierten Steckverbindern, die Blechstärken von weniger als 0,5mm oder sogar weniger als 0,4mm aufweisen oder sogar weniger als oder gleich 0,25mm, von großer Bedeutung sein. Weiterhin vorteilhaft wird auf diese Weise das Kontaktinnenteil in der Art eines Käfigs bzw. kastenartig umschlossen, so dass sich Kräfte, die im Kontaktinnenteil radial nach außen wirken stets an dem Federaußenteil abstützen können, was die Stabilität des Steckverbinders erhöht.
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In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Federaußenteil bzw. das Kontaktaußenteil eine nach außen abragende Rastlanze aufweist, die elastisch reversibel nach innen verlagerbar ist, wobei die Rastlanze zumindest überwiegend aus dem zweiten Material geformt ist. Dadurch wird vorteilhaft eine besonders hohe Primärhaltekraft ermöglicht, wenn der Steckverbinder z.B. in eine Kontaktkammer eines Steckergehäuses eingeschoben wird. Die Rastlanze kann z.B. schräg nach (radial) außen von dem Federaußenteil abragen.
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Die Rastlanze kann auch als Primärrastlanze bzw. Primärverriegelungselement bezeichnet werden. Sie kann dazu ausgebildet sein, beim Einstecken des Steckverbinders an einem Hinterschnitt einer Kontaktkammer eines Steckergehäuses zu verrasten, so dass ein (beschädigungsfreies) Herausziehen des Steckverbinders aus der Kontaktkammer ohne Entriegelungswerkzeug nicht möglich ist. Für eine dauerhafte Verriegelung des Steckverbinders kann ein separates Sekundärverriegelungselement vorgesehen sein, welches z.B. in das Steckergehäuse bzw. dessen Kontaktkammer eingeschoben wird und einen Hinterschnitt des Steckverbinders hintergreift, so dass dieser nicht aus der Kontaktkammer herausziehbar ist.
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Es versteht sich, dass der Steckverbinder genau eine Rastlanze aufweisen kann, dass er jedoch auch mehrere (z.B. zwei, drei, vier oder noch mehr) Rastlanzen aufweisen kann. Vorteilhaft ist in solch einem Fall vorgesehen, dass jede dieser Rastlanzen zumindest zum überwiegenden Teil aus dem zweiten Material geformt ist.
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In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass das erste Material gewählt ist aus der Gruppe: Kupfer, eine Kupferlegierung, Aluminium, eine Aluminiumlegierung. Dadurch wird vorteilhaft eine besonders hohe elektrische Leitfähigkeit des Steckverbinders bereitgestellt. Weiterhin vorteilhaft wird so ein geringer elektrischer Widerstand zwischen dem Steckverbinder und dem Gegenkontaktelement bereitgestellt, da das Gegenkontaktelement das Kontaktinnenteil elektrisch kontaktiert. Weiterhin vorteilhaft wird auch der elektrische Widerstand auf dem Weg bzw. Strompfad zu einer am Steckverbinder angeschlossenen Leitung gering gehalten. Weiterhin vorteilhaft wird so auch ein Übergangswiderstand des Steckverbinders zu der elektrischen Leitung gering gehalten, die an dem Steckverbinder angeschlossen sein kann. Schließlich wird dadurch vorteilhaft der Stanzprozess und der Biegeprozess vereinfacht, da die vorgeschlagenen Materialien für das erste Material sich einfach und aufwandsarm plastisch verformen lassen. Schließlich kann vorteilhaft auf die Verwendung von teuren Hochleistungslegierungen verzichtet werden, die trotz hoher Stromleitfähigkeit eine höhere Festigkeit (Elastizitätsmodul und/oder Schubmodul) aufweisen als z.B. reines Kupfer oder kostengünstige Kupferlegierungen.
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Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass das das zweite Material gewählt ist aus der Gruppe: Stahl, Federstahl. Dadurch wird vorteilhaft eine besonders kostengünstige Herstellung des Steckverbinders bewirkt. Denn Stahl bzw. Federstahl weist als leicht verformbares metallisches Material ein hohes Schubmodul und ein hohes Elastizitätsmodul auf und ist dabei kostengünstig beziehbar. Als Federaußenteil bzw. Kontaktaußenteil kann das derart vorgeschlagene zweite Material den Steckverbinder auch bei sehr kleiner Dimensionierung mit z.B. Materialstärken von ungefähr 0,5mm oder von ungefähr 0,4mm oder von ungefähr 0,3mm oder von ungefähr 0,2mm oder von ungefähr 0,15mm oder von ungefähr 0,1mm mechanisch derart stabilisieren, dass hohe Primärhaltekräfte (z.B. mittels einer Rastlanze oder mittels eines Hinterschnitts, den eine Rastlanze einer Kontaktkammer eines Steckergehäuses hintergreift) gegen ein Herausziehen aus einer Kontaktkammer eines Steckergehäuses erzielt werden und gleichzeitig eine hohe Kontaktnormalkraft des Kontaktinnenteils bzw. einer darin angeordneten Kontaktlamelle relativ zu einem eingesteckten Gegenkontaktelement bewirkbar ist.
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Figurenliste
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen, die jedoch nicht als die Erfindung beschränkend auszulegen sind, unter Bezugnahme auf die beigelegten Zeichnungen ersichtlich.
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Es zeigen
- 1: eine schematische Darstellung einer Stanzplatine mit Biegelinien zur Herstellung einer Ausführungsform eines Steckverbinders;
- 2a: einen schematischen Längsschnitt durch einen Steckverbinder, der aus der Stanzplatine aus 1 hergestellt ist;
- 2b: einen schematischen Querschnitt durch einen Steckverbinder, der aus der Stanzplatine aus 1 hergestellt ist;
- 2c: eine schematische perspektivische Teilansicht des Steckverbinders aus den 2a und 2b.
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1 zeigt beispielhaft eine schematische Darstellung einer Stanzplatine 70 mit Biegelinien 50, 52 zur Herstellung einer Ausführungsform eines Steckverbinders 1 (siehe 2a, 2b, 2c). Dieser ist nach seiner Herstellung durch verschiedene Biegeschritte als Buchsenkontakt ausgebildet.
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Auf der dargestellten Stanzplatine 70 sind die einzelnen Bestandteile des Steckverbinders 1 bereits ausgestanzt und teilweise bereits vorgebogen bzw. ausgeprägt.
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Der Steckverbinder 1 (siehe verschiedene Ansichten in 2a, 2b, 2c) weist ein sich entlang einer axialen Richtung A erstreckendes Kontaktinnenteil 2 zur Aufnahme eines Gegenkontaktelements 20 auf. Er weist weiterhin ein Federaußenteil 3 auf, welches auch als Kontaktaußenteil bezeichnet werden kann. Das Federaußenteil 3 (bzw. Kontaktaußenteil) ist außerhalb des Kontaktinnenteils 2 angeordnet bezüglich einer radialen Richtung R, die sich quer zur axialen Richtung A erstreckt, wobei das Kontaktinnenteil 2 überwiegend aus einem ersten Material M1 ausgebildet ist, wobei das Federaußenteil 3 überwiegend aus einem zweitem Material M2 ausgebildet ist, wobei das Schubmodul des zweites Materials M2 mindestens das 1,5-fache des Schubmoduls des ersten Materials M1 beträgt und wobei in diesem Ausführungsbeispiel gleichzeitig das Elastizitätsmodul des zweites Materials M2 mindestens das 1,5-fache des Elastizitätsmoduls des ersten Materials M1 beträgt. In diesem Ausführungsbeispiel ist das erste Material M1 Kupfer bzw. eine kostengünstige Kupferlegierung und das zweite Material M2 Stahl. Das Kontaktinnenteil 2 und das Federaußenteil 3 sind hierbei aus einem einzigen Blech 5 als Stanz-Biege-Teil ausgebildet, wobei das erste Material M1 eine erste Dicke d1 aufweist und das zweite Material M2 eine zweite Dicke d2.
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Das Federaußenteil 3 (bzw. das Kontaktaußenteil) sind in diesem Ausführungsbeispiel kastenförmig geschlossen mit einem rechteckigen Querschnitt ausgestaltet. Das Federaußenteil 3 weist hier beispielhaft einen Federaußenteil-Boden 32 (bzw. einen Kontaktaußenteil-Boden), zwei Federaußenteil-Seitenwände 33 sowie einen Federaußenteil-Deckel 34 auf. Das Federaußenteil 3 ist im fertig hergestellten Zustand (siehe z.B. 2b, 2c) umlaufend geschlossen ausgebildet, betrachtet entlang einer Umlaufrichtung U, die die axiale Richtung A umläuft.
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Es versteht sich, dass grundsätzlich auch andere Querschnitte des Federaußenteils 3 möglich sind und auch Formen möglich sind, in denen das Federaußenteil 3 weitestgehend offen, also nicht umlaufend geschlossen, ausgebildet ist (also z.B. mit durchbrochenen Federaußenteil -Seitenwänden 33 und/oder durchbrochenem Federaußenteil-Boden 32 und/oder durchbrochenem Federaußenteil-Deckel 34).
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Das Kontaktinnenteil 2 weist einen Kontaktinnenteil-Boden 22 auf, der als eine Art Kontaktlamelle 8 wirkt, indem ein eingestecktes Gegenkontaktelement 20 mit dem Kontaktinnenteil-Boden 22 in mechanischen und elektrischen Kontakt tritt. Das Kontaktinnenteil 2 weist weiterhin zwei Seiten-Stege 23 auf, die in der Art einer entlang der axialen Richtung A verkürzten Kontaktinnenteil-Seitenwand ausgebildet sind, sowie eine - in diesem Ausführungsbeispiel - freitragende Kontaktlamelle 8, die mit einem der Seiten-Stege 23 verbunden ist und ein freies Ende aufweist, welches im fertiggestellten Zustand des Steckverbinders 1 dem Gegenkontaktelement 20 zugewandt ist. In die Kontaktlamelle 8 sowie in den Kontaktinnenteil-Boden 22 ist jeweils ein Kontaktpunkt 9 eingeprägt, wobei die beiden Kontaktpunkte 9 im montierten Zustand des Steckverbinders 1 einander zugewandt sind und ein eingestecktes Gegenkontaktelement 20 mechanisch und elektrisch an einem definierten Punkt kontaktieren. Kontaktinnenteil-Boden 22 und die Kontaktlamelle 8, die einem Kontaktinnenteil-Deckel entspricht, sind hier zum überwiegenden Teil aus dem ersten Material M1 ausgebildet.
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Im fertig hergestellten Steckverbinder (siehe z.B. 2b) stützt sich das Kontaktinnenteil 2 und hierbei insbesondere die Kontaktlamelle 8 mechanisch an einer Innenseite 31 des Federaußenteils 3 ab. Diese Abstützung erfolgt z.B. über mindestens 25% einer Länge L des Kontaktinnenteils 2 entlang der axialen Richtung A. Auf diese Weise kann das Federaußenteil 3 mit seinem mechanisch stabileren zweiten Material M2 die mechanischen Anforderungen an die zum überwiegenden Teil aus dem ersten Material M1 bestehenden Elemente des Kontaktinnenteils 2 unterstützen.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel kann als erstes Material M1 somit relativ kostengünstiges Kupfer verwendet werden. Damit ist eine sehr gute elektrische Leitfähigkeit sicher gestellt. Da die mechanische Festigkeit durch das Federaußenteil 3 bereitgestellt wird kann auf eine teure Hochleistungs-Kupferlegierung verzichtet werden.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist der Steckverbinder 1 lediglich beispielhaft weiterhin einen Anschlussbereich 4 zum Befestigen einer elektrischen Leitung 6 auf, wobei sich der Anschlussbereich 4 an das Kontaktinnenteil 2 anschließt, wobei der Anschlussbereich 4 überwiegend aus dem ersten Material M1 ausgebildet ist, wobei der Anschlussbereich 4 zusammen mit dem Kontaktinnenteil 2 und dem Federaußenteil 3 aus dem einzigen Blech 5 als Stanz-Biege-Teil ausgebildet ist.
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Die elektrische Leitung 6 weist hier beispielhaft eine Isolierung 61 auf, die einen elektrischen Leiter 62 umschließt. Die elektrische Leitung 6 kann in diesem Ausführungsbeispiel im Anschlussbereich 4 mittels Isolationscrimplaschen 42 und Leitungscrimplaschen 41 mit dem Steckverbinder 1 elektrisch und mechanisch kontaktiert bzw. verbunden werden bzw. an dem Steckverbinder 1 befestigt werden. Es versteht sich, dass auch andere Möglichkeiten der elektrischen und mechanischen Kontaktierung möglich sind, z.B. durch Bonden, Löten, Schweißen, Schneid-Klemm-Verbindung, etc. Es ist auch nicht zwingend notwendig, dass ein Anschlussbereich 4 vorgesehen ist.
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In diesem Ausführungsbeispiel ist der Steckverbinder 1 als Lanzenkontakt ausgebildet. Dazu ist vorgesehen, dass das Federaußenteil 3 (bzw. das Kontaktaußenteil) eine (hier: schräg) nach außen abragende Rastlanze 10 aufweist, die elastisch reversibel nach innen verlagerbar ist, wobei die Rastlanze 10 aus dem zweitem Material M2 geformt ist. Die Rastlanze ist hier beispielhaft am Federaußenteil-Deckel 34 ausgebildet bzw. aus ihm freigestanzt. Es versteht sich, dass auch mehr als eine Rastlanze 10 vorgesehen sein kann, z.B. eine weitere Rastlanze 10, die aus dem Federaußenteil-Boden 32 freigestanzt ist. Mittels der Rastlanze 10 kann der Steckverbinder 1 z.B. in einer hier nicht dargestellten Kontaktkammer eines Steckers primärverrastet werden, indem die Rastlanze 10 z.B. einen Hinterschnitt der Kontaktkammer hintergreift. Durch die Ausbildung der Rastlanze 10 aus dem zweiten Material M2 können höhere Primärhaltekräfte bzw. Ausreißkräfte bei sonst gleicher Dimensionierung erzielt werden als dies bei der Ausgestaltung aus dem ersten Material M1 möglich wäre.
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Es kann in anderen Ausführungsformen auf die Rastlanze 10 verzichtet werden. In wiederum anderen Ausführungsformen kann z.B. in dem Federaußenteil 3 eine Aussparung vorgesehen sein, in welche ein Federelement einer Kontaktkammer eingreifen kann und so den Steckverbinder in einer Kontaktkammer eines Steckergehäuses verrasten kann, insbesondere primärverrasten (statt einer Aussparung kann auch lediglich ein Hinterschnitt vorgesehen sein). Auch in einer solchen Ausführungsform ist es vorteilhaft, dass die Aussparung (bzw. der Hinterschnitt) in dem (bzw. an dem) Federaußenteil 3 bzw. Kontaktaußenteil vorgesehen ist und insbesondere aus dem zweiten Material M2 ausgebildet ist, da dieses bei sonst gleichen Dimensionen eine bessere mechanische Stabilität bietet als das erste Material M1.
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In 1 ist zu erkennen, wie der Steckverbinder 1 hergestellt werden kann, nachdem das Blech 5 in einem ersten Schritt bereitgestellt und in einem weiteren Schritt bereits die vorstehend beschriebenen Elemente des Steckverbinders 1 aus dem Blech 5 herausgestanzt wurden, sowie weiterhin lediglich beispielhaft bereits die Kontaktlamelle 8 in ihre federnde Form gebracht wurde und die Kontaktpunkte 9 in das Blech eingeprägt wurden. In 1 liegt die Stanzplatine 70 noch im Wesentlichen in der zweidimensionalen Form des Bleches vor. Das Blech 5 bzw. das Metallband der Stanzplatine 70 weist zwei Bereiche aus zwei verschiedenen Materialien auf, das erste Material M1 und das zweite Material M2, die untrennbar (nicht zerstörungsfrei trennbar) miteinander verbunden sind, z.B. durch einen Gussprozess oder einen Schweiß-Prozess oder einen Prägeprozess oder einen Klebeprozess oder dergleichen.
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In einem weiteren Schritt 200 wird in diesem Ausführungsbeispiel das freigestanzte Federaußenteil 3 umgefaltet, hier an der Knicklinie 50, die quer zur axialen Richtung A verläuft und ungefähr an der Stoßkante zwischen den beiden Materialien M1, M2 liegt.
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Die Biegung erfolgt hierbei um ungefähr 180°, so dass die Stanzform des Federaußenteils 3 (bzw. des Kontaktaußenteils 3) benachbart zur Stanzform des Kontaktinnenteils 2 zu liegen kommt. In einem weiteren beispielhaften Schritt wird das Federaußenteil 3 an Knicklinien 52, die ungefähr oder genau parallel zur axialen Richtung A verlaufen zu einem Kasten verformt, wobei die Biegung hierbei derart erfolgt, dass das Kontaktinnenteil 2 radial innerhalb des Federaußenteils 3 zu liegen kommt. Auf diese Weise wird in dieser lediglich beispielhaften Schrittfolge das Kontaktinnenteil 2 von dem Federaußenteil 3, das zum überwiegenden Teil aus dem festeren zweiten Material M2 ausgebildet ist, umschlossen. Die Rastlanze 10 kann bereits vor dem Schritt 200 des ersten Biegens aus der Stanzplatine herausgestellt werden.
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Es versteht sich, dass auch andere Stanzmuster und/oder Biegereihenfolgen möglich sind, so kann z.B. zunächst das Kontaktinnenteil 2 gebogen werden, anschließend das Federaußenteil 3 umgebogen werden und in einem weiteren Schritt um das bereits fertig gefaltete bzw. gebogene Kontaktinnenteil 2 herumgebogen werden.
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Es versteht sich weiterhin, dass die oben beispielhaft beschriebene Materialwahl kein wesentliches Merkmal der Erfindung darstellt, es sind grundsätzlich auch andere Materialpaarungen möglich, solange das zweite Material M2 ein Elastizitätsmodul aufweist, das wenigstens 1,5 mal so groß ist wie dasjenige des ersten Materials M1 und/oder solange das zweite Material M2 ein Schubmodul aufweist, das wenigstens 1,5 mal so groß ist wie dasjenige des ersten Materials M1. Es kann z.B. vorgesehen sein, dass das erste Material M1 beispielsweise gewählt ist aus der folgenden Gruppe: Kupfer, eine Kupferlegierung, Aluminium, eine Aluminiumlegierung, Silber, eine Silberlegierung, Gold, eine Goldlegierung. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass das zweite Material M2 beispielsweise gewählt ist aus der Gruppe: Stahl, Federstahl, Eisen.
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Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass am Steckverbinder 1 noch wenigstens eine Kodierfahne und/oder wenigstens eine Einführschräge (z.B. an dem vorderen Ende, welches dem Gegenkontaktelement 20 zugewandt ist) vorgesehen ist. Derartige Elemente sind vorzugsweise aus dem zweiten Material M2 gebildet, da dieses mechanisch stabiler ist.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Federaußenteil 3 zum Teil aus dem ersten Material M1 ausgebildet ist. Dies kann beispielsweise in einem Biegebereich 7 vorkommen, in dem das Federaußenteil 3 mit dem Kontaktinnenteil 2 verbunden ist. Ein derartiger Biegebereich 7 kann sich z.B. in einem Bereich von bis zu 3mm, bevorzugt höchstens bis zu 2mm und ganz besonders bevorzugt höchstens bis zu 1mm und weiterhin bevorzugt um höchstens bis zu 0,5mm, z.B. 0,1mm oder 0,2mm oder 0,3mm oder 0,5mm um die Stoßkante zwischen den beiden Materialien M1, M2 herum erstrecken.
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Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass das Kontaktinnenteil 2 zum Teil aus dem zweiten Material M2 ausgebildet ist, insbesondere in dem Biegebereich 7, in dem das Federaußenteil 3 mit dem Kontaktinnenteil 2 verbunden ist. Dadurch kann z.B. ein gegen Fehlsteckungen des Steckverbinders 1 in die Kontaktkammer und/oder gegen Fehlsteckungen des Gegenkontaktelements 20 robustes vorderes Ende des Steckverbinders 1 ausgebildet werden.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit ein Steckverbinder 1 dargestellt, bei dem die Biegung entlang der Biegelinie 50 bzw. Knicklinie 50 an der Stoßkante zwischen den beiden Materialien M1, M2 erfolgt ist.
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Es kann ebenfalls vorgesehen sein, dass die erste Dicke d1 des ersten Materials M1 sich von der zweiten Dicke d2 des zweiten Materials M2 unterscheidet. Dabei kann z.B. die erste Dicke d1 des ersten Materials M1 für das Kontaktinnenteil 2 geringer ausgebildet sein als die zweite Dicke d2 des zweiten Materials M2. Dadurch können vorteilhaft Kosten für das in der Regel teurere erste Material M1 gespart werden, da das Kontaktinnenteil 2 mechanisch durch das Federaußenteil 3 (bzw. Kontaktaußenteil) stabilisiert wird. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die erste Dicke d1 und zweite Dicke d2, auch aus Gründen der Übersichtlichkeit, gleich groß, wodurch jedoch auch technisch eine besonders einfache Handhabung, z.B. beim Führen des Blechs 6, möglich ist.