Steckkontaktelement für eine elektrisch leitende Verbindung

Die Erfindung betrifft ein Steckkontaktelement zur Herstellung einer elektrisch leitenden

Verbindung, aufweisend einen Crimpabschnitt zur Herstellung einer elektrisch leitenden

Verbindung mit einer Leitung und wenigstens einen Steckkontaktdorn zur Herstellung einer lösbaren elektrisch leitenden Verbindung mit einem Kontaktkasten. Weiterhin betrifft die

Erfindung ein bogenförmiges bzw. blechförmiges Halbzeug zur Herstellung des

erfindungsgemäßen Steckkontaktelementes sowie das Verfahren zur Herstellung des

Steckkontaktelementes.

Elektrische Kontaktelemente, Kontaktanordnungen, steck- und lösbare

Kabelverbindungselemente sowie dazu geeignete Herstellungsverfahren sind im bekannten Stand der Technik verfügbar. Buchsen- oder Steckkontaktelemente können als Crimpkontakte ausgebildet sein. In der Verbindungstechnik für elektrische Kontaktierungsaufgaben sind Crimpkontakte als Elemente mit Laschen gestaltet, deren Laschenenden um den elektrischen Leiter herumgebogen und gleichzeitig mit ihm verpresst werden. Diese verfügbare

Verbindungstechnik wird als Crimpen bezeichnet. Die dazu erforderlichen Umform- und

Verpressvorgänge werden häufig einem dafür vorbereiteten Halbzeug eingeprägt, das als unvercrimptem oder vorvercrimptem Ausgangsmaterial vorliegt und das spätere Kontaktelement bildet. Um die Vercrimpung zu realisieren, wird das Halbzeug häufig auf dem Amboss eines Crimpwerkzeuges abgelegt. Anschließend wird der elektrische Leiter bzw. ein abisolierter Abschnitt des elektrischen Leiters auf dem Kontaktelement platziert. Dann wird die wenigstens eine Crimplasche um den abisolierten Abschnitt herumgebogen und mit diesem verpresst, um einen mechanisch stabilen sowie elektrisch leitfähigen Kontakt zwischen dem Kontaktelement und dem elektrischen Leiter herzustellen.

An Crimpverbindungen werden je nach Einsatzbereich unterschiedliche, teils kumulative Anforderungen gestellt. Beispiele: Mechanische Festigkeit, Dauerfestigkeit, widerstandsarme Übertragung elektrischer Energie, Korrosionsresistenz, Gas-und Flüssigkeitsdichtheit. Neben den Crimpkontakten mit ihrer funktionalen Aufgabe Zuleitungen, Kabel oder

vergleichbare - meist stromführende - Leitungen an Kontaktelementen anzuschlagen, sind an Kontaktierungsbauteile eine Vielzahl weiterer Anforderungen gestellt. Aus diesem Grund gibt es zusätzlich zu den Crimpverbindungsbereichen weitere körperartige Bestandteile innerhalb der Kontaktierungsbauteile, die integrativ oder separat verwirklicht werden. Beispiele dafür sind Klemm- und Führungselemente, Buchsen, Anschlussstücke, Steckkontakte usw.

Bekannte Verfahren zur Herstellung von Kontaktierungsbauteilen sind insbesondere Stanz- und Umform prozesse. Zunächst wird durch einen Stanz- oder auch allgemeiner durch einen Separationsschritt ein Flach aus einem Blechbogen bzw. Bogenmaterial getrennt. Das Flach ist dabei in geeigneter Weise mit Konturen versehen, die eine Formgebung hin zu dem

Kontaktierungselement und seinen definierten Funktionen unterstützt. Das auf diese Weise bereitgestellte Flachhalbzeug wird anschließend in einem oder mehreren Umformschritten weitergebildet. Mögliche Umformvorgänge können durch Falten, Abkanten, Pressen, Tiefziehen oder dergleichen realisiert werden.

Andere Herstellungsmöglichkeiten für Kontaktierungselemente können durch Sintervorgänge, additive Fertigungsverfahren oder durch spanende bzw. spanabhebende Bearbeitungen erfolgen.

Die Kombination der Verfahren Stanzung und Umformung eines flachen Ausgangsmaterials ist zwar ein wirtschaftlicher und zuverlässiger Weg Kontaktierungsbauteile in großen Stückzahlen bereitzustellen, begrenzt jedoch durch die eingeschränkte geometrische Formgebung die Integration verschiedener Funktionen in einteilige Kontaktierungsbauteile und insbesondere Buchsenkontaktelemente.

Um diesen Nachteil zu mildern, werden die integral implementierten Funktionen begrenzt oder reduziert, um die Komplexität des Bauteils zu verringern und/oder die Kontaktierungsbauteile mehrteilig ausgeführt. In Betracht kommen auch additive Fertigungsverfahren wie

beispielsweise der 3D-Druck oder die Stereolithografie, diese sind jedoch für Massenfertigung nur eingeschränkt geeignet, wirtschaftlich nachteilig und hinsichtlich verarbeitbarer Werkstoffe begrenzt. Gegenstand der DE 10 2017 126 185 A1 ist eine Erfindung, dessen Grundgedanke ein

Kontaktelement mit einem federnden Klemmelement beinhaltet, wobei das Klemmelement einen das Kontaktelement umgreifenden Befestigungsarm sowie einen Klemmfederarm zur

Kontaktierung eines Litzenleiters aufweist. Auf diese Weise wird ein Kontaktelement mit einem Steckkontaktabschnitt verwirklicht, das für die kombinierten funktionellen Anforderungen der Litzenleiterkontaktierung und der lösbaren Steckkontaktierung zweiteilig aufgebaut ist.

Bekannte Steckkontaktelemente weisen Nachteile auf, die unter anderem eine wirtschaftlichen Herstellung, Steck- und/oder Kontaktierungssicherheit, mechanische Festigkeit, strukturelle Integrität, Dauerfestigkeit, Schock- und/oder Vibrationswiderstand, Korrosionsfestigkeit,

Stromleiteigenschaften umfassen können und diese nicht oder nicht vollständig erfüllen.

Es ist Aufgabe der Erfindung die vorgenannten Nachteile wenigstens teilweise zu reduzieren und ein einteiliges Steckkontaktelement bereitzustellen.

Zur Lösung schlägt die Erfindung ein einteilig aufgebautes Steckkontaktelement zur Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung vor, welches mit einem Crimpabschnitt zur Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung mit einer Leitung und einem Steckkontakt, Kontaktmesser, Steckkontaktdorn zur Herstellung einer lösbaren elektrisch leitenden Verbindung mit einem Kontaktkasten ausgestattet ist. Weiterhin schlägt die Erfindung ein bogenförmiges Halbzeug zur Herstellung eines Steckkontaktelementes sowie das Herstellungsverfahren durch Umformung vor.

Die Erfindung erkennt, dass die geometrische Komplexität des Flachmaterials als Halbzeug für einteilige Steckkontaktelemente und/oder die Umformabfolge geeignet ist, die im Stand der Technik vorliegenden Nachteile wenigstens teilweise zu reduzieren und darüber hinaus weitere Vorteile bereitzustellen.

Die Erfindung schlägt vor, ausgehend von einem bogenförmigen Flachmaterial mit an das Steckkontaktelement angepasster Kantengeometrie ein Kontaktdesign vorzugsweise durch Umformung zu generieren, dass in der Steckzone, d. h. im Bereich des Steckkontaktes, Kontaktmessers, Steckkontaktdorns einer Sandwichfaltung genügt mit der Folge, dass der Steckkontaktquerschnitt nach der Faltung eine dreifache Material stärke aufweist. Der durch die Kontaktmessergeometrie innenseitig gebildete Hohlraum wird erfindungsgemäß durch eine Zunge gefüllt oder besetzt, sodass das äußere Material des Steckkontaktdorns eine Abstützung innenseitig erfährt. Dreifachmaterialstärke und/oder Abstützwirkung erhöhen die Festigkeit signifikant.

Sowohl das innere Zungenelement als auch der äußere Kontaktmesserbereich und

Crimpabschnitt bzw. Abschnitt zur Leitungsfestlegung sind einteilige Bestandteile des

Steckkontaktelementes. Dadurch wird eine Aufbausituation erreicht, die eine doppelte

Anbindung von Steckkontaktdorn an den Kontaktkasten abbildet. Die erste Anbindung ist durch den Kontaktmesseraußenbereich verwirklicht, die zweite Anbindung durch das Zungenelement. Diese doppelte Anbindung resultiert in eine hohe Stabilität des Aufbaus und des

Kontaktmessers gleichermaßen.

Vorzugsweise sieht die Erfindung vor, dass im Kontaktmesserbereich eine symmetrische Faltung und ein symmetrischer Querschnitt ausgebildet werden. Das bedeutet, dass die Zunge achsen- oder punktsymmetrisch von dem Kontaktmesseraußenbereich umfasst ist. Der Stoß des Außenmaterials ist dabei vorzugsweise in einer Symmetrieebene liegend. Von der symmetrischen Geometriesituation abweichende Gestaltungen sind gleichfalls von der

Erfindung unterstützt.

Neben der wenigstens teilweisen Reduzierung der im Stand der Technik vorliegenden Nachteile bietet die erfindungsgemäße Lehre mehrere Vorteile:

Die Konstruktion unterstützt das einteilige Design des Steckkontaktelementes, sodass dies durch eine Platine, bogenförmige Flachmaterial mit erfindungsgemäßer Außenkantengeometrie herstellbar ist. Daraus ergibt sich weiterhin der Vorteil rationeller, massenstückzahlengeeigneter Fertigung.

Das Steckkontaktelement ist in einer Sandwichfaltung realisiert, sodass durch den dreifachen bzw. zwei- oder/und dreilagigen Materialaufbau sowohl die Festigkeit des Steckelementes als auch des Gesamtbauteils gesteigert ist. Die doppelte Anbindungssituation von Kontaktmesser an das Steckkontaktelement steigert die Festigkeit und strukturelle Integrität signifikant. Das Außenmaterial des Steckkontaktdorns wird um das innere Zungenelement herum gefaltet, sodass in den Abkantungsbereichen sehr kleine Eckenradien ausgebildet werden können. Auf diese Weise unterstützt die Erfindung eine gesteigerte Fläche mit ebener Ausprägung des im Querschnitt vorzugsweise viereckigen Steckkontaktdorns, die als Kontaktfläche zur Verfügung steht. Ergebnis ist eine gesteigerte Kontaktfläche, sodass die Kontaktierungsqualität für die elektrisch leitende Verbindung erhöht ist.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen geometrischen Designs liegt in seiner

Skalierbarkeit und/oder der hochpräzisen Reproduzierbarkeit in engen Toleranzbereichen die Abmessungen, Form und Lage betreffend. Dadurch können höchste Qualitätsanforderungen gewährleistet und enge Sicherheitsvorgaben erfüllt werden.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in

Verbindung mit den Figuren näher erläutert.

Dabei zeigen:

Fig. 1 a, 1 b eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Ausführung des

Steckkontaktelementes sowie den vergrößert dargestellten Steckkontaktbereich;

Fig. 2a, 2b die Draufsicht sowie die Untersicht der beispielhaften Ausführung des

Steckkontaktelementes sowie dessen stirnseitige Ansicht;

Fig. 3a, 3b weitere perspektivische Ansichten der beispielhaften Ausführung des

Steckkontaktelementes sowie den vergrößert dargestellten Steckkontaktbereich;

Fig. 4 die Draufsicht auf eine mögliche Ausführungsform des bogenförmigen,

einstückigen Flachmaterials als Halbzeug für ein Steckkontaktelement nach einem konturbildenden Herstellungsschritt, beispielsweise einem Stanzprozess und vor der Umformung durch Abkanten, Falten. Figur 1a umfasst die perspektivische Ansicht einer beispielhaften Ausführung des Steckkontaktelementes 100 mit seinen verschiedenen Abschnitten 10 bis 60 sowie das über den Verbindungsabschnitt 80 an dem Kontaktkasten 70 festgelegte Kontaktmesser 90. Primäre Elemente des Steckkontaktdorns 90 sind die innenseitige Zunge 91 und der

Kontaktmesseraußenbereich 92.

Figur 1 b zeigt den vergrößert dargestellten Steckkontaktbereich 90 mit Kontaktkasten 70, welche miteinander durch den Verbindungsabschnitt 80 gekoppelt sind. Sowohl das

Kontaktmesser 90 mit seinen primären Komponenten Zunge 91 und Außenbereich 92 als auch deren Verbindungsabschnitt 80, gebildet durch dessen jeweilige Verbindungslaschen 81 , 82 sind einteilig auf einem Halbzeugflach 100' basierend aufgebaut.

Die innenseitig und in diesem Ausführungsbeispiel mittig, zentrisch angeordnete Zunge 91 wird eingefasst bzw. umgriffen von dem Kontaktmesseraußenbereich 92. Die Zunge 91 weist einen viereckigen oder rechteckigen Querschnitt auf. Andere Querschnitte sind denkbar,

beispielsweise elliptisch, rund, oval, dreieckig. Andere als Vierkantquerschnitte können basierend auf dem Halbzeugflach 100' durch Massivumformung (warm oder kalt), Kneten oder spanend hergestellt sein. In Längsrichtung L der Zunge 91 ist diese von dem

Kontaktmesseraußenbereich 92 umfasst, wobei durch den vorzugsweise realisierten

Faltprozess wenigstens eine Naht, Stoß 93 gebildet ist. Dieser Stoß 93 kann mit oder ohne Luftspalt ausgeführt sein.

Der Kontaktmesseraußenbereich 92 kann an wenigstens einer Längskante einen Radius, Fase 94 aufweisen und/oder durch einen Abkantungsvorgang deformiert sein. Stirnseitig ist optional eine Schräge, Spitze 95 möglich, um das Einfädeln in das Gegenstück des Steckkontaktes 90 zu unterstützten. Die Spitze 95 kann stirnseitig bündig mit der umfassten Zunge 91 oder auch zurückspringend sowie überkragend zur Zunge 91 ausgebildet sein.

Figur 2a zeigt die Draufsicht sowie die Untersicht der beispielhaften Ausführung des

Steckkontaktelementes 100 mit Verbindungsabschnitt 80 zum Steckkontaktdorn 90. Die stirnseitige Ansicht des Steckkontaktelementes 100 wird in Figur 2b dargestellt. Die

Zungenverbindungslasche 81 dieses Ausführungsbeispiels ist tailliert ausgeführt, d. h. in Längserstreckung L Richtung Kontaktmesser 90 abnehmender Laschenbreite. Auch möglich ist die Lasche in konstanter Breite in Längsrichtung L vorzusehen. Die Ansatzbereiche der

Zungenverbindungslasche 81 am Kontaktkasten 70 und/oder am Zungenelement 91 können in einem weichen Bogen, beispielsweise gebildet durch Radien geformt sein, sodass die

Kerbwirkung lokal reduziert ist.

Die Verbindungslasche 82 des Kontaktmesseraußenbereiches kann, wie gezeigt, ebenfalls tailliert und räumlich gebogen sein, dadurch, dass sie sowohl parallel aus der Ebene relativ zum Ansatz am Kontaktkasten 70 als auch aus dieser Ebene heraus geformt ist. Bevorzugt sieht die Erfindung vor, dass die Verbindungslasche 82 des Kontaktmesseraußenbereiches am

Kontaktkasten 70 teilweise umlaufend an dessen Außenkontur gestaltet ist und/oder teilweise umlaufend im Verbindungsbereich zum Kontaktmesseraußenbereich 92. Auf diese Weise erreicht die erfindungsgemäße Konstruktion eine besondere Gestalt- und Biegefestigkeit in diesem Verbindungsbereich, die durch das Zusammenwirken der Zungenverbindungslasche 81 nochmals gesteigert wird.

Figur 3a illustriert in zwei perspektivischen Ansichten mit voneinander abweichenden räumlichen Ausrichtungen die beispielhafte Ausführung des Steckkontaktelementes 100. Die Längserstreckung des Steckkontaktdorns 90 ist in diesem Beispiel in etwa betragsgleich der Längserstreckung des Kontaktkastens 70. Andere Längenausbildungen sind je nach

erforderlicher Stecktiefe des Kontaktmessers 90 in den Steckkontaktpartner,

Steckkontaktbuchse möglich und von der Erfindung unterstützt.

Der dreidimensional und gegenüber Figur 3a vergrößert dargestellte Steckkontaktbereich 90 mit Verbindungsabschnitt 80 ist Gegenstand von Figur 3b. Die teilweise umlaufende

Verbindungslasche Kontaktmesseraußenbereich 82 am Kontaktkasten 70 und

Kontaktmesseraußenbereich 92 ist in dessen dreidimensionaler Erstreckung dargestellt. Die Kontaktdornspitze 95 kann wenigstens teilweise als Rundung R ausgebildet sein. Figur 4 zeigt die Draufsicht auf eine mögliche Ausführungsform des bogenförmigen,

einstückigen Flachmaterials 100‘ als Halbzeug für ein Steckkontaktelement 100 nach einem konturbildenden Herstellungsschritt, beispielsweise einem Stanzprozess und vor der

Umformung durch Abkanten, Falten.

Das spätere Kontaktmesser 90 ist durch dessen Elemente Zunge 91 und

Kontaktmesseraußenbereich 92 über den Verbindungsbereich 80 bzw. den Laschen 81 , 82 einstückig gekoppelt mit dem Kontaktkastenmaterial 70.

Die geometrische Ausbildung dieses Beispiels sieht vor, dass der Kontaktmesseraußenbereich 92 mit Versatz zur Längsachse L konstruiert ist. Dieser Versatz und der in Querrichtung zur Längsachse L realisierte Abstand zur Zunge 91 bestimmen zusammen mit der einzuformenden Kantenlänge des Kontaktkastens 70 die Art der Umfassung des Kontaktmesseraußenbereiches 92 einhüllend die Zunge 91. Die gezeigte Variante unterstützt die symmetrische Faltung mit Stoß 93 gemäß der Figuren 1 bis 3.

Bei außermittigem Stoß 93, U-förmiger Umfassung oder anderen geometrischen

Faltungssituationen sind Form- und Lageänderungen hinsichtlich Verbindungsbereich 80, Anschlagpositionen der Laschen 81 , 82, Breitenverhältnisse des Kontaktmesserelemente 91 , 92 und Relation der Kontaktkastenkantenlänge erforderlich.

Die Verformungsprozesse zur Ausbildung des Steckkkontaktelementes 100 können grob in vier Zonen des Halbzeugflach 100‘ gegliedert werden:

Den Mittenbereich MB zwischen und

den beiden daran angrenzenden Außenbereichen und

die Mittenzentrierung der Zunge 91 und

Umfassung der Zunge durch den Kontaktmesseraußenbereich.

Der Mittenbereich MB wird im Handhabungsbereich 10 und im Bereich des Kontaktkastens 70 nicht oder nur marginal verformt, sodass eine im Wesentlichen flächige Struktur erhalten ist. In den anderen Bereichen erfolgt eine sphärische bzw. räumliche Verformung in unterschiedlicher Ausprägung, beispielsweise zylinderabschnittsartig. Die jeweiligen Außenbereiche können Gegenstand von Abkantungsmaßnahmen, Faltprozessen oder Freiverformungen sein. Insbesondere im Bereich des Kontaktkastens 70 können

Abkantungs- und Faltreihenfolgen vorgesehen sein.

Nachdem die Verformungsprozesse der Zonen und Bereiche 10 bis 70 des Halbzeugs 100' zumindest im Wesentlichen durchgeführt sind, wird der Steckkontaktbereich 80, 90 eingeformt: a. Mittenzentrierung der Zunge 91 dadurch, dass unter Verformung der Zungenelement- Verbindungslasche 81 die Zunge 91 parallel zur Längsachse L der Mittenachse M wenigstens angenähert wird;

b. Herstellen der Umgreifung der Zunge 91 durch den Kontaktmesseraußenbereich 92.

Der Schritt b. kann ergänzt sein durch eine je nach angenäherter Mittenzentrierung der Zunge 91 erforderlichen Zentrierung des Kontaktmesseraußenbereiches 92 durch Verformung dessen Verbindungslasche 82.

Bezugszeichenliste

10 Handhabungsabschnitt

20 erster Verbindungsabschnitt

30 Isolationsabschnitt

40 zweiter Verbindungsabschnitt

50 Crimpabschnitt

60 dritter Verbindungsabschnitt

70 Kontaktkasten, Kontaktkastenmaterial

80 Verbindungsabschnitt Steckkontaktelement

81 Verbindungslasche Zunge, Zungenelement

82 Verbindungslasche Kontaktmesseraußenbereich

90 Steckkontakt, Kontaktmesser, Steckkontaktdorn, Steckkontaktbereich

91 Zunge, Zungenelement

92 Kontaktmesseraußenbereich

93 Naht, Stoß, Steckkontaktdornstoß

94 Radius, Fase, Abkantungsbereich

95 Schräge, Spitze, Kontaktdornspitze

100 Steckkontaktelement

100‘ Halbzeugflach

L Längsachse

M Mittenachse

R Rundung, Abrundung

MB Mittenbereich