Beschreibung

Die Erfindung geht aus von einem Kontaktelement nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs 1. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren zur Herstellung eines Kontaktelements nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs 18.

Derartige Kontaktelemente werden benötigt, um eine elektrische Verbindung zwischen einem elektrischen Leiter, insbesondere einem Litzenleiter, und einem Anschlussende eines Stift- oder Buchsenkontakts herzustellen.

Kontaktelemente werden zur Übertragung elektrischer Ströme oder elektrischer Leistung mit einem passenden Gegenkontaktelement kontaktiert. Die Kontaktelemente werden beispielsweise in Steckverbindern eingesetzt, können aber auch auf sogenannten Stromschienen verbaut werden.

Derartige Steckverbinder und Gegensteckverbinder werden verwendet, um eine elektrische und mechanische Verbindung zwischen zwei elektrischen Leitungen oder einer elektrischen Leitung und einem Gerät, insbesondere im industriellen Umfeld, herzustellen.

Stand der Technik

Aus der DE 10 2010 020 346 A1 ist bekannt, derartige Kontaktelemente als Drehteile in Form von Massiv-Kontakten herzustellen. Diese Kontakte bestehen aus Vollmaterial und weisen aufgrund der hohen Herstellgenauigkeit von Drehteilen gute Führungs- und Positioniereigenschaften beim Einsetzen in Isoliergehäuse auf. Außerdem haben derartige Kontaktelemente, im Vergleich zu etwa gleichgroßen Stanz- Biege-Kontaktelemente aus demselben Material, eine hohe Strom Übertragbarkeit.

Ein Vollmaterial-Kontaktelement zeichnet sich durch einen äußerst präzise herzustellenden Führungsbereich aus. Insbesondere ist es bei einem solchen Buchsen-Kontaktelement ohne besonders aufwendige Maßnahmen möglich, den Einführungsbereich für ein Stiftkontaktelement mit einem geschlossenen, ringförmigen Eingangsbereich zu versehen. Jedoch ist die Verarbeitung derartiger Kontaktelemente für den Anwender relativ aufwendig, da die Kontaktelemente bei deren Herstellung als Einzelkontaktelemente anfallen und für die automatische Verarbeitung besondere Vorkehrungen getroffen werden müssen. So müssen die Kontaktelemente in der Regel vorher mühevoll in einen Verarbeitungsgurt, der anschließend einer Maschine zugeführt wird, eingesetzt werden. Dies wird beispielsweise in der EP 3 123 574 B1 gezeigt.

Die EP 3 140 883 B1 zeigt ein Kontaktelement, welches in einem Stanz- Biegeverfahren hergestellt ist. Derartige Kontaktelemente können recht preisgünstig hergestellt werden. Die sogenannten Stanz-Biege- Kontaktelemente haben jedoch eine größere Fertigungstoleranz, sodass bei einer maschinellen Verarbeitung Fehler auftreten können. Außerdem ist das Einsatzgebiet derartiger Kontaktelemente durch eine, im Verhältnis zur Größe, geringe Stromtragfähigkeit begrenzt.

EP 0 106 992 A1 zeigt ein Kontaktelement welches aus verschiedenen Bestandteilen zusammengesetzt ist. Der Kontaktbereich ist hier als sogenanntes Drehteil und damit massiv ausgeführt und insbesondere für die passgenaue Positionierung in vorbestimmten Aufnahmeöffnungen eines Isoliergehäuses versehen. Der Anschlussbereich ist hier zum Ancrimpen eines elektrischen Leiters mit einem U-förmigen Querschnitt ausgestaltet und als Stanz-Biegeteil ausgeführt. Diese funktionalen Bestandteile des Kontaktelements werden über ein stiftförmiges Klemmteil, in dessen Bereich außerdem eine so genannte mechanische Prägung stattfindet, elektrisch und mechanisch miteinander verbunden.

Das Deutsche Patent- und Markenamt hat in der Prioritätsanmeldung zur vorliegenden Anmeldung den folgenden Stand der Technik recherchiert: DE 10 2007 026 707 B3, DE 100 05 297 A1 , DE 19922 560 A1 , DE 20 2018 104 958 U1 , DE 11 2015 004 383 T5, EP 3 123 574 B1 , EP 3 140 883 B1 und EP 0 106 992 A1 .

Aufgabenstellung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin ein Kontaktelement vorzuschlagen, welche gute elektrische Eigenschaften aufweist, günstig herstellbar ist und einfach, insbesondere maschinell, verarbeitet werden kann.

Die Aufgabe wird durch die jeweiligen Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung angegeben.

Das erfindungsgemäße elektrisches Kontaktelement bestehend aus zwei unterschiedlichen Teilen, wobei die beiden Teile mechanisch und elektrisch miteinander verbundenen sind. Bei den Teilen handelt es sich um ein Leiteranschlussteil und ein Kontaktteil.

Das Leiteranschlussteil ist vorzugsweise aus Messing bzw. einem Messingblech gebildet, während das Kontaktteil aus einem Strangmaterial, bestehend aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, herausgearbeitet ist und zusätzlich vorteilhafterweise galvanisch mit einer Edelmetallbeschichtung überzogen ist. Bei dem Edelmetall handelt es sich vorzugsweise um Silber, eine Silberlegierung, Gold oder eine Goldlegierung. Bei einem ersten Teil handelt es sich um einen Leiteranschlussteil, welches in einem Stanz-Biegeverfahren aus einem Blech ausgestanzt ist. Das Leiteranschlussteil ist zum Ancrimpen eines elektrischen Leiters vorgesehen. Beim Ancrimpen wird das abisolierte Ende des Leiters an einem Leiteranschlussbereich des Leiteranschlussteils verquetscht. Das Anschlussteil weist weiterhin einen offenen und im Wesentlichen einen Ei- förmigen Querschnitt aufweisenden Leiteranschlussbereich auf. Das Leiteranschlussteil weist an seinem dem Kontaktteil zugewandtem Ende einen Fügebereich auf.

Der Fügebereich ist aus zwei flachen, gegenüberliegenden Laschen gebildet, die jeweils gefaltet bzw. spiralförmig aufgewickelt oder aufgerollt und anschließend gegeneinandergepresst bzw. geprägt sind. In dem Bereich, in welchen die aufgewickelten Laschen gegeneinandergepresst sind, entsteht eine Sicke bzw. eine Nut. Dadurch wird ein mit Eigenmaterial gefüllter Fügebereich gebildet. Es wird kein Fremdmaterial bzw. ein zusätzliches Bauteil benötigt, um den Fügebereich mit Material zu füllen, was für einen anschließenden Prägevorgang notwendig ist.

Vorzugsweise weist der Fügebereich des Leiteranschlussteils im Wesentlichen eine Zylinderform auf. Das Volumen des Zylinders ist dabei zu mindestens 60%, vorzugsweise sogar zu mindestens 80%, mit Material gefüllt.

Bei einem zweiten Teil handelt es sich um ein Kontaktteil, welches in einem Drehverfahren und ggf. weiteren spanenden Verfahrensschritten aus Massiv- bzw. Vollmaterial hergestellt ist. Das Kontaktteil kann als Stift- oder Buchsenteil ausgeführt sein. Das Kontaktteil weist an seinem zum Anschlussteil gerichteten Ende eine axiale, im wesentlichen konzentrische Bohrung auf.

Der Fügebereich des Leiteranschlussteils ist in der Bohrung des Kontaktteils angeordnet. Durch eine Prägung im Außenbereich der Bohrung werden das Leiteranschlussteil und das Kontaktteils letztendlich miteinander fixiert. Der Fügebereich ist nicht hohlzylindrisch, sondern in sich massiv bzw. mit Eigenmaterial gefüllt, ausgebildet. Der Querschnitt des Fügebereichs des Leiteranschlussteils ist brezelförmig ausgestaltet. Hierdurch kann eine besonders stabile mechanische Verbindung zwischen Leiteranschlussteil und Kontaktteil realisiert werden.

Vorzugsweise ist das Kontaktelement aus genau zwei unterschiedlichen Teilen gebildet. Das bedeutet, dass keine weiteren Teile benötigt werden, um die beiden funktionalen Teile, Leiteranschlussteil und Kontaktteil, miteinander mechanisch und elektrisch zu verbinden.

Das Leiteranschlussteil ist ein aus Blechmaterial geformtes Stanz-Biegeteil und anschlussseitig mit einem seitwärts offenen und einen U-förmigen Querschnitt aufweisenden Leiteranschlussbereich ausgestattet. An seinem zum Kontaktteil zugewandtem Ende weist das Leiteranschlussteil einen Fügebereich mit einer axialen Nut auf. Die Nut wird durch die aufeinanderstoßenden, aufgewickelten bzw. gefalteten Laschen gebildet, die oben näher beschrieben sind.

Vorzugsweise sind die aufgewickelten und/oder aufgerollten und/oder gefalteten Laschen federnd gegeneinander gepresst. Das bedeutet, dass sie bei Zusammenpressen eine Kraftwirkung nach außen entfalten und beim Einführen in die axiale Bohrung des Kontaktteils eine Haltekraft aufbringen.

Der U-förmige Leiteranschlussbereich weist einen ersten Teilbereich für ein Anquetschen, beziehungsweise Ancrimpen des endseitig abisolierten Leiters, sowie einen zweiten Teilbereich zum Umfassen eines noch isolierten Leiterbereichs auf. Letzteres dient insbesondere zur Zugentlastung des Systems, bestehend aus Leiter und Kontaktelement.

Der Bereich, in welches der Fügebereich des Leiteranschlussteils in die axiale Bohrung des Kontaktteils hineinragt, also der Bereich wo eine Überlappung der beiden Teile stattfindet, wird als Verbindungsbereich bezeichnet. Vorzugsweise ist in dem Verbindungsbereich außenseitig eine Einprägung (auch Sicke genannt) vorgesehen. Hierdurch werden die beiden Teile fest miteinander mechanisch verbunden. Die Verbindung ist derart stabil, dass sie einer maschinellen Verarbeitung der erfindungsgemäßen Kontaktelemente standhält.

Die Herstellung eines erfindungsgemäßen Kontaktelements erfolgt nach den folgenden Verfahrensschritten: a) Zunächst werden Leiteranschlussteils aus einem Blechband ausgestanzt, wobei einzelne Leiteranschlussteile an einem Verbindungsstreifen aneinanderhängend bleiben. b) Anschließend wird an dem ausgestanzten Leiteranschlussteil ein Fügebereich geformt, indem zwei beidseitig abstehende Laschen jeweils spiralförmig umgeformt (durch Falten, Falzen oder Rollen des Werkstoffs) werden und dann aneinandergepresst werden. Außerdem werden zwei weitere gegenüberstehende Laschenpaare in einem Biegevorgang (Prägevorgang) hochgebogen und dadurch ein Leiteranschlussbereich gebildet. c) Anschließend wird der Fügebereich in eine axiale Bohrung eines im Drehverfahren hergestellten Kontaktteil eingeschoben. Das Drehteil wird in einem separaten, vorgelagerten Fertigungsverfahren hergestellt, welches in dieser Anmeldung nicht näher beschrieben wird. d) Anschließend erfolgt eine außenseitige Quetschung (Prägung) des Kontaktteils im Bereich der Bohrung und zwar auf der Höhe, in welchem sich der Fügebereich des Leiteranschlussteils innerhalb der Bohrung befindet. Hierdurch wird eine mechanische und industrietaugliche Fixierung von Leiteranschlussteil und Kontaktteil realisiert. b‘) Die spiralförmig aufgewickelten oder aufgerollten Laschen können, insbesondere aufgrund ihrer Aneinanderpressung, eine Federkraft entwickeln. c‘) Beim Einschieben des Fügebereichs des Leiteranschlussteils in die dafür vorgesehene axiale Bohrung des Kontaktteils, über die aufgewickelten oder aufgerollten Laschen dann eine nach außen gerichtete Kraft auf die Bohrungswand aus, so dass eine Klemmkraft zwischen den beiden Teilen entsteht. Hierdurch wird der anschließende Prägevorgang erleichtert, da die Teile zuverlässig in Position gehalten werden.

Um die Haltekräfte zwischen den beiden Teilen (Leiteranschlussteil und Kontaktteil) noch weiter zu erhöhen, ist neben der im wesentlichen kraftschlüssigen Verbindung der beiden Teile auch eine formschlüssige Verbindung vorgesehen. Diese wird durch die oben beschriebene Prägung realisiert.

Ausführungsbeispiel

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Bandes von aufgereihten, erfindungsgemäßen Kontaktelementen,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines Leiteranschlussteils des erfindungsgemäßen Kontaktelements,

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung eines als Buchsenteil ausgebildeten Kontaktteils des erfindungsgemäßen Kontaktelements und

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung eines als Stiftteil ausgebildeten Kontaktteils des erfindungsgemäßen Kontaktelements.

Die Figuren enthalten teilweise vereinfachte, schematische Darstellungen. Zum Teil werden für gleiche, aber gegebenenfalls nicht identische Elemente identische Bezugszeichen verwendet. Verschiedene Ansichten gleicher Elemente könnten unterschiedlich skaliert sein. Richtungsangaben wie beispielsweise „links“, „rechts“, „oben“ und „unten“ sind mit Bezug auf die jeweilige Figur zu verstehen und können in den einzelnen Darstellungen gegenüber dem dargestellten Objekt variieren.

Die Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Kontaktelement 1 , welches aus einem Leiteranschlussteil LT und einem Kontaktteil KT gebildet ist. Das Leiteranschlussteil ist vorzugsweise aus Messing gebildet, während das Kontaktteil aus einer Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht und zusätzlich vorteilhafterweise galvanisch mit einer Edelmetallbeschichtung überzogen ist. Bei dem Edelmetall handelt es sich vorzugsweise um Silber, eine Silberlegierung, Gold oder einer Goldlegierung.

Das Leiteranschlussteil LT ist in Figur 2 perspektivisch separat dargestellt. Das Leiteranschlussteil LT besteht aus einem ausgestanzten Blechstück und wird in einem Stanz-Biegeverfahren in die in Figur 2 gezeigte Form gebracht. Beim Ausstanzen bleiben die einzelnen Leiteranschlussteile durch einen am Material verbleibenden Verbindungsstreifen 2 aneinanderhängend. Hierdurch entsteht ein Band B, welches nach Fertigstellung der einzelnen Kontaktelemente 1 maschinell verarbeitet werden kann.

Das Leiteranschlussteil LT weist anschlussseitig einen Leiteranschlussbereich 3 auf. Der Leiteranschlussbereich 3 weist einen ersten Teilbereich 3a für ein Anquetschen eines abisolierten Bereichs des Leiters (nicht gezeigt) auf. Anstatt des Wortes Anquetschen wird auf der Begriff Ancrim pen verwendet. Hierdurch wird eine elektrische Verbindung zwischen dem Leiter und dem Kontaktelement 1 hergestellt. Der Leiteranschlussbereich 3 weist einen zweiten Teilbereich 3b zum Umfassen eines isolierten Bereichs des Leiters (nicht gezeigt) auf. Der zweite Teilbereich 3b dient vornehmlich zur Zugentlastung der elektrischen Verbindung.

Das Leiteranschlussteil LT weist an seinem dem Kontaktteil KT zugewandtem Ende einen Fügebereich 4 auf. Der Fügebereich 4 ist aus zwei gegenüberstehenden, ausgestanzten Laschen 4a, 4b gebildet, die gegeneinander gefaltet und anschließend mit zumindest einem Prägewerkzeug in eine im Wesentliche zylindrische Form gebracht werden. Vorzugsweise werden für die Informbringung zwei Prägewerkzeuge verwendet. Ein erstes Prägewerkzeug bringt die Laschen in eine grobe zylindrische Form. Das zweite Prägewerkzeug, auch Kalibrierwerkzeug genannt, presst die Laschen letztendlich in eine präzise Endform.

Mit anderen Worten Fügebereich 4 besteht der Fügebereich aus einem Zylinder, der mit eigenem, vorhandenem Material gefüllt ist und durch einen Faltvorgang mit anschließendem Kalibrierprozess, in eine Maßhaltigkeit zur Kontaktmontage des Kontaktteils KT gebracht ist.

Ein erstes erfindungsgemäßes Kontaktteil KT ist in Figur 3 dargestellt. Hierbei handelt es sich um ein so genanntes Buchsenkontaktteil, welches aus einem massiven Strangmaterial in einem Drehverfahren herausgearbeitet wurde. Ggf. sind noch weitere spanende Verarbeitungsschritte sowie Bohrungen zur Fertigstellung angewendet worden.

Kontaktseitig weist das Buchsenkontaktteil KT eine Einführöffnung 5 zur Aufnahme eines passenden Stiftkontaktelements (nicht gezeigt) auf. Zur besseren elektrischen Kontaktierung des Stiftkontaktelements weist der Buchsenbereich des Buchsenkontaktelements KT eine Kontaktlasche 7 auf, die radial nach innen gepresst ist. Das Kontaktteil KT weist an seinem, zum Anschlussteil gerichtetem Ende eine axiale, konzentrische Bohrung 6 auf.

Ein zweites erfindungsgemäßes Kontaktteil KT' ist in Figur 4 dargestellt. Hierbei handelt es sich um ein so genanntes Stiftkontaktteil, welches aus einem massiven Strangmaterial in einem Drehverfahren herausgearbeitet wurde. Ggf. sind noch weitere spanende Verarbeitungsschritte sowie Bohrungen zur Fertigstellung angewendet worden. Kontaktseitig weist das Stiftkontaktteil KT' einen Stift 9 zum Einstecken in ein passendes Buchsenkontaktelement (nicht gezeigt) auf. Das Kontaktteil KT' weist an seinem, zum Anschlussteil gerichtetem Ende eine axiale, konzentrische Bohrung 6 auf.

Das Leiteranschlussteil LT weist einem dem Kontaktteil KT zugewandtem Ende einen Fügebereich 4 auf. In Figur 1 ist zu erkennen, dass der Fügebereich 4 in die Bohrung 6 des Kontaktteils KT eingeschoben wird. Dies wird durch den Pfeil 8 in Figur 1 symbolisiert. Danach ist der Fügebereich 4 in der Bohrung 6 angeordnet. In einem Prägebereich P, die in Figur 1 durch zwei Dreiecke eingegrenzt ist, erfolgt eine Prägung, durch welche die mechanische und elektrische Verbindung der beiden Teile des Kontaktelements vollendet ist.

Bezugszeichenliste

¹ Kontaktelement

2 Verbindungsstreifen

3 Leiteranschlussbereich

3a) erster Teilbereich

3b) zweiter Teilbereich

⁴ Fügebereich

4a) Lasche

4b) Lasche

5 Einführöffnung

6 Bohrung

⁷ Kontaktlasche

8 Pfeil

9 Stift

LT Leiteranschlussteil

KT Kontaktteil

8 Band

P Prägebereich