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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einem Kontaktgehäuse nach der Gattung des Patentanspruchs 1.
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Derzeit werden im Automotive-Bereich in elektrischen Steckverbindungen Kontaktsysteme eingesetzt, bei denen die einzelnen Kontaktstücke in einem ersten Arbeitsschritt an die elektrischen Leitungen angeschlagen, d.h. an diesen befestigt werden und in einem zweiten Arbeitsschritt in den Kontaktkammern von Steckergehäusen verrastet werden. Hierbei kommen im wesentlichen zwei Primärverrastungsmechanismen zum Einsatz. Bei den sogenannten „Clean-Body-Kontakten“ federn Elemente der Kontaktkammer in Aussparungen bzw. Hinterschneidungen der Kontaktkammer und verrasten auf diese Weise die Kontaktstücke. Von Kontaktsystemen für Clean-Body-Kontakte geht die Erfindung aus.
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Daneben gibt es Kontaktsysteme mit sogenannten „Lanzenkontakten“. Bei diesen verrasten federnde Elemente des Kontaktkörpers in Aussparungen bzw. Hinterschneidungen in der Kontaktkammer. Bei beiden Arten von Primärverrastungselementen handelt es sich in der Regel um filigrane Elemente des Kontaktkörpers bzw. der Kontaktkammer, denen die Doppelfunktion zukommt, einerseits die Verrastungsflächen in Eingriff zu bringen und andererseits die Haltekraft aufzubringen, die einer möglichen Zugkraft an der elektrischen Leitung entgegen gesetzt werden soll. Der konstruktive Kompromiss, der in vielen Fällen für die Erfüllung dieser Doppelfunktion eingegangen wird, geht in der Regel zu Lasten der erreichbaren Primärhaltekraft.
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Aus der
US 5 607 327 A ist ein Clean-Body-Kontaktsystem mit einer doppelten Verriegelung bekannt. Das Kontaktsystem weist einen Clean-Body-Kontakt mit einem Kontaktkörper auf, der in eine Kontaktkammer eines Kontaktgehäuses einschiebbar ist. Dabei ist in der Kontaktkammer eine in den Weg des Kontaktkörpers ragende Feder vorgesehen, die den Weg für den Kontaktkörper verengt und durch den Kontaktkörper auslenkbar ist und die dazu ausgebildet ist, in einer Bestückungsposition beim Einschieben des Kontaktkörpers gespannt zu werden und die weiterhin dazu ausgebildet ist, bei montiertem Kontaktkörper in eine Verriegelungsposition verschoben zu werden, die die Lage des vollständig eingeschobenen Kontaktkörpers sichert. Weiterhin ist ein Front-Halteelement vorgesehen, welches von entgegen der Einsteckrichtung des Clean-Body-Kontakts in die Kontaktkammer einführbar ist. Das Front-Haltelemenet weist eine weitere in den Weg des Kontaktkörpers ragende Feder auf, die bei montiertem Kontaktkörper und montiertem Front-Halteelement in eine Ausnehmung am vorderen Ende des Kontaktköprers eingreift und die Lage des vollständig eingeschobenen Kontaktkörpers so zusätzlich sichert.
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Vorteile der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Kontaktgehäuse mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass eine hohe Primärhaltekraft durch die Verrastung des Kontaktkörpers hinter starren Konstruktionselementen der Kontaktkammer erzielt wird. Die Primärverrastung eines Clean-Body-Kontaktes wird in der Art ausgeführt, dass die bislang in dem Rasthaken der Kontaktkammer zusammen gefasste Doppelfunktion (Verrasten und Halten) getrennt und auf zwei von einander unabhängige Konstruktionselemente aufgeteilt wird. Durch einen einfachen Vorgang können die montierten Kontaktkörper je nach Ausführungsform einzeln oder gemeinsam verriegelt werden.
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Die erfindungsgemäße Kontaktvorrichtung nach Anspruch 7 weist ebenfalls die genannten Vorteile auf.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.
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Figurenliste
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Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kontaktgehäuses und gleichzeitig einer elektrischen Kontaktvorrichtung (im Beispiel eines Buchsensteckers) ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
- 1 einen Längsschnitt durch ein Kontaktgehäuse mit mehreren Kontaktkammern mit den Federn in Bestückungsposition, wobei mehrere Schritte des Bestückungsvorgangs gezeigt sind;
- 2 eine Vergrößerung im wesentlichen entsprechend der Einzelheit II in 1; und
- 3 den rechten Teil der 1 nach dem Verschieben der Federn in die Verriegelungsposition.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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Das in 1 gezeigte Kontaktgehäuse 1 hat sechs Kontaktkammern 3. Diese haben eine hinter der Zeichenebene der 1 liegende gemeinsame Rückwand 9 und eine vor der Zeichenebene liegende und daher nicht sichtbare Vorderwand. Im Beispiel bestehen alle Teile des Kontaktgehäuses 1 aus Kunststoff.
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Ein Kontaktkörper 15 weist einen Crimpbereich (Klemmbereich) 17 auf, mit dem ein Abschnitt einer elektrischen Leitung 18 fest verbunden ist. Die Dicke des Kontaktkörpers 15 (ohne den Crimpbereich 17) rechtwinklig zur Zeichenebene der 1 ist gleich seiner in der 1 sichtbaren Breite, kann aber je nach Anforderung auch anders gewählt sein. Ohne den Crimpbereich 17 hat der Kontaktkörper 15 im Wesentlichen die Form eines Quaders. An dem dem Crimpbereich 17 abgewandten vorderen Endbereich 19 weist der Kontaktkörper 15 leichte Abschrägungen 20 auf.
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Für die Erläuterung des Ablaufs der Bestückung mit dem Kontaktkörper 15 sind unterhalb der Kontaktkammern 3 in 1 Kleinbuchstaben, links beginnend mit „a“, eingetragen, die die einzelnen Bestückungsschritte bezeichnen.
Bei Schritt a wird der Kontaktkörper 15 mit seinem vorderen Endbereich 19 einer Bestückungsöffnung 21 von oben in 1 genähert. Durch Vergleich mit dem Schritt f, der den Kontaktkörper 15 in seiner vollständig eingeschobenen und positionierten Stellung zeigt, ist erkennbar, dass die Bestückungsöffnung 21 in ihrem oberen, zum leichteren Einführen verbreiterten Bereich 23 und in ihrem unteren, verengten Bereich 25 gegenüber der Endposition, die der vollständig eingeschobene Kontaktkörper 15 einnimmt, versetzt ist. Sowohl die in 1 linke Seitenfläche 26 wie die in 1 rechte, genau von oben nach unten verlaufende Seitenfläche 27 der Bestückungsöffnung 21 in 1 liegen weiter links als die linke Fläche 28 bzw. die rechte Fläche 29 eines fertig montierten Kontaktkörpers 15, dessen rechte Seite sich an der rechten Fläche 30 an der Wand 31 abstützt, wie in Schritt f gezeigt ist. Eine auf einer Seite von der Seitenfläche 27 der Bestückungsöffnung 21 begrenzte Begrenzungswand 32 ist mit der Wand 31 verbunden. Am oberen Ende von deren Fläche 30 schließt sich eine ebene Fläche 33 (siehe 2) an, die vorteilhaft, wie im Beispiel, mit der Fläche 30 einen spitzen Winkel von etwas weniger als 90 Grad einschließt. Bei anderen Ausführungsformen ist der Winkel 90 Grad. Die Fläche 33 bildet eine Hinterschneidung und geht an einer Kante 35 in eine Fläche 36 über. Diese verläuft rechtwinklig zur Fläche 30 und schließt mit dem unteren Randbereich 37 der Seitenfläche 27 einen Winkel von 90 Grad ein. Die Begrenzungswand 32 bildet mit ihrem unteren Bereich, der durch die Flächen 35 und 36 und vom unteren Teil der Seitenfläche 27 begrenzt ist, einen kräftigen Arretierungsvorsprung 38. Der Kontaktkörper 15 hat, seinem Crimpbereich 17 benachbart, eine hintere Stützfläche 55 (oder Kontaktschulter oder Arretierungsfläche), durch die der Kontaktkörper 15 an dem Arretierungsvorsprung 38 gegen Herausziehen abgestützt ist, wenn der Kontaktkörper 15 in der Kontaktkammer 3 montiert ist.
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In den Weg des im Schritt a und b einzuschiebenden Kontaktkörpers 15 ragt eine in der Kontaktkammer 3 angeordnete Feder 70, die einer Seitenwand 71 benachbart ist, die der Fläche 30 gegenüber liegt. Die Feder 70 ist in ihrer Lage innerhalb der Kontaktkammer 3 verschiebbar. Die Feder 70 hat eine Vorderkante 72 und eine zur Fläche 30 gerichtete Verdickung 73. Die Feder 70 ist mit ihrer Vorderkante 72 in einem Abstand hinter der Bestückungsöffnung 21 nahe deren in 1 linker Seitenfläche 26 angeordnet. Dadurch verengt die Feder 70 die Bestückungsöffnung 21, und beim Einschieben drückt das Kontaktstück 15 die Feder 70 elastisch in Richtung der Seitenwand 71, was durch die Abschrägungen 20 unterstützt werden kann, siehe Schritt c. Hierbei wird die Vorderkante 72 vor eine Anschlagfläche 74 eines Absatzes 75 geschwenkt. Gleichzeitig wird das Kontaktstück 15 gekippt und weist nun mit seinem vorderen Endbereich 19 schräg in Richtung auf die Fläche 30 und wird in dieser Richtung weiter eingeschoben, siehe Schritt d. Sobald der Kontaktkörper 15 mit seiner hinteren Stützfläche 55 an der Kante 35 vorbei gleitet (Schritt e), schwenkt die Feder 70 den Kontaktkörper 15 (Schritt f) und bringt ihn in diejenige Position, in der er vollständig an der Fläche 30 anliegt. Sein vorderer Endbereich 19 ist dabei zwischen einem Punkt 77 der Feder 70 und der Fläche 29 eingeschlossen. Die Kontaktkammer 3 ist an dieser Stelle durch einen Boden 59 so geschlossen, dass der Kontaktkörper 15 in der Kontaktkammer 3 gehalten ist. Der Boden hat eine durchgehende Aussparung 61, durch die bei vollständig montierter Kontaktvorrichtung ein Kontaktstift (nicht gezeigt) in eine im Kontaktkörper 15 ausgebildete Kontaktbuchse (ebenfalls nicht gezeigt) eindringen und mit dieser eine elektrische Verbindung herstellen kann. Die Feder 70 wirkt als Umlenkelement und als Kraftspeicher zum Bewegen des Kontaktkörpers 15.
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Wird versucht, die Leitung 18 nach links oben in 1 zu ziehen, so versucht der Kontaktkörper 15 sich schräg zu stellen, um eine Stellung ähnlich wie in Schritt e einzunehmen. Dabei hintergreift die rechtwinklig zur Längsrichtung des Kontaktkörpers 15 verlaufende Stützfläche 55 die Kante 35. Dies (wie auch die Feder 70) wirkt einer Verschwenkung des Kontaktkörpers 15 entgegen.
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Die Feder 70 befindet sich nur zum Einschieben des Kontaktkörpers 15 in der Bestückungsposition, in der sie dieses Einschieben zulässt. Die Feder 70 ist nämlich mittels eines Trägers 85 innerhalb der Kontaktkammer 3 aus der von der Bestückungsöffnung 21 etwas entfernten Bestückungsposition in eine nahe bei der Bestückungsöffnung 21 befindliche Verriegelungsposition verlagerbar. Im Beispiel ist die Feder 70 verschiebbar gelagert. Vorzugsweise, und wie im Beispiel vorgesehen, sind mehrere Federn 70, insbesondere alle Federn 70 durch ein Verbindungsstück 87, das die Träger 85 verbindet, verbunden und können daher gemeinsam bewegt werden. Wenn sich alle Kontaktstücke 15 richtig positioniert in den Kontaktkammern 3 befinden, sind alle Federn 70 so weit entspannt, dass ihre Vorderkante 72 nicht in Berührung mit der Anschlagfläche 74 kommen kann, und daher können die Federn 70 in die Verriegelungsposition verschoben werden. Während einer der Kontaktkörper 15 eingeschoben wird, oder wenn der Kontaktkörper 15 beim Einschieben z. B. in der Position gemäß Schritt e stehen bleibt, ist die Feder 70 elastisch so weit verbogen, dass die Anschlagfläche 74 sich vor der Vorderkante 72 befindet. Ein Verschieben der Feder 70 in Richtung zur Bestückungsöffnung 21 ist daher verhindert. Dadurch ist das Verschieben des Verbindungsstücks 87 insgesamt verhindert. Dies gilt, wenn auch nur eines der Kontaktstücke 15 seine endgültige Position gemäß Schritt f nicht erreicht hat. Die Anordnung hat daher eine Detektierungsfunktion für fehlerhaft positionierte Kontaktkörper 15. In der vorgeschobenen Verriegelungsposition der Federn 70 stützen sich diese im Bereich ihres der Vorderkante 72 nahen Endbereichs an dem Absatz 75 so ab, dass das Kontaktstück 15 nun nicht durch Federkraft, sondern formschlüssig (wenn gewünscht mit geringfügigem Spiel) in der Kontaktkammer 3 fest gehalten ist und ein Herausziehen mit Hilfe der Leitung 18 nicht möglich ist.
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In 3 liegt das Verbindungsstück (oder Halteplatte) 87 vollständig am Boden 59 der Kontaktkammern 3 an. Es hat Aussparungen 61', die mit den Aussparungen 61 fluchten.
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Die Feder 70 kann während des Bestückungsvorganges durch den Kontaktkörper 15 nach außen gedrückt werden. Der Feder 70 gegenüber angeordnet stellt die Kontaktkammer 3 zudem einen Hinterschnitt (Kante 35) bereit, der in der Lage ist, die Kontaktschulter (Stützfläche 55) des Kontaktkörpers 15 zu überdecken und so die Primärhaltekräfte aufzunehmen. Hierzu ist es notwendig, dass der Kontaktkörper 15 über eine ausgeprägte Schulter (bzw. eine entsprechende Aussparung im Kontaktkörper 15) unterhalb des Crimpbereiches 17 verfügt, hinter der der starre und stabile Hinterschnitt der Kontaktkammer 3 angreifen kann.
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Während der Bestückung des Kontaktkörpers 15 in die Kontaktkammer 3 hinein knickt die Anordnung aus Kontaktkörper 15 und elektrischer Leitung 18 oberhalb des Crimpbereichs 17 leicht ein. Die Hauptachse des Kontaktkörpers 15 kippt somit aus der Bestückungsrichtung. Auf diese Weise kann der Kontaktkörper 15 an dem Hinterschnitt in der Kontaktkammer 3 vorbei gleiten.
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Auf der Gegenseite des Hinterschnitts wird die Feder 70 durch den einlaufenden vorderen Teil des Kontaktkörpers 15 nach außen gedrückt. Auf diese Weise wird in der Feder 70 die Andruckkraft aufgebaut, die den Kontaktkörper 15 bei Erreichen der vollständig eingeschobenen Endposition mit seiner Schulter unter die Überdeckung des Hinterschnitts auf der Gegenseite drückt. Die Hauptachse des Kontaktes kippt in dieser Phase in die Bestückungsrichtung zurück. Die Andruckkraft und ein vorzugsweise spitzer Winkel des Hinterschnittes sorgen dafür, dass der Kontaktkörper 15 während des weiteren Montageprozesses nicht durch Zug an der elektrischen Leitung 18 aus seiner Verrastungsposition gezogen werden kann.
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In der Betrachtungsweise der Mechanik stellt die Anordnung von Kontaktkörper 15 und elektrischer Leitung 18 ein Gliederkettensystem dar, das sich in der Schubphase des Bestückungsvorgangs den Ausformungen der Kontaktkammer 3 durch Neigung der Einzelglieder anpassen kann. Im Haltefall der Primärverrastung (das heißt bei einer Zugbelastung an der elektrischen Leitung 18) hingegen, richten sich die Glieder der mechanischen Kette entsprechend dem Kraftverlauf der Zugbeanspruchung aus. Auf diese Weise kann der Kontakt nicht aus der Überdeckung des Hinterschnitts (d.h. dem Übergreifen der Hinterschneidung) und damit aus seiner Verrastungsposition gedrückt oder gezogen werden. Durch diese konstruktive Lösung ist es erstmals möglich, sehr hohe Kontakthaltekräfte in der Kontaktkammer 3 zu realisieren ohne die möglicherweise filigranen federnden Elemente mit eben diesen Haltekräften zu belasten. Darüber hinaus ist mit einem solchen Verrastungsprinzip ein sehr glatter Kontaktkörper 15 realisierbar.
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Es sind durch Vorsprünge in der Kammer und entsprechende Aussparungen im Kontaktkörper Gestaltungen möglich, bei denen der Kontaktkörper erst dann quer zur Einschiebrichtung durch die Feder verschiebbar ist, wenn der Kontaktkörper mit seiner ganzen Länge eingeschoben ist. Das Kontaktgehäuse 1 kann beliebig viele Kontaktkammern 3 aufweisen, insbesondere auch nur eine einzige Kontaktkammer 3. Die fertig bestückte elektrische Kontaktvorrichtung mag, wie im Beispiel, Buchsenkontakte bereitstellen, die mit Kontaktstiften in Steckverbindung bringbar sind, die durch eine Öffnung an einer von der Bestückungsöffnung 21 beabstandeten Stelle in die Kontaktkammer 3 und den Kontaktkörper eindringen. Es versteht sich, dass der Kontaktkörper statt dessen einen Kontaktstift mit rundem oder flachem Querschnitt aufweisen kann. Auch die Bereitstellung einer Schraubklemme durch den Kontaktkörper fällt unter die Erfindung. Anstatt die elektrischen Leitungen 18 an den zu montierenden Kontaktkörpern durch Crimpen zu befestigen, können die Leitungen 18 vor dem Montieren mit den Kontaktkörpern durch Steckverbindungen verbunden werden. In diesem Fall ist es möglich, nach dem an Hand des Ausführungsbeispiels beschriebenen Montieren der Kontaktkörper in den Kontaktkammern 3, die Leitungen von den Kontaktkörpern abzuziehen. Diese Leitungen dienen dann nur als Hilfsmittel für die Montage. Das Kontaktgehäuse 1 mit der bzw. den Kontaktkammer(n) 3 wird meist aus elektrisch isolierendem Kunststoff bestehen. In Einzelfällen mag die Herstellung aus elektrisch leitendem Material, insbesondere Stahl, zweckmäßig sein.