DE102019103720A1

DE102019103720A1 - Steckverbinderbuchse

Info

Publication number: DE102019103720A1
Application number: DE102019103720.4A
Authority: DE
Inventors: Andre Holtkämper
Original assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Current assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Priority date: 2019-02-14
Filing date: 2019-02-14
Publication date: 2020-08-20
Anticipated expiration: 2039-02-15
Also published as: DE102019103720B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Steckverbinderbuchse (400, 800), mit: einem ersten Federelement (501) mit einer ersten Federsteifigkeit (c1); einem zweiten Federelement (502) mit einer zweiten Federsteifigkeit (c2), welche kleiner ist als die erste Federsteifigkeit (c1); und einer Auflage (510) zur Vorspannung des zweiten Federelements (502), wobei die beiden Federelemente (501, 502) und die Auflage (510) aus einer mehrfach in Längsrichtung (504) und in Querrichtung (505) gebogenen elastischen Flachform (520) ausgebildet sind, welche eine Öffnung (506) zum Einstecken eines Kontaktstifts aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Steckverbinderbuchse, insbesondere eine Steckverbinderbuchse mit zwei Federelementen, von denen eines vorgespannt ist.
Elektrische Steckverbinder bestehen aus zwei Hälften: der Buchse und dem Stift. Steckverbinderbuchsen enthalten typischerweise ein Federelement, welches während des Steckvorgangs ausgelenkt wird, wodurch eine Andruckkraft (Kontaktnormalkraft) entsteht. Nach Beendigung des Steckvorgangs wirkt die Nennkontaktnormalkraft F_KNenn. Grundlegende Anforderungen an den Steckverbinder sind ein geringer Kontaktwiderstand sowie geringe Steck- und Ziehkräfte über die gesamte Lebensdauer. Diese beiden Anforderungen verhalten sich gegensätzlich und werden maßgeblich durch die Kontaktnormalkraft beeinflusst. Eine hohe Kontaktnormalkraft hat einen geringen Kontaktwiderstand sowie eine stabile Verbindung zur Folge, eine niedrige Kontaktkraft jedoch geringe Steck- und Ziehkräfte.
Das Funktionselement zur Erzeugung der Kontaktnormalkraft F_KNenn ist die Feder (Flachformfeder). Die Federkennlinie beschreibt das Verhältnis von Kraft-Weg bei Auslenkung der Feder.
1 zeigt verschiedene Federkennlinien, mit denen, bei immer gleicher Auslenkung durch den Stift, die gleiche Nennkontaktnormalkraft F_KNenn erreicht wird. Typisch ist eine lineare Federkennlinie (Linie 1 in 1) oder eine lineare Federkennlinie mit Vorspannung F_V (Linie 4). Weiterhin ist eine abknickende Federkennlinie (Linien 2 und 3) denkbar. Die Federkennlinie 2 wird typischerweise durch ein Aufliegen der Feder während des Steckvorgangs erreicht.
Die Nennkontaktnormalkraft F_KNenn muss so ausgelegt sein, dass am Ende der Lebensdauer unter Berücksichtigung aller Toleranzen und weiterer Effekte ein festgelegter Minimalwert der Kontaktnormalkraft F_Kmin nicht unterschritten wird. Gleichzeitig soll eine Kontaktnormalkraft F_Kmax nicht überschritten werden, um die Steck- und Ziehkräfte und damit auch die Belastung des Stifts gering zu halten.
Für eine optimale Auslegung ist es daher vorteilhaft, wenn der Toleranzbereich F_Kmin < F_K < F_Kmax, in dem sich die Kontaktnormalkraft befindet, eng ist. Dadurch kann die Nennkontaktnormalkraft F_KNenn unter Einhaltung des Minimalwertes F_Kmin geringer gewählt werden und somit sind die Belastungen sowie die Steckkräfte geringer.
Einfluss auf die tatsächlich wirkende Kontaktnormalkraft haben dabei Form- und Lagetoleranzen, Maßtoleranzen und Werkstofftoleranzen. Die Auswirkungen sind grob in 2 dargestellt. So wird durch eine Dickentoleranz des Pins oder eine Abweichung des Federwegs (verschiedene Ursachen) der tatsächliche wirkende Federweg s beeinflusst, so dass dieser zwischen s_min < s_nenn < s_max schwankt.
Weiterhin kann die Steigung der Federkennlinie toleranzbedingt schwanken. Dadurch ergibt sich der Toleranzbereich der Kontaktnormalkraft F_K.
Für einen geringen Toleranzbereich der Kontaktnormalkraft ist es vorteilhaft, wenn die Federkennlinie im gesteckten Zustand eine geringe Steigung hat. Dadurch ist der Einfluss der toleranzbedingten Federwegschwankungen auf die Federkraft geringer.
Bei gleicher Nennkontaktnormalkraft F_KNenn kann dies beispielsweise durch eine Vorspannung der Feder erreicht werden (1, Kennlinie 4). Diese hat unter anderem jedoch den Nachteil höherer Steckkräfte durch die Vorspannung.
Die Erfindung hat es zur Aufgabe, eine Steckverbinderbuchsen-Konstruktion darzulegen, mit welcher eine Federkennlinie nach 1, Kennlinie 3 erreicht wird. Dadurch ist die Federkennlinie im gesteckten Zustand flach, der Einfluss der Toleranzen auf die Kontaktnormalkraft somit geringer.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände mit den Merkmalen nach den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der Beschreibung und der Zeichnungen.
Typischerweise kann dies bei Steckverbindern auch durch eine Beanspruchung der Flachformfeder im plastischen Bereich erreicht werden. Dadurch ergibt sich ebenfalls eine abfallende Federkennlinie. In der hier vorgestellten Erfindung wird dies jedoch über die konstruktive Gestaltung erreicht. Dadurch muss das Material des Steckverbinders nicht plastisch beansprucht werden.
Die erfinderische Lösung basiert darauf, dass eine konstruktive Lösung gefunden wurde, mit der eine Federkennlinie nach 3 erreicht wird.
Dies wird erreicht, indem in der Steckverbinderbuchse zwei Federelemente c1, c2 wirksam sind, von denen eines vorgespannt ist. Das erste Federelement hat die Federsteifigkeit c1 und ist nicht vorgespannt. Die Federsteifigkeit ist im Vergleich zu c2 höher. Das Federelement c2 ist vorgespannt. Sobald die Vorspannung von c2 abgebaut ist, ist größtenteils die Federkennlinie von c2 wirksam, wodurch sich im gesteckten Zustand eine flache Kennlinie ergibt. Die unterschiedlichen Federsteifigkeiten werden hauptsächlich durch unterschiedlich lange Federschenkel erreicht.
In einer Abwandlung kann sich das Federelement c1 während des Steckvorgangs an das Federelement c2 anlegen.
Weiterhin ist der Bauraumbedarf der Buchse auf der einen Seite des Stifts sehr gering. Dies wird erreicht, indem die eine der Kontaktstellen der Buchse starr ist (nicht federnd, anders als z.B. bei beidseitig federnden Tulpenbuchsen) und somit der Bauraumbedarf gering ist. Dadurch kann die Steckerbuchse für Anwendungen eingesetzt werden, bei denen der Bauraum einseitig begrenzt ist.
Die Buchsen sind vorteilhafterweise als Stanz-Biegeteile ausgeführt.
Gemäß einem ersten Aspekt wird die oben dargestellte Aufgabe gelöst durch eine Steckverbinderbuchse, mit: einem ersten Federelement mit einer ersten Federsteifigkeit (c1); einem zweiten Federelement mit einer zweiten Federsteifigkeit (c2), welche kleiner ist als die erste Federsteifigkeit (c1); und einer Auflage zur Vorspannung des zweiten Federelements, wobei die beiden Federelemente und die Auflage aus einer mehrfach in Längsrichtung und in Querrichtung gebogenen elastischen Flachform ausgebildet sind, welche eine Öffnung zum Einstecken eines Kontaktstifts aufweist. D.h., eine elastische Form mit mehreren Biegungen in Längsrichtung und mehreren Biegungen in Querrichtung, wodurch sich die beiden Federelemente und die Auflage ausbilden.
Eine solche Steckverbinderbuchse realisiert die Federkennlinie gemäß der 3. D.h. die Federkennlinie ist im gesteckten Zustand flach, so dass der Einfluss der Toleranzen auf die Kontaktnormalkraft geringer ist als bei einer über den gesamten Federweg konstanten Federkennlinie.
Eine elastische Flachform ist eine tafelförmige elastische Form, dessen Breite und Länge sehr viel größer als dessen Dicke sind. Eine elastische Flachform kann z.B. ein Blech sein, d.h. ein Walzwerkserzeugnis aus Metall, das als Tafel ausgeliefert wird.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Steckverbinderbuchse ist die Steckverbinderbuchse ausgebildet, bei einem Einführen des Stifts entlang eines ersten Federweges eine höhere Federsteifigkeit aufzuweisen als bei einem sich daran anschließenden Einführen entlang eines zweiten Federwegs, wobei der zweite Federweg nach einem Abbau der Vorspannung des zweiten Federelements beginnt. D.h., der zweite Federweg beginnt mit geringerer Steifigkeit, nachdem die Vorspannung des zweiten Federelements abgebaut wurde.
Damit wird der technische Vorteil erreicht, dass die Federkennlinie im gesteckten Zustand eine geringere Steigung hat, so dass der Einfluss der toleranzbedingten Federwegschwankungen auf die Federkraft geringer ist.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Steckverbinderbuchse sind die beiden Federelemente durch Federschenkel unterschiedlicher Länge realisiert.
Damit wird der technische Vorteil erreicht, dass sich auf einfache konstruktive Art unterschiedliche Federsteifigkeiten realisieren lassen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Steckverbinderbuchse sind die beiden Federelemente durch zwei in Längsrichtung gebogene Abschnitte der elastischen Flachform ausgebildet.
Damit wird der technische Vorteil erreicht, dass die beiden Federelemente seriell gekoppelt sind und somit die in 3 dargestellte Kennlinie realisieren.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Steckverbinderbuchse ist die Auflage durch einen in Querrichtung gebogenen Abschnitt der elastischen Flachform ausgebildet.
Damit wird der technische Vorteil erreicht, dass sich auf konstruktiv einfache Weise die Auflage zur Vorspannung des zweiten Federelements realisieren lässt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Steckverbinderbuchse umfasst die Steckverbinderbuchse ein oder zwei Auflagefüße, welche aus ein oder zwei in Querrichtung gebogenen Abschnitten des zweiten Federelements ausgebildet sind, und auf der Auflage zum Aufliegen kommen.
Damit wird der technische Vorteil erreicht, dass sich auf konstruktiv einfache Weise die Vorspannung des zweiten Federelements realisieren lässt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Steckverbinderbuchse ist die Auflage aus einem in Querrichtung umlaufend geschlossenen Abschnitt der elastischen Flachform ausgebildet.
Damit wird der technische Vorteil erreicht, dass sich aufgrund des geschlossenen Abschnitts der Flachform, welche ein Gehäuse realisiert, die beiden Federelemente effizient gegen äußere Umwelteinflüsse schützen lassen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Steckverbinderbuchse umfasst die Steckverbinderbuchse eine Schweißnaht zum Schließen des in Querrichtung umlaufenden Abschnitts der elastischen Flachform.
Damit wird der technische Vorteil erreicht, dass die Schweißnaht für erhöhte Stabilität der Steckverbinderbuchse sorgt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Steckverbinderbuchse umfasst die Steckverbinderbuchse ein oder zwei Auflageabschnitte, welche aus ein oder zwei in Querrichtung herausgeführten Abschnitten des zweiten Federelements ausgebildet sind, und auf der Auflage zum Aufliegen kommen.
Damit wird der technische Vorteil erreicht, dass sich auf konstruktiv einfache Weise die Auflage zur Vorspannung des zweiten Federelements realisieren lässt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Steckverbinderbuchse ist die Auflage aus einem in Querrichtung U-förmig gebogenen Abschnitt der elastischen Flachform ausgebildet.
Damit wird der technische Vorteil erreicht, dass der U-förmig gebogene Abschnitt für erhöhte Stabilität der Steckverbinderbuchse sorgt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Steckverbinderbuchse umfasst die Öffnung eine erste Kontaktstelle und eine zweite Kontaktstelle, welche ausgebildet sind, den Kontaktstift elektrisch zu kontaktieren.
Damit wird der technische Vorteil erreicht, dass sich aufgrund der beiden Kontaktstellen eine gute elektrische Leitfähigkeit und damit ein geringer Widerstand der Steckverbindung einstellt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Steckverbinderbuchse ist die erste Kontaktstelle starr und die zweite Kontaktstelle federnd ausgebildet.
Damit wird der technische Vorteil erreicht, dass an der starren Kontaktstelle ein geringer Bauraum benötigt wird.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Steckverbinderbuchse ist die zweite Kontaktstelle an einer Biegung des ersten Federelements ausgebildet.
Damit wird der technische Vorteil erreicht, dass sich der Kontaktstift leicht in die Steckverbinderbuchse einstecken lässt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Steckverbinderbuchse ist die erste Kontaktstelle an einer Ausbuchtung einer Grundseite der Steckverbinderbuchse ausgebildet.
Damit wird der technische Vorteil erreicht, dass die Ausbuchtung für eine gute Kontaktfähigkeit der Steckverbindung sorgt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Steckverbinderbuchse verjüngt die Öffnung sich entlang einer Steckrichtung des Kontaktstifts bis zu einem minimalen Durchmesser und weitet sich danach wieder auf.
Damit wird der technische Vorteil erreicht, dass an der Stelle mit minimalem Durchmesser die Kontaktfähigkeit des Kontaktstifts besonders hoch ist, durch die sich dann wieder verbreiternde Öffnung sich der Kontaktstift gut in die Öffnung einstecken lässt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Steckverbinderbuchse ist die Öffnung ausgebildet, den Kontaktstift entlang des ersten Federelements in Längsrichtung der Steckverbinderbuchse aufzunehmen.
Damit wird der technische Vorteil erreicht, dass beim Einstecken des Kontaktstiftes zuerst der erste Federweg durchlaufen wird und sich daran anschließend erst der zweite Federweg mit der geringeren Federsteifigkeit durchlaufen wird, so dass die Federkennlinie gemäß 3 einwirkt.
Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Stecken eines Kontaktstifts in eine Steckverbinderbuchse mit einem ersten Federelement mit einer ersten Federsteifigkeit (c1); einem zweiten Federelement mit einer zweiten Federsteifigkeit (c2), welche kleiner ist als die erste Federsteifigkeit (c1); und einer Auflage zur Vorspannung des zweiten Federelements, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Einführen des Stifts entlang eines ersten Federweges mit einer ersten Federsteifigkeit (c1); und anschließendes Einführen des Stifts entlang eines zweiten Federwegs mit einer zweiten Federsteifigkeit (c2), welche geringer ist als die erste Federsteifigkeit (c1), wobei der zweite Federweg nach einem Abbau der Vorspannung des zweiten Federelements beginnt. Die beiden Federelemente und die Auflage können dabei aus einer mehrfach in Längsrichtung und in Querrichtung gebogenen elastischen Flachform ausgebildet sein, welche eine Öffnung zum Einstecken des Kontaktstifts aufweist.
Ein solches Verfahren zum Stecken eines Kontaktstifts in eine Steckverbinderbuchse realisiert die Federkennlinie gemäß der 3. D.h. die Federkennlinie ist im gesteckten Zustand flach, so dass der Einfluss der Toleranzen auf die Kontaktnormalkraft geringer ist als bei einer über den gesamten Federweg konstanten Federkennlinie.
Weitere Ausführungsbeispiele werden Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1 eine Prinzipdarstellung 100 der Federkraft über dem Federweg mit vier verschiedenen Federkennlinien;
2 eine Prinzipdarstellung 200 der Federkraft über dem Federweg mit Einfluss von Toleranzen auf die Kontaktnormalkraft;
3 eine Prinzipdarstellung 300 der Federkraft über dem Federweg mit einer Federkennlinie einer erfindungsgemäßen Steckverbinderbuchse;
4 eine 3D-Ansicht einer Steckverbinderbuchse 400 gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform;
5 eine 3D-Ansicht der Steckverbinderbuchse 400 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform nach dem Biegen der Flachformfeder;
6 eine Frontansicht der Steckverbinderbuchse 400 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform im fertig gebogenen Zustand;
7 eine Schnittansicht der Steckverbinderbuchse 400 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform im fertig gebogenen Zustand;
8a eine 3D-Ansicht einer Steckverbinderbuchse 800 gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform im fertig gebogenen Zustand;
8b eine weitere 3D-Ansicht der Steckverbinderbuchse 800 gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform im fertig gebogenen Zustand; und
9 eine Schnittansicht der Steckverbinderbuchse 800 gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform im fertig gebogenen Zustand;

Die im Folgenden vorgestellten Steckverbinder dienen zum Trennen und Verbinden von Leitungen, z.B. für elektrischen Strom oder beispielsweise auch optische Signalübertragung. Die Verbindungsteile werden dabei durch Formschluss der Steckerteile passend ausgerichtet, durch Federkraft kraftschlüssig lösbar fixiert und oft auch durch Verschrauben zusätzlich gegen unbeabsichtigtes Lösen gesichert. Bei elektrischen Steckverbindungen unterscheidet man den männlichen Teil einer Steckverbindung (mit nach außen weisenden Kontaktstiften) vom weiblichen Teil (mit nach innen weisenden Kontaktöffnungen). Der männliche Teil wiederum ist ein Stecker, wenn er an ein Kabelende gehört, oder ein Einbaustecker, wenn er zum festen Einbau in ein Gerätegehäuse vorgesehen ist. Der weibliche Teil ist eine Kupplung, wenn er an ein Kabelende gehört, oder eine Buchse, wenn der feste Einbau in ein Gerätegehäuse vorgesehen ist.
4 zeigt eine 3D-Ansicht einer Steckverbinderbuchse 400 gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform.
Die Steckverbinderbuchse 400 umfasst ein erstes Federelement 501 mit einer ersten Federsteifigkeit c1, das in der 3D-Ansicht nicht sichtbar ist und sich innerhalb des geschlossenen Gehäuses 611 befindet. Die Steckverbinderbuchse 400 umfasst ein zweites Federelement 502 mit einer zweiten Federsteifigkeit c2, welches sich ebenfalls innerhalb des Gehäuses 611 befindet, wobei jedoch ein kleiner Teil davon in 4 sichtbar ist. Die zweite Federsteifigkeit c2 ist kleiner ist als die erste Federsteifigkeit c1 des ersten Federelements 501. Die Steckverbinderbuchse 400 umfasst ferner eine Auflage 510 zur Vorspannung des zweiten Federelements 502. Die Auflage 510 ist durch das Oberteil des Gehäuses 611 realisiert. Anhand dieser Konstruktion lässt sich die Federkennlinie aus 3 realisieren. D.h., bei einem Einführen des Kontaktstifts entlang eines ersten Federweges 301 weist diese eine höhere Federsteifigkeit c1 auf als eine Federsteifigkeit c2 bei einem sich daran anschließenden Einführen entlang eines zweiten Federwegs 302. Der zweite Federweg 302 beginnt nach einem Abbau der Vorspannung des zweiten Federelements 502.
Die beiden Federelemente 501, 502 und die Auflage 510 sind dabei aus einer mehrfach in Längsrichtung 504 und in Querrichtung 505 gebogenen elastischen Flachform 520 ausgebildet, wie detailliert in 5 dargestellt. Die Steckverbinderbuchse 400 umfasst ferner eine Öffnung zum Einstecken eines Kontaktstifts. Die Öffnung ist auf der linken Seite zu sehen, entgegen der in 4 dargestellten Längsrichtung 504.
Bei der Federkraft und dem Federweg handelt es sich um die Komponenten senkrecht zu der Steckrichtung, d.h. jeweils längs zur Querrichtung 505 und zur Längsrichtung 504 wie in 4 und den weiter unten beschriebenen Figuren dargestellt.
Die Steckverbinderbuchse 400 ist umlaufend geschlossen. Das umlaufend geschlossene Gehäuse 611 wird auch als Käfig bezeichnet. Das Gehäuse 611 ist dabei aus einem in Querrichtung 505 umlaufend geschlossenen Abschnitt der gebogenen elastischen Flachform 520 hergestellt, wie näher in 5 beschrieben. Das umlaufende Gehäuse 611 ist durch eine Schweißnaht 612 verschlossen. Eine Grundseite des Gehäuses 611, welche als Auflage 510 für das zweite Federelement 502 dient, ist mit einer Ausbuchtung 511 versehen. Aufgrund dieser Ausbuchtung 511 verjüngt sich die Öffnung des Gehäuses, was zu einer besseren Steckverbindung beim Einstecken des Kontaktstifts führt.
5 zeigt eine 3D-Ansicht der Steckverbinderbuchse 400 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform nach dem Biegen der Flachformfeder.
Die Steckverbinderbuchse 400 umfasst ein erstes Federelement 501 mit einer ersten Federsteifigkeit c1; ein zweites Federelement 502 mit einer zweiten Federsteifigkeit c2, welche kleiner ist als die erste Federsteifigkeit c1; und eine Auflage 510 zur Vorspannung des zweiten Federelements 502. Die beiden Federelemente 501, 502 und die Auflage 510 sind aus einer mehrfach in Längsrichtung 504 und in Querrichtung 505 biegbaren elastischen Flachform 520 ausgebildet, welche eine Öffnung (in der Darstellung in 5 noch nicht zu sehen) zum Einstecken eines Kontaktstifts aufweist. In der Darstellung der 5 sind die Federelemente 501, 502 bereits gebogen während sich das Gehäuse mit der Auflage 510 noch im ungebogenen Zustand befindet. Die Federelemente 501, 502 werden dabei in (oder auch entgegen der) Längsrichtung 504 gebogen während das Gehäuse in (oder auch entgegen der) Querrichtung 505 gebogen wird. Die elastische Flachform 520 kann z.B. ein gestanztes Metallblech sein, das sich sowohl in Längsrichtung 504 als auch in Querrichtung 505 biegen lässt, um die gewünschte Form (siehe 4) zu erhalten.
Aufgrund der Konstruktion der Steckverbinderbuchse 400 weist diese bei einem Einführen des Stifts entlang eines ersten Federweges 301 (entsprechend der Darstellung in 3) eine höhere Federsteifigkeit (c1) auf als bei einem sich daran anschließenden Einführen entlang eines zweiten Federwegs 302 (entsprechend der Darstellung in 3). Der zweite Federweg 302 beginnt nach einem Abbau der Vorspannung des zweiten Federelements 502 mit einer geringeren Federsteifigkeit (c2). Wie bereits angemerkt, handelt es sich bei der Federkraft und dem Federweg um die Komponenten senkrecht zu der Steckrichtung, d.h. jeweils längs zur Querrichtung 505 und zur Längsrichtung 504 wie in 5 dargestellt.
Die beiden Federelemente 501, 502 sind durch Federschenkel unterschiedlicher Länge realisiert sind, so dass sich die unterschiedlichen Federsteifigkeiten c1 und c2 ergeben. Aus 5 ist zu sehen, dass die beiden Federelemente 501, 502 durch zwei in Längsrichtung 504 gebogene Abschnitte der elastischen Flachform 520 ausgebildet sind. Die Auflage 510 ist durch einen in Querrichtung 505 gebogenen Abschnitt der elastischen Flachform 520 ausgebildet. Die Steckverbinderbuchse 400 umfasst ferner zwei (oder alternativ nur einen) Auflagefüße 503a, 503b, welche aus zwei (oder alternativ einem) in Querrichtung 505 gebogenen Abschnitten 502b, 502c des zweiten Federelements 502 ausgebildet sind, und auf der Auflage 510 zum Aufliegen kommen, wenn die Steckverbinderbuchse 400 im fertig gebogenen Zustand vorliegt (wie z.B. in 4, 6 oder 7).
Die Auflage 510 ist aus einem in Querrichtung 505 umlaufend geschlossenen Abschnitt 611 der elastischen Flachform 520 ausgebildet, wie detailliert in 6 dargestellt ist.
Die Vorspannung wird über die Auflagefüße 503a, 503b aufgebaut. Zur Herstellung der Steckverbinderbuchse 400 wird zunächst die innere Formfeder gebogen, wie in 5 dargestellt, dann wird der äußere Käfig gebogen, um die Vorspannung über die Auflagefüße 503a, 503b aufzubauen und anschließend wird der Käfig verschweißt. Aufgrund dieser Konstruktion hat die Steckverbinderbuchse 400 einen geringen Bauraumbedarf zwischen einer Außenseite und der unteren Kontaktstelle des Stifts, wie aus 7 ersichtlich ist.
Anstatt eines Verschweißens können auch die folgenden Verfahren eingesetzt werden: Löten, Nieten, Falzen, Schrauben, Kleben und Fügen.
6 zeigt eine Frontansicht der Steckverbinderbuchse 400 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform im fertig gebogenen Zustand.
Die Steckverbinderbuchse 400 ist hier im fertig gebogenen Zustand zu sehen. Sie umfasst das erste Federelement 501 mit der ersten Federsteifigkeit c1, das zweite Federelement 502 mit der zweiten Federsteifigkeit c2, welche kleiner ist als die erste Federsteifigkeit c1 des ersten Federelements 501. Die Steckverbinderbuchse 400 umfasst ferner die Auflage 510 zur Vorspannung des zweiten Federelements 502. Die Auflage 510 ist durch das Oberteil des geschlossenen Gehäuses bzw. Käfigs 611 realisiert. Damit realisiert die Steckverbinderbuchse 400 die Federkennlinie aus 3.
Die beiden Federelemente 501, 502 und die Auflage 510 sind dabei aus einer mehrfach in Längsrichtung 504 und in Querrichtung 505 gebogenen elastischen Flachform 520 ausgebildet, wie in 5 bereits beschrieben. Die Steckverbinderbuchse 400 ist umlaufend geschlossen. Das umlaufende Gehäuse 611 ist durch eine Schweißnaht 612 verschlossen.
7 zeigt eine Schnittansicht der Steckverbinderbuchse 400 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform im fertig gebogenen Zustand.
Die Darstellung zeigt die Steckverbinderbuchse 400 mit erstem Federelement 501 mit erster Federsteifigkeit c1; zweitem Federelement 502 mit zweiter Federsteifigkeit c2, welche kleiner ist als die erste Federsteifigkeit c1; und der Auflage 510 zur Vorspannung des zweiten Federelements 502. Die beiden Federelemente 501, 502 und die Auflage 510 sind aus einer mehrfach in Längsrichtung 504 und in Querrichtung 505 gebogenen elastischen Flachform 520 ausgebildet, wie näher unter 5 dargestellt, welche eine Öffnung 506 zum Einstecken eines Kontaktstifts aufweist.
Die Steckverbinderbuchse 400 ist ausgebildet ist, bei einem Einführen des Stifts entlang eines ersten Federweges 301 (wie in 3 dargestellt) eine höhere Federsteifigkeit c1 aufzuweisen als bei einem sich daran anschließenden Einführen entlang eines zweiten Federwegs 302 (wie in 3 dargestellt). Der zweite Federweg 302 beginnt nach einem Abbau der Vorspannung des zweiten Federelements 502. Die beiden Federelemente 501, 502 sind durch Federschenkel 501a, 502a unterschiedlicher Länge realisiert, wodurch sich die verschiedenen Federsteifigkeiten c1, c2 ergeben. Die beiden Federelemente 501, 502 sind durch zwei in Längsrichtung 504 gebogene Abschnitte der elastischen Flachform 520 ausgebildet (siehe 5). Die Auflage 510 ist durch einen in Querrichtung 505 gebogenen Abschnitt der elastischen Flachform 520 ausgebildet (wie besser in der Darstellung der 5 zu sehen ist).
Die Steckverbinderbuchse 400 umfasst zwei Auflagefüße 503a, 503b, welche aus ein oder zwei in Querrichtung 505 gebogenen Abschnitten 502b, 502c des zweiten Federelements 502 ausgebildet sind (wie besser in der Darstellung der 5 zu sehen ist), und auf der Auflage 510 zum Aufliegen kommen. Die Auflage 510 ist aus einem in Querrichtung 505 umlaufend geschlossenen Abschnitt 611 der elastischen Flachform 520 ausgebildet ist (wie besser in der Darstellung der 6 zu sehen ist).
Die Öffnung 506 zum Einstecken des Kontaktstifts umfasst eine erste Kontaktstelle und eine zweite Kontaktstelle, welche ausgebildet sind, den Kontaktstift elektrisch zu kontaktieren. Die erste Kontaktstelle, welche an der Ausbuchtung 511 einer Grundseite der Steckverbinderbuchse 400 bzw. des Gehäuseoberteils ausgebildet ist, ist starr und die zweite Kontaktstelle 822, welche an dem ersten Federelement 501 ausgebildet ist, ist federnd. Dabei ist die zweite Kontaktstelle an einer Biegung des ersten Federelements 501 ausgebildet, so dass die Öffnung 506 sich entlang einer Steckrichtung 530 des Kontaktstifts bis zu einem minimalen Durchmesser verjüngt und sich danach wieder aufweitet. Aufgrund der Ausbuchtung 511 an der Auflage 510 der Steckverbinderbuchse 400 ist der Bauraumbedarf 701 reduziert.
8a und 8b zeigen zwei verschiedene 3D-Ansichten einer Steckverbinderbuchse 800 gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform im fertig gebogenen Zustand.
Die Steckverbinderbuchse 800 umfasst ein erstes Federelement 501 mit einer ersten Federsteifigkeit c1; ein zweites Federelement 502 mit einer zweiten Federsteifigkeit c2, welche kleiner ist als die erste Federsteifigkeit c1; und eine Auflage 810 zur Vorspannung des zweiten Federelements 502. Die beiden Federelemente 501, 502 und die Auflage 810 sind aus einer mehrfach in Längsrichtung 504 und in Querrichtung 505 gebogenen elastischen Flachform ausgebildet, welche eine Öffnung zum Einstecken eines Kontaktstifts aufweist. Die Flachform ist auf eine andere Weise gebogen als zur Konstruktion der Steckverbinderbuchse 400 gemäß der ersten Ausführungsform, wie in den 4 bis 7 dargestellt. Die untere Seite 820 ist durch Gestaltung in U-Form deutlich steifer als bei der ersten Ausführungsform. Weiterhin ergibt sich dadurch ein Schutz der Federelemente 501, 502. Durch diese Konstruktion ergibt sich ein geringer Bauraumbedarf zwischen der Auflagefläche 820 und der unteren Kontaktstelle des Stifts.
Die Steckverbinderbuchse 800 ist ausgebildet, bei einem Einführen des Stifts entlang eines ersten Federweges 301 (entsprechend der Darstellung in 3) eine höhere Federsteifigkeit c1 aufzuweisen als bei einem sich daran anschließenden Einführen entlang eines zweiten Federwegs 302 (siehe 3). Der zweite Federweg 302 beginnt nach einem Abbau der Vorspannung des zweiten Federelements 502 mit einer geringeren Federsteifigkeit c2. Auch in der zweiten Ausführungsform sind die beiden Federelemente 501, 502 durch Federschenkel unterschiedlicher Länge realisiert. Wie bereits angemerkt, handelt es sich bei der Federkraft und dem Federweg um die Komponenten senkrecht zu der Steckrichtung, d.h. jeweils längs zur Querrichtung 505 und zur Längsrichtung 504 wie in 8a und 8b dargestellt.
Auch bei der zweiten Ausführungsform der Steckverbinderbuchse 800 sind die beiden Federelemente 501, 502 durch zwei in Längsrichtung 504 gebogene Abschnitte der elastischen Flachform ausgebildet. Die Auflage 810 ist durch einen in Querrichtung 505 gebogenen Abschnitt der elastischen Flachform ausgebildet. Die Steckverbinderbuchse 800 umfasst zwei (oder alternativ nur einen) Auflageabschnitte 812a, 812b, welche aus zwei (oder alternative einem) in Querrichtung 505 herausgeführten Abschnitten des zweiten Federelements 502 ausgebildet sind, und auf der Auflage 810 zum Aufliegen kommen. Die Auflage 810 ist aus einem in Querrichtung 505 U-förmig gebogenen Abschnitt 811 (in 9 dargestellt) der elastischen Flachform ausgebildet.
9 zeigt eine Schnittansicht der Steckverbinderbuchse 800 gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform im fertig gebogenen Zustand.
Die Steckverbinderbuchse 800 umfasst das erste Federelement 501 mit erster Federsteifigkeit c1; das zweite Federelement 502 mit zweiter Federsteifigkeit c2, welche kleiner ist als die erste Federsteifigkeit c1; und die Auflage 810 zur Vorspannung des zweiten Federelements 502. Die beiden Federelemente 501, 502 und die Auflage 810 sind aus einer mehrfach in Längsrichtung 504 und in Querrichtung 505 gebogenen elastischen Flachform ausgebildet, wie bereits in den 8a und 8b genauer dargestellt, welche eine Öffnung 806 zum Einstecken eines Kontaktstifts aufweist.
Die beiden Federelemente 501, 502 sind durch Federschenkel 501a, 502a unterschiedlicher Länge realisiert, um so die verschiedenen Federsteifigkeiten c1, c2 auszubilden.
Die Steckverbinderbuchse 800 umfasst zwei ein oder zwei Auflageabschnitten 812a, 812b (siehe Darstellung der 8a und 8b), welche aus ein oder zwei in Querrichtung 505 herausgeführten Abschnitten des zweiten Federelements 502 ausgebildet sind, und auf der Auflage 810 zum Aufliegen kommen. Die Auflage 810 ist aus einem in Querrichtung 505 U-förmig gebogenen Abschnitt 820 der elastischen Flachform ausgebildet (wie näher in den 8a und 8b dargestellt).
Die Öffnung 806 umfasst eine erste Kontaktstelle 821 und eine zweite Kontaktstelle 822, welche ausgebildet sind, den Kontaktstift elektrisch zu kontaktieren. Die erste Kontaktstelle 821 ist starr und die zweite Kontaktstelle 822 ist federnd ausgebildet. Die zweite Kontaktstelle 822 ist an einer Biegung des ersten Federelements 501 ausgebildet. Die erste Kontaktstelle 821 ist an einer Ausbuchtung 811 einer Grundseite 820 der Steckverbinderbuchse ausgebildet. Die Öffnung 806 verjüngt sich dabei entlang einer Steckrichtung 830 des Kontaktstifts bis zu einem minimalen Durchmesser und weitet sich danach wieder auf, um so eine bessere Kontaktierung des Kontaktstiftes zu ermöglichen. Aufgrund der Ausbuchtung 811 an der Grundseite 820 der Steckverbinderbuchse 800 ist der Bauraumbedarf 901 reduziert.
Die Vorspannung wird während der Fertigung aufgebaut, indem zunächst die Formfeder (c1 und c2) gebogen wird. Daraufhin wird diese elastisch ausgelenkt (in den 8a, 8b und 9 nach oben), um die seitlichen Auflagen jeweils um 90 Grad biegen zu können. Nach dem Loslassen der Formfeder liegt die Vorspannung an.
Die Steckverbinderbuchsen 400, 800 können beispielsweise bei einem Relais, insbesondere einem schmalen Relais eingesetzt werden.

Claims

Steckverbinderbuchse (400, 800), mit: einem ersten Federelement (501) mit einer ersten Federsteifigkeit (c1); einem zweiten Federelement (502) mit einer zweiten Federsteifigkeit (c2), welche kleiner ist als die erste Federsteifigkeit (c1); und einer Auflage (510) zur Vorspannung des zweiten Federelements (502), wobei die beiden Federelemente (501, 502) und die Auflage (510) aus einer mehrfach in Längsrichtung (504) und in Querrichtung (505) gebogenen elastischen Flachform (520) ausgebildet sind, welche eine Öffnung (506) zum Einstecken eines Kontaktstifts aufweist.
Steckverbinderbuchse (400, 800) nach Anspruch 1, wobei die Steckverbinderbuchse ausgebildet ist, bei einem Einführen des Stifts entlang eines ersten Federweges (301) eine höhere Federsteifigkeit (c1) aufzuweisen als bei einem sich daran anschließenden Einführen entlang eines zweiten Federwegs (302), wobei der zweite Federweg (302) nach einem Abbau der Vorspannung des zweiten Federelements (502) beginnt.
Steckverbinderbuchse (400, 800) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die beiden Federelemente (501, 502) durch Federschenkel (501a, 502a) unterschiedlicher Länge realisiert sind.
Steckverbinderbuchse (400, 800) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die beiden Federelemente (501, 502) durch zwei in Längsrichtung (504) gebogene Abschnitte der elastischen Flachform (520) ausgebildet sind.
Steckverbinderbuchse (400, 800) nach Anspruch 4, wobei die Auflage (510) durch einen in Querrichtung (505) gebogenen Abschnitt der elastischen Flachform (520) ausgebildet ist.
Steckverbinderbuchse (400) nach Anspruch 5, mit ein oder zwei Auflagefüßen (503a, 503b), welche aus ein oder zwei in Querrichtung (505) gebogenen Abschnitten (502b, 502c) des zweiten Federelements (502) ausgebildet sind, und auf der Auflage (510) zum Aufliegen kommen.
Steckverbinderbuchse (400) nach Anspruch 6, wobei die Auflage (510) aus einem in Querrichtung (505) umlaufend geschlossenen Abschnitt (611) der elastischen Flachform (520) ausgebildet ist.
Steckverbinderbuchse (400) nach Anspruch 7, mit einer Schweißnaht (612) zum Schließen des in Querrichtung (505) umlaufenden Abschnitts (611) der elastischen Flachform (520).
Steckverbinderbuchse (800) nach Anspruch 5, mit ein oder zwei Auflageabschnitten (812a, 812b), welche aus ein oder zwei in Querrichtung (505) herausgeführten Abschnitten des zweiten Federelements (502) ausgebildet sind, und auf der Auflage (810) zum Aufliegen kommen.
Steckverbinderbuchse (800) nach Anspruch 9, wobei die Auflage (810) aus einem in Querrichtung (505) U-förmig gebogenen Abschnitt (811) der elastischen Flachform (520) ausgebildet ist.
Steckverbinderbuchse (400, 800) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Öffnung (506, 806) eine erste Kontaktstelle (821) und eine zweite Kontaktstelle (822) umfasst, welche ausgebildet sind, den Kontaktstift elektrisch zu kontaktieren.
Steckverbinderbuchse (400, 800) nach Anspruch 11, wobei die erste Kontaktstelle (821) starr und die zweite Kontaktstelle (822) federnd ausgebildet ist.
Steckverbinderbuchse (400, 800) nach Anspruch 11 oder 12, wobei die zweite Kontaktstelle (822) an einer Biegung des ersten Federelements (501) ausgebildet ist.
Steckverbinderbuchse (400, 800) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die erste Kontaktstelle (821) an einer Ausbuchtung (511, 811) einer Grundseite (820) der Steckverbinderbuchse ausgebildet ist.
Steckverbinderbuchse (400, 800) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Öffnung (506, 806) sich entlang einer Steckrichtung (830) des Kontaktstifts bis zu einem minimalen Durchmesser verjüngt und sich danach wieder aufweitet.