DE4231564A1 - Steckkontaktbuchse mit elastischem anker und anker fuer einen solchen kontakt - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Verbesserungen vorge­ nommen an Steckkontakten mit elastischen Ankern zur Aus­ rüstung von elektrischen Steckern. Ein solcher Steckkon­ takt weist auf:

• - eine steife rohrförmige Hülse, deren Wandung mit einer länglichen Öffnung durchstoßen ist,
• - einen Anker, der von dem Fußende der rohrförmigen Hülse getragen wird, derart, daß er in der Öffnung plaziert ist, wobei das andere Kontaktende des Ankers radial elastisch verschiebbar in das Innere der rohrförmigen Hülse hineinreicht,
• - und ein äußeres Schutzrohr, das die Hülse umschließt und als Anschlag für den Anker dient.

Die Erfindung betrifft insbesondere, jedoch nicht aus­ schließlich, Kontaktsteckerbuchsen für Kontakte, die in der Raumfahrt Verwendung finden, wobei diese Kontakte angesichts der besonderen Umstände im Weltall (Vakuum, Schwerelosigkeit, große thermische Unterschiede, Unmöglichkeit von Nachbesserung) hohe Ansprüche an ihre Zuverlässigkeit sowie an ihre Lebensdauer erfüllen müssen und die eine so weitreichend wie mögliche Reduktion der Einführ/Herausziehkräfte bewirken sollen. Für Verbinder mit rundem oder rechtwinkligem Querschnitt, die für An­ wendungen auf der Erde hergestellt sind, nimmt man im allgemeinen Steckkontakte, bestehend aus einem glatten Stift (siehe Fig. 1, die schematisch eine Ausführungsform eines solchen Steckers nach dem Stand der Technik zeigt), dessen Form sich am Ende verjüngt, um das Einführen in eine Kontaktbuchse 3 zu optimieren und um zu starke Ein­ führungskräfte zu vermeiden.

Die Kontaktbuchse 3 kann hergestellt sein als eine ge­ schlitzte Hülse aus zwei oder mehreren Teilen, die sich elastisch radial unter der Einwirkung des Stiftes 1 des Kontaktsteckers spreizen.

Die Kontaktbuchse 3 kann ebenfalls, wie in Fig. 1 gezeigt, aus drei Teilen bestehen, nämlich: einer rohrförmigen steifen Hülse 4, deren Hülle mit einer länglichen Öffnung 5 durchstoßen ist, einem Anker 6, der an seinem Fußende 7 durch das hintere Ende 8 der rohrförmigen Hülse 4 derart getragen wird, daß der Anker sich in die oben erwähnte Öffnung erstreckt, wobei der Anker an seinem anderen Kon­ taktende 9 ins Innere der rohrförmigen Hülse elastisch radial verschiebbar eingreift und ein äußeres Schutzrohr 10 vorgesehen ist, das keine elektrischen Funktionen hat und das, indem es die Hülse 3 umgibt als Anschlag und Hal­ terung für den Anker 6 dient.

Die zweite Ausführungsform wird auf dem Gebiet der indu­ striellen Steckverbinder immer weniger verwendet, da ihr Herstellungspreis höher als der einer Steckverbindung mit einer geschlitzten Buchse ist, die während eines einzigen Schrittes hergestellt werden kann, wobei dank moderner Bearbeitungsmaschinen mehrere Schritte kombiniert werden können. Trotzdem sind die Kontakte mit einer geschlitzten Hülse zu teuer, wenn sie aus Kupferberylliumguß herge­ stellt werden. Wenn sie aus einem nichtgegossenen Material hergestellt werden, erreichen sie nicht die hohen vorge­ schriebenen Sicherheitsanforderungen, die für eine Anwen­ dung im Weltall vorgeschrieben sind.

Die Kontaktbuchse des Ankers, die in Fig. 1 gezeigt ist, weist ebenfalls eine ausreichende Sicherheitsmarge auf. Die Anmelderin hat herausgefunden, daß dieser Nachteil unmittelbar von dem derzeit verwendeten Aufbau und der Herstellungsweise der Anker herrührt. Wie in Fig. 1 ge­ zeigt ist, wird das Kontaktende 9 des Ankers 6 durch Biegen eines Metallstücks an der Stelle P erzielt, das ursprünglich in Längsrichtung geradlinig war. Während das Kontaktende 9 in radialer Richtung elastisch während des Einführens/Herausziehens in Anspruch genommen wird, wird dieses Ende 9 bezüglich des Teils 11 im Bereich der Ver­ biegung T verschwenkt, wobei die Verbiegung T die Schwenk­ achse darstellt. Daraus folgt eine Konzentration von Span­ nungen und somit eine bemerkenswerte Metallermüdung im Bereich der Verbiegung P, derart, daß der Sicherheitsko­ effizient für bestimmte Anwendungen wie Anwendungen im Weltall nicht mehr ausreicht.

Im übrigen ist bei einer solchen Kontaktbuchse mit einem so ausgebildeten Anker nur das Kontaktende 9 verschiebbar und lediglich dieses Ende bestimmt (insbesondere durch seine Länge und seine Neigung) die Andruckkraft auf den Stift des Kontaktsteckers und somit die Einführ/Heraus­ ziehkraft. Der Rest des Ankers spielt bei der Bestimmung dieser Kraft keine Rolle und es ergibt sich daraus eine zu große Steifigkeit des Ankers als Ganzes gesehen, um eine Einführ/Herausziehkraft zu erhalten, die so gering ist, wie es wünschenswert wäre, um Verbinder mit einer großen bzw. sehr großen Anzahl von Kontakten leicht handhabbar zu gestalten.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die oben geschilderten Nachteile der derzeitigen Steckerbuchsen mit Ankern zu vermeiden und diese so zu verbessern, daß sie verschiedenen Anforderungen der Praxis hinsichtlich Zuver­ lässigkeit und Lebensdauer erfüllen sowie den Betrag der Einführ/Herausziehkräfte, insbesondere für spezifische Anwendungen einschließlich Anwendungen im Weltraum zu ver­ mindern.

Zu diesem Zweck ist erfindungsgemäß eine Kontaktbuchse mit Anker nach der Präambel des Patentanspruchs 1 im wesent­ lichen dadurch charakterisiert, daß der Anker

• - ein Teil aufweist, der gegen das äußere Rohr andrückt und zwischen dem Fußende und dem Kontaktende angeordnet ist und der eine kontinuierliche Krümmung in Längsrich­ tung mit großem Krümmungsradius und ohne Verbiegung auf­ weist, derart, daß die Auflagefläche T des Ankers gegen das Außenrohr sich in Längsrichtung verschiebt, während das Kontaktende des Ankers radial mit einer Kraft wäh­ rend der Einführung eines entsprechenden Kontaktstiftes beansprucht wird,
• - daß der Anker zwei Bereiche mit verminderter Wider­ standskraft aufweist, die geeignet sind eine Verbiegung des Ankers hervorzurufen und die jeweils zwischen dem Fußbereich und dem Auflagebereich und zwischen dem Auf­ lagebereich und dem Kontaktbereich angeordnet sind, und dadurch, daß der Anker eine vorbestimmte Querkrümmung in diesen Kontakt- und Anlagebereichen aufweist, derart, daß die Bereiche die gewünschte Steifigkeit aufweisen.

Vorzugsweise besteht der Anker aus einem Material mit in etwa konstanter Dicke und die Bereiche verminderter Wider­ standskraft sind Bereiche verringerter Breite, wobei die Breite unterhalb der Breite des Kontaktbereichs, des An­ druckbereichs und des Fußbereichs liegen, um die Herstel­ lung des Ankers zu vereinfachen.

Um ein gutes Zusammenwirken des Kontaktendes mit dem Stift des zugehörigen Kontaktsteckers zu gewährleisten und um somit einen guten elektrischen Kontakt herzustellen, ver­ bunden mit einer Flexibilität und ausreichenden Weichheit des Restes des Ankers kann vorgesehen werden, daß die Breite des Kontaktbereiches größer ist als die des Aufla­ gebereiches und des Fußbereiches.

Ferner ist es wiederum mit dem Ziel, die Herstellung des Ankers zu vereinfachen, interessant, wenn die Querkrümmung des Ankers über die gesamte Länge der Kontakt- und Aufla­ gebereiche gleich bleibt.

Der erfindungsgemäße Anker weist eine große Verformbarkeit auf, ohne daß dadurch Spannungsbereiche konzentriert wer­ den.

Die Eliminierung der Biegung P des Ankers nach dem Stand der Technik verhindert die Lokalisierung der Verformungs­ kräfte. Im Gegensatz dazu "rollt" der Anker nach der Er­ findung beim Andruck gegen das äußere Rohr auf diesem, wobei eine Längskrümmung mit großem Radius des Ankers es ermöglicht, den Auflagepunkt auf dem Außenrohr nach vorne zu verschieben, während die radiale Deformation ansteigt, was zu einem Effekt führt, der dazu führt, daß das Biege­ moment und die Spannung im Kontaktpunkt vermindert werden und somit der Sicherheitskoeffizient steigt. Die Verschie­ bung des Auflagepunkts auf dem Rohr wird erleichtert durch die Weichheit, die erzielt wird durch:

• - die vorhergehende Verjüngung verbunden mit einer weniger großen Steifheit des Querschnitts, die hervorgerufen wird durch diese Verjüngung und die eine größere relati­ ve Deformation dieses Bereiches ermöglicht, während der Auflagepunkt nach vorne verschoben wird,
• - die nachfolgende Verjüngung, die eine größere Flexibili­ tät dieses Bereiches liefert, derart, daß der hintere Abschnitt des Ankers sich unter der Einwirkung der Bewe­ gung des Auflagepunktes, hervorgerufen durch die Defor­ mationskräfte des Endes des Kontaktes, biegt, anstelle eine steife Einfassung zu bilden und zu der zusätzlichen Möglichkeit der Drehung des Ankers um den Rollpunkt zu ermöglichen.

Die elastische Deformationsgrenze kann durch durchvergüte­ tes Kuperberyllium erhöht werden, was mit einem akzeptab­ lem Preis realisierbar ist, wenn der Anker ausgehend von einem schmalen Kupferberylliumband hergestellt wird. Dank dieser Merkmale, wonach die Spannungen über die gesamte Oberfläche des Teils verteilt werden unter Vermeidung von Konzentrationen von Spannungen, die üblicherweise auftre­ ten, ergibt sich ein bemerkenswerter Sicherheitskoeffi­ zient größer als 2 zwischen dem üblichen Verwendungsbe­ reich und der Grenzdeformation des Bereichs, in dem Permanentdeformation stattfindet.

Über eine Ahnlichkeit-Transformation findet die gleiche Geometrie Anwendung bei einem großen Bereich von Kontakt­ abmessungen.

Schließlich wird der Herstellungsprozeß des Ankers verein­ facht, nachdem ein flaches Ausschneiden des Materials (ei­ ne Kupferberylliumlegierung) vom Band oder aus einer Folie heraus erfolgt, worauf eine Querkrümmung auf einem zylin­ derförmigen einfachen Spannwerkzeug erfolgt und eine lon­ gitudinale leichte Krümmung. Schließlich wird das Material des Ankers als Ganzes einer Durchvergütungs-Behandlung unterzogen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeich­ nung näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Steckerbuchse-Anordnung nach dem Stand der Technik,

Fig. 2 eine Seitenansicht eines Ankers nach der Erfin­ dung,

Fig. 3 eine Draufsicht auf den Anker nach Fig. 2 und

die Fig. 4A bis 4E zeigen Querschnitte bzw. Schnitte längs der Linie A-A bis E-E durch den Anker gemäß Fig. 3.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 4 (in denen die gleichen Bezugszeichen verwendet werden wie in Fig. 1, um gleiche Elemente zu bezeichnen), wird die Erfindung im folgenden erläutert. Erfindungsgemäß wird eine Kontakt­ buchse 3, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, mit einem Anker 12, wie in den Fig. 2 bis 4 gezeigt, versehen, der den Anker nach dem Stand der Technik 6 ersetzt, dessen Nachteile oben erläutert wurden. Der Anker 12 hat die Form eines länglichen Metallstreifens, beispielsweise aus Kup­ ferberyllium, dessen vorne gelegener Kontaktbereich 9 und dessen hinten gelegener Fußbereich 7 durch einen Auf­ lagebereich 13 getrennt sind, und der eine gleichförmige Krümmung mit großem Radius und ohne Knicke aufweist, durch den der Anker im Bereich T gegen das äußere Rohr 10 anliegt.

Damit dieser Anker eine hinreichende Steifigkeit ange­ sichts seiner relativ geringen Dicke aufweist, ist der Metallstreifen quer über seine gesamte Länge ausschließ­ lich des Endbereichs 7, der flach bleiben kann, quer ge­ wölbt. Der Krümmungsradius dieser Querwölbung ist über die gesamte Länge des Ankers der gleiche.

Um die Flexibilität in Längsrichtung des Metallstreifens zu erhöhen und um alle Bereiche des Streifens an der Ver­ formung teilhaben zu lassen während das Ende des Kontakts 9 transversal mit einer Kraft beaufschlagt wird (Pfeil 14) ist vorgesehen, den Streifen mit Bereichen verringerter Widerstandskraft zu versehen, die also leichter biegbar sind. Die Verringerung der Widerstandskraft wird hier durch eine Verringerung der Breite des Metallstreifens einerseits an der Stelle 15 zwischen dem Kontaktende 9 und dem Auflagebereich 13 und andererseits an der Stelle 16 zwischen dem Auflagebereich 13 und dem Fußbereich 7 er­ zeugt.

Um eine optimale Qualität des elektrischen Kontaktes mit dem Stift eines entsprechenden Kontaktstiftes zu gewähr­ leisten, ist der Kontaktbereich 9 gegenüber dem Rest des Metallstreifens verbreitert. Schließlich weist der Anker in Draufsicht (Fig. 3) eine Kontour mit variabler Breite auf, die in Kombination mit der transversalen Krümmung mit konstantem Radius in Längsrichtung zu einem Organ führt, das in Längsrichtung eine variable Steifigkeit sowie eine kontrollierte Flexibilität in Längsrichtung aufweist. Der Querschnitt der verschiedenen Bereiche des Ankers sind in den Fig. 4A bis 4E gezeigt. Im einzelnen entspricht der Querschnitt des verbreiterten Kontaktbereichs in Fig. 4A der Linie A-A in Fig. 3. Der erste verschmälerte Quer­ schnitt 15 in Fig. 4B entspricht der Linie DD in Fig. 3, der Auflagebereich 13 in Fig. 4C entspricht der Linie CC in Fig. 3, der zweite verschmälerte Bereich 16 in Fig. 4D entspricht der Linie DD in Fig. 3 und schließlich zeigt die Fig. 4E den flachen Bereich, der der Linie EE in Fig. 3 entspricht.

Während eines Verbindungsvorgangs bewirkt das Einführen des Stiftes 1 eines Kontaktsteckers in die Hülse eine transversale Anhebung (Pfeil 14) des Ankers 9 und der Auflagebereich 13 "rollt" auf dem äußeren Rohr 12 ab, wo­ bei der Andruckpunkt T sich bis zum Punkt T′ (Fig. 2) ver­ schiebt. Gleichzeitig bewirken die beiden Bereiche mit verringerter Widerstandskraft eine Verbiegung des An­ druckbereichs bei T und des Fußbereichs 7 bei gleich­ zeitiger Anhebung des vorderen Bereichs des Ankers. Diese gesteuerte Deformation des Ankers in seinen verschiedenen Bereichen erlaubt zur Erzielung eines guten elektrischen Kontaktes mit dem Stift 1 des Steckers in Andruck des Kontaktbereichs 9 auf den Stift zu verringern und somit den Verschleiß dieser Organe zu reduzieren. Insbesondere erlaubt eine solche Verformung das Metall unterhalb der elastischen Deformationsgrenze zu biegen (z. B. in einem Deformationsbereich, der näherungsweise der Hälfte dieses Grenzwertes entspricht, d. h. mit einem Sicherheitsfaktor 2) und man ist somit sicher, daß das Metall nie im Bereich einer permanenten Deformation verbogen wird.

Außerdem kann ein solcher Anker aus einem Material mit guten elastischen Eigenschaften, wie z. B. durchvergütetem Kupferberyllium bestehen, das durch ein einfacheres Her­ stellungsverfahren hergestellt wurde als dies bei Kontakt­ buchsen der Fall ist, die aus einem Stück bestehen. Hier wird der Anker flach aus einem Materialblech ausgeschnit­ ten, anschließend quer und längs gewölbt und durchvergü­ tet. Als Ausführungsbeispiel wurde ein Anker aus durchver­ gütetem Kupferberyllium hergestellt mit den folgenden Abmessungen:

Länge des Ankers: 8,3 mm
Materialdicke: 0,15 mm
Längskrümmungsradius des Andruckbereichs 13: 12,1 mm
Radius der Querkrümmung: 0,65 mm
Breite der gewölbten Bereiche
bei BB: 0,5 mm
bei CC: 0,8 mm
bei DD: 0,5 mm
Material: Kupferberyllium CuBe2
Andruckkraft auf den Kontaktbereich auf eine zugehörigen Stift: 30 bis 40 g

Es versteht sich von selbst, daß die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern im Rahmen der Ansprüche alle Varianten umfaßt.

Claims (9)

1. Kontaktbuchse für elektrischen Verbinder mit

• - einer steifen rohrförmigen Hülse (4), deren Wandung mit einem Langloch (5) versehen ist,
• - einem Anker (12), der an einem Fußende (7) von der rohrförmigen Hülse so getragen wird, daß der Anker sich in dem Langloch erstreckt, wobei der Anker mit seinem anderen Kontaktende (9) in das Innere der rohrförmigen Hülse elastisch radial verschiebbar angeordnet ist, und
• - einem äußeren Schutzrohr (10), das die Hülse um­ schließt und als Anschlag für den Anker (6) dient,

dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (12)

• - einen Andruckbereich (13) gegen das äußere Rohr auf­ weist, der zwischen dem Fußende (7) und dem Kontakt­ ende (9) angeordnet ist und eine gleichförmige Längs­ krümmung großen Radiusses ohne Knicke aufweist, derart, daß der Andruckbereich (T) des Ankers gegen das äußere Rohr sich in Längsrichtung verschiebt, während das Kontaktende des Ankers radial während der Einführung eines entsprechenden Kontaktstiftes (1) beaufschlagt wird,
• - zwei Bereiche (15, 16) mit verringerter Widerstands­ kraft aufweist, die eine Verbiegung des Ankers bewir­ ken können, und jeweils zwischen dem Fußbereich (7) und dem Andruckbereich (13) und zwischen dem Andruck­ bereich (13) und dem Kontaktbereich (9) angeordnet sind, und in den Kontaktbereichen und in dem Auflage­ bereich eine vorbestimmte Querkrümmung aufweist, derart, daß die Bereiche eine gewünschte Steifigkeit aufweisen.

2. Kontaktbuchse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (12) aus einem Material mit im wesentlichen konstanter Dicke besteht und dadurch, daß die Bereiche verringerter Widerstandskraft (15, 16) Bereiche mit einer verringerten Breite sind, gegenüber der Breite des Kontaktbereichs (9), des Andruckbereichs (13) und des Fußbereichs (7).

3. Kontaktbuchse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Kontaktbereichs (9) größer ist als die Breite des Andruckbereichs (13) und des Fußbereichs (7).

4. Kontaktbuchse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Querkrümmung des Ankers im wesentlichen über die gesamte Länge der Kontakt- und Andruckbereiche konstant ist.

5. Anker (12) für eine Kontaktbuchse eines elektrischen Verbinders, der sich in einem Langloch einer rohr­ förmigen Hülse des Kontaktes erstreckt und gegen ein äußeres Rohr der Hülse andrückt, um in das Innere dieser Hülse eingeführt zu werden, wobei der Anker radial elastisch verschiebbar ist, während ein Stift eines entsprechenden Kontaktsteckers in die Hülse eingeführt wird, gekennzeichnet durch

• - einen mittleren Bereich (13) zum Andruck gegen das äußere Rohr zwischen einem Fußende (17) und einem Kontaktende (9) mit einer gleichförmigen Längskrüm­ mung und ohne Knicke, derart, daß die Andruckstelle (T) des Ankers gegen das Außenrohr sich in Längsrich­ tung verschiebt, während das Kontaktende des Ankers radial mit einer Kraft beaufschlagt wird,
• - zwei Bereiche (15, 16) mit verminderter Widerstands­ kraft vorgesehen sind, die ein Verbiegen des Ankers ermöglichen, und jeweils zwischen dem Fußende (7) und dem Andruckbereich (13) und dem Andruckbereich (13) und dem Kontaktbereich (9) angeordnet sind und dadurch, daß der Anker eine vorbestimmte Querkrümmung in den Kontakt- und Andruckbereichen aufweist, der­ art, daß diese Bereiche eine gewünschte Steifigkeit aufweisen.

6. Anker nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch ein Material im wesentlichen konstanter Dicke und da­ durch, daß die Bereiche verringerter Widerstandskraft (15, 16) Bereiche mit einer Breite sind, die gegenüber der Breite des Kontaktbereichs (9), des Auflagebereichs (13) und des Fußbereichs (7) verringert ist.

7. Anker nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Kontaktbereichs (9) größer als die des Auflagebereichs (13) und des Fußbereichs (7) ist.

8. Anker nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Querkrümmung im wesentlichen über die gesamte Länge der Kontakt- und Andruckbereiche konstant ist.