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