EP4200940A1 - Gratfrei herstellbares kontaktelement - Google Patents

Gratfrei herstellbares kontaktelement

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Publication number
EP4200940A1
EP4200940A1 EP21772969.8A EP21772969A EP4200940A1 EP 4200940 A1 EP4200940 A1 EP 4200940A1 EP 21772969 A EP21772969 A EP 21772969A EP 4200940 A1 EP4200940 A1 EP 4200940A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
contact element
area
electrical contact
element according
groove
Prior art date
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Pending
Application number
EP21772969.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Timm Meyrose
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harting Electric Stiftung and Co KG
Original Assignee
Harting Electric Stiftung and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harting Electric Stiftung and Co KG filed Critical Harting Electric Stiftung and Co KG
Publication of EP4200940A1 publication Critical patent/EP4200940A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
    • H01R13/02—Contact members
    • H01R13/04—Pins or blades for co-operation with sockets
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C9/00—Alloys based on copper
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    • H01R11/03—Individual connecting elements providing two or more spaced connecting locations for conductive members which are, or may be, thereby interconnected, e.g. end pieces for wires or cables supported by the wire or cable and having means for facilitating electrical connection to some other wire, terminal, or conductive member, blocks of binding posts characterised by the relationship between the connecting locations
    • H01R11/05—Individual connecting elements providing two or more spaced connecting locations for conductive members which are, or may be, thereby interconnected, e.g. end pieces for wires or cables supported by the wire or cable and having means for facilitating electrical connection to some other wire, terminal, or conductive member, blocks of binding posts characterised by the relationship between the connecting locations the connecting locations having different types of direct connections
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    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R43/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining, or repairing of line connectors or current collectors or for joining electric conductors
    • H01R43/16—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining, or repairing of line connectors or current collectors or for joining electric conductors for manufacturing contact members, e.g. by punching and by bending

Definitions

  • the invention is based on an electrical contact element according to the generic type of independent claim 1 .
  • Contact elements are contacted with a suitable mating contact element for the transmission of electrical currents or electrical power.
  • the contact elements are used in connectors, for example, but can also be installed on so-called busbars.
  • Such connectors and mating connectors are used to create an electrical and mechanical connection between two electrical lines or an electrical line and a device, particularly in an industrial environment.
  • WO 2020/043231 A1 shows a connector consisting of a connector housing and at least one electrical contact element, the connector housing and/or the electrical contact element having a lead content of ⁇ 0.1 percent by weight.
  • WO 2020/043231 A1 also discloses a manufacturing method for so-called lead-free contact elements.
  • a rotary indexing machine is used, which has a number of work stations which, in particular, carry out cutting work steps on a workpiece.
  • a material with a lead content of less than or equal to 0.1 percent by weight is referred to as lead-free material.
  • the contact elements mentioned above are made of lead-free material and thus correspond to the prevailing environmental awareness. In the Production of such contact elements are used in particular cutting work steps.
  • Typical machining processes include drilling, milling, turning and sawing.
  • the superfluous material produced during processing is removed in the form of chips. Chips or non-acidic material that is still attached to the workpiece after machining or has not come loose from it are referred to as burrs.
  • German Patent and Trademark Office has researched the following prior art in the priority application for the present application: US 3,980,387 A, DE 10 2013 009 131 A1, US 2008/0107016 A1, DE 10 2016 217 673 A1, US 2010/0072923 A1 and WO 2020/043231 A1.
  • the object of the invention is to propose a contact element which is designed to be environmentally friendly and easy to manufacture.
  • the electrical contact element according to the invention has at least one first area and at least one second area.
  • the two areas border each other.
  • the first area is preferably designed to be essentially cylindrical, whereas the second area is preferably designed to be essentially cuboid.
  • the essentially cuboid shape of the second area means in particular that the second area can still have a partially cylindrical shape, with two flat, opposite side faces being milled or incorporated into the original cylinder.
  • the two remaining side surfaces continue to correspond to the partial lateral surface of the original cylinder and are also referred to below as curved surfaces.
  • the first area of the contact element preferably includes the plug-in area and is then provided for electrical contacting with a counter-contact element.
  • the second area of the contact element preferably includes the connection area and is then provided for making electrical contact with an electrical conductor or for making electrical contact with a busbar.
  • the first area and the second area are separated from one another by an at least partially circumferential groove.
  • the groove at least partially borders the abutting surface between the two areas. Without the groove, downstream work steps such as brushing, blasting or vibratory finishing would have to be carried out on the workpiece, which would increase the overall production effort and thus make the product more expensive.
  • the contact element can also have more than two areas and correspondingly more grooves according to the invention.
  • a first area can be separated from a second area by an at least partially circumferential groove.
  • a third area can, for example, be adjacent to the second area and separated from it by a groove according to the invention. If the second area has an essentially cuboid configuration, the third area is correspondingly again configured in the shape of a cylinder.
  • two adjacent areas have a correspondingly different geometric configuration and are separated from one another by a groove according to the invention.
  • the contact element consists of a material with a low lead content (less than or equal to 0.1 percent by weight).
  • the contact element (1) consists of a copper-zinc alloy (CuZn) with a zinc content of 35 percent by weight to 42 percent by weight or a copper-tin alloy (CuSn) with a tin content of 4 percent by weight to 8 percent by weight or a copper-nickel alloy (CuNi) with a nickel content of 0.5% to 30% by weight or a copper-nickel-zinc alloy (CuNiZn) with a nickel content of 10% to 20% by weight and with a zinc content of 20% to 30% by weight or copper or a low-alloy copper with additional components up to 3 percent by weight.
  • CuZn copper-zinc alloy
  • CuSn copper-tin alloy
  • CuNi copper-nickel alloy
  • CuNiZn copper-nickel-zinc alloy
  • the groove according to the invention effectively prevents the formation of burrs, which occurs in the production of the contact element in the boundary area between the first and second area.
  • the groove can be provided in parallel with a work step of a work station, i.e. at the same time as other work steps, and this does not cause any significant additional work or additional costs.
  • the first area and the second area are separated from one another by a completely circumferential groove.
  • the groove also visually separates these areas.
  • a full circumferential flute is not necessary to suppress chip formation.
  • the groove would only have to run in the areas where bones occur. This is particularly the case when a component has faces that meet at an acute angle.
  • a circumferential groove has advantages in terms of manufacturing technology, since the component is rotationally symmetrical and a circumferential groove can be realized more easily than a partially circumferential groove without removing the machining tool.
  • the circumferential groove has a V-shaped cross section.
  • the legs of the V-shaped cross-section can be of equal or unequal design.
  • Such a groove can easily be realized with a simple tool and a correspondingly simple work step.
  • the legs of the V-shaped cross section enclose an angle of between 25° and 120°, but preferably an angle of between 60° and 90°. It has been shown that with these angular positions, no burrs are formed on the workpiece or contact element.
  • the groove can have a cup-shaped cross section. Cup-shaped here means that the legs of the cross section are curved at least in one area. This curvature is preferably realized in the upper or outer area of the groove. In this way, in particular in the case of deeper grooves, burr formation on the workpiece as a whole and in particular also along the groove can be prevented.
  • the cross section of the groove has two geometrically different legs, one leg being straight, analogous to the V-shape, and the other leg being curved, analogous to the cup shape. Depending on the groove depth, this geometry can effectively prevent burr formation.
  • the depth of the groove preferably corresponds to a maximum of 25% of the outer diameter of the first region of the contact element. It has been shown that such a groove depth prevents the formation of burrs and does not significantly affect the electrical properties of contact elements for industrial connectors, also known as heavy-duty connectors.
  • a groove depth of at most 10% of the outer diameter of the first region of the contact element should preferably be selected. This also prevents the formation of burrs and the electrical properties of the contact elements, such as the current-carrying capacity, are not affected.
  • the absolute depth of the groove is advantageously between 0.01 mm and a maximum of 10 mm, with the edge regions also being included in the depth interval.
  • a very shallow groove has advantages when the contact element to improve the conductive properties and in particular Current-carrying capacity is then coated with a precious metal or a precious metal alloy.
  • the contact element according to the invention is preferably a so-called pin contact element.
  • the first area tapers at least in areas conically towards the end of the contact element. This means that the diameter of the contact element tapers towards the end as seen in the insertion direction.
  • a mating contact element usually a socket contact, can be easily contacted.
  • the first and the second area preferably have a boundary area in which the two areas converge. From a purely visual point of view, the two areas collide in the border area.
  • the first area has a diameter that corresponds to an edge length of the second area. Colloquially, one would say that both areas in the border area are equally “strong” or “thick” in at least one level, although these terms are not geometrically precise for a cuboid shape.
  • the transition between the two areas is homogeneous and, apart from the groove according to the invention, has no cracks, which is advantageous for the current-carrying capacity of the contact element.
  • the groove according to the invention or the grooves according to the invention are so-called outer grooves.
  • the grooves have been worked into the outer shell of the contact element.
  • the groove is made in a solid material by a machining step, it is also referred to as a chip flute.
  • a chip groove differs from grooves that are provided, for example, by stamping technology, for example in a contact element that was produced in a stamping and bending process. Such grooves can easily be introduced in the manufacturing process. However, the influence of the slots on the current-carrying capacity must be taken into account.
  • the current-carrying capacity of a contact element is known to be strongly influenced by its surface, in particular the surface geometry.
  • a workpiece of suitable length is first cut from a coil of wire.
  • an at least partially circumferential groove is provided on the workpiece, which separates a first area KB and a second area AB from one another.
  • the first area for making contact with a mating contact element and the second area for making electrical contact with a conductor or a busbar are formed.
  • a rod is made to rotate and the workpiece is brought into the shape according to the invention.
  • Several contact elements according to the invention can be manufactured from a single bar.
  • the workpiece is made of a copper-zinc alloy, the lead content of this alloy being less than or equal to 0.1 percent by weight.
  • a pure silver, a silver alloy, a pure gold or a gold alloy coating is preferably deposited on its surface in a galvanic process.
  • Fig. 2 is a perspective detail of an inventive
  • FIG. 3 shows a perspective view of a contact element according to the invention
  • FIG. 4 different cross sections of a groove according to the invention.
  • FIG. 5 shows a technical drawing of an alternative contact element according to the invention.
  • Figures 1 and 2 show a perspective section of a contact element 1, T.
  • the contact element 1, T consists of a first area KB, which is intended for electrical contact with a counter-contact element and a second area AB, which is intended for electrical contact with an electrical conductor or an electric busbar is provided. Both areas AB, KB can only be seen in full in FIG.
  • the focus of Figures 1 and 2 is directed to the part of the contact element 1, T, in which the two areas AB, KB collisions. This area is also referred to below as the limit area.
  • the first area KB is of essentially cylindrical design, with the first area tapering conically on the plug-in side, ie towards the contact tip.
  • the second area AB is essentially cuboid educated.
  • the diameter D of the first area KB changes from the boundary area to the contact tip.
  • the diameter D of the first area KB does not decrease continuously.
  • the diameter D alternates at least once in this area, which means that a previous diameter D2 is smaller than a subsequent diameter D3.
  • the second section AB was formed from a cylinder, in which two flat side surfaces 3a were introduced. The remaining curved side surfaces 3b continue to correspond to the partial lateral surface of the original cylinder. As a result, the second region AB is configured essentially cuboid. It has two opposite flat side faces 3a and two opposite curved side faces 3b. The curvature of the curved side surfaces corresponds to the curvature of the cylindrical first area KB.
  • an at least partially circumferential groove 2 is provided in the border area, ie between the first area KB and the second area AB.
  • the groove 2 only runs on one side.
  • one-sided means that there is a bevel 4 in the first area KB.
  • This bevel 4 has the same geometry or design as the associated leg cross section of the groove 2.
  • the groove 2 continues to run homogeneously in the area of the bevel 4, so that one can also speak of a completely circumferential groove 2, 4.
  • the bevel 4 is a remnant of the full circumferential groove provided on the workpiece before the flat side surfaces 3a were formed. It can be seen in FIG.
  • the contact element 1 has a through opening 5 in the second area AB.
  • the contact element 1 can be conductively attached to a busbar (not shown).
  • a screw attachment or a crimp connection for an electrical conductor could also be provided in the second area.
  • FIG. 4 Three different cross sections of a groove 2, 2', 2" according to the invention can be seen in FIG.
  • the groove 2 has a V-shaped cross-section, with the legs of the V-shape being of isosceles design and enclosing an angle of 90°.
  • the groove 2' also has a V-shape, with the legs of the V-shape having unequal sides.
  • the legs enclose an angle of 90°.
  • the groove 2'' has a cup-shaped cross-section, with the legs being curved and symmetrical.
  • the legs of the groove cross sections shown in FIG. 4 can be permuted with one another as desired. In any case, the idea of the invention would continue to be fulfilled. All types of grooves in this regard would, as desired, prevent the formation of burrs on the contact element 1 .
  • FIG. 5 shows an alternative design of a contact element 1′′ according to the invention.
  • the contact element 1′′ is designed as a socket contact. Therefore, in the first area KB, in the so-called contact area, individual axially protruding lamellae 6 are formed, which enclose a pin contact in its contact area.
  • a circumferential groove 2 is provided between the first area KB and the second area AB in order to prevent burrs from forming at this point during manufacture.
  • the first area KB of the contact element 1′′ is designed essentially in the shape of a cylinder, with the lamellae 6 forming a cylinder jacket which is separated between the lamellae 6 only by an axially running slot.
  • the second region AB can have the shape of a double cylinder (two cylinders placed one on top of the other).
  • an element of the connection area of the contact element can be designed as a cuboid and the element connected to it as a cylinder. It would then be useful from a manufacturing point of view to further subdivide the connection area into a second area AB and a third area ZB, as is shown by dashed lines in FIG. 5 by way of example. A circumferential groove 2' would then be provided between the second area AB and the third area ZB. In this case, a contact element 1′′ would have two grooves 2, 2′, which could be completely or partially circumferential.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Kontaktelement (1) welches insbesondere einen Bleianteil kleinergleich 0,1 Gewichtsprozent aufweist. Das Kontaktelement (1) weist zumindest einen ersten Bereich (KB) und zumindest einen daran angrenzenden zweiten Bereich (AB) auf, wobei zwischen dem ersten Bereich (KB) und dem zweiten Bereich (AB) eine zumindest teilweise umlaufende Nut (2) vorgesehen ist. Dadurch kann das Kontaktelement gratfrei hergestellt werden.

Description

Gratfrei herstellbares Kontaktelement
Beschreibung
Die Erfindung geht aus von einem elektrischen Kontaktelement nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs 1 .
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 so genannten 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
Die WO 2020/043231 A1 zeigt einen Steckverbinder, bestehend aus einem Steckverbindergehäuse und zumindest einem elektrischen Kontaktelement, wobei das Steckverbindergehäuse und/oder das elektrische Kontaktelement einen Bleianteil < 0,1 Gewichtsprozent aufwe i st/aufwe i se n .
Die WO 2020/043231 A1 offenbart ebenfalls ein Herstellungsverfahren für so genannte bleifreie Kontaktelemente. Hierfür wird eine Rundtaktmaschine verwendet, die mehrere Arbeitsstationen aufweist, die insbesondere spanende Arbeitsschritte an einem Werkstück vollziehen. Als bleifreies Material wird im Folgenden ein Material mit einem Bleianteil kleinergleich 0,1 Gewichtsprozent bezeichnet.
Die oben erwähnten Kontaktelemente bestehen aus bleifreiem Material und entsprechen damit dem vorherrschenden Umweltbewusstsein. Bei der Herstellung derartiger Kontaktelemente werden insbesondere spanende Arbeitsschritte angewendet.
Zu den typischen Verfahren des Zerspanens gehören Bohren, Fräsen, Drehen und Sägen. Das bei der Bearbeitung entstehende überflüssige Material wird in Form von Spanen abgetragen. Späne bzw. nicht sauer abgetragenes Material, welches nach dem Bearbeiten noch am Werkstück anhalftet bzw. sich nicht von diesem gelöst hat, werden als Grat bezeichnet.
Es hat sich gezeigt, dass die Gratbildung bei den bleifreien Materialien hoch ist und die Werkstücke, im Gegensatz zu Werkstücken aus bleihaltigem Material, einen weiteren Entgratungsarbeitsschritt durchlaufen müssen, bevor diese eingesetzt werden können.
Das Deutsche Patent- und Markenamt hat in der Prioritätsanmeldung zu vorliegender Anmeldung den folgenden Stand der Technik recherchiert: US 3,980,387 A, DE 10 2013 009 131 A1 , US 2008/0107016 A1 , DE 10 2016 217 673 A1 , US 2010/0072923 A1 und WO 2020/043231 A1 .
Aufgabenstellung
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin ein Kontaktelement vorzuschlagen, welches umweltgerecht ausgestaltet und einfach zu fertigen ist.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung angegeben. Das erfindungsgemäße elektrische Kontaktelement weist zumindest einen ersten Bereich und zumindest einen zweiten Bereich auf. Die beiden Bereiche grenzen aneinander. Man könnte auch sagen, dass beide Bereiche aneinanderstoßen, obwohl es sich hier vorzugsweise um ein einstückiges Bauteil handelt.
Der erste Bereich ist vorzugsweise im Wesentlichen zylinderförmigen ausgestaltet, wohingegen der zweite Bereich vorzugsweise im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet ist.
Mit der Wesentlichen Quaderform des zweiten Bereichs ist insbesondere gemeint, dass der zweite Bereich eine noch teilweise Zylinderform aufweisen kann, wobei an dem ursprünglichen Zylinder zwei flache, gegenüberliegende Seitenflächen eingefräst bzw. eingearbeitet wurden. Die zwei verbleibenden Seitenflächen entsprechen weiterhin der Teilmantelfläche des ursprünglichen Zylinders und werden im Folgenden auch als gebogene Flächen bezeichnet.
Der erste Bereich des Kontaktelements umfasst vorzugsweise den Steckbereich und ist dann zur elektrischen Kontaktierung mit einem Gegenkontaktelement vorgesehen. Der zweite Bereich des Kontaktelements umfasst vorzugsweise den Anschlussbereich und ist dann zur elektrischen Kontaktierung eines elektrischen Leiters oder zur elektrischen Kontaktierung mit einer Stromschiene vorgesehen.
Erfindungsgemäß sind der erste Bereich und der zweite Bereich durch eine zumindest teilweise umlaufende Nut voneinander getrennt. Die Nut umrandet die Stoßfläche zwischen den beiden Bereichen zumindest teilweise. Ohne die Nut müssten nachgelagerte Arbeitsschritte wie Bürsten, Strahlen oder Gleitschleifen am Werkstück vollzogen werden, die den Fertigungsaufwand insgesamt erhöhen und das Produkt damit verteuern würden. Das Kontaktelement kann auch mehr als zwei Bereiche und entsprechend mehrere erfindungsgemäße Nuten aufweisen. Es können ein erster Bereich von einem zweiten Bereich durch eine zumindest teilweise umlaufende Nut voneinander getrennt sein. Ein dritter Bereich kann beispielsweise mit dem zweiten Bereich benachbart und durch eine erfindungsgemäße Nut davon getrennt sein. Hat der zweite Bereich eine im Wesentlichen quaderförmige Ausgestaltung, ist der dritte Bereich entsprechend wieder zylinderförmig ausgestaltet. Zwei benachbarte Bereiche haben bei der vorliegenden Erfindung eine entsprechend unterschiedliche Geometrische Ausgestaltung und werden durch eine erfindungsgemäße Nut voneinander getrennt.
Das Kontaktelement besteht aus einem Material mit einem geringen Bleigehalt (kleinergleich 0,1 Gewichtsprozent). Vorteilhafterweise besteht das Kontaktelement (1 ) aus einer Kupfer-Zink-Legierung (CuZn) mit einem Zinkanteil von 35 Gewichtsprozent bis 42 Gewichtsprozent oder einer Kupfer-Zinn-Legierung (CuSn) mit einem Zinnanteil von 4 Gewichtsprozent bis 8 Gewichtsprozent oder einer Kupfer-Nickel-Legierung (CuNi) mit einem Nickelanteil von 0,5 Gewichtsprozent bis 30 Gewichtsprozent oder einer Kupfer-Nickel-Zink-Legierung (CuNiZn) mit einem Nickelanteil von 10 Gewichtsprozent bis 20 Gewichtsprozent und mit einem Zinkanteil von 20 Gewichtsprozent bis 30 Gewichtsprozent oder Kupfer oder ein niedriglegiertes Kupfer mit Zusatzbestandteilen bis zu 3 Gewichtsprozent.
Aus diesen Materialien können Kontaktelemente mit den gewünschten mechanischen und elektrischen Eigenschaften hergestellt werden. Bei diesen Materialien ist das Spanverhalten für die Herstellung von Kontaktelementen nicht optimal. Häufig entstehen Gräte, die in zusätzlichen Arbeitsschritten entfernt werden müssen.
Durch die erfindungsgemäße Nut wird eine Gratbildung, die bei der Herstellung des Kontaktelements im Grenzbereich zwischen erstem und zweitem Bereich entsteht, wirkungsvoll verhindert. Die Nut kann im Herstellungsverfahren des Kontaktelements bei einem Arbeitsschritt einer Arbeitsstation parallel, d.h. zeitgleich mit anderen Arbeitsschritten, vorgesehen werden und verursacht dadurch keinen signifikanten Mehraufwand bzw. keine Mehrkosten.
Vorteilhafterweise sind der erste Bereich und der zweite Bereich durch eine vollständig umlaufende Nut voneinander getrennt. Die Nut trennt diese Bereiche auch optisch. Eine vollständig umlaufende Nut ist nicht notwendig, um die Spanbildung zu unterdrücken. Die Nut müsste nur in den Bereichen verlaufen, bei denen Gräte entstehen. Dies ist insbesondere der Fall, wenn ein Bauteil Flächen aufweist, die in einem spitzen Winkel aufeinanderstoßen. Fertigungstechnisch hat eine umlaufende Nut jedoch Vorteile, da das Bauteil rotationssymmetrisch ist und eine umlaufende Nut, ohne Absetzen des Bearbeitungswerkzeugs, einfacher realisiert werden kann als eine teilweise umlaufende Nut.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat die umlaufende Nut einen V-förmigen Querschnitt. Dabei können die Schenkel des V- förmigen Querschnitts gleichschenkelig oder ungleichschenkelig ausgebildet sein. Eine derartige Nut kann mit einem einfachen Werkzeug und einem entsprechend einfachen Arbeitsschritt leicht realisiert werden.
Vorteilhafterweise schließen die Schenkel des V-förmigen Querschnitts einen Winkel zwischen 25° und 120°, vorzugsweise jedoch einen Winkel zwischen 60° und 90°, ein. Es hat sich gezeigt, dass bei diesen Winkelstellungen kein Grat am Werkstück bzw. Kontaktelement entsteht. Alternativ kann die Nut einen kelchförmigen Querschnitt aufweisen. Mit kelchförmig ist hier gemeint, dass die Schenkel des Querschnitts zumindest in einem Bereich gekrümmt ausgebildet sind. Bevorzugt wird diese Krümmung im oberen bzw. äußeren Bereich der Nut realisiert. Hierdurch kann insbesondere bei tieferen Nuten eine Gratbildung am Werkstück insgesamt und insbesondere auch entlang der Nut verhindert werden.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform der Erfindung weist der Querschnitt der Nut zwei geometrisch unterschiedliche Schenkel auf, wobei ein Schenkel gerade, analog der V-Form, und der andere Schenkel gekrümmt, analog der Kelchform, ausgebildet sein kann. Je nach Nuttiefe kann diese Geometrie eine Gratbildung wirkungsvoll verhindern.
Vorzugsweise hat die Nut eine Tiefe, die maximal 25% des Außendurchmessers des ersten Bereichs des Kontaktelements entspricht. Es hat sich gezeigt, dass eine derartige Nuttiefe die Gratbildung verhindert und die elektrischen Eigenschaften von Kontaktelementen für Industriesteckverbinder, auch schwere Steckverbinder genannt, nicht wesentlich beeinflusst.
Bevorzugt ist jedoch eine Nuttiefe von maximal 10% des Außendurchmessers des ersten Bereichs des Kontaktelements zu wählen. Hierdurch wird die Gratbildung ebenfalls verhindert und die elektrischen Eigenschaften der Kontaktelemente, wie beispielsweise die Stromtragfähigkeit, werden nicht beeinflusst. Vorteilhafterweise liegt die absolute Tiefe der Nut zwischen 0,01 mm bis maximal 10mm, wobei die Randbereiche im Tiefenintervall mit enthalten sind.
Eine lediglich sehr flache Nut hat Vorteile, wenn das Kontaktelement, zur Verbesserung der Leiteigenschaften und insbesondere der Stromtragfähigkeit anschließend mit einem Edelmetall oder einer Edelmetalllegierung beschichtet wird.
Beim erfindungsgemäßen Kontaktelement handelt sich vorzugsweise um ein so genanntes Stiftkontaktelement. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung läuft der erste Bereich zum Ende des Kontaktelements hin zumindest bereichsweise konisch zu. Das bedeutet, dass sich das Kontaktelement in Steckrichtung gesehen zum Ende hin in seinem Durchmesser verjüngt. Hierdurch kann ein Gegenkontaktelement, in der Regel ein Buchsenkontakt, einfach kontaktiert werden.
Vorzugsweise weisen der erste und der zweite Bereich einen Grenzbereich auf, in welchem die beiden Bereiche zusammenlaufen. Rein optisch stoßen die beiden Bereiche in dem Grenzbereich zusammen. Hier weist der erste Bereich einen Durchmesser auf, der einer Kantenlänge des zweiten Bereichs entspricht. Umgangssprachlich würde man sagen, dass beide Bereiche im Grenzbereich in zumindest einer Ebene gleich „stark“ bzw. „dick“ ausgebildet sind, obwohl diese Begriffe für eine Quaderform geometrisch nicht präzise sind. Der Übergang zwischen den beiden Bereichen ist homogen und weist, bis auf die erfindungsgemäße Nut, keine Sprünge auf, was für die Stromtragfähigkeit des Kontaktelements von Vorteil ist.
Vorteilhafterweise handelt es sich bei der erfindungsgemäßen Nut bzw. den erfindungsgemäßen Nuten jeweils um so genannte Außennuten. Die Nuten sind in den Außenmantel des Kontaktelements eingearbeitet worden.
Da die Nut durch einen spanenden Arbeitsschritt in ein Vollmaterial eingebracht wird, spricht man auch von einer Spannut. Eine solche Spannut unterscheidet sich von Nuten, die beispielsweise durch Stanztechnik, beispielsweise, beim einem Kontaktelemente, welches in einem Stanzbiegeverfahren hergestellt wurde, vorgesehen sind. Derartige Nuten können im Fertigungsprozess leicht eingebracht werden. Allerdings muss der Einfluss der Nuten auf die Stromtragfähigkeit beachtet werden. Die Stromtragfähigkeit eines Kontaktelements wird bekanntermaßen stark von dessen Oberfläche, insbesondere der Oberflächengeometrie, beeinflusst.
Bei der Herstellung eines erfindungsgemäßen Kontaktelements wird zunächst ein Werkstück passender Länge von einer Drahtrolle abgelängt.
Anschließend wird eine am Werkstück eine zumindest teilweise umlaufende Nut vorgesehen, die einen ersten Bereich KB und einen zweiten Bereich AB voneinander trennt.
Parallel dazu oder später werden der erste Bereich zur Kontaktierung mit einem Gegenkontaktelement und der zweite Bereich zur elektrischen Kontaktierung eines Leiters oder einer Stromschiene ausgebildet.
Alternativ wird eine Stange in Rotation gebracht und das Werkstück in die erfindungsgemäße Form gebracht. Aus einer einzelnen Stange können mehrere erfindungsgemäße Kontaktelemente gefertigt werden.
Das Werkstück ist aus einer Kupfer-Zink-Legierung gefertigt, wobei der Bleianteil dieser Legierung kleinergleich 0,1 Gewichtsprozent ist.
Nach geometrischer Fertigstellung des Kontaktelements wird vorzugsweise auf dessen Oberfläche in einem galvanischen Verfahren eine reine Silber-, eine Silberlegierungs-, eine reine Gold- oder eine Goldlegierungsbeschichtung abgeschieden. Ausführungsbeispiel
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivischer Ausschnitt eines Kontaktelements,
Fig. 2 eine perspektivischer Ausschnitt eines erfindungsgemäßen
Kontaktelements,
Fig. 3 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kontaktelements,
Fig. 4 verschiedene Querschnitte einer erfindungsgemäßen Nut und
Fig. 5 eine technische Zeichnung eines alternativen 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.
Die Figur 1 und 2 zeigt einen perspektivischen Ausschnitt eines Kontaktelements 1 , T. Das Kontaktelement 1 , T besteht aus einem ersten Bereich KB, der zur elektrischen Kontaktierung mit einem Gegenkontaktelement vorgesehen ist und einem zweiten Bereich AB, der zur elektrischen Kontaktierung eines elektrischen Leiters oder einer elektrischen Stromschiene vorgesehen ist. Beide Bereiche AB, KB sind nur in Figur 3 vollständig zu sehen. Der Fokus der Figuren 1 und 2 ist auf den Teil des Kontaktelements 1 , T gerichtet, in welchen die beiden Bereiche AB, KB Zusammenstößen. Dieser Bereich wird im Folgenden auch als Grenzbereich bezeichnet.
Der erste Bereich KB ist im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet, wobei sich der erste Bereich steckseitig, also zur Kontaktspitze hin, konisch verjüngt. Der zweite Bereich AB ist im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet. Der Durchmesser D1 des ersten Bereichs entspricht im Grenzbereich einer Kantenlänge K1 des zweiten Bereichs (K1 =D1 ). Vom Grenzbereich bis zur Kontaktspitze verändert sich der Durchmesser D des ersten Bereichs KB. Der Durchmesser D des ersten Bereich KB nimmt nicht kontinuierlich ab. Mindestens einmal alterniert der Durchmesser D in diesem Bereich, das heißt, dass ein vorheriger Durchmesser D2 kleiner ist als ein nachfolgender Durchmesser D3.
Der zweite Bereich AB wurde aus einem Zylinder geformt, bei welchen zwei flache Seitenflächen 3a eingebracht wurden. Die verbleibenden, gebogenen Seitenflächen 3b entsprechen weiterhin der Teilmantelfläche des ursprünglichen Zylinders. Der zweite Bereich AB ist dadurch im Wesentlichen quaderförmig ausgestaltet. Er weist zwei gegenüberliegende flache Seitenflächen 3a und zwei gegenüberliegende gekrümmte bzw. gebogene Seitenflächen 3b auf. Die Krümmung der gebogenen Seitenflächen entspricht der Krümmung des zylinderförmigen ersten Bereichs KB.
In Figur 2 ist zu erkennen, dass im Grenzbereich, also zwischen dem ersten Bereich KB und dem zweiten Bereich AB eine zumindest teilweise umlaufende Nut 2 vorgesehen ist. Da wo der zweite Bereich AB jeweils seine flachen Seitenflächen 3a aufweist, verläuft die Nut 2 nur einseitig. Einseitig bedeutet in diesem Fall, dass eine Schräge 4 am ersten Bereich KB vorhanden ist. Diese Schräge 4 hat dieselbe Geometrie bzw. Ausgestaltung wie der dazugehörige Schenkelquerschnitt der Nut 2. Die Nut 2 verläuft im Bereich der Schräge 4 sozusagen homogen weiter, so dass man auch von einer vollständig umlaufenden Nut 2, 4 sprechen kann. Die Schräge 4 ist ein Überbleibsel der vollständig umlaufenden Nut, die am Werkstück vorgesehen wurde, bevor die flachen Seitenflächen 3a gebildet wurden. In Figur 3 ist zu erkennen, dass das Kontaktelement 1 im zweiten Bereich AB eine Durchgangsöffnung 5 aufweist. Hierüber kann das Kontaktelement 1 leitend auf eine Stromschiene (nicht gezeigt) befestigt werden. Alternativ könnte man im zweiten Bereich jedoch auch eine Schraubbefestigung oder einen Crimpanschluss für einen elektrischen Leiter vorsehen.
In Figur 4 sind drei verschiedene Querschnitte einer erfindungsgemäßen Nut 2, 2‘, 2“ zu sehen. Im ersten Beispiel (Fig. 4, links) hat die Nut 2 einen V-förmigen Querschnitt, wobei die Schenkel der V-Form gleichschenkelig ausgebildet sind und einen 90° Winkel einschließen.
Im zweiten Beispiel (Fig. 4, mittig) hat die Nut 2‘ ebenfalls eine V-Form, wobei die Schenkel der V-Form ungleichschenkelig ausgebildet sind. Auch hier schließen die Schenkel einen Winkel von 90° ein.
Im dritten Beispiel (Fig. 4, rechts) hat die Nut 2“ einen kelchförmigen Querschnitt, wobei die Schenkel gekrümmt und symmetrisch ausgebildet sind.
Die Schenkel der in Figur 4 gezeigten Nutenquerschnitte können beliebig miteinander permutiert werden. In jedem Fall wäre der Erfindungsgedanke weiterhin erfüllt. Alle diesbezüglichen Nutenarten würden, wie gewünscht, eine Gratbildung am Kontaktelement 1 verhindern.
In Figur 5 ist eine alternative Bauform eines erfindungsgemäßen Kontaktelements 1 “ gezeigt. Das Kontaktelement 1 “ ist als Buchsenkontakt ausgestaltet. Daher sind im ersten Bereich KB, im so genannten Kontaktebereich, einzelne axial abstehende Lamellen 6 angeformt, die einen Stiftkontakt in dessen Kontaktbereich umgreifen. Zwischen dem ersten Bereich KB und dem zweiten Bereich AB ist eine umlaufende Nut 2 vorgesehen, um die Gratbildung während der Herstellung an dieser Stelle zu verhindern. Der erste Bereich KB des Kontaktelements 1“ ist im Wesentlichen zylinderförmig ausgestaltet, wobei die Lamellen 6 einen Zylindermantel bilden, der zwischen den Lamellen 6 lediglich durch einen axial verlaufenden Schlitz aufgetrennt ist.
Der zweite Bereich AB kann die Form eines Doppelzylinders (zwei aufeinander gesetzte Zylinder) haben.
Alternativ kann ein Element des Anschlussbereichs des Kontaktelements als Quader und das damit verbundene Element als Zylinder ausgeführt sein. Dann wäre es herstellungstechnisch sinnvoll den Anschlussbereich weiter zu unterteilen, in einen zweiten Bereich AB und einen dritten Bereich ZB, wie es beispielhaft in Figur 5 mit gestrichelten Linien eingezeichnet ist. Zwischen dem zweiten Bereich AB und dem dritten Bereich ZB wäre dann eine umlaufende Nut 2‘ vorgesehen. Ein Kontaktelement 1“ hätte in diesem Fall zwei Nuten 2, 2‘, die vollständig oder teilweise umlaufend ausgebildet sein können.
Auch wenn in den Figuren verschiedene Aspekte oder Merkmale der Erfindung jeweils in Kombination gezeigt sind, ist für den Fachmann - soweit nicht anders angegeben - ersichtlich, dass die dargestellten und diskutierten Kombinationen nicht die einzig möglichen sind. Insbesondere können einander entsprechende Einheiten oder Merkmalskomplexe aus unterschiedlichen Ausführungsbeispielen miteinander ausgetauscht werden. Gratfrei herstellbares Kontaktelement
Bezugszeichenliste Kontaktelement
KB: erster Bereich
AB: zweiter Bereich
ZB: dritter Bereich
D: Durchmesser Nut a: Flache Seitenfläche des zweiten Bereichs AB b: abgerundete Seitenfläche des zweiten Bereichs AB Schräge der Nut 2 Durchgangsöffnung Lamelle

Claims

Gratfrei herstellbares Kontaktelement
Ansprüche Elektrisches Kontaktelement (1 ), wobei das Kontaktelement (1 ) zumindest einen ersten Bereich (KB) und zumindest einen daran angrenzenden zweiten Bereich (AB) aufweist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Bereich (KB) und dem zweiten Bereich (AB) eine zumindest teilweise umlaufende Nut (2) vorgesehen ist. Elektrisches Kontaktelement (1 ) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich (KB) im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet ist und dass der zweite Bereich (AB) im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet ist. Elektrisches Kontaktelement (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Bereich (KB) und dem zweiten Bereich (AB) eine vollständig umlaufende Nut (2, 4) vorgesehen ist. Elektrisches Kontaktelement nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die umlaufende Nut (2) einen V-förmigen Querschnitt hat. Elektrisches Kontaktelement nach vorstehendem Anspruch dadurch gekennzeichnet, die Schenkel des Querschnitts gleichschenkelig oder ungleichschenkelig ausgebildet sind. Elektrisches Kontaktelement nach einem der beiden vorstehenden
Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Schenkel des V-förmigen Querschnitts einen Winkel zwischen 25° und 120°, vorzugsweise einen Winkel zwischen 60° und 90°, einschließen. Elektrisches Kontaktelement nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Nut einen kelchförmigen Querschnitt aufweist. Elektrisches Kontaktelement nach einem der vorstehenden
Ansprüche 1 bis 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Nut zwei Schenkel aufweist, wobei ein Schenkel gerade oder der andere Schenkel gekrümmt ausgebildet ist. Elektrisches Kontaktelement nach einem der vorstehenden
Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich zur elektrischen Kontaktierung mit einem Gegenkontaktelement vorgesehen ist und dass der zweite Bereich zur elektrischen Kontaktierung eines elektrischen Leiters oder einer elektrischen Stromschiene vorgesehen ist. Elektrisches Kontaktelement nach einem der vorstehenden
Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Nut eine Tiefe aufweist, die maximal 25%, vorzugsweise maximal 10%, des Außendurchmessers des ersten Bereichs des Kontaktelements entspricht. - 16 - Elektrisches Kontaktelement nach einem der vorstehenden
Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Nut eine Tiefe von 0,01 mm bis 10mm aufweist. Elektrisches Kontaktelement nach einem der vorstehenden
Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich zum Ende des Kontaktelements hin zumindest bereichsweise konisch zuläuft. Elektrisches Kontaktelement nach einem der vorstehenden
Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Bereich einen Grenzbereich aufweisen, in welchem die beiden Bereiche zusammenlaufen und dass in diesem Grenzbereich der erste Bereich einen Durchmesser (D1 ) aufweist, der einer Kantenlänge des zweiten Bereichs entspricht. Elektrisches Kontaktelement nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Kontaktelement einstückig ausgebildet ist. Elektrisches Kontaktelement nach einem der vorstehenden
Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Kontaktelement einen Bleianteil kleinergleich 0,1 Gewichtsprozent aufweist. Elektrisches Kontaktelement nach einem der vorstehenden
Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (1) aus einer Kupfer-Zink-Legierung (CuZn) mit einem Zinkanteil von 35 Gewichtsprozent bis 42 Gewichtsprozent oder - 17 - einer Kupfer-Zinn-Legierung (CuSn) mit einem Zinnanteil von 4 Gewichtsprozent bis 8 Gewichtsprozent oder einer Kupfer-Nickel-Legierung (CuNi) mit einem Nickelanteil von 0,5 Gewichtsprozent bis 30 Gewichtsprozent oder einer Kupfer-Nickel-Zink-Legierung (CuNiZn) mit einem Nickelanteil von 10 Gewichtsprozent bis 20 Gewichtsprozent und mit einem Zinkanteil von 20 Gewichtsprozent bis 30 Gewichtsprozent oder
Kupfer oder ein niedriglegiertes Kupfer mit Zusatzbestandteilen bis zu 3 Gewichtsprozent besteht. Elektrisches Kontaktelement nach einem der vorstehenden
Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (1“) in drei Bereiche, einen ersten Bereich (KB), einen zweiten Bereich (AB) und einen dritten Bereich (ZB) unterteilt ist und dass zwischen den Bereichen (KB, AB, ZB) jeweils eine Nut (2, 2‘) vorgesehen ist. Elektrisches Kontaktelement nach einem der vorstehenden
Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Nut (2) oder bei den Nuten (2, 2‘) jeweils um eine Außennut handelt. Elektrisches Kontaktelement nach einem der vorstehenden
Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Nut (2) oder bei den Nuten (2, 2‘) jeweils um eine Spannut handelt, die in einem spanenden Arbeitsschritt in ein Vollmaterial eingebracht wird.
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