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Dokumentenidentifikation EP1199735 30.12.2004
EP-Veröffentlichungsnummer 0001199735
Titel Verfahren zum Herstellen eines veredelt beschichteten Kontaktfingers
Anmelder ABB Schweiz AG, Baden, CH
Erfinder Mauroux, Jean-Claude, 5502 Hunzenschwil, CH
Vertreter derzeit kein Vertreter bestellt
DE-Aktenzeichen 50104590
Vertragsstaaten AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE, TR
Sprache des Dokument DE
EP-Anmeldetag 03.09.2001
EP-Aktenzeichen 018108498
EP-Offenlegungsdatum 24.04.2002
EP date of grant 24.11.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 30.12.2004
IPC-Hauptklasse H01H 11/04
IPC-Nebenklasse H01R 13/03   

Beschreibung[de]
TECHNISCHES GEBIET

Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem Verfahren zum Herstellen eines Kontaktfingers für einen Steckkontakt gemäss dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Weiter wird ausgegangen von einem Kontaktfinger für einen Steckkontakt gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 5.

STAND DER TECHNIK

Bei Kontaktfingern für einen Steckkontakt wie sie beispielsweise in EP 757 367 - Fig. 10 Bezugszeichen 45 und 46 abgebildet sind, sind die stromführenden Kontaktflächen Teil der dünnen Seitenflächen. Die Kontaktfinger werden beim Herstellen aus einem dünnen Band (beispielsweise Kupfer oder Aluminium) gestanzt. Die Dicke des Kontaktfingers ist gleichmässig und entspricht der Dicke des Bandes. Bei einer gegebenen Form des Kontaktfingers ergibt sich beim Stanzen eine Werkstoffausnützung von rund 50%. Beim Stanzen bilden sich an den Kontaktflächen Stanzgrat und Abrisse, die die Kontakteigenschaften beeinträchtigen. Um die Kontakteigenschaften zu verbessern werden die gestanzten Kontaktfinger anschliessend in aufwendigen Arbeitsschritten mit viel Handarbeit veredelt, beispielsweise durch versilbern. Dabei werden die einzelnen Kontaktfinger an ein Gestell gehängt und gemeinsam veredelt. Dabei wird die gesamte Oberfläche des Kontaktfingers veredelt. Die gleichmässige Dicke des Kontaktfingers führt insbesondere im Bereich von schmalen Zuleitungsabschnitten zu Kontaktübergängen zu erhöhten Widerständen, welche die elektrischen Eigenschaften des Steckkontakts, insbesondere die Kurzschlussfestigkeit beeinträchtigen.

KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Der Erfindung, wie sie in den Patentansprüchen angegeben ist, liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, welches eine resourcenschonende, einfache und kostengüstige Herstellung von veredelten Kontaktfingern ermöglicht. Weiter ist ein mit diesem Verfahren herzustellender Kontaktfinger mit verbesserten elektrischen Eigenschaften zu schaffen.

Diese Aufgabe wird mit dem erfindungsgemässen Verfahren gelöst, indem in einem ersten Verfahrensschritt eine Stange mit dem Querschnittsprofil der Kontaktfinger aussenseitig veredelt wird, und anschliessend die Kontaktfinger in einem zweiten Verfahrensschritt von der Profilstange stückweise einzeln abgeschnitten werden. Da lediglich im Schneidspalt Materialverlust zu beklagen ist, kann gegenüber dem Verfahren mit gestanzten Kontaktfingern die Werkstoffausnützung erheblich gesteigert werden. Zudem ist es so möglich, auf einfache Weise Kontaktfinger mit teilweise unterschiedlicher Dicke herzustellen. Diese weisen dank optimierten Zuleitungswiderständen ein stark verbessertes Kurzschlussverhalten auf.

Beim mit dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Kontaktfinger sind zudem lediglich die Seitenflächen veredelt. Dies bedeutet eine nicht unwesentliche Materialeinsparung an meist teurem Veredelungsmaterial, wie beispielsweise Silber, Gold, Platin oder Paladium.

In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens wird die Profilstange nur teilweise, insbesondere im Bereich von Kontaktstellen veredelt. Dadurch lässt sich der Materialbedarf für die Veredelung pro Kontaktfinger bis auf das absolut notwendige Minimum reduzieren.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens werden die Kontaktfinger mittels einem gegebenenfalls mit einem abrasiven Pulver beladenen Gas- oder Flüssigkeitsstrahl von der Profilstange abgeschnitten. Dadurch werden die eigentlichen Kontaktstellen nicht beeinträchtigt. Es werden sehr hochwertige Seitenflächen erzeugt, die allenfalls lediglich feine Gräte an den Kante aufweisen, welche mittels Kugelpolieren entfernt werden können.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und die damit erzielbaren weiteren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt:

Fig. 1
eine Aufsicht auf einen Steckkontakt mit zwei Kontaktfingern,
Fig. 2 und 3
zwei Ausführungsformen eines Kontaktfingers nach Fig. 1 beim Herstellen,
Fig. 4
eine weitere Ausführungsform des Kontaktfingers nach Fig. 1,
Fig. 5
ein Ersatzschaltbild für den Kontaktfinger nach Fig.1, und
Fig. 6
den Kontaktfinger nach Fig. 4 beim Herstellen,

WEG ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

In allen Figuren beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleichwirkende Teile.

Fig. 1 zeigt einen Steckkontakt mit zwei eingesetzten, parallellaufenden Kontaktfingern 1. Der Steckkontakt umfasst neben den Kontaktfingern 1 eine Auflagescheibe 7, eine Spannvorrichtung 8 sowie einen Stromleiter 9. Die Kontaktfinger 1 liegen mit jeweils zwei Kontaktflächen A1 und A2 an der Seite der Auflagescheibe 7 an. Diese ist rund und mindestens so dick ausgebildet wie die Kontaktfinger 1. An der Auflagescheibe 7 befestigt ist ein Stromleiter 9, über den der Steckkontakt angeschlossen wird. Der Stromleiter 9 ist starr an der Auflagescheibe 7 befestigt. Um die Kabelkräfte zu entkoppeln kann der Stromleiter 9 zusammen mit der Auflagescheibe 7 um den Mittelpunkt der Auflagescheibe gedreht werden. Von Aussen drückt die Spannvorrichtung 8 die beiden Kontaktfinger 1 an die Auflagescheibe 7. Bei aufgestecktem Gegenkontaktstück 10, welches von rechts zwischen die beiden Kontatkfinger 1 eingeschoben ist und diese im Bereich der Kontaktfläche B nach aussen drückt, erhöht sich der durch die Spannvorrichtung 8 auf die Kontaktfinger ausgeübte Druck. Die Kontaktflächen A1 und A2 der Kontaktfinger liegen sodann an der Auflagescheibe 7 an.

Das erfindungsgemässe Herstellungsverfahren ist aus der Fig. 2 ersichtlich. Eine aus dem Kontaktfingermaterial (vorzugsweise Kupfer) bestehende Stange 2 wird beispielsweise durch Ziehen durch eine Matrize hergestellt. Dabei weist die Matrize im Profil die Form des Kontaktfingerprofils auf. Diese Profilstange 2 wird anschliessend veredelt, beispielsweise durch Eintauchen der Stange in ein Silberbad oder durch Auftragen einer entsprechenden Silberschicht auf die an ein Gestell befestigte Stange. Die Profilstange weist somit eine veredelte Oberfläche 3 auf.

Anschliessend werden von der Profilstange 2 scheibenweise die Kontaktfinger 1 abgetrennt. Besonders vorteilhaft ist dabei das Abschneiden mittels einem gegebenenfalls mit einem abrasiven Pulver (beispielsweise feiner Sand) beladenen Gas- oder Flüssigkeitsstrahl 4, wie beispielsweise ein Wasserstrahl. Die entstehenden Schnittflächen bilden die Deckflächen 11 der Kontaktfinger. An den Kanten entstehen feine Gräte, welche durch Kugelpolieren auf einfache Weise entfernt werden können. Dabei werden die Kontaktfinger zusammen mit einer Seifenlauge in eine Masse aus gehärteten und hochglanzpolierten Stahlkugeln gegeben, die sich üblicherweise durch eine Vibrationsschüssel oder eine rotierende Trommel in Bewegung bringen. Die Kugeln behämmern somit die Kontaktfinger von allen Seiten, verdichten und härten die Oberflächen und entfernen die feinen Gräte. Nach dem Abschneiden und Polieren der Kontaktfinger fällt kein weiterer Verfahrensschritt mehr an.

Besonders vorteilhaft ist dabei, dass nicht die gesamten Oberflächen der Kontaktfinger 1 veredelt sind, sondern lediglich die die Kontaktflächen A1, A2, und B umfassenden Seitenflächen 12. Das für die Deckflächen 11 gesparte Veredelungsmaterial kann bei einer normalerweise hohen Stückzahl an gefertigten Kontaktfinger zu einer nicht unerheblichen Herstellungskostensenkung führen. Bei einer gebräuchlichen Dicke der Kontaktfinger von 2-3 mm und einer Gesamtoberfläche des Kontaktfingers von ca. 1'000 mm2 können rund 60-70% des Veredelungsmaterials eingespart werden.

Werden an der Profilstange 2 beispielsweise durch Tampongalvanisieren (partielle elektrolytische Abscheidung eines Veredelungsmaterials auf einer vorgegebenen Fläche) sogar lediglich die die späteren Kontaktflächen bildenden Bereiche veredelt, können diese Einsparungen weiter erhöht werden und bis zu 80-90% ausmachen.

Im Gegensatz zu den aus einem flachen, ebenen Band gestanzten Kontaktfingern können die mit dem erfinderischen Verfahren hergestellten Kontaktfinger Bereiche unterschiedlicher Dicke aufweisen. Fig. 4 zeigt einen solchen Kontaktfinger. In der Mitte weist er die normale Dicke d von beispielsweise 3 mm auf. Im Bereich der Kontaktfläche B ist der Kontaktfinger um 2 mm in Richtung der einen Deckfläche auf dB=5mm verbreitert, während er im Bereich zwischen den Kontaktflächen A1 und A2 um 2 mm in Richtung der anderen Deckfläche auf dA=5mm verbreitert ist. Dadurch werden einerseits die Kontaktflächen A1, A2 und B vergrössert, andererseits wird durch die Verbreiterung der Zuleitung von der Kontaktfläche A1 zur Kontaktfläche A2 der Zuleitungswiderstand zu der Kontaktfläche A2 reduziert.

Fig. 5 zeigt ein vereinfachtes Ersatzschaltbild des Kontaktfingers. Die Kontaktwiderstände RCB, RCA1 und RCA2 sind gemäss IEC60943, Tabelle 1 bei gegebenen Kontaktmaterialien abhängig von der Kraft F, mit der die jeweilige Kontaktfläche des Kontaktfingers auf das Gegenkontaktstück 10 respektive die Auflagescheibe 7 gedrückt wird. RC = k1&peseta;F-0.6+k2&peseta;σ0&peseta;F-1

Für versilberte Kontaktflächen gilt k1 = 8.8&peseta;10-5, k2 = 225&peseta;106, σ0 = 5&peseta;10-13

Durch gezieltes Anordnen der Kontaktflächen A1 und A2 entlang der Auflagescheibe 7 können die Kräfte in den Kontaktflächen verteilt und damit die Kontaktwiderstände angepasst werden.

Die Zuleitungswiderstände RLA-B und RLA1-A2 sind abhängig vom Querschnitt des Kontaktfingers und somit bei gegebenem Profil von der Dicke des Kontaktfingers.

Durch Vergrössern der Dicke des Kontaktfingers zwischen den Kontaktflächen A1 und A2 lässt sich somit der Zuleitungswiderstand RLA-B soweit verkleinern, dass im Idealfall bei entsprechender Anordnung der Kontaktflächen entlang der Auflagescheibe der Kontaktwiderstand RCA2 und der Zuleitungswiderstand RLA-B in Serie gleich gross sind wie der Kontaktwiderstand RCA1 parallel dazu. Insbesondere im Fall eines Kurzschlusses teilt sich der Kurzschlussstrom so gleichmässig auf die Strompfade durch die beiden Kontaktflächen A1 und A2 auf. Sich an den Kontaktflächen bildende Abstoss- oder Repulsionskräfte werden reduziert und die Kurzschlussfestigkeit des Steckkontakts wird wesentlich verbessert. Zudem kommt es zu keinen ungleichmässigen, lokalen Erwärmungen.

Im obengenannten Beispiel mit einer Vergrösserung der Dicke des Kontaktfingers im Bereich zwischen der Kontaktflächen A1 und A2 auf dA=5mm ergibt sich bei geeigneter Anordnung der Kontaktflächen ein Verhältnis der Ströme durch die Kontaktflächen von etwa IA2 / (IA1) ≈ 1 / (1.4)

Dies ist eine wesentliche Verbesserung der Stromaufteilung zwischen den beiden Kontaktflächen gegenüber einem herkömmlichen Kontaktstecker mit gleichmässig dicken Kontaktfingern. Ein solcher Kontaktstecker weist eine Stromaufteilung von etwa 1:3 auf.

Wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, ist die Werkstoffausnutzung beim Herstellen von Kontaktfingern 1 mit unterschiedlicher Dicken dA und dB nur geringfügig weniger gut als bei absolut flachen Kontaktfingern. Der Schnittspalt 5 ist lediglich im Bereich der Mitte der Kontaktfinger etwas vergrössert, so dass etwas Werkstoffabfall anfällt. Für einen Steckkontakt werden zwei spiegelsymmetrisch ausgebildete Kontaktfinger benötigt. Von einer Profilstange 2 werden jeweils nur die einen der beiden spiegelsymmetrisch ausgebildeten Kontaktfinger abgeschnitten. Die anderen von einer anderen Profilstange. So lässt sich der Werkstoff optimal ausnutzen.

BEZEICHNUNGSLISTE

1
Kontaktfinger
2
Profilstange
3
Veredelte Oberfläche
4
Gas- oder Flüssigkeitsstrahl
5
Schnittspalt
6
Metallband
7
Auflagescheibe
8
Spannvorrichtung
9
Stromleiter
10
Gegenkontaktstück
11
Deckfläche des Kontaktfingers
12
Seitenfläche des Kontaktfingers
A1, A2
Kontaktflächen an Auflagescheibe
B
Kontaktfläche an Gegenkontakt
d, dA, dB
Dicke des Kontaktfingers
RCA1, RCA2, RCB
Kontaktwiderstand, Ersatzschaltbild
RLA1-A2, RLAB
Leitungswiderstand, Ersatzschaltbild


Anspruch[de]
  1. Verfahren zum Herstellen eines Kontaktfingers (1) mit veredelten Kontaktflächen für einen Steckkontakt, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:
    • a) aus einem elektrisch leitfähigen Material wird eine Stange mit einem dem Kontaktfinger (1) entsprechenden Querschnittsprofil geformt,
    • b) auf die Oberfläche der Profilstange wird eine Schicht mit Veredelungsmaterial (3) aufgetragen, und
    • c) von der Profilstange (2) werden scheibenweise die Kontaktfinger (1) abgeschnitten.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
    • die Profilstange (2) durch Ziehen durch eine Matrize hergestellt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
    • die Oberfläche der Profilstange (2) nur teilweise veredelt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
    • die Kontaktfinger (1) mittels einem gegebenenfalls mit einem abrasiven Pulver beladenen Gas- oder Flüssigkeitsstrahl (4) von der Profilstange (2) abgeschnitten werden.
  5. Kontaktfinger für einen Steckkontakt, wobei
    • der Steckkontakt neben zwei Kontaktfingern (1) im wesentlichen eine Auflagsscheibe (7) und eine Spannvorrichtung (8) umfasst,
    • der Kontaktfinger (1) zwei im wesentlichen parallel zueinander angeordnete Deckflächen (11) und normal zu den Deckflächen angeordnete Seitenflächen (12) aufweist,
    • Teile der Seitenflächen (12) als eine veredelte erste Kontaktfläche (B) zum Kontaktieren eines Gegenkontaktstücks (10) und als zwei veredelte zweite Kontaktflächen (A1, A2) zum Aufliegen an der Auflagescheibe (7) ausgebildet sind, und
    • bei auf dem Gegenkontaktstück (10) aufgestecktem Steckkontakt die durch das Gegenkontaktstück (10) an den an einem dem Gegenkontaktstück (10) zugewandten Ende angeordneten, ersten Kontaktflächen (B) auseinandergedrückten Kontaktfinger (1) mit den an dem entgegengesetzten Ende angeordneten zweiten Kontaktflächen (A1, A2) durch die Spannvorrichtung (8) auf die Auflagescheibe (7) gedrückt sind,
       dadurch gekennzeichnet, dass
    • die Oberfläche des Kontaktfingers (1) im Bereich der Deckflächen (11) unveredelt ist, und dass
    • der Kontaktfinger (1) Bereiche unterschiedlicher Dicke (d, dA, dB) aufweist.
  6. Kontaktfinger nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass
    • der Kontaktfinger (1) im Bereich zwischen den beiden zweiten Kontaktflächen (A1, A2) eine gegenüber der Dicke (d) im Bereich zwischen der ersten Kontaktfläche (B) und den beiden zweiten Kontaktflächen (A1, A2) vergrösserte Dicke (dA) aufweist.






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