DE69530361T2

DE69530361T2 - Elektrische Kontaktanordnung im Innern eines Verbindungsstückes

Info

Publication number: DE69530361T2
Application number: DE69530361T
Authority: DE
Inventors: Richard G. Wood
Original assignee: Ion Geophysical Corp
Current assignee: Inova Ltd
Priority date: 1994-12-12
Filing date: 1995-11-28
Publication date: 2004-02-12
Anticipated expiration: 2015-11-29
Also published as: EP0717464B1; EP0717464A2; NO955006D0; DE69530361D1; NO955006L; EP0717464A3; US5529518A; NO315538B1

Description

Technisches Gebiet
Diese Erfindung betrifft allgemein eine elektrische Verbindungsvorrichtung vom Typ eines Steckers und insbesondere eine elektrische Kontaktbaugruppe, die in einem nichtleitfähigen Kunststoffmaterial eingeschlossen ist, um ein Element der elektrischen Verbindungsvorrichtung zu formen.
Stand der Technik
Elektrische Verbindungsvorrichtungen mit einer Vielzahl von Kontakten vom Typ eines Steckers, die in einem gegossenen Körper eingeschlossen sind, sind allgemein bekannt. Zum Beispiel offenbaren die anhängige US-Patentanmeldung Nr. 08/134,075, mit dem Titel "Waterproof electric connector", und Nr. 08/226,009, mit dem Titel "Field Repairable Electrical Connector", eingereicht am 8. Oktober 1993 bzw. am 11. April 1994 durch den Erfinder des hier beanspruchten Gegenstandes, elektrische Verbindungsvorrichtungen, die durch Spritzgießen eines nicht-leitfähigen Kunststoffmaterials um eine Vielzahl von Kontaktsteckern gebildet werden, die in einem vorbestimmten Muster angeordnet sind.
Bisher gab es zwei wesentliche Probleme, die mit der vorangehenden Positionierung der Kontakte und dem Gießen der Verbindungsvorrichtung in Beziehung standen. Die erste Schwierigkeit betrifft die sehr kleinen Toleranzen, normalerweise etwa 0,025 mm, die beibehalten werden müssen, um eine zusammenpassende Ausrichtung der Stecker mit den Stiften zu gewährleisten, die anschließend in die Steckerkontakte eingesetzt werden, um eine elektrische Verbindung zu bewirken. Die Kontaktstifte können einen sehr kleinen Durchmesser haben, zum Beispiel etwa 0,1 mm oder weniger, und können beim Einsetzen in den aufnehmenden Stecker leicht verbogen werden, wenn sie nicht genau ausgerichtet sind. Elektrische Kontaktvorrichtungen dieses Typs können dreißig oder mehr einzelne Kontakte beinhalten, und selbst mit der Hilfe von Rippen und Nuten, die in zusammenpassenden Bereichen der Verbindungsvorrichtungen ausgebildet sind, wodurch eine perfekte Ausrichtung aller Stifte und ihrer zugehörigen zusammenpassenden Stecker erreicht werden soll, stellen eine permanente und dauerhaft schwierige Herausforderung für die Hersteller solcher Verbindungsvorrichtungen dar.
Zweitens, ist es schwierig, beim Gießen der Verbindungsvorrichtung das Eindringen von nicht-leitfähigem Material in das Innere des Steckers des Kontakts zu verhindern. Normalerweise werden die Kontaktvorrichtungen durch Hochdruck-Spritzgießen eines geschmolzenen Kunststoffs um die Stecker herum gebildet, die zuvor in einer Gussform positioniert werden. Häufig haben die Steckerkontakte ein oder mehrere seitliche Öffnungen in der Seitenwand des Steckers als Folge des Ausbildens von Federkontakten in der Steckerwand, um eine gute elektrische Verbindung mit einem zusammenpassenden Stift zu gewährleisten. Um das Eindringen von geschmolzenem Kunststoff durch die Seitenwand-Öffnung zu verhindern, werden vor dem Spritzgießen Abdeckhülsen über die äußere Fläche des Steckers aufgesetzt. Dieses verfahren ist erfolgreich, um zu verhindern, dass nicht-leitfähiges Material durch die Seitenwand in den Stecker eindringt, es wird jedoch nicht das Problem gelöst, dass geschmolzenes Material in das offene Ende des Steckers eindringt. Die zeitweiligen Verwendung von Stöpseln und Formstiften, um das offenen Ende des Steckerkontakts zu verschließen, war nur teilweise erfolgreich, und zwar, in großem Ausmaß, wegen der kritischen Genauigkeit, mit der solche Verschlussbauteile positioniert und gehalten werden müssen, um eine genaue Ausrichtung mit der kleinen Öffnung zu bewirken.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorstehend genannten Probleme zu lösen. Es ist gewünscht, eine elektrische Verbindungsvoxrichtung und eine elektrische Kontaktbaugruppe zur Verfügung zu stellen, durch die für einen zusammenpassenden Stift ein größeres "Ziel"-Gebiet zur Verfügung gestellt wird, und dann den Stift während des Einsetzens in den Stecker zu führen. Es ist außerdem gewünscht, eine solche elektrische Verbindungsvorrichtung und eine elektrische Kontaktbaugruppe zur Verfügung zu stellen, mit Hilfe derer das Eindringen von nichtleitfähigem Material in die Steckeröffnung während des Spritzgießens einer Verbindungsvorrichtung verhindert wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung hat eine elektrische Verbindungsvorrichtung eine Vielzahl von elektrischen Kontaktsteckerbaugruppen, die in einem zuvor angeordneten Muster angeordnet sind. Jede dieser Kontaktbaugruppen hat einen Körperbereich und ein Hülsenbauteil, wobei zumindest ein Bereich von jedem in einem elektrisch nicht-leitfähigen Material eingeschlossen ist.
Weitere Merkmale der elektrischen Verbindungsvorrichtung umfassen, dass der Kopf des Hülsenbauteils eine hintere Schulter hat, die von der vorderen Fläche beabstandet ist, die sich in anliegendem Kontakt mit den umschließenden Bereichen aus nichtleitfähigem Material des Körperbereichs und des Hülsenbauteils befindet.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung hat eine elektrische Kontaktbaugruppe einen länglichen Körperbereich, und ein Hülsenbauteil hat eine innere Fläche, die sich in vorgespanntem Kontakt mit einer äußeren Fläche des Körperbereichs befindet. Der Körperbereich hat eine innere zylindrische Wandfläche, die einen Stift-aufnehmenden Stecker an einem ersten Ende des Körperbereichs definiert. Das Hülsenbauteil hat einen Kopf, der benachbart zu dem ersten Ende des Körperbereichs angeordnet ist, der eine vordere Fläche, eine Bohrung und eine konvergierende, kegelstumpfförmige Fläche hat, die sich von der vorderen Fläche zu der Bohrung erstreckt.
Weitere Merkmale der elektrischen Kontaktbaugruppe beinhalten, dass das Hülsenbauteil eine äußere Fläche hat, die radial von der inneren Fläche beabstandet ist, die sich in vorgespanntem Kontakt mit dem Körperbereich befindet, und der Kopf des Hülsenbauteils eine äußere Umfangsfläche hat, die einen Durchmesser hat, der größer ist als die Außenfläche des Hülsenbauteils, die radial von der inneren Fläche beabstandet ist, die sich in vorgespanntem Kontakt mit dem Körperbereich befindet.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Seitenansicht von einer elektrischen Kontaktbaugruppe, die die vorliegende Erfindung verkörpert;
2 ist eine Querschnittsansicht von einem Ende der elektrischen Kontaktbaugruppe, die die vorliegende Erfindung verkörpert; und
3 ist eine Seitenansicht von einer elektrischen Verbindungsvorrichtung, die die vorliegende Erfindung verkörpert, wobei ein Abschnitt des Körpers der Verbindungsvorrichtung weggeschnitten ist, um die darin eingeschlossenen elektrischen Kontakte zu zeigen.
Beste Ausführungsweise der Erfindung
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist eine elektrische Kontaktbaugruppe 10 einen länglichen Körperbereich 12 auf, der aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt ist, wie zum Beispiel Kupfer, und allgemein symmetrisch um eine mittig angeordnete Längsachse 14 gebildet ist, die sich zwischen einem ersten Ende 16 und einem beabstandeten zweiten Ende 18 erstreckt. In der Anordnung der Kontaktbaugruppe 10, die in den Zeichnungen dargestellt ist, weist das zweite Ende 18 einen herkömmlichen Stiftkontakt auf, der daran ausgebildet ist. Alternativ kann das zweite Ende 18 auch eine andere Konfiguration haben, wie zum Beispiel eine Lötfahne. Der zwischenliegende Bereich der Außenfläche des Körperbereichs weist vorzugsweise eine Vielzahl von Erhebungen 20 und Nuten 22 auf, die das Halten der Kontaktbaugruppe unterstützen, wenn diese in einem elektrisch nicht-leitfähigen, normalerweise festen Material als Teil einer elektrischen Verbindungsvorrichtung 24 eingeschlossen sind, wie in 3 gezeigt.
Das erste Ende 16 des Körperbereichs 12 hat eine Außenfläche 26 und eine innere zylindrische Wandfläche 28, die beide mit einem jeweils vorbestimmten Durchmesser ausgebildet sind. Die innere zylindrische Wandfläche 28 bildet einen Stift aufnehmenden Stecker, der sich von dem ersten Ende 16 in koaxialer Ausrichtung mit der Längsachse 14 nach innen erstreckt. Der Stift aufnehmende Stecker 28 hat normalerweise ein oder mehrere radial nach innen vorstehende Flächen, wie zum Beispiel verformbare konvexe Vorsprünge oder biegbare Federfinger, um einen guten Kontakt mit einem zusammenpassenden Stift zu gewährleisten. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hat der elektrische Kontakt eine Kontaktanordnung aus vier Streifen, die durch Schlitze 30 gebildet ist, die durch die Steckerwand an dem ersten Ende 16 des Körperbereichs 12 eingeschnitten sind. Durch den Schlitz-Vorgang wird ein Paar von eng beabstandeten, radial verlaufenden Wänden zwischen der inneren zylindrischen Wandfläche 28 und der Außenfläche 26 gebildet und die zylindrische wand in vorgespannte Segmente unterteilt, die unabhängig voneinander gebogen werden können.
Die elektrische Kontaktbaugruppe 10, durch die die vorliegende Erfindung verkörpert ist, enthält außerdem ein vorge formtes Hülsenbauteil 32, das eine innere Fläche 34 hat, die in überdeckender Beziehung die Außenfläche 26 an dem ersten Ende 16 des Körperbereichs 12 umgibt. Es ist wichtig anzumerken, dass das Hülsenbauteil 32 eine leichte Presspassung oder Presssitz hat oder über die Außenfläche 26 gebördelt ist, um die Hülse in einem vorgespannten Kontakt mit der Außenfläche 16 während des Zusammenbau- und Spritzgussvorgangs zu halten. Außerdem bewirkt das Hülsenbauteil 32 eine vorteilhafte Überdeckung der eingeschlitzten Öffnungen 30 an dem ersten Ende 16 des Körperbereichs. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist das Hülsenbauteil 32 aus Beryllium-Kupfer hergestellt und mit Nickel überzogen, um bei schlechten Betriebsbedingungen einen Widerstand gegen Korrosion zu bewirken. Alternativ kann das Hülsenbauteil 32 aus einer anderen Metallzusammensetzung hergestellt sein, oder es kann aus einem synthetischen Material gegossen oder hergestellt sein, das eine höhere Schmelztemperatur als das nicht-leitfähige Material hat, in dem es zumindest teilweise eingeschlossen ist.
Es ist wichtig anzumerken, dass das Hülsenbauteil 32 einen vergrößerten Kopf 36 hat, der nach Zusammenbau mit dem Körperbereich 12 gegen das äußere Ende von dem ersten Ende 16 anliegt. Der Kopf 36 hat eine äußere Umfangsfläche 38, die größer ist, d.h. einen größeren Durchmesser hat, als die Außenfläche des Hülsenbauteils, die von der Innenfläche 34 radial beabstandet ist, die mit dem Körperbereich 12 in vorgespanntem Kontakt steht. Der Kopf 36 hat außerdem eine vordere Fläche 40, die senkrecht zu der Längsachse 14 verläuft, eine hintere Schulter 42, die von der vorderen Fläche 40 beabstandet ist, und eine Bohrung 44, die koaxial mit der Längsachse 14 ausgerichtet ist. Vorzugsweise hat die Bohrung 44 einen Durchmesser, der gleich dem Durchmesser des Steckers 28 in dem Körperbereich 12 ist.
Der Kopf 36 hat außerdem eine wichtige kegelstumpfförmige Fläche 46, die vorzugsweise mit einem Winkel von etwa 45° von der vorderen Fläche 40 der Bohrung 44 des Kopfes konvergiert. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist der Durchmesser der kegelstumpfförmigen Fläche 46 an der Fläche 40 etwa doppelt so groß wie der Durchmesser der Fläche 44 an der Bohrung 44. Die kegelstumpfförmige Fläche 46 bildet vorzugsweise ein größeres "Ziel", um die eingeführten Kontaktstifte während der Verbindung von dem Stift mit den Steckerverbindungen aufzunehmen und zu führen, wodurch das Auftreten von gebogenen Kontaktstiften deutlich vermindert wird.
Die elektrische Verbindungsvorrichtung 24, wie in 3 gezeigt, verkörpert einen weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung. Die Verbindungsvorrichtung 24 ist, wie gezeigt, dazu ausgestaltet, um in einer Wand von einem Tableau oder Messgerät montiert zu werden, und weist zumindest eine, und vorzugsweise eine Vielzahl, der elektrischen Kontaktbaugruppen 10, die in einem vorbestimmten Muster in der Verbindungsvorrichtung 24 angeordnet sind. Vorzugsweise ist die Verbindungsvorrichtung 24 durch Spritzgießen eines nicht-leitfähigen Materials hergestellt, wie zum Beispiel mit Glas gefülltes Urethan, das bei Verfestigung einen einteiligen, harten und starren Körper 48 bildet, wobei die zuvor angeordneten elektrischen Kontaktbaugruppen 10 darin eingeschlossen sind. Alternativ kann der Körper 48 der Verbindungsvorrichtung 24 aus einem relativ weichen, nicht-leitfähigen Material hergestellt sein, wie zum Beispiel Neoprengummi. Es ist gewünscht, dass das nicht-leitfähige Material bei der Verfestigung während des Gieß-Prozesses eine geringe Schrumpfung erfährt, um einen festen Eingriff des nichtleitfähigen Materials um den länglichen Körperbereich 12 der Kontaktbaugruppe 10 zu gewährleisten.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Verbindungsvorrichtung 24 erstreckt sich der nicht-leitfähige Körper 48 von einer ausgesparten Fläche nach außen, um die Außenfläche des Hülsenbauteils 32 zu überdecken und um gegen die hintere Schulter 42 von dem Kopf 36 anzuliegen. Alternativ kann der gesamte gegossene, nicht-leitfähige Körper 48 der Verbindungs vorrichtung 24 so nach außen verlaufen, dass das erste Ende 16 des Körperbereichs 12, die hintere Schulter 42 und die äußere Umfangsfläche 38 von dem Kopf 36 vollständig in dem nichtleitfähigen Körper 48 der Verbindungsvorrichtung 24 eingeschlossen sind. Bei dieser alternativen Anordnung hat der nicht-leitfähige Körper 48 eine vordere Fläche, die im wesentlichen mit der vorderen Fläche 40 von dem Kopf 48 fluchtet, diese aber nicht überdeckt.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die elektrische Kontaktbaugruppe 10 und die elektrische Verbindungsvorrichtung 24 mit einer Vielzahl von darin angeordneten Kontaktbaugruppen 10 ist besonders praktisch bei Multi-Verbindungsanordnungen, wie zum Beispiel für die Datenübertragung. Insbesondere verhindert die größere "Ziel"-Öffnung für das Stiftbauteil der Verbindung eine unerwünschte, und oft erst später entdeckte, Beschädigung an dem Stift. Daher ist die vorliegende Erfindung besonders wichtig, wenn sie bei schlechten Betriebsbedingungen verwendet wird, wie zum Beispiel unter Wasser oder an entfernten geographischen Stellen, wo eine Reparatur der beschädigten Kontaktstifte schwierig und oft teuer ist.
Die elektrische Kontaktbaugruppe 10 ist außerdem bei der Herstellung von druckgegossenen elektrischen Verbindungsvorrichtungen 24 praktisch, indem eine überdeckende Hülse über allen Öffnungen in der Kontaktbaugruppe 10 zur Verfügung gestellt wird, die benachbart zu dem geschmolzenen Material liegen. Außerdem bewirkt der Kopf 36 des Hülsenbauteils 32 während des Druckgießens der Verbindungsvorrichtung 24 einen Schutz gegen das Eindringen von nicht-leitfähigem Material in den Stecker 28 der Kontaktbaugruppe 10.
Daher wird durch die elektrische Kontaktbaugruppe 10, die die vorliegende Erfindung verkörpert, eine bessere Verbindung erreicht, und die bis dahin erforderlichen, sehr geringen Toleranzen und die Ausrichtungen werden reduziert, die während des Druckgießens von mehreren elektrischen Steckerverbindungen beibehalten werden müssen. Durch diese Verbesserungen werden nicht nur die Kosten der Herstellung und Wartung der Guss-Einrichtung vermindert, sondern es werden auch die Produktionsraten mit weniger Ausschuss erhöht.
Weitere Aspekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus dem Studium dieser Offenbarung, den Zeichnungen und den beigefügten Patentansprüchen.

Claims

Elektrische Verbindungsvorrichtung mit zumindest einer elektrischen Kontaktsteckerbaugruppe (10), die in einer vorbestimmten Position in der Verbindungsvorrichtung angeordnet ist, wobei die elektrische Kontaktsteckerbaugruppe (10) aufweist: einen Körperbereich (12), der aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt ist und eine Längsachse (14), die sich zwischen einem ersten und einem zweiten beabstandeten Ende (16, 18) des Körperbereichs (12) erstreckt, eine Außenfläche (26), wobei zumindest ein Bereich davon in einem elektrisch nicht-leitfähigen Material eingeschlossen ist, und eine innere zylindrische Wandfläche (28) aufweist, die einen vorbestimmten Durchmesser hat und einen einen Stift aufnehmenden Stecker an dem ersten Ende (16) definiert, wobei sich die zylindrische Wandfläche in koaxial ausgerichteter Beziehung mit der Längsachse (14) von dem ersten Ende (16) nach innen erstreckt; und ein vorgeformtes Hülsenbauteil (32) mit einer Innenfläche (34) in vorgespanntem Kontakt mit einem Bereich der Außenfläche (26) des Körperbereichs (12), einer Außenfläche, wobei zumindest ein Bereich davon in einem elektrisch nicht-leitfähigen Material eingeschlossen ist, und einem vergrößerten Kopf (36), der benachbart zu dem ersten Ende (16) des Körperbereichs (12) angeordnet ist, wobei der Kopf (36) eine Stirnfläche, die senkrecht zu der Längsachse (14) verläuft, eine Bohrung, die koaxial mit der Längsachse (14) ausgerichtet ist und einen Durchmesser hat, der im wesentlichen gleich dem der inneren zylindrischen Wandfläche (28) des Körperbereichs (12) ist, und eine konvergierende kegelstumpfförmige Fläche (46) hat, die sich von der Stirnfläche in die Bohrung erstreckt.
Elektrische Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Kopf (36) des Hülsenbauteils (32) eine hintere Schulter hat, die von der Stirnfläche beabstandet ist, wobei sich die hintere Schulter in anstoßendem Kontakt mit dem nichtleitfähigen Material befindet, das die Bereiche des Körperbereichs (12) und des Hülsenbauteils (32) umschließt, wobei die Stirnfläche frei von einer Umschließung durch das nicht-leitfähige Material ist.
Elektrische Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Körperbereich (12) der Steckerbaugruppe (10) eine Vielzahl von radial verlaufenden Wänden hat, die sich von der zylindrischen Wandfläche zu der Außenfläche (26) der Körperbereiche erstrecken, die eine Vielzahl von Schlitzen definieren, die sich in Längsrichtung von dem ersten Ende (16) des Körperbereichs (12) in eine Position erstrecken, die von dem ersten Ende (16) beabstandet ist.
Elektrische Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 3, bei der das Hülsenbauteil (32) der Kontaktbaugruppe (10) vollständig die Schlitze in dem Körperbereich (12) der Steckerbaugruppe (10) umgibt.
Elektrische Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Durchmesser der kegelstumpfförmigen Fläche (46) an der Stirnfläche des Kopfes (36) des Hülsenbauteils (32) zumindest den zweifachen Durchmesser der kegelstumpfförmigen Fläche (46) an der Bohrung in dem Kopf (36) hat.
Elektrische Kontaktbaugruppe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Elektrische Kontaktbaugruppe (10) nach Anspruch 6, bei der sich die Vielzahl von radialen Wänden des Körperbereichs von der zylindrischen Wandfläche zu der Außenfläche der Körperbereiche erstreckt, wobei die radialen Wände eine Vielzahl von Schlitzen definieren, die sich in Längsrichtung von dem ersten Ende (16) des Körperbereichs (12) zu einer Position erstrecken, die von dem ersten Ende (16) beabstandet ist.
Elektrische Kontaktbaugruppe (10) nach Anspruch 7, bei der das Hülsenbauteil (32) die Schlitze in dem Körperbereich (12) vollständig umgibt.
Elektrische Kontaktbaugruppe (10) nach Anspruch 6, bei der der Körperbereich (12) zumindest eine Öffnung zwischen der zylindrischen Wandfläche und der Außenfläche hat, wobei das Hülsenbauteil (32) in einer abdeckenden Beziehung über der Öffnung angeordnet ist.
Elektrische Kontaktbaugruppe (10) nach Anspruch 6, bei der das Hülsenbauteil (32) eine Außenfläche hat, die mit der inneren Fläche des Hülsenbauteils (32) in Längsrichtung ausgerichtet und radial von der inneren Fläche des Hülsenbauteils (32) beabstandet ist, die sich in vorgespanntem Kontakt mit der Außenfläche (26) des Körperbereichs (12) befindet, wobei der Kopf (36) eine äußere Umfangsfläche hat, wobei der Durchmesser der äußeren Umfangsfläche des Kopfes (36) größer ist als der der Außenfläche, die mit der inneren Fläche des Hülsenbauteils in Längsrichtung ausgerichtet und davon radial beabstandet ist.
Elektrische Kontaktbaugruppe (10) nach Anspruch 6, bei der der Durchmesser der kegelstumpfförmigen Fläche (46) der Stirnfläche des Kopfes (36) zumindest den zweifachen Durchmesser der kegelstumpfförmigen Fläche (46) an der Bohrung in dem Kopf hat.