DE10149751A1

DE10149751A1 - Elektrische Steckverbindung

Info

Publication number: DE10149751A1
Application number: DE2001149751
Authority: DE
Inventors: Marcus Bach; Andreas Posvert; Reinhold Blutbacher
Original assignee: Ballard Power Systems AG; Siemens VDO Electric Drives Inc
Current assignee: Mercedes Benz Fuel Cell GmbH; Siemens VDO Electric Drives Inc
Priority date: 2001-10-09
Filing date: 2001-10-09
Publication date: 2003-04-17

Abstract

Eine elektrische Steckverbindung weist ein erstes Verbindungselement und ein mit dem ersten Verbindungselement mechanisch verbindbares zweites Verbindungselement auf. Das erste Verbindungselement weist eine umlaufende, elektrisch leitende Wandung mit einer darin angeordneten, axialen Bohrung auf. Das zweite Verbindungselement weist ein in die Bohrung des ersten Verbindungselementes einführbares, elektrisch leitendes Steckerteil auf. Das erste Verbindungselement und das zweite Verbindungselement sind jeweils einpolig ausgeführt. Das Steckerteil des zweiten Verbindungselementes weist eine axiale Bohrung auf, in welche ein innerhalb der axialen Bohrung des ersten Verbindungselementes angeordneter, elektrisch leitender Stift beim Verbinden des ersten Verbindungselementes mit dem zweiten Verbindungselement einführbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Steckverbindung mit einem ersten Verbindungselement und einem mit dem ersten Verbindungselement mechanisch verbindbaren zweiten Verbindungselement nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.

Derartige elektrische Steckverbindungen sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Sie kommen zum Einsatz, wenn zwei elektrische Leitungen lösbar miteinander verbunden werden sollen, wobei zum Verhindern eines einfachen bzw. versehentlichen Lösens der Steckverbindung zusätzliche Maßnahmen vorgesehen sein können.

Ein Problem bei sämtlichen bekannten elektrischen Steckverbindungen ist jedoch, daß sie bei einer bestimmten Größe nur eine relativ geringe Stromstärke übertragen können, was in den verschiedensten Anwendungsgebieten nachteilig sein kann. Meist besteht nur die Möglichkeit, eine größer dimensionierte elektrische Steckverbindung zu verwenden, was jedoch häufig zu Platzproblemen führt.

Mehrpolige elektrische Steckverbindungen, bei denen die Anschlüsse der jeweiligen Pole ineinander angeordnet sind, sind aus der DE 21 49 922 A1 oder der DE 41 38 813 A1 bekannt.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrische Steckverbindung zu schaffen, mit der einpolige elektrische Leitungen bzw. Anschlüsse verbunden werden können und die bei geringem Raumbedarf eine hohe Stromstärke übertragen kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Durch die axiale Bohrung, die sich in dem Steckerteil des zweiten Verbindungselementes befindet, und den innerhalb der axialen Bohrung des ersten Verbindungselementes angeordneten, elektrisch leitenden Stift wird die Kontaktfläche zwischen den beiden Verbindungselementen der erfindungsgemäßen elektrischen Steckverbindung erheblich erhöht, so daß es vorteilhafterweise möglich ist, bei gleichem Durchmesser der beiden Verbindungselemente eine wesentlich höhere Stromstärke zu übertragen. Dadurch läßt sich andererseits für ein und dieselbe Stromstärke eine elektrische Steckverbindung mit erheblich geringerer Größe verwenden, was nicht nur zu einer erheblichen Bauraumeinsparung führt, sondern auch das Gewicht der Steckverbindung reduziert.

Ein zusätzlicher Vorteil ist es, daß es für Personen nicht möglich ist, in die verhältnismäßig große axiale Bohrung des ersten Verbindungselementes zu greifen, da dort der erfindungsgemäße Stift angeordnet ist.

Um noch höhere Stromstärken übertragen zu können, kann in einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, daß das zweite Verbindungselement eine außerhalb der umlaufenden, elektrisch leitenden Wandung des ersten Verbindungselementes angeordnete umlaufende, elektrisch leitende Wandung aufweist. Selbstverständlich kann sich auch außerhalb dieser weiteren Wandung eine Wandung befinden, die dann wiederum dem ersten Verbindungselement zugeordnet ist. Dies läßt sich theoretisch beliebig oft fortsetzen, um auf diese Weise sehr hohe Stromstärken übertragen zu können.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen sowie aus den nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellten Ausführungsbeispielen.
Es zeigt:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steckverbindung im Schnitt; und
Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steckverbindung im Schnitt.
Die in Fig. 1 dargestellte elektrische Steckverbindung weist ein erstes Verbindungselement 1 und ein mit dem ersten Verbindungselement 1 in elektrisch leitendem Kontakt stehendes zweites Verbindungselement 2 auf. Die beiden Verbindungselemente 1 und 2 sind jeweils einpolig ausgeführt und können mit nicht dargestellten elektrischen Leitungen verbunden sein, beispielsweise um einen elektrischen Kontakt zwischen einer Quelle, wie beispielsweise einem Stromerzeuger, einem Energiespeicher usw., und einer Senke, wie beispielsweise einem Energiespeicher, einem Antrieb, einem Verbraucher usw., herzustellen.
Selbstverständlich sind auch alle anderen Möglichkeiten zur Herstellung einer elektrischen Verbindung mittels der beiden Verbindungselemente 1 und 2 denkbar. Zum Herstellen dieses elektrischen Kontaktes sind die beiden Verbindungselemente 1 und 2 mechanisch miteinander verbunden.
Das erste Verbindungselement 1 weist eine umlaufende, elektrisch leitende Wandung 3 auf, in welcher sich eine axiale Bohrung 4 befindet. In der axialen Bohrung 4 des ersten Verbindungselementes 1 ist ein elektrisch leitendes Steckerteil 5 des zweiten Verbindungselementes 2 eingeführt, wodurch zwischen der elektrisch leitenden Wandung 3 und dem Steckerteil 5 und somit zwischen dem ersten Verbindungselement 1 und dem zweiten Verbindungselement 2 ein elektrischer Kontakt hergestellt ist.
Das Steckerteil 5 des zweiten Verbindungselementes 2 weist eine weitere axiale Bohrung 6 auf, so daß das Steckerteil 5 im Prinzip ebenfalls in der Form einer umlaufenden Wandung ausgeführt ist. In die axiale Bohrung 6 des Steckerteiles 5 des zweiten Verbindungselementes 2 ist ein elektrisch leitender Stift 7 eingeführt, welcher innerhalb der axialen Bohrung 4 des ersten Verbindungselementes 1 an- und somit demselben zugeordnet ist.
Auf diese Weise wird eine erhebliche Erhöhung der für die elektrische Leitfähigkeit wirksamen Oberfläche der elektrischen Steckverbindung erreicht, was die Grundlage für eine Reduzierung des Kontaktwiderstandes zwischen dem ersten Verbindungselement 1 und dem zweiten Verbindungselement 2 bildet. Hierdurch wird sowohl die elektrische als auch die thermische Leitfähigkeit der elektrischen Steckverbindung erhöht, wodurch es möglich ist, sowohl eine höhere Stromstärke als auch mehr Wärme durch die elektrische Steckverbindung 1 zu transportieren.
Des weiteren verhindert der Stift 7, daß Personen in die axiale Bohrung 4 des ersten Verbindungselementes 1 greifen können, wodurch die elektrische Steckverbindung verschiedenen DIN-Normen bzw. IP-Schutzklassen entsprechen kann.
Jeweils zwischen zwei miteinander in elektrisch leitender Verbindung stehenden Bauteilen, also sowohl zwischen der umlaufenden Wandung 3 und dem Steckerteil 5 als auch zwischen dem Steckerteil 5 und dem elektrisch leitenden Stift 7 befinden sich Federelemente 8, die im vorliegenden Fall ringförmig ausgebildet sind und eine gewisse Klemmwirkung zwischen dem ersten Verbindungselement 1 und dem zweiten Verbindungselement 2 erzeugen und so einen versehentliches Lösen der elektrischen Steckverbindung verhindern. Andererseits sind die Federelemente 8 so ausgeführt, daß sie die erforderlichen Steck- und Ziehkräfte zum Verbinden bzw. Lösen der Verbindungselemente 1 und 2 nicht wesentlich erhöhen.
Im vorliegenden Fall sind die Federelemente 8 jeweils innerhalb der beiden Bohrungen 4 bzw. 6 angeordnet, es wäre jedoch auch möglich, sämtliche Federelemente 8 in dem ersten Verbindungselement 1 oder in dem zweiten Verbindungselement 2 anzuordnen. Da die Federelemente 8 als gestanzte Blechteile ausgebildet sind, welche aufgrund der Federkraft des Materials dazu neigen, ihren Durchmesser zu vergrößern, hat sich die Anordnung innerhalb der Bohrungen 4 und 6 jedoch als sinnvoll erwiesen. Des weiteren ist auch eine Verteilung der Federelemente 8 in axialer Richtung entlang der Mittelachsen 1a und 2a, also ein axiales Versetzen, möglich.
Um ein einfaches Einführen des zweiten Verbindungselementes 2, das in der Ausführungsform nach Fig. 1 sozusagen den "Stecker" bildet, in das erste Verbindungselement 1, welches die "Buchse" darstellt, zu ermöglichen, sind sowohl das erste Verbindungselement 1 als auch das zweite Verbindungselement 2 symmetrisch ausgebildet, was dadurch erreicht wird, daß sämtliche miteinander in elektrisch leitender Verbindung stehenden Bauteile koaxial zueinander und zu miteinander zusammenfallenden Mittelachsen 1a und 2a des ersten Verbindungselementes 1 bzw. des zweiten Verbindungselementes 2 angeordnet sind. Hierzu sind im vorliegenden Fall die Wandung 3, das Steckerteil 5 und der elektrisch leitende Stift 7 rund ausgeführt. Alternativ ist jedoch auch ein quadratischer, dreieckiger oder anderer geeigneter Querschnitt dieser Bauteile denkbar.
In der Ausführungsform der elektrischen Steckverbindung nach Fig. 2 weist das zweite Verbindungselement 2 eine außerhalb der umlaufenden, elektrisch leitenden Wandung 3 des ersten Verbindungselementes 1 angeordnete umlaufende, elektrisch leitende Wandung 9 auf, die mit' der Wandung 3 des ersten Verbindungselementes 1 in mechanischer Verbindung und somit in elektrisch leitendem Kontakt steht. Innerhalb der elektrisch leitenden Wandung 9 des zweiten Verbindungselementes 1 befindet sich somit eine weitere Bohrung 10 und das zweite Verbindungselement 2 bildet in diesem Fall die "Buchse", wohingegen das erste Verbindungselement 1 den "Stecker" darstellt. Zwischen den beiden Wandungen 3 und 9 befindet sich ein weiteres Federelement 8, das auch hier dem äußeren Bauteil, nämlich der Wandung 9 des zweiten Verbindungselementes 2 zugeordnet ist.
In diesem Zusammenhang ist vorstellbar, daß außerhalb der äußersten Wandung der elektrischen Steckverbindung, nämlich der umlaufenden Wandung 9 des zweiten Verbindungselementes 2 eine weitere, in diesem Fall dem ersten Verbindungselement 1 zugeordnete Wandung vorgesehen ist, um eine weitere Vergrößerung der elektrischen Steckverbindung zu erreichen. Theoretisch lassen sich auf diese Weise beliebig große Verbindungselemente 1 und 2 gestalten, was zu einer beliebig hohen Übertragung von Stromstärken mit den beschriebenen elektrischen Steckverbindungen führen kann.

Claims

1. Elektrische Steckverbindung mit einem ersten Verbindungselement und einem mit dem ersten Verbindungselement mechanisch verbindbaren zweiten Verbindungselement, wobei das erste Verbindungselement eine umlaufende, elektrisch leitende Wandung mit einer darin angeordneten, axialen Bohrung aufweist, wobei das zweite Verbindungselement ein in die Bohrung des ersten Verbindungselementes einführbares, elektrisch leitendes Steckerteil aufweist, und wobei das erste Verbindungselement und das zweite Verbindungselement jeweils einpolig ausgeführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Steckerteil (5) des zweiten Verbindungselementes (2) eine axiale Bohrung (6) aufweist, in welche ein innerhalb der axialen Bohrung (4) des ersten Verbindungselementes (1) angeordneter, elektrisch leitender Stift (7) beim Verbinden des ersten Verbindungselementes (1) mit dem zweiten Verbindungselement (2) einführbar ist.

2. Elektrische Steckverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Verbindungselement (2) eine außerhalb der umlaufenden, elektrisch leitenden Wandung (3) des ersten Verbindungselementes (1) angeordnete umlaufende, elektrisch leitende Wandung (9) aufweist.

3. Elektrische Steckverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwischen zwei miteinander in elektrisch leitender Verbindung stehenden Bauteilen (Wandung 3, Steckerteil 5, Stift 7, gegebenenfalls Wandung 9) des ersten Verbindungselementes (1) und des zweiten Verbindungselementes (2) Federelemente (8) angeordnet sind.

4. Elektrische Steckverbindung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Federelemente (8) jeweils innerhalb der Bohrungen (4, 6) angeordnet sind.

5. Elektrische Steckverbindung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Federelemente (8) in dem ersten Verbindungselement (1) angeordnet sind.

6. Elektrische Steckverbindung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Federelemente (8) in dem zweiten Verbindungselement (2) angeordnet sind.

7. Elektrische Steckverbindung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Federelemente (8) als gestanzte Blechteile ausgebildet sind.

8. Elektrische Steckverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die miteinander in elektrisch leitender Verbindung stehenden Bauteile (Wandung 3, Steckerteil 5, Stift 7, gegebenenfalls Wandung 9) koaxial zueinander und zu jeweiligen Mittelachsen (1a, 2a) des ersten Verbindungselementes (1) und des zweiten Verbindungselementes (2) angeordnet sind.

9. Elektrische Steckverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die miteinander in elektrisch leitender Verbindung stehenden Bauteile (Wandung 3, Steckerteil 5, Stift 7, gegebenenfalls Wandung 9) im Querschnitt rund sind.

10. Elektrische Steckverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die miteinander in elektrisch leitender Verbindung stehenden Bauteile (Wandung 3, Steckerteil 5, Stift 7, gegebenenfalls Wandung 9) im Querschnitt quadratisch sind.

11. Elektrische Steckverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die miteinander in elektrisch leitender Verbindung stehenden Bauteile (Wandung 3, Steckerteil 5, Stift 7, gegebenenfalls Wandung 9) im Querschnitt dreieckig sind.