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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine elektrische Steckverbindung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Eine derartige, bekannte Steckverbindung wird beispielsweise in der Kraftfahrzeugtechnik zur Kontaktierung von Steuer- oder Schaltgeräten mit Kabeln eines Kabelbaumes, eines Aggregates oder eines Sensors verwendet. Hierbei weist das Steuer- bzw. Schaltgerät starre, flache Steckerpins auf, die mittels eines Steckerkörpers kontaktiert werden, der elastisch federnde Federbleche aufweist, die sich beidseitig kraftschlüssig an den Steckerpin anlegen und deren Steckerkörper mit einem Kabel, z. B. durch eine Crimpverbindung, verbunden ist. Derartige bekannte Steckverbindungen sind relativ preisgünstig und einfach herstellbar. Aufgrund zum Beispiel von Temperaturänderungen oder Vibrationen während des Betriebs kommt es oftmals zu einer Relativbewegung zwischen den beiden Kontaktelementen, dem Steckerpin und dem Steckerkörper. Diese Relativbewegung äußert sich in einer Reibung zwischen den Kontaktflächen an den beiden Kontaktelementen, welcher mit einem Verschleiß an den Oberflächen verbunden ist. Dieser Verschleiß führt zu einem erhöhten Übergangswiderstand an den Kontaktflächen, welcher sogar dazu führen kann, dass die Verbindung nicht mehr stromleitend ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Steckverbindung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass diese auch bei Relativbewegungen zwischen den Kontaktelementen stets eine sichere Stromübertragung ermöglicht. Gleichzeitig soll die Steckverbindung relativ einfach und preiswert herstellbar sein. Diese Aufgabe wird bei einer elektrischen Steckverbindung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Der Erfindung liegt dabei die Idee zugrunde, durch ein im Bereich der Kontaktflächen in einer Ebene parallel zur Einschubrichtung bewegliche Ausbildung des zweiten Kontaktelements zu vermeiden, dass es zwischen den beiden Kontaktelementen zu einer mit einem Verschleiß an den Kontaktflächen verbundenen Reibung kommt.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der elektrischen Steckverbindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in den Ansprüchen, der Beschreibung und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das zweite Kontaktelement wenigstens eine senkrecht zur Einschubrichtung elastisch verformbare Federzunge aufweist. Durch eine derartige Federzunge lässt sich insbesondere die zur kraftschlüssigen Verbindung erforderliche Normalkraft zwischen den beiden Kontaktelementen auf relativ einfache Art und Weise bewirken.
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In einer ersten konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass mit der Federzunge ein parallel zur Einschubrichtung bewegbarer, elektrisch leitender Kontaktkörper verbunden ist. Ein derartiger Kontaktkörper stellt die elektrische Verbindung zwischen den beiden Kontaktelementen her und kann beispielsweise durch eine entsprechende Beschichtung bzw. durch ein entsprechendes Material besonders verschließfest ausgebildet sein, so dass eine besonders hohe Lebensdauer bzw. eine besonders sichere Stromübertragung sichergestellt werden kann.
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In einer konstruktiv relativ einfach gestalteten Ausbildung ist es dabei vorgesehen, dass der Kontaktkörper in einem Aufnahmeabschnitt der Federzunge geführt und bei einer Relativbewegung zwischen den beiden Kontaktelementen in dem Aufnahmeabschnitt parallel zur Einschubrichtung bewegbar ist. Ein derartiger Aufnahmeabschnitt kann beispielsweise im einfachsten Fall als Langloch ausgebildet sein, so dass der Kontaktkörper zwischen dem Langloch in der Federzunge und einer anderen Wand der Federzunge geführt ist ohne, dass zusätzliche Maßnahmen zur Führung bzw. zur Sicherung des Kontaktkörpers erforderlich sind.
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Insbesondere ist es vorgesehen, dass der Kontaktkörper als Kugel oder Walze ausgebildet ist. Bei einer Ausbildung als Kugel kann dabei eine besonders hohe Flächenpressung in der Kontaktfläche erzielt werden, während bei einer Ausbildung als Walze die Flächenpressung relativ gering ist, so dass das erste Kontaktelement bezüglich seiner Oberflächenhärte relativ unkritisch ist.
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Um einerseits Querbelastungen auf das erste Kontaktelement zu vermeiden und andererseits eine besonders sichere Übertragung des Stromflusses und eine Aufteilung des Stromflusses zu ermöglichen, ist es in einer weiteren, besonders bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass wenigstens zwei Kontaktkörper vorgesehen sind, die auf einander gegenüberliegenden Seiten des ersten Kontaktelementes angeordnet sind.
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Um ein Abrollen bzw. Abwälzen des Kontaktkörpers zu ermöglichen bzw. zu erleichtern ist es weiterhin vorgesehen, dass der wenigstens eine Aufnahmeabschnitt im Kontaktierfall parallel zu einer Kontaktfläche des ersten Kontaktelementes ausgerichtet ist.
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In einer konstruktiven Alternative zu dem einen Kontaktkörper aufweisenden zweiten Kontaktelement ist es vorgesehen, dass das zweite Kontaktelement in einer Schwenkachse drehbar gelagert ist und wenigstens einen Kontaktbereich aufweist, die im Anlagebereich mit dem ersten Kontaktelement gekrümmt ausgebildet ist, so dass sich bei einer Relativbewegung der beiden Kontaktelemente in Einschubrichtung der wenigstens eine Kontaktbereich des zweiten Kontaktelements auf dem ersten Kontaktelement abwälzt. Eine derartige Lösung hat den Vorteil, dass das zweite Kontaktelement keine zusätzlichen Elemente benötigt und daher besonders einfach und preiswert herstellbar ist.
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Um eine besonders sichere Übertragungsmöglichkeit des Stromes zu ermöglichen und gleichzeitig relativ hohe Ströme übertragen zu können, ist es in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das zweite Kontaktelement zweisymmetrisch zur Drehachse angeordnete Kontaktbereiche aufweist, die mit jeweils einem ersten Kontaktelement zusammenwirken.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen.
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Diese zeigen in:
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1 eine Abfolge von Seitenansichten bei einer ersten erfindungsgemäßen elektrischen Steckverbindung, bei der ein Steckerpin mit einem Steckerkörper kontaktiert wird und
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2 eine zweite erfindungsgemäße elektrische Steckverbindung während des Betriebes bei unterschiedlichen Positionen ihrer Steckerpins, jeweils in Längsschnitten.
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In der 1 ist eine erste elektrische Steckverbindung 10 dargestellt, die zur Kontaktierung eines ersten Kontaktelements 11 mit einem zweiten Kontaktelement 12 dient. Hierbei ist das erste Kontaktelement 11 als sogenannter Steckerpin 14 ausgebildet, der einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweist und in seiner dem zweiten Kontaktelement 12 zugewandten Seite keilförmig bzw. spitz ausgebildet ist. Hierbei kann der Steckerpin 14 z. B. Bestandteil eines nicht dargestellten Schalt- oder Steuergerätes in einem Kraftfahrzeug sein, der mit einem Kabelbaum kontaktiert werden soll, um z. B. bestimmte Verbraucher anzusteuern oder aber von Sensoren bestimmte Signale zu erhalten, die dann im Steuergerät verarbeitet werden sollen.
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Das zweite Kontaktelement 12 weist einen Steckerkörper 15 auf, der über eine Crimpverbindung 16 mit abisolierten Leitungen 17 eines Kabels 18 elektrisch kontaktiert ist. Der Steckerkörper 15 weist zwei, symmetrisch zu einer Längsachse 19 angeordnete Federzungen 21, 22 auf. Hierbei sind die beiden Federzungen 21, 22 in einer Richtung senkrecht zur Längsachse 19 elastisch verformbar angeordnet. Die beiden Federzungen 21, 22 weisen an ihrem dem Kabel 18 gegenüberliegenden Ende jeweils einen in Richtung des Kabels 18 rückgebogenen Aufnahmeabschnitt 23, 24 auf. In den Aufnahmeabschnitten 23, 24 ist in deren ebenen Bereichen beispielhaftjeweils ein in den Figuren nicht im Detail erkennbares Langloch 25, 26 ausgebildet.
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Die Langlöcher 25, 26 dienen der Führung jeweils eines im dargestellten Ausführungsbeispiel als Kugel 27, 28 ausgebildeten Kontaktkörpers zur elektrischen Kontaktierung des Steckerpins 14. Hierbei ist jede der Kugeln 27, 28 zwischen dem Aufnahmeabschnitt 23, 24 und dem ihr gegenüberliegenden Abschnitt 31, 32 der Federzunge 21, 22 derart angeordnet, dass die Kugeln 27, 28 unverlierbar in den Federzungen 21, 22 entlang des Langlochs 25, 26 bewegbar angeordnet sind.
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In der Abfolge der Einzeldarstellungen der 1 von links nach rechts ist der Fall dargestellt, bei der der Steckerpin 14 in Richtung des Pfeils 33 mit dem zweiten Kontaktelement 12 elektrisch kontaktiert wird. Man erkennt insbesondere, dass beim Einführen des Steckerpins 14 zwischen die beiden Federzungen 21, 22 diese zusammen mit den Aufnahmeabschnitten 23, 24 spätestens beim Berühren der Kugeln 27, 28 senkrecht zur Längsachse 19 elastisch zurückfedern, so dass diese im weiteren Verlauf, bei dem die Kugeln 27, 28 in elektrischer Wirkverbindung mit den beiden Flachseiten 34, 35 des Steckerpins 14 angeordnet sind, parallel zur Längsachse 19 angeordnet sind. Hierbei wird zwischen den Oberflächen 36, 37 der Kugeln 27, 28 und den Flachseiten 34, 35 des Steckerpins 14 jeweils eine punktförmige Kontaktfläche 38, 39 ausgebildet. Über diese Kontaktfläche 38, 39 wird über die elektrisch leitenden Kugeln 27, 28 der Strom geleitet.
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Wesentlich dabei ist, dass durch Führung der Kugeln 27, 28 in den Langlöchern 25, 26 bei einer Relativbewegung zwischen dem Steckerpin 14 und dem Steckerkörper 15 in Richtung des Pfeils 33 bzw. entgegen des Pfeils 33, d. h. entgegen der Einschubrichtung, ein Abrollen der Kugeln 27, 28 an den Flachseiten 34, 35 des Steckerpins 14 möglich ist. Dies wird insbesondere auch dadurch vereinfacht bzw. unterstützt, dass die Aufnahmeabschnitte 23, 24 parallel zu den Flachseiten 34, 35 angeordnet sind. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass während der Relativbewegung zwischen dem Steckerpin 14 und den Kugeln 27, 28 zwischen diesen Elementen eine Rollbewegung mit einer Rollreibung stattfindet.
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Ergänzend wird erwähnt, dass anstelle von Kugeln 27, 28 auch insbesondere walzenförmige Kontaktkörper vorgesehen sein können. Bei derartigen walzenförmigen Kontaktkörpern findet anstelle einer punktförmigen Kontaktierung zwischen dem Steckerpin 14 und dem entsprechenden Kontaktkörper eine linienartige Kontaktierung statt. Jedoch ist auch in diesem Fall vorgesehen, dass die Walzen in bzw. entgegen der Richtung des Pfeils 33 (Einschubrichtung) beweglich angeordnet sind.
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In der 2 ist eine zweite erfindungsgemäße elektrische Steckverbindung 40 dargestellt. Hierbei weist die Steckverbindung 40 ein in einer Drehachse 42 schwenkbar gelagertes zweites Kontaktelement 44 auf. Das zweite Kontaktelement 44 ist wiederum aus einem insbesondere gebogen ausgebildeten Federblech oder ähnlichem als Stanzbiegeteil ausgebildet und weist einen durch die Drehachse 42 laufenden, diagonal angeordneten Mittelabschnitt 45 auf, an den sich auf einander gegenüberliegenden Seiten jeweils ein gerundet ausgebildeter Endabschnitt 46, 47 anschließt.
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Wesentlich hierbei ist, dass die einen, als Kontaktbereiche wirkenden Oberflächen 48, 49 der Endabschnitte 46, 47 als Kreisbogenabschnitt mit einem Radius r zur Drehachse 42 ausgebildet sind. Weiterhin ist wesentlich, dass die beiden Endabschnitte 46, 47, insbesondere durch die diagonale Anordnung des Mittelabschnitts 45, senkrecht zu einer Einschubrichtung, welche durch die Pfeile 51 dargestellt ist, elastisch verformbar sind.
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Beiderseits des zweiten Kontaktelements 44 sind noch Anschlagelemente 53, 54 angeordnet, die das Verschwenken des zweiten Kontaktelementes 44 einschränken bzw. limitieren.
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Das zweite Kontaktelement 44 wirkt im Ausführungsbeispiel mit zwei flachen ersten Kontaktelementen 55, 56 zusammen. Hierbei können die beiden Kontaktelemente 55, 56 an einen gemeinsamen Stecker oder ähnlichem realisiert werden, oder aber es können dies Kontaktelemente 55, 56 von unterschiedlichen Steckern bzw. Leitungen sein. Die beiden Kontaktelemente 55, 56 liegen auf der dem zweiten Kontaktelement 44 abgewandten Seite jeweils an einem Gegenelement 57, 58 an. Die beiden Gegenelemente 57, 58 bewirken hierbei insbesondere die erforderliche Kontakt- bzw. Normalkraft senkrecht zur Einschubrichtung, die die kraftschlüssige Verbindung zwischen dem zweiten Kontaktelement 44 und den ersten Kontaktelementen 55, 56 sicherstellt.
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In der linken Darstellung der 2 ist der Fall dargestellt, bei der das zweite Kontaktelement 44 sich in seiner Mittelstellung befindet, bei der zwei linienförmige Kontaktflächen 59, 60 im mittleren Bereich der Endabschnitte 46, 47 ausgebildet werden. Kommt es nun zu einer Relativbewegung zwischen dem zweiten Kontaktelement 44 und den beiden ersten Kontaktelementen 55, 56 entsprechend der mittleren und rechten Darstellung der 2, so kann das zweite Kontaktelement 44 um seine Drehachse 42 ausweichen bzw. verschwenken, so dass die Kontaktflächen 59, 60 auf den Kontaktabschnitten 46, 47 wandert. Auch hier ist wesentlich, dass es zwischen dem zweiten Kontaktelement 44 bzw. den Oberflächen 48 und 49 des zweiten Kontaktelementes 44 und den Oberflächen der Kontaktelemente 55, 56 zu einer Abwälzbewegung kommt, d. h. dass zwischen den genannten Elementen eine Rollreibung herrscht.
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Ergänzend wird erwähnt, dass die Oberflächen 48, 49 der Kontaktabschnitte 46, 47 auch kugelförmig ausgebildet sein können, so dass es zu einer punktförmigen Anlage zwischen den Oberflächen 48, 49 und den zugewandten Seiten der Kontaktelemente 55, 56 kommt. Weiterhin wird erwähnt, dass es selbstverständlich auch möglich ist, die beiden Kontaktelemente 55, 56 aus einer Richtung senkrecht zu dem Pfeil 51 zuzuführen bzw. mit dem zweiten Kontaktelement 44 in Berührung zu bringen.
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Die soweit dargestellten und beschriebenen Steckverbindungen 10, 40 können in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. Dieser besteht darin, bei einem zweiten Kontaktelement 12, 44 dieses derart auszubilden, dass es bei einer Relativbewegung zwischen einem ersten Kontaktelement 11, 55, 56 und dem zweiten Kontaktelement 12, 44 zu einer Abwälzbewegung zwischen den entsprechenden Kontaktflächen kommt, um insbesondere einen Reibverschleiß an den Kontaktflächen zu vermeiden.
