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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stecker mit einer Mehrzahl länglicher Stifte, die von einem Steckerkörper abragen und die jeweils dazu ausgebildet sind, durch Zusammenwirken mit einem jeweiligen Kontakt einer Buchse eine entsprechende Mehrzahl von elektrischen Verbindungen zwischen dem Stecker und der Buchse zu erzeugen. Die Erfindung betrifft ferner eine entsprechend ausgebildete Stecker-Buchse-Kombination.
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STAND DER TECHNIK
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In Kraftfahrzeugen werden heutzutage Steuergeräte vorgesehen, die über einen Kabelbaum mit einer Vielzahl einzelner Kabel mit verschiedensten Geräten, Sensoren, Aktuatoren, etc. kommunizieren. Zur Kontaktierung mit dem Kabelbaum wird dabei häufig ein als sogenannte Messerleiste bezeichneter Stecker vorgesehen, der mit einer Vielzahl abragender metallischer Stiften ausgestattet ist, die mit einer Leiterplatte im Innern des Steuergeräts verbunden sind.
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Um das Steuergerät mit dem Kabelbaum zu verbinden, wird an dem Kabelbaum ein Kopplungselement vorgesehen, das eine entsprechende Vielzahl von Kontakten aufweist, wobei jeder Kontakt dazu vorgesehen ist, mit einem zugehörigen Stift des Stecker zusammenzuwirken und eine elektrische Verbindung herzustellen. Wenn das Kopplungselement auf die Messerleiste gesteckt wird, kontaktieren in der Regel alle Kontakte in dem Kopplungselement mit allen Stiften der Messerleiste im Rahmen eines Toleranzaufbaus quasi gleichzeitig.
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Ein herkömmlicher Stecker mit mehreren abragenden Stiften ist zum Beispiel in der
DE 202 20 456 U1 beschrieben.
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Während die Verwendung einer Mehrzahl identischer Stifte in der Messerleiste die Herstellung vereinfachen und damit verbundene Kosten der Messerleiste reduzieren kann, wurde beobachtet, dass es nach einem Zusammenstecken der Messerleiste eines Steuergeräts mit einem Kopplungselement eines Kabelbaums zu Ausfällen oder Störungen in dem Steuergerät kommen kann.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Mit einem Stecker bzw. einer Stecker-Buchse-Kombination gemäß den unabhängigen Ansprüchen können Ausfälle bei Steuergeräten, die durch das Zusammenstecken mit dem Kabelbaum bedingt sein könnten, weitestgehend vermieden werden. Ferner bleibt der Aufbau des Steckers verhältnismäßig einfach und die Herstellungskosten können dementsprechend gering gehalten werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Steckers bzw. der Stecker-Buchse-Kombination sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Aspekte der vorliegenden Erfindung beruhen auf der folgenden Erkenntnis: Bei der herkömmlichen Verbindung eines Kabelbaums mit einem Steuergerät über eine Stecker-Buchse-Kombination, bei der der Stecker über lauter identische Stifte verfügt, kann es in einigen wenigen Fällen beim Zusammenstecken zu einer übermäßigen elektrischen Belastung („electrical overstress“, EOS) durch elektrische Spannungsspitzen kommen. Um dies zu vermeiden, kann ein für die Herstellung einer Masse-Verbindung zuständiger Stift länger als die sonstigen Stifte in dem Stecker ausgebildet werden und somit als sogenannter vorauseilender Massestift ausgebildet sein. Aufgrund der größeren Länge dieses vorauseilenden Massestiftes muss jedoch auch auf der Seite der Buchse ein entsprechend großer Sonderkontakt vorgesehen sein, da die ansonsten in der Buchse herkömmlich verwendeten Kontakte im Allgemeinen nicht über eine genügende Einstecktiefe für einen verlängerten Stift verfügen. Bei einer derartigen Ausgestaltung eines einzelnen längeren Massestifts in dem Stecker und eines einzelnen entsprechend tieferen Sonderkontakts in der Buchse kann jedoch die Tatsache, dass diese beiden Bauteile nur in sehr kleinen Stückzahlen im Vergleich zu den ansonsten standardisierten Stiften und Kontakten benötigt werden, dazu führen, dass das Vorsehen eines vorauseilenden Massestifts zu erheblich höheren Kosten bei der Herstellung der Stecker-Buchse-Kombination führen kann.
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Erfindungsgemäß wird nun ein Stecker mit einer Mehrzahl länglicher Stifte vorgeschlagen, bei dem zumindest einer der Stifte als vorauseilender Stift im druckfreien Zustand weiter von einem die Stifte tragenden Steckerkörper abragt als andere Stifte, wobei dieser vorauseilende Stift derart in Längsrichtung verkürzbar ausgebildet ist, dass sich ein distaler Endbereich des Stiftes bei Ausübung eines Druckes in Längsrichtung des Stiftes hin zu dem Steckerkörper verlagert. Zumindest einer oder vorzugsweise die Mehrzahl der in dem Stecker vorgesehenen länglichen Stifte sind hierbei als herkömmliche Standardstifte, das heißt einstückig und starr, ausgebildet. Vorzugsweise ist lediglich ein einziger der Stifte des Steckers als vorauseilender Stift, das heißt mit einem in Längsrichtung verlagerbaren Endbereich, ausgebildet.
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Dadurch, dass in dem vorgeschlagenen Stecker zumindest einer der Stifte als vorauseilender Stift weiter von einem Steckerkörper abragend ausgebildet ist als andere Stifte, solange der Stecker nicht mit einer Buchse zusammengesteckt ist, kann erreicht werden, dass bei einem Zusammenstecken des Steckers mit der Buchse zunächst dieser vorauseilende Stift in Berührung mit einem entsprechend zugeordneten Kontakt der Buchse kommt. Der vorauseilende Stift ist dabei vorzugsweise mit der Masse verbunden, so dass beim anschließenden restlichen Zusammenstecken von Stecker und Buchse keine übermäßigen Spannungsspitzen mehr zu Schäden in dem Steuergerät führen können.
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Da sich ferner die Gesamtlänge des vorauseilenden Stifts verkürzen kann, indem bei einem Druck auf den distalen Endbereich des Stiftes dieser Endbereich in Längsrichtung des Stiftes verlagert wird hin zu dem Steckerkörper, kann sich die Gesamtlänge des vorauseilenden Stifts während des Einsteckvorgangs in die Buchse verkürzen.
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Vorzugsweise verkürzt sich der vorauseilende Stift dabei auf eine Länge, die der Länge der sonstigen, nicht verkürzbaren Stifte entspricht. Dadurch kann erreicht werden, dass auf der Seite der Buchse keine einzelnen Sonderkontakte mehr für übermäßig lange vorauseilende Stifte vorgesehen werden brauchen, sondern für alle Kontakte der Buchse die gleichen Standardkontakte vorgesehen werden können. Hierdurch können insbesondere die Kosten für die Buchse gering gehalten werden.
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Der vorauseilende Stift des Steckers kann auf verschiedene Arten und Weisen ausgestaltet sein. Beispielsweise kann der vorauseilende Stift mindestens zweistückig ausgebildet sein und einen in dem Steckerkörper festgelegten Bereich sowie einen entlang der Längsrichtung verlagerbaren Endbereich aufweisen. Der verlagerbare Endbereich kann dabei beispielsweise in einer mit dem festgelegten Bereich verbundenen Führung geführt sein, so dass er sich zwar in der Längsrichtung verlagern lässt, jedoch nicht quer zur Längsrichtung verlagert werden kann. Ein seitliches Umbiegen oder Knicken kann somit vermieden werde.
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Damit kann erreicht werden, dass der vorauseilende Stift beim Zusammenstecken des Steckers mit der Buchse zunächst mit einem zugehörigen Kontakt in der Buchse leicht mechanisch in Verbindung kommt und auf diese Weise eine elektrische Verbindung hergestellt wird, bevor anschließend bei einem weiteren Zusammenpressen von Stecker und Buchse der vorauseilende Stift und anschließend auch die restlichen Standardstifte in die zugeordneten Kontakte der Buchse, die vorzugsweise hohl und komplementär zu den Stiften des Steckers ausgebildet sind, hineingeschoben werden bzw. kraftschlüssig in diese eingreifen.
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Vorzugsweise spannt in dem vorauseilenden Stift eine elastische Feder den distalen Endbereich von dem Steckerkörper weg vor. Damit kann erreicht werden, dass der distale Endbereich im unbelasteten Zustand stets weiter von dem Steckerkörper abragt als die sonstigen standardmäßigen Stifte. Im belasteten Zustand, das heißt, wenn der Stecker und die Buchse zusammengesteckt werden, kann der distale Endbereich gegen die Federkraft der elastischen Feder in Richtung des Steckerkörpers geschoben werden, bis sein Ende im Wesentlichen auf dem Niveau der Enden der sonstigen Stifte liegt. Die elastische Feder bzw. ein Anschlag für den distalen Endbereich kann dabei derart ausgestaltet sein, dass sich der Endbereich nicht weiter in Richtung des Steckerkörpers schieben lässt und somit der vorauseilende Stift im druckbeaufschlagten Zustand zumindest die gleiche Länge aufweist, wie die sonstigen standardmäßigen Stifte.
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Der vorauseilende Stift kann teleskopartig ausgebildet sein. Dabei können sich verschiedene Bereiche eines mehrstückigen Stiftes aufgrund beispielsweise ihrer unterschiedlichen Umfänge bzw. Durchmesser teleskopartig ineinander verschieben lassen, so dass auf diese Weise die Länge des vorauseilenden Stiftes verändert werden kann. Wiederum kann eine in dem teleskopartigen Stift angeordnete elastische Feder dafür sorgen, dass der vorauseilende Stift auf seine maximale Länge hin vorgespannt ist.
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Der vorgeschlagene Stecker kann insbesondere als eine Messerleiste an einem Steuergerät oder als ein Kabelbaumstecker zur Verbindung mit einem Steuergerät in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden.
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Mögliche Ausgestaltungen und Vorteile der hierin vorgeschlagenen Erfindung werden teilweise mit Bezug auf erfindungsgemäße Stecker und teilweise mit Bezug auf eine erfindungsgemäße Stecker-Buchse-Kombination beschrieben. Ein Fachmann wird erkennen, dass die einzelnen Merkmale in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden können und auch von dem Stecker auf die Stecker-Buchse-Kombination bzw. umgekehrt übertragen werden können, um auf diese Weise Synergieeffekte erreichen zu können.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen weiter erläutert, wobei weder die Zeichnungen noch die Beschreibung als die Erfindung einschränkend auszulegen sind.
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1 zeigt eine Seitenansicht eines Steckers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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2 zeigt eine Schnittansicht einer Stecker-Buchse-Kombination gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche oder gleichwirkende Komponenten.
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AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
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1 zeigt sehr schematisch eine Seitenansicht eines Steckers 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. An einem Steckerkörper 7 ist eine Mehrzahl von abragenden metallischen Stiften 3, 5 in einer Reihe nebeneinander vorgesehen. Es können auch mehrere Reihen von Stiften 3, 5 hintereinander angeordnet sein, so dass die Stifte innerhalb eines zweidimensionalen Feldes von dem Steckerkörper 7 abragen. Jeder der Stifte kann mit einem zugehörigen Kabel verbunden sein, wobei ein Kabel jeweils an einem proximalen Ende eines Stiftes durch Ancrimpen oder Anlöten mechanisch haltend und elektrisch leitend befestigt sein kann. Alternativ können die proximalen Enden der Stifte direkt mit Leiterbahnen einer Platine in Verbindung stehen.
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Der Steckerkörper 7 kann dabei Teil eines separaten Steckers sein. Alternativ kann der Steckerkörper 7 auch Teil einer Messerleiste sein, wie sie beispielsweise an Steuergeräten eines Kraftfahrzeugs zur Verbindung mit den Leitungen eines Kabelbaumes vorgesehen sind.
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Die Begriffe „Stecker“ und „Buchse“ sollen hierbei in dieser Beschreibung weit ausgelegt werden. Insbesondere wird das in 1 dargestellte Steckverbindungselement als Stecker bezeichnet, da die abragenden Stifte 3, 5 in aufnehmende Kontakte eines Gegenelementes eingreifen können. Dieses Gegenelement wird hierin als Buchse bezeichnet. Allerdings könnte das Gegenelement auch selbst als Stecker bezeichnet werden, da es beispielsweise in einen Rahmen 13, der die Stifte 3, 5 des Steckers 1 umgibt, eingesteckt werden kann. Insbesondere im Fahrzeugbau ist diesbezüglich der Begriff „Kabelbaumstecker“ für das buchsenartige Gegenelement gebräuchlich.
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In dem Stecker 1 sind die meisten der Stifte 3, 5 als standardmäßige, einstückige und starre Stifte 3 ausgebildet. Diese standardmäßigen Stifte 3 sind alle identisch und insbesondere gleich lang und ragen somit alle um den gleichen Abstand von der Oberfläche des Steckerkörpers 7 ab. Lediglich ein einziger Stift 5 weist eine erheblich größere Länge auf und ragt daher sehr viel weiter von dem Steckerkörper 7 ab.
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Dieser längere Stift 5 ist zweiteilig ausgebildet und weist einen unteren Bereich 11 auf, der ähnlich wie die standardmäßigen Stifte 3 fest in dem Steckerkörper 7 verankert ist. Ergänzend weist dieser Stift 5 einen in Längsrichtung verlagerbaren Endbereich 9 auf. Dieser verlagerbare Endbereich 9 ist in einer mit dem unteren Bereich 11 verbundenen Führung geführt und wird durch eine in dem Stift aufgenommene Spiralfeder (in 1 nicht gezeigt) in einer Richtung weg von dem Steckerkörper 7 vorgespannt. Dementsprechend hat der Stift 5 seine maximale Länge, solange er nicht durch eine Druckkraft zusammengeschoben wird.
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Durch eine beispielsweise beim Zusammenfügen des Steckers 1 mit einer Buchse auftretende Druckkraft wird der verlagerbare Endbereich 9 maximal um die Distanz Δx nach unten hin zu dem Steckerkörper 7 verlagert, bevor er durch einen Anschlag daran gehindert wird, sich weiter in Richtung des Steckerkörpers 7 zu verlagern.
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In 2 ist ein Zwischenzustand während des Einsteckens eines als Buchse 19 dienenden Kabelbaumsteckers in einen erfindungsgemäßen Stecker 1 dargestellt. Die Buchse 19 ist dabei lediglich teilweise in den Rahmen 13 des Steckers 1 eingeschoben, ohne jedoch bereits dessen Grund zu erreichen.
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In diesem Zustand ist gut zu erkennen, dass der längere vorauseilende Stift 5 mit seinem Endbereich 9 bereits in elektrischem und mechanischem Kontakt mit einem Kontakt 15 der Buchse 19 steht. Andererseits hat ein kürzerer Standardstift 3 noch keine Berührung mit einem entsprechend zugeordneten Kontakt 17 der Buchse 19. Der längere Kontakt 5 kann daher als vorauseilender Kontakt dienen und beispielsweise bereits einen Masseschluss erzeugen, bevor einer der anderen Stifte 3 in Berührung mit weiteren Kontakten 17 der Buchse 19 kommt.
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Da der Endbereich 9 durch eine Spiralfeder 23, die im hohlen Inneren des Stiftes 5 aufgenommen ist, vorgespannt wird, kann er beim Einschieben der Buchse 19 in den Rahmen 13 des Steckers 1 zunächst in die innen hohle und komplementär ausgebildete Aufnahme 21 des zugehörigen Kontaktes 15 eingreifen. Wenn der Endbereich 9 die maximale Einstecktiefe Δy des Kontaktes 15 erreicht hat, wird die Feder 23 beim weiteren Einschieben der Buchse 19 zunehmend zusammengedrückt und die Gesamtlänge des Stiftes 5 verkürzt sich.
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Damit kann erreicht werden, dass beim Einstecken der Buchse 19 in den Stecker 1 vorauseilend ein zuverlässiger Masseschluss über den Stift 5 erzeugt wird und anschließend beim weiteren Einschieben der Buchse 19 auch die restlichen Stifte 3 in die zugeordneten Kontakte 17 eingreifen, wobei sich die Länge des vorauseilenden Stiftes 5 zunehmend verkürzt. Die zulässige Einstecktiefe des vorauseilenden Stiftes 5 in den Kontakt 15 wird dabei nicht überschritten.
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Es können somit in der Buchse 19 ausschließlich Kontakte 15, 17 verwendet werden, die alle die gleiche Einstecktiefe haben und prinzipiell gleich ausgebildet sein können, obwohl, wie in 2 dargestellt, auch verschiedene Kontakte 15, 17 in der Buchse vorgesehen sein können. Durch die Möglichkeit der ausschließlichen Verwendung von identischen Kontakten in der Buchse können die Herstellungskosten für diese Kontakte und somit für die Buchse minimiert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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