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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stecker zum elektrischen Verbinden eines Steckkontaktelements des Steckers mit einem Gegensteckkontaktelement eines Gegensteckers sowie einen entsprechenden Gegenstecker.
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Stand der Technik
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Knapper werdende petrochemische Rohstoffe sowie vielerorts geltende strenge Grenzwerte für den CO2-Ausstoß führen zu einer zunehmenden Elektrifizierung des Antriebsstrangs von Kraftfahrzeugen. Dadurch weisen viele Kraftfahrzeuge mittlerweile einen Elektromotor auf, der das Kraftfahrzeug entweder ausschließlich oder in Kombination mit einem Verbrennungsmotor antreibt. In der Regel wird der Elektromotor über ein Hochvoltbordnetz mit Energie versorgt. Hierfür ist eine Steckverbindung zwischen dem Hochvoltbordnetz und dem Elektromotor notwendig, die erheblichen Vibrationsbelastungen ausgesetzt ist. Dadurch kommt es sehr leicht zu Reibkorrosion zwischen dem Steckkontaktelement des Steckers und dem Gegensteckkontaktelement des Gegensteckers. Da über die Steckverbindung erhebliche Ströme fließen, kann die Erhöhung eines Übergangswiderstands der Steckverbindung durch die Reibkorrosion zu einer erheblichen Erwärmung bis hin zum Brand führen.
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Die
JP 2001 326 018 A zeigt einen Stecker, bei dem innerhalb eines Steckgehäuses eine dünne mehrlagige Silikon-Abdichtung einen Steckkontakt umgibt und abdichtet. Aus der
US 6 846 203 B und der
WO 2005/050 791 sind weitere Vorrichtungen für Kupplungen und Stecker bekannt, die eine Dichtung und Halterung sichern.
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Die
DE 10 2012 102 837 A1 zeigt einen Stecker zum elektrischen Verbinden eines Steckkontaktelements des Steckers mit einem Gegensteckkontaktelement eines Gegensteckers.
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Die
US 4 310 211 A zeigt ein Hochstromverbindungssystem für Photovoltaik-Module.
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Die
US 4 614 390 A zeigt eine Dichtung zum Abdichten eines Gehäuses, welches einen elektrischen Anschluss aufweist.
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Beschreibung der Erfindung
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Ausgehend vom Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Stecker zum elektrischen Verbinden eines Steckkontaktelements des Steckers mit einem Gegensteckkontaktelement eines Gegensteckers bereitzustellen, der selbst unter erheblichen Vibrationsbelastungen nur zu einer geringen Reibkorrosion neigt. Eine weitere Aufgabe besteht darin, für diesen Stecker einen geeigneten Gegenstecker vorzuschlagen.
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Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
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Dementsprechend umfasst die Erfindung einen Stecker zum elektrischen Verbinden eines Steckkontaktelements des Steckers mit einem Gegensteckkontaktelement eines Gegensteckers, indem der Stecker in einer Steckrichtung mit dem Gegenstecker verbunden wird. Der Stecker weist ein Gehäuseelement mit einer Kontaktkammer auf, in der das Steckkontaktelement angeordnet ist. Um zumindest einen Teil des Steckkontaktelements ist ein Schwingungsdämpfungselement angeordnet zum Dämpfen von Schwingungen des Steckkontaktelements in der Kontaktkammer. Beispielsweise kann das Schwingungsdämpfungselement das Steckkontaktelement zumindest teilweise ringförmig umgeben.
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Durch das Schwingungsdämpfungselement bewegt sich das Steckkontaktelement weniger in der Kontaktkammer, so dass es weniger am Gegensteckkontaktelement entlang reibt und es zu weniger Reibkorrosion kommt. Dadurch kann sich die Lebensdauer der Steckverbindung erhöhen. Gerade bei Hochvoltsteckern, die an Elektromotoren eingesetzt werden, ist die Verwendung des erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfungselements vorteilhaft, da diese Hochvoltstecker hohe Ströme übertragen und erheblichen Vibrationsbelastungen ausgesetzt sind.
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Vorzugsweise besteht das Schwingungsdämpfungselement aus einem elastischen Material, das beispielsweise Silikon oder Gummi umfasst. Dadurch ist eine gute Aufnahme der Vibrationen gewährleistet. Unter Silikon können beispielsweise Polysiloxane verstanden werden. Zum Beispiel kann Silikonkautschuk zum Einsatz kommen. Silikon retadiert bzw. kriecht nicht oder nur sehr wenig, so dass das Schwingungsdämpfungselement seine Funktion dauerhaft ausführen kann. Die Shore-Härte des verwendeten Materials kann beispielsweise zwischen 30 bis 70 Shore, insbesondere zwischen 40 und 60 Shore, liegen.
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Erfindungsgemäß verläuft eine Haupterstreckungsachse des Schwingungsdämpfungselements parallel zur Steckrichtung des Steckers. Entlang dieser Haupterstreckungsachse kann das Schwingungsdämpfungselement beispielsweise eine Länge von 5 bis 15 mm, insbesondere 8 bis 12 mm, aufweisen. Das Schwingungsdämpfungselement kann sich also als länglicher Ring an das Steckkontaktelement anschmiegen.
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Erfindungsgemäß ist das Schwingungsdämpfungselement zumindest teilweise zwischen einer parallel zur Steckrichtung verlaufenden Wand der Kontaktkammer und dem Steckkontaktelement angeordnet. Dabei kann das Schwingungsdämpfungselement zwischen der Wand und dem Steckkontaktelement einen Bereich mit einer Dicke von 0,8 mm bis 4 mm, vorzugsweise von 1 bis 2,5 mm, ausfüllen. Eine solche Dicke ist ausreichend, um die entsprechenden Vibrationen aufzunehmen und zu dämpfen.
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In der Kontaktkammer kann ein Anschlag angeordnet sein, der vorzugsweise senkrecht zur Wand der Kontaktkammer verläuft. Gegen diesen Anschlag kann das Schwingungsdämpfungselement entgegen der Steckrichtung des Steckers gedrückt werden. Wenn dies erfolgt, wird das Schwingungsdämpfungselement entgegen der Steckrichtung gestaucht und versucht den dadurch entstehenden Druck in alle Richtungen abzugeben. Anders ausgedrückt, versucht das Schwingungsdämpfungselement dem Druck, der es deformiert, auszuweichen. Dadurch übt das Schwingungsdämpfungselement einen Druck auf die Wand der Kontaktkammer und einen Druck auf das Steckkontaktelement aus, so dass das Steckkontaktelement in der Kontaktkammer fixiert wird.
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Erfindungsgemäß weist das Gehäuseelement ein Rumpfelement und ein Deckelelement auf. Die Kontaktkammer ist dabei in dem Rumpfelement angeordnet. Das Deckelelement ist auf das Rumpfelement aufgesetzt, um in einem Zustand, in dem der Stecker mit dem Gegenstecker verbunden ist, einen Druck auf das Schwingungsdämpfungselement entgegen der Steckrichtung des Steckers auszuüben. Dadurch kann das Schwingungsdämpfungselement insbesondere gegen den weiter oben beschriebenen Anschlag gedrückt werden, so dass das Schwingungsdämpfungselement senkrecht zur Steckrichtung des Steckers auszuweichen versucht. Auf diese Weise übt das Schwingungsdämpfungselement einen Druck aus, der sowohl gegen die Wand der Kontaktkammer als auch gegen das Steckkontaktelement gerichtet ist, so dass das Steckkontaktelement vibrationsarm in der Kontaktkammer fixiert wird.
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Das Schwingungsdämpfungselement kann in dem Zustand, in dem der Stecker mit dem Gegenstecker verbunden ist, gegenüber einem relaxierten Zustand beispielsweise um 10 bis 25 Prozent entgegen der Steckrichtung gestaucht sein. Diese Stauchung sollte ausreichen, um den notwendigen Druck auf das Steckkontaktelement zu erzeugen.
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Erfindungsgemäß sind das Schwingungsdämpfungs-element und das Deckelelement derartig dimensioniert und angeordnet, dass das Deckelelement den Druck auf das Schwingungsdämpfungselement erst am Ende einer Verbindungsbewegung zum Verbinden des Steckers mit dem Gegenstecker ausübt. Dieser Druck kann insbesondere auf den letzten 0,5 bis 3 mm der Verbindungsbewegung aufgebaut werden. Auf diese Weise besitzt das Steckkontaktelement, wenn der Stecker und der Gegenstecker noch nicht miteinander verbunden sind, ein gewisses Spiel innerhalb der Kontaktkammer, so dass geringere Steckkräfte zum Verbinden des Steckers mit dem Gegenstecker notwendig sind.
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In einigen Ausführungsformen ist das Schwingungsdämpfungselement zu einem ersten Teil zwischen der Wand der Kontaktkammer und dem Steckkontaktelement angeordnet, während ein zweiter Teil in Steckrichtung des Steckers aus der Kontaktkammer heraus ragt. Das Schwingungsdämpfungselement kann beispielsweise zwischen 1 und 4 mm aus der Kontaktkammer heraus ragen. Wenn der Stecker und der Gegenstecker miteinander verbunden werden, kann das Deckelelement den zweiten Teil des Schwingungsdämpfungselements ebenfalls zwischen die Wand und das Steckkontaktelement drücken, so dass das Schwingungsdämpfungselement gestaucht wird.
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Das Schwingungsdämpfungselement kann eine senkrecht zur Steckrichtung des Steckers verlaufende Stirnfläche und an den Seiten, die dem Steckkontaktelement abgewandt sind, parallel zur Steckrichtung verlaufende Seitenflächen aufweisen. Die Seitenflächen können jeweils über eine Schräge mit der Stirnfläche verbunden sein. Die Schrägen können beispielsweise in einem Winkel von im Wesentlichen 45 Grad zur Stirnfläche verlaufen. Vorzugsweise weist das Deckelelement eine an eine Form des Schwingungsdämpfungselements angepasste Form auf. Die Formgebung führt zu guten Kompressionseigenschaften. Insbesondere kann das Deckelelement aufgrund des Verlaufes der Schräge nicht nur einen Druck entgegen der Steckrichtung, sondern auch einen Druck schräg gegen das Steckkontaktelement aufbauen.
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Das Deckelelement kann Führungselemente aufweisen, die in Gegensteckerführungselemente eingreifen, wenn der Stecker und der Gegenstecker miteinander verbunden werden. Dadurch vermindert sich das Spiel zwischen dem Stecker und dem Gegenstecker.
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Alternativ oder zusätzlich besitzt der Stecker erfindungsgemäß eine metallische Schirmung, die das Gehäuseelement umgibt und mindestens zwei in der Steckrichtung des Steckers verlaufende Führungsnuten aufweist. In diese Führungsnuten können Führungsfedern des Deckelelements eingreifen, so dass der Druck, den das Deckelelement auf das Schwingungsdämpfungs-element ausübt, in einer klar definierten Richtung auf das Schwingungsdämpfungselement einwirkt.
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Das Steckkontaktelement ist beispielsweise als ein Laststeckkontaktelement ausgestaltet, so dass dieses einen Laststrom übertragen kann. Beim erfindungsgemäßen Stecker kann es sich also insbesondere um einen Hochvoltstecker handeln. Wie bereits weiter oben ausgeführt wurde, ist das genannte Schwingungsdämpfungselement besonders bei Hochvoltsteckern vorteilhaft, da Hochvoltstecker besonders korrosionsarm sein sollten, um Brände zu vermeiden.
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Die Erfindung ist natürlich nicht auf Ausführungsformen begrenzt, bei denen das Gehäuseelement nur eine Kontaktkammer aufweist. Vielmehr kann das Gehäuseelement mehrere Kontaktkammern besitzen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst die vorliegende Erfindung einen Gegenstecker zum elektrischen Verbinden eines Gegensteckkontaktelements des Gegensteckers mit einem Steckkontaktelement eines erfindungsgemäßen Steckers. Vorzugsweise weist dieser Gegenstecker ein Verriegelungselement zum Verriegeln des Steckers im Gegenstecker auf, das dafür eingerichtet ist, einen Gegendruck des Schwingungsdämpfungselements aufzunehmen. Das Verriegelungselement kann recht stabil ausgelegt werden, damit es der Dauerbelastung durch das Schwingungsdämpfungselement Stand hält.
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Der erfindungsgemäße Gegenstecker kann Gegensteckerführungselemente aufweisen, in die die Führungselemente des Deckelelements des Steckers eingreifen, wenn der Stecker und der Gegenstecker miteinander verbunden werden. Auf diese Weise wird das Spiel zwischen Stecker und Gegenstecker vermindert, gerade wenn diese zusammengefügt werden, so dass das Schwingungsdämpfungselement in einer vorherbestimmten Weise gestaucht wird.
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Figurenliste
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Weitere Merkmale von Ausführungsformen der Erfindung und damit zusammenhängende Vorteile werden im Folgenden mit Bezug auf die Figuren erläutert. Dabei zeigen:
- 1 ein Rumpfelement mit zwei in den Kontaktkammern angeordneten Steckkontaktelementen;
- 2 zwei Steckkontaktelemente, die jeweils von einem Schwingungsdämpfungselement umgeben sind;
- 3 das Rumpfelement aus 1 mit zwei von jeweils einem Schwingungsdämpfungselement umgebenen Steckkontaktelementen;
- 4 das Rumpfelement aus 3 mit einem darauf angeordneten Deckelelement;
- 5 das Rumpfelement mit Deckelelement aus 4 in einer Schnittdarstellung entlang der Steckrichtung;
- 6 das Deckelelement mit zwei Steckkontaktelementen und zwei Schwingungsdämpfungselementen;
- 7 das Gehäuseelement aus 4 mit einer metallischen Schirmung;
- 8 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Steckers mit Sicht auf das Steckergesicht;
- 9 den Stecker aus 8 in einer seitlichen Sicht;
- 10 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gegensteckers und
- 11 den Stecker aus 9 in Verbindung mit dem Gegenstecker aus 10 in einer seitlichen Sicht.
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In der nachfolgenden Beschreibung werden gleiche und gleich wirkende Elemente, sofern nichts anderes angegeben ist, mit denselben Bezugszeichen benannt.
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Die 8 und 9 zeigen eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Steckers 1. Dieser Stecker 1 ist in 8 mit Blick auf das Steckergesicht und in 9 in einer seitlichen Sicht dargestellt. Anhand der 1 bis 7 sollen nun verschiedene Elemente dieses Steckers 1 erläutert werden.
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Der Stecker 1 umfasst ein Gehäuseelement 2, das wie in 4 dargestellt aus einem Rumpfelement 3 und einem Deckelelement 4 besteht. Das Rumpfelement 3 ist in 1 mit zwei Steckkontaktelementen 5 dargestellt, die in Kontaktkammern 6 des Rumpfelements 3 angeordnet sind. Die Kontaktkammern 6 weisen verschiedene Wände 7 auf, die parallel zur Steckrichtung S des Steckers 1 verlaufen. Senkrecht zu den Wänden 7 wiederum verlaufen mehrere Anschläge 8, gegen die die Schwingungsdämpfungselemente entgegen der Steckrichtung S des Steckers 1 gedrückt werden können.
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In 2 sind zwei Steckkontaktelemente 5 zu sehen, die von jeweils einem Schwingungsdämpfungselement 9 umringt sind, die über zwei Stege 10 miteinander verbunden sind. Entlang ihrer Haupterstreckungsachse H besitzen die beiden Schwingungsdämpfungselemente 9 eine Länge von 10 mm. Im montierten Zustand verläuft die Haupterstreckungsachse H der Schwingungsdämpfungselemente 9 parallel zur Steckrichtung S des Steckers 1. Die Wände der Schwingungsdämpfungselemente 9 weisen senkrecht zur Haupterstreckungsachse H eine Dicke von etwa 1 mm auf.
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Die 3 zeigt die Steckkontaktelemente 5 mit den beiden Schwingungsdämpfungselementen 9 in einem montierten Zustand in dem Rumpfelement 3. Die Schwingungsdämpfungselemente 9 ragen dabei in der Steckrichtung S des Steckers über das Rumpfelement 3 und damit aus den Kontaktkammern 6 hinaus.
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Wie der 4 zu entnehmen ist, wird auf das Rumpfelement 3 das Deckelelement 4 aufgesetzt. Dieses Deckelelement 4 drückt in einem Zustand, in dem der Stecker 1 mit dem Gegenstecker verbunden ist, auf die Schwingungsdämpfungselemente 9.
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Dieser Zusammenhang kann besser mit Bezug auf 5 verstanden werden, in der das Gehäuseelement 2 aus 4 in einem Schnitt entlang der Steckrichtung S des Steckers gezeigt ist. Das Rumpfelement 3 umfasst die Kontaktkammern 6, in denen die Steckkontaktelemente 5 angeordnet sind. Die Steckkontaktelemente 5 sind von den Schwingungsdämpfungselementen 9 umringt. Diese sind zu einem ersten Teil 9a zwischen der Wand 7 der Kontaktkammern 6 und dem jeweiligen Steckkontaktelement 5 angeordnet. Ein zweiter Teil 9b ragt in der Steckrichtung S des Steckers 1 aus den Kontaktkammern 6 heraus. An ihren unteren Enden liegen die Schwingungsdämpfungselemente 9 auf dem Anschlag 8 auf, so dass das Deckelelement 4 die Schwingungsdämpfungselemente 9 gegen die Anschläge 8 drücken kann.
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An ihrem oberen Ende weisen die Schwingungsdämpfungselemente 9 eine senkrecht zur Steckrichtung des Steckers verlaufende Stirnfläche 11 auf. Parallel zur Steckrichtung S besitzen die Schwingungsdämpfungselemente 9 an den Seiten, die den Steckkontaktelementen 5 abgewandt sind, Seitenflächen 12. Diese Seitenflächen 12 sind jeweils über eine Schräge 13 mit der Stirnfläche 11 verbunden. Wie der 5 entnommen werden kann, ist die Form des Deckelelements 4 hinsichtlich der Schrägen 13 an die Form der Schwingungsdämpfungselemente 9 angepasst. Durch die Schrägen 13 wirkt der Druck des Deckelelements 4 nicht nur entgegen der Steckrichtung S, sondern zu einem Teil auch in Richtung der Steckkontaktelemente 5.
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In der 6 ist das Deckelelement 4 in der Orientierung aus 5 von schräg unten gezeigt. Dort ist zu sehen, dass das Deckelelement 4 derartig geformt ist, dass die Schwingungsdämpfungselemente 9 und die Steckkontaktelemente 5 exakt in das Deckelelement 4 passen.
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Die 7 illustriert, dass das Gehäuseelement 2 mit dem gezeigten Deckelelement 4 von einer metallischen Schirmung 14 umgeben ist. Die Schirmung 14 weist dabei Führungsnuten 15 auf, von denen nur eine zu sehen ist. Das Deckelelement 4 besitzt entsprechende Führungsfedern 16, die in die Führungsnuten 15 eingreifen, so dass der Druck durch das Deckelelement 4 auf die Schwingungsdämpfungselemente 9 in einer klar definierten Richtung ausgeübt wird. Im Steckergesicht des Deckelelements 4 sind Führungselemente 17 angeordnet, die in Gegensteckerführungselemente eingreifen, wenn der Stecker und der Gegenstecker miteinander verbunden werden.
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Die 10 stellt eine Ausführungsform eines entsprechenden Gegensteckers 18 dar. Der Gegenstecker 18 besitzt in seinem Gegensteckergesicht Gegensteckkontaktelemente 19, die in die Steckkontaktelemente 5 des Steckers 1 eingreifen sollen. Darüber hinaus umfasst der Gegenstecker 18 Gegensteckerführungselemente 20, in die die bereits erwähnten Führungselemente 17 des Deckelelements 4 eingreifen, wenn der Stecker 1 und der Gegenstecker 18 miteinander verbunden sind.
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Einen solchen verbundenen Zustand illustriert die 11. An einer Seite besitzt der Gegenstecker 18 ein Verriegelungselement 21, das den Stecker 1 im Gegenstecker 18 verriegelt. Das Verriegelungselement 21 ist besonders stabil ausgelegt, da es fähig sein muss, dauerhaft den Gegendruck der zusammengepressten Schwingungsdämpfungselemente 9 aufzunehmen.
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Die mit Bezug auf die Figuren gemachten Erläuterungen sind rein illustrativ und nicht beschränkend zu verstehen. An den gezeigten Ausführungsformen können viele Änderungen vorgenommen werden, ohne den Schutzbereich der Erfindung, wie er in den beigefügten Patentansprüchen definiert ist, zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Steckers
- 2
- Gehäuseelement
- 3
- Rumpfelement
- 4
- Deckelelement
- 5
- Steckkontaktelement
- 6
- Kontaktkammer
- 7
- Wand der Kontaktkammer
- 8
- Anschlag
- 9
- Schwingungsdämpfungselement
- 9a
- erster Teil des Schwingungsdämpfungselements
- 9b
- zweiter Teil des Schwingungsdämpfungselements
- 10
- Steg
- 11
- Stirnfläche
- 12
- Seitenfläche
- 13
- Schräge
- 14
- metallische Schirmung
- 15
- Führungsnut
- 16
- Führungsfeder
- 17
- Führungselement
- 18
- Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gegensteckers
- 19
- Gegensteckkontaktelemente
- 20
- Gegensteckerführungselemente
- 21
- Verriegelungselement
- H
- Haupterstreckungsachse des Schwingungsdämpfungselements
- S
- Steckrichtung des Steckers
