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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abschirmung von elektrischen Steckverbindern und noch genauer einen Federkranz für solch eine Abschirmung von Steckverbindern in elektrischen Leitungen.
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Um eine durchgängige Abschirmung von elektrischen Leitungen auch über die Steckverbinder hinweg zu gewährleisten, ist es erforderlich, dass an der Position der Steckverbinder und Gegensteckverbinder ein Abschirmungselement gegenüber Störsignalen von Seiten der elektrischen Leitung oder von außen in der elektrischen Leitung vorgesehen wird. Beispielsweise bei Steckverbindungen mit Verriegelungen vom Typ Bajonettverschluss werden hierzu sogenannte Federkränze zwischen den Steckern und Gegensteckern eingesetzt, die eine lösbare Verbindung herstellen, jedoch im geschlossenen Zustand eine sichere durchgängige Abschirmung der Leitung erlauben. Dieser Umstand wird auch mit dem Begriff Schirmkontaktierung umschrieben. Damit sollen insbesondere Störsignale von außen, aber auch Störsignale von Seiten der Leitung selbst her an einem Durchdringen an der Schnittstelle der Stecker gehindert werden.
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Die im Stand der Technik bekannten Federkränze solcher Steckverbindungen zur Abschirmung von elektrischen Verbindungselementen weisen in der Regel ein hülsenförmiges Bauteil mit einer Mehrzahl von an dem Außenumfang verteilten Federelementen auf. Die Federelemente stellen eine Verbindung zwischen dem inneren Steckverbinder und dem äußeren Gegensteckverbinder her und erzeugen so eine Schirmkontaktierung. Dabei ist ein guter Kontakt zwischen den Federelementen und den jeweiligen Steckverbindern erforderlich, damit eine effiziente Abschirmung gewährleistet wird. Aus der
WO 2013/060756 A1 ist beispielsweise eine solche Schirmkontaktfeder für eine elektrische Steckverbindung bekannt, bei welcher die Schirmkontaktfeder einen ersten und einen zweiten äußeren Rand in Form eines hülsenförmigen Elements aufweist, zwischen welchen nach außen ragende Federelemente und Verbindungsstege vorgesehen sind. Im zusammengebauten Zustand der Steckverbindung sorgt so die Schirmkontaktfeder für einen durchgängigen, möglichst im Widerstand sehr geringen Übergang, so dass eine Abschirmung gegen beispielsweise elektrische oder elektromagnetische Störsignale gewährleistet ist. In manchen Anwendungen hat sich jedoch gezeigt, dass ein solcher Federkranz bzw. eine solche Schirmkontaktfeder keinen ausreichenden Kontakt mit den beiden Elementen der Steckverbindung, dem inneren Steckverbinder und dem äußeren Gegensteckverbinder, gewährleistet. Wenn die Federelemente und der hülsenförmige Federkranz nicht ausreichend fest an den beiden Steckverbinderelementen anliegen, kann es zu erhöhten Widerständen an den Übergangsstellen in der Steckverbindung kommen. Dies beeinträchtigt die Wirksamkeit der Abschirmung und führt zu ungewünschten Störsignalen.
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Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Federkranz für eine hocheffiziente Abschirmung derartiger Steckverbindungen bereitzustellen, mit welcher der gegenseitige Kontakt zwischen dem Federkranz und den Elementen der Steckverbindung weiter verbessert ist und in jeder Situation möglichst geringe Übergangswiderstände gegeben sind.
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Diese Aufgabe wird mit einem Federkranz gemäß der vorliegenden Erfindung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Federkranz für eine Abschirmung an einer elektrischen Verbindung zwischen einem Steckverbinder und einem Gegensteckverbinder einer elektrischen Leitung mit einem hülsenförmigen Trägerelement bereitgestellt, welches einen ersten äußeren Rand und einen zweiten äußeren Rand aufweist, zwischen welchen axiale Verbindungsstege im Verhältnis zur Längsachse der Steckverbindung vorgesehen sind, sowie mehrere radial nach außen wirkende Federschenkel bzw. Federelemente, welche mindestens einseitig mit einem der Ränder zur Erzeugung einer federbelasteten Kontaktkraft zu dem äußeren Element der Steckverbindung verbunden sind. Der erfindungsgemäße Federkranz ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Verbindungsstege durchbrochen ist und jeweils mit mindestens einer radial nach innen weisenden Kontaktlasche ausgebildet ist. Die Verbindungsstege, welche beispielsweise jeweils in Abwechslung zu den Federschenkeln an dem Umfang des Federkranzes vorgesehen sind, stellen eine Verbindung zwischen dem ersten und zweiten äußeren Rand her, so dass der Federkranz eine nach außen hin im Wesentlichen geschlossene rechteckige Form aufweist. Gemäß der Erfindung ist mindestens ein Teil der Verbindungsstege durchbrochen und ist an der Stelle des Durchbruchs jeweils mit mindestens einer zusätzlichen Kontaktlasche geformt, welche sich radial nach innen von dem Federkranz in Richtung zu dem inneren Steckverbinderelement erstreckt. Während die Federschenkel eine nach außen wirkende Kontaktkraft an das entsprechende Element der Steckverbindung bereitstellen, werden durch die erfindungsgemäßen zusätzlichen Kontaktlaschen, die nach innen von der Steckverbindung gerichtet sind, erhöhte Kontaktkräfte auch an der Innenseite gegen das innere Element der Steckverbindung erzeugt. Die nach innen gerichteten Kontaktlaschen erhöhen nämlich den Druck gegen das innere Element der Steckverbindung, so dass ein Entstehen von Übergangswiderständen auch an dieser Stelle weitestgehend verhindert wird. Der üblicherweise in einer Aufnahmenut eingesetzte Federkranz liegt so sicher gegen beide Elemente der Steckverbindung mit einer Art Vorspannungskraft an. Es gibt daher deutlich geringere Übergangswiderstände in der Abschirmung an der Schnittstelle zwischen dem Steckverbinder und dem Gegensteckverbinder im Vergleich zu herkömmlichen derartigen Federkränzen für elektrische Steckverbindungen. Dennoch ist der erfindungsgemäße Federkranz in seiner konstruktiven Ausgestaltung vergleichsweise einfach gehalten und kann mit dementsprechend reduziertem Aufwand leicht hergestellt werden. Auch sind keine zusätzlichen Elemente oder Bauteile erforderlich, um einen sicheren Kontaktübergang an der Abschirmung der Steckverbindung zu realisieren.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die durchbrochenen Verbindungsstege des Federkranzes in etwa mittig getrennt, und es sind jeweils zwei axial gegenüberliegende Kontaktlaschen in einem in etwa mittleren Bereich des Trägerelements jeweils auf symmetrische Weise vorgesehen. Das heißt, die nicht durchgehenden Verbindungsstege, welche beispielsweise durch ein Stanzen mit einem Durchbruch in ihrem mittleren Abschnitt versehen sind, sind mit jeweils zwei gegenüberliegenden, nach innen radial vorragenden Kontaktlaschen geformt, die im montierten Zustand an dem inneren Element der Steckverbindung fest anliegen und angedrückt werden. Auf diese Weise wird die Kontaktierung der Abschirmung weiter optimiert, da jeweils zwei Kontaktlaschen an den jeweiligen Stellen der durchbrochenen Verbindungsstege vorgesehen sind. Auch ist die Anlage des Federkranzes zwischen den beiden Elementen der Steckverbindung, nämlich dem Steckverbinder und einem Gegensteckverbinder, hierdurch verbessert, da ein unbeabsichtigter oder unerwünschter schräger Einbau und eine Lageveränderung hierdurch sicher vermieden werden.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Kontaktlaschen des Federkranzes in etwa rechtwinklig zu dem Trägerelement geformt. Das Trägerelement erstreckt sich in einer Längsrichtung der Steckverbindung, wohingegen die Kontaktlaschen selbst sich in etwa rechtwinklig dazu erstrecken, d. h. nach innen direkt auf den Boden der Nut hin für eine Befestigung an dem Steckverbinder vorragen. Die Kontaktlaschen sind daher nach Art von einem hakenförmigen Endabschnitt von den Abschnitten des Restes der Verbindungsstege gebildet, welche für die erfindungsgemäße optimierte Erhöhung der Kontaktkräfte durchbrochen worden sind. Eine Kraft der Anlage der Kontaktlaschen an dem innenliegenden Element der Steckverbindung wird dadurch weiter erhöht, und in jeder Situation einer Benutzung der Steckverbindung ist eine sichere und wirksame Abschirmung gewährleistet.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Federkranzes sind abwechselnd jeweils Verbindungsstege und Federschenkel über den Umfang hinweg verteilt an dem Trägerelement vorgesehen, und jeder vierte Verbindungssteg ist durchbrochen und mit mindestens einer, vorzugsweise mit zwei Kontaktlaschen gebildet. Auf diese Weise werden gleichmäßig über den Umfang verteilt ausreichende Kontaktlaschen an der radial inneren Seite von dem Federkranz geformt, ohne dass die Stabilität und Festigkeit des Federkranzes insgesamt beeinträchtigt wird. Mit den verbleibenden Verbindungsstegen ist eine ausreichende Robustheit des Federkranzes gegeben, so dass eine Beschädigung oder Verformung sicher vermieden werden kann. Nach Untersuchungen der Erfinder hat sich gezeigt, dass mit solch einem Federkranz deutlich geringere Übergangswiderstände an dem Übergang zwischen den Elementen der Steckverbindung erzielt werden und dennoch eine hocheffiziente Abschirmung gegenüber Störsignalen von außen wie auch von innen von der elektrischen Leitung gegeben ist.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Federkranzes ragen die Federschenkel im Wesentlichen S-förmig abgewinkelt von einem der Ränder des Trägerelements vor. Die Federelemente können selbstverständlich auch an beiden Rändern des Trägerelements jeweils befestigt sein oder beispielsweise abwechselnd von einem der Ränder oder von dem anderen der Ränder vorragend gebildet sein. Mit solch einer Form eines S-förmig abgewinkelten Federschenkels wird eine vergleichsweise große Anlagefläche der Federschenkel realisiert. Ferner ist eine ausreichend hohe Federkraft durch solche S-förmig abgewinkelten Federschenkel gegeben. Zudem wird auf diese Weise das Lösen und das Verbinden der Steckverbindung weitestgehend nicht behindert, da die freien Enden der Federschenkel jeweils wieder in Richtung zu der Längsachse der Steckverbindung bzw. des Federkranzes selbst abgewinkelt oder gebogen sind. Ein reibungsloses Anschließen und Lösen der Steckverbindung ist daher möglich.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Federkranzes weist das hülsenförmige Trägerelement einen Schlitz auf und ist aus einem federelastischen Blechmaterial hergestellt. Der Schlitz verläuft in axialer Richtung des Federkranzes, so dass eine Art einseitig geöffneter Ring gebildet wird. Der Federkranz selbst kann dadurch derart geformt sein, dass er in einer entsprechenden Aufnahmenut an einem Steckerelement der elektrischen Steckverbindung schon unter einer leichten Vorspannung anliegt. Außerdem wird hierdurch das Einsetzen und Montieren des Federkranzes erleichtert. Mit der verbesserten Kontaktierung zwischen dem Federkranz und den beiden angrenzenden Steckverbinderelementen werden die Übergangswiderstände weiter reduziert ohne ein Beeinträchtigen der Abschirmungswirkung.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Federkranzes sind die Federschenkel als dreiseitig freigestellte Federelemente ausgebildet. Das heißt, jeder Federschenkel ist an seinem unteren Ende mit einem der Ränder verbunden und an seinen seitlichen Seiten und an dem freien Ende ohne Verbindung zu dem Trägerelement bzw. den angrenzenden Verbindungsstegen. Auf diese Weise wird eine Art Zungenfeder als Federschenkel realisiert, die eine hohe Federkraft gewährleistet, ohne ein Verbinden und Öffnen der Steckverbindung übermäßig zu behindern. Trotzdem ist die Abschirmung über die gesamte Fläche des Federkranzes annähernd durchgängig gegeben. Auch ist die Herstellung eines derartigen Federkranzes vergleichsweise einfach, da mittels einfacher Stanz- und Biegeverfahren der Federkranz aus beispielsweise einem flachen, rechteckigen Blechteil hergestellt werden kann.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Federkranzes weisen die Federschenkel an ihrem freien Ende eine leicht abgerundete Form in etwa parallel zu der axialen Richtung des Trägerelements auf. Auf diese Weise wird ein Reibungswiderstand beim Verbinden und Lösen der Steckverbindung an dem Federkranz und dem äußeren Element der Steckverbindung weiter reduziert. Die freien Enden des Federkranzes können gut an der entsprechenden Innenwand der Steckverbindung entlanggleiten, ohne sich zu verhaken, und bieten dennoch in geschlossenem Zustand einen ausreichenden festen Kontakt, so dass sehr geringe Übergangswiderstände der Abschirmung gegeben sind.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Federkranzes ist dieser aus einem federelastischen Blechmaterial durch ein Stanzen und Biegeumformen hergestellt. Der Federkranz wird beispielsweise aus einem flachen, rechteckigen Blechelement realisiert, in welches die Federschenkel und Zwischenräume zwischen den Verbindungsstegen ausgestanzt werden. Ferner werden die durchbrochenen Verbindungsstege durch ein Durchtrennen einiger der Stege geformt, und anschließend werden die nach innen ragenden Kontaktlaschen sowie die nach außen weisenden Federschenkel in ihre jeweils festgelegte Form gebogen. Nach diesen Schritten wird beispielsweise das flache Element in die ringförmige Form des Federkranzes entsprechend dem Durchmesser der Steckverbindung bzw. ihrer Aufnahmenut gebogen, wobei ein Schlitz an den freien Enden des Federkranzes verbleibt. Mit vergleichsweise einfachen Mitteln und ohne größere Anpassungen von bestehenden Werkzeugmaschinen kann so der erfindungsgemäße Federkranz mit sehr geringem Aufwand hergestellt werden.
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Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Federkranzes in mehr detaillierter Weise anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert werden. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Federkranzes zur Abschirmung;
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2 eine weitere perspektivische Ansicht des Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Federkranzes;
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3 eine perspektivische Detailansicht des Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Federkranzes; und
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4 eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Federkranzes an seinem Bestimmungsort an einem inneren Steckverbinder der abgeschirmten Steckverbindung.
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Ein Ausführungsbeispiel eines Federkranzes für eine Abschirmung von einer elektrischen Steckverbindung nach der Erfindung ist in den 1 bis 4 gezeigt. Der Federkranz 10 weist hier eine einseitig offene Ringform auf und besteht aus einem hülsenförmigen Trägerelement 1, welches auf einer Seite mit einem Schlitz 7 versehen ist. Das Trägerelement 1 weist einen ersten äußeren Rand 2 sowie einen diesem gegenüberliegenden zweiten äußeren Rand 3 auf. Die Ränder 2, 3 sind über Verbindungsstege 4 miteinander fest verbunden. Das hülsenförmige Trägerelement 1 weist hier eine in etwa rechteckige Form auf, die zu der über einen Schlitz 7 geöffneten Ringform entsprechend einem vordefinierten Durchmesser gebogen wird. Bei dem in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiel sind jeweils abwechselnd Verbindungsstege 4 und nach außen vorragende Federschenkel 5 vorgesehen. Die Federschenkel 5 sind über ein Stanzen und Biegeumformen aus dem ursprünglich flachen, rechteckigen Trägerelement 1 hergestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die nach außen vorragenden Federschenkel 5 in einer in etwa S-förmigen Form gebogen, so dass der Abschnitt an den freien Enden wieder im Wesentlichen parallel zu der axialen Längsrichtung des Trägerelements 1 verläuft. Im montierten Zustand drücken die Federschenkel 5 gegen einen äußeren Steckverbinder (nicht gezeigt in den Figuren) der elektrischen Steckverbindung, um einen sicheren Kontakt zwischen den Elementen der Steckverbindung an deren Schnittstelle herzustellen. Mit dem Federkranz 10 kann so eine wirksame Abschirmung an der Schnittstelle der Steckverbindung hergestellt werden, so dass keine elektrischen oder elektromagnetischen Störsignale von der elektrischen Leitung ausgehen bzw. in die elektrische Leitung eingeleitet werden können, in einem Fall von beispielsweise einer elektrischen Leitung für Sensoren oder ähnliches.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist an einem Teil der Verbindungsstege 4 ein Durchbruch vorhanden, an welchem nach innen ragende zusätzliche Kontaktlaschen 6 gebildet sind. Bei dem in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiel ist jeder vierte Verbindungssteg 4 in der Mitte durchbrochen bzw. abgetrennt, und es sind jeweils zwei gegenüberliegende Kontaktlaschen 6 an den Enden des verbleibenden Teils der Verbindungsstege 4 geformt. Die Kontaktlaschen 6 sind in einem rechten Winkel im Verhältnis zur Längsrichtung des Trägerelements 1 geformt. Wenn der Federkranz 10 an seiner Bestimmungsstelle, beispielsweise in einer Nut eines Steckverbinders, aufgesetzt ist (vgl. 4), drücken die Kontaktlaschen 6 gegen den Boden der Aufnahmenut des Steckverbinders, so dass höhere Kontaktkräfte zu dem inneren Steckverbinder erzeugt werden. Auf diese Weise gibt es bei dem erfindungsgemäßen Federkranz deutlich geringere Übergangswiderstände im Vergleich zu herkömmlichen derartigen Federkränzen von Abschirmungen derartiger Steckverbindungen. In jeder Einbausituation und auch bei einer unbeabsichtigten Bewegung an dem Kabel der elektrischen Leitung wird so ein sicherer Kontakt an der Übergangsstelle zwischen dem Steckverbinder und dem Gegensteckverbinder hergestellt. Die Wirksamkeit einer Abschirmung ist so deutlich verbessert.
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Der Federkranz gemäß der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise bei sogenannten Steckverbindungen vom Bajonetttyp eingesetzt werden und erzielt hier eine deutliche Verringerung der Übergangswiderstände gegenüber einem herkömmlichen Federkranz, der keine nach innen vorragenden Kontaktlaschen aufweist (vgl. oben beschriebener Stand der Technik). Die Federschenkel 5 sind bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel an drei Seiten freigelegt und lediglich an dem äußeren Rand 2 mit dem Trägerelement 1 verbunden. Sie können jedoch auch alternativ mit beiden Rändern 2, 3 verbunden sein. Die Federschenkel 5 können eine andere Form als die S-förmig zweifach abgewinkelte Form aufweisen. Auch sind die Kontaktlaschen 6 nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt. Beispielsweise kann auch anstatt jedes vierten Verbindungsstegs 4 lediglich jeder fünfte oder sechste Verbindungssteg durchbrochen sein und mit Kontaktlaschen 6 gebildet sein. Es ist auch denkbar, dass jeder zweite oder dritte Verbindungssteg mit einem durchbrochenen Abschnitt versehen ist, an welchem die zusätzlichen Kontaktlaschen 6 gebildet sind. Die Kontaktlaschen können jeweils als zwei an einer gegenüberliegenden Seite angeordnete Kontaktlaschen oder auch nur als eine einzige an einer Seite von dem Durchbruch vorhandene Kontaktlasche 6 vorgesehen sein. Die Kontaktlaschen 6 können anstatt im Wesentlichen rechtwinklig abgewinkelt auch in einer Schräge im Verhältnis zur axialen Richtung des Trägerelements 1 abgewinkelt sein.
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Der erfindungsgemäße Federkranz mit höheren Kontaktkräften ist zudem auf sehr einfache Weise herstellbar. Für das Realisieren der Federschenkel 5 und der Kontaktlaschen 6 sind einfache Stanzvorgänge und Biegeumformungen gut geeignet. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Federkranz 10 aus einem federelastischen Metallmaterial ausgehend von einem flachen, rechteckigen Ausgangsteil hergestellt. Für die Realisierung des Federkranzes sind sämtliche Metallmaterialien oder Nichtmetallmaterialien geeignet, die eine elektrische Leitung für die Abschirmung einer Steckverbindung bieten.
