DE102016123081A1

DE102016123081A1 - Zylindrische Hochstromkontakt-Steckverbinder-Buchse

Info

Publication number: DE102016123081A1
Application number: DE102016123081.2A
Authority: DE
Inventors: Denis Gleiter; Dawid Szymura; Alexander Schreck
Original assignee: Amphenol Tuchel Electronics GmbH
Current assignee: Amphenol Tuchel Electronics GmbH
Priority date: 2016-11-30
Filing date: 2016-11-30
Publication date: 2018-05-30
Anticipated expiration: 2036-12-01
Also published as: US10784609B2; EP3549205A1; US20190326695A1; DE102016123081B4; WO2018099904A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine zylindrische Steckverbinder-Buchse mit einem Kontaktkäfig, der mehrere sich entlang einer Steckrichtung S erstreckende Kontaktfedern zur elektrisch leitfähigen Kontaktierung mit einem in die zylindrische Steckverbinder-Buchse in Steckrichtung S einsteckbaren Stecker aufweist, wobei der Kontaktkäfig einen ersten endseitigen Bundsteg und ein zweiten endseitigen Bundsteg aufweist, wobei ein erstes Set von Kontaktfedern vom ersten endseitigen Bundsteg und ein zweites Set von Kontaktfedern vom zweiten endseitigen Bundsteg ausgebildet wird, wobei die Kontaktfedern des ersten und des zweiten Sets jeweils ein festes Ende aufweisen, mit dem sie an einem der Bundstege befestigt sind und jeweils ein freies Ende, das in Richtung des jeweils anderen Bundstegs ragt.

Description

Die Erfindung betrifft eine zylindrische Steckverbinder-Buchse.
Aus dem Stand der Technik sind bereits verschiedene Ausführungsformen von sogenannten „Rädsok^®“-Buchsen bekannt, viele davon weisen jedoch eine, aufgrund eines zu hohen Übergangswiderstandes, für viele Anwendungen zu geringe Stromtragfähigkeit auf. Des Weiteren besitzen die meisten der verfügbaren Buchsen in axialer Richtung einen hohen Bauraumbedarf; was bei einigen Anwendungen zu Problemen führen kann.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, vorbesagte Nachteile zu überwinden und eine kompakte und mit hohen Strömen belastbare Lösung bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Erfindungsgemäß wird daher eine Zylindrische Steckverbinder-Buchse mit einem Kontaktkäfig vorgeschlagen, der mehrere, sich entlang einer Steckrichtung erstreckende, Kontaktfedern zur elektrisch leitfähigen Kontaktierung mit einem, in die zylindrische Steckverbinder-Buchse in Steckrichtung einsteckbaren, Stecker aufweist. Der Kontaktkäfig weist einen ersten endseitigen Bundsteg und ein zweiten endseitigen Bundsteg auf, wobei ein erstes Set von Kontaktfedern vom ersten endseitigen Bundsteg und ein zweites Set von Kontaktfedern vom zweiten endseitigen Bundsteg ausgebildet wird. Die Kontaktfedern des ersten und des zweiten Sets weisen jeweils ein festes Ende, mit dem sie an einem der Bundstege befestigt sind, und jeweils ein freies Ende, das in Richtung des jeweils anderen Bundstegs ragt, auf. Durch die Ausführung der Kontaktfedern mit einem freien Ende, kann die Kontaktfederregion gespart werden, die normalerweise nötig ist um sich wieder mit dem Käfig zu vereinigen. Dadurch sind kürzere Bauformen des Käfigs, der Hülse und dadurch der gesamten Buchse möglich.
Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass die Kontaktfedern jeweils einen Kontaktpunkt mit dem, sich im eingesteckten Zustand befindlichen, Stecker aufweisen. Zwischen den Kontaktpunkten des ersten Sets und den Kontaktpunkten des zweiten Sets liegt entlang der Steckrichtung ein Abstand. Dadurch liegen die Kontaktpunkte auf dem Stecker nicht alle auf einem Umfang sondern teilen sich zumindest auf zwei Kontaktebenen auf. Dadurch wird auch die Belastung am Stecker aufgeteilt.
Eine alternative aber ebenfalls vorteilhafte Ausführungsform liegt vor, wenn der Kontaktkäfig einen kreisförmigen Querschnitt, korrespondierend zu dem Stecker, aufweist, wobei der Kontaktkäfig rohrförmig ausgebildet ist, den, sich im eingesteckten Zustand befindlichen, Stecker entlang seiner Längsachse zumindest teilweise umschließt, mit einer Außenfläche an einer Hülseninnenwand einer Hülse zumindest teilweise anliegt und von der Hülse zumindest teilweise radial und axial umgeben ist. Durch den kreisförmigen Querschnitt und der sich daraus ergebenden Rohrform der Buchse, kann ein runder bzw. zylinderförmiger Stecker bestmöglich umschlossen und kontaktiert werden. Abhängig vom Material der Hülse kann diese dazu dienen den Strom vom Kontaktkäfig abzuleiten und mechanisch zu stabilisieren und zu fixieren oder ihn lediglich mechanisch zu stabilisieren und zu fixieren.
Von Vorteil für eine Ausführungsform ist es, wenn die Hülse, falls sich der Stecker nicht im eingesteckten Zustand befindet, in Radialrichtung einen Kontaktspalt zu dem jeweils freien Ende der Kontaktfedern aufweist. Die Kontaktfedern stehen dadurch nur über eine Seite mit der Hülse in Kontakt. Sie wirken dabei wie Federn die beim einstecken des Steckers durch eine entstehende Kraft nieder gedrückt werden müssen es entsteht also ein höherer Einsteckwiderstand. Der Stecker wird durch die Federkraft aber zentriert und die Kontaktfedern klemmen den Stecker zwischen sich ein.
Eine vorteilhafte Ausführung ist dadurch gekennzeichnet, dass das jeweils freie Ende der Kontaktfedern, zumindest wenn der Stecker sich im eingesteckten Zustand befindet, die Hülse berührt. Durch das Anliegen der Kontaktfeder an die Hülse in zwei Punkten, kann über beide Stellen ein Strom auf die Hülse übertragen werden.
Eine vorteilhafte Weiterbildung liegt vor, wenn die freien Enden der Kontaktfedern, zumindest während eines Steckvorgangs beim Ein- oder Ausstecken des Steckers, einen Weg entlang der Steckrichtung zurücklegen, wobei sie entlang eines Wegabschnitts mit der Hülseninnenwand in Berührung stehen. Durch dieses Gleiten oder Schaben an der Hülseninnenwand entlang, wird von den freien Enden entlang des Weges jeweils eine eventuell vorhandene Oxid- oder Schmutzschicht entfernt. Durch diesen Reinigungseffekt liegt bei der Übertragung von Strom von den Kontaktfedern auf die Hülse ein geringerer Übergangswiderstand vor, was die Stromübertragungsfähigkeiten verbessert.
Zusätzlich ist ebenfalls eine Ausführungsform vorteilhaft, bei der das freie Ende der Kontaktfeder keilförmig ausgebildet ist, sodass ein spitzer Winkel in Richtung der Hülse zeigt und entlang des Wegabschnitts an der Hülseninnenwand schabt. Dadurch wird der Schabeffekt entlang der Hülseninnenwand verstärkt und die Reinigungsfähigkeit verbessert.
Von Vorteil für eine Ausführungsform ist weiter, wenn die Kontaktfedern jeweils von ihren festen Enden entlang der Steckrichtung einen geraden, an der Hülse anliegenden, ersten Abschnitt aufweisen der über einen ersten Wendepunkt in einen bogenförmigen zweiten Abschnitt übergeht, der über einen zweiten Wendepunkt in einen bogenförmigen dritten Abschnitt übergeht der in das freie Ende übergeht, wobei ein Scheitelpunkt des bogenförmigen dritten Abschnitts eine Entfernung zu einer Rotationsachse der Hülse aufweist, die geringer ist als eine andere Entfernung eines Punktes auf den Abschnitten zu der Rotationsachse der Hülse.
Eine vorteilhafte Weiterbildung ist weiter gegeben, wenn die Kontaktfedern des ersten Sets und die Kontaktfedern des zweiten Sets alternierend angeordnet sind wobei sich die Kontaktfedern des ersten Sets und des zweiten Sets entlang der Steckrichtung über einen gemeinsamen Bereich erstrecken und wobei jeweils ein Spalt zwischen den Kontaktfedern liegt und wobei zwischen dem ersten und zweiten Set und dem jeweils anderen Bundsteg ein Federspalt liegt. Diese Verschränkung oder Verzahnung der Kontaktfedern hat zur Folge, dass der Strom abwechselnd über den ersten und zweiten Bundsteg und über die jeweiligen Federn geleitet wird.
Von Vorteil ist für eine alternative Ausführungsform, wenn sich die Kontaktfedern des ersten Sets und des zweiten Sets entlang der Steckrichtung über verschiedene, sich nicht überlappende Bereiche erstrecken und wobei jeweils ein Spalt zwischen den Kontaktfedern liegt. Dadurch werden zwei gänzlich getrennte Kontaktfeder-Sets geschaffen, die durch eine mögliche kürzere Ausführung der Federelemente zwar den gleichen Bauraum einnehmen können wie, aber dadurch das die Federelemente jedes Kontaktfeder-Sets dichter aneinander platziert werden können doppelt so viele Kontaktpunkte herstellen als eine Anordnung der Kontaktfedern in verzahnter Form.
Eine ebenfalls vorteilhafte Ausführungsform liegt vor, wenn ein Abmaß von dem festen Ende zum freien Ende der Kontaktfedern entlang der Steckrichtung zwischen 70 % und 90 % einer Beabstandung der Bundstege zueinander beträgt. Hierdurch ergibt sich die Verzahnung und der Abstand zwischen den jeweils freien Enden und den jeweils gegenüberliegenden Bundstege.
Alternativ sieht eine weitere vorteilhafte Ausführung vor, dass ein Abmaß von dem festen Ende zum freien Ende der Kontaktfedern entlang der Steckrichtung zwischen 20 % und 45 % einer Beabstandung der Bundstege zueinander beträgt. Hierdurch ergeben sich die beiden vollständig getrennten Kontaktfeder-Sets die keine Verzahnung oder Überlappung aufweisen.
Vorteilhaft für eine Weiterbildung ebenfalls, wenn zumindest ein Verbindungssteg die beiden Bundstege miteinander verbindet. Dadurch ist die Lage der Kontaktfedersets und Bundstege zueinander festgelegt und der Storm wird zwischen Käfig und Hülse über eine höhere Fläche geleitet.
Von Vorteil ist weiter eine Ausführungsform, bei der der erste Bundsteg an der Hülse, vorzugsweise in alle Richtungen, fixiert ist. Hierdurch wird ein verrutschen des Bundstege verhindert.
Vorteilhaft ist ebenfalls eine Ausführungsform, wenn der zweite Bundsteg an der Hülse, vorzugsweise in Radialrichtung, fixiert ist, sodass eine Bewegung des zweiten Bundstegs in Steckrichtung möglich ist. Durch die Paarung mit dem fixierten oberen Bundsteg, ergibt sich so eine Fest-Los-Lagerung für den Stecker.
Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass erster und zweiter Bundsteg eine Ringform aufweisen, wobei die Bundstege jeweils eine Unterbrechung ausbilden, wobei ein erstes Ende an der Unterbrechung eine V-Form aufweist die mit einem zweiten Ende der Unterbrechung mit einer negativer V-Form korrespondiert.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:

1 eine zylindrische Hochstromkontakt-Steckverbinder-Buchse in dreidimensonaler Darstellung im Schnitt;
2 eine alternative Ausführungsform der zylindrischen Hochstromkontakt-Steckverbinder-Buchse in zweidimensionaler Darstellung im Schnitt.

Die Figuren sind beispielhaft schematisch. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren weisen auf gleiche funktionale und/oder strukturelle Merkmale hin.
1 und 2 zeigen jeweils eine mögliche Ausführungsform der zylindrischen Steckverbinder-Buchse 1. Dabei ist sowohl die Hülse 3, mit ihrer Hülseninnenwand 3a, als auch der Kontaktkä2, mit dem ersten Bundsteg 2a und dem zweiten Bundsteg 2b und den Außenflächen 2c, zu sehen. Mehrere Kontaktfedern 2d sind samt deren freien Enden 2e, deren festen Enden 2f die jeweils mit einem Bundsteg in Verbindung stehen.
1 zeigt des Weiteren den Verbindungssteg 4 der die Bundstege 2a und 2b der Kontaktkäfigs 2 miteinander verbindet. In 1 ist weiter an den Kontaktfedern jeweils deren erster Abschnitt 5a zu sehen der über einen ersten Wendepunkt 5b in den bogenförmigen zweiten Abschnitt 5c übergehrt bevor die Kontaktfeder über einen zweiten Wendepunkte 5d in einen bogenförmigen dritten Abschnitt 5e übergeht der im freien Ende 2e mündet.
2 zeigt eine vereinfachte Form der Kontaktfedern die als einfach, sich nach innen wölbender Bogen ausgeführt ist.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Beispielsweise könnte die Form der Kontaktfedern doppelbogenförmig ausgeprägt sein, so dass pro Kontaktfeder zwei Kontaktpunkte mit dem Stecker bestehen.
Bezugszeichenliste

1: Zylindrische Steckverbinder-Buchse
2: Kontaktkäfig
2a: erster Bundsteg
2b: zweiter Bundsteg
2c: Außenfläche
2d: Kontaktfeder
2e: freies Ende
2f: festes Ende
3: Hülse
3a: Hülseninnenwand
4: Verbindungssteg
5a: erster Abschnitt
5b: erster Wendepunkt
5c: zweiter Abschnitt
5d: zweiter Wendepunkt
5e: dritter Abschnitt
S: Steckrichtung

Claims

Zylindrische Steckverbinder-Buchse (1) mit einem Kontaktkäfig (2), der mehrere, sich entlang einer Steckrichtung (S) erstreckende, Kontaktfedern (2d) zur elektrisch leitfähigen Kontaktierung mit einem, in die zylindrische Steckverbinder-Buchse (1) in Steckrichtung (S) einsteckbaren, Stecker aufweist, wobei der Kontaktkäfig (2) einen ersten endseitigen Bundsteg (2a) und ein zweiten endseitigen Bundsteg (2b) aufweist, wobei ein erstes Set von Kontaktfedern (2d) vom ersten endseitigen Bundsteg (2a) und ein zweites Set von Kontaktfedern (2d) vom zweiten endseitigen Bundsteg (2b) ausgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfedern (2d) des ersten und des zweiten Sets jeweils ein festes Ende (2f), mit dem sie an einem der Bundstege (2a, 2b) befestigt sind, und jeweils ein freies Ende (2e), das in Richtung des jeweils anderen Bundstegs (2a, 2b) ragt, aufweisen.
Zylindrische Steckverbinder-Buchse (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfedern (2d) jeweils einen Kontaktpunkt mit dem, sich im eingesteckten Zustand befindlichen, Stecker aufweisen, wobei zwischen den Kontaktpunkten des ersten Sets und den Kontaktpunkten des zweiten Sets entlang der Steckrichtung (S) ein Abstand liegt.
Zylindrische Steckverbinder-Buchse (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktkäfig (2) einen kreisförmigen Querschnitt, korrespondierend zu dem Stecker, aufweist, wobei der Kontaktkäfig (2) rohrförmig ausgebildet ist, den, sich im eingesteckten Zustand befindlichen, Stecker entlang seiner Längsachse zumindest teilweise umschließt, mit einer Außenfläche (2c) an einer Hülseninnenwand (3a) einer Hülse (3) zumindest teilweise anliegt und von der Hülse (3) zumindest teilweise radial und axial umgeben ist.
Zylindrische Steckverbinder-Buchse (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (3), wenn der Stecker nicht im eingesteckten Zustand befindlich ist, in Radialrichtung einen Kontaktspalt zu dem jeweils freien Ende (2e) der Kontaktfedern (2d) aufweist.
Zylindrische Steckverbinder-Buchse (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweils freie Ende (2e) der Kontaktfedern (2d), zumindest wenn der Stecker sich im eingesteckten Zustand befindet, die Hülse (3) berührt.
Zylindrische Steckverbinder-Buchse (1) nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die freien Enden (2e) der Kontaktfedern (2d), zumindest während eines Steckvorgangs beim Ein- oder Ausstecken des Steckers, einen Weg entlang der Steckrichtung (S) zurücklegen, wobei sie entlang eines Wegabschnitts mit der Hülseninnenwand (3a) in Berührung stehen.
Zylindrische Steckverbinder-Buchse (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das freie Ende (2e) der Kontaktfeder (2d) keilförmig ausgebildet ist, sodass ein spitzer Winkel in Richtung der Hülse (3) zeigt und entlang des Wegabschnitts an der Hülseninnenwand (3a) schabt.
Zylindrische Steckverbinder-Buchse (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfedern (2d) jeweils von ihren festen Enden (2f) entlang der Steckrichtung (S) einen geraden, an der Hülse (3) anliegenden, ersten Abschnitt (5a) aufweisen der über einen ersten Wendepunkt (5b) in einen bogenförmigen zweiten Abschnitt (5c) übergeht, der über einen zweiten Wendepunkt (5d) in einen bogenförmigen dritten Abschnitt (5e) übergeht der in das freie Ende (2e) übergeht, wobei ein Scheitelpunkt des bogenförmigen dritten Abschnitts eine Entfernung zu einer Rotationsachse der Hülse (3) aufweist, die geringer ist als eine andere Entfernung eines Punktes auf den Abschnitten zu der Rotationsachse der Hülse (3).
Zylindrische Steckverbinder-Buchse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfedern (2d) des ersten Sets und die Kontaktfedern (2d) des zweiten Sets alternierend angeordnet sind wobei sich die Kontaktfedern (2d) des ersten Sets und des zweiten Sets entlang der Steckrichtung (S) über einen gemeinsamen Bereich erstrecken und wobei jeweils ein Spalt zwischen den Kontaktfedern (2d) liegt und wobei zwischen dem ersten und zweiten Set und dem jeweils anderen Bundsteg (2a, 2b) ein Federspalt liegt.
Zylindrische Steckverbinder-Buchse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Kontaktfedern (2d) des ersten Sets und des zweiten Sets entlang der Steckrichtung (S) über verschiedene, sich nicht überlappende Bereiche erstrecken und wobei jeweils ein Spalt zwischen den Kontaktfedern (2d) liegt.
Zylindrische Steckverbinder-Buchse (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abmaß von dem festen Ende (2f) zum freien Ende (2e) der Kontaktfedern entlang der Steckrichtung (S) zwischen 70 % und 90 % einer Beabstandung der Bundstege (2a, 2b) zueinander beträgt.
Zylindrische Steckverbinder-Buchse (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abmaß von dem festen Ende (2f) zum freien Ende (2e) der Kontaktfedern entlang der Steckrichtung (S) zwischen 20 % und 45 % einer Beabstandung der Bundstege (2a, 2b) zueinander beträgt.
Zylindrische Steckverbinder-Buchse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Verbindungssteg (4) die beiden Bundstege (2a, 2b) miteinander verbindet.
Zylindrische Steckverbinder-Buchse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bundsteg (2a) an der Hülse (3), vorzugsweise in alle Richtungen, fixiert ist.
Zylindrische Steckverbinder-Buchse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Bundsteg (2b) an der Hülse (3), vorzugsweise in Radialrichtung, fixiert ist, sodass eine Bewegung des zweiten Bundstegs (2b) in Steckrichtung (S) möglich ist.