DE102017213093A1

DE102017213093A1 - Elektrischer Steckkontakt für Hochstromanwendungen und Steckverbindersystem für Hochstromanwendungen

Info

Publication number: DE102017213093A1
Application number: DE102017213093.8A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Pade
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-07-28
Filing date: 2017-07-28
Publication date: 2019-01-31
Also published as: CN109309306A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Steckkontakt für Hochstromanwendungen. Der Steckkontakt umfasst einen sich entlang einer Längsachse (A) erstreckenden Kontaktkörper (2) mit einem Innenraum (3) zur Aufnahme eines Kontaktpins (70) durch eine Einstecköffnung (4) und einen im Innenraum (3) angeordneten Lamelleneinsatz (20), der entlang einer radialen Richtung (R) quer zur Längsachse (A) federnd ausgebildet ist und ein an der Einstecköffnung (4) angeordnetes Fixierelement (10). Das Fixierelement (10) reduziert einen Durchmesser (D1) der Einstecköffnung des Kontaktkörpers (2). Das Fixierelement (10) ist aus einem Material gestaltet, welches einen ersten Reibungskoeffizienten bezüglich eines ersten Materials aufweist. Das erste Material ist gewählt aus der Gruppe Kupfer, Silber, Gold, Platin, Zinn, Aluminium, Stahl, Nickel oder Legierungen der genannten Materialien. Der erste Reibungskoeffizient ist um wenigstens 10% reduziert gegenüber einem zweiten Reibungskoeffizienten des Lamelleneinsatzes (20) bezüglich des ersten Materials.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Elektrischer Steckkontakt für Hochstromanwendungen. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Steckverbindersystem für Hochstromanwendungen.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik sind Stecksystemen (z.B. Kabelbaumstecker für Automobil-Anwendungen) bekannt. Dabei werden elektrische Steckkontakte in einer Steckverbindung verbaut, in welche ein elektrischer Kontaktpin eingesteckt werden kann. Derartige Steckkontakte werden auch für Hochstromanwendungen, z.B. mit Strömen von mehr als 10A und/oder Spannungen von mehr als 48V verwendet und werden z.B. in elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugen verwendet. Dabei können die Ströme üblicherweise mehr als 50A und sogar mehr als 400A betragen. Es können auch Spannungen über 450V und sogar über 1000V zur Anwendung kommen.
Aus der DE 10 2013 217 256 B3 ist ein derartiger Steckkontakt bekannt.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung geht aus von der Erkenntnis, dass beim Stecken der Steckverbindung in den Steckkontakt hinein der Kontaktpin über die Kontaktfläche in einem Innenraum eines Kontaktkörpers des Steckkontakts schleift. Das Stecken entspricht dabei einem Einstecken des elektrischen Kontaktpins entlang einer Einsteckrichtung in den Steckkontakt, wobei die Einsteckrichtung üblicherweise mit einer Längsachse der beiden zu verbindenden Teile zusammenfällt. Somit entspricht eine axiale Richtung der Richtung der Längsachse und eine radiale Richtung einer dazu senkrechten Richtung.
Dabei können die beiden üblicherweise aus Metall gebildeten Kontaktoberflächen von Kontaktpin und Steckkontakt verschleißen und die Steckverbindung kann eine geringere Lebensdauer oder auch eine geringere Stromtragfähigkeit aufweisen. Weiterhin kann durch ein großes Spiel und die harte und permanente Kollision zwischen Kontaktpin und Kontaktkörper bei einer dynamischen Belastung die Lebensdauer stark reduziert sein.
Dies ist insbesondere bei Hochstromanwendungen, z.B. mit Strömen von mehr als 10A, mehr als 50A oder sogar mehr als 400A und/oder Spannungen von mehr als 48V, mehr als 450V oder sogar mehr als 1000V unerwünscht. Eine dauerhaft große Stromtragfähigkeit ist sehr wichtig. Dies gilt auch bei großen Leitungsquerschnitten, die mehr als 1mm² (Quadratmillimeter), mehr als 5mm² oder mehr als 16mm² oder sogar mehr als 100mm² betragen können.
Es kann daher ein Bedarf bestehen, einen Steckkontakt und ein Steckverbindersystem bereitzustellen bei denen der Steckkontakt beim Einstecken des Kontaktpins weniger verschleißt und bei dem auch bei einer Vibrationsbelastung im Betrieb der Steckkontakt und/oder der Kontaktpin nur wenig Verschleiß aufweist. Es soll somit die Lebensdauer verlängert werden und die Stromtragfähigkeit über Lebensdauer verbessert werden.
Vorteile der Erfindung
Dieser Bedarf kann durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß den unabhängigen Ansprüchen gedeckt werden. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein elektrischer Steckkontakt für Hochstromanwendungen vorgeschlagen. Dabei umfasst der Steckkontakt einen sich entlang einer Längsachse erstreckenden Kontaktkörper mit einem Innenraum zur Aufnahme eines Kontaktpins durch eine Einstecköffnung des Kontaktkörpers. Der Steckkontakt umfasst weiter einen im Innenraum angeordneten Lamelleneinsatz, der entlang einer radialen Richtung quer zur Längsachse federnd ausgebildet ist. Schließlich umfasst der Steckkontakt ein an der Einstecköffnung angeordnetes Fixierelement. Das Fixierelement reduziert einen Durchmesser der Einstecköffnung des Kontaktkörpers. Dabei ist das Fixierelement aus einem Material gestaltet, welches einen ersten Reibungskoeffizienten bezüglich eines ersten Materials aufweist, wobei das erste Material ausgewählt ist aus der Gruppe Kupfer, Silber, Gold, Platin, Zinn, Aluminium, Stahl, Nickel oder Legierungen der genannten Materialien. Dabei ist der erste Reibungskoeffizient um wenigstens 10% reduziert ist gegenüber einem zweiten Reibungskoeffizienten des Lamelleneinsatzes bezüglich des ersten Materials.
Der in den Steckkontakt einzusteckende Kontaktpin weist üblicherweise eine radial nach außen weisende Oberfläche, seine Kontaktoberfläche, auf, die das erste Material umfasst, also eines oder mehrere der Materialien aus der Gruppe Kupfer, Silber, Gold, Platin, Zinn, Aluminium, Stahl, Nickel oder Legierungen der genannten Materialien.
Durch die Reduzierung des Durchmessers der Einstecköffnung wird vorteilhaft bewirkt, dass das Spiel eines in den Kontaktkörper einzusteckenden Kontaktpins gegenüber dem Kontaktkörper reduziert wird. Dadurch wird z.B. bei einer Vibrationsbelastung das Risiko verringert, dass die zwei Kontaktflächen des Steckkontakts und des Kontaktpins aneinanderschlagen bzw. dass dies mit einer großen Wegamplitude geschieht. Dadurch wird vorteilhaft die Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung der Kontaktflächen verringert und die Beständigkeit des Steckkontakts gegenüber Vibrationsbelastungen verbessert.
Durch das Vorsehen des Fixierelements mit einem reibungsmindernden Material wird darüber hinaus vorteilhaft bewirkt, dass schon beim Einsteckvorgang die Kontaktoberflächen des Kontaktpins und des Steckkontakts geschont werden. Denn das Fixierelement kann gleichzeitig als Führungselement wirken, welches eine Führung des Kontaktpins in axialer Richtung ermöglicht und dabei ein vorzeitiges Auftreffen von Kontaktflächen des Kontaktpins mit der Oberfläche des Innenraums beim Einsteckvorgang verhindert. Mit anderen Worten: beim Steckvorgang reiben die elektrischen Kontaktflächen, beispielsweise Metalloberflächen, des Steckkontakts und des Kontaktpins nur entlang eines kurzen Weges und auch zeitlich kurz aneinander bzw. aufeinander. Dadurch werden die Oberflächen geschont, wodurch die Stromtragfähigkeit und die Lebensdauer erhöht werden.
Im Rahmen der Anmeldung ist unter dem Reibungskoeffizienten der Reibungskoeffizient für Gleitreibung zwischen zwei Materialien im trockenen Zustand zu verstehen.
Im Rahmen der Anmeldung werden die Ausdrücke „umfassen“ und „aufweisen“ synonym verwendet, solange nichts anderes ausdrücklich erwähnt wird.
Der Lamelleneinsatz kann beispielsweise gebildet sein durch zwei geschlossene oder offene Ringe an seinen distalen Enden. Bei offenen Ringen kann z.B. ein Schlitz in den an den beiden distalen Enden angeordneten Ringen ausgebildet sein. Zwischen den Ringen erstreckt sich z.B. eine Mehrzahl Lamellen, von denen zumindest zwei Lamellen mit beiden Ringen verbunden sind. Die Lamellen können entlang der Längsachse betrachtet zwischen den Ringen zunächst in einem Abschnitt benachbart zum jeweiligen Ring in radialer Richtung nach außen verlaufen. Auf diese Weise können die Lamellen den Lamelleneinsatz durch einen Reibschluss bzw. Kraftschluss im Innenraum des Kontaktkörpers festlegen und hier auch einen elektrischen Kontakt herstellen. Ausgehend von diesen Kontaktpunkten können die Lamellen dann in radialer Richtung nach innen verlaufen, so dass der Lamelleneinsatz die Gestalt von zwei mit ihren Spitzen einander zugewandten Kegeln aufweisen kann. Am Punkt mit dem geringsten Innendurchmesser des Lamelleneinsatzes kann z.B. ein weiterer Kontaktpunkt liegen, der beim Einstecken eines Kontaktpins in den elektrischen Steckkontakt mit einer äußeren Kontaktfläche des Kontaktpins in mechanischen und elektrischen Kontakt tritt.
Der Lamelleneinsatz ist durch seine Gestalt federnd ausgebildet, so dass es Toleranzen in den Durchmessern des Kontaktkörpers und/oder des Kontaktpins ausgleichen kann, so dass stets ein mechanischer und elektrischer Kontakt zwischen den drei Elementen Kontaktkörper, Lamelleneinsatz und Kontaktpin zustande kommt.
Dadurch, dass das Fixierelement aus einem Kunststoff gebildet ist kann der Reibungskoeffizient des Fixierelements zu einem Material aus der Gruppe Kupfer, Silber, Gold, Platin, Zinn, Aluminium, Stahl, Nickel oder Legierungen der genannten Materialien besonders vorteilhaft reduziert werden. Außerdem kann das Fixierelement so besonders einfach und kostengünstig, z.B. durch einen Spritzgussprozess, hergestellt werden.
Dadurch, dass der Kunststoff ein Material umfasst, welches gewählt ist aus der Gruppe Teflon, Polyamid (PA), Polybutylenterephthalat (PBT) oder Polyphenylensulfid (PPS), wird der Reibungskoeffizient des Fixierelements zu einem Material aus der Gruppe Kupfer, Silber, Gold, Platin, Zinn, Aluminium, Stahl, Nickel oder Legierungen der genannten Materialien ganz besonders vorteilhaft reduziert.
Dadurch, dass das Fixierelement in den Innenraum ragt und den Lammelleneinsatz zumindest abschnittsweise in radialer Richtung gegen eine Innenwand des Kontaktkörpers presst wird vorteilhaft bewirkt, dass der Lamelleneinsatz zumindest an einem Ende in axialer Richtung im Kontaktkörper fixiert ist. Dadurch kann er beim Einstecken eines Kontaktpins nicht in unerwünschter Weise in axialer Richtung verschoben werden. Gleichzeitig ist es auf diese Weise nicht notwendig, den Lamelleneinsatz durch einen kostenintensiven, stoffschlüssigen Fertigungsprozess, z.B. durch einen Schweißvorgang, im Innenraum zu befestigen. Weiterhin kann der Lamelleneinsatz bei einem Defekt durch Lösen des Fixierelements einfach ausgetauscht werden, da er nicht unlösbar mit dem Innenraum verbunden ist.
Schließlich wird dadurch, dass das Fixierelement in den Innenraum ragt, vorteilhaft bewirkt, dass das Fixierelement als Führungselement oder als Lager für einen Kontaktpin wirkt und so ein Spiel des Kontaktpins beim Einsteckvorgang in radialer Richtung reduziert. Dabei kann das Fixierelement beispielsweise wenigstens entlang einer Länge in den Innenraum ragen, die dem halben Durchmesser der Einstecköffnung entspricht, vorzugsweise entlang einer Länge, die dem Durchmesser der Einstecköffnung entspricht.
Dadurch, dass das Fixierelement in der Art einer Hülse ausgebildet ist, kann das Fixierelement den Kontaktpin beim Einsteckvorgang in radialer Richtung zu allen Seiten hin fixieren bzw. führen. Damit wird ein unerwünschter Kontakt zwischen dem Kontaktpin und dem Innenraum vorteilhaft vermieden. Die Hülse kann bevorzugt einen Innendurchmesser aufweisen, der ein spielfreies Durchstecken des Kontaktpins ermöglicht.
Dadurch, dass das Fixierelement an seinem der Einstecköffnung zugewandten Ende der Hülse einen nach radial außen weisenden Kragen aufweist, wobei das Fixierelement mit dem Kragen an einem Rand der Einstecköffnung anliegt wird vorteilhaft bewirkt, dass das Fixierelement besonders einfach montierbar und entlang der Längsachse positionierbar ist. Denn durch den Kragen wird ein zu weites Einschieben des Fixierelements in den Kontaktkörper verhindert. Sobald der Kragen an dem Rand der Einstecköffnung anliegt weiß ein Monteur, dass das Fixierelement richtig montiert ist, Dadurch, dass der Innenraum hohlzylindrisch ausgebildet ist lässt sich der Steckkontakt besonders einfach herstellen. Das Einstecken des Kontaktpins kann dadurch besonders einfach erfolgen.
Dadurch, dass der Innenraum einen kreisförmigen Querschnitt aufweist wird eine besonders einfache Herstellung des Steckkontakts möglich. Weiterhin lässt sich so ein Kontaktpin besonders einfach einstecken, da es keine Vorzugsrichtung in Umfangsrichtung um die Längsachse herum gibt.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Steckverbindersystem, insbesondere für Hochstromanwendungen, vorgeschlagen.
Das Steckverbindersystem umfasst dabei einen elektrischen Steckkontakt wie oben beschrieben. Das Steckverbindersystem umfasst weiterhin einen sich entlang der Längsachse erstreckenden Kontaktpin. Dabei steht der Kontaktpin im in den Kontaktkörper eingesteckten Zustand zumindest mit dem Lamellenkörper in mechanischem und elektrischem Kontakt. Der Kontaktpin weist einen Außendurchmesser auf. Das Fixierelement weist einen Innendurchmesser auf, welcher in einem Bereich liegt von 5% kleiner als der Außendurchmesser des Kontaktpins bis 5% größer als der Außendurchmesser des Kontaktpins. Dadurch wird vorteilhaft bewirkt, dass das Fixierelement als Führungselement bzw. als Lager für den Kontaktpin beim Einstecken des Kontaktpins durch die Einstecköffnung hindurch in den Innenraum des Kontaktkörpers dient. Dadurch wird vorteilhaft eine unerwünschte Beschädigung der Kontaktoberflächen von Kontaktpin und Innenraum vermieden.
Dadurch, dass der Kontaktpin an seiner radial nach außen weisenden Außenseite zumindest ein Material aufweist, welches gewählt ist aus der Gruppe Kupfer, Silber, Gold, Platin, Zinn, Aluminium, Stahl, Nickel oder Legierungen der genannten Materialien wird vorteilhaft eine besonders gute Stromübertragung ermöglicht.
Dadurch, dass der Kontaktpin an seinem bezüglich einer Einsteckrichtung nach vorne gerichteten Ende eine Schutzkappe aufweist, welche aus einem Material gebildet ist, welches gegenüber dem Material des übrigen Kontaktpins eine geringere Reibung gegenüber dem elektrischen Steckkontakt aufweist wird vorteilhaft das Risiko einer Beschädigung des Lamelleneinsatzes mit seinen Kontaktpunkten verringert, da beim Einsteckvorgang zunächst die Schutzkappe auf die nach innen gerichteten Lamellen trifft. Auch wird das Risiko einer Beschädigung des Innenraums des Kontaktkörpers beim Einsteckvorgang verringert, da das nach vorne gerichtete Ende durch die Schutzkappe das Risiko einer Abrasion der inneren Oberfläche des Innenraums vermindert.
Dadurch, dass die Schutzkappe aus einem Kunststoff gebildet ist wird vorteilhaft eine Beschädigung der Kontaktlamellen oder des Innenraums besonders stark verringert.
Figurenliste
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen, die jedoch nicht als die Erfindung beschränkend auszulegen sind, unter Bezugnahme auf die beigelegten Zeichnungen ersichtlich.
Es zeigen

1a-1c: Verschiedene Ansichten eines Steckverbindersystems;
2a und 2b: verschiedene Querschnitte durch ein Steckverbindersystem gemäß 1a-1c;
3a-3c: perspektivische Ansichten von Bestandteilen eines Steckkontakts;
3d und 3e: perspektivische Ansichten von Bestandteilen eines Kontaktpins.

1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Steckverbindersystems 100 für eine Hochstromverbindung. Die Stromtragfähigkeit dieses Steckverbindersystems 100 beträgt z.B. zumindest 10 Ampere, bevorzugt wenigstens 50 Ampere und ganz besonders bevorzugt wenigstens 400 Ampere. Es versteht sich, dass auch hohe Spannungen an dem Steckverbindersystem 100 anliegen können, z.B. 48V oder mehr als 48V, bevorzugt mehr als 450V oder sogar mehr als 1000V. Beispielsweise ist das Steckverbindersystem für eine Spannung von 48V und einen Maximalstrom von 50A ausgelegt oder für eine Spannung von 450V +/-30% und einen Maximalstrom von 100A +/- 30% ausgelegt. Das Steckverbindersystem 100 weist einen elektrischen Steckkontakt 1 auf und einen Kontaktpin 70, der in der Zeichnung noch nicht vollständig in den Steckkontakt 1 eingesteckt ist.
Der elektrische Steckkontakt 1 umfasst einen sich entlang einer Längsachse A erstreckenden Kontaktkörper 2 mit einem Innenraum 3 zur Aufnahme eines Kontaktpins 70 durch eine Einstecköffnung 4 des Kontaktkörpers 2. Der Kontaktpin 70 ist entlang einer Einsteckrichtung E, die sich parallel zur Längsachse A in der axialen Richtung erstreckt, in den Steckkontakt 1 eingesteckt und mit diesem elektrisch leitend verbunden. Die Materialstärke des Kontaktkörpers 2 kann dabei z.B. wenigstens 0,5mm, bevorzugt wenigstens 1mm betragen, um eine ausreichend hohe Stromtragfähigkeit aufzuweisen. Der Kontaktpin 70 kann zur Erzielung einer hohen Stromtragfähigkeit eine Querschnittsfläche von wenigstens 1mm², bevorzugt von wenigstens 10mm² oder wenigstens 16mm² oder sogar von wenigstens 100mm² aufweisen.
Der Kontaktkörper 2 kann beispielsweise aus einem Metall gebildet sein und z.B. Kupfer und/oder Aluminium umfassen oder sogar zum überwiegenden Teil aufweisen, z.B. zumindest 50%, bevorzugt zu wenigstens 70% des Volumenanteils. Der Kontaktkörper 2 kann auch Legierungen von Kupfer und/oder Aluminium umfassen. Der elektrische Steckkontakt 1 weist weiterhin einen im Innenraum 3 angeordneten Lamelleneinsatz 20 auf, der entlang einer radialen Richtung R quer zur Längsachse A federnd ausgebildet ist. An der Einstecköffnung 4 ist ein Fixierelement 10 angeordnet, wobei das Fixierelement 10 einen Durchmesser D1 der Einstecköffnung 4 des Kontaktkörpers 2 reduziert. Denn das Fixierelement 10 kann hülsenförmig ausgebildet sein und einen Innendurchmesser D2 aufweisen, der geringer ist als der Durchmesser D1 der Einstecköffnung 4 - der Durchmesser D1 ist hier zur besseren Veranschaulichung an einer der Einstecköffnung 4 gegenüberliegenden Öffnung des Kontaktkörpers 2 dargestellt, was angesichts der hier exemplarisch dargestellten hohlzylindrischen Ausführung des Innenraums keinen Unterschied macht.
Der Kontaktpin 70 kann einen Außendurchmesser D3 aufweisen, der etwas kleiner ist als der Durchmesser D1 der Einstecköffnung 4 und ungefähr dem Innendurchmesser D2 des Fixierelements 10 entspricht. Dabei kann der Außendurchmesser D3 in einem Bereich zwischen 95% und 105% des Innendurchmessers D2 des Fixierelements 10 liegen, bevorzugt in einem Bereich von 98% bis 102% des Innendurchmessers D2.
Der Kontaktkörper 2 kann in der Form einer Hülse ausgebildet sein und durch das Umbiegen eines Stücks elektrisch leitfähigen Materials, z.B. einem Metallblech geformt sein. Er kann an seiner Außenseite einen in radialer Richtung R abragenden Leitungsanschluss 9 aufweisen. Im dargestellten Beispiel ragt der Leitungsanschluss 9 um ungefähr die Länge eines Durchmessers D1 der Einstecköffnung 4 nach außen von der hülsenförmigen Außenkontur ab. Es ist aber auch möglich, dass der Leitungsanschluss 9 weniger stark abragt, z.B. um wenigstens 10% des Durchmessers D1 der Einstecköffnung 4.
Das Fixierelement 10 ist aus einem Material gestaltet ist, welches einen ersten Reibungskoeffizienten bezüglich eines ersten Materials aufweist, wobei das erste Material z.B. ausgewählt ist aus der Gruppe Kupfer, Silber, Gold, Platin, Zinn, Aluminium, Stahl, Nickel oder Legierungen der genannten Materialien. Grundsätzlich sind auch andere elektrisch gut leitfähige Materialien, z.B. Metalle, als erstes Material verwendbar. Der Kontaktpin 70 weist eine radial nach außen weisende Oberfläche auf, die z.B. das erste Material umfasst, zumindest in demjenigen Bereich seiner Oberfläche bzw. in demjenigen Abschnitt seiner Oberfläche, welcher im Innenraum 3 mit dem Steckkontakt 1 elektrisch kontaktiert ist. Dabei ist der erste Reibungskoeffizient um wenigstens 10%, bevorzugt um wenigstens 20% und ganz besonders bevorzugt um wenigstes 50% reduziert gegenüber einem zweiten Reibungskoeffizienten des Lamelleneinsatzes 20 bezüglich des ersten Materials. Beispielsweise ist das Fixierelement 70 aus Kunststoff gebildet, z.B. aus einem thermoplastischen, spritzgussfähigen Kunststoff. Beispielsweise kann das Fixierelement 70 Teflon, Polyamid (PA), Polybutylenterephthalat (PBT) oder Polyphenylensulfid (PPS) umfassen bzw. enthalten, bevorzugt zum überwiegenden Teil, d.h. zu wenigstens 50 Vol-%, ganz besonders bevorzugt zu wenigstens 75 Vol-%.
Der Lamelleneinsatz 20 kann an seiner Oberfläche, auf die es für den zweiten Reibungskoeffizienten ankommt, z.B. Kupfer oder Zinn oder Silber oder Gold oder Aluminium oder Nickel oder Legierungen dieser Materialien umfassen.
Auf diese Weise kann das Fixierelement 10 zum einen für den Kontaktpin 70 in der Art eines Radiallagers wirken, das eine Versetzung des Kontaktpins 70 beim Einstecken quer zur Einsteckrichtung E, also in radialer Richtung R, unterbindet. Dadurch können ein unbeabsichtigter mechanischer Kontakt des Kontaktpins 70 mit dem Innenraum 3 oder mit Lamellen 25 des Lamelleneinsatzes 20 und damit mögliche Beschädigungen der Kontaktoberflächen verhindert werden.
Weiterhin engt das Fixierelement 10 auch das Spiel des Kontaktpins 70 im eingesteckten Zustand in radialer Richtung R ein, wodurch bei Vibrationsbelastungen des Steckverbindersystems 100 ein Aneinanderschlagen von Kontaktpin 70 einerseits und Kontaktkörper 2 bzw. Lamelleneinsatz 20 andererseits unterdrückt oder gar verhindert wird. Das Fixierelement 10 fixiert somit den Kontaktpin 70 in radialer Richtung R bzw. schränkt seine Bewegungsfreiheit in radialer Richtung R ein.
Schließlich können durch das Fixierelement auch die Steckkräfte vereinheitlich oder sogar minimiert werden. Denn ein schräges Stecken des Kontaktpins 70, was durch Verkanten des Kontaktpins 70 zu hohen Steckkräften durch Abrasion führt, wird so nicht mehr möglich.
Der Lamelleneinsatz 20 wird im Zusammenhang mit den 2a und 2b weiter unten ausführlicher beschrieben. In der vorliegenden Figur sind von ihm ein vorderer Rand 24a, eine Mehrzahl von Lamellen 25 und eine Mehrzahl von vorderen Kontaktpunkten 26a zwischen Lamellen 25 und Innenraum 3 zu erkennen. Weiterhin ist eine Mehrzahl von inneren Kontaktpunkten 27 zu erkennen, die bei vollständig eingeschobenem Kontaktpin 70 mit der Oberfläche des Kontaktpins 70 in elektrischem und mechanischem Kontakt stehen.
Der Kontaktpin 70 weist an seinem vorderen Ende (im Innern des Innenraums 3 zu erkennen) eine Schutzkappe 72 auf, z.B. aus einem thermoplastischen, spritzgussfähigen Kunststoff. Beispielsweise kann die Schutzkappe 72 Teflon, Polyamid (PA), Polybutylenterephthalat (PBT) oder Polyphenylensulfid (PPS) umfassen bzw. enthalten, bevorzugt zum überwiegenden Teil, d.h. zu wenigstens 50 Vol-%, ganz besonders bevorzugt zu wenigstens 75 Vol-%. Die Schutzkappe 72 kann durch ihre Form und/oder durch das verwendete Material dazu beitragen, die Steckkräfte zu reduzieren, da durch Form und/oder Material der Reibungskoeffizient zwischen dem Lamelleneinsatz 20 und dem Kontaktpin 70 bei der ersten Berührung reduziert ist.
1b zeigt eine Aufsicht auf das Steckverbindersystem 100 aus 1a. In dieser Ansicht ist gut der im Wesentlichen kreisförmige Querschnitt des Innenraums 3 zu erkennen sowie die Schutzkappe 72 des Kontaktpins 70. Außerdem ist der radial nach außen von dem Kontaktkörper 2 abragende Leitungsanschluss 9 gut zu erkennen. Er ist in der Art von Laschen einstückig mit dem Kontaktkörper 2 ausgebildet.
1c zeigt eine seitliche Ansicht des Steckverbindersystems 100 aus 1a. Hier ist gut zu erkennen, dass das Fixierelement 10 einen Kragen 12 aufweist, mit dem es an einem Rand 4a der Eingangsöffnung 4 anliegt. Durch den Kragen 12 lässt sich das Fixierelement 10 sicher und einfach sowie positionsgenau montieren. Denn das Fixierelement 10 muss lediglich in die Eingangsöffnung 4 eingeschoben werden, bis es sich nicht weiter einschieben lässt. Dann liegt der Kragen 12 am Rand 4a der Einstecköffnung 4 an.
2a zeigt einen Längsschnitt durch das Steckverbindersystem 100 aus 1a. Hierbei ist gut zu erkennen, dass der Kontaktpin 70 im Ausführungsbeispiel innen zumindest teilweise hohl ist und an seinem vorderen Ende eine Öffnung 71 aufweist, durch welche Rastlaschen 74 der Schutzkappe 72 hindurchragen.
2b zeigt eine gegenüber 2a um 90° um die Längsachse A gedrehte Ansicht. Hier ist gut zu erkennen, wie Rastenden 75 der Rastlaschen 74 einen Hinterschnitt 76 im Innern des Kontaktpins 70 hintergreifen. Auf diese Weise ist die Schutzkappe 70 am Kontaktpin 70 verliersicher befestigt.
In den 2a und 2b ist auch der Aufbau des Lamelleneinsatzes gut zu erkennen. Der Lamelleneinsatz 20 (siehe auch 3b) kann beispielsweise gebildet sein durch zwei Ränder 24a, 24b an seinen distalen Enden, einem entlang der Einsteckrichtung E betrachtet vorderen Rand 24a (in der Figur oben) und einem hinteren Rand 24b (in der Figur unten). Die Ränder 24a, 24b können beispielsweise ringförmig und/oder in Umfangsrichtung geschlossen ausgebildet sein. Es ist auch möglich, dass die Ränder 24a, 24b offen ausgebildet sind, sie weisen dann entlang der Umfangsrichtung wenigstens einen hier nicht dargestellten Schlitz 21 (siehe 3b) auf. Zwischen den Rändern 24a, 24b erstreckt sich z.B. eine Mehrzahl Lamellen 25, von denen zumindest zwei Lamellen 25 mit beiden Rändern 24a, 24b fest verbunden sind. Es können auch alle Lamellen 25 mit beiden Rändern 24a, 24b verbunden sein. Der Lamelleneinsatz 20 kann z.B. als ein Stanzbiegeteil gefertigt sein, welches nach dem Stanzen aus einem Blech in eine dreidimensionale Form überführt wird.
Die Lamellen 25 können entlang der Längsachse A betrachtet zwischen den Rändern 24a, 24b zunächst in einem Abschnitt benachbart zum jeweiligen Rand 24a, 24b in radialer Richtung R nach außen verlaufen. Auf diese Weise können die Lamellen 25 den Lamelleneinsatz 20 durch einen Reibschluss bzw. Kraftschluss im Innenraum 3 des Kontaktkörpers 2 festlegen und hier auch einen elektrischen Kontakt an einem vorderen Kontaktpunkt 26a und/oder an einem hinteren Kontaktpunkt 26b herstellen. Dabei kann jede Lamelle 25 einen Kontaktpunkt ausbilden. Fällt eine Lamelle 25 aus, so ist durch die Mehrzahl der Lamellen 25 eine Redundanz geschaffen, die einem Versagen des Steckverbindersystems 100 vorbeugt. Ausgehend von diesen Kontaktpunkten 26a, 26b können die Lamellen 25 dann in radialer Richtung R nach innen verlaufen, so dass der Lamelleneinsatz 20 die Gestalt von zwei mit ihren Spitzen einander zugewandten Kegeln aufweisen kann. Am Punkt mit dem geringsten Innendurchmesser D4 des Lamelleneinsatzes 20 kann z.B. ein innerer Kontaktpunkt 27 liegen, der beim Einstecken eines Kontaktpins 70 in den elektrischen Steckkontakt 1 mit einer äußeren Kontaktfläche des Kontaktpins 70 in mechanischen und elektrischen Kontakt tritt. Der hintere Rand 24b kann eine Auskerbung 28 bzw. einen Vorsprung 28 nach außen aufweisen, die geeignet ist, in eine im Innenraum 3 des Kontaktkörpers 2 angeordnete Nut 8 einzugreifen. Dadurch lässt sich der Lamelleneinsatz 20 in axialer Richtung einfach an der richtigen axialen Position positionieren. Der Lamelleneinsatz 20 kann auf diese Weise auch verliersicher durch seine federnde Wirkung im Kontaktkörper 2 festgehalten werden. Somit ist er nicht ohne äußere Krafteinwirkung in axialer Richtung entlang der Längsachse aus dem Kontaktkörper 2 entfernbar.
Der Lamelleneinsatz 20 ist durch seine Gestalt federnd ausgebildet, so dass er Toleranzen in den Durchmessern des Kontaktkörpers (Durchmesser der Einstecköffnung D1) und/oder des Außendurchmessers D3 des Kontaktpins 70 ausgleichen kann, so dass stets ein mechanischer und elektrischer Kontakt zwischen den drei Elementen Kontaktkörper 2, Lamelleneinsatz 20 und Kontaktpin 70 zustande kommt.
Das Fixierelement 10 ragt in axialer Richtung um eine Länge L ausgehend vom Rand 4a der Einstecköffnung 4 in den Innenraum 3 hinein. Dabei ragt es so weit in den Innenraum, dass es den hinteren Rand 24b des Lamelleneinsatzes 24b innen übergreift und an eine Innenwand 6 des Kontaktkörpers presst. Somit ist der Lamelleneinsatz 20 nicht nur durch das Eingreifen in die Nut 8 festgelegt. Vielmehr wird ein Herausrutschen der Auskerbung 28 bzw. der Vorsprung 28 des hinteren Randes 24b aus der Nut 8 durch diesen Presssitz verhindert. In radialer Richtung R betrachtet von innen nach außen ist somit folgende Abfolge erkennbar: Kontaktpin 70 - Fixierelement 10 - hinteres Ende des Lamelleneinsatzes 20 - Kontaktkörper 2. Das Fixierelement 10 ragt dabei ungefähr bis zum hinteren Kontaktpunkt 26b des Lamelleneinsatzes 20 in den Innenraum 3 hinein, im dargestellten Beispiel jedoch nicht über diesen hinaus. Die Länge L des Hineinragens kann z.B. wenigstens 30% des Durchmessers D1 der Einstecköffnung 4 betragen, bevorzugt wenigstens 50% und ganz besonders bevorzugt wenigstens 75% des Durchmessers D1 der Einstecköffnung 4. Dadurch wird eine besonders gute Führung des Kontaktpins 70 bzw. eine besonders zuverlässige Radiallagerung bewirkt.
In den 3a bis 3c sind der besseren Übersichtlichkeit halber noch einmal einzelne Bestandteile des Steckkontakts 1 in perspektivischer Ansicht einzeln dargestellt.
3a zeigt den Kontaktkörper 2.
3b zeigt den Lamelleneinsatz 20, wobei hier lediglich beispielhaft an den beiden Rändern 24a, 24b jeweils ein Schlitz 21 zu erkennen ist - der Lamelleneinsatz kann somit z.B. zunächst als 2-dimensionales Blechstanzteil hergestellt werden und dann durch einen Einrollvorgang seine doppelkegelige Form annehmen. Durch diese Art der Herstellung ist eine intrinsische reversible Elastizität ausgebildet, die dazu beiträgt, dass der Lamelleneinsatz 20 sich durch diese Elastizität von selbst an die Innenwand 6 des Kontaktkörpers 2 anpresst. Dieser intrinsische Presssitz wird durch das Einsetzen des Fixierelements 10 anschließend noch gesichert bzw. verbessert.
3c zeigt das Fixierelement 10 mit seinem Kragen 12. 3d zeigt den Kontaktpin 70 mit seiner Öffnung 71 ohne Schutzkappe 72. 3e zeigt die Schutzkappe 72 einzeln.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013217256 B3 [0003]

Claims

Elektrischer Steckkontakt für Hochstromanwendungen, umfassend -- einen sich entlang einer Längsachse (A) erstreckenden Kontaktkörper (2) mit einem Innenraum (3) zur Aufnahme eines Kontaktpins (70) durch eine Einstecköffnung (4), -- einen im Innenraum (3) angeordneten Lamelleneinsatz (20), der entlang einer radialen Richtung (R) quer zur Längsachse (A) federnd ausgebildet ist, -- ein an der Einstecköffnung (4) angeordnetes Fixierelement (10), wobei das Fixierelement (10) einen Durchmesser (D1) der Einstecköffnung des Kontaktkörpers (2) reduziert, wobei das Fixierelement (10) aus einem Material gestaltet ist, welches einen ersten Reibungskoeffizienten bezüglich eines ersten Materials aufweist, wobei das erste Material ausgewählt ist aus der Gruppe -- Kupfer, Silber, Gold, Platin, Zinn, Aluminium, Stahl, Nickel oder Legierungen der genannten Materialien, wobei der erste Reibungskoeffizient um wenigstens 10% reduziert ist gegenüber einem zweiten Reibungskoeffizienten des Lamelleneinsatzes (20) bezüglich des ersten Materials.
Elektrischer Steckkontakt nach Anspruch 1, wobei das Fixierelement (10) aus einem Kunststoff gebildet ist.
Elektrischer Steckkontakt nach Anspruch 2, wobei der Kunststoff ein Material umfasst, welches gewählt ist aus der Gruppe: Teflon, Polyamid (PA), Polybutylenterephthalat (PBT) oder Polyphenylensulfid (PPS).
Elektrischer Steckkontakt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Fixierelement (10) in den Innenraum (3) ragt und den Lammelleneinsatz (20) zumindest abschnittsweise in der radiale Richtung (R) gegen eine Innenwand (6) des Kontaktkörpers (2) presst.
Elektrischer Steckkontakt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Fixierelement (10) in der Art einer Hülse ausgebildet ist, wobei die Hülse vorzugsweise einen Innendurchmesser (D2) aufweist, der ein spielfreies Durchstecken des Kontaktpins (70) ermöglicht.
Elektrischer Steckkontakt nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Fixierelement (10) an seinem der Einstecköffnung (4) zugewandten Ende der Hülse einen nach radial außen weisenden Kragen (12) aufweist, wobei das Fixierelement (10) mit dem Kragen (12) an einem Rand (4a) der Einstecköffnung (4) anliegt.
Elektrischer Steckkontakt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Innenraum (3) hohlzylindrisch ausgebildet ist.
Elektrischer Steckkontakt nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Innenraum (3) einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.
Steckverbindersystem, umfassend: -- einen elektrischen Steckkontakt (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, -- einen sich entlang der Längsachse (A) erstreckenden Kontaktpin (70), wobei der Kontaktpin (70) im in den Kontaktkörper (2) eingesteckten Zustand zumindest mit dem Lamelleneinsatz (20) in mechanischem und elektrischem Kontakt steht, wobei der Kontaktpin (70) einen Außendurchmesser (D3) aufweist, wobei das Fixierelement (10) einen Innendurchmesser (D2) aufweist, welcher in einem Bereich liegt von 5% kleiner als der Außendurchmesser (D3) des Kontaktpins (70) bis 5% größer als der Außendurchmesser (D3) des Kontaktpins (70).
Steckverbindersystem nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Kontaktpin (70) an seiner radial nach außen weisenden Außenseite zumindest ein Material aufweist, welches gewählt ist aus der Gruppe -- Kupfer, Silber, Gold, Platin, Zinn, Aluminium, Stahl, Nickel oder Legierungen der genannten Materialien
Steckverbindersystem nach den beiden vorhergehenden Ansprüchen, wobei der Kontaktpin (70) an seinem bezüglich einer Einsteckrichtung (E) nach vorne gerichteten Ende eine Schutzkappe (72) aufweist, welche aus einem Material gebildet ist, welches gegenüber dem Material des übrigen Kontaktpins (70) eine geringere Reibung gegenüber dem elektrischen Steckkontakt (1) aufweist.
Steckverbindersystem nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Schutzkappe (72) aus einem Kunststoff gebildet ist.