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Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Steckverbindung mit geringstmöglichem Übergangswiderstand, welche einfach herstellbar ist und eine gesicherte Reproduzierbarkeit bei mäßigen Qualitäts- und Genauigkeitsansprüchen sicherstellt.
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Für die Übertragung im Besonderen von hohen elektrischen Strömen ist der Kontaktwiderstand von maßgebender Bedeutung. Die Schnittstellen für die Verbindung von Stromquellen über Leitungen hin zu den Verbrauchern werden meist über lösbare Verbindungen hergestellt. Dabei ist ein möglichst niedriger Übergangswiderstand zu erreichen um an diesen Verbindungen möglichst wenig Energie zu verbrauchen und dabei verantwortlich für eine ungewollte Erwärmung an den Verbindungsstellen der Stromübertragung zu sein. Des Weiteren ist für ein wiederholtes Verbinden und Lösen dieser Trennstellen die Beschädigung der Kontaktflächen bzw. deren Oberflächen eine wesentliche Ursache für einen undefinierten Kontaktwiderstand. Mit federnden Kontaktelementen ist dann noch der Nachteil gegeben, dass durch eine Erwärmung der Kontaktstellen die Federkraft negativ beeinflusst wird und die Kontakt-Anpresskraft nachlässt.
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Somit unterliegen diese elektrischen Verbindungen entgegenwirkenden Eigenschaften und Ursachen wie z.B. einer hohen Federkraft die beim Zusammenstecken dann die Oberflächen beschädigen.
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In der AZ 10 2018 001 182.9 ist ZIF_0_60 für eine Anwendung in Fahrzeugen aller Art,die seit Jahrzehnten bekannte und immer wiederholte Aufgabenstellung beschrieben Der Kontakt muss ohne Steck- und Ziehkräfte sein und einen Widerstand von < 0.05 mOhm haben, damit bei einem Kontakt mit 1000 A nicht mehr, als 50 W Verlustleistung entstehen. Der Kontakt ZIF_0_60hat > 0,025 mOhm, was < 25 W sind.
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Im Unterschied zu ZIF_0_60 hat ZIF_0_60_1 keinen Ring 3, sondern einen Wulst 3, der dieselbe Funktion, wie der Ring 3 hat - den Buchsen Konus zu kontaktieren und eine Verbindung von weniger, als 0,025 mOhm herzustellen, was durch den Konus A in der Kontaktbuchse möglich ist, da auch der Ring einen zusätzlichen Widerstand hat, wie Prof. Dr. H. F. Nowacki am 15.03.18 berechnet hat. Ein Kontakt der 1000 A leiten und trennen kann, darf nur maximal einen Wiederstand von < 25 W = 25 mOhm haben, damit die volle Funktion nicht durch Wärme verschlechtert wird.
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Aus der Lehre der Anmeldung
DE 10 2013 018 065 A1 ist eine Verbindungstechnik zu entnehmen, welche einen Kontaktstift steckkraftlos durch eine Federkombination in eine Kontaktbuchse fügen lässt. Eine elektrische Verbindung (Kontaktierung) entsteht erst nachdem eine Druckfeder durch axiale Krafteinwirkung und ein damit verbundenes Zusammendrücken der Druckfeder eine Kontaktfeder, oder gemäß Anspruch 7 einzelne Kontaktfederringe, aufspreizt, damit deren Außendurchmesser vergrößert und eine Berührung der Kontaktfeder zur Innenwand der Kontaktbuchse herstellt. Somit entsteht über die Berührungslinien der Kontaktfeder nach außen und einer zweiten Berührungslinie der Kontaktfeder zur im Durchmesser kleineren Druckfeder und einer weiteren Berührungslinie der Druckfeder nach innen, zum Kontaktstift, eine berührende Verbindung vom Kontaktstift zur Kontaktbuchse. Diese mehrstufige Kontaktierung zur elektrischen Stromübertragung steht in Abhängigkeit der Maßgenauigkeit von Kontaktfeder und Druckfeder und im Besonderen der gradfreien Federenden, die eine umlaufende Linienberührung verhindern können. Die Vormontage der Druckfeder mit der Kontaktfeder ist für eine Großserienfertigung machbar. Aus dem physikalischen Stand der Technik sind die Erkenntnisse des Engewiderstandes berücksichtigt.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht also darin eine Steckverbindung zu schaffen bei der die eingangs beschriebenen Nachteile behoben und ein möglichst niedriger Übergangswiderstand erreicht wird. Ebenso soll die Herstellbarkeit möglichst einfach, bei bescheidener Genauigkeit und Präzision möglich sein.
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Die Reproduzierbarkeit des Kontaktwiderstandes soll überwiegend von der Auswahl der Materialien für Kontaktstift, Kontaktbuchse und möglichst nur einem Wulst A abhängig sein. Halt und Sicherung der zusammengefügten Verbindungsteile ist nach dem vielfach bewährten und bekannten Stand der Technik zu wählen und ist nicht Bestandteil dieser Erfindung.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein 2-teiliges Steckersystem nach 1 vorgeschlagen, welches aus einer Kontaktbuchse 1, einem Kontaktstift 2 mit einem Wulst A besteht. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Kontaktstiftes 2 sieht einen zylindrischen Führungsabschnitt 4, einen daran anschließenden, ansteigenden Konus 5, mit Wulst 3 und einen weiteren zylindrischen Führungsbereich 6 am Kontaktstift 2 vor. Die daran weiterführende Ausgestaltung des Anschlussbereiches 7a des Kontaktstiftes 2 ist entsprechend des daran anzuschließenden Leiters (Kabel) oder ähnlichem, stromführenden Bauteil vorzusehen. Diese kann für einen Runddraht, eine vieladrige flexible Leitung, wie auch für eine massive Stromschiene ausgebildet werden und damit nach den bekannten Verfahren wie Löten, Schweißen, Crimpen, Einpressen, oder auch lösbaren Verbindungen ausgeführt sein. Dementsprechend ist das Gegenstück zum Kontaktstift 2 mit Wulst 3, die Kontaktbuchse 1, mit einem zylindrischen Führungsabschnitt 8, einem daran anschließenden, aufweitenden Konus 9 und einem weiteren zylindrischen Führungsbereich 10 auszugestalten. Daran schließt sich ebenfalls ein Anschlussbereich 7b für einen weiterführenden Leiter (Kabel) an. Die Führungsabschnitte 4 und 8 von Stift und Buchse, wie auch die Führungsbereiche 6 und 10 sind mit einer ausreichenden Fügetoleranz (Spiel) zu versehen, sodass ein kraftloses Zusammenstecken von Stift und Buchse möglich ist. Eine besondere Passgenauigkeit ist nicht erforderlich. Zur Kontaktierung ist am Kontaktstift 2 der Übergang des zylindrischen Führungsabschnittes 4 zum Konus 5 einzubringen.
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Werden nun der Kontaktstift 2 mit vorstehenden Kontaktwulst 3 in die Kontaktbuchse 1 eingesteckt, so geschieht dieser Steckvorgang völlig kraftlos, bis es zu einer Berührung des Kontaktwulstes 3 mit dem Innenkonus 9 der Kontaktbuchse kommt. Durch die axiale Verschiebung des Kontaktstiftes 2 in der Kontaktbuchse 1, bis dieser Abstand Durchmesser des Kontaktwulstes 3 erreicht hat. Wird nun dieser Steckvorgang mit axial wirkender Kraft unterstützt, so zentriert der Kontaktwulst 3 bei gleichbleibendem Durchmesser des Kontaktwulstes 3 im Konus eine umlaufende Berührungslinie nach außen mit der Kontaktbuchse 1. Für eine genügend großzügige Toleranz in der Konzentrizität der Konen 5 und 9 zueinander ist ein entsprechend großes Spiel der zylindrischen Führungsabschnitte 4 mit 8 wie 6 mit 10 vorzusehen. Auch eine großzügige Toleranz bei der Ungleichheit der Steilheit der Konen 5 und 9 von Stift und Buchse beeinflusst die elektrischen Eigenschaften der Steckverbindung nicht.
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Maßgebend für einen niedrigen Übergangswiderstand sind auch bei dieser erfindungsgemäßen Steckverbindung die Oberflächen-Rauhigkeit der zur Stromübertragung berührenden Linien (Flächen), der Anpressdruck auf die berührenden Flächen und die Auswahl der Werkstoffe. Durch die Steilheit des Konus 5 in der Kontaktbuchse 1 kann der Anpressdruck auf die berührenden Flächen verstärkt bzw. reduziert werden. Die sich ergebenden Berührungslinie auf dem Konus 9 übertragen die Anpresskraft ausgleichend durch die Mitte des Kontaktwulstes und verursachen keine Schiebe- oder Gleitbewegung auf den Berührungsflächen. Damit werden die Berührungsflächen abgeplattet, dabei geglättet und der Engewiderstand wird dadurch reduziert. Besonders hervorzuheben ist der Vorteil, dass bei wiederholtem Verbinden dieses erfindungsgemäßen Steckersystems keine Beschädigungen an der Oberfläche der stromübertragenden Berührungslinien entstehen.
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Für die Sicherstellung des Anpressdruckes einzelner oder mehrerer Steckverbindungen sind in den Kontaktträgern einzelne Federn vorzusehen.
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Die dafür erforderlichen Ausführungsarten sind vorrangig einer bestimmten Anwendung wie auch dem möglichen Einbauraum anzupassen und deshalb nicht Bestandteil dieser Erfindung.
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Die vorliegende Erfindung wird anhand der Zeichnung weiter erläutert.
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Es zeigen :
- 1 zeigt ein erfindungsgemäßes, 2 teiliges Steckverbindungssystem in geöffnetem Zustand.
- 2 zeigt ein erfindungsgemäßes, 2 teiliges Steckverbindungssystem in zusammengestecktem Zustand.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kontaktbuchse
- 2
- Kontaktstift mit Wulst 3
- 3
- Wulst
- 4
- Führungsabschnitt am Kontaktstift
- 5
- Konus am Kontaktstift
- 6
- Führungsbereich
- 7a
- Anschlussbereich am Kontaktstift für elektr. Leiter (Kabel)
- 7a
- Anschlussbereich an Kontaktbuchse für elektr. Leiter (Kabel)
- 8
- Führungsabschnitt in der Kontaktbuchse
- 9
- Konus in der Kontaktbuchse
- 10
- Führungsbereich
- 11
- Wulstumlauf
- 12
- Schief verlaufender Abstand (Spaltraum) zum Konus 9
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013018065 A1 [0006]
