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Die Erfindung betrifft eine Kontaktbuchse für einen Steckverbinder.
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Aus der
DE 10 2011 100 389 A1 ist ein Ladekabel zur Übertragung elektrischer Energie in einen Energiespeicher eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs bekannt.
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Des Weiteren ist bekannt, dass ein Trennen unter hoher Last von bis hin zu 400 A / 1000 V sichtbare Beschädigungen an Kontaktflächen des Steckverbinders hinterlassen kann. Diese Beschädigungen umfassen eine Oxidation der Oberfläche, Verschweißungen, etc. und können unmittelbar oder auf Dauer eine elektrische Kontaktqualität mindern.
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Das der Erfindung zu Grunde liegende Problem wird durch eine Kontaktbuchse nach dem Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben und finden sich ferner in der nachfolgenden Beschreibung und in der Zeichnung.
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Gemäß einem ersten Aspekt wird eine Kontaktbuchse für einen Steckverbinder und zur Aufnahme eines Kontaktstifts bereitgestellt. Die Kontaktbuchse umfasst einen proximalen Kontaktabschnitt und einen distalen Kontaktabschnitt. Der distale Kontaktabschnitt umfasst: Zumindest ein distales Kontaktelement; und einen Lagerabschnitt, der das distale Kontaktelement mit Spiel entlang einer Längsachse der Kontaktbuchse zu der Kontaktbuchse unverlierbar festlegt.
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Bei einem Abziehen des Kontaktstifts aus der Kontaktbuchse unter Last findet zunächst eine elektrische und mechanische Trennung des Kontaktstifts von dem proximalen Kontaktabschnitt statt, wobei eine elektrische Verbindung zwischen Kontaktbuchse und Kontaktstift über das distale Kontaktelement besteht. Durch das Abziehen des Stifts aus der Kontaktbuchse heraus, wird das distale Kontaktelement in distaler Richtung vom Kontaktstift mitgenommen und kontaktiert hierbei mechanisch und elektrisch den Lagerabschnitt und damit die Buchse. Somit wird eine elektrische Verbindung über das distale Kontaktelement zwischen dem Kontaktstift und der Kontaktbuchse garantiert. Bei der darauffolgenden mechanischen und elektrischen Trennung des Kontaktstifts und des distalen Kontaktelements unter Last entsteht ein Abreißfunke zwischen einem distalen Abschnitt des Kontaktstifts und dem distalen Kontaktelement. Folglich wird verhindert, dass die für die elektrische Verbindung im gesteckten Zustand vorgesehenen proximalen Bereiche der Kontaktbuchse nicht durch einen Abreißfunken in ihrer Funktion beeinträchtigt werden.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass der Lagerabschnitt das distale Kontaktelement mit Spiel lotrecht zur Längsachse festlegt. Durch das lotrechte Spiel wird - soweit die Kontaktbuchse nicht entlang einer Vertikalen ausgerichtet ist - vorteilhaft erreicht, dass bereits durch Schwerkraft das distale Kontaktelement mechanisch mit dem Kontaktstift kontaktiert wird. Oder es wird ein Raum um das distale Kontaktelement bereitgestellt, in den sich das distale Kontaktelement hineinbewegen kann.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass insbesondere in einem gesteckten Zustand der Kontaktbuchse das distale Kontaktelement einen größeren Innendurchmesser aufweist als der proximale Kontaktabschnitt. Hierdurch wird ein konstruktiv einfaches Kontaktelement bereitgestellt, welches durch Schwerkraft den Kontaktstift kontaktiert.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass das distale Kontaktelement als starrer Hohlzylinder ausgebildet ist. Durch die starre Ausbildung des Kontaktelements wird eine konstruktiv einfache Ausführung bereitgestellt, die somit auch einfach fertigbar ist.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass das zumindest eine Kontaktelement eine Kugel ist.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass in einem ungesteckten Zustand der Kontaktbuchse das distale Kontaktelement einen kleineren Durchmesser aufweist als in einem gesteckten Zustand, wobei das distale Kontaktelement ein elastischer Federring ist, dessen Innenumfang aufweitbar ist. Vorteilhaft übt der elastische Federring einen Anpressdruck auf den Kontaktstift aus und wird so sicher in distaler Richtung mitgenommen, wenn der Kontaktstift aus der Kontaktbuchse gezogen wird. Folglich wird eine mechanische und elektrische Kontaktierung des distalen Kontaktelements mit dem Lagerabschnitt garantiert.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass das distale Kontaktelement parallel zur Längsachse größer ist als der halbe Innendurchmesser des distalen Kontaktabschnitts. Vorteilhaft wird hierdurch ein genügend langer Durchgang bereitgestellt, um den Kontaktstift genügend weit von einem proximalen Kontaktabschnitt wegzubewegen, bevor eine mechanische Trennung des Kontaktstifts von der Kontaktbuchse erfolgt.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass das distale Kontaktelement und der proximale Kontaktabschnitt derart aufeinander abgestimmt sind, dass ein Ende des Kontaktstifts nach einer mechanischen Trennung von dem proximalen Kontaktabschnitt und vor einer mechanischen Trennung des Kontaktstifts von dem distalen Kontaktelement vollständig in das distale Kontaktelement eintaucht. Dadurch wird ein Funkensprung zwischen dem proximalen Kontaktabschnitt und dem Kontaktstift wirksam verhindert.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Steckverbinder umfassend eine Kontaktbuchse gemäß dem ersten Aspekt bereitgestellt.
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Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung. In der Zeichnung zeigen:
- 1 bis 3 und 5 jeweils eine Kontaktbuchse in schematischer Längsschnittansicht;
- 4 ein schematisches Ablaufdiagramm; und
- 6 einen schematischen Querschnitt der Kontaktbuchse.
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1 zeigt eine Kontaktbuchse 2 in schematischer Schnittansicht. Ein distaler Kontaktabschnitt 4 umfasst einen Lagerabschnitt 6, welcher ein distales Kontaktelement 8 mit Spiel entlang einer Längsachse 10 der Kontaktbuchse 2 unverlierbar festlegt. Vorliegend ist der Lagerabschnitt 6 als zylindrische Innennut ausgebildet und umfasst eine parallel zur Längsachse 10 verlaufende Innenwandung 12 sowie zwei kreisringförmige und lotrecht zur Längsachse 10 verlaufende Begrenzungsflächen 14 und 16. Die Längsachse 10 ist im Wesentlichen horizontal ausgerichtet, was ebenfalls für die anderen Figuren gilt. Selbstverständlich kann die Einbausituation auch erfordern, dass die Längsachse 10 der Kontaktbuchse 2 geneigt zur Horizontalen angeordnet ist.
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Das Kontaktelement 8 ist durch eine umgebördelte Kante 18, welche den Lagerabschnitt 6 begrenzt, verlierersicher zu der Kontaktbuchse 2 angeordnet. Das Kontaktelement 8 ist vorliegend ein starrer Hohlzylinder und umfasst eine proximale Kontaktfläche 20 mit einem Innendurchmesser 22. Der Innendurchmesser 22 ist insbesondere im gesteckten Zustand der Kontaktbuchse größer als der Durchmesser des zugehörigen Kontaktstifts. Der gesteckte Zustand der Kontaktbuchse bedeutet, dass der Kontaktstift in die Buchse eingeführt und elektrisch kontaktiert ist. Eine Einführschräge 24 verjüngt den Innendurchmesser ausgehend von einer Öffnung 26 des Kontaktelements 8 hin zu der proximalen Kontaktfläche 20. Eine äußere Zylindermantelfläche 28 und kreisringförmige Oberflächen 30 und 32 begrenzen das distale Kontaktelement 8 nach außen.
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Ein proximaler Kontaktabschnitt 40 ist in proximaler Richtung nach dem distalen Kontaktabschnitt 4 innerhalb der Kontaktbuchse 2 angeordnet. Der proximale Kontaktabschnitt 40 umfasst beispielsweise eine innere Ringnut 42, in welcher ein proximales Kontaktelement 44 - vorliegend in Form einer Torusförmigen Ringfeder - angeordnet ist. Selbstverständlich kann anstatt der Ringfeder auch ein gestanztes Kontaktband oder ein anders ausgebildetes proximales Kontaktelement 44 verwendet werden. Das Kontaktelement 44 weist in einem gesteckten Zustand einen Innendurchmesser 46 auf.
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Die Kontaktbuchse 2 umfasst einen Buchsenkörper 50, in welchem eine Bohrung 52, insbesondere eine Sacklochbohrung, eingebracht ist. Über eine Öffnung 54 ist ein Kontaktstift in die Bohrung 52 einbringbar. Dieser Kontaktstift passiert zunächst die Durchgangsöffnung des distalen Kontaktelements 8 und nimmt dieses in proximaler Richtung der Kontaktbuchse 2 mit, sodass das Kontaktelement 8 auf die Begrenzungsfläche 16 trifft und so eine elektrische Verbindung zwischen dem Kontaktstift und dem Buchsenkörper 50 herstellt. Bei einem weiteren Einführen des Kontaktstifts in die Bohrung 52 trifft der Kontaktstift auf das Kontaktelement 44 und durchstößt dessen Durchgangsöffnung. Der Kontaktstift ist derart auf den Durchmesser 46 abgestimmt, sodass das Kontaktelement 44 lotrecht zur Längsachse 10 zusammengedrückt wird und so eine elektrische Verbindung zwischen dem Kontaktstift und dem Buchsenkörper 50 herstellt. In proximaler Richtung weist die Bohrung 52 einen Innendurchmesser 56 auf.
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Der Lagerabschnitt 6 ermöglicht eine axiale Bewegung des Kontaktelements 8, wodurch das Kontaktelement 8 entlang der Längsachse 10 schwimmend gelagert ist. Des Weiteren ermöglicht der Lagerabschnitt 6 eine Bewegung des Kontaktelements 8 lotrecht zur Längsachse 10, wodurch eine schwimmende Lagerung lotrecht zur Längsachse 10 gegeben ist. Diese verliersichere Anordnung des distalen Kontaktelements 8 durch den Lagerabschnitt 6 ermöglicht zwar ein leichtes Kippen des Kontaktelements 8 gegenüber der Längsachse 10 jedoch nur insoweit, als dass ein Einführen des Kontaktstifts jederzeit gewährleistet ist.
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2 zeigt eine Ausführungsform der Kontaktbuchse 2 in einer schematischen Schnittansicht. Im Unterschied zur 1 weist das Kontaktelement 8 einen Durchmesser 55 auf, welcher kleiner oder gleich dem Durchmesser 46 des proximalen Kontaktelements 44 ist. Der Durchmesser 55 ist insbesondere kleiner als der Durchmesser des zugehörigen Kontaktstifts. Das Kontaktelement 8 umfasst eine umfangsseitige Unterbrechung 58, welcher ermöglicht, dass sich das Kontaktelement 8 aufweiten lässt. Ein Einfahren des Kontaktstifts in das Kontaktelement 8 drückt die proximale Kontaktfläche 20 radial nach außen und das Kontaktelement 8 drückt aufgrund der Eigenspannung dagegen, wodurch eine mechanische und elektrische Kontaktierung der beiden Elemente sichergestellt ist. Durch Auf- bzw. Abstreifen durch das Einfahren bzw. Ausfahren des Kontaktstifts aus der Bohrung 52 wird das distale Kontaktelement 8 entweder auf die Begrenzungsfläche 16 oder die Begrenzungsfläche 18 gedrückt.
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3 zeigt eine Ausführungsform der Kontaktbuchse 2 in einer schematischen Schnittansicht. Im Unterschied zu den 1 und 2 umfasst der distale Kontaktabschnitt 4 ein distales Kontaktelement 8, welches eine umlaufende Außennut 60 umfasst. In die Außennut 60 greift ein Lagerring 62 ein, welcher in einer ringförmigen Innennut 64 des Buchsenkörpers 50 angeordnet ist.
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4 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm. In einem Schritt 402 ist eine Betriebssituation der Kontaktbuchse 2 gezeigt. Der Kontaktstift 400 ist in der Betriebssituation in der Kontaktbuchse 2 aufgenommen. Das distale Kontaktelement 44 dient hierbei als primärer elektrischer Kontakt. Das distale Kontaktelement 8 liegt durch die Schwerkraft auf dem Kontaktstift 400 auf.
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In einem Schritt 404 wird begonnen, den Kontaktstift 400 aus dem Innenraum der Kontaktbuchse 2 herauszuziehen, wobei der Kontaktstift 400 das distale Kontaktelement 8 so weit mitnimmt, dass es in distaler Richtung an die umgebördelte Kante 18 von innen anstößt und so durch die mechanische Kontaktierung einen Stromfluss zwischen dem Kontaktstift 400 und dem Buchsenkörper 50 ermöglicht. Durch diesen Stromfluss wird ein Abreißfunke zwischen dem distalen Ende 401 und dem proximalen Kontaktelement 44 verhindert.
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In einem Schritt 406 ist im Vergleich zum Schritt 404 der Kontaktstift 400 noch ein Stück weiter aus dem Innenraum der Kontaktbuchse 2 hinaus gezogen. Noch vor einer mechanischen Trennung des Kontaktstifts 400 von dem Kontaktelement 8 ist das distale Ende 401 durch eine Distanz 440 so weit von dem proximalen Kontaktelement 44 entfernt, dass kein Abreißfunke zwischen dem Kontaktstift 400 und dem Kontaktelement 44 entstehen kann.
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5 zeigt eine Ausführungsform der Kontaktbuchse 2 in einem schematischen Schnitt. Im Unterschied zu den anderen Ausführungsformen ist ein Lagerring 82 in den Buchsenkörper 50 eingepresst. Das distale Kontaktelement 8 ist vorliegend als Kugel ausgebildet. Bevorzugt sind zumindest drei Kugeln umfangsseitig äquidistant zueinander angeordnet, womit vorteilhaft in einer im wesentlichen horizontalen Ausrichtung der Längsachse 10 unabhängig von einer Rotation um die Längsachse 10 eine Kontaktierung des Kontaktstifts durch zumindest eine der Kugeln gewährleistet ist. Das distale Kontaktelement 8 ist verlierersicher im Lagerabschnitt 6 angeordnet. 6 zeigt einen Querschnitt A-A der Kontaktbuchse 2 aus 5.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011100389 A1 [0002]
