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Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Kontakt mit geringstmöglichem Übergangswiderstand, welcher einfach herstellbar ist und eine gesicherte Reproduzierbarkeit bei mäßigen Qualitäts- und Genauigkeitsansprüchen der Kontaktteile ermöglicht.
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Für die Übertragung im Besonderen von hohen elektrischen Strömen ist der Kontaktwiderstand für die Verlustleistung und damit für die Erwärmung der Kontaktstelle 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 herstellbar, 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 bei einem wiederholten 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 Kontaktteile die Federkraft negativ beeinflusst wird und die Kontakt-Anpresskraft nachlässt. Es entsteht auch Reibung.
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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 und damit eine sichere Reproduzierbarkeit des Übergangswiderstandes verhindern.
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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 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 zum Kontaktstift nach innen, 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. In der Offenlegungsschrift AZ 10 2018 003 922 A1 ist für eine Anwendung in Fahrzeugen aller Art, die seit Jahrzehnten bekannte und immer wiederholte Aufgabenstellung beschrieben.
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Mit Kontaktierungen nach der Lehre des AZ 10 2018 003 922 A1 sind Übergangswiderstände von > 0,020 mOhm und somit einer Verlustleistung von < 20 Watt möglich.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht also darin, eine elektrische Kontaktierung zu schaffen bei der die nach der Lehre der Anmeldung
DE 10 2018 003 922 A1 die Sicherheit und Reproduzierbarkeit von niedrigem Übergangswiderstand einer elektrischen Verbindungstechnik sichergestellt wird und die beschriebenen Nachteile behoben werden. Ebenso soll die Herstellbarkeit möglichst einfach, bei bescheidener Genauigkeit und Präzision möglich sein.
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Erfindungsgemäß wird die Reproduzierbarkeit des Kontaktwiderstandes von der Auswahl der Materialien für Kontaktstift, Ring, Kontaktbuchse und einer Schulter am Kontaktstift 2 gesichert. Die Andrückkraft selbst und die Sicherung der Andrückkraft der zusammengefügten Kontaktteile ist nach dem vielfach bewährten und bekannten Stand der Technik von z.B. Schraub- und Bajonett-Technik zu wählen und ist nicht Bestandteil dieser Erfindung.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein 3 -teiliges Steckersystem nach 1 vorgeschlagen, welches aus einer Kontaktbuchse 1, einem Kontaktstift 2 mit einer Schulter 2 a und einem Ring 3 besteht.
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Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Kontaktbuchse 1 sieht einen zylindrischen Führungsabschnitt 4 und einen daran anschließenden Konus 5 vor. Zwischen dem Konus 5, der Kontaktbuchse 1 und dem Nut 7 des Kontaktstiftes 2, sowie der Schulter 2 a des Kontaktstiftes 2 liegt der Ring 3, welcher vom Kontaktstift 2 in der Nut 7 verliersicher gehalten wird.
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Die daran weiterführende Ausgestaltung des Anschlussbereiches der Kontaktbuchse 1 und 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. Die Führungsabschnitte 4 und 6 von Stift und Buchse sind mit einer ausreichenden Fügetoleranz (Spiel) zu versehen, sodass ein kraftloses Zusammenstecken von Stift und Buchse möglich ist. Zur Verbesserung der Kontaktierung ist am Kontaktstift 2 der Übergang des zylindrischen Führungsabschnittes 4 zur Nut 7 auszubilden und anschließend eine Schulter 2a anzubringen. Werden nun der Kontaktstift 2mit Schulter 2 a in die Kontaktbuchse 1 eingesteckt, so geschieht dieser Steckvorgang völlig kraftlos, bis es zu einer Berührung des Ringes 3 mit dem Innenkonus 5 der Kontaktbuchse kommt. Wird nun dieser kraftlose Steckvorgang mit axial wirkender Kraft unterstützt, so zentriert sich der Ring 3 im Konus 5 über eine umlaufende Berührungslinie nach außen mit der Kontaktbuchse 1. Für eine genügend großzügige Toleranz in der Koaxialität istzu sorgen.
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Maßgebend für einen niedrigen Übergangswiderstand sind bei dieser erfindungsgemäßen Steckverbindung die Oberflächen-Rauigkeit der zur Stromübertragung berührenden Linien (Flächen), der Anpressdruck auf die berührenden Flächen und die Auswahl der Werkstoffe. Durch die Steilheit des Konus 5 mit ca. 20° in der Kontaktbuchse 1 kann der Anpressdruck auf die berührenden Flächen am Kontaktstift 2 und der Schulter 2 a variiert werden. Die sich ergebende Abstützung des Ringes 3 an der Berührungslinie am Konus 5, übertragen die Anpresskraft ausgleichend durch die Mitte des Kontaktringes 3 und verursachen keine Schiebe- oder Gleitbewegung auf den Berührungsflächen. Durch die doppelte Berührung des Ringes 3 mit dem Kontaktstift 2 wird die Kontaktfläche wesentlich vergrößert. Besonders hervorzuheben ist der Vorteil bei wiederholtem Verbinden dieses erfindungsgemäßen Kontaktsystems keine Beschädigungen an den Oberflächen der stromübertragenden Berührungslinien entstehen.
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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. Eine elastische Federung erfolgt radial, ohne plastische Verformung des Ringes 3. Der Ring 3 macht eine Kontaktlinie 3 c auf der Schulter 2 a des Kontaktstiftes. Die vorliegende Erfindung wird anhand einer Zeichnung weiter erläutert.
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Es zeigt:
- 1 ein erfindungsgemäßes, 3teiliges Kontaktierungssystem in gefügtem Zustand.
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Die hier beschriebenen Kontakte können in vorhandene Gehäuse von Steckverbindern ohne große Änderungen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kontaktbuchse
- 2
- Kontaktstift
- 2 a
- Schulter am Kontaktstift (Planfläche)
- 3
- Ring getrennt
- 3a
- Berührungslinie Ring zur Nut des Kontaktstiftes
- 3b
- Berührungslinie Ring zum Konus der Kontaktbuchse
- 3c
- Berührungslinie Ring zur Schulter des Kontaktstiftes
- 4
- Führungsabschnitt 1 (Kontaktstift zu Kontaktbuchse)
- 5
- Konus der Kontaktbuchse
- 6
- Führungsabschnitt 2 (Kontaktbuchse zu Kontaktstift)
- 7
- Nut zur Verlier Sicherung des Ringes 3 auf dem Kontaktstift 2
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013018065 A1 [0004]
- DE 102018003922 A1 [0006]
