DE102023000916A1

DE102023000916A1 - Hochstromkontakt

Info

Publication number: DE102023000916A1
Application number: DE102023000916.4A
Authority: DE
Inventors: gleich Anmelder Erfinder
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2022-07-14
Filing date: 2023-03-01
Publication date: 2024-01-25

Abstract

Hochstromkontakt der aus Buchse 1 mit Konus 5, Kontaktstift 2 mit Konus und Ring 3 besteht und durch die Form des Kontaktstiftes drei Kontaktlinien mit dem Ring 3 hat, die den Kontaktwiderstand auf ein Minimum reduzieren.Der Kontaktwiderstand kann durch die variable Schließkraft verändert und der Anwendung angepasst werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Steckverbindung mit geringstmöglichem Übergangswiderstand, welche einfach herstellbar ist und eine gesicherte Reproduzierbarkeit bei mäßigen Qualitäts- und Genauigkeitsansprüchen sicherstellt.
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.
Somit unterliegen diese elektrischen Verbindungen entgegenwirkenden Eigenschaften und Ursachen wie z.B. einer hohen Federkraft, die beim Zusammenstecken dann die Oberflächen beschädigen.
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 < 0.02 mOhm haben, damit bei einem Kontakt mit 1000 A nicht mehr, als 20 W Verlustleistung entstehen. Der Kontakt ZIF_0_60 hat > 0,02 mOhm, was < 20 W sind.
Dieselbe Funktion hat der Ring 3 - den Buchsen Konus zu kontaktieren und eine Verbindung von weniger, als 0,02 mOhm herzustellen, was durch den Konus 5 in der Kontaktbuchse möglich ist, wie Prof. Dr. H. F. Nowacki berechnet hat. Ein Kontakt der 1000 A leiten und trennen kann, darf nur maximal einen Widerstand von < 20 W = 0,02 mOhm haben, damit die volle Funktion nicht durch Wärme verschlechtert wird.
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 1 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 von Engewiderstand berücksichtigt. Die Aufgabe der Erfindung besteht also darin eine Steckverbindung zu schaffen bei der die beschriebenen Nachteile behoben und ein möglichst niedriger Übergangswiderstand erreicht wird. Ebenso soll die Herstellbarkeit möglichst einfach, bei bescheidener Genauigkeit und Präzision möglich sein.
Die Reproduzierbarkeit des Kontaktwiderstandes soll überwiegend von der Auswahl der Materialien für Kontaktstift, Kontaktbuchse und möglichst nur einem Absatz 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.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein 3 - teiliges Steckersystem nach 1 vorgeschlagen, welches aus einer Kontaktbuchse 1, einem Kontaktstift 2 mit einem Absatz A und einem Ring 3 besteht. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Kontaktbuchse 1 sieht einen zylindrischen Führungsabschnitt 4, einen daran anschließenden, ansteigenden Konus 5 vor. Zwischen dem Konus 5 und dem Absatz A des Kontaktstiftes 2 liegt der Ring 3 auf Noppen 7, die den Ring in der der Kontaktbuchse fixiert.
Die daran weiterführende Ausgestaltung des Anschlussbereiches 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. 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. Eine besondere Passgenauigkeit ist nicht erforderlich. Zur Kontaktierung ist Kontaktstift 2 mit Schulter 2a in der Kontaktbuchse 1 eingesteckt, so geschieht dieser Steckvorgang völlig kraftlos bis es zu einer Berührung des Ringes 3 mit dem Innenkonus 5 der Kontaktbuchse 1 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 de Konen ist zu sorgen. Maßgebend für einen niedrigen Übergangswiderstand sind bei dieser erfindungsgemäßen Steckverbindung die Rauigkeit der Oberfläche (Engewiderstand) der zur Stromübertragung berührenden Flächenlinien 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 2a variiert werden. Die sich ergebende Abstützung des Ringes 3 an den Berührungslinien am Konus 5 übertragen die Anpresskraft ausgleichend durch die Mitte der Kontaktringes 3 und verursachen keine Reibung auf den Berührungsflächen. Durch die doppelte Berührung des Ringes 3 mit dem Kontaktstift 2 wird die Kontaktfläche wesentlich vergrößert. Es entstehen 3 Berührungslinien.
Besonders hervorzuheben ist der Vorteil, dass bei wiederholtem Verbinden dieses erfindungsgemäßen Steckersystems keine Beschädigungen an den Oberflächen der stromübertragenden Berührungslinien entstehen.
Die dafür erforderlichen Ausführungsarten sind vorrangig einer bestimmten Anwendung wie auch dem möglichen Einbauraum anzupassen und deshalb nicht Bestandteil dieser Erfindung. Die vorliegende Erfindung wird anhand der Zeichnung weiter erläutert.
1 zeigt ein erfindungsgemäßes, 3teiliges Steckverbindungssystem in gestecktem Zustand.
Bezugszeichenliste:

1: Kontaktbuchse
2: Kontaktstift
2a: Flächenberührung des Ringes 3 mit der Schulter des Kontaktstiftes
3: Kontaktring
3a: Flächenberührung des Kontaktringes mit dem Kontaktstift
3b: Flächenberührung des Kontaktringes mit der Buchse am Konus 5
3c: Flächenberührung des Kontaktringes mit der Schulter des Kontaktstiftes
4: Berührungslinie Buchse
5: Konus der Buchse
6: Berührungslinien Stift
7: Nut zur Verliersicherung des Ringes 3 in der Kontaktbuchse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102013018065 A1 [0006]

Claims

Hochstromkontakt zum Verbinden von elektrischen Leitungen für Verbraucher von vorzugsweise großen Leistungen, bestehend aus Kontaktstift 2 mit einem Konus, Kontaktbuchse 1 mit einem Konus und einem getrenntem Kontaktring 3 bei dem zu stecken von Stift und Buchse eine Steckkraft von Null erforderlich ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktbuchse 1 einen durch Noppen 7 fixierten Ring 3 und eine Buchse 1 mit einem Konus hat. Beim Stecken von Stift 2 und Buchse1 wird der frei eingelegte Kontaktring 3 dreifach wirkend im sich verengenden Raum zwischen Buchse 1 und Stift 2 mit drei Berührungslinien 3 a, 3 b und 3 c umlaufend kontaktieren.
Hochstromkontakt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der frei eingelegte Kontaktring 3 aus einem geöffneten Drahtring besteht.
Hochstromkontakt nach Anspruch 1 bis 2 dadurch gekennzeichnet, dass der frei eingelegte Kontaktring 3 in an der Kontaktbuchse 1 eingearbeiteten Noppen 7 vor dem Übergang in den Kontaktbereich 5 verliersicher montiert wird.
Hochstromkontakt nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktring 3 mit mehr, als 10 µm versilbert ist, oder aus Silber sein kann, das beim Stecken des Steckverbinders eine Druckplattierung von Ag auf den Kupfer Oberflächen in der Kontaktbuchse 1 und auf dem Kontaktstift 2 bewirkt, was die Leitfähigkeit des Steckverbinders bei jedem Steckvorgang verbessert.
Hochstromkontakt nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der drei Teile Kontaktbuchse 1, Kontaktstift 2 und Kontaktring 3 für sich skalierbar sind und danach die beiden Anderen Teile dimensioniert werden.
Hochstromkontakt nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass alle drei Teile des Steckverbinders aus gleichem Kupfer, oder einem anderen gut leitfähigem Material hergestellt sein.