DE19722543C1 - Steckkontaktpaarung mit Funkenschutz - Google Patents
Steckkontaktpaarung mit FunkenschutzInfo
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Description
Die Erfindung betrifft zunächst eine Kontaktbuchse sowie eine aus Buchse und
Stecker bestehende Steckkontaktpaarung mit Funkenschutz gemäß dem Ober
begriff des Anspruchs 1. Bei derartigen Steckkontaktpaarungen besteht das Pro
blem, daß beim Trennen des Steckerpins und des Buchsenkontakts ein auch als
Abreißfunken bezeichneter Lichtbogen auftreten kann, wenn die Kontaktpaarung
unter Last getrennt wird, also der Stromkreis vor dem Trennen der Kontaktpaa
rung nicht abgeschaltet wird. Derartige unter Last trennbare Kontaktpaarungen
werden auch als "Hot-Plug-Systeme" bezeichnet. Beispielsweise werden derartige
Systeme eingesetzt in Rechnern, welche als Server Computernetzwerke versor
gen. Aus Sicherheitsgründen sind derartige Server mit sogenannten "gespiegelten
Festplatten" ausgestattet, was bedeutet, daß sie mit zwei synchron arbeitenden
Massenspeichermedien ausgestattet sind. Ist eines der Massenspeichermedien
defekt, führt dies nicht zu einem Datenverlust. Vielmehr sind die Daten auf dem
anderen Massenspeichermedium noch vorhanden, so daß das defekte Speicher
medium lediglich ausgetauscht werden muß. Um einen Stillstand des gesamten
Netzwerks zu verhindern, muß ein derartiger Austausch unter Last möglich sein,
so daß der Rechner während des Austauschs des Speichermediums, also der
Festplatte, uneingeschränkt weiterbetrieben werden kann.
Beim Trennen der Steckkontaktpaarungen unter Last tritt üblicherweise aufeinan
der ein als Abreißfunkten bezeichneter Lichtbogen auf. Dieser Lichtbogen löst an
den Kontaktteilen einen schweißenden Effekt aus. Von den Kontaktteilen wird also
Material teilweise abgetragen. Das von einem Kontaktteil abgetragene Material
kann am anderen Kontaktteil angelagert werden. So ist es beispielsweise möglich,
daß vom Buchsenkontakt Material abgetragen wird, welches sich auf dem Stec
kerpin ablagert. Wird der Steckerpin wiederum in die Buchse eingesteckt, kann
der Materialabtrag die Buchse beschädigen und bei mehrfachem Stecken
schlimmstenfalls zum Ausfall der Buchse und damit zum Ausfall der Steckkon
taktpaarung führen. Diese Zerstörung der Kontakte kommt insbesondere dann
zum Tragen, wenn die Lichtbogenfußpunkte direkt von den Kontaktflächen aus
gehen.
Zur Linderung dieses Problems ist es bereits bekannt, die Buchsenkontakte in
leitende Funkenschutzhülsen einzubringen. Die leitende Funkenschutzhülse be
wirkt, daß der Lichtbogen nicht zwischen dem Steckerpin und den eigentlichen
Buchsenkontakten, sondern im Bereich der Einführungsöffnung für den Stecker
pin an der Funkenschutzhülse auftritt. Auf diese Weise ist eine Materialabtragung
an den Buchsenkontakten verhindert. Das vorerwähnte Schweißen mit Materialab
trag und Materialablagerung findet folglich nur im Bereich der elektrisch leitenden
Funkenschutzhülse und der Spitze des Steckerpins statt. Dadurch bleiben die im
gesteckten Zustand sich gegenüberstehenden Kontaktflächen vom Lichtbogen
unberührt.
Aus der US 5,591,039 ist es hierzu bekannt, einem in einer Kontaktbuchse ange
ordneten Kontaktlamellen-Ring einen Metallring vorzulagern. Dadurch soll eine
Beschädigung der Kontaktlamellen durch beim Kuppeln mit einem Kontaktstift
möglicherweise entstehende Lichtbogenentladungen vermieden werden. Aller
dings besteht auch bei der Verwendung einer elektrisch leitenden Funkenschutz
hülse die Neigung, daß sich Materialabtrag im Bereich der Einführungsöffnung
ablagert. Dieser Materialabtrag bzw. diese Materialablagerung kann wiederum
entweder den Steckerpin beim Einstecken in die Einführungsöffnung beschädigen
oder die Einführung des Steckerpins in die Einführungsöffnung völlig verhindern.
Ausgehend von den geschilderten Nachteilen liegt der Erfindung die Aufgabe zu
grunde, eine gattungsmäßige Kontaktbuchse bzw. eine gattungsmäßige Steck
kontaktpaarung so zu gestalten, daß die Bildung von Materialablagerungen im
Bereich der Einführungsöffnung vermindert bzw. völlig verhindert ist. Diese
Aufgabe ist durch die Merkmalskombination des Anspruchs 1 in erfinderischer
Weise gelöst.
Der Grundgedanke der Erfindung ist eine vordefinierte Steuerung des Abreißfun
kens bzw. des Lichtbogens entlang dem Öffnungsrand der Funkenschutzhülse
vom eigentlichen Einführbereich der Einführungsöffnung weg zu einem der Ein
führungsöffnung fernen Bereich der Funkenschutzhülse hin. Zwar ist mit der Er
findung nicht ausgeschlossen, daß sich immer noch Ablagerungen bilden. Diese
Ablagerungen bilden sich dann jedoch an einem dem Einführbereich der Einfüh
rungsöffnung entfernten Bereich des Öffnungsrandes mit der Folge, daß beim
Wiedereinstecken des Steckerpins eine Berührung mit dem infolge der Lichtbo
genbildung abgetragenen und an der Funkenschutzhülse angelagerten Material
nicht stattfindet.
Zur Lösung der Aufgabe ist die Einführungsöffnung der Funkenschutzhülse zu
nächst gegenüber der Mittellängsachse des Buchsenkontakts exzentrisch ange
ordnet. Diese exzentrische Anordung bewirkt, daß der Steckerpin nicht konzen
trisch durch die Einführungsöffnung der Funkenschutzhülse hindurchgeführt ist,
sondern ebenfalls exzentrisch die Funkenschutzhülse in ihrer Einführungsöffnung
durchsetzt. Im eigentlichen Buchsenkontakt liegt der Steckerpin wiederum kon
zentrisch ein. Die Mittellängsachsen von Steckerpin und Buchsenkontakt verlau
fen also konzentrisch bzw. kongruent.
Des Weiteren ist der kragenartige Öffnungsrand der Einführungsöffnung abge
schrägt ausgestaltet. Er verläuft zur Mittellängsachse des Buchsenkontakts folg
lich schräg in einem von 90° verschiedenen Winkel. Infolge des Schrägverlaufs
steigt der Öffnungsrand der Einführungsöffnung der Funkenschutzhülse auf der
dem Buchsenkontakt abgewandten Seite der Funkenschutzhülse über einen ge
wissen Bereich an. Die Kante des Öffnungsrandes bildet also eine Linie mit einem
schraubenlinienartigen Verlauf.
Infolge der Exzentrizität der Einführungsöffnung der Funkenschutzhülse und der
Mittellängsachse des Buchsenkontakts liegt ein Bereich der Einführungsöffnung
der Funkenschutzhülse dem Steckerpin besonders nahe. Beim Herausziehen des
Steckerpins entsteht an dieser Stelle der Lichtboden. Wird der Steckerpin weiter
herausgezogen, ist infolge der Überdeckung des schrägverlaufenden Öffnungs
randes stets noch eine gewisse Überdeckung mit dem Steckerpin vorhanden. In
folge des Schrägverlaufs des Öffnungsrandes und der Herausziehbewegung des
Steckerpins wandert der Fußpunkt des Lichtbogens entlang dem Öffnungsrand
und wird auf der Schräge am Öffnungsrand nach oben von der Einführungsöff
nung weg bewegt. Der Lichtbogen folgt dabei jeweils dem kürzesten Abstand der
Spitze des Steckerpins zum oberen Öffnungsrand. Der Fußpunkt des Lichtbogens
wandert dabei über den Öffnungsrand und wird dadurch zusätzlich gekühlt. Dies
führt zu einem rascheren Verlöschen des Lichtbogens als bei einem am Öffnungs
rand fest stehenden Lichtbogenfußpunkt. Das Abreißen des Lichtbogens erfolgt
an einem der eigentlichen Einführungsöffnung sehr weit entfernten Bereich des
Öffnungsrandes. Findet also eine Materialabtragung statt und lagert sich darauf
hin ein Materialrest an der Einführungsöffnung des Buchsenkontakts ab, erfolgt
diese Ablagerung an einem der eigentlichen Einführungsöffnung sehr weit ent
fernten Bereich der Einführungsöffnung. Diese Entfernung verhindert eine Be
schädigung des Steckerpins bzw. ein Wiedereinführen der Materialabtragung
beim Einstecken des Steckerpins. Wegen der vorbeschriebenen Exzentrizität der
Mittellängsachse des Buchsenkontakts und der Einführungsöffnung kommt der
Steckerpin mit dem entfernten, die Ablagerung vielleicht aufweisenden Bereich
des Öffnungsrandes beim Wiedereinstecken gar nicht in Berührung.
Die rückbezogenen Ansprüche betreffen vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen der
Erfindung.
Die in Anspruch 2 beanspruchte zylindrische Form von Buchsenkontakt und Fun
kenschutzhülse ist besonders gut zum Zusammenwirken mit ebenfalls zylindri
schen Steckerpins geeignet. Die Kraftverteilung ist bei derartigen zylindrischen
Formen besonders gut.
Die Ansprüche 3 und 4 betreffen jeweils vorteilhafte Ausgestaltungen des Öff
nungsrandes. Hierbei ist das niedrigste Stück des Öffnungsrandes gleichzeitig
radial zum Steckerpin am nächsten angeordnet. Analog dazu weist die höchste
Stelle des Öffnungsrandes den größten Radialabstand zum Steckerpin und damit
zur Mittellängsachse des Buchsenkontakts auf. Durch den geringen Radialab
stand nach Anspruch 3 ist gewährleistet, daß der Lichtbogen am Öffnungsrand
auch wirklich überschlägt, also entsteht. Durch die Anordnung der höchsten Stelle
des Öffnungsrandes in demjenigen Bereich, welcher den größten Radialabstand
zur Mittellängsachse des Buchsenkontakts und damit zum Steckerpin aufweist, ist
erreicht, daß das Abreißen des Lichtbogens an einer der eigentlichen Einfüh
rungsöffnung für den Steckerpin sehr entfernten Stelle stattfindet. Folglich lagert
sich eventuell abgetragenes Material auch an dieser der eigentlichen Einfüh
rungsöffnung sehr entfernten Stelle ab, so daß der mit der Erfindung gewollte Ef
fekt besonders sicher erreicht wird. Es ist damit sichergestellt, daß eine Material
ablagerung an einem der eigentlichen Einführungsöffnung sehr entfernten Bereich
auftritt.
Anspruch 5 betrifft die Kombination der Lehre der Ansprüche 2 bis 4 dahinge
hend, daß die niedrigste Stelle des Öffnungsrandes einerseits und die höchste
Stelle des Öffnungsrandes andererseits einander gegenüberliegen. Bei dieser
Ausführungsform ist die Strecke, welche der Lichtbogen auf dem Öffnungsrand
zurücklegt, maximiert. Das Abreißen des Lichtbogens erfolgt deshalb an einer den
Buchsenkontakten sehr weit entfernten Stelle auf dem Öffnungsrand der Funken
schutzhülse.
Die in Anspruch 6 vorgeschlagene konvexe Ausbildung des Öffnungsrandes be
günstigt weiterhin die Verlagerung möglicher Materialablagerungen vom eigentli
chen Einführungsbereich des Steckerpins weg zum äußeren Rand des Öffnungs
randes hin. Die Materialablagerungen werden somit von der eigentlichen Wirkstel
le der Steckkontaktpaarung weg verlagert hin zu einem für die eigentliche Steck-
Steckkontaktpaarung unwirksamen Außenbereich auf dem Öffnungsrand der
Funkenschutzhülse.
Der im Bereich der Einführungsöffnung entstehende hinterschnittene Bereich in
der Funkenschutzhülse durch die Merkmale des Anspruchs 7 ermöglicht eine
vorgespannte Lagerung der den Buchsenkontakt bildenden
Kontaktelemente. Die als Hinterschneidung wirksame Umbördelung ist hierbei als
Vorspannelement für die beispielsweise als Kontaktlamellen ausgebildeten Kon
taktelemente wirksam. Die unter Vorspannung stehenden Kontaktlamellen bewir
ken ein leichteres Einführen des Steckerpins durch Herabsetzung der Steck- und
Ziehkräfte. Der Öffnungsrand der Funkenschutzhülse erhält somit eine Doppel
funktion.
Die in den Ansprüchen 8 und 9 vorgeschlagene Werkstoffauswahl für zumindest
einen Teilbereich des Steckerpins begünstigt die Wirksamkeit der Erfindung. Es
ist dadurch sichergestellt, daß der Lichtbogen tatsächlich erst an der gewünschten
Stelle abreißt. Ein ungewolltes vorzeitiges Abreißen des Lichtbogens an einer als
kritisch angesehenen Stelle ist dadurch wirksam verhindert.
Anhand des in der Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispiels ist die Erfin
dung weiter erläutert. Es zeigen:
Fig. 1a eine perspektivische Ansicht der Kontaktbuchse mit Sicht auf die Ein
führungsöffnung,
Fig. 1b eine Draufsicht auf die Einführungsöffnung der Kontaktbuchse gemäß
Fig. 1a,
Fig. 1c die in Fig. 1a dargestellte Kontaktbuchse in geschnittener Ansicht,
Fig. 2a eine perspektivische Ansicht der erfindungsmäßigen Steckkontaktpaa
rung mit aus dem Buchsenkontakt gezogenen Steckerpin, welcher die
Funkenschutzhülse noch kontaktierend berührt.
Fig. 2b eine Draufsicht gemäß Fig. 1b auf die Steckkontaktpaarung gemäß
Fig. 2a,
Fig. 2c die in Fig. 2a dargestellte Steckkontaktpaarung in geschnittener An
sicht,
Fig. 3a eine perspektivische Ansicht der Steckkontaktpaarung mit nahezu ge
zogenem Steckerpin,
Fig. 3b eine Draufsicht gemäß Fig. 1b auf die in Fig. 3a gezeigte Steckkontakt
paarung,
Fig. 3c eine geschnittene Seitenansicht der in Fig. 3a dargestellten Steckkon
taktpaarung,
Fig. 4a die erfindungsmäßige Steckkontaktpaarung in vollständig gezogenem
Zustand,
Fig. 4b eine Draufsicht gemäß Fig. 1b auf die in Fig. 4a dargestellte Steckkon
taktpaarung,
Fig. 4c eine geschnittene Seitenansicht der in Fig. 4a dargestellten Steckkon
taktpaarung sowie
Fig. 5 eine Prinzipdarstellung der Kontaktbuchse mit umgebördeltem Randbe
reich.
Die Kontaktbuchse besteht im wesentlichen aus der leitenden Funkenschutzhül
se 1 und dem innerhalb der Funkenschutzhülse 1 angeordneten Buchsenkon
takt 5. Die Funkenschutzhülse 1 weist an ihrer einen Stirnseite eine Einfüh
rungsöffnung 2 auf. In die Einführungsöffnung 2 einführbar ist ein Steckerpin 3. In
der Funkenschutzhülse 1 angeordnet ist der im Ausführungsbeispiel aus einzel
nen Kontaktlamellen 4 bestehende Buchsenkontakt 5.
Die Einführungsöffnung 2 ist zur Mittellängsachse 6 des Buchsenkontakts 5 ex
zentrisch angeordnet. Diese Exzentrizität der Einführungsöffnung 2 zur Mittel
längsachse 6 bewirkt, daß der Steckerpin 3 in der Einführungsöffnung 2 ebenfalls
exzentrisch einliegt. Beim Ziehen des Steckerpins 3 bewirkt diese Exzentrizität,
daß der Steckerpin 3 an der niedrigsten Stelle 7 des Öffnungsrandes 8 anliegt,
also der Steckerpin 3 und der Öffnungsrand 8 an der niedrigsten Stelle 7 einen
direkten Kontakt miteinander ausbilden.
In Radialrichtung 9 liegt der niedrigsten Stelle 7 des Öffnungsrandes 8 gegenüber
die höchste Stelle 10 des Öffnungsrandes 8. Zu dieser höchsten Stelle 10 des
Öffnungsrandes 8 hält der Steckerpin 3 infolge der vorbeschriebenen Exzentrizität
zur Einführungsöffnung 2 den Abstand 11.
Wird der Steckerpin 3 weiter entgegen der Einführungsrichtung 12 aus der Fun
kenschutzhülse 1 herausgezogen, wandert der an der niedrigsten Stelle 7 ent
standene Fußpunkt des Abreißfunkens, also des beim Herausziehen entstehen
den Lichtbogens auf dem Öffnungsrand 8 im gezeigten Ausführungsbeispiel ent
gegen dem Uhrzeigersinn. Gegenüber der Darstellung in Fig. 2b an der niedrig
sten Stelle 7 befindet sich der Fußpunkt des Abreißfunkens bei weiter herausge
zogenem Steckerpin 3 (Fig. 3c) an einem entgegen dem Uhrzeigersinn von der
niedrigsten Stelle 7 entfernten Kontaktpunkt 13. Der Kontaktpunkt 13 ist in Fig. 3b
angedeutet.
Schließlich zeigt Fig. 4c bzw. Fig. 4b die Steckkontaktpaarung in vollständig ge
zogenem Zustand, wobei der Abreißkontaktfußpunkt von der niedrigsten Stelle 7
entgegen dem Uhrzeigersinn vor dem Abreißen des Lichtbogens um 180° zur
höchsten Stelle 10 auf dem Öffnungsrand 8 gewissermaßen gewandert ist. Etwai
ge Materialablagerungen würden sich dann im Bereich der höchsten Stelle 10 des
Öffnungsrandes 8 abgelagert haben.
Ein Vergleich der Fig. 2c, 3c und 4c zeigt sehr deutlich wie sich der kürzeste
Abstand zwischen der Spitze des Steckerpins 3 und dem Öffnungsrand 8 der
Funkenschutzhülse 1 von der niedrigsten Stelle 7 zur höchsten Stelle 10 des Öff
nungsrandes 8 kontinuierlich verlagert.
Aus der Zeichnung weiter ersichtlich ist die konvexe Ausbildung des Öffnungs
rands 8. Dies ist durch den Konvexbereich 14 in den Fig. 1c, 3c und 4c angedeu
tet. Ferner ist ersichtlich der Schrägverlauf der Öffnungsrandoberkante 15 zur
Mittellängsachse 6.
Schließlich zeigt Fig. 5 lediglich schematisch die Umbördelung 16 des Öffnungs
randes 8. Der von 90° verschiedene Schrägverlauf des Öffnungsrandes 8 gegen
über der Mittellängsachse 6 ist deshalb in Fig. 5 nicht erkennbar, jedoch gleich
wohl vorhanden. Die Umbördelung 16 hält jeweils eine Kontaktlamelle 4 auf Vor
spannung.
Die Wirkungsweise der erfindungsmäßigen Steckkontaktpaarung besteht darin,
daß der Fußpunkt des auch als Abreißfunken bezeichneten Lichtbogens während
des Ziehens des Steckerpins 3 von der niedrigsten Stelle 7 entlang dem Öff
nungsrand 8 der Funkenschutzhülse 1 im Ausführungsbeispiel entgegen dem
Uhrzeigersinn an die höchste Stelle 10 gesteuert wird und dort abreißt. Etwaige
Materialablagerungen lagern sich neben dem Konvexbereich 14 auf der Oberkan
te des Öffnungsrands 8 somit ab.
Claims (9)
1. Kontaktbuchse für ein Steckkontaktsystem mit einer einen Buchsenkontakt (5)
aufnehmenden, leitenden Funkenschutzhülse (1) mit einer Einführungsöff
nung (2) für den Steckerpin (3) des Steckerkontakts,
dadurch gekennzeichnet,
- 1. daß die Einführungsöffnung (2) der Funkenschutzhülse (1) exzentrisch zur Mittellängsachse (6) des Buchsenkontakts (5) angeordnet ist und
- 2. daß der Öffnungsrand (8) der Einführungsöffnung (2) zur Mittellängsach se (6) einen von 90° verschiedenen Schrägverlauf aufweist.
2. Buchse nach Anspruch 1,
gekennzeichnet
- 1. durch eine zylinderartige Anordnung der den Buchsenkontakt (5) bilden den Kontaktelemente (4) und
- 2. durch eine entsprechend zylinderförmige Funkenschutzhülse (1).
3. Buchse nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die niedrigste Stelle (7) des Öffnungsrandes (8) den geringsten radialen
Abstand des Öffnungsrandes (8) zur Mittellängsachse (6) aufweist.
4. Buchse nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die höchste Stelle (10) des Öffnungsrandes (8) den größten radialen Ab
stand (11) des Öffnungsrandes (8) zur Mittellängsachse (6) aufweist.
5. Buchse nach den Ansprüchen 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die niedrigste (7) und die höchste Stelle (10) des Öffnungsrandes (8) auf
der kreisförmigen Stirnseite des Öffnungsrandes (8) in einem Abstand von
180° zueinander angeordnet sind.
6. Buchse nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der den Einführungstrichter für den Steckerpin (3) bildende Bereich des
Öffnungsrandes (8) konvex ausgebildet ist.
7. Buchse nach einem oder mehreren der vorhergehenden An
sprüche,
dadurch gekennzeichnet,
- 1. daß die den Buchsenkontakt (5) bildenden Kontaktelemente Federele mente, beispielsweise Kontaktlamellen (4) sind und
- 2. daß der Randbereich der Funkenschutzhülse (1) in Richtung auf den Buchseninnenraum umgebördelt ist derart,
- 3. daß die Umbördelung (16) die Federelemente (4) an jeweils einem Ende hintergreift zur Einleitung einer Vorspannkraft in die Federelemente (4).
8. Aus einer Kontaktbuchse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7
und einem Steckerpin (3) bestehende Steckkontaktpaarung,
gekennzeichnet durch
eine aus besonders funkenresistentem Kontaktmaterial bestehende Kontakt
spitze des Steckerpins (3).
9. Steckkontaktpaarung nach Anspruch 8,
gekennzeichnet durch
eine aus AgCdO bestehende Kontaktspitze.
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