EP4388619A1 - Elektrischer steckverbinder, fahrzeugkupplungssystem und elektrische steckverbindung - Google Patents

Elektrischer steckverbinder, fahrzeugkupplungssystem und elektrische steckverbindung

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Publication number
EP4388619A1
EP4388619A1 EP22768328.1A EP22768328A EP4388619A1 EP 4388619 A1 EP4388619 A1 EP 4388619A1 EP 22768328 A EP22768328 A EP 22768328A EP 4388619 A1 EP4388619 A1 EP 4388619A1
Authority
EP
European Patent Office
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contact
electrical
connector
contact element
contact surface
Prior art date
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Pending
Application number
EP22768328.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Markus Schichl
Folke Michelmann
Simon Huber
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rosenberger Hochfrequenztechnik GmbH and Co KG
Original Assignee
Rosenberger Hochfrequenztechnik GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE102021122611.2A external-priority patent/DE102021122611A1/de
Application filed by Rosenberger Hochfrequenztechnik GmbH and Co KG filed Critical Rosenberger Hochfrequenztechnik GmbH and Co KG
Publication of EP4388619A1 publication Critical patent/EP4388619A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H01R2201/00—Connectors or connections adapted for particular applications
    • H01R2201/26—Connectors or connections adapted for particular applications for vehicles

Definitions

  • the invention relates to an electrical connector, having an electrical contact element for electrically and mechanically contacting an electrical mating contact element of an electrical mating connector, the contact element having an operating contact surface and a sacrificial contact surface arranged on a lateral surface, according to the preamble of claim 1.
  • the invention also relates to a vehicle coupling system for electrically connecting a vehicle to another vehicle or to a stationary device.
  • the invention also relates to an electrical plug connection, having the electrical plug connector mentioned above and the electrical mating connector.
  • electrical plug connectors are known from electrical engineering. As is known, electrical plug connectors are used to transmit electrical supply signals and/or data signals to corresponding mating plug connectors.
  • a connector or mating connector can be a plug, a printed circuit board connector, a built-in connector, a socket, a coupling or an adapter.
  • the term "connector” or “mating connector” used in the context of the invention is representative of all variants. The combination of electrical connector and mating electrical connector is referred to as an electrical connector.
  • sparks can occur under load (i.e. if the voltage or current has not been interrupted beforehand) between the contact element and the associated mating contact element, especially if an electrical supply voltage is to be transmitted by means of the plug-in connection.
  • This arcing of sparks damages the contact surface of the involved contact element of the plug connector or of the mating contact element of the mating plug connector with each plugging or unplugging cycle and thus renders the electrical plug connection unusable after a certain number of plugging cycles.
  • leading contact surface can also be useful for purely safety-related reasons (e.g. to first establish a ground or protective conductor contact between the electrical assemblies involved before further electrical contacts are connected). Even with the exclusive transmission of electrical data signals, for example in high-frequency technology, leading contact surfaces can be advantageous, for example to avoid brief overvoltages or electrostatic discharges during the plugging process (e.g. by first establishing a ground contact between the modules involved). For the sake of simplicity, the term "victim contact surface" is retained in the present description and in the patent claims for these applications as well.
  • sacrificial contacting and operating contacting are each made via a radial contact.
  • a radial contact With a radial contact, however, only a limited contact pressure can be realized at the electrical interface, which cannot be equally suitable for all applications. For example, a low contact resistance is sometimes essential, especially when transmitting high voltage or high currents, and is limited by the limited maximum contact pressure.
  • the current-carrying capacity of the known radial contacts is also limited due to the generally more delicate structures of the spring shackles involved in the radial contact.
  • the object of the present invention is therefore to provide an improved electrical plug connector with a sacrificial contact area, which can preferably be subjected to a particularly high contact pressure on an operating contact area.
  • the present invention is also based on the object of providing a vehicle coupling system and an electrical plug connection with an electrical plug connector with a sacrificial contact surface, which can preferably be subjected to a particularly high contact pressure on an operating contact surface.
  • An electrical connector having an electrical contact element for electrically and mechanically contacting an electrical mating contact element of an electrical mating connector.
  • the connector can be connected to an electrical conductor (in particular a supply or voltage conductor for electrical supply, but possibly also to a signal conductor for data transmission) of an electrical assembly and the mating connector can be connected to a corresponding electrical conductor of another electrical assembly.
  • the plug connection can thus provide an electrical data and/or supply connection between the two electrical assemblies.
  • the connector and/or the mating connector can have, for example, a respective connecting section facing away from the plug-in area, on which a continuing connector connected to the assembly, a cable connected to the assembly or the electrical conductor of the assembly is electrically connected and can be fixed mechanically.
  • the electrical plug connector and the electrical mating connector are preferably a plug connector or a mating connector that can be suitable for transmitting high electrical currents.
  • the contact element or the mating contact element in particular the respective operating contact surface mentioned below, is therefore preferably designed to be suitable for high electrical energy transmission, i.e. for the transmission of high electrical currents (for example 10 A to 700 A) at AC voltages of 30 V to 1 kV or more or DC voltages from 60 V to 2 kV or more.
  • the electrical plug connector or the electrical mating connector can also be designed for electrical signal transmission or for data transmission, for example in high-frequency technology.
  • the contact element has an operating contact surface and a sacrificial contact surface arranged on a lateral surface.
  • the sacrificial contact surface and the operational contact surface are arranged and designed such that when the connector is plugged into the mating connector, the sacrificial contact surface first contacts the mating contact element and only then does the operational contact surface contact the mating contact element.
  • the "operational contact surface” is understood to mean the contact surface of the contact element which is provided for the actual contact during operation, ie via which the essential current transmission or voltage transmission is to take place when the plug connection is completely closed.
  • the operating contact area can also be referred to as “permanent contact area” or “main contact area”.
  • the sacrificial contact surface that "leads" in the plug-in direction allows a "hot-plug”-capable or “hot-swap”-capable connector to be provided, with an increased number of plug-in cycles and service life (in particular when the connector is used to transmit electrical supply signals) and improved electromagnetic compatibility (especially when using the connector for electrical signal transmission).
  • the plug-in connection can therefore be disconnected and plugged in under load without risk or damage - in particular switching off the electrical current or the electrical voltage before the plug-in connection is disconnected or plugged in (for example by means of appropriate safety circuits) can then be dispensed with.
  • the operating contact surface is arranged on an end face of the contact element in order to contact the mating contact element at the end.
  • the current-carrying capacity of the electrical plug connection can be optimized by the end contact, since the end contact ideally has a contact surface or operating contact surface that corresponds to the cross-sectional area of the contact element in this area.
  • spring shackles sometimes have a significantly smaller cross-sectional area for the current transmission due to their elasticity.
  • a particularly low contact resistance for a supply and/or data connection and a high current-carrying capacity can thus be achieved with the proposed electrical plug connector, while at the same time having a long service life and good electromagnetic compatibility of the plug connector.
  • the end face can be a face of the contact element that faces the mating contact element in the insertion direction.
  • the end face can preferably be arranged on a surface of the contact element whose surface vector is oriented in the direction of the longitudinal axis of the contact element.
  • the end face can also be inclined, for example it can be provided that the surface vector of the end face is tilted by up to 45° relative to the longitudinal axis of the contact element, for example by up to 30°, 20°, 10°, 5° relative to the longitudinal axis of the Contact element is tilted.
  • the area vector particularly preferably runs parallel to the longitudinal axis.
  • the end face is preferably formed at least essentially plane-parallel or complementary to a corresponding end face of the mating contact element.
  • the end face can also be structured, for example have a corrugation, and/or be curved (such as described below).
  • the end face can also be, for example, a bottom face of a hollow-cylindrical contact element and/or a front edge of the contact element.
  • This electrical connection can preferably be established by the electrical connector itself and/or by the electrical assembly connected to the electrical connector.
  • the contact element forms an electrical connection between the service contact area and the sacrificial contact area.
  • the contact element forms the electrical connection between the operating contact surface and the sacrificial contact surface
  • a low-impedance electrical connection can be provided using simple means.
  • the plug connector can be designed in one piece, for example.
  • a multi-part contact element can also be provided, the individual components of which are electrically conductively connected to one another, for example pressed together.
  • the operating contact surface and the sacrificial contact surface are made of the same material (for example brass).
  • the operating contact area and the sacrificial contact area can also be formed from different materials, in which case the operating contact area can then be formed in particular for low-impedance signal transmission and the sacrificial contact area for high resistance to arcing.
  • the contact element is produced by a separating method ("cutting"), in particular a machining method ("machining").
  • the contact element is preferably a turned part.
  • the contact element can also be produced as a stamped and bent part or in some other way.
  • the production of the contact element as a turned part can lead to a particularly robust contact element.
  • the contact element is preferably formed from as few individual components as possible, which can preferably be connected to one another by means of a press fit or some other connection technique.
  • the operating contact surface is formed on the end face of a contact pin of the contact element.
  • a pin contact or contact pin has proven to be particularly suitable for operational contacting, particularly in combination with radial sacrificial contacting.
  • the contact pin is a spring contact pin.
  • the spring element of the spring contact pin preferably has a suitable spring hardness in order to generate a spring force for a given spring deflection, which causes a suitable front-side contact pressure.
  • variable contact forces can be provided by the end contact in combination with the spring contact pin.
  • the connector can be adjusted with little technical effort in terms of the contact force, for example by replacing the spring contact pin or its spring element.
  • a plug connector that can be modularly adapted with regard to the contact force can be provided in this way.
  • the course of the surface of the operational contact area and/or the surface quality of the operational contact area can in principle be arbitrary. In an advantageous development of the invention, however, provision can be made in particular for the operating contact surface to be arched (concave or convex).
  • the above-mentioned contact pin or spring contact pin can have a convex, in particular conical tip, on which the operating contact surface is formed.
  • the operating contact surface of the mating contact element is preferably designed to complement the curved operating contact surface of the contact element.
  • a convex tip of the contact pin or spring contact pin of the contact element dips into a corresponding, concave recess in an end face of the mating contact element, which forms the complementary operating contact surface.
  • the contact surface available for the electrical transmission can be additionally increased and centering between the contact element and counter-contact element can also be achieved in the manner of a drogue function.
  • the lateral surface on which the sacrificial contact surface is formed is an outer lateral surface of the contact element (in particular if the contact element is a pin-shaped contact element).
  • the sacrificial contact surface is formed on an outer lateral surface of a cylindrical section of the contact element that runs around at least in sections (preferably completely) in the form of a ring.
  • the lateral surface on which the sacrificial contact surface is formed is an inner lateral surface of the contact element (in particular if the contact element is a socket-shaped contact element).
  • the sacrificial contact surface can be formed, for example, on an inner lateral surface of a hollow-cylindrical section of the contact element that runs around at least in sections (preferably completely) in the form of a ring.
  • the sacrificial contact surface of the contact element is formed on the outer lateral surface of the contact element and the sacrificial contact surface of the counter-contact element is formed on the inner lateral surface of the counter-contact element—or vice versa.
  • the contact element has at least one spring clip.
  • a spring sleeve is preferably provided which has a plurality of the spring tabs mentioned.
  • the spring tabs can be designed to electrically and mechanically contact a cylindrical section of the mating contact element on its outer lateral surface. In principle, however, the spring tabs can also be designed to contact a hollow-cylindrical section of the mating contact element on its inner lateral surface.
  • the mating contact element preferably has the spring tabs mentioned (in particular a socket-shaped mating contact element) in order to contact the sacrificial contact surface of the contact element on its outer lateral surface (in particular a pin-shaped contact element).
  • the sacrificial contact surface does not necessarily have to be a completely contiguous surface, but can also be composed of several partial surfaces, for example the individual inner lateral surfaces of the spring shackles mentioned.
  • the operational contact area also does not necessarily have to be a completely contiguous area.
  • the contact element can in particular be in the form of a pin and have an operating contact surface arranged on the end face of a contact pin.
  • the contact element can also be in the form of a socket and have an operating contact surface arranged on a bottom surface of a contact socket.
  • these variants are not to be understood as limiting.
  • the contact element may even be possible (but not preferred) for the contact element to have a combination of a contact socket and a (e.g. coaxial) contact pin arranged in the contact socket (similar to a coaxial plug connector with an inner conductor and an outer conductor).
  • the contact pin can then be spring-loaded, for example, and have the sacrificial contact surface, with the bottom surface of the contact socket forming the operating contact surface, which is provided for contacting, for example, a front edge of a corresponding socket-shaped mating contact element.
  • the at least one spring shackle is mechanically prestressed.
  • the mechanical prestressing of the spring tabs can in particular lead to an increased contact pressure between the sacrificial contact surfaces of the contact element and the counter-contact element.
  • the electrical plug connector or the mating connector can hereby be spatially more limited, as a result of which a large number of such plug connectors or mating connectors can be arranged in a very small space.
  • the prestressing can be made possible in particular by means of a clamping band or clamping ring (preferably a metal band or a metal ring) arranged at least in the form of a ring around the at least one spring clip.
  • a clamping band or clamping ring preferably a metal band or a metal ring
  • the contact element is designed so that the mating contact element no longer makes contact with the sacrificial contact surface when the plug-in connection is in the fully plugged-in state.
  • An additional flow of current via the sacrificial contact surfaces of the contact element and of the mating contact element when the plug-in connection is fully plugged in can thus be prevented.
  • heating of the electrical plug connection can occur essentially locally the area of the operating contact surface can be limited.
  • heating in the area of the outer casing of the contact element or mating contact element for example heating of spring tabs, can be prevented, which can reduce the heat dissipation of the connector or mating connector to surrounding components and thus increase the possible packing density of electrical connectors in a (common) insulating housing.
  • the contact element has an electrically insulating insulating surface which is arranged downstream of the sacrificial contact surface in the insertion direction on the same lateral surface on which the sacrificial contact surface is arranged.
  • the insulating surface can be arranged circumferentially on the outer casing of the contact element, at least in the form of a partial ring, preferably in the form of a complete ring.
  • the insulating surface can preferably directly adjoin the sacrificial contact surface in the axial direction.
  • the insulating surface can be provided, for example, by a coating on the contact element and/or by a separate component, such as an insulating strip or an insulating sleeve.
  • the electrical plug connector and the electrical mating connector can have mechanical connecting elements in order to achieve sufficient contact pressure between the contact element and the mating contact element and/or to secure the plug connection in its closed state.
  • Corresponding connecting elements can be designed, for example, to form a mutual screw, bayonet, press or latching/snapping connection.
  • the invention also relates to an electrical mating connector, having an electrical mating contact element for electrically and mechanically contacting an electrical contact element of an electrical connector.
  • the mating contact element has an operating contact surface and a sacrificial contact surface arranged on a lateral surface, the sacrificial contact surface and the operating contact surface being arranged and designed in such a way that when the mating connector is plugged into the plug connector, the sacrificial contact surface first and only then the operating contact surface the contact element of the connector contacted, and wherein the operating contact surface is arranged on an end face of the mating contact element in order to contact the contact element of the connector on the front side.
  • the mating contact element forms an electrical connection between the operating contact surface and the sacrificial contact surface, in particular by the mating contact element being formed in one piece.
  • the mating contact element can be produced by a separating method, in particular a machining method.
  • the mating contact element can be designed as a turned part, for example.
  • the mating contact element is designed as a hollow cylinder in the section provided for contacting with the contact element, in order to at least partially accommodate the mating contact element.
  • the operational contact surface can preferably be an inner face of the hollow-cylindrical counter-contact element, for example a “bottom surface” of the hollow-cylindrical counter-contact element, which can be contacted by the front-side operational contact surface of the contact element.
  • the operating contact surface of the mating contact element can optionally also have a curved depression in order to accommodate a curved contact pin.
  • the mating contact element can in particular have at least one spring shackle, preferably several spring shackles of a common spring sleeve, the sacrificial contact surface being distributed over the inner lateral surface(s) of the at least one spring shackle.
  • the mentioned spring shackles can also be mechanically pretensioned, for example by means of a tensioning strap or a tensioning ring (cf. in this respect in particular also the above description).
  • the electrical plug connector and/or the electrical mating connector can optionally (but not necessarily) also have other components in addition to the contact element or the mating contact element, for example other contact elements or mating contact elements (in an identical or different configuration ), one or more dielectrics, for example for spacing a plurality of contact elements or mating contact elements, or a connector housing or a mating connector housing, in particular an electrically insulating insulating housing.
  • the invention also relates to a vehicle coupling system for electrically connecting a vehicle to another vehicle and/or to a stationary or immobile device.
  • vehicle coupling system has at least one electrical plug connector according to the statements above and below and/or an electrical mating plug connector according to the statements above and below.
  • vehicle describes any means of transportation (motorized, but also non-motorized), in particular vehicles on land, on water or in the air, including spacecraft.
  • a vehicle within the meaning of the invention can be used in particular to transport people, goods or tools.
  • a vehicle within the meaning of the invention can be a rail vehicle, a mobile (particularly, but not necessarily, a (partly) autonomous) robotic vehicle such as a lawn mower robot, vacuum cleaner robot or other service robot, an unnamed aircraft ("drone”) or a Funding for warehouse logistics, such as a (partially) autonomous or remote-controlled floor conveyor.
  • a mobile (particularly, but not necessarily, a (partly) autonomous) robotic vehicle such as a lawn mower robot, vacuum cleaner robot or other service robot, an unnamed aircraft (“drone”) or a Funding for warehouse logistics, such as a (partially) autonomous or remote-controlled floor conveyor.
  • the stationary device to be connected to the vehicle can be, for example, a stationary base station for the vehicle, such as a charging station (e.g. for a robot lawn mower, robot vacuum cleaner, drone or a mobile conveyor from warehouse logistics).
  • a charging station e.g. for a robot lawn mower, robot vacuum cleaner, drone or a mobile conveyor from warehouse logistics.
  • rail vehicles in particular can be electrically connected to one another.
  • the vehicle coupling system can optionally also have mechanical connecting elements in order to connect the vehicles to one another and/or to connect the vehicle to the immovable device.
  • the vehicle coupling system can then be designed in particular to compensate for tractive forces and relative movements between the connected vehicles in ferry operation.
  • Vehicle coupling systems are known in principle and can, for example, connect mechanical, pneumatic and/or electrical components of the vehicles to one another.
  • vehicle coupling system according to the invention it is proposed in particular to connect supply and/or data lines between the vehicles involved via plug connectors/mating plug connectors according to the invention.
  • the proposed vehicle coupling system preferably has a plurality of electrical plug connectors and/or mating plug connectors, for example in a row and/or column arrangement.
  • the invention also relates to an electrical plug connection, having an electrical plug connector according to the statements above and below, and the electrical mating connector (also optionally according to the statements above and below).
  • the proposed electrical plug-in connection can have a particularly long life cycle, with high contact forces and low contact resistance at the same time.
  • Features that have been described in connection with one of the objects of the invention, specifically given by the electrical connector, the electrical mating connector, the vehicle coupling system and the electrical plug connection, can also be advantageously implemented for the other objects of the invention.
  • advantages that were mentioned in connection with one of the objects of the invention can also be understood in relation to the other objects of the invention.
  • the values and parameters described here are deviations or fluctuations of ⁇ 10% or less, preferably ⁇ 5% or less, more preferably ⁇ 1% or less, and very particularly preferably ⁇ 0.1% or less of the respectively named Include value or parameter, provided that these deviations are not excluded in the implementation of the invention in practice.
  • the specification of ranges by means of initial and final values also includes all those values and fractions that are enclosed by the range specified in each case, in particular the initial and final values and a respective mean value.
  • the invention also relates to an electrical connector independent of claim 1 for electrical and mechanical contacting of an electrical mating connector, the connector having an end-side operating contact surface and a sacrificial contact surface, preferably a lateral surface-side or radial sacrificial contact surface.
  • FIG. 1 shows an electrical plug connection according to the invention with an electrical plug connector and an electrical mating connector in an unplugged state
  • FIG. 2 shows the electrical plug-in connection according to FIG. 1 in a partially plugged-in state
  • FIG. 3 shows the electrical plug-in connection according to FIG. 1 in a fully plugged-in state
  • FIG. 4 shows a vehicle coupling system according to the invention with a plurality of electrical plug connectors in a row and column arrangement.
  • FIG. 1 shows an unplugged state
  • FIG. 2 a partially plugged state
  • FIG. 3 a fully plugged state of the plug connection 1 .
  • the electrical plug connection 1 has an electrical plug connector 2 and an electrical mating connector 3 .
  • the electrical connector 2 has an electrical contact element 4 for electrically and mechanically contacting an electrical mating contact element 5 of the electrical mating connector 3 .
  • a specially defined sacrificial point is provided in order to protect the actual contact point.
  • the contact element 4 thus has an operational contact surface 6 and a sacrificial contact surface 7 arranged on a lateral surface, with the sacrificial contact surface 7 and the operational contact surface 6 being arranged and designed in such a way that when the connector 2 is plugged into the mating connector 3, the sacrificial contact surface 7 first and only then the operating contact surface 6 contacts the mating contact element 5 .
  • sacrificial contact surface 7 of contact element 4 makes contact with a corresponding sacrificial contact surface 7′ of counter-contact element 5, as can be seen clearly in FIG.
  • the operational contact surface 6 is arranged on an end face of the contact element 4 in order to contact a corresponding operational contact surface 6 ′ of the mating contact element 5 at the end.
  • the corresponding operating contact surface 6 ′ of the mating contact element 5 is arranged on an inner end face or on a base of a hollow-cylindrical section 8 of the mating contact element 5 .
  • the contact element 4 and the mating contact element 5 each form an electrical connection between their operating contact surfaces 6, 6' and their sacrificial contact surfaces 7, 7', as a result of which when the plug connector 2 is plugged into the mating plug connector 3, a spark flashover occurs on the sacrificial contact surfaces 7, 7' that make contact first. can be limited.
  • the operating contact surfaces 6, 6' finally make contact only when they are inserted deeper (cf. FIG. 3).
  • the operating contact surface 6, 6' and the sacrificial contact surface 7, 7' can be formed from the same material, in particular the contact element 4 and/or the mating contact element 5 can be formed as turned parts.
  • the operating contact surface 6 of the contact element 4 is formed on the end face of a spring contact pin 9 .
  • the spring contact pin 9 can be used to ensure a particularly high contact pressure and a high level of vibration security for the plug connection 1 .
  • the operating contact surface 6 of the contact element 4 or the end face of the spring contact pin 9 is curved in the exemplary embodiment, which can further increase the available contact surface for the operating contact, particularly with a complementary operating contact surface 6′ of the mating contact element 5 (not shown in the figures). .
  • the lateral surface on which the sacrificial contact surface 7 of the contact element 4 is formed is an annular circumferential outer lateral surface of a cylindrical section 10 of the contact element 4.
  • the lateral surface on which the sacrificial contact surface 7' of the counter-contact element 5 is formed is an inner lateral surface of the counter-contact element 5.
  • the mating contact element 5 has several spring shackles 11 of a common spring sleeve, with the sacrificial contact surface 7' being distributed over the inner lateral surfaces of the spring shackles 11.
  • the spring shackles 11 can be mechanically prestressed, in particular by means of the tensioning strap 12 shown in the figures, which runs annularly around the spring shackles 11.
  • the connector 2 can also have the spring tabs 11 .
  • the contact element 4 is designed so that the mating contact element 5 no longer makes contact with the sacrificial contact surface 7 when the plug-in connection 1 is fully plugged in (cf. FIG. 3).
  • the contact element 4 has an electrically insulating insulating surface 13 downstream of the sacrificial contact surface 7 in the insertion direction S on the same lateral surface on which the sacrificial contact surface 7 is arranged.
  • the insulating surface 13 is designed as the outer surface of an insulating sleeve. In this way, the current transmission during operation can be limited to the operational contact surfaces 6, 6'.
  • the connector 2 and the mating connector 3 can each be electrically connected to an electrical assembly, not shown, for example via a respective connecting section 14 facing away from the plug-in area.
  • a connecting section 14 is not absolutely necessary, however. Provision can also be made, for example, for the electrical connector 2 to be designed in the manner of an adapter and to have a plug-in interface on both sides (for example a sacrificial contact surface 7 on both end sections and a respective spring contact pin 9 with a corresponding operational contact surface 6) in order to make contact on both sides or to to allow a connection between two mating connectors 3.
  • the electrical plug connection 1 described can be used advantageously for any application within the entire field of electrical engineering, in particular for the transmission of high electrical voltages and/or currents, but also for the transmission of electrical data signals.
  • a particularly advantageous use of the electrical plug connection 1 can relate to vehicle technology, in particular connection systems for the mechanical and electrical connection of a vehicle to another vehicle and/or to a stationary device.
  • a vehicle coupling system 15 according to the invention is shown in FIG. 4 as an example.
  • the vehicle coupling system 15 has a plurality of electrical plug connectors 2 according to the above statements and a plurality of electrical mating plug connectors 3 according to the above statements, which are distributed in a row and column arrangement on the interface or on the interface .
  • the plug connector 2 or contact elements 4 can also be arranged and connected quasi-coaxially, for example.
  • one of the connectors 2 or contact elements 4 can be arranged centrally and used for signal transmission (e.g. in high-frequency technology), with several other connectors 2 or contact elements 4 being arranged around the central connector 2 and used for transmission a reference voltage (e.g. ground), in particular with the aim of shielding the central connector 2.
  • a reference voltage e.g. ground
  • the vehicle coupling system 15 can have fundamentally known mechanical connecting elements, for example the recesses 16 shown, which can be engaged behind by corresponding latching elements of another vehicle coupling system.

Landscapes

  • Details Of Connecting Devices For Male And Female Coupling (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Steckverbinder (2), aufweisend ein elektrisches Kontaktelement (4) zur elektrischen und mechanischen Kontaktierung eines elektrischen Gegenkontaktelements (5) eines elektrischen Gegensteckverbinders (3). Das Kontaktelement (4) weist eine Betriebskontaktfläche (6) und eine auf einer Mantelfläche angeordnete Opferkontaktfläche (7) auf. Die Opferkontaktfläche (7) und die Betriebskontaktfläche (6) sind derart angeordnet und ausgebildet, dass bei einem Steckvorgang des Steckverbinders (2) mit dem Gegensteckverbinder (3) zuerst die Opferkontaktfläche (7) und erst anschließend die Betriebskontaktfläche (6) das Gegenkontaktelement (5) kontaktiert. Es ist vorgesehen, dass die Betriebskontaktfläche (6) auf einer Stirnfläche des Kontaktelements (4) angeordnet ist, um das Gegenkontaktelement (5) stirnseitig zu kontaktieren.

Description

Elektrischer Steckverbinder, Fahrzeuqkupplunqssystem und elektrische Steckverbindung
Die vorliegende Anmeldung nimmt die Priorität der deutschen Patentanmeldung Nr. 10 2021 121 589.7 sowie die Priorität der deutschen Patentanmeldung Nr. 10 2021 122 611.2 in Anspruch, deren Inhalte durch Verweis hierin vollständig mit aufgenommen werden.
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Steckverbinder, aufweisend ein elektrisches Kontaktelement zur elektrischen und mechanischen Kontaktierung eines elektrischen Gegenkontaktelements eines elektrischen Gegensteckverbinders, wobei das Kontaktelement eine Betriebskontaktfläche und eine auf einer Mantelfläche angeordnete Opferkontaktfläche aufweist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 .
Die Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeugkupplungssystem zur elektrischen Verbindung eines Fahrzeugs mit einem weiteren Fahrzeug oder mit einer stationären Einrichtung.
Die Erfindung betrifft außerdem eine elektrische Steckverbindung, aufweisend den vorstehend genannten elektrischen Steckverbinder und den elektrischen Gegensteckverbinder.
Aus der Elektrotechnik sind diverse elektrische Steckverbinder bekannt. Elektrische Steckverbinder dienen bekanntermaßen dazu, elektrische Versorgungssignale und/oder Datensignale an korrespondierende Gegensteckverbinder zu übertragen. Bei einem Steckverbinder bzw. Gegensteckverbinder kann es sich um einen Stecker, einen Leiterplattenstecker, einen Einbaustecker, eine Buchse, eine Kupplung oder einen Adapter handeln. Die im Rahmen der Erfindung verwendete Bezeichnung "Steckverbinder" bzw. "Gegensteckverbinder" steht stellvertretend für alle Varianten. Die Kombination aus elektrischem Steckverbinder und elektrischem Gegensteckverbinder wird als elektrische Steckverbindung bezeichnet.
Beim Stecken und beim Lösen einer elektrischen Steckverbindung kann es unter Last (d. h., wenn die Spannung bzw. Strom nicht zuvor unterbrochen werden) zu einem Funkenüberschlag zwischen dem Kontaktelement und dem zugehörigen Gegenkontaktelement kommen, insbesondere wenn mittels der Steckverbindung eine elektrische Versorgungsspannung übertragen werden soll. Dieser Funkenüberschlag beschädigt bei jedem Steck- oder Lösezyklus die Kontaktfläche des beteiligten Kontaktelements des Steckverbinders bzw. des Gegenkontaktelements des Gegensteckverbinders und macht dadurch die elektrische Steckverbindung nach einer bestimmten Anzahl von Steckzyklen unbrauchbar.
Zur Erhöhung der Anzahl von Steckzyklen und daher der Lebensdauer der Steckverbindung ist es bekannt, den Steckverbinder und den Gegensteckverbinder jeweils neben der eigentlichen Betriebskontaktfläche mit einer beim Steckvorgang voreilenden, so genannten Opferkontaktfläche auszustatten. Beim Steckvorgang kontaktiert daher die Opferkontaktfläche des Steckverbinders die Opferkontaktfläche des Gegensteckverbinders, bevor sich die jeweiligen Betriebskontaktflächen kontaktieren. Somit tritt der störende Funkenüberschlag nur an den Opferkontaktflächen, und nicht an den zur elektrischen Übertragung tatsächlich relevanten Betriebskontaktflächen auf. Entsprechend wird beim Trennen der Steckverbindung zuerst der elektrische Kontakt zwischen den Betriebskontaktflächen gelöst und erst anschließend der elektrische Kontakt der Opferkontaktflächen, was einen Funkenüberschlag beim Trennen der Steckverbindung ebenfalls nur auf die Opferkontaktflächen beschränkt.
Eine voreilende Kontaktfläche kann auch aus rein sicherheitstechnischen Gründen sinnvoll sein (z. B. um zunächst einen Erdungs- oder Schutzleiterkontakt zwischen beteiligten elektrischen Baugruppen herzustellen, bevor weitere elektrische Kontakte verbunden werden). Selbst bei der ausschließlichen Übertragung von elektrischen Datensignalen, beispielsweise in der Hochfrequenztechnik, können voreilende Kontaktflächen vorteilhaft sein, beispielsweise um kurzfristige Überspannungen oder elektrostatische Entladungen beim Steckvorgang zu vermeiden (z. B. indem zuerst ein Massekontakt zwischen den beteiligten Baugruppen hergestellt wird). Zur Vereinfachung wird in der vorliegenden Beschreibung und in den Patentansprüchen auch für diese Anwendungen der Begriff "Opferkontaktfläche" beibehalten.
Bei derartigen "Hot-Plug"-fähigen oder "Hot-Swap"-fähigen Steckverbindungen können Steckzyklusan- zahl, Lebensdauer und elektromagnetische Verträglichkeit gegenüber herkömmlichen Steckverbindungen deutlich erhöht sein.
Bei den mit einer Opferkontaktfläche ausgestatteten Steckverbindungen des Standes der Technik erfolgen Opferkontaktierungen und Betriebskontaktierungen jeweils über einen Radialkontakt. Mit einem radialen Kontakt lässt sich allerdings nur ein begrenzter Kontaktdruck an der elektrischen Schnittstelle realisieren, was nicht für alle Anwendungen gleichermaßen geeignet sein kann. Beispielsweise ist mitunter ein geringer Übergangswiderstand, insbesondere bei der Übertragung hoher Spannung bzw. hoher Ströme, wesentlich und wird durch den begrenzten maximalen Kontaktdruck limitiert. Auch ist die Stromtragfähigkeit bei den bekannten Radialkontakten aufgrund der in der Regel filigraneren Strukturen von an dem Radialkontakt beteiligten Federlaschen begrenzt.
In Anbetracht des bekannten Stands der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung somit darin, einen verbesserten elektrischen Steckverbinder mit einer Opferkontaktfläche bereitzustellen, der vorzugsweise an einer Betriebskontaktfläche mit einem besonders hohen Kontaktdruck beaufschlagbar ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, ein Fahrzeugkupplungssystem und eine elektrische Steckverbindung mit einem elektrischen Steckverbinder mit einer Opferkontaktfläche bereitzustellen, der vorzugsweise an einer Betriebskontaktfläche mit einem besonders hohen Kontaktdruck beaufschlagbar ist.
Die Aufgabe wird für den elektrischen Steckverbinder mit den in Anspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst. Hinsichtlich des Fahrzeugkupplungssystems wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 14 und bezüglich der elektrischen Steckverbindung durch die Merkmale des Anspruchs 15 gelöst. Die abhängigen Ansprüche und die nachfolgend beschriebenen Merkmale betreffen vorteilhafte Ausführungsformen und Varianten der Erfindung.
Es ist ein elektrischer Steckverbinder vorgesehen, aufweisend ein elektrisches Kontaktelement zur elektrischen und mechanischen Kontaktierung eines elektrischen Gegenkontaktelements eines elektrischen Gegensteckverbinders.
Der Steckverbinder kann mit einem elektrischen Leiter (insbesondere einem Versorgungs- bzw. Spannungsleiter zur elektrischen Versorgung, gegebenenfalls aber auch mit einem Signalleiter zur Datenübertragung) einer elektrischen Baugruppe und der Gegensteckverbinder mit einem entsprechenden elektrischen Leiter einer weiteren elektrischen Baugruppe verbunden sein. Durch die Steckverbindung kann somit eine elektrische Daten- und/oder Versorgungsverbindung zwischen den beiden elektrischen Baugruppe bereitgestellt werden. Der Steckverbinder und/oder der Gegensteckverbinder können zur Verbindung mit der jeweiligen elektrischen Baugruppe beispielsweise einen jeweiligen, von dem Steckbereich abgewandten Verbindungsabschnitt aufweisen, an dem ein weiterführender und mit der Baugruppe verbundener Steckverbinder, ein mit der Baugruppe verbundenes Kabel oder der elektrische Leiter der Baugruppe elektrisch und mechanisch befestigt werden kann.
Bei dem elektrischen Steckverbinder und dem elektrischen Gegensteckverbinder handelt es sich vorzugsweise um einen Steckverbinder bzw. um einen Gegensteckverbinder, der sich zur Übertragung hoher elektrischer Ströme eignen kann. Das Kontaktelement bzw. das Gegenkontaktelement, insbesondere die nachfolgend noch genannte jeweilige Betriebskontaktfläche, ist daher vorzugsweise ausgebildet, um sich für eine hohe elektrische Energieübertragung zu eignen, also zur Übertragung hoher elektrischer Ströme (beispielsweise 10 A bis 700 A) bei Wechselspannungen von 30 V bis 1 kV oder mehr oder Gleichspannungen von 60 V bis 2 kV oder mehr. Der elektrische Steckverbinder bzw. der elektrische Gegensteckverbinder kann aber auch zur elektrischen Signalübertragung bzw. zur Datenübertragung ausgebildet sein, beispielsweise in der Hochfrequenztechnik.
Erfindungsgemäß weist das Kontaktelement eine Betriebskontaktfläche und eine auf einer Mantelfläche angeordnete Opferkontaktfläche auf. Die Opferkontaktfläche und die Betriebskontaktfläche sind derart angeordnet und ausgebildet sind, dass bei einem Steckvorgang des Steckverbinders mit dem Gegensteckverbinder zuerst die Opferkontaktfläche und erst anschließend die Betriebskontaktfläche das Gegenkontaktelement kontaktiert.
Unter der "Betriebskontaktfläche" wird im Sinne der Erfindung die Kontaktfläche des Kontaktelements verstanden, die für den eigentlichen Kontakt während des Betriebs vorgesehen ist, also über die die wesentliche Stromübertragung bzw. Spannungsübertragung bei vollständig geschlossener Steckverbindung erfolgen soll. Die Betriebskontaktfläche kann auch als "Dauerkontaktfläche" oder "Hauptkontaktfläche" bezeichnet werden. Durch die in Steckrichtung "voreilende" Opferkontaktfläche kann ein "Hot-Plug"-fähiger bzw. "Hot-Swap"- fähiger Steckverbinder bereitgestellt werden, mit erhöhter Steckzyklusanzahl und Lebensdauer (insbesondere bei Verwendung des Steckverbinders zur Übertragung elektrischer Versorgungssignale) und verbesserter elektromagnetischer Verträglichkeit (insbesondere bei Verwendung des Steckverbinders zur elektrischen Signalübertragung). Die Steckverbindung kann daher auch unter Last ohne Gefahr oder Beschädigung getrennt und gesteckt werden - insbesondere auf ein Abschalten des elektrischen Stroms bzw. der elektrischen Spannung vor dem Lösen oder Stecken der Steckverbindung (beispielsweise mittels entsprechender Sicherheitsschaltungen) kann dann verzichtet werden.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Betriebskontaktfläche auf einer Stirnfläche des Kontaktelements angeordnet ist, um das Gegenkontaktelement stirnseitig zu kontaktieren.
Dadurch, dass die Betriebskontaktfläche stirnseitig an dem Kontaktelement angeordnet ist, lässt sich ein deutlich höherer Kontaktdruck zwischen dem Kontaktelement und dem Gegenkontaktelement für die eigentliche elektrische Betriebskontaktierung erreichen als mit einem Radialkontakt.
Ferner kann die Stromtragfähigkeit der elektrischen Steckverbindung durch den Stirnkontakt optimiert sein, denn der stirnseitige Kontakt weist im Idealfall eine Kontaktfläche bzw. Betriebskontaktfläche auf, die der Querschnittsfläche des Kontaktelements in diesem Bereich entspricht. Hingegen weisen Federlaschen bei einem Radialkontakt aufgrund ihrer Elastizität mitunter eine deutlich geringere Querschnittsfläche für die Stromübertragung auf.
Durch den vorgeschlagenen elektrischen Steckverbinder kann somit ein besonders geringer Übergangswiderstand für eine Versorgungs- und/oder Datenverbindung sowie eine hohe Stromtragfähigkeit erreichbar sein, bei gleichzeitig hoher Lebensdauer und guter elektromagnetischer Verträglichkeit des Steckverbinders.
Bei der Stirnfläche kann es sich um eine Fläche des Kontaktelements handeln, die dem Gegenkontaktelement in Steckrichtung zugewandt ist.
Die Stirnfläche kann vorzugsweise auf einer Fläche des Kontaktelements angeordnet sein, deren Flächenvektor in Richtung der Längsachse des Kontaktelements orientiert ist. Die Stirnfläche kann auch geneigt ausgebildet sein, beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der Flächenvektor der Stirnfläche um bis zu 45° gegenüber der Längsachse des Kontaktelements verkippt ist, beispielsweise um bis zu 30°, 20°, 10°, 5° gegenüber der Längsachse des Kontaktelements verkippt ist. Besonders bevorzugt verläuft der Flächenvektor allerdings parallel zu der Längsachse.
Die Stirnfläche ist vorzugsweise zumindest im Wesentlichen planparallel oder komplementär zu einer korrespondierenden Stirnfläche des Gegenkontaktelements ausgebildet. Die Stirnfläche kann auch strukturiert ausgebildet sein, beispielsweise eine Riffelung aufweisen, und/oder gewölbt verlaufen (wie nachfolgend noch beschrieben). Bei der Stirnfläche kann es sich beispielsweise auch um eine Bodenfläche eines hohlzylindrischen Kontaktelements und/oder um eine vordere Kante des Kontaktelements handeln.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass auch mehrere Betriebskontaktflächen vorgesehen sein können, die über die Stirnfläche oder ggf. über mehrere Stirnflächen des Kontaktelements verteilt angeordnet sind. Beispielsweise können mehrere der nachfolgend noch beschriebenen Stiftkontakte vorgesehen sein bzw. es kann vorgesehen sein, dass das Kontaktelement mehrere Spitzen oder Stifte aufweist, mit einer jeweiligen Betriebskontaktfläche.
Vorzugsweise besteht eine leitfähige elektrische Verbindung zwischen der Betriebskontaktfläche und der Opferkontaktfläche. Diese elektrische Verbindung kann vorzugsweise von dem elektrischen Steckverbinder selbst und/oder von der mit dem elektrischen Steckverbinder verbundenen elektrischen Baugruppe hergestellt werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann insbesondere vorgesehen sein, dass das Kontaktelement eine elektrische Verbindung zwischen der Betriebskontaktfläche und der Opferkontaktfläche ausbildet.
Insbesondere wenn das Kontaktelement die elektrische Verbindung zwischen der Betriebskontaktfläche und der Opferkontaktfläche ausbildet, kann mit einfachen Mitteln eine niederohmige elektrische Verbindung bereitgestellt werden. Der Steckverbinder kann zur Bereitstellung der elektrischen Verbindung zwischen der Betriebskontaktfläche und der Opferkontaktfläche beispielsweise einteilig ausgebildet sein. Es kann aber auch ein mehrteiliges Kontaktelement vorgesehen sein, dessen Einzelkomponenten elektrisch leitfähig miteinander verbunden sind, beispielsweise miteinander verpresst sind.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Betriebskontaktfläche und die Opferkontaktfläche aus demselben Material ausgebildet sind (beispielsweise aus Messing).
Die Betriebskontaktfläche und die Opferkontaktfläche können allerdings auch aus verschiedenen Materialien ausgebildet sein, wobei die Betriebskontaktfläche dann insbesondere für eine niederohmige Signalübertragung und die Opferkontaktfläche für eine hohe Beständigkeit gegenüber Funkenüberschlägen ausgebildet sein kann.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Kontaktelement durch ein trennendes Verfahren ("Trennen"), insbesondere ein zerspanendes Verfahren ("Zerspanen"), hergestellt ist. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Kontaktelement um ein Drehteil. Grundsätzlich kann das Kontaktelement allerdings auch als Stanz-Biege-Teil oder auf sonstige Weise hergestellt sein. Die Herstellung des Kontaktelements als Drehteil kann allerdings zu einem besonders robusten Kontaktelement führen.
Vorzugsweise ist das Kontaktelement aus möglichst wenigen einzelnen Bauteilen ausgebildet, welche vorzugsweise durch eine Presspassung oder durch eine sonstige Verbindungstechnik miteinander verbunden werden können.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Betriebskontaktfläche auf der Stirnfläche eines Kontaktstiftes des Kontaktelements ausgebildet ist.
Ein Stiftkontakt bzw. Kontaktstift hat sich für die Betriebskontaktierung als besonders geeignet herausgestellt, insbesondere in Kombination mit der radialen Opferkontaktierung.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Kontaktstift ein Federkontaktstift ist. Das Federelement des Federkontaktstiftes weist vorzugsweise eine geeignete Federhärte auf, um bei einem vorgegebenen Federweg eine Federkraft zu erzeugen, die einen geeigneten stirnseitigen Kontaktdruck bewirkt. Durch den Stirnkontakt in Kombination mit dem Federkontaktstift können insbesondere variable Kontaktkräfte bereitgestellt werden. Der Steckverbinder kann schließlich mit geringem technischem Aufwand hinsichtlich der Kontaktkraft einstellbar sein, beispielsweise durch Austauschen des Federkontaktstiftes oder dessen Federelements. Beispielsweise kann hierdurch ein hinsichtlich der Kontaktkraft modular anpassbarer Steckverbinder bereitgestellt werden.
Mittels Federkontaktstiften kann bekanntermaßen ein besonders hoher Kontaktdruck und auch ein vorteilhafter Ausgleich von Fertigungstoleranzen und Vibrationen ermöglicht werden.
Der Oberflächenverlauf der Betriebskontaktfläche und/oder die Oberflächenbeschaffenheit der Betriebskontaktfläche kann grundsätzlich beliebig sein. In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann aber insbesondere vorgesehen sein, dass die Betriebskontaktfläche gewölbt (konkav oder konvex) ausgebildet ist.
Beispielsweise kann der vorstehend genannte Kontaktstift bzw. Federkontaktstift eine konvexe, insbesondere konisch ausgebildete Spitze aufweisen, an der die Betriebskontaktfläche ausgebildet ist.
Vorzugsweise ist die Betriebskontaktfläche des Gegenkontaktelements zu der gewölbten Betriebskontaktfläche des Kontaktelements komplementär ausgebildet.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass eine konvex ausgebildete Spitze des Kontaktstifts bzw. Federkontaktstifts des Kontaktelements in eine korrespondierende, konkave Ausnehmung in einer Stirnfläche des Gegenkontaktelements eintaucht, die die komplementäre Betriebskontaktfläche ausbildet. Auf diese Weise kann die für die elektrische Übertragung zur Verfügung stehende Kontaktfläche zusätzlich erhöht und außerdem eine Zentrierung zwischen Kontaktelement und Gegenkontaktelement erreicht werden, in der Art einer Fangtrichterfunktion.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Mantelfläche, auf der die Opferkontaktfläche ausgebildet ist, eine Außenmantelfläche des Kontaktelements ist (insbesondere, wenn es sich bei dem Kontaktelement um ein stiftförmiges Kontaktelement handelt).
Vorzugsweise ist die Opferkontaktfläche auf einer ringförmig zumindest abschnittsweise (vorzugsweise vollständig) umlaufenden Außenmantelfläche eines zylindrischen Abschnitts des Kontaktelements ausgebildet.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann alternativ oder zusätzlich auch vorgesehen sein, dass die Mantelfläche, auf der die Opferkontaktfläche ausgebildet ist, eine Innenmantelfläche des Kontaktelements ist (insbesondere, wenn es sich bei dem Kontaktelement um ein buchsenförmiges Kontaktelement handelt).
Die Opferkontaktfläche kann beispielsweise auf einer ringförmig zumindest abschnittsweise (vorzugsweise vollständig) umlaufenden Innenmantelfläche eines hohlzylindrischen Abschnitts des Kontaktelements ausgebildet sein.
Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass die Opferkontaktfläche des Kontaktelements auf der Außenmantelfläche des Kontaktelements und die Opferkontaktfläche des Gegenkontaktelements auf der Innenmantelfläche des Gegenkontaktelements ausgebildet ist - oder umgekehrt.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Kontaktelement zumindest eine Federlasche aufweist. Vorzugsweise ist eine Federhülse vorgesehen, die mehrere der genannten Federlaschen aufweist.
Die Federlaschen können ausgebildet sein, um einen zylindrischen Abschnitt des Gegenkontaktelements an dessen Außenmantelfläche elektrisch und mechanisch zu kontaktieren. Die Federlaschen können grundsätzlich aber auch ausgebildet sein, um einen hohlzylindrischen Abschnitt des Gegenkontaktelements an dessen Innenmantelfläche zu kontaktieren.
Vorzugsweise weist aber das Gegenkontaktelement die genannten Federlaschen auf (insbesondere ein buchsenförmiges Gegenkontaktelement), um die Opferkontaktfläche des Kontaktelements auf dessen Außenmantelfläche zu kontaktieren (insbesondere eines stiftförmigen Kontaktelements).
Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass die Opferkontaktfläche auf die Innenmantelfläche(n) der zumindest eine Federlasche verteilt ist. Die Opferkontaktfläche muss nicht unbedingt eine vollständig zusammenhängende Fläche sein, sondern kann sich auch aus mehreren Teilflächen zusammensetzen, beispielsweise den einzelnen Innenmantelflächen der genannten Federlaschen. Auch die Betriebskontaktfläche muss nicht unbedingt eine vollständig zusammenhängende Fläche sein.
Wie vorstehend beschrieben, kann das Kontaktelement insbesondere stiftförmig ausgebildet sein und eine auf der Stirnfläche eines Kontaktstiftes angeordnete Betriebskontaktfläche aufweisen. Das Kontaktelement kann allerdings, wie vorstehend ebenfalls erwähnt, auch buchsenförmig ausgebildet sein und eine auf einer Bodenfläche einer Kontaktbuchse angeordnete Betriebskontaktfläche aufweisen. Diese Varianten sind allerdings nicht einschränkend zu verstehen.
Es kann gegebenenfalls sogar vorgesehen sein (jedoch nicht bevorzugt), dass das Kontaktelement eine Kombination aus einer Kontaktbuchse und einem (beispielsweise koaxial) in der Kontaktbuchse angeordneten Kontaktstift aufweist (ähnlich wie bei einem koaxialen Steckverbinder mit einem Innenleiter und einem Außenleiter). Der Kontaktstift kann dann beispielsweise gefedert ausgebildet sein und die Opferkontaktfläche aufweisen, wobei die Bodenfläche der Kontaktbuchse die Betriebskontaktfläche ausbildet, die zur Kontaktierung beispielsweise einer stirnseitigen Kante eines korrespondierenden buchsenförmigen Gegenkontaktelements vorgesehen ist.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die zumindest eine Federlasche mechanisch vorgespannt ist.
Die mechanische Vorspannung der Federlaschen kann insbesondere zu einem erhöhten Kontaktdruck zwischen den Opferkontaktflächen des Kontaktelements und des Gegenkontaktelements führen. Ferner kann der elektrische Steckverbinder bzw. der Gegensteckverbinder hierdurch räumlich stärker begrenzt werden, wodurch eine Vielzahl derartiger Steckverbinder bzw. Gegensteckverbinder auf engstem Raum angeordnet werden können.
Die Vorspannung kann insbesondere mittels eines zumindest teilringförmig um die zumindest eine Federlasche umlaufend angeordneten Spannbands oder Spannrings (vorzugsweise ein Metallband oder ein Metallring) ermöglicht werden.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Kontaktelement ausgebildet ist, um im vollständig gesteckten Zustand der Steckverbindung das Gegenkontaktelement mit der Opferkontaktfläche nicht mehr zu kontaktieren.
Ein zusätzlicher Stromfluss über die Opferkontaktflächen des Kontaktelements und des Gegenkontaktelements im vollständig gesteckten Zustand der Steckverbindung kann somit verhindert werden. Auf diese Weise kann beispielsweise eine Erwärmung der elektrischen Steckverbindung im Wesentlichen lokal auf den Bereich der Betriebskontaktfläche begrenzt werden. Beispielsweise können dann Erwärmungen im Bereich des Außenmantels des Kontaktelements bzw. Gegenkontaktelements, beispielsweise Erwärmungen von Federlaschen, verhindert werden, was die Wärmeabgabe des Steckverbinders bzw. Gegensteckverbinders an umgebende Bauteile reduzieren und dadurch die mögliche Packungsdichte elektrischer Steckverbinder in einem (gemeinsamen) Isoliergehäuse erhöhen kann.
Gemäß einer Weiterbildung kann insbesondere vorgesehen sein, dass das Kontaktelement auf derselben Mantelfläche, auf der die Opferkontaktfläche angeordnet ist, eine in Steckrichtung der Opferkontaktfläche nachgeordnete, elektrisch isolierende Isolierfläche aufweist.
Die Isolierfläche kann auf dem Außenmantel des Kontaktelements zumindest teilringförmig, vorzugsweise vollständig ringförmig, umlaufend angeordnet sein.
Die Isolierfläche kann in Axialrichtung vorzugsweise unmittelbar an die Opferkontaktfläche angrenzen.
Die Isolierfläche kann beispielsweise durch eine Beschichtung des Kontaktelements und/oder durch ein separates Bauteil, wie ein isolierendes Band oder eine Isolierhülse, bereitgestellt werden.
Der elektrische Steckverbinder und der elektrische Gegensteckverbinder können mechanische Verbindungselemente aufweisen, um einen ausreichenden Kontaktdruck zwischen dem Kontaktelement und dem Gegenkontaktelement zu realisieren und/oder um die Steckverbindung in ihrem geschlossenen Zustand zu sichern. Entsprechende Verbindungselemente können beispielsweise zur Ausbildung einer gegenseitigen Schraub-, Bajonett-, Press- oder Rast/Schnapp-Verbindung ausgebildet sein.
Die Erfindung betrifft auch einen elektrischen Gegensteckverbinder, aufweisend ein elektrisches Gegenkontaktelement zur elektrischen und mechanischen Kontaktierung eines elektrischen Kontaktelements eines elektrischen Steckverbinders.
An dieser Stelle sei betont, dass Merkmale und Vorteile, die vorstehend und nachfolgend bezüglich des elektrischen Steckverbinders oder dessen Kontaktelements beschrieben wurden, auch auf den elektrischen Gegensteckverbinder bzw. das Gegenkontaktelement übertragen werden können - und umgekehrt.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Gegenkontaktelement eine Betriebskontaktfläche und eine auf einer Mantelfläche angeordnete Opferkontaktfläche aufweist, wobei die Opferkontaktfläche und die Betriebskontaktfläche derart angeordnet und ausgebildet sind, dass bei einem Steckvorgang des Gegensteckverbinders mit dem Steckverbinder zuerst die Opferkontaktfläche und erst anschließend die Betriebskontaktfläche das Kontaktelement des Steckverbinders kontaktiert, und wobei die Betriebskontaktfläche auf einer Stirnfläche des Gegenkontaktelements angeordnet ist, um das Kontaktelement des Steckverbinders stirnseitig zu kontaktieren. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass das Gegenkontaktelement eine elektrische Verbindung zwischen der Betriebskontaktfläche und der Opferkontaktfläche ausbildet, insbesondere indem das Gegen- ko ntakt-e le ment einteilig ausgebildet ist. Das Gegenkontaktelement kann durch ein trennendes Verfahren, insbesondere ein zerspanendes Verfahren, hergestellt sein. Das Gegenkontaktelement kann beispielsweise als Drehteil ausgebildet sein.
Es kann vorgesehen sein, dass das Gegenkontaktelement in dem zur Kontaktierung mit dem Kontaktelement vorgesehenen Abschnitt hohlzylindrisch ausgebildet ist, um das Gegenkontaktelement zumindest teilweise in sich aufzunehmen. Die Betriebskontaktfläche kann in diesem Fall vorzugsweise eine innenliegende Stirnfläche des hohlzylindrischen Gegenkontaktelements sein, beispielsweise eine "Bodenfläche" des hohlzylindrischen Gegenkontaktelements, die von der stirnseitigen Betriebskontaktfläche des Kontaktelements kontaktierbar sein kann.
Die Betriebskontaktfläche des Gegenkontaktelements kann gegebenenfalls auch eine gewölbt ausgebildete Vertiefung aufweisen, um einen gewölbt ausgebildeten Kontaktstift aufzunehmen.
Es kann vorgesehen sein, dass die Mantelfläche, auf der die Opferkontaktfläche ausgebildet ist, eine Innenmantelfläche des Gegenkontaktelements ist. Das Gegenkontaktelement kann insbesondere zumindest eine Federlasche aufweisen, vorzugsweise mehrere Federlaschen einer gemeinsamen Federhülse, wobei die Opferkontaktfläche auf die Innenmantelfläche(n) der zumindest einen Federlasche verteilt ist. Optional können die genannten Federlaschen noch mechanisch vorgespannt sein, beispielsweise mittels eines Spannbandes oder eines Spannrings (vgl. diesbezüglich insbesondere auch die vorstehende Beschreibung).
An dieser Stelle sei explizit betont, dass der elektrische Steckverbinder und/oder der elektrische Gegensteckverbinder gegebenenfalls (aber nicht zwingend) auch noch weitere Komponenten neben dem Kontaktelement bzw. dem Gegenkontaktelement aufweisen können, beispielsweise noch weitere Kontaktelemente bzw. Gegenkontaktelemente (in identischer oder abweichender Konfiguration), eines oder mehrere Dielektrika, beispielsweise zur Beabstandung mehrerer Kontaktelemente bzw. Gegenkontaktelemente, oder ein Steckverbindergehäuse bzw. ein Gegensteckverbindergehäuse, insbesondere ein elektrisch isolierendes Isoliergehäuse.
Die Erfindung betrifft auch ein Fahrzeugkupplungssystem zur elektrischen Verbindung eines Fahrzeugs mit einem weiteren Fahrzeug und/oder mit einer stationären bzw. unbeweglichen Einrichtung. Das Fahrzeugkupplungssystem weist zumindest einen elektrischen Steckverbinder gemäß den vorstehenden und nachfolgenden Ausführungen und/oder einen elektrischen Gegensteckverbinder gemäß den vorstehenden und nachfolgenden Ausführungen auf. Der Begriff "Fahrzeug" beschreibt dabei jegliches Fortbewegungsmittel (motorisiert, aber auch unmotorisiert), insbesondere Fahrzeuge zu Lande, zu Wasser oder in der Luft, eingeschlossen auch Raumfahrzeuge. Ein Fahrzeug im Sinne der Erfindung kann insbesondere dem Transport von Personen, Gütern oder Werkzeugen dienen.
Beispielsweise kann es sich bei einem Fahrzeug im Sinne der Erfindung um ein Schienenfahrzeug, ein mobiles (insbesondere, aber nicht zwingend, ein (teil)autonomes) Roboterfahrzeug wie einen Rasenmähroboter, Staubsaugerroboter oder sonstigen Serviceroboter, ein unbenanntes Luftfahrzeug ("Drohne") oder ein Fördermittel für die Lagerlogistik, wie ein (teil)autonomes oder ferngesteuertes Flurfördergerät, handeln.
Bei der mit dem Fahrzeug zu verbindenden, stationären Einrichtung kann es sich beispielsweise um eine stationäre Basisstation für das Fahrzeug handeln, wie eine Ladestation (z. B. für einen Rasenmähroboter, Staubsaugerroboter, eine Drohne oder ein mobiles Fördermittel aus der Lagerlogistik).
Mit dem vorgeschlagenen Fahrzeugkupplungssystem können insbesondere Schienenfahrzeuge untereinander elektrisch verbunden werden.
Das Fahrzeugkupplungssystem kann gegebenenfalls auch mechanische Verbindungselemente aufweisen um die Fahrzeuge miteinander und/oder um das Fahrzeug mit der unbeweglichen Einrichtung zu verbinden. Das Fahrzeugkupplungssystem kann dann insbesondere ausgebildet sein, um Zugkräfte und Relativbewegungen zwischen den verbundenen Fahrzeugen im Fährbetrieb auszugleichen.
Fahrzeugkupplungssysteme sind grundsätzlich bekannt und können beispielsweise mechanische, pneumatische und/oder elektrische Komponenten der Fahrzeuge miteinander verbinden. Hinsichtlich des erfindungsgemäßen Fahrzeugkupplungssystems wird insbesondere vorgeschlagen, Versorgungs- und/oder Datenleitungen zwischen den beteiligten Fahrzeugen über erfindungsgemäße Steckverbinder / Gegensteckverbinder zu verbinden.
Vorzugsweise weist das vorgeschlagene Fahrzeugkupplungssystem mehrere elektrische Steckverbinder und/oder Gegensteckverbinder auf, beispielsweise in einer Reihen- und/oder Spaltenanordnung.
Die Erfindung betrifft auch eine elektrische Steckverbindung, aufweisend einen elektrischen Steckverbinder gemäß den vorstehenden und nachfolgenden Ausführungen, und den elektrischen Gegensteckverbinder (optional ebenfalls gemäß den vorstehenden und nachfolgenden Ausführungen).
Die vorgeschlagene elektrische Steckverbindung kann einen besonders langen Lebenszyklus aufweisen, bei gleichzeitig hohen Kontaktkräften und niedrigem Kontaktwiderstand. Merkmale, die im Zusammenhang mit einem der Gegenstände der Erfindung, namentlich gegeben durch den elektrischen Steckverbinder, den elektrischen Gegensteckverbinder, das Fahrzeugkupplungssystem und die elektrische Steckverbindung beschrieben wurden, sind auch für die anderen Gegenstände der Erfindung vorteilhaft umsetzbar. Ebenso können Vorteile, die im Zusammenhang mit einem der Gegenstände der Erfindung genannt wurden, auch auf die anderen Gegenstände der Erfindung bezogen verstanden werden.
Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass Begriffe wie "umfassend", "aufweisend" oder "mit" keine anderen Merkmale oder Schritte ausschließen. Ferner schließen Begriffe wie "ein" oder "das", die auf eine Einzahl von Schritten oder Merkmalen hinweisen, keine Mehrzahl von Merkmalen oder Schritten aus - und umgekehrt.
In einer puristischen Ausführungsform der Erfindung kann allerdings auch vorgesehen sein, dass die in der Erfindung mit den Begriffen "umfassend", "aufweisend" oder "mit" eingeführten Merkmale abschließend aufgezählt sind. Dementsprechend kann eine oder können mehrere Aufzählungen von Merkmalen im Rahmen der Erfindung als abgeschlossen betrachtet werden, beispielsweise jeweils für jeden Anspruch betrachtet. Die Erfindung kann beispielsweise ausschließlich aus den in Anspruch 1 genannten Merkmalen bestehen.
Es sei erwähnt, dass Bezeichnungen wie "erstes" oder "zweites" etc. vornehmlich aus Gründen der Unterscheidbarkeit von jeweiligen Vorrichtungs- oder Verfahrensmerkmalen verwendet werden und nicht unbedingt andeuten sollen, dass sich Merkmale gegenseitig bedingen oder miteinander in Beziehung stehen.
Ferner sei betont, dass die vorliegend beschriebenen Werte und Parameter Abweichungen oder Schwankungen von ±10% oder weniger, vorzugsweise ±5% oder weniger, weiter bevorzugt ±1% oder weniger, und ganz besonders bevorzugt ±0,1% oder weniger des jeweils benannten Wertes bzw. Parameters mit einschließen, sofern diese Abweichungen bei der Umsetzung der Erfindung in der Praxis nicht ausgeschlossen sind. Die Angabe von Bereichen durch Anfangs- und Endwerte umfasst auch all diejenigen Werte und Bruchteile, die von dem jeweils benannten Bereich eingeschlossen sind, insbesondere die Anfangs- und Endwerte und einen jeweiligen Mittelwert.
Die Erfindung betrifft auch einen von Anspruch 1 unabhängigen elektrischen Steckverbinder zur elektrischen und mechanischen Kontaktierung eines elektrischen Gegensteckverbinders, wobei der Steckverbinder eine stirnseitige Betriebskontaktfläche und eine Opferkontaktfläche aufweist, vorzugsweise eine mantelflächenseitige bzw. radiale Opferkontaktfläche. Die weiteren Merkmale des Anspruchs 1 und der abhängigen Ansprüche sowie die in der vorliegenden Beschreibung beschriebenen Merkmale betreffen vorteilhafte Ausführungsformen und Varianten dieses elektrischen Steckverbinders.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Die Figuren zeigen jeweils bevorzugte Ausführungsbeispiele, in denen einzelne Merkmale der vorliegenden Erfindung in Kombination miteinander dargestellt sind. Merkmale eines Ausführungsbeispiels sind auch losgelöst von den anderen Merkmalen des gleichen Ausführungsbeispiels umsetzbar und können dementsprechend von einem Fachmann ohne Weiteres zu weiteren sinnvollen Kombinationen und Unterkombinationen mit Merkmalen anderer Ausführungsbeispiele verbunden werden.
In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen.
Es zeigen schematisch:
Figur 1 eine erfindungsgemäße elektrische Steckverbindung mit einem elektrischen Steckverbinder und einem elektrischen Gegensteckverbinder in einem nicht gesteckten Zustand;
Figur 2 die elektrische Steckverbindung gemäß Figur 1 in einem teilweise gesteckten Zustand;
Figur 3 die elektrische Steckverbindung gemäß Figur 1 in einem vollständig gesteckten Zustand; und
Figur 4 ein erfindungsgemäßes Fahrzeugkupplungssystem mit mehreren elektrischen Steckverbindern in einer Reihen- und Spaltenanordnung.
Die Figuren 1 bis 3 zeigen eine elektrische Steckverbindung 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in verschiedenen Steckzuständen. Figur 1 zeigt einen nicht gesteckten Zustand, Figur 2 einen teilweise gesteckten Zustand und Figur 3 einen vollständig gesteckten Zustand der Steckverbindung 1 .
Die elektrische Steckverbindung 1 weist einen elektrischen Steckverbinder 2 und einen elektrischen Gegensteckverbinder 3 auf. Der elektrische Steckverbinder 2 weist ein elektrisches Kontaktelement 4 zur elektrischen und mechanischen Kontaktierung eines elektrischen Gegenkontaktelements 5 des elektrischen Gegensteckverbinders 3 auf.
Werden ein Kontaktelement 4 und ein Gegenkontaktelement 5 unter Last gesteckt oder getrennt, kann es aufgrund des elektrischen Potentialunterschieds zu einem Potentialausgleich mit einem Funken/Licht- bogen kommen, was das Kontaktelement 4 und das Gegenkontaktelement 5 bzw. deren jeweilige Kontaktoberfläche beschädigen kann. Erfindungsgemäß ist eine eigens definierte Opferstelle vorgesehen, um die tatsächliche Kontaktstelle zu schützen. Das Kontaktelement 4 weist somit eine Betriebskontaktfläche 6 und eine auf einer Mantelfläche angeordnete Opferkontaktfläche 7 auf, wobei die Opferkontaktfläche 7 und die Betriebskontaktfläche 6 derart angeordnet und ausgebildet sind, dass bei einem Steckvorgang des Steckverbinders 2 mit dem Gegensteckverbinder 3 zuerst die Opferkontaktfläche 7 und erst anschließend die Betriebskontaktfläche 6 das Gegenkontaktelement 5 kontaktiert. Die Opferkontaktfläche 7 des Kontaktelements 4 kontaktiert vorliegend eine korrespondierende Opferkontaktfläche 7' des Gegenkontaktelements 5, wie in Figur 2 gut erkennbar.
Die Betriebskontaktfläche 6 ist auf einer Stirnfläche des Kontaktelements 4 angeordnet, um eine korrespondierende Betriebskontaktfläche 6' des Gegenkontaktelements 5 stirnseitig zu kontaktieren. Die korrespondierende Betriebskontaktfläche 6' des Gegenkontaktelements 5 ist dabei auf einer inneren Stirnfläche bzw. auf einem Boden eines hohlzylindrischen Abschnitts 8 des Gegenkontaktelements 5 angeordnet. Eine gegenseitige Kontaktierung der beiden Betriebskontaktflächen 6, 6' ist in Figur 3 im vollständig gesteckten Zustand der Steckverbindung 1 gut erkennbar.
Das Kontaktelement 4 und das Gegenkontaktelement 5 bilden jeweils eine elektrische Verbindung zwischen deren Betriebskontaktflächen 6, 6' und deren Opferkontaktflächen 7, 7' aus, wodurch bei dem Einstecken des Steckverbinders 2 in den Gegensteckverbinder 3 ein Funkenüberschlag auf die zuerst kontaktierenden Opferkontaktflächen 7, 7' beschränkt sein kann. Erst bei einem tieferen Einstecken (vgl. Figur 3) kontaktieren sich schließlich die Betriebskontaktflächen 6, 6'.
Die Betriebskontaktfläche 6, 6' und die Opferkontaktfläche 7, 7' können aus demselben Material ausgebildet sein, insbesondere können das Kontaktelement 4 und/oder das Gegenkontaktelement 5 als Drehteile ausgebildet sein.
Im Ausführungsbeispiel ist die Betriebskontaktfläche 6 des Kontaktelements 4 auf der Stirnfläche eines Federkontaktstifts 9 ausgebildet. Mittels des Federkontaktstifts 9 kann ein besonders hoher Kontaktdruck und eine hohe Vibrationssicherheit der Steckverbindung 1 gewährleistet sein. Die Betriebskontaktfläche 6 des Kontaktelements 4 bzw. die Stirnfläche des Federkontaktstifts 9 ist im Ausführungsbeispiel gewölbt ausgebildet, was insbesondere bei einer komplementären Betriebskontaktfläche 6' des Gegenkontaktelements 5 (in den Figuren nicht dargestellt) die verfügbare Kontaktfläche für die Betriebs ko ntaktie- rung noch erhöhen kann.
Die Mantelfläche, auf der die Opferkontaktfläche 7 des Kontaktelements 4 ausgebildet ist, ist im Ausführungsbeispiel eine ringförmig umlaufende Außenmantelfläche eines zylindrischen Abschnitts 10 des Kontaktelements 4. Hingegen ist die Mantelfläche, auf der die Opferkontaktfläche 7' des Gegenkontaktelements 5 ausgebildet ist, eine Innenmantelfläche des Gegenkontaktelements 5. Auf diese Weise kann ein vorteilhafter radialer Kontakt zwischen den Opferkontaktflächen 7, 7' ermöglicht werden. Zur Realisierung eines hohen Kontaktdrucks und einer besonders sicheren Kontaktierung der Opferkontaktflächen 7, 7' weist das Gegenkontaktelement 5 mehrere Federlaschen 11 einer gemeinsamen Federhülse auf, wobei sich die Opferkontaktfläche 7' auf die Innenmantelflächen der Federlaschen 11 verteilt.
Optional können die Federlaschen 1 1 mechanisch vorgespannt sein, insbesondere mittels des in den Figuren dargestellten, ringförmig um die Federlaschen 11 umlaufenden Spannbandes 12. An dieser Stelle sei erwähnt, dass Merkmale zwischen dem Steckverbinder 2 und dem Gegensteckverbinder 3 mitunter austauschbar sein können. Beispielsweise kann auch der Steckverbinder 2 die Federlaschen 11 aufweisen.
Es kann vorgesehen sein, dass das Kontaktelement 4 ausgebildet ist, um im vollständig gesteckten Zustand der Steckverbindung 1 (vgl. Figur 3) das Gegenkontaktelement 5 mit der Opferkontaktfläche 7 nicht mehr zu kontaktieren. Hierdurch ist im Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass das Kontaktelement 4 auf derselben Mantelfläche, auf der die Opferkontaktfläche 7 angeordnet ist, eine in Steckrichtung S der Opferkontaktfläche 7 nachgeordnete, elektrisch isolierende Isolierfläche 13 aufweist. Die Isolierfläche 13 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Außenfläche einer Isolierhülse ausgebildet. Auf diese Weise kann die Stromübertragung während des Betriebs auf die Betriebskontaktflächen 6, 6' begrenzt sein.
Der Steckverbinder 2 und der Gegensteckverbinder 3 können jeweils mit einer nicht dargestellten elektrischen Baugruppe elektrisch verbindbar sein, beispielsweise über einen jeweiligen, von dem Steckbereich abgewandten Verbindungsabschnitt 14. Ein Verbindungsabschnitt 14 ist aber nicht unbedingt erforderlich. Es kann beispielsweise auch vorgesehen sein, dass der elektrische Steckverbinder 2 in der Art eines Adapters ausgebildet ist und ein beidseitiges Steckinterface aufweist (beispielsweise eine Opferkontaktfläche 7 an beiden Endabschnitten sowie einen jeweiligen Federkontaktstift 9 mit entsprechenden Betriebskontaktfläche 6), um eine beidseitige Kontaktierung bzw. um eine Verbindung zwischen zwei Gegensteckverbindern 3 zu ermöglichen.
Grundsätzlich lässt sich die beschriebene elektrische Steckverbindung 1 für beliebige Anwendungen innerhalb der gesamten Elektrotechnik vorteilhaft einsetzen, insbesondere zur Übertragung hoher elektrischer Spannungen und/oder Ströme, allerdings auch zur Übertragung elektrischer Datensignale. Eine besonders vorteilhafte Verwendung der elektrischen Steckverbindung 1 kann die Fahrzeugtechnik betreffen, insbesondere Verbindungssysteme zur mechanischen und elektrischen Verbindung eines Fahrzeugs mit einem weiteren Fahrzeug und/oder mit einer stationären Einrichtung.
Beispielhaft ist in Figur 4 ein erfindungsgemäßes Fahrzeugkupplungssystem 15. Das Fahrzeugkupplungssystem 15 weist mehrere elektrische Steckverbinder 2 gemäß den vorstehenden Ausführungen und mehrere elektrische Gegensteckverbinder 3 gemäß den vorstehenden Ausführungen auf, die in einer Reihen- und Spaltenanordnung auf dem Interface bzw. auf der Schnittstelle verteilt sind.
Die Steckverbinder 2 bzw. Kontaktelemente 4 können beispielsweise auch quasi-koaxial angeordnet und verschaltet sein. Beispielsweise kann einer der Steckverbinder 2 bzw. Kontaktelemente 4 zentral angeordnet sein und zur Signalübertragung verwendet werden (z. B. in der Hochfrequenztechnik), wobei mehrere weitere Steckverbinder 2 bzw. Kontaktelemente 4 um den zentralen Steckverbinder 2 herum angeordnet sein können, die zur Übertragung einer Referenzspannung (z. B. Masse) dienen, insbesondere mit dem Ziel einer Abschirmung des zentralen Steckverbinders 2. Zur Bereitstellung einer mechanischen Verbindung mit einem weiteren Fahrzeugkupplungssystem eines weiteren Fahrzeugs oder einer stationären Einrichtung kann das Fahrzeugkupplungssystem 15 grundsätzlich bekannte mechanische Verbindungselemente aufweisen, beispielsweise die dargestellten Aus- sparungen 16, die von korrespondierenden Rastelementen eines weiteren Fahrzeugkupplungssystems hintergriffen werden können.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Elektrischer Steckverbinder (2), aufweisend ein elektrisches Kontaktelement (4) zur elektrischen und mechanischen Kontaktierung eines elektrischen Gegenkontaktelements (5) eines elektrischen Gegensteckverbinders (3), wobei das Kontaktelement (4) eine Betriebskontaktfläche (6) und eine auf einer Mantelfläche angeordnete Opferkontaktfläche (7) aufweist, und wobei die Opferkontaktfläche (7) und die Betriebskontaktfläche (6) derart angeordnet und ausgebildet sind, dass bei einem Steckvorgang des Steckverbinders (2) mit dem Gegensteckverbinder (3) zuerst die Opferkontaktfläche (7) und erst anschließend die Betriebskontaktfläche (6) das Gegenkontaktelement (5) kontaktiert, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Betriebskontaktfläche (6) auf einer Stirnfläche des Kontaktelements (4) angeordnet ist, um das Gegenkontaktelement (5) stirnseitig zu kontaktieren.
2. Elektrischer Steckverbinder (2) nach Anspruch 1 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Kontaktelement (4) eine elektrische Verbindung zwischen der Betriebskontaktfläche (6) und der Opferkontaktfläche (7) ausbildet.
3. Elektrischer Steckverbinder (2) nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Betriebskontaktfläche (6) und die Opferkontaktfläche (7) aus demselben Material ausgebildet sind.
4. Elektrischer Steckverbinder (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Kontaktelement (4) durch ein trennendes Verfahren, insbesondere ein zerspanendes Verfahren, hergestellt ist.
5. Elektrischer Steckverbinder (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Betriebskontaktfläche (6) auf der Stirnfläche eines Kontaktstiftes (9) des Kontaktelements (4) ausgebildet ist.
6. Elektrischer Steckverbinder (2) nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Kontaktstift ein Federkontaktstift (9) ist.
7. Elektrischer Steckverbinder (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Betriebskontaktfläche (6) gewölbt ausgebildet ist.
8. Elektrischer Steckverbinder (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Mantelfläche, auf der die Opferkontaktfläche (7) ausgebildet ist, eine Außenmantelfläche des Kontaktelements (4) ist, vorzugsweise eine ringförmig umlaufende Außenmantelfläche eines zylindrischen Abschnitts (10) des Kontaktelements (4).
9. Elektrischer Steckverbinder (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Mantelfläche, auf der die Opferkontaktfläche (7) ausgebildet ist, eine Innenmantelfläche des Kontaktelements (4) ist.
10. Elektrischer Steckverbinder (2) nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Kontaktelement (4) zumindest eine Federlasche aufweist, vorzugsweise mehrere Federlaschen einer gemeinsamen Federhülse, wobei die Opferkontaktfläche (7) auf die Innenmantelflä- che(n) der zumindest eine Federlasche verteilt ist.
11. Elektrischer Steckverbinder (2) nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die zumindest eine Federlasche mechanisch vorgespannt ist, vorzugsweise mittels eines zumindest teilringförmig um die zumindest eine Federlasche umlaufend angeordneten Spannbandes (12).
12. Elektrischer Steckverbinder (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Kontaktelement (4) ausgebildet ist, um im vollständig gesteckten Zustand des Steckverbinders (2) mit dem Gegensteckverbinder (3) das Gegenkontaktelement (5) mit der Opferkontaktfläche (7) nicht mehr zu kontaktieren.
13. Elektrischer Steckverbinder (2) nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Kontaktelement (4) auf derselben Mantelfläche, auf der die Opferkontaktfläche (7) angeordnet ist, eine in Steckrichtung (S) der Opferkontaktfläche (7) nachgeordnete, elektrisch isolierende Isolierfläche (13) aufweist.
14. Fahrzeugkupplungssystem (15) zur elektrischen Verbindung eines Fahrzeugs mit einem weiteren Fahrzeug und/oder mit einer stationären Einrichtung, aufweisend zumindest einen elektrischen Steckverbinder (2) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13. 19
Elektrische Steckverbindung (1), aufweisend einen elektrischen Steckverbinder (2) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, und den elektrischen Gegensteckverbinder (3).
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