WO2017050844A1 - Elektrischer steckverbinder sowie elektrische steckverbindung - Google Patents

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WO2017050844A1
WO2017050844A1 PCT/EP2016/072460 EP2016072460W WO2017050844A1 WO 2017050844 A1 WO2017050844 A1 WO 2017050844A1 EP 2016072460 W EP2016072460 W EP 2016072460W WO 2017050844 A1 WO2017050844 A1 WO 2017050844A1
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WO
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contact
electrical
sacrificial
electrical connector
connector
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Application number
PCT/EP2016/072460
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English (en)
French (fr)
Inventor
Arnaud BARLEMONT
Jean-Merri De Vanssay
Original Assignee
HARTING Electronics GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by HARTING Electronics GmbH filed Critical HARTING Electronics GmbH
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
    • H01R13/02—Contact members
    • H01R13/10—Sockets for co-operation with pins or blades
    • H01R13/11—Resilient sockets
    • H01R13/115—U-shaped sockets having inwardly bent legs, e.g. spade type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
    • H01R13/46—Bases; Cases
    • H01R13/53—Bases or cases for heavy duty; Bases or cases for high voltage with means for preventing corona or arcing

Definitions

  • the invention relates to an electrical connector for forming an electrical connector and an electrical connector.
  • Electrical connectors with which an electrical connector is produced, typically each have an electrical contact surface, which is brought into contact with an electrical contact surface of another connector to realize the electrical connector and to enable transmission of an electrical signal.
  • switching currents can occur when the currents or potential differences between the connectors are flowing, when the two electrical connectors are disconnected from each other as long as electrical currents are flowing ("hot-plugging"). that the electrical contact surfaces of the respective electrical connectors erode due to capacitive and / or inductive loads, which adversely affects their life.
  • the eroded contact surfaces of the connectors have the disadvantage that their electrical resistance is greater, which can lead to disturbances or losses in the signal transmission.
  • eroded contact surfaces are no longer suitable for transmitting low signal strengths, since the electrical resistance for this is too great.
  • an electrical connector for forming an electrical connector with another electrical connector, wherein the electrical connector comprises at least one electrical contact surface and at least one sacrificial contact, which is seen in the insertion before the contact surface is arranged, wherein the electrical connector is a spring arm at which the sacrificial contact is provided, wherein the sacrificial contact is elastically movable relative to the contact surface.
  • an electrical connector comprising two electrical connectors which are adapted to form an electrical connector with another electrical connector, wherein the electrical connectors each comprise at least one electrical contact surface and at least one sacrificial contact, each in the insertion direction seen before the contact surface is arranged, wherein the electrical connector is formed as a plug with at least one contact pin and as a socket with at least one contact socket, wherein the sacrificial contact of the socket is in the inserted state without contact.
  • the basic idea of the invention is to provide a sacrificial contact, which is formed separately from the electrical contact surface, on the electrical plug connector, which serves to receive a potentially resulting switching arc during insertion or removal of the electrical connector.
  • the electrical contact surface therefore continues to have a defined electrical resistance, since the electrical contact surface is not or at least clearly less wears off.
  • the electrical connector can therefore be plugged or disconnected with a high number of mating cycles even under load, without the transmission quality of the electrical contact surface and the entire electrical connector are affected. Due to the relative elastic mobility of the victim contact can be moved out of the contact area, so that it is not part of the electrical connection in the inserted state of the connector.
  • the sacrificial contact is arranged such that it is only moved out of the contact area after the switching arc has formed.
  • the spring arm can be realized in a simple manner that the sacrificial contact is elastically movable relative to the contact surface. About the spring arm can also be ensured that the victim contact is not applied to the contact surface of the other electrical connector when plugging or unplugging. Since the sacrificial contact of the socket in the mated state is non-contact, it is ensured that the sacrificial contact of the socket, which erodes over time, has no effect on the electrical connection in the mated state, so that the quality of the electrical connection is not affected by the wear of the sacrificial contact is.
  • the electrical connector is an Ethernet connector that can be used to transmit data in the gigabit range.
  • Such a connector can be used as a replacement for an RJ-45 connector.
  • the electrical connector can be a plug with at least one contact pin or a socket with at least one contact socket.
  • the two types of connectors are also referred to as male and female connectors. Since a corresponding sacrificial contact may be formed on both types of electrical connector can, it is possible to reduce the wear of the components involved in the electrical connector.
  • the victim contact and the contact surface have a distance from one another, in particular viewed in the insertion direction.
  • the distance between the sacrificial contact and the contact surface ensures that the electrical contact surface does not erode when a switching arc forms on the sacrificial contact during insertion or removal.
  • the distance should be as large as possible to optimally protect the contact surface.
  • the distance to be selected has limits. In practice values above 1 mm are recommended for the distance between the contact surface and the sacrificial surface.
  • an electrical connection between the sacrificial contact and the contact surface is provided. This ensures that the victim contact and the electrical contact surface are at the same potential. This ensures that no second switching arc forms between the other connector and the electrical contact surface, through which the electrical contact surface would erode.
  • the sacrificial contact and the contact surface are formed on a common contact element.
  • the contact element only has to be formed from a conductive material.
  • the contact element therefore has two regions with different functions, since the first region serves as a sacrificial contact and the second region serves as a contact surface.
  • the sacrificial contact can be made in one piece with the contact element, so that no subsequent assembly is necessary.
  • the sacrificial contact is provided at a tip of the contact element. This ensures that the Potential equalization takes place immediately at the beginning of a plug-in process, so that the actual contact surfaces are brought into engagement later, when there is no potential difference. Furthermore, the arrangement of the sacrificial contact at the tip of the contact element (in particular a contact pin of a male connector) allows to separate the victim contact spatially far from the contact surface.
  • the contact surface is formed at a constriction of the contact element.
  • This embodiment is particularly suitable for the female electrical connector, which is designed as a socket, since the constriction of the contact element cooperates with the contact pin of the male electrical connector to form the connection in the inserted state.
  • the arrangement of the electrical contact surface at the constriction ensures that there is a good contact when plugged.
  • two contact surfaces are provided on opposite sides of the constriction. This makes it possible to realize a large-area contact, whereby the transmission quality is improved accordingly.
  • a further embodiment provides that the sacrificial contact is elastically movable relative to the contact surface. In this way, the victim contact can be moved out of the contact region, so that it is not part of the electrical connection in the inserted state of the connector.
  • the sacrificial contact is arranged such that it is only moved out of the contact area after the switching arc has formed.
  • the spring arm may also be part of the contact element on which both the sacrificial contact and the contact surface are formed and spaced from each other.
  • a further embodiment provides that the sacrificial contact is U-shaped in cross-section.
  • the sacrificial contact is provided in particular for the electrical connector designed as a socket, the contact pin of the plug is surrounded over a large area by the victim contact. This ensures that a switching arc, which can be present at a corresponding potential difference during insertion or an existing current flow during unplugging, between the two sacrificial contacts and not with other electrically conductive components of the electrical connectors.
  • the victim contact may have a ramp-like front edge.
  • the ramp-like front edge ensures that the victim contact is adjusted accordingly when inserting the other connector, in particular pressed down. This is possible in particular because the victim contact is arranged on the spring arm, which is elastically movable.
  • the victim contact is tiltably formed with respect to the adjoining spring arm. This ensures that the front edge of the sacrificial contact at least partially folds down when inserting the other connector, so that the sacrificial contact does not come into contact with the electrical contact surface of the other connector when the contact element of the other connector slides along the sacrificial contact.
  • the plug can rest in the inserted state via its contact surface on the contact surface of the socket.
  • the electrical connection is ensured in the electrical connector, via which a corresponding signal is transmitted.
  • the victim contact of the plug in the inserted state is free of contact. This ensures that the sacrificial contact of the connector, which erodes over time, has no influence on the electrical connection in the inserted state, so that the quality of the electrical connection is not affected by the wear of the sacrificial contact.
  • FIG. 1 shows a sectional view of an electrical plug connection according to the invention at a first point in time of the insertion process
  • FIG. 2 shows the electrical plug connection according to the invention from FIG. 1 at a second point in time of the insertion process
  • FIG. 3 shows the electrical plug connection according to the invention in FIGS. 1 and 2 at a third point in time of the insertion process
  • FIG. 4 shows the electrical plug connection according to the invention of FIGS. 1 to 3 at a fourth point in time of the insertion process
  • FIG. 5 shows the electrical plug connection according to the invention of FIGS. 1 to 4 in the inserted state in another sectional plane
  • FIG. 6 shows the electrical plug connection according to the invention of FIGS. 1 to 5 in a first position of the removal operation
  • FIG. 7 shows the electrical plug connection according to the invention of FIGS. 1 to 6 in a second position of the removal operation
  • FIG. 8 shows the electrical plug connection according to the invention of FIGS. 1 to 7 in the unplugged state
  • FIG. 9 is a perspective view of the contact elements of the electrical connector of the invention of Figures 1 to 8,
  • Figure 10 is a plan view of the contact elements of Figure 9 in the inserted state.
  • FIG. 11 is a side view of the contact elements of FIG. 10.
  • an electrical connector 10 which includes a first electrical connector 12 and a second electrical connector 14.
  • the connector 10 is used for data transmission in the gigabit range, especially in motor vehicles.
  • the first connector 12 is formed as a plug 16 which is inserted into the second electrical connector 14, which is designed as a socket 18.
  • the first electrical connector 12 has an insulating housing 20, which surrounds a contact element 22 to the outside insulating.
  • the contact element 22 is formed in the embodiment shown as a contact pin.
  • the contact element 22 has a tip 24, on which a sacrificial contact 26 is formed, whose function will be explained below.
  • the contact element 22 of the plug 16 has an electrical contact surface 28 which is formed by the lateral surface of the pin-shaped contact element 22 or at least by a partial region of the lateral surface.
  • the contact surface 28 lies in the insertion direction behind the sacrificial contact 26.
  • the outer surface of the contact element 22 may be interrupted, thereby providing a surface separation of the sacrificial contact 26 and the electrical contact surface 28, although both are electrically connected together.
  • the sacrificial contact 26 and the electrical contact surface 28 may consist of other materials, at least superficially.
  • the electrical contact surface 28 may be coated with another material, in particular a material with a low electrical resistance.
  • the second electrical connector 14 also has an insulating housing 29, which surrounds a contact socket 30 to the outside insulating. In the contact socket, a contact element 32 is provided, which is only partially shown in Figure 1 due to the sectional view.
  • the contact element 32 of the bush 18 has two electrical contact surfaces 34, 36, which interact in the inserted state of the electrical connector 10 with the electrical contact surface 28 of the plug 16 to provide an electrical connection. This will be explained in detail below.
  • the contact element 32 of the bushing 18 has a sacrificial contact 38, which is formed in a substantially U-shaped cross-section.
  • the sacrificial contact 38 is electrically connected to the electrical contact surfaces 34, 36 via a spring arm 40, which is part of the contact element 32, so that the sacrificial contact 38 and the two electrical contact surfaces 34, 36 are at a common electrical potential.
  • the sacrificial contact 38 is also arranged at a distance from the two electrical contact surfaces 34, 36.
  • the sacrificial contact 38 is arranged in the insertion direction in front of the contact element 32 of the bush 18.
  • the spring arm 40 is shaped such that the sacrificial contact 38 lies substantially in a plane with the electrical contact surfaces 34, 36.
  • the spring arm 40 extends substantially parallel to the insertion direction, wherein it has an intermediate portion which results in a displacement of the height, which is perpendicular to the insertion direction (see in particular Figure 2).
  • the intermediate portion is formed as a transition portion with a constant pitch, so that the height of the spring arm 40 changes slowly.
  • the intermediate portion could also be formed step-shaped.
  • the sacrificial contact 38, which is arranged at the end of the spring arm 40, thus has a different height than the spring arm 40 in the region in which the spring arm 40 along the electrical contact surfaces 34, 36 extends, in particular below the electrical contact surfaces 34, 36th ,
  • the shape of the spring arm 40 ensures that the spring arm 40 on the one hand has a sufficient distance from the electrical contact surfaces 34, 36 and on the other hand, the sacrificial contact 38th has enough clearance to move elastically with respect to the electrical contact surfaces 34, 36 can.
  • the two contact surfaces 34, 36 are provided in the region of a constriction 42 of the contact element 32, wherein the two contact surfaces 34, 36 are formed on opposite sides of this constriction 42 (see in particular FIG. 10).
  • the electrical contact surfaces 28, 34, 36 of the connectors 12, 14 are preferably formed of a noble metal, such as silver or gold, so that they have a low electrical resistance. According to one aspect of the connector 10 exactly two contacts in each connector 12, 14 are provided. Thus, the data transmission via two wires ("twisted pair").
  • a switching arc S can already form between the opposing sacrificial contacts 26, 38, as shown schematically. Accordingly, an electrical connection between the contact elements 22, 32 of the connector 12, 14 may already be present.
  • the switching arc S is formed between the sacrificial contacts 26, 38, as seen in the insertion direction are each arranged at the front of each connector 12, 14.
  • the switching arc S can arise, for example, in the case of a large potential difference between the two contact elements 22, 32, in particular in the case of a so-called "hot plugging” or "hot plugging”.
  • the two connectors 12, 14 are further pushed into each other, wherein they are brought into the position shown in Figure 2, in which there is an immediate mechanical contact between the two contact elements 22, 32, in particular the sacrificial contacts 26, 38 provided thereon ,
  • the sacrificial contact 38 is arranged to be elastically movable, so that it can move relative to the contact surfaces 34, 36, as can be seen from a comparison of FIGS. 1 and 2.
  • the tip 24 of the inserted contact element 22 presses on the ramp-like front edge of the sacrificial contact 38 of the socket 18 to press the victim contact 38 down. This is possible because the sacrificial contact 38 is arranged on the spring arm 40, which is elastically movable.
  • the thickness of the front edge increases starting from the free end in the insertion direction.
  • the ramp-like configuration of the front edge is therefore designed such that the ramp rises seen in the insertion direction.
  • the sacrificial contact 38 is tiltably formed with respect to the adjoining spring arm 40 provided between the sacrificial contact 38 and the electrical contact surfaces 34, 36.
  • the front edge of the sacrificial contact 38 partially folds down, so that the front edge of the sacrificial contact 38 does not come into contact with the electrical contact surface 28 of the plug 16 when the plug 16 is inserted, when the contact element 22 of the plug 16 along the sacrificial contact 38 of the socket 18 slides.
  • the victim contact 38 is in particular reversibly tiltable with respect to the spring arm 40, so that the victim contact 38 automatically returns to its initial position.
  • the plug 16 can now be pushed further into the socket 18, in particular the contact socket 30, so that the sacrificial contact 26 of the plug 16 is pushed past the sacrificial contact 38 of the socket 18 in the direction of the electrical contact surfaces 34, 36 of the socket 18.
  • the sacrificial contact 26 of the plug 16 is in the region of the electrical contact surfaces 34, 36 of the socket 18.
  • the tip 24 of the contact element 22, on which the sacrificial contact 26 is provided but this is not in contact with the electrical contact surfaces 34, 36, whereby they are not polluted by the eroded victim contact 26.
  • the contact surfaces 34, 36 of the bush 18 are arranged in the insertion direction behind ramp-like side surfaces 44, 46, which is why the contact surfaces 34, 36 are in the region of the constriction 42.
  • the tip 24 of the contact element 22 presses on the ramp-like side surfaces 44, 46, whereby the constriction 42 is optionally widened.
  • the inserted state does not reach the plugged state of the electrical plug connection 10.
  • the plugged state is only reached when the plug 16 has been pushed into the socket 18 so far that the two electrical contact surfaces 34, 36 of the socket 18 abut the electrical contact surface 28 of the plug 16 and an electrical connection is formed.
  • This inserted state is shown in Figure 5, in which a different sectional plane is shown as the figures 1 to 4. From this figure shows that in the mated condition of the victim contact 26 of the plug 16 is not applied to the electrical contact surfaces 34, 36 or any other portion of the contact element 32 of the sleeve 18. Accordingly, it is formed a gap between the tip 24 of the contact element 22 and the contact element 32 in the inserted state.
  • the sacrificial contact 38 of the socket 18 also does not contact the contact element 22 of the plug 16, since the plug 16 has a corresponding recess 48, in which the sacrificial contact 38, which is U-shaped in cross-section, remains at a distance from the contact element 22.
  • the victim contact 38 of the socket 18 is thus contact-free in the inserted state.
  • the sacrificial contact 38 is provided at its front edge with a ramp-like surface over which a tilting movement of the sacrificial contact 38 is made possible. This occurs, for example, when the victim contact 38 in the inserted state rests against an element that has an oblique surface to the insertion direction, as is the case in the exemplary embodiment shown (see FIG. 5).
  • the contact-free positioning of the sacrificial contact 38 in the inserted state is additionally ensured by the fact that the sacrificial contact 38 is tiltably movable in relation to the spring arm 40 and / or via the spring arm 40.
  • the non-contact positioning of the sacrificial contacts 26, 38 ensures that the eroded sacrificial contacts 26, 38 have no effect on the quality of the electrical connection in the inserted state of the electrical connector 10, since they are not part of the electrical connection.
  • the contact-free positioning of the sacrificial contacts 26, 38 in the inserted state can be achieved solely by the geometry of the contact elements 22, 32. Alternatively or additionally, this can be ensured via the elastic mounting of the sacrificial contacts 26, 38.
  • the victim contact 38 is thus coupled via two articulated couplings with the associated electrical contact surfaces 34, 36.
  • the joint-like couplings are the spring arm 40, on which the sacrificial contact 38 is arranged, as well as the additional tilting possibility of the sacrificial contact 38 with respect to the spring arm 40.
  • the tiltability of the sacrificial contact 38 can be realized by a corresponding material section of the spring arm 40. The material section is then designed such that it reversibly bends, ie elastically.
  • the plug 16 may further comprise a body portion, starting from which the corresponding contact surface 28 extends in the insertion direction.
  • the body portion may also have a ramp-like shape which cooperates with the socket 18 in the inserted state, in particular the sacrificial contact 18 of the socket 18.
  • the ramp-like portion of the body portion extends in the opposite direction with respect to the insertion direction, the ramp decreases in the insertion direction and in the contact surface 28 passes.
  • the sacrificial contact 38 initially slides along the contact surface 28 when plugged in, wherein it is then adjusted shortly before the inserted state due to the ramp-like shape of the body portion, in particular pushed down, since the sacrificial contact 38 is displaced along the ramp-like area (see in particular Figures 10 and 1 1).
  • the ramp-like portion of the body portion of the plug 16 hit the ramp-like projection of the sacrificial contact 38, whereby the reversible Verstellrial is amplified accordingly, since the ramp-like portion and the ramp-like projection are formed accordingly.
  • this also ensures that the victim contact 38 is not connected when plugged in, so it does not abut the contact surface 28 of the plug 16 that is designed for transmission.
  • the body portion may be formed from a correspondingly different, in particular electrically non-conductive, material or at least be coated therewith.
  • the body portion is a cap-like body.
  • the two electrical connectors 12, 14 are moved relative to each other, so that the contact element 22 of the plug 16 along the electrical contact surfaces 34 to 36 slides.
  • the electrical contact surfaces 34, 36 of the socket 18 do not contact the sacrificial contact 26 of the plug 16. This is due to the geometry of the contact elements 22, 32, in particular the ramp-like side surfaces 44, 46, which are not part of the electrical contact surfaces 34, 36.
  • the sacrificial contact 38 of the socket 18 rests against the electrical contact surface 28 of the contact element 22 of the plug 16, which is possible due to the spring arm 40, since the sacrificial contact 38 can thereby move along the contour of the contact element 22, in particular with a rear area, which is less eroded than the leading edge of the sacrificial contact 38.
  • the two contact elements 22, 32 are electrically and mechanically coupled only via their sacrificial contacts 26, 38, which is why no switching arc is yet formed.
  • the electrical contact surfaces 28, 34, 36 are in this position already outside the contact area, whereby they are protected.
  • a switching arc S due to capacitive phenomena between the two contact elements 22, 32 arise, in particular between the two Victim contacts 26, 38.
  • the switching arc S also occurs only between the two sacrificial contacts 26, 38, so that only this erode and the electrical contact surfaces 28, 34, 36 do not wear.
  • the sacrificial contacts 26, 38 are arranged in the insertion direction at the front and in the removal direction at the rear with respect to the respective connector 12, 14. This means that the sacrificial contacts 26, 38 are opposite each other when plugged in and last when unplugged.
  • the plug 16 may comprise a contact element having a spring arm on which the sacrificial contact is formed.
  • the sacrificial contact can be U-shaped, in particular in cross section.
  • the contact elements 22, 32 are formed so that the eroded sacrificial contacts 26, 38 have no or a negligible contact with the high-quality electrical contact surfaces 28, 34, 36, whereby they are not polluted.

Landscapes

  • Details Of Connecting Devices For Male And Female Coupling (AREA)
  • Connector Housings Or Holding Contact Members (AREA)

Abstract

Ein elektrischer Steckverbinder (12, 14) ist beschrieben, der zur Ausbildung einer elektrischen Steckverbindung (10) mit einem weiteren elektrischen Steckverbinder (12, 14) vorgesehen ist. Der elektrische Steckverbinder (12, 14) umfasst wenigstens eine elektrische Kontaktfläche (28, 34, 36) und zumindest einen Opferkontakt (26, 38), der in Einsteckrichtung gesehen vor der Kontaktfläche (28, 34, 36) angeordnet ist, wobei der elektrische Steckverbinder (12, 14) einen Federarm (40) aufweist, an dem der Opferkontakt (26, 38) vorgesehen ist, wobei der Opferkontakt (26, 38) relativ zur Kontaktfläche (28, 34, 36) elastisch bewegbar ist. Ferner ist eine elektrische Steckverbindung (10) beschrieben.

Description

Elektrischer Steckverbinder sowie elektrische Steckverbindung
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Steckverbinder zur Ausbildung einer elektrischen Steckverbindung sowie eine elektrische Steckverbindung.
Elektrische Steckverbinder, mit denen eine elektrische Steckverbindung herstellbar ist, weisen typischerweise jeweils eine elektrische Kontaktfläche auf, die mit einer elektrischen Kontaktfläche eines anderen Steckverbinders in Verbindung gebracht wird, um die elektrische Steckverbindung zu realisieren und eine Übertragung eines elektrischen Signals zu ermöglichen.
Es ist allgemein bekannt, dass bei fließenden Strömen bzw. großen Potenzialunterschieden zwischen den Steckverbindern Schaltlichtbögen entstehen können, wenn die beiden elektrischen Steckverbinder voneinander getrennt bzw. miteinander verbunden werden, solange elektrische Ströme fließen („Hot-plugging"). Die Schaltlichtbögen führen dazu, dass die elektrischen Kontaktflächen der jeweiligen elektrischen Steckverbinder aufgrund von kapazitiven und/oder induktiven Belastungen erodieren, was ihre Lebensdauer negativ beeinflusst.
Die erodierten Kontaktflächen der Steckverbinder haben den Nachteil, dass deren elektrischer Widerstand größer ist, was zu Störungen oder Verlusten bei der Signalübertragung führen kann. Insbesondere eignen sich erodierte Kontaktflächen nicht mehr zur Übertragung von geringen Signalstärken, da der elektrische Widerstand hierfür zu groß ist.
Die DE 10 2012 103 215 A1 , US 6,790,101 B1 , US 2007/0059973 A1 und US 2014/02428224 A1 zeigen jeweils einen gattungsgemäßen elektrischen Steckverbinder. Aus der DE 10 2013 210 343 A1 ist darüber hinaus eine elektrische Steckverbindung bekannt, bei der die Opferkontakte in Einsteckrichtung gesehen hinter den Kontaktflächen vorgesehen sind. Die US 2004/0224575 A1 zeigt einen elektrischen Steckverbinder, der einen Opferkontakt aufweist, der in Einsteckrichtung gesehen vor der Kontaktfläche angeordnet ist.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen elektrischen Steckverbinder sowie eine elektrische Steckverbindung bereitzustellen, mit denen eine hohe Lebensdauer bei möglichst gleichbleibender Übertragungsqualität gewährleistet ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine elektrische Steckverbindung zur Ausbildung einer elektrischen Steckverbindung mit einem weiteren elektrischen Steckverbinder gelöst, wobei der elektrische Steckverbinder wenigstens eine elektrische Kontaktfläche und zumindest einen Opferkontakt umfasst, der in Einsteckrichtung gesehen vor der Kontaktfläche angeordnet ist, wobei der elektrische Steckverbinder einen Federarm aufweist, an dem der Opferkontakt vorgesehen ist, wobei der Opferkontakt relativ zur Kontaktfläche elastisch bewegbar ist.
Ferner wird die Aufgabe der Erfindung durch eine elektrische Steckverbindung gelöst, die zwei elektrische Steckverbinder umfasst, die zur Ausbildung einer elektrischen Steckverbindung mit einem weiteren elektrischen Steckverbinder gelöst, wobei die elektrischen Steckverbinder jeweils wenigstens eine elektrische Kontaktfläche und zumindest einen Opferkontakt umfassen, der jeweils in Einsteckrichtung gesehen vor der Kontaktfläche angeordnet ist, wobei die elektrischen Steckverbinder als ein Stecker mit wenigstens einem Kontaktstift und als eine Buchse mit wenigstens einer Kontaktbuchse ausgebildet sind, wobei der Opferkontakt der Buchse im gesteckten Zustand kontaktfrei ist. Der Grundgedanke der Erfindung ist es, einen von der elektrischen Kontaktfläche separat ausgebildeten Opferkontakt am elektrischen Steckverbinder vorzusehen, der während des Ein- bzw. Aussteckens des elektrischen Steckverbinders zur Aufnahme eines möglicherweise entstehenden Schaltlichtbogens dient. Hierdurch ist gewährleistet, dass lediglich der Opferkontakt erodiert, wohingegen die elektrische Kontaktfläche nicht verschleißt, die zur Signalübertragung im gesteckten Zustand dient. Die elektrische Kontaktfläche weist demnach weiterhin einen definierten elektrischen Widerstand auf, da die elektrische Kontaktfläche nicht oder zumindest deutlich weniger verschleißt. Die elektrische Steckverbindung kann daher mit einer hohen Zahl von Steckzyklen auch unter Last gesteckt bzw. getrennt werden, ohne dass die Übertragungsqualität der elektrischen Kontaktfläche und des gesamten elektrischen Steckverbinders beeinträchtigt werden. Aufgrund der relativen elastischen Bewegbarkeit kann der Opferkontakt aus dem Kontaktbereich bewegt werden, sodass dieser nicht Teil der elektrischen Verbindung im gesteckten Zustand der Steckverbindung ist. Der Opferkontakt ist dabei derart angeordnet, dass er erst aus dem Kontaktbereich bewegt wird, nachdem sich der Schaltlichtbogen ausgebildet hat. Über den Federarm kann in einfacher Weise realisiert werden, dass der Opferkontakt relativ zur Kontaktfläche elastisch bewegbar ist. Über den Federarm kann ferner sichergestellt werden, dass der Opferkontakt nicht an der Kontaktfläche des anderen elektrischen Steckverbinders beim Ein- bzw. Ausstecken anliegt. Da der Opferkontakt der Buchse im gesteckten Zustand kontaktfrei ist, ist gewährleistet, dass der Opferkontakt der Buchse, der mit der Zeit erodiert, keinen Einfluss auf die elektrische Verbindung im gesteckten Zustand hat, sodass die Qualität der elektrischen Verbindung nicht durch den Verschleiß des Opferkontakts beeinträchtigt ist.
Insbesondere handelt es sich bei dem elektrischen Steckverbinder um einen Ethernet-Steckverbinder, mit dem Daten im Gigabit-Bereich übertragen werden können. Ein solcher Stecker kann als Ersatz für einen RJ-45-Steckverbinder verwendet werden.
Aufgrund der hohen Kontaktgüte, die aufgrund des Opferkontakts auch bei wiederholtem „heißes Ein- bzw. Ausstecken" (auch als „Hot Plugging" bezeichnet) gewährleistet ist, können mit einem erfindungsgemäßen Steckverbinder Datenraten im Gigabit-Bereich mit nur zwei Kontakten (und nicht 8, wie bei einem RJ-45-Steckverbinder) übertragen werden.
Bei dem elektrischen Steckverbinder kann es sich um einen Stecker mit wenigstens einem Kontaktstift oder um eine Buchse mit wenigstens einer Kontaktbuchse handeln. Die beiden Arten an Steckverbindern werden auch als männlicher bzw. weiblicher Steckverbinder bezeichnet. Da an beiden Arten eines elektrischen Steckverbinders ein entsprechender Opferkontakt ausgebildet sein kann, ist es möglich, den Verschleiß der an der elektrischen Steckverbindung beteiligten Komponenten zu reduzieren.
Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass der Opferkontakt und die Kontaktfläche einen Abstand zueinander aufweisen, insbesondere in der Steckrichtung betrachtet. Der Abstand zwischen dem Opferkontakt und der Kontaktfläche stellt sicher, dass die elektrische Kontaktfläche nicht erodiert, wenn sich ein Schaltlichtbogen am Opferkontakt beim Ein- bzw. Ausstecken bildet.
Grundsätzlich gilt, dass der Abstand so groß wie möglich sein sollte, um die Kontaktfläche optimal zu schützen. Hinsichtlich der Abmessungen der Stecker sind dem zu wählenden Abstand natürlich Grenzen gesetzt. In der Praxis sind Werte ab 1 mm für den Abstand zwischen der Kontaktfläche und der Opferfläche empfehlenswert.
Insbesondere ist eine elektrische Verbindung zwischen dem Opferkontakt und der Kontaktfläche vorgesehen. Hierdurch ist sichergestellt, dass der Opferkontakt und die elektrische Kontaktfläche auf demselben Potenzial liegen. Dies gewährleistet, dass sich kein zweiter Schaltlichtbogen zwischen dem anderen Steckverbinder und der elektrischen Kontaktfläche ausbildet, durch den die elektrische Kontaktfläche erodieren würde.
Gemäß einer Ausführungsform sind der Opferkontakt und die Kontaktfläche an einem gemeinsamen Kontaktelement ausgebildet. Hierdurch ist in einfacher Weise sichergestellt, dass der Opferkontakt und die elektrischen Kontaktfläche elektrisch verbunden sind. Das Kontaktelement muss hierzu lediglich aus einem leitfähigen Material ausgebildet sein. Darüber hinaus ist es durch die geometrische Ausbildung des Kontaktelements in einfacher Weise möglich, den vorgesehenen Abstand zwischen dem Opferkontakt und der Kontaktfläche zu realisieren. Das Kontaktelement weist demnach zwei Bereiche mit unterschiedlicher Funktion auf, da der erste Bereich als Opferkontakt und der zweite Bereich als Kontaktfläche dient. Weiterhin ergeben sich Vorteile bei der Herstellung, da der Opferkontakt einstückig mit dem Kontaktelement ausgeführt werden kann, sodass keine nachträgliche Montage notwendig ist.
Gemäß einer ersten Ausführungsform ist der Opferkontakt an einer Spitze des Kontaktelements vorgesehen. Dies gewährleistet, dass der Potentialausgleich unmittelbar zu Beginn eines Steckvorgangs erfolgt, sodass die eigentlichen Kontaktflächen später in Eingriff gebracht werden, wenn keine Potentialdifferenz mehr vorliegt. Weiterhin ermöglicht die Anordnung des Opferkontakts an der Spitze des Kontaktelements (insbesondere eines Kontaktstifts eines männlichen Steckverbinders), den Opferkontakt räumlich weit von der Kontaktfläche zu trennen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Kontaktfläche an einer Verengung des Kontaktelements ausgebildet. Diese Ausführungsform eignet sich insbesondere für den weiblichen elektrischen Steckverbinder, der als Buchse ausgebildet ist, da die Verengung des Kontaktelements mit dem Kontaktstift des männlichen elektrischen Steckverbinders zusammenwirkt, um die Verbindung im gesteckten Zustand auszubilden. Die Anordnung der elektrischen Kontaktfläche an der Verengung stellt sicher, dass im gesteckten Zustand eine gute Kontaktierung vorliegt. Über die Verengung und vorgelagerte rampenartige Flächen ist es insbesondere möglich, dass die Opferkontakte während des Einsteck- bzw. Aussteckvorgangs die Kontaktflächen nicht oder lediglich geringfügig berühren.
Insbesondere sind zwei Kontaktflächen an gegenüberliegenden Seiten der Verengung vorgesehen. Hierdurch lässt sich eine großflächige Kontaktierung realisieren, wodurch die Übertragungsqualität entsprechend verbessert ist.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass der Opferkontakt relativ zur Kontaktfläche elastisch bewegbar ist. Hierdurch kann der Opferkontakt aus dem Kontaktbereich bewegt werden, sodass dieser nicht Teil der elektrischen Verbindung im gesteckten Zustand der Steckverbindung ist. Der Opferkontakt ist dabei derart angeordnet, dass er erst aus dem Kontaktbereich bewegt wird, nachdem sich der Schaltlichtbogen ausgebildet hat.
Der Federarm kann darüber hinaus Teil des Kontaktelements sein, an dem sowohl der Opferkontakt als auch die Kontaktfläche ausgebildet und zueinander beabstandet sind. Hierdurch werden in einfacher Weise mehrere vorteilhafte Aspekte durch ein einziges Bauteil realisiert.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass der Opferkontakt im Querschnitt U-förmig ausgebildet ist. Gemäß dieser Ausführungsform, die insbesondere für den als Buchse ausgebildeten elektrischen Steckverbinder vorgesehen ist, ist der Kontaktstift des Steckers großflächig vom Opferkontakt umgeben. Dies stellt sicher, dass sich ein Schaltlichtbogen, der bei einem entsprechenden Potenzialunterschied beim Einstecken oder einem bestehenden Stromfluß beim Ausstecken vorliegen kann, zwischen den beiden Opferkontakten ausbildet und nicht mit anderen elektrisch leitfähigen Bauteilen der elektrischen Steckverbinder.
Der Opferkontakt kann eine rampenartig ausgebildete vordere Kante aufweisen. Die rampenartig ausgebildete vordere Kante stellt sicher, dass der Opferkontakt beim Einstecken des anderen Steckverbinders entsprechend verstellt wird, insbesondere nach unten gedrückt wird. Dies ist insbesondere möglich, da der Opferkontakt am Federarm angeordnet ist, der elastisch bewegbar ist.
Insbesondere ist der Opferkontakt kippbar in Bezug auf den sich anschließenden Federarm ausgebildet. Hierdurch ist sichergestellt, dass die vordere Kante des Opferkontakts beim Einstecken des anderen Steckverbinders zumindest teilweise nach unten klappt, sodass der Opferkontakt nicht mit der elektrischen Kontaktfläche des anderen Steckverbinders in Berührung kommt, wenn das Kontaktelement des anderen Steckverbinders entlang dem Opferkontakt gleitet.
Ferner kann der Stecker im gesteckten Zustand über seine Kontaktfläche an der Kontaktfläche der Buchse anliegen. Hierdurch ist die elektrische Verbindung bei der elektrischen Steckverbindung gewährleistet, über die ein entsprechendes Signal übertragen wird. Insbesondere ist vorgesehen, dass der Opferkontakt des Steckers im gesteckten Zustand kontaktfrei ist. Hierdurch ist gewährleistet, dass der Opferkontakt des Steckers, der mit der Zeit erodiert, keinen Einfluss auf die elektrische Verbindung im gesteckten Zustand hat, sodass die Qualität der elektrischen Verbindung nicht durch den Verschleiß des Opferkontakts beeinträchtigt ist. Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
Figur 1 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen elektrischen Steckverbindung zu einem ersten Zeitpunkt des Einsteckvorgangs,
Figur 2 die erfindungsgemäße elektrische Steckverbindung von Figur 1 zu einem zweiten Zeitpunkt des Einsteckvorgangs,
Figur 3 die erfindungsgemäße elektrische Steckverbindung der Figuren 1 und 2 zu einem dritten Zeitpunkt des Einsteckvorgangs,
Figur 4 die erfindungsgemäße elektrische Steckverbindung der Figuren 1 bis 3 zu einem vierten Zeitpunkt des Einsteckvorgangs,
Figur 5 die erfindungsgemäße elektrische Steckverbindung der Figuren 1 bis 4 im gesteckten Zustand in einer anderen Schnittebene,
Figur 6 die erfindungsgemäße elektrische Steckverbindung der Figuren 1 bis 5 in einer ersten Position des Aussteckvorgangs,
Figur 7 die erfindungsgemäße elektrische Steckverbindung der Figuren 1 bis 6 in einer zweiten Position des Aussteckvorgangs,
Figur 8 die erfindungsgemäße elektrische Steckverbindung der Figuren 1 bis 7 im ausgesteckten Zustand,
Figur 9 eine perspektivische Ansicht der Kontaktelemente der erfindungsgemäßen elektrischen Steckverbindung der Figuren 1 bis 8,
Figur 10 eine Draufsicht auf die Kontaktelemente von Figur 9 im gesteckten Zustand, und
Figur 1 1 eine Seitenansicht der Kontaktelemente von Figur 10.
In Figur 1 ist eine elektrische Steckverbindung 10 gezeigt, die einen ersten elektrischen Steckverbinder 12 und einen zweiten elektrischen Steckverbinder 14 umfasst. Die Steckverbindung 10 dient zur Datenübertragung im Gigabit-Bereich, insbesondere bei Kraftfahrzeugen.
Der erste Steckverbinder 12 ist als ein Stecker 16 ausgebildet, der in den zweiten elektrischen Steckverbinder 14 eingesteckt wird, der als Buchse 18 ausgebildet ist.
Der erste elektrische Steckverbinder 12 weist ein isolierendes Gehäuse 20 auf, das ein Kontaktelement 22 nach außen hin isolierend umgibt. Das Kontaktelement 22 ist in der gezeigten Ausführungsform als Kontaktstift ausgebildet. Das Kontaktelement 22 weist eine Spitze 24 auf, an der ein Opferkontakt 26 ausgebildet ist, dessen Funktion nachfolgend noch erläutert wird.
Ferner weist das Kontaktelement 22 des Steckers 16 eine elektrische Kontaktfläche 28 auf, die durch die Mantelfläche des stiftförmig ausgebildeten Kontaktelements 22 gebildet ist oder zumindest durch einen Teilbereich der Mantelfläche. Die Kontaktfläche 28 liegt dabei in der Einsteckrichtung gesehen hinter dem Opferkontakt 26.
Beispielsweise kann die äußere Oberfläche des Kontaktelements 22 unterbrochen sein, wodurch eine oberflächliche Trennung des Opferkontakts 26 und der elektrischen Kontaktfläche 28 geschaffen ist, obwohl beide elektrisch miteinander verbunden sind. Alternativ oder ergänzend können der Opferkontakt 26 und die elektrische Kontaktfläche 28 aus anderen Materialien bestehen, zumindest oberflächlich. Beispielsweise kann die elektrische Kontaktfläche 28 mit einem anderen Material beschichtet sein, insbesondere einem Material mit einem geringen elektrischen Widerstand. Der zweite elektrische Steckverbinder 14 weist ebenfalls ein isolierendes Gehäuse 29 auf, das eine Kontaktbuchse 30 nach außen hin isolierend umgibt. In der Kontaktbuchse ist ein Kontaktelement 32 vorgesehen, welches in Figur 1 aufgrund der Schnittdarstellung nur teilweise gezeigt ist.
Hinsichtlich der beiden Kontaktelemente 22, 32 des ersten und des zweiten elektrischen Steckverbinders 12, 14 wird zusätzlich auf die Figuren 9 bis 1 1 verwiesen, in denen lediglich die Kontaktelemente 22, 32 der Steckverbinder 12, 14 gezeigt sind. Das Kontaktelement 32 der Buchse 18 weist zwei elektrische Kontaktflächen 34, 36 auf, die im gesteckten Zustand der elektrischen Steckverbindung 10 mit der elektrischen Kontaktfläche 28 des Steckers 16 interagieren, um eine elektrische Verbindung bereitzustellen. Dies wird nachfolgend noch detailliert erläutert.
Ferner weist das Kontaktelement 32 der Buchse 18 einen Opferkontakt 38 auf, der im Querschnitt im Wesentlichen U-förmig ausgebildet ist. Der Opferkontakt 38 ist über einen Federarm 40, der Teil des Kontaktelements 32 ist, mit den elektrischen Kontaktflächen 34, 36 elektrisch verbunden, sodass der Opferkontakt 38 und die beiden elektrischen Kontaktflächen 34, 36 auf einem gemeinsamen elektrischen Potential liegen.
Aufgrund des Federarms 40 ist der Opferkontakt 38 zudem von den beiden elektrischen Kontaktflächen 34, 36 beabstandet angeordnet.
Der Opferkontakt 38 ist in Einsteckrichtung gesehen vor dem Kontaktelement 32 der Buchse 18 angeordnet.
Ferner ist der Federarm 40 derart geformt, dass der Opferkontakt 38 im Wesentlichen in einer Ebene mit den elektrischen Kontaktflächen 34, 36 liegt. Der Federarm 40 erstreckt sich im Wesentlichen parallel zur Einsteckrichtung, wobei er einen Zwischenabschnitt aufweist, der einen Versatz der Höhe zur Folge hat, die senkrecht zur Einsteckrichtung ist (siehe insbesondere Figur 2).
In der gezeigten Ausführungsform ist der Zwischenabschnitt als ein Übergangsabschnitt mit konstanter Steigung ausgebildet, sodass sich die Höhe des Federarms 40 langsam verändert. Alternativ könnte der Zwischenabschnitt auch stufenförmig ausgebildet sein. Der Opferkontakt 38, der am Ende des Federarms 40 angeordnet ist, weist demnach eine andere Höhe auf als der Federarm 40 in dem Bereich, in dem sich der Federarm 40 entlang der elektrischen Kontaktflächen 34, 36 erstreckt, insbesondere unterhalb der elektrischen Kontaktflächen 34, 36.
Die Form des Federarms 40, insbesondere der Zwischenabschnitt, stellt sicher, dass der Federarm 40 einerseits einen ausreichenden Abstand zu den elektrischen Kontaktflächen 34, 36 aufweist und andererseits der Opferkontakt 38 ausreichend Spiel hat, um sich elastisch in Bezug auf die elektrischen Kontaktflächen 34, 36 bewegen zu können.
Wie insbesondere aus den Figuren 9 bis 1 1 hervorgeht, sind die beiden Kontaktflächen 34, 36 im Bereich einer Verengung 42 des Kontaktelements 32 vorgesehen, wobei die beiden Kontaktflächen 34, 36 an gegenüberliegenden Seiten dieser Verengung 42 ausgebildet sind (siehe insbesondere Figur 10).
Die elektrischen Kontaktflächen 28, 34, 36 der Steckverbinder 12, 14 sind vorzugsweise aus einem Edelmetall gebildet, beispielsweise Silber oder Gold, sodass sie einen geringen elektrischen Widerstand haben. Gemäß einem Aspekt der Steckverbindung 10 sind genau zwei Kontakte in jedem Steckverbinder 12, 14 vorgesehen. Somit erfolgt die Datenübertragung über zwei Adern („twisted pair").
Im Nachfolgenden wird anhand der Figuren 1 bis 5 erläutert, wie die elektrische Steckverbindung 10 hergestellt wird, das heißt, wie die beiden elektrischen Steckverbinder 12, 14 ineinander gesteckt werden, um eine elektrische Verbindung bereitzustellen.
In der in Figur 1 gezeigten Position des Einsteckvorgangs sind die beiden elektrischen Steckverbinder 12, 14 bereits ineinandergeschoben, da ein mechanischer Kontakt der Gehäuse 20, 29 vorliegt. Die Kontaktelemente 22, 32 berühren sich allerdings noch nicht.
In dieser Position kann sich bereits ein Schaltlichtbogen S zwischen den sich gegenüberliegenden Opferkontakten 26, 38 bilden, wie schematisch dargestellt ist. Demnach kann bereits eine elektrische Verbindung zwischen den Kontaktelementen 22, 32 der Steckverbinder 12, 14 vorliegen. Der Schaltlichtbogen S bildet sich zwischen den Opferkontakten 26, 38 aus, da diese in Einsteckrichtung gesehen jeweils vorne am jeweilige Steckverbinder 12, 14 angeordnet sind.
Der Schaltlichtbogen S kann beispielsweise bei einem großen Potenzialunterschied zwischen den beiden Kontaktelementen 22, 32 entstehen, insbesondere bei einem sogenannten„heißen Einstecken" oder„Hot-Plugging". Während des Einsteckvorgangs werden die beiden Steckverbinder 12, 14 weiter ineinandergeschoben, wobei sie in die in Figur 2 dargestellte Position gebracht werden, in der zwischen den beiden Kontaktelementen 22, 32, insbesondere den daran vorgesehenen Opferkontakten 26, 38, auch eine unmittelbare mechanische Berührung besteht.
Der Opferkontakt 38 ist dabei elastisch bewegbar angeordnet, sodass er sich relativ zu den Kontaktflächen 34, 36 bewegen kann, wie aus einem Vergleich der Figuren 1 und 2 hervorgeht. Die Spitze 24 des eingeschobenen Kontaktelements 22 drückt auf die rampenartig ausgebildete vordere Kante des Opferkontakts 38 der Buchse 18, um den Opferkontakt 38 nach unten zu drücken. Dies ist möglich, da der Opferkontakt 38 am Federarm 40 angeordnet ist, der elastisch bewegbar ist.
Die Dicke der vorderen Kante nimmt dabei vom freien Ende ausgehend in Einsteckrichtung zu. Die rampenartige Ausgestaltung der vorderen Kante ist demnach derart ausgebildet, dass die Rampe in Einsteckrichtung gesehen ansteigt.
In dieser Position kann ein weiterer Schaltlichtbogen entstehen, der insbesondere aufgrund von kapazitiven Erscheinungen auftritt, die beim „hot plugging" vorliegen können. Die beiden elektrischen Steckverbinder 12, 14 werden weiter relativ zueinander verschoben, sodass die Spitze 24 des Kontaktelements 22 über den Opferkontakt 38 des Kontaktelements 32 gleitet.
In der gezeigten Ausführungsform ist der Opferkontakt 38 kippbar in Bezug auf den sich anschließenden Federarm 40 ausgebildet, der zwischen dem Opferkontakt 38 und den elektrischen Kontaktflächen 34, 36 vorgesehen ist. Hierdurch klappt die vordere Kante des Opferkontakts 38 teilweise nach unten, sodass die vordere Kante des Opferkontakts 38 beim Einstecken des Steckers 16 nicht mit der elektrischen Kontaktfläche 28 des Steckers 16 in Berührung kommt, wenn das Kontaktelement 22 des Steckers 16 entlang dem Opferkontakt 38 der Buchse 18 gleitet. Der Opferkontakt 38 ist insbesondere reversibel kippbar in Bezug auf den Federarm 40 ausgebildet, sodass sich der Opferkontakt 38 selbsttätig in seine Ausgangsstellung zurückstellt.
Der Stecker 16 kann nun weiter in die Buchse 18, insbesondere die Kontaktbuchse 30, geschoben werden, sodass der Opferkontakt 26 des Steckers 16 am Opferkontakt 38 der Buchse 18 vorbei in Richtung der elektrischen Kontaktflächen 34, 36 der Buchse 18 geschoben wird.
In der in Figur 4 gezeigten Stellung befindet sich der Opferkontakt 26 des Steckers 16 im Bereich der elektrischen Kontaktflächen 34, 36 der Buchse 18. Die Spitze 24 des Kontaktelements 22, an der der Opferkontakt 26 vorgesehen ist, ist hierbei jedoch nicht in Kontakt mit den elektrischen Kontaktflächen 34, 36, wodurch diese nicht vom erodierten Opferkontakt 26 verschmutzt werden. Dies liegt unter anderem an der Geometrie des Kontaktelements 22, da dies als Kontaktstift mit zulaufender Spitze 24 ausgebildet ist. Demnach liegt lediglich die Mantelfläche des Kontaktelements 22 an den elektrischen Kontaktflächen 34, 36 der Buchse 18 an, die jedoch nicht Teil des erodierten Opferkontakts 26 ist.
Ferner sind die Kontaktflächen 34, 36 der Buchse 18 in Einsteckrichtung gesehen hinter rampenartigen Seitenflächen 44, 46 angeordnet, weswegen die Kontaktflächen 34, 36 im Bereich der Verengung 42 liegen. Beim Einstecken des Steckers 16 drückt die Spitze 24 des Kontaktelements 22 auf die rampenartigen Seitenflächen 44, 46, wodurch die Verengung 42 gegebenenfalls geweitet wird.
Die in Figur 4 gezeigte Stellung stellt demnach nicht den eingesteckten Zustand der elektrischen Steckverbindung 10 dar. Der eingesteckte Zustand ist erst erreicht, wenn der Stecker 16 so weit in die Buchse 18 eingeschoben worden ist, dass die beiden elektrischen Kontaktflächen 34, 36 der Buchse 18 an der elektrischen Kontaktfläche 28 des Steckers 16 anliegen und eine elektrische Verbindung ausgebildet ist. Dieser eingesteckte Zustand ist in Figur 5 gezeigt, in der eine andere Schnittebene als die Figuren 1 bis 4 dargestellt ist. Aus dieser Figur geht hervor, dass im gesteckten Zustand der Opferkontakt 26 des Steckers 16 nicht an den elektrischen Kontaktflächen 34, 36 oder einem sonstigen Abschnitt des Kontaktelements 32 der Buchse 18 anliegt. Demnach ist ein Spalt zwischen der Spitze 24 des Kontaktelements 22 und des Kontaktelements 32 im gesteckten Zustand ausgebildet.
Ferner kontaktiert der Opferkontakt 38 der Buchse 18 auch nicht das Kontaktelement 22 des Steckers 16, da der Stecker 16 eine entsprechende Ausnehmung 48 aufweist, in der der im Querschnitt U-förmige Opferkontakt 38 beabstandet zum Kontaktelement 22 liegen bleibt. Der Opferkontakt 38 der Buchse 18 ist also kontaktfrei im eingesteckten Zustand.
Ergänzend oder alternativ ist der Opferkontakt 38 an seiner vorderen Kante mit einer rampenartigen Fläche versehen, über die eine Kippbewegung des Opferkontakts 38 ermöglich wird. Dies tritt beispielsweise dann auf, wenn der Opferkontakt 38 im eingesteckten Zustand an einem Element anliegt, dass eine zur Einsteckrichtung schräge Fläche hat, wie dies im gezeigten Ausführungsbeispiel der Fall ist (siehe Figur 5).
Die kontaktfreie Positionierung des Opferkontakts 38 im eingesteckten Zustand wird zudem dadurch gewährleistet, dass der Opferkontakt 38 kippbar in Bezug auf den Federarm 40 und/oder über den Federarm 40 elastisch bewegbar ist.
Generell ist durch die kontaktfreie Positionierung der Opferkontakte 26, 38 gewährleistet, dass die mit der Zeit erodieren Opferkontakte 26, 38 keinen Einfluss auf die Qualität der elektrischen Verbindung im gesteckten Zustand der elektrischen Steckverbindung 10 haben, da sie nicht Teil der elektrischen Verbindung sind.
Die kontaktfreie Positionierung der Opferkontakte 26, 38 im eingesteckten Zustand kann allein durch die Geometrie der Kontaktelemente 22, 32 erreicht werden. Alternativ oder ergänzend kann dies über die elastische Lagerung der Opferkontakte 26, 38 gewährleistet werden.
Der Opferkontakt 38 ist somit über zwei gelenkartige Koppelungen mit den zugeordneten elektrischen Kontaktflächen 34, 36 gekoppelt. Bei den gelenkartigen Koppelungen handelt es sich um den Federarm 40, an dem der Opferkontakt 38 angeordnet ist, sowie die zusätzliche Kippmöglichkeit des Opferkontakts 38 in Bezug auf den Federarm 40. Generell lässt sich die Kippbarkeit des Opferkontakts 38 durch einen entsprechenden Materialabschnitt des Federarms 40 realisieren. Der Materialabschnitt ist dann derart ausgebildet, dass er sich reversibel verbiegt, also elastisch. Der Stecker 16 kann ferner einen Körperabschnitt aufweisen, von dem ausgehend sich die entsprechende Kontaktfläche 28 in Einsteckrichtung erstreckt.
Der Körperabschnitt kann ebenfalls eine rampenartige Formgebung aufweisen, die mit der Buchse 18 im gesteckten Zustand zusammenwirkt, insbesondere der Opferkontakt 18 der Buchse 18. Der rampenartige Bereich des Körperabschnitts erstreckt sich in entgegengesetzter Richtung bezüglich der Einsteckrichtung, wobei die Rampe in Einsteckrichtung gesehen abnimmt und in die Kontaktfläche 28 übergeht.
Der Opferkontakt 38 gleitet beim Einstecken zunächst entlang der Kontaktfläche 28, wie bereits erläutert, wobei er anschließend kurz vorm eingesteckten Zustand aufgrund der rampenartigen Formgebung des Körperabschnitts verstellt wird, insbesondere nach unten gedrückt wird, da der Opferkontakt 38 entlang des rampenartigen Bereichs verschoben wird (siehe insbesondere Figuren 10 und 1 1 ). Insbesondere treffen der rampenartige Bereich des Körperabschnitts des Steckers 16 auf den rampenartigen Vorsprung des Opferkontakts 38, wodurch die reversible Verstellwirkung entsprechend verstärkt wird, da der rampenartige Bereich und der rampenartige Vorsprung entsprechend ausgebildet sind.
Generell stellt dies ebenfalls sicher, dass der Opferkontakt 38 im gesteckten Zustand kontaktfrei ist, also nicht an der zur Übertragung ausgebildeten Kontaktfläche 28 des Steckers 16 anliegt.
Der Körperabschnitt kann hierzu aus einem entsprechend anderen, insbesondere elektrisch nicht leitfähigen, Material ausgebildet sein oder zumindest damit beschichtet sein. Beispielsweise handelt es sich beim Körperabschnitt um einen kappenartigen Körper. Anhand der Figuren 6 bis 8 wird erläutert, wie die elektrische Steckverbindung 10 gelöst wird, also der Stecker 16 aus der Buchse 18 ausgesteckt wird.
Zunächst werden die beiden elektrischen Steckverbinder 12, 14 relativ zueinander bewegt, sodass das Kontaktelement 22 des Steckers 16 entlang der elektrischen Kontaktflächen 34 bis 36 gleitet. Die elektrischen Kontaktflächen 34, 36 der Buchse 18 kontaktieren dabei nicht den Opferkontakt 26 des Steckers 16. Dies liegt an der Geometrie der Kontaktelemente 22, 32, insbesondere den rampenartigen Seitenflächen 44, 46, die nicht Teil der elektrischen Kontaktflächen 34, 36 sind.
Gleichzeitig liegt der Opferkontakt 38 der Buchse 18 an der elektrischen Kontaktfläche 28 des Kontaktelements 22 des Steckers 16 an, was aufgrund des Federarms 40 möglich ist, da sich hierdurch der Opferkontakt 38 entlang der Kontur des Kontaktelements 22 bewegen kann, insbesondere mit einem hinteren Bereich, der geringer erodiert ist als die vordere Kante des Opferkontakts 38.
In der in Figur 7 dargestellten Stellung sind die beiden Kontaktelemente 22, 32 nur noch über ihre Opferkontakte 26, 38 elektrisch sowie mechanisch miteinander gekoppelt, weswegen sich noch kein Schaltlichtbogen ausbildet.
Die elektrischen Kontaktflächen 28, 34, 36 sind in dieser Stellung bereits außerhalb des Kontaktbereichs, wodurch sie geschützt sind.
In der in Figur 8 dargestellten Stellung liegt keine mechanische Verbindung zwischen den beiden elektrischen Steckverbindern 12, 14 bzw. deren Kontaktelementen 22, 32 mehr vor, sodass der Federarm 40 und der daran angeordnete Opferkontakt 38 in ihre Ausgangsstellungen zurückfedern können. Dies geht insbesondere aus einem Vergleich der Figuren 7 und 8 hervor.
Bei einem sogenannten „heißen Ausstecken" (also einem Trennen der Steckverbinder 12, 14, wenn noch Strom von den Kontaktelementen 22, 32 übertragen wird) kann ein Schaltlichtbogen S aufgrund von kapazitiven Erscheinungen zwischen den beiden Kontaktelementen 22, 32 entstehen, insbesondere zwischen den beiden Opferkontakten 26, 38. Dies ist in Figur 8 schematisch gezeigt. Der Schaltlichtbogen S tritt hierbei jedoch ebenfalls lediglich zwischen den beiden Opferkontakten 26, 38 auf, sodass nur diese erodieren und die elektrischen Kontaktflächen 28, 34, 36 nicht verschleißen. Dies liegt daran, da die Opferkontakte 26, 38 in Einsteckrichtung vorne und in Aussteckrichtung hinten in Bezug auf den jeweiligen Steckverbinder 12, 14 angeordnet sind. Das bedeutet, dass die Opferkontakte 26, 38 beim Einstecken sich zuerst gegenüberliegen und beim Ausstecken zuletzt.
Alternativ oder ergänzend kann der Stecker 16 ein Kontaktelement aufweisen, das einen Federarm hat, an dem der Opferkontakt ausgebildet ist. Der Opferkontakt kann insbesondere im Querschnitt U-förmig sein.
Es ist somit ein elektrischer Steckverbinder 12, 14 sowie eine elektrische Steckverbindung 10 geschaffen, mit denen eine dauerhafte hochqualitative elektrische Verbindung möglich ist, da die elektrischen Kontaktflächen 28, 34, 36 der elektrischen Steckverbinder 12, 14 bei einem Einsteck- bzw. Aussteckvorgang nicht erodieren.
Darüber hinaus sind die Kontaktelemente 22, 32 so ausgebildet, dass die erodierten Opferkontakte 26, 38 keinen oder einen vernachlässigbar geringen Kontakt mit den hochwertig ausgebildeten elektrischen Kontaktflächen 28, 34, 36 haben, wodurch diese nicht verschmutzt werden.

Claims

Patentansprüche
1 . Elektrischer Steckverbinder (12, 14) zur Ausbildung einer elektrischen Steckverbindung (10) mit einem weiteren elektrischen Steckverbinder (12, 14), wobei der elektrische Steckverbinder (12, 14) wenigstens eine elektrische Kontaktfläche (28, 34, 36) und zumindest einen Opferkontakt (26, 38) umfasst, der in Einsteckrichtung gesehen vor der Kontaktfläche (28, 34, 36) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Steckverbinder (12, 14) einen Federarm (40) aufweist, an dem der Opferkontakt (26, 38) vorgesehen ist, wobei der Opferkontakt (26, 38) relativ zur Kontaktfläche (28, 34, 36) elastisch bewegbar ist.
2. Elektrischer Steckverbinder (12, 14) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Steckverbinder (12, 14) ein Stecker (16) mit wenigstens einem Kontaktstift oder eine Buchse (18) mit wenigstens einer Kontaktbuchse (30) ist.
3. Elektrischer Steckverbinder (12, 14) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Opferkontakt (26, 28) und die Kontaktfläche (28, 34, 36) einen Abstand zueinander aufweisen.
4. Elektrischer Steckverbinder (12, 14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Verbindung zwischen dem Opferkontakt (26, 38) und der Kontaktfläche (28, 34, 36) vorgesehen ist.
5. Elektrischer Steckverbinder (12, 14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Opferkontakt (26, 38) und die Kontaktfläche (28, 34, 36) an einem gemeinsamen Kontaktelement (22, 32) ausgebildet sind.
6. Elektrischer Steckverbinder (12) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Opferkontakt (26) an einer Spitze (24) des Kontaktelements (22) vorgesehen ist.
7. Elektrischer Steckverbinder (12, 14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche (28, 34, 36) an einer Verengung (42) des Kontaktelements (22, 32) ausgebildet ist.
8. Elektrischer Steckverbinder (12, 14) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Kontaktflächen (34, 36) an gegenüberliegenden Seiten der Verengung (42) vorgesehen sind.
9. Elektrischer Steckverbinder (12, 14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Opferkontakt (26, 38) im
Querschnitt U-förmig ausgebildet ist.
10. Elektrischer Steckverbinder (12, 14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Steckverbinder (12, 14) genau zwei Kontakte hat.
1 1 . Elektrischer Steckverbinder (12, 14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Opferkontakt (38) eine rampenartig ausgebildete vordere Kante aufweist.
12. Elektrischer Steckverbinder (12, 14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Opferkontakt (38) kippbar in Bezug auf den sich anschließenden Federarm (40) ausgebildet ist.
13. Elektrische Steckverbindung (10) mit zwei elektrischen Steckverbindern (12, 14), die zur Ausbildung einer elektrischen Steckverbindung (10) mit einem weiteren elektrischen Steckverbinder (12, 14) ausgebildet sind, wobei die elektrischen Steckverbinder (12, 14) jeweils wenigstens eine elektrische Kontaktfläche (28, 34, 36) und zumindest einen Opferkontakt (26, 38) umfassen, der jeweils in Einsteckrichtung gesehen vor der Kontaktfläche (28, 34, 36) angeordnet ist, wobei die elektrischen Steckverbinder (12, 14) als ein Stecker (16) mit wenigstens einem Kontaktstift und als eine Buchse (18) mit wenigstens einer Kontaktbuchse (30) ausgebildet sind, wobei der Opferkontakt (38) der Buchse (18) im gesteckten Zustand kontaktfrei ist.
14. Elektrische Steckverbindung (10) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Stecker (16) im gesteckten Zustand über seine Kontaktfläche (28) an der Kontaktfläche (34, 36) der Buchse (18) anliegt.
15. Elektrische Steckverbindung (10) nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Opferkontakt (26) des Steckers (16) im gesteckten
Zustand kontaktfrei ist.
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