WO2020125991A1 - Elektrische steckverbindung - Google Patents

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WO2020125991A1
WO2020125991A1 PCT/EP2018/086153 EP2018086153W WO2020125991A1 WO 2020125991 A1 WO2020125991 A1 WO 2020125991A1 EP 2018086153 W EP2018086153 W EP 2018086153W WO 2020125991 A1 WO2020125991 A1 WO 2020125991A1
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contact
socket
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pin
connection
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English (en)
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Hartmuth Thaler
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Hartmuth Thaler
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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
    • H01R13/15—Pins, blades or sockets having separate spring member for producing or increasing contact pressure
    • H01R13/17—Pins, blades or sockets having separate spring member for producing or increasing contact pressure with spring member on the pin
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • 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
    • H01R13/111—Resilient sockets co-operating with pins having a circular transverse section
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R2101/00—One pole

Definitions

  • the invention relates to an electrical connector according to the preamble of claim 1.
  • the contact resistance is of crucial importance for the transmission of particularly high electrical currents.
  • the interfaces for the connection of power sources via lines to the consumers are usually established via detachable connections.
  • the contact resistance should be as low as possible in order to use as little energy as possible on these connections and to be responsible for undesired heating at the connection points of the power transmission.
  • the damage to the contact surfaces is an essential cause of an undefined contact resistance.
  • resilient contact elements there is the disadvantage that the contact points are heated by heating Spring force is negatively affected and the contact pressure decreases.
  • these electrical connections are subject to counteracting properties and causes, such as. B. a high spring force, which then damage the contact surfaces when plugged together.
  • EP1191637A1 describes in detail the task that has been known for decades and has been repeated over and over for a special application in commercial vehicles.
  • the teaching of this invention primarily relates to securing the connection of the plug and socket, a spring element preventing the plug connection from being loosened without force, and this spring element also ensuring the electrical contact.
  • the combined function of the spring element can therefore not fulfill a reliable electrical contact with a defined and constant contact resistance.
  • a tapered connection subject to tolerance is subject to play when axially inserted, and therefore a pressure on the two conical outer surfaces of the pin and the socket is not guaranteed.
  • Another version describes a fit that must have a fit clearance when inserted.
  • this teaching does not solve the connection problem of an electrical connection with the lowest possible contact resistance.
  • DE102013018065A1 shows a connection technology that allows a contact pin to be inserted into a contact socket by means of a spring combination without a plug force.
  • An electrical connection is only established when a compression spring expands a contact spring or individual contact spring washers due to the axial application of force and the compression of the compression spring associated therewith. This increases their outer diameter and makes contact of the contact spring with the inner wall of the contact socket. Thus, one is created via the lines of contact of the contact spring to the outside and a second line of contact to the inside of the contact pin touching connection from the contact pin to the contact beech.
  • This multi-stage contact for electrical power transmission depends on the dimensional accuracy of the contact spring and compression spring and in particular the burr-free spring ends, which can prevent circumferential line contact.
  • the pre-assembly of the compression spring with the contact spring is feasible for large-scale production.
  • the object of the present invention is to provide a plug connection in which the disadvantages described above are eliminated and the lowest possible contact resistance is achieved. It should also be as easy to manufacture as possible with modest accuracy and precision.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a contact socket and a contact pin
  • Fig. 2 shows a longitudinal section through the contact socket and contact pin of Fig. 1, which are in the plugged-in state. 1 and 2, an electrical contact ring 3 is shown, which is designed as a copper or silver ring and is mounted on a contact pin 2.
  • the contact pin 2 has a groove 11 in which the silver ring lies.
  • This contact can be made according to DE 102017007091.1.
  • the functions of the socket, ring or pin and the respective counterpart can be divided into three parts, namely socket 1, ring 3 and pin 2, which function both together and independently of one another.
  • the contact socket is thereby much easier to manufacture and can be made of any conductive, preferably deformable material such as copper, aluminum, brass and the like. a. be produced since no resilient function is necessary.
  • the contact consists of a silver ring 3 and is pressed into the socket 1 by the contact pin 2, as shown in FIG. 1.
  • the pressure of 15N or higher can be dimensioned as required by the dimensions of the ring wire.
  • the axial movement of the contact pin 2 can be dimensioned by the conical pitch 9 in the contact socket 1.
  • the invention describes the technique of how the ring contact can be mounted in order to achieve a high contact force and thereby a low contact resistance.
  • the contact pin 2 with the ring contact 3 is inserted into a contact socket 1 without plug-in force.
  • the contact force arises from the locking of the plug connection, as shown in FIG. 1.
  • These three parts, contact pin 2, contact socket 1 and ring 3, can be made of silver, gold or other materials, which optimizes the electrical conductivity.
  • the ring contact 3 is mounted on the contact pin 2 or can also be mounted in the contact socket 1.
  • the contact pin 2 and the contact socket 1 can be connected to cables using a solder connection, crimp connection or other connection technologies.
  • contact pin 2 contact socket 1 and ring 3 have an electrical function and are therefore made of conductive material.
  • the contact pin 2 has a cone 5 which pushes the contact ring 3 into the contact socket 1 and the cone 9.
  • the cone 9 and the cone 5 can be the same or different, which determines the path of the contact ring 3.
  • the spring travel must be dimensioned exactly, which means that the spring force and contact resistance can also be set exactly.
  • the contact ring system can be manufactured with very little internal friction and very small distances.
  • the path of ring 3 can be increased radially.
  • the path of the ring contacts also determines the locking path of the bayonet or screw lock.
  • the contact ring system is scalable.

Landscapes

  • Connections Effected By Soldering, Adhesion, Or Permanent Deformation (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Steckverbindung mit einer Kontaktbuchse und einem Kontaktstift. Der Kontaktstift mit Konus weist einen Metallring auf.

Description

Elektrische Steckverbindung
Die Erfindung betrifft eine elektrische Steckverbindung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Für die Übertragung von insbesondere hohen elektrischen Strömen ist der Kontaktwiderstand von maßgebender Bedeutung. Die Schnittstellen für die Verbindung von Stromquellen über Leitungen hin zu den Verbrauchern werden meist über lösbare Verbindungen hergestellt. Dabei sollte ein möglichst niedriger Übergangswiderstand vorhanden sein, um an diesen Verbindungen möglichst wenig Energie zu verbrauchen und dabei verantwortlich für eine ungewollte Erwärmung an den Verbindungsstellen der Stromübertragung zu sein. Ferner ist für ein wiederholtes Verbinden und Lösen der Trennstellen die Beschädigung der Kontaktflächen eine wesentliche Ursache für einen Undefinierten Kontaktwiderstand. Mit federnden Kontaktelementen ist dann noch der Nachteil gegeben, dass durch eine Erwärmung der Kontaktstellen die Federkraft negativ beeinflusst wird und die Kontaktanpresskraft nachlässt. Somit unterliegen diese elektrischen Verbindungen entgegenwirkenden Eigenschaften und Ursachen, wie z. B. einer hohen Federkraft, die beim Zusammenstecken dann die Kontaktoberflächen beschädigen.
In der EP1191637A1 ist für eine besondere Anwendung in Nutzfahrzeugen die seit Jahrzehnten bekannte und immer wiederholte Aufgabenstellung detailliert beschrieben. Die Lehre dieser Erfindung bezieht sich dann jedoch vorrangig auf eine Sicherung der Verbindung von Stecker und Buchse, wobei ein Federelement ein kraftloses Lösen der Steckverbindung verhindert und dieses Federelement auch die elektrische Kontaktierung sicherstellen soll. Die dabei kombinierte Funktion des Federelements kann damit eine sichere elektrische Kontaktierung mit einem definierten und gleichbleibenden Übergangswiderstand nicht erfüllen. Eine verwendete toleranzbehaftete konische Verbindung ist bei axialer Einfügung mit Spiel behaftet, und damit ist eine Anpressung der beiden konischen Mantelflächen von Stift und Buchse nicht gewährleistet. Eine weitere Ausführung beschreibt eine Passung, die beim Einfügen ein Passungsspiel aufweisen muss. Mit dieser Lehre wird jedoch das Verbindungsproblem einer elektrischen Verbindung mit geringstmöglichem Übergangswiderstand nicht gelöst.
Aus der DE102013018065A1 ist eine Verbindungstechnik zu entnehmen, die einen Kontaktstift steckkraftlos durch eine Federkombination in eine Kontaktbuchse fügen lässt. Eine elektrische Verbindung entsteht erst dann, wenn eine Druckfeder durch axiale Krafteinwirkung und ein damit verbundenes Zusammendrücken der Druckfe- der eine Kontaktfeder oder einzelne Kontaktfederringe aufspreizt. Damit wird deren Außendurchmesser vergrößert und eine Berührung der Kontaktfeder zur Innenwand der Kontaktbuchse herstellt. Somit entsteht über die Berührungslinien der Kontaktfeder nach außen und einer zweiten Berührungslinie nach innen zum Kontaktstift eine berührende Verbindung vom Kontaktstift zur Kontaktbuche. Diese mehrstufige Kontaktierung zur elektrischen Stromübertragung steht in Abhängigkeit der Maßgenauigkeit von Kontaktfeder und Druckfeder und im Besonderen der gratfreien Federenden, die eine umlaufende Linienberührung verhindern können. Die Vormontage der Druckfeder mit der Kontaktfeder ist für eine Großserienfertigung machbar.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Steckverbindung zu schaffen, bei der die eingangs geschilderten Nachteile behoben sind und ein möglichst niedriger Übergangswiderstand erreicht wird. Ebenso soll die Herstellbarkeit möglichst einfach bei bescheidener Genauigkeit und Präzision möglich sein.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Weitere zweckmäßige und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Die Erfindung wird nun anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Kontaktbuchse und einen davon ge- trennten Kontaktstift und
Fig. 2 einen Längsschnitt durch Kontaktbuchse und Kontaktstift der Fig. 1 , die sich im eingestöpselten Zustand befinden. In den Fig. 1 und 2 ist ein elektrischer Kontaktring 3 gezeigt, der als ein Kupfer- oder Silberring ausgebildet und auf einem Kontaktstift 2 montiert ist. Der Kontaktstift 2 weist eine Nut 11 auf, in der der Silberring liegt. Man kann diesen Kontakt nach der DE 102017007091.1 hersteilen. Die Funktionen von Buchse, Ring oder Stift und das jeweilige Gegenstück können in drei Teile, nämlich der Buchse 1 , dem Ring 3 und dem Stift 2, aufgeteilt werden, die sowohl gemeinsam als auch unabhängig voneinander funktionieren.
Die Kontaktbuchse wird dadurch wesentlich einfacher in der Herstellung und kann aus jedem leitenden, vorzugsweise verformbaren Werkstoff, wie Kupfer, Aluminium, Messing u. a. hergestellt werden, da keine federnde Funktion nötig ist.
Der Kontakt besteht aus einem Silberring 3 und wird vom Kontaktstift 2 in die Buchse 1 gedrückt, wie Fig. 1 zeigt.
Der Druck von 15N oder höher kann durch die Abmessungen des Ringdrahts beliebig dimensioniert werden. Das Ringmaterial kann Silber, Gold oder ein anderes elektrisch leitfähiges Material sein. Mit Kupferstift/Buchse und Silberring wird eine elektrische Leitfähigkeit von K (Kappa)=60 erreicht, was für Steckverbinder technisch einmalig ist.
Die axiale Bewegung des Kontaktstifts 2 kann durch die konische Steigung 9 in der Kontaktbuchse 1 dimensioniert werden.
Dieser Weg ergibt eine einstellbare Druckkraft von 10-25N, die ausreicht, den optimalen Kontaktwiderstand von weniger als 0,1mOhm zu erreichen.
Die Erfindung beschreibt die Technik, wie der Ringkontakt montiert werden kann, um eine hohe Kontaktkraft und dadurch einen niedrigen Kontaktwiderstand zu erreichen. Der Kontaktstift 2 mit dem Ringkontakt 3 wird in eine Kontaktbuchse 1 ohne Steckkraft eingesteckt. Die Kontaktkraft entsteht durch das Verriegeln der Steckverbindung, wie Fig. 1 zeigt. Diese drei Teile, Kontaktstift 2, Kontaktbuchse 1 und Ring 3, können aus Silber, Gold oder anderen Materialien sein, wodurch die elektrische Leitfähigkeit optimiert wird.
Der Ringkontakt 3 wird auf dem Kontaktstift 2 montiert oder kann auch in der Kontaktbuchse 1 montiert sein.
Der Kontaktstift 2 und die Kontaktbuchse 1 können mit Lötanschluss, Crimpan- schluss oder anderen Anschlusstechniken an Kabel angeschlossen werden.
Da die Steck- und Ziehkräfte Null sind, können hochpolige Steckverbinder hergestellt werden, deren Polzahl nur durch die aufzubringende Schließkraft des Steckverbindergehäuses begrenzt wird. Dadurch entsteht ein Kontakt zwischen allen drei Teilen 1 zu 3 und 3 zu 2.
Der wichtigste Vorteil gegenüber heutigen Kontakten mit Schlitzbuchsen und Rei- bung ist der Ring 3. Wird dieser exakt geführt, kann dadurch ein geringer Steckweg von weniger als 0,5 mm erreicht werden.
Alle drei Teile, Kontaktstift 2, Kontaktbuchse 1 und Ring 3, haben eine elektrische Funktion und sind deshalb aus leitendem Material hergestellt.
Der Kontaktstift 2 hat einen Konus 5, der den Kontaktring 3 in die Kontaktbuchse 1 und den Konus 9 schiebt. Der Konus 9 und der Konus 5 können gleich oder verschieden sein, was den Weg des Kontaktrings 3 bestimmt. Der Federweg ist exakt zu dimensionieren, wodurch auch die Federkraft und der Kontaktwiderstand exakt einstellbar werden.
Das Kontaktringsystem ist mit sehr geringer innerer Reibung und sehr kleinen We- gen herstellbar.
Bei Kontakten mit einem Stiftdurchmesser von >10mm und einem Federdrahtdurchmesser von >1mm kann der Weg des Rings 3 radial erhöht werden. Der Weg der Ringkontakte bestimmt auch den Verschlussweg des Bajonett- oder Schraubverschlusses.
Das Kontaktringsystem ist skalierbar.
Bezuqszeichenliste
1 Kontaktbuchse
2 Kontaktstift
3 Kontaktring
4 Führungsabschnitt am Kontaktstift
5 Konus am Kontaktstift
6 Führungsbereich
7a Anschlussbereich am Kontaktstift für elektrische Leiter (Kabel) 7b Anschlussbereich an Kontaktbuchse für elektrische Leiter (Kabel)
8 Führungsabschnitt in der Kontaktbuchse
9 Konus in der Kontaktbuchse
10 Führungsbereich
11 Nut
12 Parallel verlaufender Abstand (Spaltraum) der Konen

Claims

A n s p r ü c h e
1. Elektrische Steckverbindung mit einer Kontaktbuchse (1) und einem Kontaktstift
(2),
dadurch gekennzeichnet,
dass der Kontaktstift (2) mit Konus (5) einen Metallring (3) aufweist. 2. Steckverbindung nach Anspruch 1 , dessen Konus (5) eine Nut aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die drei Teile (1 , 2, 3) aus dem gleichen Material, z. B. Kupfer, bestehen und der Metallring (3) in der Nut angeordnet ist.
3. Steckverbindung nach Anspruch 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kontaktkräfte durch die Steigung des Konus (9) in der Kontaktbuchse (1) dosierbar sind.
4. Steckverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Ring (3) und die Kontaktbuchse (1) über den Kontaktstift (2) elektrisch verbunden werden.
5. Steckverbindung nach einem der Ansprüchen 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kontakte mit dem Gehäuse verriegelbar sind.
6. Steckverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Wege beim Stecken, Ziehen und Kontaktieren durch die Steigung des Konus (9) der Kontaktbuchse und des Konus (5) des Kontaktstifts dimensioniert werden.
7. Steckverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Buchse (1) und Stift (2) aus Kupfer und der Kontaktring (3) aus Silber bestehen und dass die elektrische Leitfähigkeit K>60 ist.
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Citations (4)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1191637A1 (de) 2000-09-21 2002-03-27 Sörensen Hydraulik Zweigniederlassung, Ulfborg, Filial af Sörensen Hydraulik GmbH, Tyskland Steckverbinder
WO2011154116A1 (de) * 2010-06-09 2011-12-15 Pfisterer Kontaktsysteme Gmbh Elektrisches steckverbindungselement
DE102013018065A1 (de) 2013-06-04 2014-12-04 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zum Metallschutzgasschweißen
WO2016025696A1 (en) * 2014-08-14 2016-02-18 Molex, Llc High power connector

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