Elektrischer Steckverbinder

Abstract

 Die Erfindung betrifft einen elektrischen Steckverbinder (1) mit einem Stecker (2) und einer Kupplung (3), in der radial federnde ringförmige Kontaktlamellen (9) angeordnet sind. Zur Vermeidung von Korrosion, wenn der Stecker (2) und die Kupplung (3) aus verschiedenen Metallen bestehen, schlägt die Erfindung eine verzinnte Buchse (7) in der Kupplung (3) vor, in der sich die Kontaktlamellen (9) befinden.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen elektrischen Steckverbinder mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Die Erfindung ist insbesondere für lösbare elektrische Verbindungen für hohe Ströme von einigen Hundert Ampere vorgesehen, beispielsweise in Elektro- oder Hybridfahrzeugen. Der Steckverbinder ist auch anstelle von Kabelschuhen oder Schraubverbindungen verwendbar.

[0002] Wegen des elektrischen Widerstands und der sich daraus ergebenden elektrischen Verlustleistung und Erwärmung werden für elektrischen Leitungen und elektrische Steckverbinder elektrisch gut leitende Metalle wie Kupfer und Kupferlegierungen oder Aluminium und Aluminiumlegierungen verwendet. Werden allerdings Aluminium- und Kupfer aufweisende Leiter verbunden, ist wegen des unterschiedlichen elektrochemischen Potenzials mit Korrosion zu rechnen. Um Korrosion auszuschließen, muss Feuchtigkeit an Kontaktstellen unter allen Umständen ausgeschlossen werden, wofür spezielle Kabelschuhe und ein sorgfältiges und aufwändiges Arbeiten erforderlich sind. Das Problem der Korrosion besteht grundsätzlich immer wenn verschiedene Metalle in Kontakt gebracht werden.

[0003] Das US-Patent 5,769,671 offenbart eine hülsenförmige Kupplung für einen elektrischen Steckverbinder, in der eine rautenförmige Federklammer angeordnet ist. Die Federklammer federt in radialer Richtung und weist an Längsmitten ihrer Seiten warzenförmige, nach innen vorspringende Vorsprünge zur Kontaktierung mit einem eingesteckten Stecker auf. Eine Eignung der bekannten Kupplung für hohe Ströme ist fraglich und jedenfalls ist sie ungeeignet für unterschiedliche Metalle.

[0004] Die Patentschrift DE 623 128 offenbart einen elektrischen Steckverbinder mit einem stiftförmigen Stecker und einer hülsenförmigen Kupplung, die den eingesteckten Stecker mit einem ringförmigen Zwischenraum umschließt. In dem Zwischenraum ist ein Stapel flacher lochscheibenförmiger Kontaktelemente angeordnet, die kreisbogenförmige Federarme aufweisen, die einstückiger Bestandteil der Kontaktelemente sind und die Lochscheiben mit Zwischenraum umschließen. Die Lochscheiben sind nicht koaxial in der Kupplung, sondern sie weisen abwechselnd etwas Versatz in entgegengesetzten Richtungen auf, der allerdings so klein ist, dass sich Löcher der Lochscheiben so weit überdecken, dass der stiftförmige Stecker eingesteckt werden kann. Dieser Steckverbinder ist ebenfalls ungeeignet für unterschiedliche Metalle.

[0005] Das europäische Patent EP 2 595 250 B1 offenbart ebenfalls einen elektrischen Steckverbinder mit einem stiftförmigen Stecker und einer hülsenförmigen Kupplung, die den eingesteckten Stecker mit Zwischenraum umschließt. In dem Zwischenraum sind als Stapel angeordnete ringförmige und an einer Stelle ihres Umfangs offene Kontaktelemente angeordnet, die in radialer Richtung federn und an der Kupplung und am Stecker anliegen, wenn der Stecker eingesteckt ist, so dass die Kontaktelemente den Stecker und die Kupplung elektrisch leitend verbinden. Dieser Steckverbinder eignet sich für hohe Ströme, allerdings nicht für unterschiedliche Metalle.

[0006] Aufgabe der Erfindung ist einen niederohmigen elektrischen Steckverbinder vorzuschlagen, dessen Stecker und Kupplung aus verschiedenen Metallen mit unterschiedlichen elektrochemischen Potenzialen bestehen.

[0007] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Der erfindungsgemäße elektrische Steckverbinder weist einen stiftförmigen Stecker und eine hülsenförmige Kupplung auf, die den eingesteckten Stecker mit einem Zwischenraum umschließt. In dem Zwischenraum ist ein elektrisch leitendes ringförmiges Kontaktelement angeordnet, das quer zu einer Steckrichtung federt und den eingesteckten Stecker elektrisch leitend mit der Kupplung verbindet. Dabei bestehen der Stecker und die Kupplung aus verschiedenen Metallen. Beim erfindungsgemäßen Steckverbinder sind das Kontaktelement und die Kupplung nicht in unmittelbarem Kontakt miteinander, sondern zwischen dem Kontaktelement und der Kupplung ist eine Buchse aus Metall angeordnet, an der innen das Kontaktelement anliegt, so dass es in elektrisch leitendem Kontakt mit der Buchse ist. Außer mit dem Kontaktelement ist die Buchse mit der Kupplung in elektrisch leitendem Kontakt, so dass das Kontaktelement über die Buchse elektrisch leitend mit der Kupplung des Steckverbinders verbunden ist. Um Korrosion bei unterschiedlichen Metallen zu vermeiden, weist die Buchse eine Korrosionsschutzschicht beispielsweise aus Zinn auf. Die Korrosionsschutzschicht ist mindestens auf den Oberflächen vorhanden, die in Kontakt mit dem Kontaktelement und/oder der Kupplung sind. Besteht die Kupplung aus demselben Metall wie das Kontaktelement oder die Kupplung, muss die Buchse dort keine Korrosionsschutzschicht aufweisen. Die Korrosionsschutzschicht kann auch alle Oberflächen der Buchse bedecken. Die Buchse besteht beispielsweise aus Kupfer oder einer Kupferlegierung und/oder ist galvanisch verzinnt. Die Korrosionsschutzschicht der Buchse verhindert Korrosion aufgrund unterschiedlicher elektrochemischer Potenziale verschiedener Metalle der Kupplung und des Kontaktelements.

[0008] Um einen elektrischen Widerstand der Steckverbindung zu verringern und eine Stromfestigkeit zu erhöhen, sieht eine Ausgestaltung mehrere gestapelt angeordnete Kontaktelemente vor.

[0009] Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Stecker und das oder die Kontaktelemente aus demselben Metall oder jedenfalls aus Metallen mit gleichem Elektrodenpotenzial bestehen. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung besteht kein elektrochemisches Potenzial zwischen dem Stecker und dem oder den Kontaktelementen. Beispielsweise bestehen der Stecker und das oder die Kontaktelemente aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, wobei der Stecker und das oder die Kontaktelemente aus verschiedenen Kupferlegierungen bestehen können. Wesentlich ist, dass sie dasselbe Elektrodenpotenzial, d. h. dasselbe elektrochemische Potenzial aufweisen, so dass bei Kontakt keine elektrische Spannung entsteht, die bei Feuchtigkeit, von der stets auszugehen ist, Korrosion verursachen würde.

[0010] Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass auf einer Seite oder auf beiden Seiten des Kontaktelements oder auch eines Stapels Kontaktelemente ein Korrosionsschutzelement zwischen dem Stecker und der Kupplung angeordnet ist. Das Korrosionsschutzelement kann beispielsweise aus einem elektrisch isolierenden Material, beispielsweise einem Kunststoff bestehen, oder es besteht aus einem Metall und weist eine Korrosionsschutzschicht auf. Das Kontaktelement vermeidet einen unmittelbaren Kontakt zwischen dem Stecker und der Kupplung des elektrischen Steckverbinders, so dass dort keine Korrosion aufgrund des verschiedenen Elektrodenpotenzials von Stecker und Kupplung besteht.

[0011] Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Stecker des elektrischen Steckverbinders aus Kupfer oder einer Kupferlegierung und/oder die Kupplung aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehen. Auch die umgekehrte Materialwahl oder eine andere Materialwahl sind möglich.

[0012] In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist die Kupplung des elektrischen Steckverbinders auf die Buchse, die zwischen dem Kontaktelement und der Kupplung angeordnet ist, aufgeschrumpft. Vor einem Einbringen der Buchse in die Kupplung wird die Kupplung erwärmt und/oder die Buchse abgekühlt, so dass sich die Buchse reibungslos oder mit wenig Reibung in die Kupplung einbringen lässt und eine Beschädigung der Korrosionsschutzschicht vermieden wird. Die Schrumpfverbindung muss keinen hohen mechanischen Halt aufweisen, wesentlich ist dass die Korrosionsschutzschicht beim Zusammenbau nicht beschädigt wird.

[0013] Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Kupplung eine Stützhülse aufweist, die die Kupplung in dem Bereich umschließt, in dem sich das oder die Kontaktelemente befinden. Die Stützhülse stützt die Kupplung von außen gegen Aufweitung ab. Vorzugsweise wird die Stützhülse auf die Kupplung aufgepresst und weist eine Vorspannung auf. Die Stützhülse vermeidet eine Aufweitung der Kupplung des erfindungsgemäßen elektrischen Steckverbinders durch Relaxation durch die Buchse, auf die die Kupplung aufgeschrumpft ist. Die Stützhülse besteht beispielsweise aus nicht rostendem Stahl, weist eine Korrosionsschutzschicht auf oder besteht aus einem elektrisch isolierenden Material. Die Stützhülse ist insbesondere für eine aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehenden Kupplung vorgesehen, bei der die Gefahr der Relaxation besteht. Eine Kupplung aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung dient zu einer Steckverbindung eines elektrischen Leiters, der aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht und deswegen ohne Potenzialgefälle an eine Kupplung aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung anschließbar ist. Bei hohen Kontaktkräften zwischen Stecker und Kupplung verhindert die Stützhülse eine Relaxation der Kupplung und damit eine Verringerung der Kontaktkräfte. Ebenfalls verhindert die Stützhülse eine Relaxation der Kupplung und Verringerung der Kontaktkräfte zwischen Stecker und Kupplung durch Temperatureinflüsse.

[0014] Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1

einen Achsschnitt eines erfindungsgemäßen elektrischen Steckverbinders; und

Figur 2

eine Ansicht eines Kontaktelements des Steckverbinders aus Figur 1.

[0015] Der in Figur 1 dargestellte erfindungsgemäße elektrischen Steckverbinder 1 weist einen stiftförmigen Stecker 2 und eine hülsenförmige Kupplung 3 auf. Der Stecker 2 besteht aus einer Kupferlegierung, die Kupplung 3 aus einer Aluminiumlegierung. Sowohl der Stecker 2 als auch die Kupplung 3 weisen abgeflachte zungenförmige Anschlüsse 4, 5 zum Anbringen nicht dargestellter Kabel, beispielsweise durch Schweißen, auf. Der Stecker 2 weist einen Flansch 6 auf, der an einem Stirnrand der Kupplung 3 anliegt, wenn der Stecker 2 vollständig in die Kupplung 3 gesteckt ist. Der Flansch 6 begrenzt eine Einstecktiefe des Steckers 2 in die Kupplung 3.

[0016] In einem an eine Mündung anschließenden Abschnitt ist eine längsgeschlitzte Buchse 7 in der Kupplung 3 angeordnet. Die Buchse 7 besteht aus einer Kupferlegierung und weist eine galvanisch abgeschiedene Zinnschicht als Korrosionsschutzschicht auf allen ihren Oberflächen auf, die Korrosion mit der aus einer Aluminiumlegierung bestehenden Kupplung 3 der Steckverbindung 1 verhindert. Um eine Beschädigung der Korrosionsschutzschicht zu vermeiden, wird zum Einsetzen der Buchse 7 in die Kupplung 3 die Kupplung 3 auf eine Temperatur von 85 °C oder mehr erwärmt und evtl. zusätzlich de Buchse 7 unter Raumtemperatur gekühlt, beispielsweise -85°C, so dass die Buchse 7 leichtgängig in die Kupplung 3 einsetzbar ist und die Korrosionsschutzschicht nicht beschädigt wird. Nach einem Temperaturausgleich sitzt die Buchse 7 ausreichend fest in der Kupplung 3. Durch eine Kühlung der Buchse 7 beim Einsetzen in die Kupplung auf beispielsweise -85°C wind eine erwartbare Betriebstemperatur vorweggenommen, so dass sich die Buchse 7 nicht lockert, wenn die Kupplung entsprechend niedriger Temperatur ausgesetzt ist.

[0017] In dem Bereich, in dem sich die Buchse 7 befindet, weist die Kupplung 3 eine Stützhülse 8 aus nicht rostendem Stahl auf. Die Stützhülse 8 ist vor dem Einsetzen der Buchse 7 auf die Kupplung 3 aufgepresst worden und umschließt die Kupplung 3 mit Vorspannung, so dass sich die aus einer Aluminiumlegierung bestehende Kupplung 3 nicht durch einen von innen wirkenden Druck der Buchse 7 aufweitet.

[0018] In der Buchse 7 ist eine Anzahl gestapelt angeordneter, ringförmiger und an einer Umfangsstelle offener Kontaktlamellen als Kontaktelemente 9 angeordnet. Eines der Kontaktelemente 9 ist in Figur 2 gezeichnet. Die Kontaktelemente 9 sind nahezu kreisförmig, etwas abgeflacht und wie gesagt an einer Stelle ihres Umfangs offen. Sie weisen beiderseits der offenen Umfangsstelle nach außen abstehende Vorsprünge 10 und gegenüber zwei weitere nach außen abstehende Vorsprünge 11 auf, die unter elastischer Vorspannung innen an der Buchse 7 anliegen. Die Kontaktelemente 9 sind dadurch in elektrisch leitendem Kontakt mit der Buchse 7, die ihrerseits in elektrisch leitendem Kontakt mit der Kupplung 3 ist. Ungefähr in Mitten von Halbbögen zwischen den Vorsprüngen 10, 11 weisen die Kontaktelemente 9 nach innen und nach außen abstehende Vorsprünge 12, 13 auf. Die nach innen abstehenden Vorsprünge 12 liegen unter elastischer Vorspannung am Stecker 2 an, wenn der Stecker 2 eingesteckt ist, so dass ein elektrisch leitender Kontakt zwischen dem Stecker 2 und den Kontaktelementen 9 besteht, die wiederum über die Buchse 7 elektrisch leitend mit der Kupplung 3 verbunden sind. Die nach außen abstehenden Vorsprünge 13 schützen die Kontaktelemente 9 vor einer Beschädigung durch plastische Verformung durch Überbeanspruchung. Die Vorsprünge 12, 13 können auch an anderen Stellen oder innen und außen an den Kontaktelementen 9 in Umfangsrichtung versetzt sein (nicht dargestellt). Die Kontaktelemente 9 federn aufgrund ihrer Elastizität in radialer Richtung. Durch das Vorsehen einer Anzahl Kontaktelemente 9 wird ein niedriger elektrischer Übergangswiderstand zwischen dem Stecker 2 und der Kupplung 3 erreicht. Die Kontaktelemente 9 sind aus Blech gestanzt, sie bestehen wie der Stecker 2 aus einer Kupferlegierung, so dass sie dasselbe Elektrodenpotenzial wie der Stecker 2 aufweisen, damit keine elektrochemische Spannung entsteht, um Korrosion zu vermeiden.

[0019] An einem Grund ist in der Kupplung 3 ein Korrosionsschutzelement 14 angeordnet, in dem sich ein vorderes Ende des Steckers 2 befindet, wenn der Stecker 2 bis zur Anlage seines Flanschs 6 an der Stirnseite der Kupplung 3 in die Kupplung 3 gesteckt ist. Das Korrosionsschutzelement 14 ist eine längsgeschlitzte Hülse. Das Korrosionsschutzelement 14 besteht aus einer Kupferlegierung und ist wie die Buchse 7 zur Ausbildung einer Korrosionsschutzschicht galvanisch verzinnt. Das Korrosionsschutzelement 14 verhindert einen unmittelbaren Kontakt zwischen dem Stecker 2 und der Kupplung 3 und vermeidet durch ihre Korrosionsschutzschicht Korrosion.

[0020] Die angegebenen Werkstoffe sind nicht zwingend für die Erfindung, andere Werkstoffe und Werkstoffpaarungen sind möglich oder jedenfalls nicht ausgeschlossen.

Ansprüche

1. Elektrischer Steckverbinder (1), mit einem stiftförmigen Stecker (2) und einer hülsenförmigen Kupplung (3), die in eingestecktem Zustand den Stecker (2) mit Zwischenraum (15) umschließt, und mit einem in dem Zwischenraum (15) angeordneten elektrisch leitenden Kontaktelement (9) in der Form eines Rings, das quer zu einer Steckrichtung federt und in eingestecktem Zustand am Stecker (2) anliegt und den Stecker (2) und die Kupplung (3) elektrisch leitend miteinander verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass der Stecker (2) und die Kupplung (3) aus verschiedenen Metallen bestehen, dass zwischen der Kupplung (3) und dem Kontaktelement (9) eine Buchse (7) aus Metall angeordnet ist, an der das Kontaktelement (9) anliegt, die in elektrisch leitendem Kontakt mit der Kupplung (3) steht und die eine Korrosionsschutzschicht aufweist.

2. Elektrischer Steckverbinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steckverbinder (1) mehrere gestapelt angeordnete Kontaktelemente (9) aufweist.

3. Elektrischer Steckverbinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stecker (2) und das Kontaktelement (9) dasselbe Elektrodenpotenzial aufweisen.

4. Elektrischer Steckverbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Seite des Kontaktelements (9) ein Korrosionsschutzelement (14) zwischen dem Stecker (2) und der Kupplung (3) angeordnet ist.

5. Elektrischer Steckverbinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stecker (2) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung und/oder die Kupplung (3) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht.

6. Elektrischer Steckverbinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (3) auf die Buchse (7) aufgeschrumpft ist.

7. Elektrischer Steckverbinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (3) eine Stützhülse (8) aufweist, die die Kupplung (3) im Bereich der Buchse (7) umschließt und gegen eine Aufweitung abstützt.

Zeichnung