1. Gebiet der Erfindung
[0001] Die Erfindung betrifft eine Steckerverbindungsvorrichtung für eine Elektrokontaktkupplung
eines spurgeführten Fahrzeugs, insbesondere eines Schienenfahrzeugs.
2. Beschreibung des Standes der Technik
[0002] In der Schienenfahrzeugtechnik werden zur Übermittlung von Signalen und zur Leistungsübertragung
zwischen zwei benachbarten Wagenkästen eines mehrgliedrigen Fahrzeuges wie beispielsweise
eines Zuges sogenannte Elektrokontaktkupplungen eingesetzt. Die Anordnung und Größe
der verwendeten Elektrokontaktkupplungen sind von dem zur Verfügung stehenden Bauraum
am Fahrzeug, von der Anzahl der zu übermittelnden Signale sowie den Anforderungen
des Wagenbauers bzw. des Bahnbetreibers abhängig. In einer solchen Elektrokontaktkupplung
sind in der Regel für die von einem Zugteil zu einem benachbarten Zugteil weiterzuführenden
Leitungen Steckverbindungen vorgesehen. Bei einem Kuppeln zweier Zugteile werden die
an den Zugteilen angebrachten Elektrokontaktkupplungen so aufeinander zu bewegt und
zueinander ausgerichtet, dass die Steckverbindungen ineinandergreifen und elektrisch
kontaktieren. Alle Steckverbindungen sind redundant komplementär ausgeführt und so
links und rechts einer Mittelachse angeordnet, dass das spurgeführte Fahrzeug wendefähig
ist.
[0003] Bei der Übertragung von elektrischen Signalen über die Steckverbindungen ist ein
Anstieg der Übertragungsraten und der Menge an übertragenen Daten zu erwarten. So
ist es bereits heute üblich, neben den reinen Steuersignalen auch den Fahrzeugbus
und Signale für die Unterhaltungselektronik über die Steckverbindungen zu leiten.
[0004] Ein möglicher Aufbau für die eingangs genannten Steckverbindungen, wie sie beispielweise
in der
EP 2 746 129 A1 beschrieben sind, sieht vor, dass ein Träger eine Vielzahl daran befestigter Kontakte
aufweist, die beispielsweise mittels eines Festanschlussteils mechanisch mit dem Träger
verbunden sind. Der Träger kann eine Leiterbahn umfassen, mittels der die redundant
geführten Kontakte elektrisch verbunden sind.
[0005] Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Steckerverbindungsvorrichtung der eingangs
genannten Art anzugeben, die für hohe Datenraten ausgelegt ist und insbesondere eine
verringerte Störanfälligkeit aufweist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
[0006] Die Aufgabe wird durch eine Steckerverbindungsvorrichtung gemäß dem unabhängigen
Patentanspruch gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen angegeben.
[0007] Die erfindungsgemäße Steckerverbindungsvorrichtung für eine Elektrokontaktkupplung
eines spurgeführten Fahrzeugs, insbesondere eines Schienenfahrzeugs, zur Verbindung
einer Vielzahl an elektrischen Leitern zweier spurgeführter Fahrzeuge, wobei die elektrischen
Leiter zu Übertragung elektrischer Signale oder/und elektrische Leistung ausgelegt
sind, weist einen Träger und eine Vielzahl daran befestigter Kontakte auf. Die Kontakte
sind beiderseits einer Mittelachse angeordnet. Kontakte auf einer Seite der Mittelachse
sind komplementär zu Kontakten auf der anderen Seite der Mittelachse ausgeführt. Zumindest
ein Kontakt auf einer Seite der Mittelachse ist redundant zu einem Kontakt auf der
anderen Seite der Mittelachse ausgeführt.
[0008] Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Träger eine Signallage zur Signalführung
und eine Schirmungslage zur Signalschirmung aufweist. Auf diese Weise kann eine flächige
Äquipotentialschicht mit niedriger Impedanz im Bereich der Signallage ausgebildet
werden, wodurch eine deutlich verbesserte Signalschirmung im Bereich des Trägers und
hier insbesondere im Bereich der Kontakte erzielt werden kann. Dies reduziert einen
unerwünschten Einfluss umlgebender regulärer oder Störsignale auf die Steckerverbindungsvorrichtung
und insbesondere auf die Kontakte. Gleichzeitig wird die Abstrahlung unerwünschter
elektromagnetischer Strahlung durch die Schirmungslage effektiv verhindert und somit
Einhaltung einschlägiger EMV-Vorschriften erleichtert.
[0009] Bei einer Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Signallage
zur elektrischen Verbindung eines Kontaktes auf einer Seite der Mittelachse mit einem
redundanten Kontakt auf der anderen Seite der Mittelachse ausgebildet ist. Aufgrund
des Vorhandenseins der Schirmungslage kann so die Redundanz zwischen redundanten Kontakten
besonders zuverlässig aufrechterhalten werden.
[0010] Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass die Signallage zumindest
teilweise parallel zu der Schirmungslage verläuft. Ein weitgehend gleich verlaufender
Abstand zwischen der Signallage und der Schirmungslage ermöglicht eine besonders zuverlässige
Abschirmung möglicher Störsignale von der Signallage durch die Schirmungslage.
[0011] Vorteilhafterweise sind bei einer Ausführungsform die Signallage und die Schirmungslage
elektrisch voneinander isoliert. Auf diese Weise bildet sich mit der Schirmungslage
eine großflächige Lage mit niedriger Impedanz, die eingestrahlte oder abgestrahlte
Signale an ihrer weiteren Ausbreitung hindert.
[0012] Bei einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass zwischen der Signallage und
der Schirmungslage eine elektrisch isolierende Lage vorgesehen ist. Diese elektrisch
isolierende Lage kann beispielsweise durch ein isolierendes Leiterplattenbasismaterial
gebildet sein und so für eine effektive elektrische Trennung zwischen Signallage und
Schirmungslage sorgen.
[0013] Eine Ausführungsform kann derart gebildet sein, dass die Kontakte ein Festanschlussteil
und ein Steckerelement oder ein Buchsenelement aufweisen, die Steckerverbindungsvorrichtung
eine Steckseite aufweist, an der ein Steckerelement oder ein Buchsenelement mit dem
jeweiligen anderen Element einer anderen Steckerverbindungsvorrichtung verbunden werden
kann, und eine Anschlussseite aufweist, an der elektrische Leiter der Steckerverbindungsvorrichtung
zugeführt werden.
[0014] Bei einer derartigen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass in Richtung von der
Anschlussseite zu der Steckseite die Schirmungslage vor der Signallage angeordnet
ist. Somit wird insbesondere eine Abstrahlung von der Steckseite in Richtung der Anschlussseite
und umgekehrt von der Anschlussseite zu der Steckseite gedämpft. Gleichzeitig ist
es möglich, beispielsweise über die Anschlussseite zu der Steckerverbindungsvorrichtung
herangeführte Leiter bzw. Schirmungen der Leiter mit der Schirmungslage zu verbinden.
Dies ermöglicht eine effektive Anbindung der Schirmungslage oder der Leiterschirmungen
beispielsweise an ein Massepotential.
[0015] Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass an der Anschlussseite
eine Schirmanschlussvorrichtung zur Kontaktierung einer Schirmung eines elektrischen
Leiters mit der Schirmungslage vorgesehen ist. Die Schirmanschlussvorrichtung kann
sowohl eine mechanische als auch eine elektrische Kontaktierung der Schirmung des
elektrischen Leiters mit der Schirmungslage ermöglichen. Somit wird auf einfache Weise
eine elektrisch niederimpedant leitende und dauerhaft erschütterungsresistente Verbindung
zwischen der Leiterschirmung und der Schirmungslage realisiert.
[0016] Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die Schirmanschlussvorrichtung den
elektrischen Leiter und/oder den Anschluss des Leiters ringförmig umgibt. Mit einer
den elektrischen Leiter und/oder den Anschluss des Leiters auf 360° umgebenden Schirmanschlussvorrichtung
kann eine vollständige niederimpedante Ankopplung der Schirmung des Leiters an die
Signallage erreicht werden.
[0017] Bei einer Weiterbildung der Erfindung kann vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass
neben der Signallage und der Schirmungslage eine weitere Signallage und eine weitere
Schirmungslage vorgesehen sind, wobei die weitere Schirmungslage die Signallage von
der weiteren Signallage schirmt. Es kann somit nicht nur die Signallage durch die
Schirmungslage von äußeren Einflüssen geschützt bzw. eine Abstrahlung der Signallage
nach außen unterdrückt werden, sondern auch ein möglicherweise störender Einfluss
einer Signallage auf eine weitere Signallage reduziert werden. Dabei kann je nach
Anforderung auch vorgesehen sein, dass sowohl die weitere Signallage als auch die
weitere Schirmungslage eine andere Erstreckung aufweisen als die Signallage und die
Schirmungslage. Die einzelnen Lagen können außerdem beispielsweise sandwichartig auflaminiert
sein.
[0018] Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Signallage
und die weitere Signallage funktional verschiedene Signale leiten. Es ist somit möglich,
funktional verschieden belegte Signallagen auch entsprechend ihrer Störanfälligkeit
oder ihrem Störpotential mit eigenen Schirmungslagen zu schirmen, die gegebenenfalls
auch verschieden ausgebildet sein und sich entsprechend der gewünschten Abschirmung
verschieden weit erstrecken können.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
[0019] Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher
erläutert. In diesen zeigen:
- Figur 1
- in einer schematischen Darstellung ein Anwendungsbeispiel einer Elektrokontaktkupplung
an Schienenfahrzeugen; und
- Figur 2
- in einer Teil-Schnittansicht eine Steckerverbindungsvorrichtung der Elektrokontaktkupplung
der Figur 1.
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
[0020] Figur 1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Anwendungsbeispiel einer Elektrokontaktkupplung
2 an nur teilweise dargestellten Schienenfahrzeugen 30, 32. Die Elektrokontaktkupplung
2 stellt eine elektrische Verbindung zwischen den Zugteilen 30, 32 her, so dass sowohl
Signale als auch elektrische Leistungen übertragbar sind. Zusätzlich ist schematisch
eine mechanische Zugkupplung 34 dargestellt, mittels der die Zugteile 30, 32 mechanisch
verbunden sind.
[0021] Der genaue Aufbau der in der Elektrokontaktkupplung 2 befindlichen Steckerverbindungsvorrichtung
1 ist in einer Teil-Schnittansicht in Figur 2 dargestellt. Hierbei wurden für die
Erfindung unwesentliche Details wie etwa ein Gehäuse oder eine in der Elektrokontaktkupplung
angeordnete Zentriervorrichtung weggelassen.
[0022] Die in Figur 2 dargestellte Steckerverbindungsvorrichtung 1 kann in eine Steckseite
A und eine Anschlussseite B aufgeteilt werden. An der Steckseite A ist die Herstellung
eines Steckkontakts mit einer weiteren Steckverbindungsvorrichtung möglich, an der
Anschlussseite B ist es möglich, elektrische Leiter zu kontaktieren.
[0023] Die Steckerverbindungsvorrichtung 1 weist einen als mehrlagige Leiterplatte ausgebildeten
Träger 5 auf. Der Träger 5 weist in der hier dargestellten Ausführungsform eine Leiterplatte
51 mit einer ersten Leiterplattenlage 511 und einer zweiten Leiterplattenlage 512
auf. Jede Leiterplattenlage 511, 512 ist elektrisch isolierend und mechanisch ausreichend
stabil aus einem Leiterplattenbasismaterial wie beispielsweise einem faserverstärktem
Kunststoff ausgebildet.
[0024] Eine Signallage 52 aus einem gut leitfähigem Material wie beispielsweise Kupfer ist
zwischen der ersten Leiterplattenlage 511 und der zweiten Leiterplattenlage 512 angeordnet,
also auf der der Anschlussseite B zugewandten Oberfläche der ersten Leiterplattenlage
511 und auf der der Steckseite A zugewandten Oberfläche der zweiten Leiterplattenlage
512.
[0025] Eine Schirmungslage 53 - ebenfalls aus einem gut leitfähigem Material wie beispielsweise
Kupfer - ist auf einer anderen Seite der zweiten Leiterplattenlage 512, also auf der
der Anschlussseite B zugewandten Oberfläche der zweiten Leiterplattenlage 512 angeordnet.
[0026] Somit ergibt sich ein vierschichtiger oder vierlagiger Aufbau des Trägers 5 mit einer
ersten Leiterplattenlage 511, einer Signallage 52, einer zweiten Leiterplattenlage
512 und einer Schirmungslage 53. Die Signallage 52 weist Leiterbahnen auf, die beispielsweise
für ein elektrisches Verbinden der redundanten Kontakte verwendbar sind. Die Schirmungslage
53 dient als möglichst flächige niederimpedante Leiterbahn einer Abschirmung von unerwünschter
Strahlung, die von außen in die Steckerverbindungsvorrichtung 1 eingestrahlt oder
durch die Steckerverbindungsvorrichtung 1 nach außen abgestrahlt werden können.
[0027] Die Leiterbahnen der Signallage 52 sind durch das isolierende Material der Leiterplatte
51, insbesondere durch die zweite Leiterplattenlage 512, von der Schirmungslage 53
getrennt. Die Schirmungslage 53 ist im Wesentlichen parallel zu der Signallage 52
angeordnet und deckt einen möglichst großen Teil der Signallage 52 ab, kann aber Durchbrüche
oder Aussparungen beispielweise für die Durchführung von elektrischen Leitern zu den
Kontakten 3, 4 aufweisen.
[0028] An dem Träger 5 sind eine Vielzahl beispielsweise als Kontaktstecker 3 oder als Kontaktbuchse
4 ausgebildete Kontakte angeordnet. Neben der hier dargestellten Steckverbindung sind
selbstverständlich auch andere Kontaktarten wie beispielsweise Federkontakte oder
Ähnliches denkbar. Jeder Kontakt ist redundant vorhanden. Die Kontakte können beispielsweise
in zwei zueinander redundante Kontaktgruppen aufgeteilt sein. Die zueinander redundanten
oder gespiegelten Kontaktgruppen können in einem oder in zwei getrennten Kupplungsgehäusen
untergebracht so sein, dass eine Verbindung zweier Zugteile 30, 32 unabhängig von
der Orientierung des einzelnen Zugteils 30, 32 möglich und somit eine Wendefähigkeit
der Zugteile 30, 32 gegeben ist. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Kontakte
durch eine Mittelachse C getrennt und zu dieser bezüglich der Redundanz spiegelsymmetrisch
angeordnet. Auf einer Seite der Mittelachse C sind Kontaktstecker 3 und auf der anderen
Seite der Mittelachse C Kontaktbuchsen 4 angeordnet. Bei einer waagrechten Ausrichtung
der Elektrokontaktkupplung 2 ergibt sich somit eine Wendefähigkeit des Zugteils 30,
32.
[0029] Für ein Verbinden der Kontakte werden mit den Elektrokontaktkupplungen 2 die Steckerverbindungsvorrichtungen
1 gegeneinander gefahren, d.h. aufeinander zu bewegt, bis der jeweilige Kontaktstecker
3 in seine zugeordneten Kontaktbuchse 4 einfährt und ein elektrischer Kontakt hergestellt
ist.
[0030] In der hier dargestellten Ausführungsform sind die Kontakte, d.h. der Kontaktstecker
3 und die Kontaktbuchse 4, zweiteilig ausgeführt. Sowohl Kontaktstecker 3 als auch
Kontaktbuchse 4 weisen ein Festanschlussteil 6 auf. Das Festanschlussteil 6 ist mechanisch
fest mit der Leiterplatte 51, also hier mit dem Leiterplattenbasismaterial der ersten
und der zweiten Leiterplattenlage 511, 512 verbunden. Die mechanische Verbindung kann
beispielsweise durch ein Verschrauben oder dergleichen des Festanschlussteils 6 mit
der Leiterplatte 51 hergestellt werden. Gleichzeitig besteht eine elektrische Verbindung
zwischen dem Festanschlussteil 6 und einer Leiterbahn der Signallage 52, sodass die
für die Redundanz zweier Kontakte notwendige elektrische Verbindung hergestellt ist.
[0031] Mit dem Festanschlussteil 6 kann beispielsweise ein Steckerelement 7 oder ein Buchsenelement
8 mechanisch und elektrisch verbunden sein. Die Verbindung zwischen Festanschlussteil
6 und Steckerelement 7 oder Buchsenelement 8 kann beispielsweise durch Verschrauben,
Stecken oder Klemmen hergestellt werden.
[0032] Zur Kompensation von Lagetoleranzen zwischen Kontaktstecker 3 und Kontaktbuchse 4
bei einem Steckvorgang ist in dem Buchsenelement 8 ein Kontaktelement 9 vorgesehen.
Das Kontaktelement 9 weist eine ringförmige Spiralfeder auf, die in einer Nut des
Buchsenelements 8 eingesetzt ist. Anstelle einer Spiralfeder können auch andere Elemente
eingesetzt werden, die zum einen den Kontakt sicherstellen und zum anderen Lagefehler
ausgleichen können. Die Steckerverbindungsvorrichtung 1 ist in einen Isolierkörper
12 eingesetzt, der zu einem Gehäuse (nicht abgebildet) der Elektrokontaktkupplung
2 gehört. Des Weiteren ist eine Dichtung 13 der Steckverbindungsvorrichtung 1 gegen
Schmutz und Feuchtigkeit vorgesehen, die in der Figur 2 nur teilweise dargestellt
ist.
[0033] Das Festanschlussteil 6 weist eine Kabelaufnahme 61 auf. In die Kabelaufnahme 61
kann ein von der Anschlussseite herangeführtes Kabel 10 bzw. dessen eine oder mehrere
Adern 101 eingelegt und elektrisch mit dem Festanschlussteil 6 verbunden werden. Die
Herstellung des elektrischen Kontakts zwischen den Adern 101 und der Kabelaufnahme
61 kann beispielsweise durch Löten, Klemmen oder Stecken erfolgen.
[0034] Eine Schirmung 102 des Kabels 100 kann mit einer Schirmanschlussvorrichtung 20 elektrisch
und mechanisch verbunden werden. Die Schirmanschlussvorrichtung 20 ihrerseits ist
elektrisch niederimpedant leitend mit der Schirmungslage 53 verbunden. Für die Herstellung
des elektrischen und mechanischen Kontakts zwischen der Schirmanschlussvorrichtung
20 und der Schirmungslage 53 kann beispielsweise ein Schirmanschlussbügel 201 vorgesehen
sein.
[0035] Der elektrische Kontakt zwischen der Kabelschirmung 102 und der Schirmanschlussvorrichtung
20 kann mit einer Schirmungsklemme 202 als ein um 360° umlaufender Kontakt realisiert
sein. Zur Herstellung dieses Kontakts kann die Kabelschirmung 102 an der Kontaktstelle
durch Abmanteln des Kabelmantels freigelegt und mit der Schirmungsklemme 202 elektrisch
niederimpedant leitend und dauerhaft erschütterungsresistent verbunden werden.
[0036] Neben der bereits beschriebenen Signallage 52 und der Schirmungslage 53 können weitere
Signallagen und Schirmungslagen (nicht abgebildet) vorgesehen sein. Dabei kann beispielsweise
vorgesehen sein, Signale nach ihrer Funktionalität zu gruppieren und die entsprechenden
Signalgruppen in verschiedenen Signallagen zu führen und mittels Schirmungslagen voneinander
abzuschirmen. Bei den Signalgruppen kann es sich beispielsweise und eine Steuersignalgruppe,
eine Fahrzeugbusgruppe und/oder eine Unterhaltungselektronikgruppe handeln. Je nach
Sicherheitsstufe, Abstrahlcharakteristik oder/und Störanfälligkeit der Gruppe kann
eine gruppenspezifische Abschirmung erfolgen. Die verschiedenen Signal- und Schirmungslagen
können dabei mittels bekannter Leiterplatten-Herstellungsverfahren sandwich-ähnlich
auflaminiert werden.
1. Steckerverbindungsvorrichtung (1) für eine Elektrokontaktkupplung (2) eines spurgeführten
Fahrzeugs (30, 32), insbesondere eines Schienenfahrzeugs, zur Verbindung einer Vielzahl
von elektrischen Leitern (10) zweier spurgeführter Fahrzeuge (30, 32), wobei die elektrischen
Leiter (10) zur Übertragung elektrischer Signale oder/und elektrischer Leistung ausgelegt
sind, mit
einem Träger (5) und einer Vielzahl daran befestigter Kontakte (3, 4),
wobei die Kontakte (3, 4) beiderseits einer Mittelachse (C) angeordnet und die Kontakte
(3) auf einer Seite der Mittelachse (C) komplementär zu Kontakten (4) auf der anderen
Seite der Mittelachse (C) ausgeführt sind,
wobei zumindest ein Kontakt (3) auf einer Seite der Mittelachse (C)redundant zu einem
Kontakt (4) auf der anderen Seite der Mittelachse (C) ausgeführt ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Träger (5, 51) eine Signallage (52) zur Signalführung und eine Schirmungslage
(53) zur Signalschirmung aufweist.
2. Steckerverbindungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Signallage (52) zumindest
teilweise parallel zu der Schirmungslage (53) verläuft.
3. Steckerverbindungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Signallage
(52) und die Schirmungslage (53) elektrisch voneinander isoliert sind.
4. Steckerverbindungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei zwischen der Signallage (52)
und der Schirmungslage (53) eine elektrisch isolierende Lage (512) vorgesehen ist.
5. Steckerverbindungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kontakte
(3, 4) ein Festanschlussteil (6) und ein Steckerelement (7) oder ein Buchsenelement
(8) aufweisen, die Steckerverbindungsvorrichtung (1) eine Steckseite (A) aufweist,
an der ein Steckerelement (7) oder ein Buchsenelement (8) mit dem jeweiligen anderen
Element einer anderen Steckerverbindungsvorrichtung verbunden werden kann, und eine
Anschlussseite (B) aufweist, an der elektrische Leiter (10) der Steckerverbindungsvorrichtung
(1) zugeführt werden.
6. Steckerverbindungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei in Richtung von der Anschlussseite
(B) zu der Steckseite (A) die Schirmungslage (53) vor der Signallage (52) angeordnet
ist.
7. Steckerverbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei eine Schirmanschlussvorrichtung
(20), insbesondere an der Anschlussseite (B), zur Kontaktierung einer Schirmung (102)
eines elektrischen Leiters (10) mit der Schirmungslage (53) vorgesehen ist.
8. Steckerverbindungsvorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Schirmanschlussvorrichtung
(20) den elektrischen Leiter (10) ringförmig umgibt.
9. Steckerverbindungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei neben
der Signallage (52) und der Schirmungslage (53) eine weitere Signallage und eine weitere
Schirmungslage vorgesehen sind, wobei die weitere Schirmungslage die Signallage (52)
von der weiteren Signallage schirmt.
10. Steckerverbindungsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Signallage (52) und die weitere
Signallage funktional verschiedene Signale leiten.