Die Erfindung betrifft eine Steckerverbindungsvorrichtung für eine Elektrokontaktkupplung eines spurgeführten Fahrzeugs, insbesondere eines Schienenfahrzeugs.

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.

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.

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.

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.

Die Aufgabe wird durch eine Steckerverbindungsvorrichtung gemäß dem unabhängigen Patentanspruch gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.