DE102004060734B4

DE102004060734B4 - Kontaktsicherung für Steckverbinder mit Schutzeinrichtung gegen Störeinflüsse

Info

Publication number: DE102004060734B4
Application number: DE102004060734A
Authority: DE
Inventors: Hans-Ulrich Müller; Alfred Annecke
Original assignee: Amphenol Tuchel Electronics GmbH
Current assignee: Amphenol Tuchel Electronics GmbH
Priority date: 2004-12-15
Filing date: 2004-12-15
Publication date: 2008-10-16
Anticipated expiration: 2024-12-16
Also published as: DE102004060734A1; US7249960B2; JP2006173104A; US20060128170A1; EP1672748A1

Abstract

Kontaktsicherung (1) für Steckverbinder, geeignet zur Verwendung zwischen einer Zündpille für Airbags und einem Steuergerät eines Kraftfahrzeuges, mit einer Schutzeinrichtung (3) zur Sicherung von sich in die Zündpille erstreckenden Zündkontakten (4) der Zündpille gegen Störeinflüsse wie Spannungsspitzen, wobei die Schutzeinrichtung (3) bei in der Zündpille eingesetzter Kontaktsicherung (1) parallel zu den Zündkontakten (4) als spannungsabhängiger Widerstand geschaltet ist, und wobei die Schutzeinrichtung (3) aus einem Schutzelement (3s) und zwei Schutzkontaktfedern (3k) besteht, wobei die Schutzkontaktfedern (3k) mit ihren Kontakten (3kf3) jeweils den zugeordneten Zündkontakt (4) kontaktieren und das Schutzelement (3s) eine Wirkverbindung zwischen den Schutzkontaktfedern (3k) herstellt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kontaktsicherung für Steckverbinder, die zur Verwendung zwischen einer Zündpille für Airbags und einem Steuergerät eines Kraftfahrzeuges geeignet ist.
Elektrische Steckverbinder mit solchen Zündpillen sind beispielsweise in der DE 102 27 016 A1 offenbart, wobei der elektrische Steckverbinder meist aus einem L-förmigen Gehäuse mit einem Rüssel besteht, der in die in der Zündpille vorgesehene Kontaktsicherung gesteckt wird. Die teilweise komplexen elektrischen Steckverbinder, die häufig mit einer Primär- und Sekundärverriegelung versehen sind, sollen möglichst geringe Abmessungen bei höchstmöglicher Funktionssicherheit aufweisen.
Die DE 19935969 A1 zeigt einen Kurzschluss-Kontaktträger für einen Zündersockel, der eine Kurzschlussbrücke mit mindestens zwei federnden Kontaktelementen zum elektrischen Verbinden von Kontaktstiften des Zünders umfasst. Die EP 0745519 A1 zeigt einen Kragen zur Verbindung eines Initiators mit einem Airbackgehäuse auf, wobei der Kragen aus einem Metalloxidvaristor gebildet ist. Die EP 0802092 A1 betrifft einen ähnlichen Initiator mit einem Metalloxid varistor zum Schutz des Initiators. Die EP 1339139 A1 betrifft einen Steckverbinder für ein Zündsystem mit einer Kurzschlusseinrichtung und einem Ferritkern.
Weitere Steckverbinder und Kontaksicherungen sind in der EP 1251602 A2 , JP 11329604 A , US 3821686 , EP 1327928 A1 und der DE 10247568 A1 gezeigt.
Durch das zunehmende Eindringen der Elektronik in Kraftfahrzeuge wachsen auch die Probleme ihrer gegenseitigen Beeinflussung. Die besonderen Probleme liegen hier darin, dass auf engstem Raum die unterschiedlichsten elektronischen Einheiten untergebracht sind und ordnungsgemäß arbeiten müssen.
Es sind sowohl empfindliche analoge Geräte (z. B. Rundfunkempfänger, Telefone, Funkanlagen) als auch digitale Einheiten (z. B. Einspritz- und Zündzeitpunkt-Steuerungen, ABS-Steuerungen, Verbrennungsgemisch-Steuerungen [λ-Sonde], Bordcomputer) wie auch Motorantriebe und Steuerungsventile (z. B. Lichtmaschine, Anlasser, Fensterheber, Scheibenwischer, Benzinpumpe, Bremsventile [ABS]) sowie die störungsträchtige Zündanlage, die hier auf engstem Raume nebeneinander arbeiten sollen. Daneben werden sowohl die Arbeitsgeschwindigkeit der Funktionselemente (Bandbreite) als auch die Dichte der Funktionsbausteine immer höher. Es verlaufen empfindliche Fühlerleitungen und Leitungen für stromstarke Stellmotorantriebe über längere Strecken dicht zusammen. Bei dieser Funktionsvielfalt kann eine Fehlsteuerung durch gegenseitige Beeinflussung (z. B. des Bremssystems oder des Airbags) verheerende Folgen haben. Hier ist eine besondere Sorgfalt bei der Beherrschung der gegenseitigen Beeinflussungen geboten.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kontaktsicherung für Steckverbinder so auszugestalten, dass Fehlauslösungen des Airbags möglichst vermieden werden.
Grundidee der vorliegenden Erfindung ist es dabei, eine Schutzeinrichtung zur Sicherung von Zündkontakten der Zündpille gegen Störeinflüsse in der Kontaktsicherung vorzusehen, wobei die Schutzeinrichtung parallel zu den Zündkontakten als spannungsabhängiger Widerstand geschaltet ist, wobei die Schutzeinrichtung aus einem Schutzelement und zwei Schutzkontaktfedern besteht, wobei die Schutzkontaktfedern mit ihren Kontakten jeweils die Kontaktfeder kontaktieren und das Schutzelement eine Wirkverbindung zwischen den Schutzkontaktfedern herstellt.
Die Schutzeinrichtung kann dabei aus zwei Schutzkontaktfedern/MID-Bauelementeträgern bestehen, wobei jede Schutzkontaktfeder bzw. jeder MID-Bauelementeträger einem Zündkontakt der Zündpille zugeordnet ist und zwischen den Zündkontakten ein Schutzelement, beispielsweise ein Varistor, den Kontakt herstellt. Ein weiterer wesentlicher Aspekt der Erfindung liegt in der Anordnung der Schutzeinrichtung außerhalb des Anzünders, insbesondere in einem Isolierring.
Als Schutzeinrichtung können beispielsweise Varistoren eingesetzt werden. Varistoren sind spannungsabhängige Widerstände mit symmetrischer U/I-Kennlinie. Der Widerstand des Varistors sinkt mit zunehmender Spannung. Parallel zum schützenden Bauteil bzw. Schaltung geschaltet, bildet der Varistor bei zunehmender Spannung einen niederohmigen Shunt und verhindert so ein weiteres Ansteigen der Überspannung.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Schutzeinrichtung in einem Isolierring integriert ausgebildet.
Der Varistor, der aus unter bestimmten Bedingungen gesintertem Zinkoxid zusammen mit anderen Metallkeramiken besteht, weist eine polykristalline Keramik mit vorhersagbarer Spannungsabhängigkeit auf.
Durch die Anordnung der Schutzeinrichtung, die ein ESD/EMV-Schutzelement enthalten kann, in dem Isolierring, sind keine baulichen Änderungen am Anzünder selbst notwendig. Weiterhin ändert sich an der Montage nichts, da auf bekannte Bauteile zurückgegriffen werden kann. Auch bisherige Montagevorrichtungen können somit weiter verwendet werden. Vorhandene Anzünder können sowohl mit ESD/EMV-geschützten Isolierringen als auch mit konventionellen Isolierringen mit Kurzschlussbrücke kombiniert werden.
Durch die Verwendung von den genannten Schutzelementen ist auch eine Eliminierung der Kurzschlussbrücken möglich, da – wie beschrieben – Spannungsspitzen ohnehin verhindert werden.
In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung kann der Kontakt der Schutzeinrichtung mit den jeweiligen Zündkontakten durch Umschließen der Zündkontakte mit je einem leitenden Bauteil erfolgen. Die beiden leitenden Bauteile werden wiederum durch ein ESD/EMV-Schutzelement miteinander verbunden. Die beiden leitenden Bauteile können in vorteilhafter Ausgestaltung symmetrisch oder auch baugleich ausgestaltet sein, wodurch die Produktionskosten weiter gesenkt werden.
Die Verbindung des Schutzelementes mit den leitenden Bauteilen kann durch Stecken oder durch einfache Anlage erfolgen. Auch andere leitende Verbindungen wie beispielsweise Verklemmen oder Verschrauben sind denkbar, wobei eine leichte Montage und Platz sparende Unterbringung die oberste Prämisse darstellen.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Figurenbeschreibung und den Ansprüchen.
Die Figuren der Zeichnungen zeigen unter Beibehaltung gleicher Bezugszeichen für gleiche Bauteile im Einzelnen:
1a bis 1d: Klapprichtige, teilweise geschnittene Ansichten einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Kontaktsicherung, wobei Schnittlinie A-A aus 1c der Ansicht gemäß 1d und Schnittlinie B-B aus 1c der Ansicht gemäß 1b entspricht;
2: Detailansicht des Details D1 aus 1d;
3: Perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Schutzkontaktfedern;
4: Perspektivische Ansicht des Isolierrings gemäß der Ausgestaltung nach 1a bis 1d;
5a bis 5d: Klapprichtige, teilweise geschnittene Ansichten einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Kontaktsicherung, wobei Schnittlinie A-A aus 5c der Ansicht gemäß 5d und Schnittlinie B-B aus 5c der Ansicht gemäß 5b entspricht;
6: Detailansicht des Details D2 aus 5d;
7: Perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Schutzkontaktfedern;
8: Perspektivische Ansicht des Isolierrings gemäß der Ausgestaltung nach 5a bis 5d;
9a bis 9d: Klapprichtige, teilweise geschnittene Ansichten einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Kontaktsicherung, wobei Schnittlinie A-A aus 9c der Ansicht gemäß 9d und Schnittlinie B-B aus 9c der Ansicht gemäß 9b entspricht;
10: Perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Schutzkontaktfedern;
11: Perspektivische Ansicht des Isolierrings gemäß der Ausgestaltung nach 9a bis 9d;
12a bis 12d: Klapprichtige, teilweise geschnittene Ansichten einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Kontaktsicherung, wobei Schnittlinie A-A aus 12c der Ansicht gemäß 12d und Schnittlinie B-B aus 12c der Ansicht gemäß 12b entspricht;
13: Detailansicht des Details D3 aus 12d;
14: Perspektivische Explosions-Ansicht der MID-Bauelementeträger, des Schutzelementes und des Isolierringes gemäß der Ausgestaltung der Erfindung nach 12a bis 13 und 15;
15 Perspektivische Ansicht des Isolierrings gemäß der Ausgestaltung nach 12a bis 12d;
In den Figuren sind Zündpille, Steckverbinder sowie Verriegelungselemente nicht oder nur unvollständig dargestellt und diese werden als bekannt vorausgesetzt. In den hier beschriebenen Ausführungsbeispielen sind die äußeren Abmessungen der Kontaktsicherung im Wesentlichen identisch. Diese können jedoch auch an jede andere geometrische Form von Zündpillen/Steckverbindern angepasst sein/werden. Teilweise dargestellte Verrastungselemente werden ebenfalls nicht näher erläutert.
4 zeigt eine Kontaktsicherung 1 in perspektivischer Ansicht, die hauptsächlich aus einem Isolierring 2 von komplexer geometrischer Form besteht. Im Wesentlichen ist dieser zylinderförmig geformt und weist in Zündrichtung Z mindestens eine Öffnung 5 auf, durch die sich Kontaktfedern (Zündkontakte) 4 der Zündpille (nicht dargestellt) erstrecken. In Zündrichtung Z schließt sich üblicherweise ein zu zündender Gaserzeuger und ein Airbag an.
Der Isolierring 2 weist weiterhin eine in Zündrichtung Z offene Kontaktfederausnehmung 6 auf, in welche bei der Vormontage die Schutzkontaktfedern 3k eingesteckt werden, nachdem ein Schutzelement 3s (siehe 1d) in eine sich neben der Kontaktfederausnehmung 6 befindende Schutzelementtasche 7 eingesetzt worden ist.
In 1a sind die Schutzkontaktfedern 3k in die Schutzkontaktfederausnehmung 6 eingesetzt, wobei das Schutzelement 3s in der Schutzelementtasche 7 durch sich nach außen erstreckende Schutzkontaktenden 3kf der Schutzkontaktfeder 3k gehalten werden.
Auf diese Weise wird auch der Kontakt zwischen den beiden Schutzkontaktfedern 3k über das Schutzelement 3s sichergestellt. Das Schutzelement 3s kann beispielsweise ein Varistor sein. Die Schutzkontaktenden 3kf der Schutzkontaktfedern 3k können vergoldet sein, um eine hohe Leitfähigkeit und lange Lebensdauer zu garantieren. Das Schutzelement 3s wird mit den Schutzkontaktfedern 3k verbunden, vorzugsweise durch eine Lötverbindung.
Mit dem nach innen gerichteten Ende der Schutzkontaktfedern 3k kontaktiert jede der Schutzkontaktfedern 3k je eine Kontaktfeder 4 der Zündpille. Störungen wie beispielsweise Spannungsspitzen werden durch die oben beschriebenen Eigenschaften des Varistors/des Schutzelements 3s ausgeglichen.
Ein in 1a, 1b und 4 dargestellter Federarm 8 sorgt für die Halterung der Schutzkontaktfedern 3k sowie deren Führung bei der Vormontage. Zur Erleichterung der Vormontage kann der Federarm 8 an seinem Ende konisch zulaufende Seitenflächen 8s aufweisen.
In 1 c und 1d ist zu erkennen, dass die Zylinderform entgegen der Zündrichtung Z U-förmig geöffnet ist, um einen nicht dargestellten Rüssel eines Steckverbinders zum Anschluss an ein Steuergerät aufzunehmen.
In 1d wird die in dem Isolierring 2 integrierte Lage des Schutzelements 3s gemäß dieser Ausführungsform deutlich, weshalb in der Detailansicht in 2 das Detail D1 aus 1 d vergrößert dargestellt ist. Die oben angesprochene Klemmung des Schutzelementes 3s wird durch die Federwirkung der Schutzkontaktfeder 3k und mit den in Richtung des Schutzelements 3s abgewinkelten Kontaktenden 3kf1 bewirkt.
Die zwei Schutzkontaktfedern 3k aus 3 weisen jeweils eine U-förmige Grundform auf, wobei ein Schenkel der U-Form nach außen weggeklappt ist und das weggeklappte Ende den Kontakt 3kf3 zu der zugeordneten Kontaktfeder 4 bildet. Der andere Schenkel der U-Form der Schutzkontakte 3k ist an seinem Ende in drei Abschnitte aufgeteilt, wobei der innen liegende bzw. zur anderen Schutzkontaktfeder 3k gerichtete Abschnitt an seinem Ende den Kontakt 3kf1 zu dem Schutzelement 3s herstellt und nach außen abgewinkelt ist, um das Schutzelement 3s in der Schutzelementtasche 7 festzulegen.
Der äußere bzw. von der anderen Schutzkontaktfeder 3k abgewandte Abschnitt der U-Form der Schutzkontaktfeder 3k dient zur Verrastung der Schutzkontaktfeder 3k in dem Isolierring 2, indem dieser ebenfalls an seinem Ende nach außen gebogen ist. Beim Einstecken der Schutzkontaktfeder 3k in die Schutzkontaktfederausnehmung 6 gleitet der Rastbereich 3kf2 des außen liegenden Abschnitts an einer Innenfläche des Isolierrings 2 in die Schutzkontaktfederausnehmung 6, kann aber auf Grund der gegen die Isolierringwand gerichteten Federkraft und der Rastwirkung nur schwer wieder in die entgegengesetzte Richtung bewegt werden.
5a, 5b, 5c, 5d, 6, 7 und 8 zeigen eine weitere Ausgestaltung der Erfindung, die sich im Wesentlichen durch die Anordnung der Schutzkontaktfedern 3k und des Schutzelements 3s sowie die entsprechend daran angepasste Schutzkontaktfederausnehmung 6 und Schutzelementtasche 7 von 1a bis 4 unterscheiden.
In 8 ist deutlich zu erkennen, dass die Schutzkontaktfedern 3k im Unterschied zu der Ausführungsform gemäß 4 nicht mehr parallel zur Zündrichtung, sondern im Wesentlichen auch orthogonal zur Zündrichtung in entsprechende Schutzkontaktfederausnehmungen 6 des Isolierrings eingeschoben werden. In der Schutzkontaktfederausnehmung 6 ist eine Trennwand vorgesehen, die die Schutzkontaktfederausnehmung 6 in zwei Taschen trennt. Die Trennwand weist hier die Schutzelementtasche 7 zur Aufnahme des Schutzelements 3s auf. Die beiden Taschen der Schutzkontaktfederausnehmung 6 sind so ausgerichtet, dass die Schutzkontaktfedern 3k beim Einstecken jeweils vor einer Öffnung 5 für die Kontaktfedern 4 festgelegt werden. Das Herausziehen der Schutzkontaktfedern 3k wird durch die außen liegenden Rastbereiche 3kf2 (siehe 7) der Schutzkontakte 3k verhindert. Jede Schutzkontaktfeder 3k umschließt in dem Kontaktbereich 3kf3 je eine Kontaktfeder 4, so dass eine leitende Verbindung zwischen den Kontaktfedern 4 über das Schutzelement 3s besteht, das am anderen Ende der Schutzkontaktfedern 3k für eine Verbindung sorgt.
9a, 9b, 9c, 9d, 10 und 11 zeigen eine weitere Ausgestaltung der Erfindung, die der vorbeschriebenen Ausgestaltung gemäß 5a bis 8 gleicht. Die Ausgestaltung unterscheidet sich gemäß 10 und 11 in der Anordnung des Schutzelements 3s, das sich hier in einem seitlichen Arm des U-förmigen Isolierrings 2 erstreckt. Die Schutzkontaktfedern 3k werden wie in 8 auch orthogonal zur Zündrichtung Z in den Isolierring 2 geschoben. Die Verbindung zwischen den beiden Schutzkontaktfedern 3k wird über den Kontakt 3kf1 hergestellt, indem das Schutzelement 3s nach Einschieben der Schutzkontaktfedern 3k in die Schutzkontaktfederausnehmung 6 in die Schutzelementtasche 7 gesteckt wird. Die Kontaktierung der Kontaktfedern 4 erfolgt wie zu 8 oben beschrieben.
12a, 12b, 12c, 12d, 13, 14 und 15 beschreiben eine weitere Ausführungsform der Erfindung, wobei hier die Schutzkontaktfedern 3k als MID(Moulded Interconnect Device)-Bauelementeträger ausgebildet sind und demnach kaum oder keine Federfunktion haben, da diese aus Kunststoff mit leitenden Bestandteilen/Beschichtungen gebildet sind.
Die geometrische Anordnung der MID-Bauelementeträger 3k in dem Isolierring 2 ist ähnlich zu den vorher zu 8 und 11 beschriebenen Ausführungsformen. Die MID-Bauelementeträger 3k werden jedoch nicht in den Isolierring 2 eingeschoben, sondern in eine entsprechend ausgestaltete Schutzkontaktfederausnehmung 6 eingelegt. Ein Ende der MID-Bauelementeträger dient jeweils zur Umschließung der Kontaktfeder 4 und bildet damit auch die Öffnung 5. Durch die Verwendung von MID-Bauelementeträgern wird eine äußerst Platz sparende, geometrisch leicht einpassbare Bauweise des Isolierrings 2 ermöglicht. Der Kontakt 3kf1 zwischen Schutzelement 3s und den beiden MID-Bauelementeträgern ist in 12d und im Detail D3 in 13 dargestellt.
Der in 14 als Explosionszeichnung dargestellte Isolierring 2 ist vorzugsweise zusammen mit den beiden MID-Bauelementeträgern 3k im Spritzgussverfahren hergestellt, wobei die Herstellung der beiden Bauteile einstufig, d. h. zusammen erfolgen kann. Das Schutzelement 3s wird mit den beiden MID-Bauelementeträgern 3k in Kontakt gebracht und auf diesen festgelegt, insbesondere durch eine Lötverbindung.

1: Kontaktsicherung
2: Isolierring
3: Schutzeinrichtung
3s: Schutzelement
3k: Schutzkontaktfeder/MID-Bauelementeträger
3kf: Kontaktende der Schutzkontaktfedern/MID-Bauelementeträger
3kf1: Kontaktende für Schutzelement
3kf2: Rastbereich im Isolierring
3kf3: Kontaktende für Kontaktfedern
4: Zündkontakte (Kontaktfedern)
5: Öffnung
6: Schutzkontaktfederausnehmung
7: Schutzelementtasche
8: Federarm
8s: konisch zulaufende Seitenflächen
Z: Zündrichtung

Claims

Kontaktsicherung (1) für Steckverbinder, geeignet zur Verwendung zwischen einer Zündpille für Airbags und einem Steuergerät eines Kraftfahrzeuges, mit einer Schutzeinrichtung (3) zur Sicherung von sich in die Zündpille erstreckenden Zündkontakten (4) der Zündpille gegen Störeinflüsse wie Spannungsspitzen, wobei die Schutzeinrichtung (3) bei in der Zündpille eingesetzter Kontaktsicherung (1) parallel zu den Zündkontakten (4) als spannungsabhängiger Widerstand geschaltet ist, und wobei die Schutzeinrichtung (3) aus einem Schutzelement (3s) und zwei Schutzkontaktfedern (3k) besteht, wobei die Schutzkontaktfedern (3k) mit ihren Kontakten (3kf3) jeweils den zugeordneten Zündkontakt (4) kontaktieren und das Schutzelement (3s) eine Wirkverbindung zwischen den Schutzkontaktfedern (3k) herstellt.
Kontaktsicherung gemäß Anspruch 1, bei der die Schutzeinrichtung (3) in einem Isolierring (2) integriert ist.
Kontaktsicherung nach Anspruch 2, bei der das Schutzelement (3s) durch Kontakte (3kf1) der Schutzkontaktfeder (3k) in einer Schutzelementtasche (7) des Isolierrings (2) festgelegt sind.
Kontaktsicherung nach Anspruch 1, bei der das Schutzelement (3s) ein Varistor ist.
Kontaktsicherung nach Anspruch 1, bei der die Schutzkontaktfeder (3k) als MID-Bauelement ausgestaltet ist.
Kontaktsicherung nach Anspruch 1, bei der die Schutzkontaktfedern (3k) mit ihren Kontakten (3kf3) jeweils den zugeordneten Zündkontakt (4) umschließen.
Steckverbinder mit einer Kontaktsicherung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.