DE102011075633A1

DE102011075633A1 - Steckeranordnung zur Verbindung unter Spannung

Info

Publication number: DE102011075633A1
Application number: DE102011075633A
Authority: DE
Inventors: Daniel Gloaguen; Pascal Ribeau
Original assignee: Souriau SAS
Current assignee: Souriau SAS
Priority date: 2010-05-11
Filing date: 2011-05-11
Publication date: 2012-01-19
Also published as: FR2960103B1; US8469731B2; US20110281448A1; FR2960103A1; GB2480377B; GB2480377A; GB201107836D0

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Steckeranordnung mit einem ersten Verbindungselement (2), das mit einem männlichen Kontakt (6) versehen ist, welcher einen Teil mit größerem Durchmesser (9) vor einem Teil mit kleinerem Durchmesser (10) aufweist, und mit einem zweiten Verbindungselement (3), das mit einem weiblichen Kontaktelement (14, 16) versehen ist, welches eine lokale Durchmesserverengung (20) aufweist, wobei sich die Verengung vor einem Kontaktblock (14) befindet, welcher am Boden einer Buchse angeordnet ist. Während einer Verbindung zwischen den zwei Verbindungselementen, kommt der Teil mit dem größeren Durchmesser des männlichen Kontaktelementes in Kontakt mit der lokalen Durchmesserverengung des weiblichen Kontaktes in der entsprechenden Buchse, bevor der Teil mit kleinerem Durchmesser des männlichen Kontaktelementes in Kontakt mit dem Kontaktblock kommt, der am Boden der Buchse angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Steckeranordnung um Verbindungen unter Spannung zu realisieren. Genauer betrifft die Erfindung eine solche Steckeranordnung, die wiederholte Verbindungen und/oder Trennungen unter Spannung zwischen den Verbindungselementen der Steckeranordnung ohne das Risiko, die Kontaktoberflächen zu beschädigen, erlaubt.
Bestimmte Anwendungen in dem Bereich der Anschlusstechnik benötigen das Verbinden und/oder Trennen der Verbindungselemente, auch wenn mindestens eines von ihnen schon unter Spannung ist. In diesem Fall beobachtet man fast systematisch die Bildung eines Lichtbogens zwischen den komplementären Kontakten kurz vor der elektrischen Verbindung oder kurz nach der Trennung. Die Ionisierung als Ursache des Lichtbogens ruft einen Transport von Materie in Form von metallischen Ionen von einem Kontakt zum anderen hervor. Dieser Transport zieht eine Beschädigung der Kontaktoberflächen und eine Verschlechterung der elektrischen Leistungen des beteiligten Steckers mit sich. Man beobachtet dann eine Erhöhung des elektrischen Widerstands, was bis zu einer Aufhebung der elektrischen Verbindung reichen kann.
Ein Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Steckeranordnung, um Verbindungen unter hoher Spannung zu realisieren, die, obwohl sie der Bildung von Lichtbogen im Augenblick der Verbindungen und/oder Trennungen unterworfen ist, nicht der Verschlechterung der elektrischen Leistungen unterliegt.
Hierfür schlägt die Erfindung vor, die Bildung des Lichtbogens auf einen nicht-funktionellen Teil der Kontakte zu verlagern, der vor dem funktionellen Teil der Kontakte liegt. Während der Verbindung bildet sich daher der Lichtbogen zwischen den jeweiligen nicht-funktionellen Teilen der zwei komplementären Kontakte, wobei die eigentliche Verbindung zwischen den jeweiligen funktionellen Teilen der Kontakte noch nicht stattgefunden hat. Erst wenn einmal die nicht-funktionellen Teile der zwei komplementären Kontakte in Kontakt gebracht wurden und also der Lichtbogen einmal verschwunden ist, kommen die funktionellen Teile der Kontakte in Kontakt, wobei das eigentliche Unterspannungbringen der Steckeranordnung ermöglicht wird. Umgekehrt gibt es während der Trennung anfangs eine physische Trennung der funktionellen Teile der Kontakte, wenn die nicht-funktionellen Teile selbst noch in Kontakt sind. Dann werden die nicht-funktionellen Teile voneinander entfernt. Es bildet sich nun erneut ein Lichtbogen zwischen den nicht-funktionellen Teilen. Wenn also die Steckeranordnung nach der Erfindung die Bildung der Lichtbogen an der Verbindung zwischen den komplementären Kontakten der Steckeranordnung nicht unterdrückt, ermöglicht sie hingegen das Phänomen und die damit verbundenen physikalischen Verschlechterungen auf einen Teil der Kontakte zu verlagern, der für die eigentliche Verbindung nicht notwendig ist.
Gegenstand der Erfindung ist also eine Steckeranordnung zur Verbindung unter Spannung, welche ein erstes Verbindungselement aufweist, das mit mindestens einem männlichen Kontakt versehen ist, der von einer Verbindungsfläche des ersten Verbindungselementes hervorsteht, und ein zweites Verbindungselement, das mit mindestens einem weiblichen Kontaktelement versehen ist, das in einer Buchse angeordnet ist, welche an einer Verbindungsfläche des zweiten Verbindungselements derart mündet, dass das männliche Kontaktelement in die Buchse eingeführt werden kann und mit dem entsprechenden weiblichen Kontaktelement in Kontakt kommt, dadurch gekennzeichnet, dass:

– mindestens ein männliches Kontaktelement einen Teil mit größerem Durchmesser und einen Teil mit kleinerem Durchmesser aufweist, die beide von der Verbindungsfläche des ersten Verbindungselementes hervorstehen, wobei der Teil mit dem größeren Durchmesser vor dem Teil mit kleinerem Durchmesser ist,
– mindestens ein weibliches Kontaktelement eine lokale Durchmesserverengung vor einem Kontaktblock aufweist, der am Boden der Buchse angeordnet ist, wobei die lokale Durchmesserverengung einen Durchmesser kleiner oder gleich dem Durchmesser des Teils mit dem größeren Durchmesser des männlichen Kontaktelementes und einen zwingend größeren Durchmesser als der Durchmesser des Teils mit dem kleineren Durchmesser des männlichen Kontaktelementes hat,
– damit während einer Verbindung zwischen den zwei Verbindungselementen der Teil mit dem größeren Durchmesser des männlichen Kontaktelementes mit der lokalen Durchmesserverengung des weiblichen Kontaktelementes in der entsprechenden Buchse in Kontakt kommt, bevor der Teil mit dem kleineren Durchmesser des männlichen Kontaktelementes mit dem Kontaktblock in Kontakt kommt, der auf dem Boden der Buchse derart angeordnet ist, dass sich kein Lichtbogen zwischen dem Teil mit dem kleineren Durchmesser des männlichen Kontaktelementes und dem Kontaktblock bilden kann, der auf dem Boden der Buchse angeordnet ist.

Unter der Verbindungsfläche eines steckerverbindungselementes nach der Erfindung versteht man die Fläche, die zu dem komplementären Verbindungselement hin gerichtet ist, um die elektrische Verbindung zu realisieren.
Unter vor und nach versteht man bezüglich der Verbindungsrichtung den vorgelagerten Teil, der vor dem nachgelagerten Teil während einer Verbindung in Kontakt kommt.
Die lokale Durchmesserverengung des weiblichen Kontaktelementes erstreckt sich von einem Teil des weiblichen Kontaktelementes, wobei ermöglicht wird, punktuell den Durchgangsdurchmesser für das männliche Kontaktelement in die entsprechende Buchse derart zu verringern, dass der Durchgangsdurchmesser an dieser Verengung zwingend kleiner als der Durchmesser des Durchgangs vor und nach dieser Verengung ist.
Wenn also das männliche Kontaktelement in die Buchse eingeführt wird, welche das weibliche Kontaktelement aufweist, durchquert es den Bereich des kleineren Durchmessers, bevor es den Kontaktblock am Boden der Buchse erreicht.
Da der Teil mit dem kleineren Durchmesser des männlichen Kontaktelementes einen kleineren Durchmesser als der Durchmesser der Verengung des weiblichen Kontaktelementes hat, kommt es mit diesem im Augenblick der Einführung nicht in Kontakt, und der Abstand zwischen den zweien im Augenblick der Einführung ist nicht ausreichend, um die Bildung eines Lichtbogens zu erlauben.
Dann durchquert der Teil mit dem größeren Durchmesser des männlichen Kontaktelementes die lokale Durchmesserverengung des weiblichen Kontaktelementes, wobei der Teil mit dem kleineren Durchmesser des männlichen Kontaktelementes sich noch in ausreichendem Abstand von dem Kontaktblock des weiblichen Kontaktelementes befindet, um jegliche Bildung des Lichtbogens zwischen diesen zwei Elementen zu vermeiden.
Sobald der Abstand zwischen der lokalen Durchmesserverengung des weiblichen Kontaktelementes und dem Teil mit dem größeren Durchmesser des männlichen Kontaktelementes ausreichend ist, kann es dort die Bildung eines Lichtbogens geben.
Dann tritt der Teil mit dem größeren Durchmesser des männlichen Kontaktelementes in physischen Kontakt mit dem weiblichen Kontaktelement an dieser Verengung.
Anschließend kommt der Teil mit dem kleineren Durchmesser des männlichen Kontaktelementes mit dem Kontaktblock des weiblichen Kontaktelementes am Boden der Buchse in Kontakt, wobei der Teil mit dem größeren Durchmesser des männlichen Kontaktelementes immer noch mit dem weiblichen Kontaktelement an der Verengung in Kontakt ist.
Wenn umgekehrt während der Trennung der Lichtbogen wieder entsteht, bildet er sich immer zwischen dem Teil mit dem größeren Durchmesser des männlichen Kontaktelementes und der lokalen Durchmesserverengung des weiblichen Kontaktelementes, wenn einmal der Teil mit dem kleineren Durchmesser des männlichen Kontaktelementes getrennt ist und sich in ausreichendem Abstand von dem Kontaktblock des weiblichen Kontaktelementes befindet, der am Boden der Buchse angeordnet ist.
Nach einem Ausführungsbeispiel der Steckeranordnung nach der Erfindung ist es möglich, vorzusehen, dass mindestens ein männliches Kontaktelement des ersten Verbindungselementes ein Kontakt mit Kolben ist, bei dem ein Kolben einen Teil mit größerem Durchmesser vor einem Teil mit kleinerem Durchmesser aufweist.
Vorzugsweise weist mindestens ein weibliches Kontaktelement einen hohlen metallischen Schaft von allgemein zylindrischer Form auf, welcher eine innere Wand der entsprechenden Buchse vor einem Kontaktblock einfasst, der am Boden der Buchse angeordnet ist, wobei der metallische Schaft in physischem Kontakt mit dem Kontaktblock steht und mindestens einen nachgiebigen Flöget aufweist, welcher derart zum Inneren der entsprechenden Buchse hin hervorsteht, dass die lokale Durchmesserverengung gebildet wird.
In diesem Fall kann der oder können die nachgiebige(n) Flügel aus der Wanddicke des metallischen Schaftes ausgeschnitten und leicht zum Inneren des Schaftes hin derart gebogen sein, dass sie mit dem männlichen Kontaktelement während dessen Einführung in Kontakt kommen können.
Es ist auch möglich, vorzusehen, dass mindestens ein weibliches Kontaktelement einen hohlen metallischen Schaft von allgemein zylindrischer Form aufweist, welcher eine innere Wand der entsprechenden Buchse vor dem Kontaktblock einfasst, der am Boden der Buchse angeordnet ist, wobei der metallische Schaft in physischem Kontakt mit dem Kontaktblock steht, und mindestens eine Ausstülpung aufweist, die derart zum inneren der Buchse hin hervorsteht, dass die lokale Durchmesserverengung gebildet wird.
Die Erfindung wird besser beim Lesen der folgenden Beschreibung und beim Studium der sie begleitenden Figuren verstanden. Diese sind zur Information und keinesfalls zur Begrenzung der Erfindung dargestellt. Die Figuren geben wieder:
1: eine Darstellung im Querschnitt einer Steckeranordnung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2A bis 2C: eine schematische Darstellung eines männlichen Kontaktelementes und eines weiblichen Kontaktelementes einer Steckeranordnung nach der Erfindung im Laufe der Verbindung (2A), verbunden (2B) und im Laufe der Trennung (2C).
In 1 ist im Querschnitt eine Steckeranordnung 1 dargestellt, die ein männliches Verbindungselement 2 und ein weibliches Verbindungselement 3 aufweist. Die 2A, 2B und 2C zeigen eine Vergrößerung einer Steckeranordnung nach der Erfindung, welche die Steckeranordnung der 1 sein kann, in Bezug auf ein männliches Kontaktelement gegenüber einem komplementären weiblichen Kontaktelement.
Das männliche Verbindungselement 2 weist einen Isolator 4 auf, der mit einer Vielzahl von durchquerenden Längskanälen 5 versehen ist, die sich parallel zu der Längsachse des männlichen Verbindungselementes 2 erstrecken. Ein Kontakt mit Kolben 6 ist in jedem Kanal 5 angeordnet.
Einige dieser Kontakte mit Kolben 6 weisen einen doppelten Verbindungsbereich nach der Erfindung (zwei sind in 1 sichtbar) auf. Genauer mündet ein Kolben 7 eines Kontaktes mit Kolben 6 an dem doppelten Verbindungsbereich außerhalb des entsprechenden Kanals 5 bei einer Verbindungsfläche 8 des männlichen Verbindungselementes 2, damit er von dem Isolator 4 hervorsteht. Es versteht sich, dass es sich genauso um Kontakte mit Stift handeln könnte, deren Stifte einen doppelten, von der Verbindungsfläche 8 hervorstehenden, Verbindungsbereich aufweisen.
Der doppelte Verbindungsbereich des männlichen Kontaktelementes 6 nach der Erfindung wird durch einen Teil mit größeren Durchmesser 9 und einem Teil mit kleinerem Durchmesser 10 gebildet. Der Teil mit größerem Durchmesser 9 befindet sich vor dem Teil mit kleinerem Durchmesser 10. Der Teil mit kleinerem Durchmesser 10 bildet also das Verbindungsendstück.
Das weibliche Verbindungselement 3 weist einen Isolator 11 auf, der mit einer Vielzahl von länglichen Buchsen 12 versehen ist, die sich parallel zu der Längsachse des weiblichen Verbindungselementes 3 erstrecken. Jede Buchse 12 mündet bei einer Verbindungsfläche 22 gegenüber der Verbindungsfläche 8 des komplementären männlichen Verbindungselementes 2. Der Boden 13 jeder Buchse 12 weist einen Kontaktblock 14 auf, der dazu bestimmt ist, elektrisch mit dem Verbindungsendstück 10 eines männlichen Kontaktelementes 6 des männlichen Verbindungselementes 2 zusammenzuwirken. Auch ist ein Verbindungsendstück 15 jedes Verbindungsblocks 14 an der Oberfläche des Bodens 13 der entsprechenden Buchse 12 eingelassen.
Einige Buchsen 12 weisen einen doppelten Verbindungsbereich nach der Erfindung auf (zwei sind in 1 sichtbar, gegenüber den zwei Kontakten mit Kolben 6, die ebenfalls einen doppelten Verbindungsbereich aufweisen).
Genauer weist außer dem Kontaktblock 14 jede dieser Buchsen 12 einen aus leitendem Material bestehenden, hohlen, zylindrischen Schaft 16 auf, dessen äußere Oberfläche 17 die innere Wand 18 der Buchse 12 einfasst. Ein vorderes Ende 19 des zylindrischen Schaftes 16, das zu dem Boden der Buchse 12 hin gerichtet ist, befindet sich mit dem eingelassenen Kontaktblock 14 in Kontakt. Der zylindrische Schaft 16 weist auf halber Höhe eine Durchmesserverengung 20 auf, die hier durch einen in Richtung zum Inneren des zylindrischen Schaftes 16 umgebogenen Ausschnitt realisiert ist.
In den 2A bis 2C kann man genauer Zungen 21 sehen, die aus der Wand des zylindrischen Schaftes 16 ausgeschnitten und zum Inneren hin umgebogen sind.
Wie in den 2A, 2B und 2C schematisch dargestellt ist, erlaubt der auf dem männlichen Kontaktelement 6 und auf dem weiblichen Kontaktelement 14, 16 vorhandene doppelte Verbindungsbereich, die Bildung des Lichtbogens, der im Stande ist, sich während der Verbindung zu bilden, auf einen nicht funktionellen Bereich der männlichen und weiblichen Kontaktelemente zu verschieben.
Genauer führt man für die Verbindung (2A) den Kolben 7 des Kontaktes mit Kolben 6 in eine Buchse 12 ein, deren innere Wand 18 von dem zylindrischen Schaft 16 umrandet ist. Der Teil mit dem größeren Durchmesser 10 des Kolbens 7 durchquert die Durchmesserverengung 20 in Richtung des Kontaktblocks 14.
Man fährt mit dem Einsetzen des Kolbens 7 in die Buchse 12 fort, bis der Teil mit dem größeren Durchmesser 9 des Kolbens 7 an der Durchmesserverengung 20 ankommt und genauer an den freien Enden der Flügel 21. Wenn der Abstand zwischen dem Teil mit dem größeren Durchmesser 9 des Kolbens 7 und den Enden der Flügel 21 des zylindrischen Schaftes 16 ausreichend ist, bildet sich ein Lichtbogen (2A). Die Beschädigung der Kontaktoberfläche der männlichen und weiblichen Kontaktelemente findet so in diesem nicht-funktionellen Bereich der Kontaktelemente statt.
Man fährt fort, den Kolben 7 in die Buchse 12 derart einzusetzen, dass der Teil mit dem größeren Durchmesser 9 des Kolbens 7 mit den Enden der Flügel 21 in Kontakt tritt.
Dann tritt das Verbindungsendstück 10 des Kolbens 7 seinerseits in Kontakt mit dem Verbindungsendstück 15 des Kontaktblocks 14, ohne dass zuvor ein Lichtbogen in diesem Kontaktbereich gebildet wird (2B).
Während der Trennung zieht man den Kolben 7 aus der Buchse derart zurück, dass das Verbindungsendstück 10 des Kolbens 7 des Kontakts mit Kolben 6 beginnt, von dem Verbindungsendstück 15 des Kontaktblocks 14 entfernt zu werden. Da der Teil mit dem größeren Durchmesser 9 des Kolbens 7 noch immer mit den Flügeln 21 des zylindrischen Schaftes 16 an der Durchmesserverengung 20 in Kontakt steht, gibt es keine Bildung eines Lichtbogens zwischen den männlichen 10 und weiblichen 15 Kontaktstücken im Augenblick des Zurückziehens (2C).
Dann fährt man mit dem Zurückziehen fort, um den Teil mit dem größeren Durchmesser 9 des Kolbens 7 körperlich von den Flügeln 21 zu trennen. Solange der Abstand zwischen dem Teil mit größerem Durchmesser 9 und den Flügeln 21 ausreichend ist, beobachtet man zwischen ihnen einen Lichtbogen. Der Lichtbogen verschwindet, wenn der Abstand zwischen dem Teil mit dem größeren Durchmesser 9 und den Flügeln 21 zu groß ist.
So kann man in Ruhe Verbindungen und Trennungen zwischen den Kontakten mit Kolben 6 des männlichen Verbindungselementes 2 und den weiblichen Kontakten 14, 16 des komplementären weiblichen Verbindungselementes 3 wiederholen, ohne den funktionellen Verbindungsbereich 10, 15 des einen oder des anderen männlichen 6 und weiblichen 14 Kontaktelementes der Erfindung zu beschädigen, selbst während das eine und/oder andere der Verbindungselemente während diesen Verbindungen und/oder Trennungen unter Spannung steht/stehen.

Claims

Steckeranordnung zur Verbindung unter Spannung, mit einem ersten Verbindungselement (2), das mit mindestens einem männlichen Kontakt (6) versehen ist, der von einer Verbindungsfläche (8) des ersten Verbindungselementes hervorsteht, und einem zweiten Verbindungselement (3), das mit mindestens einem weiblichen Kontaktelement (14, 16) versehen ist, welches in einer Buchse 12 angeordnet ist, die an einer Verbindungsfläche (22) des zweiten Verbindungselementes derart mündet, dass das männliche Kontaktelement in die Buchse eingeführt und in Kontakt mit dem weiblichen Kontaktelement kommen kann, dadurch gekennzeichnet, dass – mindestens ein männliches Kontaktelement einen Teil mit größerem Durchmesser (9) und einen Teil mit kleinerem Durchmesser (10) aufweist, wobei alle beide von der Verbindungsfläche des ersten Verbindungselementes hervorstehen, wobei der Teil mit dem größeren Durchmesser sich vor dem Teil mit dem kleineren Durchmesser befindet, – mindestens ein weibliches Kontaktelement eine lokale Durchmesserverengung (20) vor einem Kontaktblock (14) aufweist, der am Boden der Buchse angeordnet ist, wobei die lokale Durchmesserverengung einen Durchmesser kleiner oder gleich dem Durchmesser des Teils mit dem größeren Durchmesser des männlichen Kontaktelementes und einen Durchmesser zwingend größer als der Durchmesser des Teils mit dem kleineren Durchmesser des männlichen Kontaktelementes hat, – damit während einer Verbindung zwischen den zwei Verbindungselementen der Teil mit dem größeren Durchmesser des männlichen Kontaktelementes in Kontakt mit der lokalen Durchmesserverengung des weiblichen Kontaktelementes in der entsprechenden Buchse kommt, wobei sich ein Lichtbogen in einem nicht-funktionellen Bereich an der lokalen Durchmesserverengung des weiblichen Kontaktelementes bildet, bevor der Teil mit dem kleineren Durchmesser des männlichen Kontaktelementes mit dem Kontaktblock in Kontakt kommt, welcher an dem Boden der Buchse angeordnet ist.
Steckeranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein männliches Kontaktelement des ersten Verbindungselementes ein Kontakt mit Kolben (6) ist, wovon ein Kolben (7) einen Teil mit größerem Durchmesser (9) vor dem Teil mit kleinerem Durchmesser (10) aufweist.
Steckeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein weibliches Kontaktelement einen hohlen metallischen Schaft (16) von allgemein zylindrischer Form aufweist, welcher eine innere Wand (18) der entsprechenden Buchse vor einem Kontaktblock (14) einfasst, der am Boden der Buchse angeordnet ist, wobei der metallische Schaft (16) in physischem Kontakt mit dem Kontaktblock steht, und mindestens eine Ausstülpung aufweist, die derart zum Inneren der Buchse hin hervorsteht, dass die lokale Durchmesserverengung gebildet wird.
Steckeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein weibliches Kontaktelement einen hohlen metallischen Schaft (16) von allgemein zylindrischer Form aufweist, welcher eine innere Wand (18) der entsprechenden Buchse vor einem Kontaktblock (14) einfasst, der am Boden der Buchse angeordnet ist, wobei der metallische Schaft mit dem Kontaktblock in physischem Kontakt steht und mindestens einen nachgiebigen Flügel (21) aufweist, der derart zum Inneren der entsprechenden Buchse hin vorsteht, dass die lokale Durchmesserverengung gebildet wird.
Steckeranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine nachgiebige Flügel in der Wanddicke des metallischen Schaftes des weiblichen Kontaktelementes angeordnet ist.