Steckverbinderstecker mit gesteigerter Vibrationsfestigkeit

Die Erfindung betrifft einen Steckverbinderstecker für einen Steckverbinder mit gesteigerter Vibrationsfestigkeit, aufweisend ein Steckverbindersteckergehäuse mit wenigstens einem Kontaktelement, eingebracht in einem Aufnahmeraum des Steckverbindersteckergehäuses. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Steckverbinder mit einem Steckverbinderstecker.

Die Steckverbindertechnik findet Anwendung in praktisch allen Anforderungs- und Anwendungsumgebungen, beispielsweise in der Fahrzeugtechnik, der Stationärtechnik, im Umfeld aggressiver Medien, großer Temperaturschwankungen oder auch Feuchtebedingungen. Die zu übertragenden elektrischen Leistungen können von Niedervoltanwendungen bis Hochvoltanwendungen reichen.

Gattungsgemäße Steckverbinder sind für ihre Kontaktierungsaufgabe zur Realisierung einer elektrisch leitenden Verbindung derart ausgeführt, dass deren Stecker kompatibel zu einem komplementären Gegenstecker aufgebaut sind. Unterstützt wird das Zusammenstecken des Steckers mit dem Gegenstecker, wobei der Gegenstecker häufig ein aus Kunststoff gefertigtes Gegensteckergehäuse sowie dem daran angebrachten Einsteckkontakt zum Befestigen an dem Kontaktteil des Steckers aufweist.

Zu den eigentlichen funktionellen Aufgaben von Steckverbindern können weitere Anforderungen treten. Wesentlich in diesem Zusammenhang ist die Fähigkeit der Steckverbindung und der elektrischen Kontaktierung der Kontakte, auch unter verschiedenen Umwelteinwirkungen auf die Steckverbindung wie beispielsweise Temperaturschwankungen, Vibrationen, mechanische Belastungen usw. immer uneingeschränkt zuverlässig zu kontaktieren. Auch Anforderungen hinsichtlich der Abdichtung, feuchteresistenten Einhausung können je nach Einsatzort der Steckverbindung hinzutreten.

Kontakte im Allgemeinen weisen wenigstens einen elektrisch leitfähigen Kontaktabschnitt zum lösbaren, temporären oder steckenden Verbinden mit einem korrespondierenden Gegenkontaktelement und einen an den Kontaktabschnitt anschließenden Schaftabschnitt zum Befestigen einer elektrischen Leitung an dem Kontakt auf. Ein solcher Kontakt, Steckkontakt, Hochstromkontakt kann an einem Ladestecker oder einer Ladebuchse beispielsweise zum Aufladen eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs Verwendung finden. In diesem Fall ist ein Kabel einerseits an eine Ladestation angeschlossen und trägt andererseits ein Steckverbinderteil in Form eines Ladesteckers, der in ein zugeordnetes Gegensteckverbinderteil in Form einer Ladebuchse an einem Fahrzeug eingesteckt werden kann, um auf diese Weise eine elektrische Verbindung zwischen der Ladestation und dem Fahrzeug herzustellen.

Ladeströme können grundsätzlich als Gleichströme oder als Wechselströme übertragen werden, wobei insbesondere Ladeströme und Hochstrombereiche in Form von Gleichstrom eine große Stromstärke, beispielsweise größer als 200 A oder sogar größer als 300 A oder gar 350 A, aufweisen und zu einer Erwärmung des Kabels genauso wie eines mit dem Kabel verbundenen Hochstromkontaktes führen können.

Vibrationen und andere, insbesondere dynamisch wechselnde mechanische Belastungssituationen sind besonders häufig Ursache für Bauteilversagen der kontaktierungswesentlichen Bauteile in Steckverbindungen mit der Folge, dass der elektrische Kontakt unterbrochen und die Funktion gestört wird. Vibrationsbedingte Schäden können in Abhängigkeit der Vibrationsausprägung unmittelbar oder kurzzeitig eintreten oder die Dauerfestigkeitsgrenze herabsetzen.

Zur Lösung der Vibrationsproblematik bei Steckkontaktverbindungen schlägt die DE 102017 103 903 A1 eine Steckverbindung mit einer Steckeranordnung vor, welche ein Anschlussteil aufweist, dass von einer Aufnahmevorrichtung elastisch entkoppelt ist, dadurch, dass das Befestigungsteil schwingungsdämpfendes Material aufweist. D. h. die Steckverbindung wird im Ganzen elastisch entkoppelt von Vibrationsbelastungen. Die Befestigungstechnik verwendet bei dynamischen Belastungen häufig Dämpfungselemente in Form von Gummischeiben oder koppelt vibrationsempfindliche Bauteile durch Befestigungselemente mit einer elastischen Schicht, beispielsweise bekannt unter der Bezeichnung Silentblock. Es ist Aufgabe der Erfindung, Steckverbinder weiterzuentwickeln und widerstandsfähiger hinsichtlich vibrationsbedingter Belastungen und anderer statischer und/oder dynamischer mechanischer Krafteinwirkungen zu gestalten sowie die Funktionsfähigkeit und elektrische Kontaktierungszuverlässigkeit der Steckverbindung zu verbessern.

Zur Aufgabenlösung schlägt die Erfindung ein Elastomerbauteil in Form einer Elastomerhülse vor, die die Kontaktbuchse und/oder den Kontaktstift in einem Steckkontaktstecker elastisch lagert, positioniert. Die Erfindung erkennt, dass die geeignete Ausgestaltung des Elastomerbauteils in der Lage ist, Vibrationen und/oder Schüttelbelastungen wenigstens zu reduzieren und auf diese Weise den Verschleiß und/oder Abrieb zwischen Kontaktstift und Kontaktbuchse zu verringern. Dies wird erreicht dadurch, dass die Relativbewegung zwischen den Kontaktelementen, Kontaktpartnern, d. h. Kontaktstift und Kontaktbuchse verringert wird infolge der Dämpfungswirkung des Elastomerbauteils, welche zu einer Verkleinerung der Schwingungsamplitude der Vibrationsbewegung führt. Im Ergebnis wird vor allem der Verschleiß der Kontaktpartner an ihren Kontaktflächen zueinander und ggf. auch an jeweils ihren Kontaktflächen zu den Steckverbindergehäusen reduziert und damit die Lebensdauer gesteigert. Die Funktionserhaltung der Steckverbindung wird so unterstützt und verbessert, verlängert und das Versagensrisiko, Ausfallrisiko infolge Vibrationsbelastung reduziert.

Die Erfindung sieht das Elastomerbauteil in Form einer Buchse vor und dimensioniert deren Abmessungen gegenüber dem von dem Elastomerbauteil umgegriffenen Kontaktstift oder Kontaktbuchse sowie dem Steckverbindergehäuse im Wesentlichen als Spielpassung. Dadurch kann eine optimierte vibrationsdämpfende Eigenschaft erreicht werden, die jedoch nicht abdichtend wirken kann.

Die Grundform des Elastomerbauteils gestaltet als Buchse ist in der Lage, zu deren Achse radiale Vibrationsbewegungen bzw. deren radiale Kraftkomponenten aufzunehmen und zu dämpfen. Sollen auch axiale Kraftkomponenten gedämpft und/oder Positionierungsaufgaben der Kontaktelemente in Axialrichtung verwirklicht werden, sieht die Erfindung weitere geometrische Komponenten der Buchse wie beispielsweise einen Bund, Buchsenbund additiv vor. Ergänzt werden kann die geometrische Gestalt der Buchse auch durch eine Einfädelschräge. Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines exemplarischen Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 die Explosionsdarstellung eines Steckverbindersteckers mit Kontaktbuchse und

Elastomerelement;

Fig. 2 die Schnittansicht des gesteckten Steckverbinders;

Fig. 3 in perspektivischen Ansichten aus zwei Richtungen die Einzelteilzeichnung des

Elastomerelementes.

Figur 1 zeigt die Explosionsdarstellung eines Steckverbindersteckers 100 mit Kontaktbuchse 10 und dem erfindungsgemäßen Elastomerelement 1. Das Elastomerelement 1 haltert, koppelt die Kontaktbuchse 10 (im gezeigten Ausführungsbeispiel sind exemplarisch drei Kontaktbuchsen verbaut, die Erfindung ist jedoch völlig unabhängig von der Kontaktelementeanzahl einsetzbar) in vibrationsdämpfender, stoßabsorbierenderWeise. Um die dämpfenden und/oder absorbierenden Eigenschaften der Kopplung zu maximieren sieht die Erfindung vor, dass die drei an der Kopplung beteiligten Bauteile, d. h. die Kontaktbuchse 10, die Aufnahmebohrung für die Kontaktbuchse 10 im Steckverbindersteckergehäuse 110 und das Elastomerelement 1 mit einer großzügigen Spielpassung zueinander dimensioniert werden. Auf diese Weise kann eine Abdichtungsfunktion nicht realisiert werden, jedoch wird die für die vibrationsdämpfende Wirkung wesentliche Relativbewegung der Bauteile zueinander und die elastische Verformung des Elastomerelementes 1 unterstützt.

Figur 2 umfasst die Schnittansicht des gesteckten Steckverbinders 300, d. h. der ineinandergesteckten Steckverbindersteckergehäuse 110 und

Steckverbindergegensteckergehäuse 210, derart, dass die Kontaktpartner, hier in Form von Kontaktbuchse 10 und Kontaktstift 20, in kontaktierter und elektrisch leitender Weise angeordnet sind. Die elektrische Kontaktierung erfolgt über Buchsenkontaktelemente 11 , die an dem Kontaktstift 20 anliegen und durch ihre elastische Verformbarkeit Relativbewegungen zwischen der Kontaktbuchse 10 und dem Kontaktstift 20 zulassen. In Steckrichtung vor der Kontaktbuchse 10 ist das Elastomerelement 1 angeordnet. Es distanziert die Kontaktbuchse 10 und den Kontaktstift 20 zueinander und realisiert neben dem elastisch verformbaren Buchsenkontaktelement 11 die zweite elastisch verformbare Kontaktflächenpaarung zwischen Kontaktbuchse 10 und dem Kontaktstift 20. Im Ergebnis ist die Relativbewegung der Kontaktpartner zueinander möglich und wird vibrationsgedämpft und/oder stoßabsorbiert durch das Elastomerelement 1.

Figur 3 illustriert in zwei perspektivischen Ansichten aus zwei Richtungen die Eizelteilzeichnung des Elastomerelementes 1. Das gezeigte Ausführungsbeispiel verfügt über einen zylindrischen Grundkörper 2, welcher den Schaft des Elastomerelementes 1 bildet. Möglich und hier dargestellt ist die Ausgestaltung des Elastomerelementes 1 mit einem Bund 3. Der Bund 3 ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der Kontaktbuchse 10 an deren Stirnseite eine konzentrische Ringfläche als Anlageschulter zur Verfügung gestellt werden soll. Auf diese Weise kann die vibrationsdämpfende und/oder stoßabsorbierende Wirkung nochmals verstärkt werden. Der Außendurchmesser des Bundes 3 ist abgestimmt auf die Aufnahmebohrung der Kontaktbuchse 10 in dem Steckverbindersteckergehäuse 110. Häufig wird ein Außendurchmesserverhältnis von Bund 3 und zylindrischem Grundkörper 2 von etwa 1,1 bis 1,2 realisiert.

Um eine einfache und leichte Montage zu unterstützen ist vorgesehen, dass das Elastomerelement 1 innenseitig des zylindrischen Grundkörpers 2 und am zum Bund 3 gegenüberliegenden Ende des zylindrischen Grundkörpers 2 eine Einfädelschräge 4 aufweist, sodass der Kontaktstift 20 leichter in die Kontaktbuchse 10 eingeführt werden kann. Ergänzt sein kann das Elastomerelement 1 mit einer Fase 5. Die Fase 5 ist durch eine etwa 45 Grad- Schräge hergestellt und erstreckt sich ca. 1/10 der Länge des zylindrischen Grundkörpers 2. Die Einfädelschräge 4 ist durch eine etwa 15 Grad-Schräge hergestellt und erstreckt sich ca. 1/5 der Länge des zylindrischen Grundkörpers 2. Bezugszeichenliste

1 Elastomerelement

2 Zylindrischer Grundkörper

3 Bund, Buchsenbund

4 Einfädelschräge

5 Fase

10 Kontaktbuchse

11 Buchsenkontaktelement

20 Kontaktstift

100 Steckverbinderstecker

110 Steckverbindersteckergehäuse 210 Steckverbindergegensteckergehäuse 300 Steckverbinder