DE10148329A1

DE10148329A1 - Elektrische Verbindung

Info

Publication number: DE10148329A1
Application number: DE10148329A
Authority: DE
Inventors: Jens Berkan
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2001-09-29
Filing date: 2001-09-29
Publication date: 2003-04-24

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Verbindungssystem zum Herstellen und Lösen einer elektrischen Verbindung zwischen zwei elektrisch leitfähigen Gegenständen (21, 29), mit einem ersten und einem zweiten Verbindungsteil (1, 3), die voneinander trennbar sind und durch deren Zusammenfügen elektrische Kontakte (5, 23) kontaktiert und die elektrische Verbindung hergestellt werden, mit einem in dem ersten Verbindungsteil (1) vorgesehenen magnetisch betätigbaren Relais (13), in dessen geöffnetem Zustand die elektrische Verbindung unterbrochen ist, und mit einem Dauermagneten (25), dessen Lage relativ zu dem Relias (13) durch Zusammenfügen des ersten und zweiten Verbindungsteils (1, 3) derart verändert wird, daß er das Relais (13) in den geschlossenen Zustand versetzt. Die elektrischen Kontakte (5, 23), der Dauermagnet (25) und das Relais (13) sind derart angeordnet, daß beim Zusammenfügen des ersten und zweiten Verbindungsteils (1, 3) zunächst die elektrischen Kontakte (5, 23) kontaktiert werden und erst danach der Dauermagnet (25) das Relais (13) in den geschlossenen Zustand versetzt und dadurch die elektrische Verbindung hergestellt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Verbindungssystem, insbesondere für eine elektrische Anlage eines Kraftfahrzeuges, zum Herstellen und Lösen einer elektrischen Verbindung zwischen zwei elektrisch leitfähigen Gegenständen. Das Verbindungssystem weist einen ersten und einen zweiten Verbindungsteil auf, die voneinander trennbar sind und durch deren Zusammenfügen elektrische Kontakte kontaktiert und die elektrische Verbindung hergestellt werden.

Zukünftige elektrische Anlagen in Kraftfahrzeugen werden für eine Versorgungsspannung von 42 Volt ausgelegt. Wenn zwischen Verbindungsteilen solch hohe Gleichspannungen anliegen, besteht beim Herstellen und Lösen einer elektrischen Verbindung die Gefahr, daß ein Lichtbogen entsteht. Dies gilt insbesondere bei den hohen Stromstärken, die in Kraftfahrzeugen auftreten können. Mögliche Folgen eines Lichtbogens sind Brände, Verletzungen von Personen durch Funkenschlag oder Stromschlag und Beschädigung oder Zerstörung von elektrischen Verbindungsteilen.

Es ist vorgeschlagen worden, eine elektronische Steuereinheit vorzusehen, die vor dem Herstellen oder Lösen einer elektrischen Verbindung zumindest einen der Verbindungsteile von der Stromversorgung trennt. Die Steuereinheit kann durch an den Verbindungsteilen vorgesehene voreilende Kontakte betätigt werden. Derartige Lösungen sind jedoch kostenintensiv.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein elektrisches Verbindungssystem der eingangs genannten Art sowie ein Verbindungsteil für ein solches System anzugeben, die bei geringem Herstellungsaufwand wirksam der Erzeugung eines Lichtbogens vorbeugen.

In der DE-OS-23 24 668 ist ein Verbindungssystem der eingangs genannten Art beschrieben, wobei in dem ersten Verbindungsteil ein magnetisch betätigbares Relais vorgesehen ist, in dessen geöffnetem Zustand die elektrische Verbindung unterbrochen ist. Weiterhin weist das Verbindungssystem einen Dauermagneten auf, dessen Lage relativ zu dem Relais durch Zusammenfügen des ersten und zweiten Verbindungsteils derart verändert wird, daß der Dauermagnet das Relais in den geschlossenen Zustand versetzt.

Zweck des in der DE-OS-23 24 668 beschriebenen Verbindungssystems ist der Schutz von Kleinkindern, die u. U. beim Spielen elektrisch leitfähige Gegenstände wie Nägel in eine Steckdose einführen.

Es wird nun vorgeschlagen, ein solches Verbindungssystem derartig auszugestalten, daß es die Entstehung von Lichtbögen verhindern kann. Hierzu werden die elektrischen Kontakte, der Dauermagnet und das Relais derart angeordnet, daß beim Zusammenfügen des ersten und zweiten Verbindungsteils zunächst die elektrischen Kontakte kontaktiert werden und erst danach der Dauermagnet das Relais in den geschlossenen Zustand versetzt und dadurch die elektrische Verbindung zwischen den elektrisch leitfähigen Gegenständen hergestellt wird.

Bevorzugtermaßen wird umgekehrt, beim Lösen der elektrischen Verbindung, zunächst die relative Lage des Dauermagneten und des Relais so verändert, daß das Relais in seinen geöffneten Zustand versetzt wird, und werden erst danach die elektrischen Kontakte voneinander getrennt.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß das Relais so ausgestaltet werden kann, daß keine Lichtbögen entstehen und/oder daß das Relais Lichtbögen unbeschadet übersteht und von anderen Gegenständen abschirmt. Beispielsweise kann das Relais einen unter Vakuum stehenden und/oder mit schwer ionisierbarem Schutzgas (z. B. Argon) gefüllten Kontaktraum aufweisen, in dem sich ein durch den Dauermagneten betätigbarer Schaltkontakt befindet. Aufgrund des Vakuum oder des Schutzgases sind leicht ionisierbare Gasteilchen nicht mehr oder nur noch in geringem Maße vorhanden.

Weiterhin wird ein Verbindungsteil für ein elektrisches Verbindungssystem vorgeschlagen, wobei in dem Verbindungsteil ein magnetisch betätigbares Relais vorgesehen ist, in dessen geöffnetem Zustand die elektrische Verbindung unterbrochen ist. Hierbei ist der Dauermagnet Teil desselben Verbindungsteils.

Gegenüber der umgekehrten Lösung, bei der der Dauermagnet Teil des anderen Verbindungsteils ist, hat diese Lösung den Vorteil, daß der Verbindungsteil auch zusammen mit nicht speziell für die Vermeidung von Lichtbögen angepaßten anderen Verbindungsteilen kombiniert werden kann. So lassen sich beispielsweise bestehende oder geplante elektrische Systeme in Kraftfahrzeugen mit geringerem Aufwand nachrüsten bzw. umplanen, indem z. B. nur die Buchsen, nicht aber die Stecker von konventionellen Steckverbindungen durch erfindungsgemäß ausgestaltete Buchsen ausgetauscht werden.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nun anhand der beigefügten Zeichnung beschrieben. Die einzelnen Figuren der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung eines zweiteiligen Steckverbindungssystems im nicht verbundenen Zustand,
Fig. 2 das Steckverbindungssystem nach Fig. 1 beim Herstellen oder Lösen der elektrischen Verbindung,
Fig. 3 das Steckverbindungssystem nach Fig. 1 und 2 im verbundenen Zustand und
Fig. 4 eine schematische Schnittdarstellung eines weiteren zweiteiligen Steckverbindungssystems.
Fig. 1 zeigt ein zweiteiliges Steckverbindungssystem mit einem Buchsenteil 1 und einem Steckerteil 3. Durch Einstecken eines Kontaktstiftes 23 des Steckerteils 3 in eine Öffnung 7 des Buchsenteils 1 kann eine elektrische Verbindung zwischen der an dem Steckerteil 3 angeschlossenen Anschlußleitung 29 und der an dem Buchsenteil 1 angeschlossenen Anschlußleitung 21 hergestellt werden.
Der Steckerteil 3 weist einen Halter 27 auf, der den Kontaktstift 23 hält. Am freien, von dem Halter 27 entfernten Ende des Kontaktstiftes 23 befindet sich ein dauermagnetisches Endstück 25. Zumindest der Abschnitt des Kontaktstiftes 23, der sich von dem Halter 27 bis zu dem Endstück 25 erstreckt, besteht aus einem elektrisch leitfähigen Material und dient der elektrischen Kontaktierung eines Buchsenkontaktes 5 des Buchsenteils 1. Die Anschlußleitung 29 ist elektrisch mit diesem Abschnitt des Kontaktstiftes 23 verbunden.
Der Buchsenteil 1 weist ein Gehäuse 4 auf, das ein Reed-Relais 13 und den Buchsenkontakt 5 aufnimmt. Der Buchsenkontakt 5 ist über eine elektrische Leitung 11 elektrisch mit einem ersten Relaiskontakt 15 des Reed-Relais 13 verbunden. Ein zweiter Relaiskontakt 17 des Reed-Relais 13 ist über eine elektrische Leitung 19 elektrisch mit der Anschlußleitung 21 verbunden.
Der Buchsenkontakt 5 weist eine Kontaktoberfläche 9 auf, die gleichzeitig eine Führung bildet, zur Führung des Kontaktstiftes 23 mit seinem dauermagnetischen Endstück 25 beim Einführen und Abziehen des Kontaktstiftes 23 in den bzw. von dem Buchsenteil 1. Der Buchsenkontakt 5 besteht aus einem elektrisch leitfähigen Material und erstreckt sich von der Öffnung 7 bis zu dem Reed-Relais 13.
Fig. 2 zeigt das Steckverbindungssystem im teilweise eingesteckten Zustand des Kontaktstiftes 23. Wird der Kontaktstift 23 aus der in Fig. 1 dargestellten Position in die Öffnung 7 eingeführt, wird mit zunehmender Einstecktiefe zunächst ein elektrischer Kontakt zwischen dem Kontaktstift 23 und dem Buchsenkontakt 5 hergestellt. Zumindest bis der in Fig. 2 dargestellte Zustand erreicht ist, befindet sich das Reed-Relais 13 noch in seinem geöffneten Zustand, d. h. es besteht kein elektrischer Kontakt zwischen dem ersten und dem zweiten Relaiskontakt 15, 17 des Reed-Relais 13. Mit weiter zunehmender Einstecktiefe erreicht das dauermagnetische Endstück 25 des Kontaktstiftes 23 eine Position, in der das von dem Endstück 25 ausgehende magnetische Feld am Ort des Reed-Relais 13 so stark wird, daß das Reed-Relais 13 betätigt wird, d. h. der erste und der zweite Relaiskontakt 15, 17 in elektrischen Kontakt miteinander gelangen. Dadurch wird die elektrische Verbindung zwisclhen den Anschlußleitungen 21, 29 hergestellt. Fig. 3 zeigt das Steckverbindungssystem in vollständig eingestecktem Zustand.
Um die elektrische Verbindung wieder zu trennen, wird der Steckerteil 3 von dem Buchsenteil 1 abgezogen. Dabei entfernt sich das dauermagnetische Endstück 25 zunehmend von dem Reed-Relais 13 bis die magnetische Feldstärke am Ort des Reed-Relais 13 so klein wird, daß der erste und der zweite Relaiskontakt 15, 17 sich voneinander lösen, d. h. nicht mehr in elektrischem Kontakt miteinander sind. Beispielsweise ist der zweite Relaiskontakt 17 in geschlossenem Zustand mechanisch so vorgespannt, daß er sich beim Abnehmen einer auf ihn einwirkenden magnetischen Feldkraft verformt und dadurch den Kontakt mit dem ersten Relaiskontakt 15 verliert. Der elektrische Kontakt zwischen dem Buchsenkontakt 5 und dem Kontaktstift 23 öffnet sich erst danach, mit fortschreitendem Abziehen des Kontaktstiftes 23. Da sich das Reed-Relais 13 bereits in geöffnetem Zustand befindet und daher die elektrische Verbindung zwischen den Anschlußleitungen 21, 29 bereits getrennt ist, kann sich kein Lichtbogen zwischen den Kontakten 5, 23 bilden.
Die Abmessungen des Kontaktstiftes 23 und des Buchsenkontaktes 5 sowie die Materialien der beiden Kontakte 5, 23 sind so gewählt, daß selbst bei großen Stromstärken, zum Beispiel 100 A, eines über die Kontakte 5, 23 fließenden Stroms der Kontaktstift 23 von dem Buchsenteil 1 abgezogen werden kann. Hinsichtlich der Abmessungen ist dabei insbesondere eine ausreichend große kontaktierte Fläche der Kontakte 5, 23 im eingesteckten Zustand des Kontaktstiftes 23 vorzusehen, um die Stromflußdichte durch die kontaktierte Fläche gering zu halten.
Eine Variante des zweiteiligen Steckverbindungssystems ist in Fig. 4 dargestellt. In der Fig. 4 bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche bzw. gleichwirkende Teile wie in den Fig. 1 bis 3.
Bei der Variante ist im Unterschied zu dem zuvor beschriebenen Steckverbindungssystem kein dauermagnetisches Endstück an dem Kontaktstift 35 des Steckerteils 30 vorgesehen. Stattdessen ist ein Dauermagnet 31 unverlierbar mit dem Buchsenteil 10 verbunden. Der Dauermagnet 31 befindet sich innerhalb des Buchsenkontaktes 5 und ist in Einsteckrichtung des Kontaktstiftes 35 axial beweglich angeordnet. Ein elastisch verformbares Element, hier eine Feder 33, ist zwischen dem Reed-Relais 13 und dem Dauermagneten 31 angeordnet.
In dem in Fig. 4 dargestellten getrennten Zustand des Buchsenteils 10 und des Steckerteils 30 hält die Feder 33 den Dauermagneten 31 in ausreichendem Abstand von dem Reed-Relais 13, so daß der erste und der zweite Relaiskontakt 15, 17 nicht miteinander in elektrischem Kontakt sind. Wird der Kontaktstift 35 in den Buchsenkontakt 5 eingeführt, erreicht er mit zunehmender Einstecktiefe den Dauermagneten 31 und drückt im Verlauf des weiteren Einsteckvorgangs den Dauermagneten 31 entgegen der Federkraft der Feder 33 in Richtung des Reed-Relais 13. Dabei wird das Reed-Relais 13 betätigt.
Bei der Variante laufen die verschiedenen Vorgänge des Kontaktierens und Dekontaktierens in entsprechender Weise ab wie bei dem in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Steckverbindungssystem. Während des Abziehens des Kontaktstiftes 35 von dem Buchsenteil 10 wird jedoch der Dauermagnet 31 aufgrund der elastischen Rückstellkraft des elastisch verformbaren Elements, hier der Feder 33, wieder in ausreichende Entfernung von dem Reed-Relais 13 gebracht, so daß die Relaiskontakte 15, 17 sich voneinander lösen können.

Claims

1. Elektrisches Verbindungssystem zum Herstellen und Lösen einer elektrischen Verbindung zwischen zwei elektrisch leitfähigen Gegenständen (21, 29), mit:
einem ersten und einem zweiten Verbindungsteil (1, 3), die voneinander trennbar sind und durch deren Zusammenfügen elektrische Kontakte (5, 23; 5, 35) kontaktiert und die elektrische Verbindung hergestellt werden,
einem in dem ersten Verbindungsteil (1) vorgesehenen magnetisch betätigbaren Relais (13), in dessen geöffnetem Zustand die elektrische Verbindung unterbrochen ist, und
einem Dauermagneten (25; 31), dessen Lage relativ zu dem Relais (13) durch Zusammenfügen des ersten und zweiten Verbindungsteils (1, 3) derart verändert wird, daß er das Relais (13) in den geschlossenen Zustand versetzt,
dadurch gekennzeichnet,
daß die elektrischen Kontakte (5, 23; 5, 35), der Dauermagnet (25; 31) und das Relais (13) derart angeordnet sind, daß beim Zusammenfügen des ersten und zweiten Verbindungsteils (1, 3) zunächst die elektrischen Kontakte (5, 23; 5, 35) kontaktiert werden und erst danach der Dauermagnet (25; 31) das Relais (13) in den geschlossenen Zustand versetzt und dadurch die elektrische Verbindung hergestellt wird.

2. Verbindungssystem nach Anspruch 1, wobei der erste Verbindungsteil (1) eine Führung (5) aufweist, entlang der der Dauermagnet (25; 31) bei seiner Bewegung relativ zu dem Relais (13) geführt wird, und wobei die Führung (5) zumindest einen Teil des an dem ersten Verbindungsteil (1) vorgesehenen elektrischen Kontakts (5) bildet.

3. Verbindungssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei einer (5) der beim Herstellen der elektrischen Verbindung zu kontaktierenden elektrischen Kontakte (5, 23; 5, 35) den Innenumfang einer Steckbuchse zum Einstecken eines an dem anderen Verbindungsteil (3) vorgesehenen Kontaktstiftes (23; 35) bildet und wobei sich die elektrische Kontaktoberfläche (9) des Steckbuchsen-Kontakts (5) von der Buchsenöffnung (7) zumindest bis zu der Einstecktiefe erstreckt, bis zu der die elektrische Kontaktoberfläche des Kontaktstiftes (23; 35) tiefst möglich eingesteckt werden kann.

4. Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Relais (13) einen unter Vakuum stehenden und/oder mit schwer ionisierbarem Schutzgas gefüllten Kontaktraum aufweist, in dem ein durch den Dauermagneten (25; 31) betätigbarer Schaltkontakt (15, 17) angeordnet ist.

5. Verbindungsteil für ein elektrisches Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit den Merkmalen des ersten Verbindungsteils (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Dauermagnet (31) Teil des Verbindungsteils (10) ist, in dem das Relais (13) angeordnet ist.

6. Verbindungsteil nach Anspruch 5, wobei der Dauermagnet (31) unverlierbar mit dem Verbindungsteil (10) verbunden ist.

7. Verbindungsteil nach Anspruch 5 oder 6, wobei der Verbindungsteil (10) ein elastisch verformbares Element (33) aufweist und wobei der Dauermagnet (31) beim Zusammenfügen des ersten und zweiten Verbindungsteils entgegen einer Widerstandskraft des Elements (33) relativ zu dem Relais (13) in eine Lage gebracht wird, in der der Dauermagnet (31) das Relais (13) in den geschlossenen Zustand versetzt.