Die Erfindung betrifft eine elektrische Steckverbindung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die Energieübertragung als elektrischer Strom erfolgt zwischen Erzeuger und Verbraucher üblicherweise mittels elektrisch leitfähigen Leitungen. Insbesonde re bei der Übertragung von hohen Strömen in elektrisch leitfähigen Verbindun gen hat der Durchgangs-, Kontakt- und Übergangswiderstand einen entschei denden Einfluss auf den Wirkungsgrad, Leistungsfähigkeit und Betriebs sicherheit von elektrotechnischen Anlagen und Geräten. In diesen Leitungen be finden sich üblicherweise zahlreiche Schnittstellen, meist auch lösbare Verbin dungen in Form von Steckkontakten, Steckverbindern und Steckvorrichtungen. Bei diesen lösbaren Verbindungen, spielt insbesondere bei hohen elektrischen Strömen der Kontaktwiderstand eine maßgebliche Rolle. Dieser Kontaktwider stand setzt sich hauptsächlich aus Durchgangs- und Übergangswiderstand zu sammen, wobei der Übergangswiderstand bisher noch der größte Engpass bei der Strom Übertragung darstellt. Also ist bei der Herstellung dieser Schnittstellen, wie Steckverbinder, Steckkontakten und Steckvorrichtungen ein möglichst ge ringer Übergangs- und Kontaktwiderstand wichtig, um an diesen Verbindungen die Übertragungsverluste der Energie zu reduzieren. Diese Kontaktierungsver luste führen immer zu einer unerwünschten Erwärmung an den Verbindungs stellen der Stromübertragung. Darüber hinaus ist beim mehrfachen Verbinden und Lösen der Schnittstellen, bei marktüblichen Verbindungssystemen, die Be- Schädigung der Kontaktflächen eine wesentliche Ursache für einen schwanken den bzw. undefinierbaren Kontaktwiderstand, was zu einem vorzeitigen Ausfall und / oder Beschädigungen mit entsprechenden Folgen an elektrotechnischen Anlagen führen kann. Zusätzlich haben Federnde Kontaktelemente, welche der zeit die häufigste Verwendungsform darstellen, unter anderem den Nachteil, dass durch die widerstandsbedingte Erwärmung der Kontaktstellen die Feder kraft nachlassen kann und sich somit die erforderliche Anpresskraft an den Kontaktflächen reduziert. Also wirken in diesen elektrischen Verbindungen teil weise gegensätzlich wirkende Kräfte, wie z. B. eine hohe Federkraft, welche für eine gute Kontaktierung erforderlich ist, die beim Zusammenstecken allerdings auch die Kontaktoberflächen schädigt und so zu den erwähnten Fehlern, wie zu nehmender Kontakt- und Übergangswiderstand führt.

Eine bekannte Lösung ist auch eine konische Verbindung, welche bei axialer Einfügung mit Spiel behaftet ist, womit allerdings die gleichmäßige Anpressung der beiden konischen Mantelflächen von Stift und Buchse nicht gewährleistet ist.

In weiteren Ausführungen wird u.a. eine Passung, die beim Einfügen ein

Passungsspiel aufweisen muss, beschrieben. Damit wird jedoch das Kontaktie rungsproblem einer elektrischen Verbindung mit geringstmöglichem Übergangs widerstand auch nicht gelöst.

In DE102013018065A1 ist eine Technik erläutert, die einen Kontaktstift ohne Steckkräfte, durch eine Kombination zweier Federn in eine Kontaktbuchse fügen lässt. Die elektrische Verbindung entsteht erst dann, wenn eine Druckfeder mit ihrer axialen Krafteinwirkung und dem damit verbundenen Zusammendrücken der Druckfeder eine Kontaktfeder oder einzelne Kontaktfederringe aufspreizt. Dadurch vergrößert sich deren Außendurchmesser und eine Berührung der Kontaktfeder zur Innenwand der Kontaktbuchse wird hergestellt. So wird über die Berührungslinien der Kontaktfeder nach außen und einer zweiten Berüh rungslinie zum Kontaktstift nach innen, eine berührende Verbindung zwischen Kontaktstift und Kontaktbuchse erzeugt. Diese mehrstufige Kontaktierung ist all- erdings auch von der Maßgenauigkeit der Kontaktfeder, Druckfeder und insbe sondere von gratfreien Federenden abhängig, welche eine umlaufende Linien berührung verhindern würde und die weiter oben beschriebene Beschädigung der Kontaktflächen verursachen kann.

Die scheinbar aufwändige Montage der Druckfeder mit der Kontaktfeder ist an geblich auch für eine Serienfertigung machbar.

Eine weitere Lösung beschreibt in DE202017004941 einen Kontaktstift mit Nut und Konus und einen parallelen Gegenkonus in der Kontaktbuchse, wobei über einen Ringdraht in der Nut des Kontaktstiftes an den beiden parallelen Gegen konen durch axial wirkende Kräfte zwei Kontaktlinien entstehen sollen. Die ins gesamt aufwändige Bauweise und Montage des Ringdrahtes, welcher als wich tigstes Funktionsteil unverlierbar angebracht werden muss, erfordert vergleichs weise lange Fertigungszeiten und benötigt Konstruktionsbedingt viel Material für den Kontakt selbst. Dabei wirken im gesteckten Zustand zwei Kontaktlinien mit den entsprechenden Übergangswiderständen.

Mit der hier vorliegenden Erfindung wird eine Steckverbindung geschaffen, bei der die o.g. Nachteile behoben sind und gleichzeitig ein möglichst geringer Übergangswiderstand und als Folge auch ein kleiner Kontaktwiderstand durch eine einzelne, möglichst lange, geschlossene Kontaktlinie erzielt wird. Ziel ist eine möglichst einfache Verbindung von elektrischen Leitern durch einen elektri schen Steckverbinder mit geringstmöglicher Steckkraft, idealerweise null, und kleinstmöglichem Übergangswiderstand. Die Herstellung und Montage soll mög lichst einfach sein und bei ressourcenschonendem Materialeinsatz erfolgen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Aus den Unteransprüchen gehen weitere sinnvolle und zweckmäßige Ausge staltungen der Erfindung, hervor. Die Erläuterung der Erfindung erfolgt anschließend anhand von Zeichnungen.

Es zeigen:

FIG.1 einen Längsschnitt durch eine Kontaktbuchse und einen davon getrenn ten Kontaktstift und

FIG. 2 einen Längsschnitt durch Kontaktbuchse und Kontaktstift der FIG. 1 , die sich im eingestecktem Zustand befinden.

In der FIG. 2 sind elektrisch leitende Kontaktlinien 11 aufgezeigt, die bei axialer Anpressung, mindestens an einer Seite der Buchse-Stecker-Verbindung eine elektrisch leitende, geschlossene Ringlinie erzeugen.

Die Funktion von Buchse und Stift kann gemeinsam als auch unabhängig von einander funktionieren.

Kontaktbuchse und Kontaktstift haben keine federnde Funktion und sind somit sehr einfach aus allen elektrisch leitfähigen, vorzugsweise verformbaren Werk stoffen wie Kupfer, Aluminium, Messing u. a. hergestellt werden.

Eine geschlossene Kontaktlinie entsteht z.B. zwischen der buchsenseitig ko nisch ausgebildeten Fläche 3 und der stiftseitig bogenförmig ausgebildeten Kan te 6 durch axiale Belastung, als innerer, geschlossener Ringlinienkontakt.

Vorzugsweise wird die geschlossene ringförmige Kontaktlinie durch die Berüh rung an der stiftseitig konisch ausgebildeten Fläche 4 und der buchsenseitig bo genförmig ausgebildeten Kante 5 durch axiale Belastung erzeugt und wird hier als äußerer Ringlinienkontakt bezeichnet. Die Kontaktierung über den Ringlini enkontakt 4 und 5 verspricht hierbei die bessere Leistungsübertragung, da hier eine etwas längere Kontaktlinie entsteht. Die zweite Ringlinienkontaktierung an 3 und 6 kann z.B. durch präzise Fertigung und entsprechende Toleranz, als Sicherheitskontaktierung genutzt werden, wenn beispielsweise im Falle einer Überlastung oder Verformung der äußeren Buchsenringlinie Störungen in der Kontaktierung auftreten.

Ein axialer Druck erzeugt an der konisch gestalteten Kontaktfläche, je nach Stei gung des jeweiligen Konus und je nach Radius der bogenförmig ausgebildeten Kante ein vielfaches an Anpressdruck, so dass hier ein bestmöglicher Überg angswiderstand hergestellt werden kann. Eine elektrische Leitfähigkeit von K (Kappa)=60 kann hier erreicht werden, was für Steckverbinder technisch bisher einmalig ist.

Auch die axiale Bewegung des Kontaktstifts 1 in der Kontaktbuchse 2 kann durch die Steigung an den konischen Kontaktflächen und dem jeweiligen Radius der bogenförmig ausgebildeten Kante bestimmt und angepasst werden. Über diesen Weg ergibt sich eine einstellbare Druckkraft an den geschlossenen Kontaktlinien, die ausreicht um einen ausgezeichneten Kontaktwiderstand von weniger als 0, 1 mOhm zu erreichen.

Die Erfindung beschreibt wie der Ringlinienkontakt montiert werden kann, um eine hohe Kontaktkraft und dadurch einen niedrigen Kontaktwiderstand zu errei chen.

Der Kontaktstift 1 wird in eine Kontaktbuchse 2 ohne Steckkraft eingeführt und wird auch ohne Gehäuse, sowohl durch die Stiftaußenwand als auch über die Hülseninnenwand bei geringem Spiel, zentriert und geführt. Die Kontaktkraft entsteht durch das Verriegeln der Steckverbindung über ein entsprechend zu konstruierendes Gehäuse, welches zusätzliche Funktionen, wie z. B. Zentrie rung, Führung und Abdichtung übernimmt.

Die beiden Teile, Kontaktstift 1 und Kontaktbuchse 2 können aus Kupfer, Mes sing, Bronze, Silber, Gold oder jedem anderen elektrisch leitfähigen Material sein, wodurch die elektrische Leitfähigkeit optimiert wird. Eine zusätzliche Ober flächenbearbeitung, -behandlung oder -beschichtung, welche sich vorteilhaft auf den Übergangs- und / oder den gesamten Kontaktwiderstand auswirkt, kann je derzeit sehr einfach verwendet und /oder aufgebracht werden.

Kontaktstift 1 als auch die Kontaktbuchse 2 können mit Löt-, Crimp-, Schrauban schluss oder jeder anderen Anschlusstechnik an den passend ausgeformten Anschlussbereichen 9a und 9b mit entsprechenden elektrisch leitfähigen Lei tungen, insbesondere Kabel, angeschlossen werden.

Da die Steck- und Ziehkräfte praktisch Null sind, können diese Kontakte auch in mehrpoligen Steckverbindern und Steckvorrichtungen verwendet werden, deren Polzahl lediglich durch konstruktionsbedingte Grenzen oder der erforderlichen Schließkraft des Steckverbindergehäuses eingeschränkt wird.

Der wichtigste Vorteil gegenüber den gängigsten Kontakten, wie z.B. bei Schlitz - buchsen mit Reibung ist die geschlossene ringförmige Kontaktlinie.

Werden durch ein geeignetes Gehäuse und die zylindrische Führung an den Kontakten diese Kontaktpaare exakt geführt, kann ein Steckweg von weniger als 2,0 mm erreicht werden.

Beide Teile, Kontaktstift 1 als auch Kontaktbuchse 2, haben eine elektrische Funktion und sind deshalb aus leitfähigen Material hergestellt.

Der Steckweg ist durch moderne Fertigungsverfahren exakt zu dimensionieren und die axiale An press kraft kann durch geeignete Konstruktionen im Gehäuse hergestellt und aufrecht erhalten werden, wodurch der Kontaktwiderstand auch bei vielen Steckzyklen berechenbar wird.

Das Ringlinienkontaktsystem ist mit minimaler innerer Reibung und kleinsten Steckwegen, im Verhältnis zum jeweiligen Kabelquerschnitt und der Kontaktgrö ße, herstellbar.

Bei Kontakten mit einem Stiftdurchmesser von >10mm und beispielsweise ei nem Radius des Bogens >1 mm kann die Kontaktanpresskraft, abhängig vom Steigungswinkel des Konus, an der konischen Kontaktfläche um ein vielfaches erhöht werden. Der Steckweg der Ringlinienkontakte bestimmt weitestgehend den Verschluss weg und somit auch unmittelbar die Baugröße / -länge des Gehäuses mit bei spielsweise Bajonett- oder Schraubverschluss.

Das Ringlinienkontaktsysteme erhöht die Leistungsfähigkeit, Betriebssicherheit und Effizienz von elektrischen Anlagen. Es mindert Energieverluste bei Stromer zeugung, -Speicherung, -Verteilung und z.B. Ladestationen für E-Mobilität über schlechte oder schadhafte Steckkontakte. Ganz zu schweigen von der Ressour ceneinsparung bei Verwendung des viel kompakteren Ringlinienkontaktsys tems.

Das Ringlinienkontaktsystem ist nahezu beliebig skalierbar.

Bezugszeichenliste

1 Kontaktstift

2 Kontaktbuchse

3 Konus in der Kontaktbuchse

4 Konus am Kontaktstift

5 bogenförmig ausgebildeten Kante an der Buchse

6 bogenförmig ausgebildeten Kante am Stift

7 Führungsabschnitt in der Hülseninnenwand

8 Führungsabschnitt an der Stiftaußenwand

9a Anschlussbereich des Kontaktstiftes für elektrische Leiter (Kabel) 9b Anschlussbereich der Kontaktbuchse für elektrische Leiter (Kabel)

9 Konus in der Kontaktbuchse

10 Toleranz im Führungsbereich

1 1 äußere und innere ringförmige Kontaktlinien