DE19722543C1

DE19722543C1 - Steckkontaktpaarung mit Funkenschutz

Info

Publication number: DE19722543C1
Application number: DE19722543A
Authority: DE
Inventors: Holger Strack
Original assignee: Wieland Electric GmbH
Current assignee: Wieland Electric GmbH
Priority date: 1997-05-30
Filing date: 1997-05-30
Publication date: 1998-10-29
Anticipated expiration: 2017-05-31
Also published as: US6068498A

Description

Die Erfindung betrifft zunächst eine Kontaktbuchse sowie eine aus Buchse und Stecker bestehende Steckkontaktpaarung mit Funkenschutz gemäß dem Ober begriff des Anspruchs 1. Bei derartigen Steckkontaktpaarungen besteht das Pro blem, daß beim Trennen des Steckerpins und des Buchsenkontakts ein auch als Abreißfunken bezeichneter Lichtbogen auftreten kann, wenn die Kontaktpaarung unter Last getrennt wird, also der Stromkreis vor dem Trennen der Kontaktpaa rung nicht abgeschaltet wird. Derartige unter Last trennbare Kontaktpaarungen werden auch als "Hot-Plug-Systeme" bezeichnet. Beispielsweise werden derartige Systeme eingesetzt in Rechnern, welche als Server Computernetzwerke versor gen. Aus Sicherheitsgründen sind derartige Server mit sogenannten "gespiegelten Festplatten" ausgestattet, was bedeutet, daß sie mit zwei synchron arbeitenden Massenspeichermedien ausgestattet sind. Ist eines der Massenspeichermedien defekt, führt dies nicht zu einem Datenverlust. Vielmehr sind die Daten auf dem anderen Massenspeichermedium noch vorhanden, so daß das defekte Speicher medium lediglich ausgetauscht werden muß. Um einen Stillstand des gesamten Netzwerks zu verhindern, muß ein derartiger Austausch unter Last möglich sein, so daß der Rechner während des Austauschs des Speichermediums, also der Festplatte, uneingeschränkt weiterbetrieben werden kann.

Beim Trennen der Steckkontaktpaarungen unter Last tritt üblicherweise aufeinan der ein als Abreißfunkten bezeichneter Lichtbogen auf. Dieser Lichtbogen löst an den Kontaktteilen einen schweißenden Effekt aus. Von den Kontaktteilen wird also Material teilweise abgetragen. Das von einem Kontaktteil abgetragene Material kann am anderen Kontaktteil angelagert werden. So ist es beispielsweise möglich, daß vom Buchsenkontakt Material abgetragen wird, welches sich auf dem Stec kerpin ablagert. Wird der Steckerpin wiederum in die Buchse eingesteckt, kann der Materialabtrag die Buchse beschädigen und bei mehrfachem Stecken schlimmstenfalls zum Ausfall der Buchse und damit zum Ausfall der Steckkon taktpaarung führen. Diese Zerstörung der Kontakte kommt insbesondere dann zum Tragen, wenn die Lichtbogenfußpunkte direkt von den Kontaktflächen aus gehen.

Zur Linderung dieses Problems ist es bereits bekannt, die Buchsenkontakte in leitende Funkenschutzhülsen einzubringen. Die leitende Funkenschutzhülse be wirkt, daß der Lichtbogen nicht zwischen dem Steckerpin und den eigentlichen Buchsenkontakten, sondern im Bereich der Einführungsöffnung für den Stecker pin an der Funkenschutzhülse auftritt. Auf diese Weise ist eine Materialabtragung an den Buchsenkontakten verhindert. Das vorerwähnte Schweißen mit Materialab trag und Materialablagerung findet folglich nur im Bereich der elektrisch leitenden Funkenschutzhülse und der Spitze des Steckerpins statt. Dadurch bleiben die im gesteckten Zustand sich gegenüberstehenden Kontaktflächen vom Lichtbogen unberührt.

Aus der US 5,591,039 ist es hierzu bekannt, einem in einer Kontaktbuchse ange ordneten Kontaktlamellen-Ring einen Metallring vorzulagern. Dadurch soll eine Beschädigung der Kontaktlamellen durch beim Kuppeln mit einem Kontaktstift möglicherweise entstehende Lichtbogenentladungen vermieden werden. Aller dings besteht auch bei der Verwendung einer elektrisch leitenden Funkenschutz hülse die Neigung, daß sich Materialabtrag im Bereich der Einführungsöffnung ablagert. Dieser Materialabtrag bzw. diese Materialablagerung kann wiederum entweder den Steckerpin beim Einstecken in die Einführungsöffnung beschädigen oder die Einführung des Steckerpins in die Einführungsöffnung völlig verhindern.

Ausgehend von den geschilderten Nachteilen liegt der Erfindung die Aufgabe zu grunde, eine gattungsmäßige Kontaktbuchse bzw. eine gattungsmäßige Steck kontaktpaarung so zu gestalten, daß die Bildung von Materialablagerungen im Bereich der Einführungsöffnung vermindert bzw. völlig verhindert ist. Diese Aufgabe ist durch die Merkmalskombination des Anspruchs 1 in erfinderischer Weise gelöst.

Der Grundgedanke der Erfindung ist eine vordefinierte Steuerung des Abreißfun kens bzw. des Lichtbogens entlang dem Öffnungsrand der Funkenschutzhülse vom eigentlichen Einführbereich der Einführungsöffnung weg zu einem der Ein führungsöffnung fernen Bereich der Funkenschutzhülse hin. Zwar ist mit der Er findung nicht ausgeschlossen, daß sich immer noch Ablagerungen bilden. Diese Ablagerungen bilden sich dann jedoch an einem dem Einführbereich der Einfüh rungsöffnung entfernten Bereich des Öffnungsrandes mit der Folge, daß beim Wiedereinstecken des Steckerpins eine Berührung mit dem infolge der Lichtbo genbildung abgetragenen und an der Funkenschutzhülse angelagerten Material nicht stattfindet.

Zur Lösung der Aufgabe ist die Einführungsöffnung der Funkenschutzhülse zu nächst gegenüber der Mittellängsachse des Buchsenkontakts exzentrisch ange ordnet. Diese exzentrische Anordung bewirkt, daß der Steckerpin nicht konzen trisch durch die Einführungsöffnung der Funkenschutzhülse hindurchgeführt ist, sondern ebenfalls exzentrisch die Funkenschutzhülse in ihrer Einführungsöffnung durchsetzt. Im eigentlichen Buchsenkontakt liegt der Steckerpin wiederum kon zentrisch ein. Die Mittellängsachsen von Steckerpin und Buchsenkontakt verlau fen also konzentrisch bzw. kongruent.

Des Weiteren ist der kragenartige Öffnungsrand der Einführungsöffnung abge schrägt ausgestaltet. Er verläuft zur Mittellängsachse des Buchsenkontakts folg lich schräg in einem von 90° verschiedenen Winkel. Infolge des Schrägverlaufs steigt der Öffnungsrand der Einführungsöffnung der Funkenschutzhülse auf der dem Buchsenkontakt abgewandten Seite der Funkenschutzhülse über einen ge wissen Bereich an. Die Kante des Öffnungsrandes bildet also eine Linie mit einem schraubenlinienartigen Verlauf.

Infolge der Exzentrizität der Einführungsöffnung der Funkenschutzhülse und der Mittellängsachse des Buchsenkontakts liegt ein Bereich der Einführungsöffnung der Funkenschutzhülse dem Steckerpin besonders nahe. Beim Herausziehen des Steckerpins entsteht an dieser Stelle der Lichtboden. Wird der Steckerpin weiter herausgezogen, ist infolge der Überdeckung des schrägverlaufenden Öffnungs randes stets noch eine gewisse Überdeckung mit dem Steckerpin vorhanden. In folge des Schrägverlaufs des Öffnungsrandes und der Herausziehbewegung des Steckerpins wandert der Fußpunkt des Lichtbogens entlang dem Öffnungsrand und wird auf der Schräge am Öffnungsrand nach oben von der Einführungsöff nung weg bewegt. Der Lichtbogen folgt dabei jeweils dem kürzesten Abstand der Spitze des Steckerpins zum oberen Öffnungsrand. Der Fußpunkt des Lichtbogens wandert dabei über den Öffnungsrand und wird dadurch zusätzlich gekühlt. Dies führt zu einem rascheren Verlöschen des Lichtbogens als bei einem am Öffnungs rand fest stehenden Lichtbogenfußpunkt. Das Abreißen des Lichtbogens erfolgt an einem der eigentlichen Einführungsöffnung sehr weit entfernten Bereich des Öffnungsrandes. Findet also eine Materialabtragung statt und lagert sich darauf hin ein Materialrest an der Einführungsöffnung des Buchsenkontakts ab, erfolgt diese Ablagerung an einem der eigentlichen Einführungsöffnung sehr weit ent fernten Bereich der Einführungsöffnung. Diese Entfernung verhindert eine Be schädigung des Steckerpins bzw. ein Wiedereinführen der Materialabtragung beim Einstecken des Steckerpins. Wegen der vorbeschriebenen Exzentrizität der Mittellängsachse des Buchsenkontakts und der Einführungsöffnung kommt der Steckerpin mit dem entfernten, die Ablagerung vielleicht aufweisenden Bereich des Öffnungsrandes beim Wiedereinstecken gar nicht in Berührung.

Die rückbezogenen Ansprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen der Erfindung.

Die in Anspruch 2 beanspruchte zylindrische Form von Buchsenkontakt und Fun kenschutzhülse ist besonders gut zum Zusammenwirken mit ebenfalls zylindri schen Steckerpins geeignet. Die Kraftverteilung ist bei derartigen zylindrischen Formen besonders gut.

Die Ansprüche 3 und 4 betreffen jeweils vorteilhafte Ausgestaltungen des Öff nungsrandes. Hierbei ist das niedrigste Stück des Öffnungsrandes gleichzeitig radial zum Steckerpin am nächsten angeordnet. Analog dazu weist die höchste Stelle des Öffnungsrandes den größten Radialabstand zum Steckerpin und damit zur Mittellängsachse des Buchsenkontakts auf. Durch den geringen Radialab stand nach Anspruch 3 ist gewährleistet, daß der Lichtbogen am Öffnungsrand auch wirklich überschlägt, also entsteht. Durch die Anordnung der höchsten Stelle des Öffnungsrandes in demjenigen Bereich, welcher den größten Radialabstand zur Mittellängsachse des Buchsenkontakts und damit zum Steckerpin aufweist, ist erreicht, daß das Abreißen des Lichtbogens an einer der eigentlichen Einfüh rungsöffnung für den Steckerpin sehr entfernten Stelle stattfindet. Folglich lagert sich eventuell abgetragenes Material auch an dieser der eigentlichen Einfüh rungsöffnung sehr entfernten Stelle ab, so daß der mit der Erfindung gewollte Ef fekt besonders sicher erreicht wird. Es ist damit sichergestellt, daß eine Material ablagerung an einem der eigentlichen Einführungsöffnung sehr entfernten Bereich auftritt.

Anspruch 5 betrifft die Kombination der Lehre der Ansprüche 2 bis 4 dahinge hend, daß die niedrigste Stelle des Öffnungsrandes einerseits und die höchste Stelle des Öffnungsrandes andererseits einander gegenüberliegen. Bei dieser Ausführungsform ist die Strecke, welche der Lichtbogen auf dem Öffnungsrand zurücklegt, maximiert. Das Abreißen des Lichtbogens erfolgt deshalb an einer den Buchsenkontakten sehr weit entfernten Stelle auf dem Öffnungsrand der Funken schutzhülse.

Die in Anspruch 6 vorgeschlagene konvexe Ausbildung des Öffnungsrandes be günstigt weiterhin die Verlagerung möglicher Materialablagerungen vom eigentli chen Einführungsbereich des Steckerpins weg zum äußeren Rand des Öffnungs randes hin. Die Materialablagerungen werden somit von der eigentlichen Wirkstel le der Steckkontaktpaarung weg verlagert hin zu einem für die eigentliche Steck- Steckkontaktpaarung unwirksamen Außenbereich auf dem Öffnungsrand der Funkenschutzhülse.

Der im Bereich der Einführungsöffnung entstehende hinterschnittene Bereich in der Funkenschutzhülse durch die Merkmale des Anspruchs 7 ermöglicht eine vorgespannte Lagerung der den Buchsenkontakt bildenden Kontaktelemente. Die als Hinterschneidung wirksame Umbördelung ist hierbei als Vorspannelement für die beispielsweise als Kontaktlamellen ausgebildeten Kon taktelemente wirksam. Die unter Vorspannung stehenden Kontaktlamellen bewir ken ein leichteres Einführen des Steckerpins durch Herabsetzung der Steck- und Ziehkräfte. Der Öffnungsrand der Funkenschutzhülse erhält somit eine Doppel funktion.

Die in den Ansprüchen 8 und 9 vorgeschlagene Werkstoffauswahl für zumindest einen Teilbereich des Steckerpins begünstigt die Wirksamkeit der Erfindung. Es ist dadurch sichergestellt, daß der Lichtbogen tatsächlich erst an der gewünschten Stelle abreißt. Ein ungewolltes vorzeitiges Abreißen des Lichtbogens an einer als kritisch angesehenen Stelle ist dadurch wirksam verhindert.

Anhand des in der Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispiels ist die Erfin dung weiter erläutert. Es zeigen:

Fig. 1a eine perspektivische Ansicht der Kontaktbuchse mit Sicht auf die Ein führungsöffnung,

Fig. 1b eine Draufsicht auf die Einführungsöffnung der Kontaktbuchse gemäß Fig. 1a,

Fig. 1c die in Fig. 1a dargestellte Kontaktbuchse in geschnittener Ansicht,

Fig. 2a eine perspektivische Ansicht der erfindungsmäßigen Steckkontaktpaa rung mit aus dem Buchsenkontakt gezogenen Steckerpin, welcher die Funkenschutzhülse noch kontaktierend berührt.

Fig. 2b eine Draufsicht gemäß Fig. 1b auf die Steckkontaktpaarung gemäß Fig. 2a,

Fig. 2c die in Fig. 2a dargestellte Steckkontaktpaarung in geschnittener An sicht,

Fig. 3a eine perspektivische Ansicht der Steckkontaktpaarung mit nahezu ge zogenem Steckerpin,

Fig. 3b eine Draufsicht gemäß Fig. 1b auf die in Fig. 3a gezeigte Steckkontakt paarung,

Fig. 3c eine geschnittene Seitenansicht der in Fig. 3a dargestellten Steckkon taktpaarung,

Fig. 4a die erfindungsmäßige Steckkontaktpaarung in vollständig gezogenem Zustand,

Fig. 4b eine Draufsicht gemäß Fig. 1b auf die in Fig. 4a dargestellte Steckkon taktpaarung,

Fig. 4c eine geschnittene Seitenansicht der in Fig. 4a dargestellten Steckkon taktpaarung sowie

Fig. 5 eine Prinzipdarstellung der Kontaktbuchse mit umgebördeltem Randbe reich.

Die Kontaktbuchse besteht im wesentlichen aus der leitenden Funkenschutzhül se 1 und dem innerhalb der Funkenschutzhülse 1 angeordneten Buchsenkon takt 5. Die Funkenschutzhülse 1 weist an ihrer einen Stirnseite eine Einfüh rungsöffnung 2 auf. In die Einführungsöffnung 2 einführbar ist ein Steckerpin 3. In der Funkenschutzhülse 1 angeordnet ist der im Ausführungsbeispiel aus einzel nen Kontaktlamellen 4 bestehende Buchsenkontakt 5.

Die Einführungsöffnung 2 ist zur Mittellängsachse 6 des Buchsenkontakts 5 ex zentrisch angeordnet. Diese Exzentrizität der Einführungsöffnung 2 zur Mittel längsachse 6 bewirkt, daß der Steckerpin 3 in der Einführungsöffnung 2 ebenfalls exzentrisch einliegt. Beim Ziehen des Steckerpins 3 bewirkt diese Exzentrizität, daß der Steckerpin 3 an der niedrigsten Stelle 7 des Öffnungsrandes 8 anliegt, also der Steckerpin 3 und der Öffnungsrand 8 an der niedrigsten Stelle 7 einen direkten Kontakt miteinander ausbilden.

In Radialrichtung 9 liegt der niedrigsten Stelle 7 des Öffnungsrandes 8 gegenüber die höchste Stelle 10 des Öffnungsrandes 8. Zu dieser höchsten Stelle 10 des Öffnungsrandes 8 hält der Steckerpin 3 infolge der vorbeschriebenen Exzentrizität zur Einführungsöffnung 2 den Abstand 11.

Wird der Steckerpin 3 weiter entgegen der Einführungsrichtung 12 aus der Fun kenschutzhülse 1 herausgezogen, wandert der an der niedrigsten Stelle 7 ent standene Fußpunkt des Abreißfunkens, also des beim Herausziehen entstehen den Lichtbogens auf dem Öffnungsrand 8 im gezeigten Ausführungsbeispiel ent gegen dem Uhrzeigersinn. Gegenüber der Darstellung in Fig. 2b an der niedrig sten Stelle 7 befindet sich der Fußpunkt des Abreißfunkens bei weiter herausge zogenem Steckerpin 3 (Fig. 3c) an einem entgegen dem Uhrzeigersinn von der niedrigsten Stelle 7 entfernten Kontaktpunkt 13. Der Kontaktpunkt 13 ist in Fig. 3b angedeutet.

Schließlich zeigt Fig. 4c bzw. Fig. 4b die Steckkontaktpaarung in vollständig ge zogenem Zustand, wobei der Abreißkontaktfußpunkt von der niedrigsten Stelle 7 entgegen dem Uhrzeigersinn vor dem Abreißen des Lichtbogens um 180° zur höchsten Stelle 10 auf dem Öffnungsrand 8 gewissermaßen gewandert ist. Etwai ge Materialablagerungen würden sich dann im Bereich der höchsten Stelle 10 des Öffnungsrandes 8 abgelagert haben.

Ein Vergleich der Fig. 2c, 3c und 4c zeigt sehr deutlich wie sich der kürzeste Abstand zwischen der Spitze des Steckerpins 3 und dem Öffnungsrand 8 der Funkenschutzhülse 1 von der niedrigsten Stelle 7 zur höchsten Stelle 10 des Öff nungsrandes 8 kontinuierlich verlagert.

Aus der Zeichnung weiter ersichtlich ist die konvexe Ausbildung des Öffnungs rands 8. Dies ist durch den Konvexbereich 14 in den Fig. 1c, 3c und 4c angedeu tet. Ferner ist ersichtlich der Schrägverlauf der Öffnungsrandoberkante 15 zur Mittellängsachse 6.

Schließlich zeigt Fig. 5 lediglich schematisch die Umbördelung 16 des Öffnungs randes 8. Der von 90° verschiedene Schrägverlauf des Öffnungsrandes 8 gegen über der Mittellängsachse 6 ist deshalb in Fig. 5 nicht erkennbar, jedoch gleich wohl vorhanden. Die Umbördelung 16 hält jeweils eine Kontaktlamelle 4 auf Vor spannung.

Die Wirkungsweise der erfindungsmäßigen Steckkontaktpaarung besteht darin, daß der Fußpunkt des auch als Abreißfunken bezeichneten Lichtbogens während des Ziehens des Steckerpins 3 von der niedrigsten Stelle 7 entlang dem Öff nungsrand 8 der Funkenschutzhülse 1 im Ausführungsbeispiel entgegen dem Uhrzeigersinn an die höchste Stelle 10 gesteuert wird und dort abreißt. Etwaige Materialablagerungen lagern sich neben dem Konvexbereich 14 auf der Oberkan te des Öffnungsrands 8 somit ab.

Claims

1. Kontaktbuchse für ein Steckkontaktsystem mit einer einen Buchsenkontakt (5) aufnehmenden, leitenden Funkenschutzhülse (1) mit einer Einführungsöff nung (2) für den Steckerpin (3) des Steckerkontakts, dadurch gekennzeichnet,

1. daß die Einführungsöffnung (2) der Funkenschutzhülse (1) exzentrisch zur Mittellängsachse (6) des Buchsenkontakts (5) angeordnet ist und
2. daß der Öffnungsrand (8) der Einführungsöffnung (2) zur Mittellängsach se (6) einen von 90° verschiedenen Schrägverlauf aufweist.

2. Buchse nach Anspruch 1, gekennzeichnet

1. durch eine zylinderartige Anordnung der den Buchsenkontakt (5) bilden den Kontaktelemente (4) und
2. durch eine entsprechend zylinderförmige Funkenschutzhülse (1).

3. Buchse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die niedrigste Stelle (7) des Öffnungsrandes (8) den geringsten radialen Abstand des Öffnungsrandes (8) zur Mittellängsachse (6) aufweist.

4. Buchse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die höchste Stelle (10) des Öffnungsrandes (8) den größten radialen Ab stand (11) des Öffnungsrandes (8) zur Mittellängsachse (6) aufweist.

5. Buchse nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die niedrigste (7) und die höchste Stelle (10) des Öffnungsrandes (8) auf der kreisförmigen Stirnseite des Öffnungsrandes (8) in einem Abstand von 180° zueinander angeordnet sind.

6. Buchse nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der den Einführungstrichter für den Steckerpin (3) bildende Bereich des Öffnungsrandes (8) konvex ausgebildet ist.

7. Buchse nach einem oder mehreren der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet,

1. daß die den Buchsenkontakt (5) bildenden Kontaktelemente Federele mente, beispielsweise Kontaktlamellen (4) sind und
2. daß der Randbereich der Funkenschutzhülse (1) in Richtung auf den Buchseninnenraum umgebördelt ist derart,
3. daß die Umbördelung (16) die Federelemente (4) an jeweils einem Ende hintergreift zur Einleitung einer Vorspannkraft in die Federelemente (4).

8. Aus einer Kontaktbuchse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 und einem Steckerpin (3) bestehende Steckkontaktpaarung, gekennzeichnet durch eine aus besonders funkenresistentem Kontaktmaterial bestehende Kontakt spitze des Steckerpins (3).

9. Steckkontaktpaarung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine aus AgCdO bestehende Kontaktspitze.