DE10139844C1 - Two-part electrical plug connector for automobile applications has ventilation channel for ingress of air during connector separation - Google Patents
Two-part electrical plug connector for automobile applications has ventilation channel for ingress of air during connector separationInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Steckverbinder mit einem Stecker- und einem Gegensteckergehäuse, derart ausgebildet, dass das Steckergehäuse in eine Ausnehmung innerhalb des Gegensteckergehäuses wenigstens teilweise fügbar ist, und dass innerhalb des Stecker- und Gegensteckergehäuses jeweils eine Elektrodenstruktur vorgesehen ist, die durch Ineinanderfügen des Steckergehäuses in das Gegensteckergehäuse in einen innigen Kontakt bringbar sind. The invention relates to an electrical connector with a plug and a mating connector housing, designed such that the connector housing in a recess within the mating connector housing can be at least partially added is, and that each within the connector and mating connector housing Electrode structure is provided by inserting the connector housing can be brought into intimate contact in the mating connector housing.
Elektrische Steckverbinder vorstehender Gattung dienen grundsätzlich der elektrischen Kontaktierung wenigstens zweier elektrischer Leitungen, die lösbar fest, beispielsweise zu Montage- und Demontagezwecken, miteinander verbunden werden sollen. Sowohl beim Ineinanderfügen von Stecker- und Gegensteckergehäuse als auch beim Trennvorgang beider Steckerteile gilt es die Elektrodenstrukturen im Inneren der jeweiligen Gehäuse einerseits gegen mechanische Deformationen zu schützen, andererseits für eine sichere Kontaktierung beider Elektrodenstrukturen zu sorgen, um einen einwandfreien elektrischen Kontakt zwischen ihnen herstellen zu können. Derartige an sich bekannte elektrische Steckverbinder finden vielseitige Verwendung bspw. bei der elektrischen Kontaktierung von Kabelbäumen, die im Fahrzeugbereich, insbesondere Kfz-Bereich eingesetzt werden, um die innerhalb eines Automobils vorhandenen elektrischen Baugruppen in definierter Weise miteinander zu verschalten.Electrical connectors of the above type basically serve the electrical contacting of at least two electrical lines, which are detachably fixed, connected for example for assembly and disassembly purposes should be. Both when mating connector and Mating connector housing as well as when disconnecting both connector parts, it applies Electrode structures in the interior of the respective housing on the one hand to protect mechanical deformations, on the other hand for a safe Contacting both electrode structures to ensure a flawless to be able to make electrical contact between them. Such in itself Known electrical connectors are used for many purposes, for example in electrical contacting of cable harnesses in the vehicle sector, in particular Automotive area used to the existing within an automobile to interconnect electrical modules in a defined manner.
Durch den insbesondere in Automobilen zu beobachtenden Trend des stetig steigenden elektrischen Leistungsbedarfs, aufgrund der zunehmenden Komfortanforderungen, beschäftigen sich derzeitige Studien damit, die bisher übliche Bordnetzspannung von 14 V zu erhöhen. Aktuelle Überlegungen gehen davon aus, die Bordnetzspannung beispielsweise auf 42 V anzuheben, um den derzeitigen, aber insbesondere künftigen Leistungsbedarf in Automobilen gerecht zu werden.Due to the trend of steadily observed especially in automobiles increasing electrical power requirements, due to the increasing Comfort requirements, current studies deal with it, the usual so far Increase vehicle electrical system voltage by 14 V. Current considerations assume to raise the on-board electrical system voltage to 42 V, for example, to match the current, but in particular to meet future power requirements in automobiles.
Der vorstehend skizzierte Trend im Automobilbereich lässt sich beispielsweise durch diverse, in die Zukunft gerichtete Entwicklungskonzepte bestätigen, beispielsweise durch den integrierten Kurbelwellen-Startergenerator, elektromagnetische Ventilantriebe oder Aktoren für x-by-wire-Systeme, um nur einige zu nennen. Durch eine Anhebung der Bordnetzspannung beispielsweise auf 42 V können somit die Voraussetzungen für eine zukunftsträchtige Energieversorgung innerhalb eines Automobils geschaffen werden. Mit der Anhebung der Bordnetzspannung um den Faktor 3 können darüberhinaus die notwendigen elektrischen Ströme bei gleichbleibendem Leistungsbedarf um den gleichen Faktor reduziert werden. Jedoch sind neben den vorstehenden Vorteilen auch Nachteile mit der Anhebung der Bordnetzspannung, insbesondere auf 42 V, verbunden. Ein Nachteil ist beispielsweise, dass durch die Spannungsanhebung der minimal benötigte Kontaktabstand zweier elektrischer Leiter zur Vermeidung von stabilen Lichtbögen deutlich ansteigt. Stabile Lichtbögen bilden sich insbesondere zwischen zwei Elektroden aus, die sich in einem genügend kleinen Abstand zueinander befinden. Unvermeidlich ist das Auftreten derartiger Lichtbögen beim Öffnen von zwei in elektrischem Kontakt stehenden Elektrodenstrukturen unter Last, sofern die Betriebsspannung ein bestimmtes Potential überschreitet. In dem in Fig. 3 dargestellten Schaubild, das ein Strom-Spannungs-Diagramm (I-U-Diagramm) zeigt, soll der vorstehend aufgezeigte Zusammenhang verdeutlicht werden. Die strichliert eingetragenen Linien A, B im I-U-Diagramm stellen beispielhaft jeweils die am Lichtbogen anfallende elektrische Leistung während des Öffnungsprozesses zweier Kontakte innerhalb eines Schaltkreises dar, dessen Betriebsspannung im Fall A 14 Volt und im Fall B 42 Volt beträgt. Vorausgesetzt ist, dass in den Schaltkreisen jeweils nur ohmsche Lasten mit einer identischen Leistungsaufnahme enthalten sind. Die strichliert eingezeichnete Linie im Fall A stellt dabei das aktuelle 14 V Bordnetz dar, wie es derzeit in Automobilen verwendet wird.The trend outlined above in the automotive sector can be confirmed, for example, by various future-oriented development concepts, for example by the integrated crankshaft starter generator, electromagnetic valve drives or actuators for x-by-wire systems, to name just a few. By raising the on-board electrical system voltage to 42 V, for example, the prerequisites for a promising energy supply within an automobile can be created. By increasing the on-board electrical system voltage by a factor of 3, the necessary electrical currents can be reduced by the same factor while the power requirement remains the same. However, in addition to the above advantages, there are also disadvantages associated with raising the vehicle electrical system voltage, in particular to 42 V. One disadvantage, for example, is that the voltage increase increases the minimum required contact distance between two electrical conductors to avoid stable arcing. Stable arcs are formed in particular between two electrodes that are at a sufficiently small distance from one another. Such arcs are inevitable when two electrode structures in electrical contact are opened under load, provided the operating voltage exceeds a certain potential. The diagram shown in FIG. 3, which shows a current-voltage diagram (IU diagram), is intended to clarify the relationship shown above. The dashed lines A, B in the IU diagram each represent an example of the electrical power generated by the arc during the opening process of two contacts within a circuit, the operating voltage of which is 14 volts in case A and 42 volts in case B. The prerequisite is that the circuits only contain ohmic loads with an identical power consumption. The dashed line in case A represents the current 14 V electrical system, as is currently used in automobiles.
Zusätzlich im I-U-Diagramm sind asymptotisch verlaufende Linien eingezeichnet, die Grenzkurven für bestimmte Kontaktabstände in Millimeter (0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 1,8 mm, 3 mm) darstellen, d. h. befinden sich zwei Elektroden bspw. in einem Abstand von 0,5 mm zueinander, so treten bei I-U-Werten, die im Diagramm rechts oberhalb der 0,5 mm - Grenzkurve liegen Lichtbogeneffekte auf. Bei I-U-Werten unterhalb der 0,5 mm - Grenzkurve hingegen treten keine Lichtbögen zwischen den Elektroden mit einem Kontaktabstand von 0,5 mm auf. So kann aus dem Diagramm entnommen werden, dass das Auftreten von Lichtbögen zwischen zwei voneinander beabstandeten Elektroden bei größeren Kontaktabständen, bspw. 1,8 mm, erst bei viel höheren I-U-Werten zu beobachten ist, als bei kleineren Elektrodenabständen. In addition, asymptotic lines are drawn in the I-U diagram Limit curves for certain contact distances in millimeters (0.5 mm, 1 mm, 1.5 mm, 1.8 mm, 3 mm), d. H. for example, there are two electrodes in one Distance of 0.5 mm to each other, so for I-U values, the diagram on the right Arc effects are present above the 0.5 mm limit curve. With I-U values below the 0.5 mm limit curve, however, there are no arcs between the Electrodes with a contact distance of 0.5 mm. So from the diagram can be inferred that the occurrence of arcs between two from each other spaced electrodes with larger contact distances, for example 1.8 mm, only at much higher I-U values can be observed than with smaller electrode spacings.
Die punktiert eingetragenen Linien Vmin sowie Imin begrenzen jeweils Bereiche, innerhalb derer, jeweils in Richtung kleinerer Wertegrößen, überhaupt keine Lichtbogeneffekte auftreten können.The dotted lines V min and I min each delimit areas within which, in the direction of smaller value sizes, no arc effects can occur at all.
Für das 14 V Bordnetz bedeutet dies im Fall A, dass die Ausbildung von stabilen Lichtbögen nur in einem sehr kleinen Bereich möglich ist, nämlich eben gerade in jenem, bei dem die strichlierte Linie A Werte oberhalb von Vmin sowie Imin einnimmt. Grundsätzlich kann davon ausgegangen werden, dass bei den bisher üblichen Bordnetzspannungen bereits sehr kleine Kontaktabstände ausreichend sind, um die Lichtbogeneffekte zu verhindern. Anders ist der Fall jedoch bei einer beabsichtigten Anhebung der Bordnetzspannung auf 42 V gelagert, bei dem das Auftreten von Lichtbögen bereits bei einem Elektrodenkontaktabstand von etwa 0,8 mm hinzu kleineren Abständen zu beobachten ist.For the 14 V on-board electrical system, this means in case A that the formation of stable arcs is only possible in a very small area, namely in the area where the dashed line A assumes values above V min and I min . In principle, it can be assumed that, with the electrical system voltages that have been customary to date, very small contact distances are sufficient to prevent the arcing effects. The situation is different, however, when the on-board electrical system voltage is intended to be raised to 42 V, in which the occurrence of arcs can already be observed with an electrode contact distance of about 0.8 mm, even smaller distances.
Sind hingegen neben reinen ohmschen Lasten in den jeweiligen Schaltkreisen, wovon die im I-U-Diagramm gezeigten Fallkonstellationen ausgehen, auch induktive Lasten enthalten, so verschärft sich das Problem erheblich hinsichtlich eines zunehmend verstärkten Auftretens von Lichtbögen auch bei größeren Elektrodenabständen.If, on the other hand, there are pure ohmic loads in the respective circuits, from which the case constellations shown in the I-U diagram are based, also inductive Containing loads, the problem worsens considerably with regard to one increasingly increased occurrence of arcs even with larger ones Electrode spacings.
Eine entscheidende Rolle spielen vorstehend beschriebene Lichtbogeneffekte beim Verschleiß eingangs erwähnter elektrischer Steckverbinder, die sogar zu irreversiblen Schäden an den Elektrodenstrukturen innerhalb der Steckverbinder und sogar zu ihrem Totalverlust führen können.The arc effects described above play a crucial role in Wear of electrical connectors mentioned at the beginning, which even increases irreversible damage to the electrode structures within the connectors and can even lead to their total loss.
Im Automobilbereich ist es beim Durchführen von Wartungsarbeiten am Kfz oftmals unvermeidbar, elektrische Steckverbinder unter Last, d. h. bei anliegender Bordnetzspannung, zu lösen, wodurch aufgrund des Auftretens von Lichtbogeneffekten erhebliche Beschädigungen im Kontaktbereich der Elektrodenstrukturen verbunden sein können. Zur Veranschaulichung dieser Problematik sind in den Fig. 2a bis d Sequenzbilder dargestellt, die einen elektrischen Steckverbinder in der Querschnittsdarstellung zeigen, bestehend aus einem Steckergehäuse 1 und einer darin befindlichen Elektrodenstruktur 11 sowie einem Gegensteckergehäuse 2 mit einer darin befindlichen Elektrodenstruktur 22. In Fig. 2a sind beide Gehäuse 1 und 2 ineinander verfügt, so dass die Elektrodenstrukturen 11 und 22 in einem innigem, elektrischem Kontakt stehen. Wird das Steckergehäuse 1 aus dem Gegensteckergehäuse 2 gemäß Fig. 2b gezogen, so beginnen sich zunächst die Elektrodenstrukturen 11 und 22 auseinander zu bewegen. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 wird angenommen, dass die Elektrodenstruktur 11 zapfenförmig ausgebildet ist, die in eine entsprechende Ausnehmung in der Elektrodenstruktur 22 passgenau eingefügt werden kann. Wird beim weiteren Auseinanderziehen der jeweiligen Steckverbinder der Punkt überschritten, an dem sich die beiden Elektrodenstrukturen 11 und 22 voneinander zu beabstanden beginnen, wie in Fig. 2c dargestellt, so treten wie vorstehend erwähnt, bei Bordnetzspannungen von 42 V Funkenentladungen F zwischen den Elektrodenstrukturen auf, die zu Lichtbogeneffekten führen, die aufgrund der in Lichtbögen auftretenden Strömen Temperaturen von ca. 3000 bis 4000 Kelvin zu erzeugen in der Lage sind. Das Auftreten derartig hoher Temperaturen erklärt zum einen, dass insbesondere an den Elektrodenstrukturspitzen Abbrandeffekte auftreten, die als irreversible Schädigungen der Elektrodenkontakte anzusehen sind, wie es in Fig. 2d dargestellt ist, andererseits können die hohen Temperaturen die umliegenden Gehäusewände, die zumeist aus Kunststoff gefertigt sind, aufschmelzen und gar zum Entflammen bringen.In the automotive sector, when carrying out maintenance work on the motor vehicle, it is often unavoidable to disconnect electrical connectors under load, that is to say when the vehicle electrical system voltage is present, as a result of which arcing effects can cause considerable damage to the contact area of the electrode structures. To illustrate this problem, sequence pictures are shown in FIGS. 2a to d, which show an electrical connector in cross-sectional representation, consisting of a connector housing 1 and an electrode structure 11 located therein and a mating connector housing 2 with an electrode structure 22 located therein. In Fig. 2a, both housings 1 and 2 are inside each other, so that the electrode structures 11 and 22 are in intimate electrical contact. If the connector housing 1 is pulled out of the mating connector housing 2 according to FIG. 2b, the electrode structures 11 and 22 begin to move apart. In the exemplary embodiment in FIG. 2, it is assumed that the electrode structure 11 is cone-shaped, which can be inserted in a corresponding recess in the electrode structure 22 with a precise fit. If, as the respective plug connectors are pulled further apart, the point is exceeded at which the two electrode structures 11 and 22 begin to distance from one another, as shown in FIG. 2c, as mentioned above, spark discharges F occur between the electrode structures at vehicle electrical system voltages of 42 V, which lead to arcing effects, which are able to generate temperatures of approx. 3000 to 4000 Kelvin due to the currents occurring in arcing. The occurrence of such high temperatures explains, on the one hand, that burn-off effects occur in particular at the electrode structure tips, which can be regarded as irreversible damage to the electrode contacts, as shown in FIG. 2d, on the other hand, the high temperatures can affect the surrounding housing walls, which are mostly made of plastic , melt and even ignite.
Das Auftreten derartiger Lichtbogeneffekte ist in der Starkstromtechnik kein unbekanntes Phänomen, gegen dessen Vermeidung aktive Konzepte bekannt sind, mit denen eine gezielte Lichtbogenlöschung herbeigeführt werden kann.The occurrence of such arc effects is not in high-voltage technology unknown phenomenon, against the avoidance of which active concepts are known, with which a targeted arc extinguishing can be brought about.
Beispielsweise können Lichtbögen durch gezieltes Anlegen von Pressluft in den Bereich der jeweils einen Engspalt eingrenzenden Elektrodenstrukturen regelrecht ausgeblasen werden. Auch sind Löschtechniken mit Hilfe von extern angelegten Magnetfelder in sogenannten Löschkammern bekannt.For example, arcs can be created by the targeted application of compressed air in the Area of the electrode structures each delimiting a narrow gap be blown out. Deletion techniques are also possible with the help of externally created Magnetic fields known in so-called quenching chambers.
So beschreibt etwa die DE 15 40 104 einen Schalter, der zur Unterbrechung von elektrischen Lichtbögen Elektroden aufweist, die bei Auftreten eines Lichtbogens zwischen den Elektroden elektronegative Gase als Löschmittel abgeben. Die Elektroden, die als einteilige oder zweiteilige Körper hergestellt werden, bestehen aus einem Material, das sich aus metallischen und nichtmetallischen Elementen zusammensetzt. Die nichtmetallischen Elemente zeichnen sich hierbei dadurch aus, dass sie bei Auftreten einer von einem Lichtbogen verursachten Temperaturerhöhung elektronegative Gase, die den Lichtbogen ersticken, abgeben.For example, DE 15 40 104 describes a switch that is used to interrupt electric arcs has electrodes which occur when an arc occurs Dispense electronegative gases as an extinguishing agent between the electrodes. The Electrodes that are made as one-piece or two-piece bodies exist made of a material consisting of metallic and non-metallic elements composed. The non-metallic elements are characterized by that when an arc occurs Raising the temperature give off electronegative gases that smother the arc.
Die US 4,082,403 beschreibt einen Stecker, der sich im Wesentlichen aus zwei Teilen, die aus unterschiedlichen Materialien hergestellt werden, zusammensetzt. Verbunden werden diese beiden Teile über einen Passstift, der sich im Inneren der beiden Steckerteile befindet. Wesentliches Merkmal dieses Steckers ist es, dass der vordere Teil des Steckverbinders aus einem Material hergestellt ist, das bei Auftreten eines Lichtbogens elektronegative Gase aussendet, so dass der Lichtbogen erstickt wird, bevor die Elektrodenstruktur des Steckers von dem Lichtbogen beschädigt wird.US 4,082,403 describes a connector that consists essentially of two Parts that are made of different materials. These two parts are connected via a dowel pin, which is located inside the two connector parts. An essential feature of this connector is that the Front part of the connector is made of a material that occurs when it occurs of an arc emits electronegative gases so that the arc suffocates before the electrode structure of the plug is damaged by the arc.
Auch die GB 1100564 beschreibt eine ganz ähnliche technische Lösung. Bei einem Steckverbinder, dessen Elektroden elektrisch leitend in Kontakt bringbar sind, besthen die Elektroden aus einem Material, das sich aus metallischen sowie nichtmetallischen Stoffkomponenten zusammensetzt. Bei Bildung eines Lichtbogens zwischen den zwei Elektroden emittieren die nichtmetallischen Stoffkomponenten wiederum elektronegative Gase, die den Lichtbogen ersticken. Als elektronegative Gase eignen sich sowohl Schwefelfluoride, wie beispielsweise SF5 oder SF6, sowie Seleniumhexafluoride, wie etwa SeF6. Nichtmetallische Stoffe, die diese elektronegativen Gase emittieren, sind beispielsweise Polytetrafluorethylene.GB 1100564 also describes a very similar technical solution. In the case of a connector whose electrodes can be brought into electrical contact, the electrodes consist of a material which is composed of metallic and non-metallic material components. When an arc is formed between the two electrodes, the non-metallic substance components in turn emit electronegative gases that smother the arc. Both sulfur fluorides, such as SF 5 or SF 6 , and selenium hexafluoride, such as SeF 6, are suitable as electronegative gases. Non-metallic substances that emit these electronegative gases are, for example, polytetrafluorethylene.
Die DE 34 12 824 A1 beschreibt schließlich einen elektrischen Lastschalter, der als kontaktgebenden Teil einen in Richtung seiner Längsachse verschiebbaren Stift enthält. Darüber hinaus weist der Schalter eine koaxial zu diesem Stift angeordnete Kontaktbuchse auf, die in ihrem mit dem Stift in Kontakt bringbaren vorderen Abschnitt durch axial verlaufende Schlitze in achsparallele Segmente unterteilt ist. Diese achsparallelen Segmente weisen an ihrer Spitze jeweils eine radial einwärts vorspringende Kuppe auf, mit welcher sie bei geschlossenem Schalter federnd an dem Stift anliegen. In einem vorderen, seine Spitze einschließenden Abschnitt besteht der Stift, der kürzer als die Einstecktiefe ist, aus einem Verbundwerkstoff, der neben elektrisch gut leitendem Metall ein unter Lichtbogeneinwirkung Löschgase freisetzendes Material enthält. Die bei Bildung eines Lichtbogens entstehenden Löschgase treten zum größten Teil durch die axial verlaufenden Schlitze aus. Ein kleiner Teil der Löschgase kann allerdings auch im eng gewordenen Ringraum zwischen der Hülse und der Kontaktbuchse strömen.DE 34 12 824 A1 finally describes an electrical load switch, which as contacting part a pin displaceable in the direction of its longitudinal axis contains. In addition, the switch has a coaxial to this pin Contact socket on the front of which can be brought into contact with the pin Section is divided into axially parallel segments by axially extending slots. These axially parallel segments each have a radially inward at their tip projecting crest with which it resiliently when the switch is closed the pen. In a front section enclosing its tip the pin, which is shorter than the insertion depth, consists of a composite material which in addition to electrically conductive metal, an arc extinguishing gas releasing material contains. The arises when an arc is formed Extinguishing gases largely escape through the axially extending slots. On however, a small part of the extinguishing gases can also be found in the narrow annulus flow between the sleeve and the contact socket.
Nachteilig bei allen, aus dem Stand der Technik bekannten Steckverbindern ist, dass die entsprechenden Lichtbogenbekämpfungsmaßnahmen mit aufwendigen Vorkehrungen verbunden sind. Vor allem können diese Maßnahmen, möchte man doch an einem möglichst einfachen und kostengünstigen Aufbau bekannter Steckverbinder festhalten, nicht ohne weiteres auf die Lösung des vorstehend genannten Problems bei elektrischen Steckverbindern, deren Baugrößen bis hin zu einigen mm messen, übertragen werden.A disadvantage of all connectors known from the prior art is that the corresponding arc control measures with complex Precautions are connected. Above all, you can take these measures but known in a simple and inexpensive construction as possible Hold connector, not readily to the solution of the above mentioned problem with electrical connectors, their sizes up to measure a few mm, be transferred.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Steckverbinder mit einem Stecker- und einem Gegensteckergehäuse gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart auszubilden, dass insbesondere beim Ziehen des elektrischen Steckverbinders unter elektrischer Last keine vorstehend genannten Lichtbogenerscheinungen auftreten, die zu irreversiblen Schäden an der Elektrodenstruktur führen. Die zu treffenden Maßnahmen sollen weder komplizierte konstruktive Vorkehrungen am Steckverbinder, noch kostenintensive Vorkehrungen, bzw. den Einsatz zusätzlicher, mit dem Steckverbinder vorzuhaltender Löschmittel erfordern. Aktive, kostenintensive Konzepte, wie sie in der Starkstromtechnik bekannt sind, sind für einen möglichst kostengünstigen Einsatz im Automobilbereich zu vermeiden.The invention has for its object to provide an electrical connector a connector and a mating connector housing according to the preamble of Form claim 1 such that in particular when pulling the electrical Connector under electrical load none of the above Arc phenomena occur that cause irreversible damage to the Lead electrode structure. The measures to be taken are neither intended to be complicated constructive precautions on the connector, still cost-intensive precautions, or the use of additional extinguishing agents to be provided with the connector require. Active, cost-intensive concepts such as those used in heavy current technology are known for the most cost-effective use in the automotive sector to avoid.
Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf das Ausführungsbeispiel zu entnehmen.The object on which the invention is based is achieved in claim 1 specified. Advantageous further developments of the inventive concept are Subject of the subclaims and the description with reference to the embodiment can be seen.
Erfindungsgemäß ist ein elektrischer Steckverbinder mit einem Stecker- und einem Gegensteckergehäuse, bei dem das Steckergehäuse in eine Ausnehmung innerhalb des Gegensteckergehäuses wenigstens teilweise fügbar ist, innerhalb des Stecker- und Gegensteckergehäuses jeweils eine Elektrodenstruktur vorgesehen ist, die durch Ineinanderfügen des Steckergehäuses in das Gegensteckergehäuse in einen innigen Kontakt bringbar sind und bei dem im Stecker- und/oder im Gegensteckergehäuse wenigstens ein Belüftungskanal vorgesehen ist, der jeweils das Stecker- oder das Gegensteckergehäuse lokal durchragt, eine zur Elektrodenstruktur gewandte innere Öffnung sowie eine äußere Öffnung aufweist, so ausgebildet, dass der Belüftungskanal derart angeordnet ist, dass die äußere oder die innere Öffnung des Belüftungskanals durch gegenseitige Überlappung des Stecker- mit dem Gegensteckergehäuses im ineinandergefügten Zustand weitgehend gasdicht verschlossen ist und dass durch Auseinanderbewegen des Stecker- und Gegensteckergehäuses der Belüftungskanal eine offene Verbindung zu einem von dem Stecker- und Gegensteckergehäuse weitgehend gasdicht eingeschlossenen Volumen schafft, in dem sich die Elektrodenstrukturen befinden, sobald sich die Elektrodenstrukturen durch das Auseinanderbewegen des Stecker- und Gegensteckergehäuses zu trennen beginnen und dass die äußere Öffnung (32) des Belüftungskanals (3) in den Steckverbinder umgebende Außenluft mündet, so dass Umluft von Außen durch den Belüftungskanal (3) in das innere Volumen (4) gelangt. According to the invention, an electrical connector with a connector and a mating connector housing, in which the connector housing can be at least partially inserted into a recess within the mating connector housing, an electrode structure is provided within the connector and mating connector housing, which is built into one by inserting the connector housing into the mating connector housing can be brought into intimate contact and in which at least one ventilation channel is provided in the connector and / or in the mating connector housing, each of which projects through the connector or mating connector housing locally, has an inner opening facing the electrode structure and an outer opening, so that the ventilation channel is arranged in such a way that the outer or inner opening of the ventilation duct is largely gas-tight in the inserted state by mutual overlapping of the plug housing with the mating plug housing, and that by apart Moving the connector and mating connector housing of the ventilation channel creates an open connection to a volume which is largely gas-tightly enclosed by the connector and mating connector housing and in which the electrode structures are located as soon as the electrode structures begin to separate due to the moving apart of the connector and mating connector housing and that outer opening ( 32 ) of the ventilation duct ( 3 ) opens into the outside air surrounding the connector, so that circulating air from the outside enters the inner volume ( 4 ) through the ventilation duct ( 3 ).
Die dem erfindungsgemäß ausgebildeten elektrischen Steckverbinder zugrundeliegende Idee ist die gezielte Nutzung des sich zwischen dem Steckergehäuse und dem Gegensteckergehäuse ausbildenden Unterdruckes, der sich innerhalb des von beiden Gehäusen eingeschlossenen Volumens während des Vorganges des Auseinanderziehens beider Gehäuse ausbildet, sofern davon ausgegangen werden kann, dass das Steckergehäuse und das Gegensteckergehäuse weitgehend gasdicht ineinander fügbar sind. Wird beispielsweise das in einer Ausnehmung des Gegensteckergehäuses befindliche Steckergehäuse aus dem Gegensteckergehäuse herausgezogen, so erfährt die zwischen beiden Gehäusen eingeschlossene Luft aufgrund der lokal auftretenden Volumenvergrößerung eine Expansion, wodurch sich ein Unterdruck zwischen beiden Gehäusen einstellt. Dieser Unterdruck wird bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten elektrischen Steckverbinder als treibende Kraft dazu verwendet, einen Luftstrom gezielt in den Elektrodenbereich zu richten, im Zeitpunkt, in dem sich die Elektrodenstrukturen noch unterhalb des eingangs erläuterten kritischen Kontaktabstandes befinden, bei dem sich aufgrund der hohen Bordnetzspannung von beispielsweise 42 V Lichtbogeneffekte auftreten. Der sich zwischen beiden Elektrodenstrukturen ausbildende Lichtbogen wird effizient durch den eigens vorgesehenen Belüftungskanal gezielt gelöscht, so dass die Elektrodenstrukturen ohne den weiteren Betrieb beeinflussenden Schädigungen auch unter elektrischen Lastbedingungen voneinander getrennt werden können. The electrical connector designed according to the invention the underlying idea is the targeted use of the difference between the Connector housing and the mating connector housing negative pressure, the within the volume enclosed by both housings during the The process of pulling both housings apart, if any it can be assumed that the connector housing and the Mating connector housings are largely gas-tight. Becomes for example, that located in a recess of the mating connector housing Pulled the connector housing out of the mating connector housing, so learns Air trapped between the two housings due to the locally occurring Volume increase an expansion, creating a vacuum between adjusts both housings. This vacuum is in the invention trained electrical connector used as the driving force to a Direct the air flow into the electrode area at the time when the Electrode structures still below the critical one explained at the beginning Contact distance, which is due to the high electrical system voltage of, for example, 42 V arc effects occur. The one between the two The arc that forms electrode structures is made efficient by the provided ventilation channel deliberately deleted so that the electrode structures without damage affecting further operation even under electrical Load conditions can be separated from each other.
Der hierfür erforderliche Belüftungskanal, der innerhalb des Steckergehäuses und/oder innerhalb des Gegensteckergehäuses vorgesehen werden kann, ist als einfache Bohrung durch die jeweilige Gehäusewand des Stecker- oder Gegensteckergehäuses auszubilden und erfordert bei der Steckerherstellung keine merklichen Mehrkosten.The ventilation duct required for this, which is inside the connector housing and / or can be provided within the mating connector housing is as simple drilling through the respective housing wall of the connector or Training mating connector housing and does not require any in the manufacture of connectors noticeable additional costs.
Der Belüftungskanal ist derart innerhalb des jeweiligen Gehäuses anzuordnen, dass die den elektrischen Steckverbinder umgebende Außenluft in den Belüftungskanal erst eintreten kann, wenn zwischen dem Steckverbinder und dem Gegensteckverbinder ein ausreichend großer Unterdruck erzeugt worden ist und die Elektrodenstrukturen sich nur noch punktuell berühren und somit kurz vor ihrer gegenseitigen Beabstandung stehen. In diesem Moment sollte vorzugweise der Belüftungskanal durch weiteres Herausziehen des Steckergehäuses aus dem Gegensteckergehäuse geöffnet werden, so dass aufgrund des im Inneren vorherrschenden Unterdruckes ein Luftstrom gezielt zwischen beide, sich voneinander entfernenden Elektrodenstrukturen einströmen kann.The ventilation duct is to be arranged within the respective housing in such a way that the outside air surrounding the electrical connector into the ventilation duct can only occur if between the connector and the Mating connector a sufficiently large negative pressure has been generated and the Electrode structures only touch at certain points and thus shortly before theirs mutual spacing. At this moment, the Ventilation duct by pulling the connector housing out of the Mating connector housings are opened so that due to the inside prevailing negative pressure an air flow is targeted between both themselves can flow away from each other electrode structures.
Damit sich ein für die Erzeugung des Belüftungsstromes in ausreichender Stärke zur wirkungsvollen Auslöschung von etwaig auftretender Lichtbögen erforderliche Unterdruck zwischen Stecker- und Gegensteckergehäuse aufbauen kann, gilt es darauf zu achten, dass beide Gehäuse im ineinandergefügten Zustand weitgehend gasdicht miteinander abschließen, so dass keine wesentlichen, möglicherweise in Betracht kommenden Nebenluftströme durch entsprechende Zwischenspalte in das Innere des elektrischen Steckverbinders eintreten können.So that there is sufficient strength for the generation of the ventilation flow effective extinction of any arcing required It can build up negative pressure between the connector and mating connector housing Make sure that both housings are largely in the assembled state seal gas-tight with each other so that no essential, possibly in Considered secondary air flows through corresponding intermediate gaps in the Can enter the interior of the electrical connector.
Elektrische Steckverbinder, die mit der vorstehend beschriebenen Belüftungsvorkehrung zur Vermeidung lokaler Lichtbögen ausgestattet sind, eignen sich insbesondere für die Verwendung im Kfz-Bereich, speziell bei Verwendung von Bordnetzspannungen von mehr als 30 V, vorzugsweise 42 V. Selbstverständlich eignen sich derartige Steckverbinder auch in anderen Bereichen, beispielsweise im gesamten Elektronikbereich. Electrical connectors using the one described above Ventilation measures to avoid local arcing are suitable are particularly suitable for use in the automotive sector, especially when using Vehicle electrical system voltages of more than 30 V, preferably 42 V. Of course Such connectors are also suitable in other areas, for example in entire electronics sector.
Der erfindungsgemäße Gedanke soll anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.The idea according to the invention should be based on a specific embodiment are explained in more detail.
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung exemplarisch beschrieben. Es zeigen:The invention will hereinafter be described without limitation in general The inventive concept based on an embodiment with reference to the Drawing described as an example. Show it:
Fig. 1a-d Querschnittsdarstellungen eines elektrischen Steckverbinders mit Belüftungskanal in Sequenzbilddarstellung sowie Fig. 1a-d are cross sectional views of an electrical connector with ventilation channel in sequence image representation, and
Fig. 2a-d Querschnittsdarstellung eines bekannten elektrischen Steckverbinders (Stand der Technik), sowie Fig. 2a-d cross-sectional view of a known electrical connector (prior art), as well as
Fig. 3 I-U-Diagramm zur Darstellung kritischer Bereiche zur Lichtbogenausbildung. Fig. 3 IU diagram to show critical areas for arcing.
In Fig. 1a bis d sind Querschnittsbilder jeweils in Sequenzen dargestellt, die einen erfindungsgemäß ausgebildeten elektrischen Steckverbinder zeigen, der ein Gegensteckergehäuse 2 aufweist, in den ein entsprechend an die Innenkontur der Ausnehmung des Gegensteckergehäuses 2 angepasstes Steckergehäuse 1 eingefügt ist.In Fig. 1a-d cross-sectional images are each represented in sequences which exhibit a inventively designed electrical connector having a mating connector housing 2 is inserted into the one corresponding to the inner contour of the recess of the mating connector housing 2 adapted connector housing 1.
In dem in Fig. 1a dargestellten Sequenzbild befinden sich das Steckergehäuse 1 und das Gegensteckergehäuse 2 in einem gegenseitigen innigen Kontakt, wobei die Elektrodenstrukturen 11 und 22 zur gegenseitigen elektrischen Kontaktierung ineinander gefügt sind. Zu beachten ist der im Steckergehäuse 1 eingebrachte Belüftungskanal 3, dessen Längserstreckung schräg zur Fügerichtung des Steckergehäuses 1 relativ zum Gegensteckergehäuse 2 orientiert ist. Der Belüftungskanal weist eine innere Öffnung 32 und eine äußere Öffnung 31 auf, wobei die Öffnung 31 durch die Außenkonturen des Gegensteckergehäuses 2 verdeckt ist. In the sequence picture shown in FIG. 1a, the connector housing 1 and the mating connector housing 2 are in mutual intimate contact, the electrode structures 11 and 22 being joined together for mutual electrical contacting. Attention must be paid to the ventilation duct 3 inserted in the connector housing 1 , the longitudinal extension of which is oriented obliquely to the direction of joining of the connector housing 1 relative to the mating connector housing 2 . The ventilation duct has an inner opening 32 and an outer opening 31 , the opening 31 being covered by the outer contours of the mating connector housing 2 .
In Fig. 1b ist das Steckergehäuse 1 aus dem Gegensteckergehäuse 2 um ein kleines Stück herausgezogen, wodurch sich die im inneren Volumen 4 befindliche Luft, die zwischen dem Steckergehäuse 1 und dem Gegensteckergehäuse 2 eingeschlossen ist, aufgrund der gasdichten Volumenvergrößerung, expandiert. Hierdurch stellt sich im inneren Volumen 4 ein Unterdruck ein. Bei der in Fig. 1b gezeigten Konstellation befinden sich die Elektrodenstrukturen 11 und 22 immer noch in einer gegenseitigen, teilweisen Überlappung, in der Lichtbogeneffekte noch nicht auftreten. Auch ist der Belüftungskanal 3 in dieser Situation durch die Innenwand des Gegensteckergehäuses 2 abgedeckt und somit verschlossen.In Fig. 1b, the connector housing 1 is pulled out of the mating connector housing 2 by a small amount, as a result of which the air in the inner volume 4 , which is enclosed between the connector housing 1 and the mating connector housing 2 , expands due to the gas-tight increase in volume. This creates a negative pressure in the inner volume 4 . In the constellation shown in FIG. 1b, the electrode structures 11 and 22 are still in a mutual, partial overlap in which arcing effects do not yet occur. In this situation, the ventilation duct 3 is also covered by the inner wall of the mating connector housing 2 and thus closed.
Fig. 1c zeigt die Situation, in der die Elektrodenstruktur 11 und 22 sich nur punktuell berührend gegenüberstehen und bei einer weiteren gegenseitigen Entfernung einen Elektrodenabstand zueinander annehmen, in dem sich die eingangs erläuterten Lichtbogeneffekte einstellen. In genau diesem Moment überfährt die äußere Öffnung 32 des Belüftungskanals 3 den Endbereich des Gegensteckergehäuses 2, so dass nun der Belüftungskanal 3 einen freien Verbindungskanal zwischen dem inneren Volumen 4 und der den elektrischen Steckverbinder umgebenden Außenluft schafft. Durch den Belüftungskanal 3 tritt Außenluft gezielt in den Bereich des kritischen Elektrodenabstandes zwischen den Elektrodenstrukturen 11 und 22, die in Form eines, durch die Saugwirkung des im inneren des Volumens 4 vorherrschenden Unterdruck hervorgerufenen Belüftungsstroms mögliche Lichtbogeneffekte ausbläst. Fig. 1c shows the situation in which the electrode structure 11 and 22 are opposite each other only at certain points touching and assume a distance from one another electrode at another mutual distance is adjustable in the initially mentioned arc effects. At exactly this moment, the outer opening 32 of the ventilation duct 3 passes over the end region of the mating connector housing 2 , so that the ventilation duct 3 now creates a free connecting duct between the inner volume 4 and the outside air surrounding the electrical connector. Outside air enters through the ventilation duct 3 in a targeted manner into the area of the critical electrode spacing between the electrode structures 11 and 22 , which blows out possible arcing effects in the form of a vacuum current caused by the suction effect of the interior 4 of the volume.
In Fig. 1d sind die vollständig voneinander getrennten Elektrodenstrukturen 11 und 22 in unversehrter Form dargestellt, da das Auftreten von Lichtbögen weitestgehend vermieden werden konnte. Ganz im Unterschied zu den bisher bekannten elektrischen Steckverbindern, wie sie links von der Fig. 1d in Fig. 2d dargestellt sind.In FIG. 1d, the completely separate electrode structures 11 and 22 illustrated in intact form because the occurrence of arcing could be largely avoided. This is quite different from the previously known electrical plug connectors, as are shown on the left of FIG. 1d in FIG. 2d.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des elektrischen Steckverbinders wird das an sich bekannte Problem des "Hot-Plugging", d. h. des Steckens unter elektrischer Last, wie es beispielsweise im Reparaturfall auftreten kann, gelöst. The inventive design of the electrical connector that known problem of "hot plugging", i. H. of plugging under electrical Load, as can occur in the event of a repair, for example.
11
Steckergehäuse
plug housing
22
Gegensteckergehäuse
Mating connector housing
1111
, .
2222
Elektrodenstruktur
electrode structure
33
Belüftungskanal
ventilation duct
3131
, .
3232
Innere, äußere Öffnung
Inner, outer opening
44
Inneres Volumen
Inner volume
Claims (6)
dass innerhalb des Stecker- (1) und Gegensteckergehäuses (2) jeweils eine Elektrodenstruktur (11, 22) vorgesehen ist, die durch Ineinanderfügen des Steckergehäuses (1) in das Gegensteckergehäuse (2) in einen innigen Kontakt bringbar sind und
dass im Stecker- (1) und/oder im Gegensteckergehäuse (2) wenigstens ein Belüftungskanal (3) vorgesehen ist, der jeweils das Stecker- (1) oder das Gegensteckergehäuse (2) lokal durchragt, eine zur Elektrodenstruktur (11, 22) gewandte innere Öffnung (31) sowie eine äußere Öffnung (32) aufweist und der derart angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Belüftungskanal (3) derart angeordnet ist, dass die äußere (32) oder die innere Öffnung (31) des Belüftungskanals (3) durch gegenseitige Überlappung des Stecker- (1) mit dem Gegensteckergehäuses (2) im ineinandergefügten Zustand gasdicht verschlossen ist,
dass durch Auseinanderbewegen des Stecker- (1) und Gegensteckergehäuses (2) der Belüftungskanal (3) eine offene Verbindung zu einem von dem Stecker- (1) und Gegensteckergehäuse (2) weitgehend gasdicht eingeschlossenen Volumen (4) schafft, in dem sich die Elektrodenstrukturen (11, 22) befinden, sobald sich die Elektrodenstrukturen (11, 22) durch das Auseinanderbewegen des Stecker- (1) und Gegensteckergehäuses (2) zu trennen beginnen und
dass die äußere Öffnung (32) des Belüftungskanals (3) in den Steckverbinder umgebende Außenluft mündet, so dass Umluft von Außen durch den Belüftungskanal (3) in das innere Volumen (4) gelangt. 1. Electrical connector with a connector ( 1 ) and a mating connector housing ( 2 ), designed in such a way that the connector housing ( 1 ) can be at least partially inserted into a recess within the mating connector housing ( 2 ),
is that provided within the plug (1) and mating plug housing (2) each have an electrode structure (11, 22) which are engageable by fitting into each other of the plug housing (1) in the mating connector housing (2) in intimate contact, and
that the plug (1) and / or in the mating connector housing (2), a ventilation channel is provided (3) at least, in each case projects through locally of the male (1) or the mating connector housing (2), a facing to the electrode structure (11, 22) has inner opening ( 31 ) and an outer opening ( 32 ) and which is arranged such
characterized by
that the ventilation duct ( 3 ) is arranged in such a way that the outer ( 32 ) or the inner opening ( 31 ) of the ventilation duct ( 3 ) is sealed in a gas-tight manner by the mutual overlap of the connector ( 1 ) with the mating connector housing ( 2 ),
that by moving apart the male (1) and mating plug housing (2) of the ventilation duct (3) substantially gas-tight enclosed volume (4) creates an open connection to one of the male (1) and the mating connector housing (2), in which the electrode structures ( 11 , 22 ) are as soon as the electrode structures ( 11 , 22 ) begin to separate by moving the connector ( 1 ) and mating connector housing ( 2 ) apart and
that the outer opening ( 32 ) of the ventilation duct ( 3 ) opens into the outside air surrounding the connector, so that circulating air from the outside passes through the ventilation duct ( 3 ) into the inner volume ( 4 ).
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