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Die Erfindung betrifft eine Steckverbindung, insbesondere
zum Anschluß von
elektrischen Geräten
oder Steuergeräten.
Die Steckverbindung hat zusätzlich
zu den elektrischen Anschlußkontakten
eine Steckverbindung, deren Buchsen oder Steckbolzen aus einer metallischen
Legierung mit Formgedächtnis
bestehen.
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Autodiebe haben in neuester Zeit
gelernt, elektronische Wegfahrsperren von Kraftfahrzeugen zu überwinden.
Das gelingt auf die Weise, daß die wesentlichen
elektronischen Steuergeräte,
die softwaremäßig voneinander
abhängen,
zugleich ausgetauscht werden und durch von den Dieben mitgeführten codemäßig aufeinander
abgestimmte Steuergeräte
ersetzt werden. Würde
man nur das Hauptsteuergerät
durch ein mitgebrachtes Steuergerät ersetzen, könnte dies
mit den übrigen
wichtigen Steuergeräten
im Fahrzeug mangels Code-Abstimmung nicht kommunizieren und das
Fahrzeug ließe
sich nicht starten. Durch Ausstecken der im Fahrzeug befindlichen
Steuergeräte
und Anschließen
der mitgebrachten, aufeinander abgestimmten Steuergeräte kann ein
Kraftfahrzeug jedoch innerhalb von wenigen Minuten gestartet und
weggefahren werden.
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Softwaremäßige Diebstahlsicherungen verhelfen
hier in der Regel nur zu einem kurzzeitigen Erfolg. Größere Diebesorganisationen
verfügen über Mittel
mit denen sie die vom Fahrzeughersteller getroffenen softwaremäßigen Maßnahmen
ausforschen und überwinden
können.
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Eine Ergänzung der Code-basierten Diebstahlsicherungen
durch hardwaremäßige Maßnahmen
erscheint daher wünschenswert.
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Aus der deutschen Patentschrift 22
31 922 ist eine Steckverbindung bekannt, bei der die Steckbuchse
mit einem Greifglied ausgestattet ist, wobei das Greifglied aus
einem Federklemmelement besteht, dessen Federwirkung mit einer über das
Federklemmelement geschobenen Metallhülse entgegengewirkt wird. Die
Metallhülse
besteht hierbei aus einer Formgedächtnislegierung mit einer Gefügeumwandlungtemperatur
bei –40 °C. Bei Raumtemperatur
zieht sich die Metallhülse
zusammen und ruft entgegen der Federwirkung eine Klemmkraft hervor.
Die Steckbuchse ist gedacht zur elektrischen Verbindung von Schaltkreisen.
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Aus der
DE 195 25 475 A1 ist eine
elektrische Sicherungsvorrichtung für eine Stromleitung bekannt,
bei der das Trennmittel aus einer Formgedächtnislegierung gebildet ist.
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Aus der
EP 0 105 733 A2 ist ein
elektrisches Steckbolzen-Steckbuchsenpaar bekannt, bei dem analog
zur deutschen Patentschrift 22 31 922 die Steckbuchse ein Federklemmelement
aufweist und die Klemmkraft zur Herstellung der elektrischen Verbindung
mit der Steckbuchse von einem Metallring aus einer Formgedächtnislegierung
aufgebracht wird.
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Aus der
EP 0123376 A2 ist ein Miniaturverbindungselement
zur Kontaktierung von Platinen, bei dem ein Platinenkontakt als
Ringöse
ausgebildet ist. Die Ringöse
ist aus einer Formgedächtnislegierung und
kann sich je nach Temperatur zusammenziehen oder erweitern. Dies
ermöglicht
das wiederholte elektrische Kontaktieren und Trennen auf kleinstem Raum.
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Aus der
US 4,487,465 ist eine elektrische Steckverbindung
bekannt, bei der die Metallhülse
der Steckbuchse aus einer Formgedächtnislegierung gefertigt ist.
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Aus der
US 4,720,270 , von der diese Erfindung
ausgeht, ist eine elektrische Steckverbindung bekannt, bei der zumindest
entweder die Steckbuchse oder der Steckbolzen aus einer Formgedächtnislegierung
gefertigt sind.
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Die vorgenannten Steckverbindungen
dienen dem sicheren elektrischen Kontaktieren. Als Diebstahlschutz
eignen sie sich nur bedingt.
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Ein sinnvoll erscheinender Weg zur
Lösung des
Problems ist, das Ziehen der Gerätestecker
wirksam zu verhindern. Hier eine Lösung anzubieten ist Aufgabe
dieser Erfindung.
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Ein guter Überblick über die Wirkungsweise und die
Verwendungsmöglichkeiten
von Formgedächtnislegierungen
ist in dem Artikel „Formgedächtnis und
Pseudoelastizität
von Nickel-Titan-Legierungen",
erschienen in der Fachzeitschrift Metall, Heft 5, Mai 1987, enthalten.
Für die
Erfindung kommen vor allem die binären Formgedächtnislegierungen in Betracht,
die sich bei zwei verschiedenen Temperaturen an zwei verschiedene
Formen erinnern können,
man spricht von einem Zweiwegeffekt. Binäre NiTi-Legierungen werden
im allgemeinen. mit Umwandlungstemperaturen im Bereich von –30°C bis +80°C hergestellt.
Andere technisch bedeutsame Legierungssysteme mit Formgedächtnis sind
die Kupferbasislegierungen CuZnAl und CuAlNi.
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Die Lösung eines verbesserten Diebstahlschutzes
gelingt mit einer Steckverbindung mit mindestens zwei Paaren von
Steckbolzen und korrespondierenden Steckbuchsen, also einer Steckverbindung
mit zwei männlichen
Elementen und zwei weiblichen Elementen, wobei bei jeweils einem
Paar aus männlichen
und weiblichen Elementen, mindestens eines der beiden Elemente aus
einer Formgedächtnislegierung
besteht, und sich die Umwandlungstemperaturen der Formgedächtnislegierung
jedes einzelnen Paares von den weiteren Paaren unterscheidet, die
Steckbuchsen oder Steckbolzen einer Steckverbindung also mindestens
zwei Formgedächtnislegierungen
mit zwei verschiedenen Umwandlungstemperaturen haben.
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In einer alternativen Ausführungsform
sind die Steckbolzen, also die männlichen
Elemente, aus einer Formgedächtnislegierung.
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In einer anderen alternativen Ausführungsform
sind die Steckbuchsen, also die weiblichen Elemente, aus einer Formgedächtnislegierung.
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In einer weiteren alternativen Ausführungsform
besteht die Steckverbindung aus vier Paaren von Steckbolzen und
Steckbuchsen, mit mindestens drei verschiedenen Umwandlungstemperaturen
der verwendeten Formgedächtnislegierungen
für die Steckbolzen
oder Steckbuchsen.
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In einer weiteren alternativen Ausführungsform
besteht die Steckverbindung aus vier Paaren von Steckbolzen und
Steckbuchsen, mit vier verschiedenen Umwandlungstemperaturen der
verwendeten Formgedächtnislegierungen
für die
Steckbolzen oder Steckbuchsen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
für Steuergeräte sind
in der Steckverbindung mechanische und elektrische Verbindungselemente
vorhanden. Die mechanischen Verbindungselemente bestehen hierbei
aus Steckbuchsen und Steckbolzen aus einer Formgedächtnislegierung
und die elektrischen Verbindungselemente bestehen aus an sich bekannten
elektrischen Steckverbindungen, wie z.B. aus mehrpoligen Steuergerätesteckern
mit Kontaktpins.
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In einer alternativen Ausführungsform
für Steuergeräte sind
in der Steckverbindung neben den mechanischen Verbindungselemente
aus jeweils einer Formgedächtnislegierung
mehrere an sich bekannte mehrpolige Steckverbindungen für Steuergeräte enthalten.
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In einer weiteren Ausführungsform
enthält die
Steckverbindung lediglich Steckbuchsen und Steckbolzen aus Formgedächtnislegierungen
mit mindestens drei verschiedenen Umwandlungstemperaturen. In diesem
Fall dienen die Steckbolzen und Steckbuch sen sowohl als mechanisches
Verbindungsmittel als auch als elektrisches Verbindungsmittel.
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Sinnvolle Kombinationen der oben
ausgeführten
Ausführungsformen
gehören
auch zum Erfindungsumfang. Eine Auswahl vorteilhafter Ausführungsformen
der Erfindung wird nachfolgend, ohne Beschränkung der Allgemeinheit, anhand
von Figuren beschrieben.
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Dabei zeigen:
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1 Eine
Steckverbindung für
ein elektronisches Steuergerät,
mit vier Steckkontakten als mechanischem Verbindungsmittel und einer
mehrpoligen Steckverbindung als elektrischem Verbindungsmittel;
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2 Eine
Steckverbindung für
ein elektronisches Steuergerät,
mit drei Steckkontakten als mechanischem Verbindungsmittel und zwei
mehrpoligen Steckverbindungen als elektrischem Verbindungsmittel;
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3 Detaildarstellungen
der Steckbolzen und Steckbuchsen;
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4 Drei
Zweiwegeffekt-Umwandlungstemperaturprofile für Steckbolzen oder Steckbuchsen
aus Formgedächtnislegierungen
mit verschiedenen Umwandlungstemperaturen;
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5 Eine
Steckkontaktverbindung, mit drei Steckbuchsen und drei Steckbolzen,
bei der die Steckbuchsen und die Steckbolzen sowohl mechanisches
Verbindungsmittel als auch elektrisches Verbindungsmittel sind;
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6 Eine
Steckkontaktverbindung, mit zwei Steckbuchsen und zwei Steckbolzen,
bei der die Steckbuchsen und die Steckbolzen sowohl mechanisches
Verbindungsmittel als auch elektrisches Verbindungsmittel sind.
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In 1 ist
eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung dargestellt, nämlich
eine Steckkontaktverbindung für
elektronische Steuergeräte, wie
sie insbesondere in Kraftfahrzeugen z.B. als Motorsteuergerät, ABS-,
ESP- oder andere Steuergeräte
eingesetzt werden. Die Steckverbindung ist aus einem Stecker 1 und
einer Steckdose 2 aufgebaut. Der Stecker enthält eine
mehrpolige elektrische Steckverbindung für Datenleitungen 3a,
die ihren Widerpart am Steuergerät
in Form einer mehrpoligen Steckdose 3b hat. Die elektrische
Steckverbindung dient dem Anschluß des Steuergerätes 4 an
ein Datenkabel 5, das üblicherweise
als Flachkabel oder als FLC-Kabel (Flat Laminated Cable) ausgebildet
ist. Typische elektrische Steckkontaktverbindungen bestehen aus
4-, 5-, 9-, oder 25-poligen Kontakten.
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Eine Diebstahlsicherung in Form eines
Abziehschutzes ist mit einer Steckverbindung aus 4 Steckbolzen 6a,6b,6c,6d und
als Widerpart mit 4 Steckbuchsen 7a,7b,7c,7d gebildet,
wobei bei mindestens 3 Paaren von Steckbuchse und Steckbolzen entweder
die Steckbuchse oder der Steckbolzen aus einer Formgedächtnislegierung
besteht.
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Steckbuchsen oder Steckbolzen aus
Formgedächtnislegierungen
in der englischen Bezeichnung als Shape Memory Alloys bezeichnet)
können sich
infolge von Temperaturänderungen
bei genau definierten Umwandlungstemperaturen an die ihnen durch
die thermisch-mechanische Formgebung bei deren Herstellung eingeprägte Gestalt
erinnern und die zu einem Temperaturbereich gehörende Gestalt bei Überschreiten
der Umwandlungstemperatur wieder einnehmen. Ein guter Überblick
wird in dem eingangs eingeführten
Fachartikel „Formgedächtnis und Pseudoelastizität von Nickel-Titan-Legierungen"
gegeben. Die der Gestaltänderung
zugrundeliegende Gefügeumwandlung
kann hierbei mit erheblicher Kraft und beachtlichem Hub erfolgen.
Der Formgedächtniseffekt
kann nach bestimmter thermomechanischer Behandlung des Werkstoffs
auch als sogenannter Zweiwegeffekt gestaltet werden. Das heißt, beim
Pendeln der Temperatur zwischen dem oberen und dem unteren Arbeitspunkt
einer solchen Zweiwege Legierung pendelt auch die Gestalt des Bauteils von
einer Form in die andere. Diesen Effekt nutzt die Erfindung zur
wirksamen Blockierung der Steuergerätestecker. Fügt man nämlich dem
vielpoligen elektrischen Stecker z.B. 3 Steckbolzen hinzu, die jeweils eine
zentrale Bohrung 8 besitzen, und die auf dem Steckergegenstück, nämlich der
Steckbuchse, in eine Steckhülse 10 mit
zentralem Dorn 9 eingesetzt werden, so läßt sich über die
Umwandlungstemperaturen der Formgedächtnis Legierungen ein wirksamer
Abziehschutz erzielen, der sich durch die Verwendung von mindestens
drei verschiedenen Formgedächtnis
Legierungen, die sich durch ihre Umwandlungstemperaturen unterscheiden,
auch noch codieren läßt.
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Die Wirkungsweise des Abziehschutzes
wird anhand der Detaildarstellungen der 3 näher
erläutert.
Werden die geometrischen Abmessungen der zentralen Bohrung 8 und
des zentralen Dornes 9 von Steckbolzen und Steckbuchse
mit wenig Spiel bemessen, und zwar dergestalt, daß unterhalb
der ersten Umwandlungstemperatur der Steckbolzen auf dem zentralen
Dorn 9 der Steckbuchse fest aufsitzt und oberhalb der zweiten
Umwandlungstemperatur der Steckbolzen sich aufweitend an der inneren
Wandung der Steckhülse 10 fest
anliegt, so läßt sich
der Steckbolzen weder unterhalb der ersten Umwandlungstemperatur
noch oberhalb der zweiten Umwandlungstemperatur ziehen. Zweiwege
Legierungen weisen jedoch ein Übergangsstadium
zwischen der ersten Umwandlungstemperatur und der zweiten Umwandlungstemperatur
auf. In diesem relativ eng bemessenen Temperaturintervall befindet
sich die Zweiwege Legierung aus der der Steckbolzen gefertigt ist,
in einem relativ instabilen Zustand, was zur Folge hat, daß keine
großen
Anpresskräfte,
weder auf den zentralen Dorn 8, noch auf die Wandung der Steck hülse 10 ausgeübt werden.
In diesem Temperaturintervall läßt sich
der Steckbolzen ziehen.
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Dieser eben erwähnte Sachverhalt ist in 4 für drei verschiedene Steckbolzen-Steckbuchsen
Verbindungen Prong#1, Prong#2, Prong3# graphisch dargestellt. Durch
die Verwendung von mindestens drei verschiedenen Formgedächtnis Legierungen
SMA1 , SMA2, SMA3 mit Zweiwegeffekt, die sich durch ihre Umwandlungstemperaturen
unterscheiden, entsteht eine Temperaturcodierung. Rüstet man
die Steckverbindung, also entweder den Stecker oder die Steckdose,
jeweils mit mindestens drei Steckbolzen oder mindestens drei Steckbuchsen
mit Formgedächtnis
Legierungen mit drei verschiedenen Übergangsbereichen ΔT1, ΔT2, ΔT3 zwischen
erster, unterer Umwandlungstemperatur und zweiter, oberer Umwandlungstemperatur
aus, und haben diese Übergangsbereiche
keinen gemeinsamen Temperaturbereich, so läßt sich der Stecker bei einfachem Durchfahren
einer Temperaturrampe nicht ziehen. Außerhalb des Übergangsbereichs
befindet sich die Formgedächtnis
Legierung SMA1, SMA2, SMA3 jeweils entweder in der zur unteren Umwandlungstemperatur
gehörenden
Gestalt oder in der zur oberen Umwandlungstemperatur gehörenden Gestalt.
Das Steckbolzen-Steckbuchsen
Paar ist also entweder kraftschlüssig
auf den zentralen Dorn der Steckbuchse aufgeschrumpft oder auf die
innere Wandung der Steckhülse
aufgeweitet. In beiden Fällen
läßt sich
die Steckverbindung nicht abziehen. In 4 ist dies für jede der mindestens drei
Legierung SMA1, SMA2, SMA3 in Form eines dreiwertigen Zustandes
in Abhängigkeit
der Temperatur T in Grad C dargestellt. Jede Steckverbindung, Prong#1,
Prong#2, Prong#3 hat zwei geschlossene Stellungen. Jeweils eine
geschlossene Stellung „closed
I.D." unterhalb der unteren Umwandlungstemperatur und eine zweite
geschlossene Stellung „closed
O.D." oberhalb der oberen Umwandlungstemperatur. In den Temperaturintervallen
der Übergangsbereiche ΔT1, ΔT2, ΔT3 läßt sich
die zugehörige
Steckverbindung lösen,
was in 4 mit der open
Stellung bezeichnet ist. Da die Übergangsbereiche
keinen gemeinsamen Temperaturbereich haben, kann bei Durchfahren
einer Temperaturrampe immer nur höchstens ein Steckbolzen-Steckbuchsen-Paar
abziehbar sein. Um die Steckverbindung lösen zu können, müssen mindestens alle drei Steckbolzen-Steckbuchsen-Paare
in den für
jeweils für
sie charakteristischen Öffnungstemperaturbereich
gebracht werden. Dies erfordert für potentielle Diebstahlversuche
einen hohen Aufwand, da sich die Steckverbindung mit einfachen Temperaturbehandlungen
oder mit trial-and-error Verfahren in der für einen Diebstahl notwendigen Kürze der
zur Verfügung
stehenden Zeit nicht knacken läßt.
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Die Steckverbindung läßt sich
bei Kenntnis der Temperaturcodierung mit Hilfe einer individuellen Beheizung
der Steckbolzen-Steckbuchsen-Paare lösen. Hierzu braucht die Werkstatt
als Hardware ein Temperaturregelgerät mit mehreren, regelbaren
Ausgängen
sowie einen Temperaturfühler
an jedem Steckbolzen-Steckbuchsen Paar, sowie den Temperaturcode
der Steckverbindung. Dieser Vorgang läßt sich am Ort des Diebstahls
in kurzer Zeit nicht nachvollziehen. Selbstverständlich ist sicherzustellen, daß weder
das Temperaturregelgerät
noch der Temperaturcode in unbefugte Hände gelangt.
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In 2 ist
eine zu 1 alternative
Ausführung
einer erfindungsgemäßen Steckverbindung, insbesondere
für elektronische
Steuergeräte 4 gezeigt.
Die Ausführungsform
der 2 unterscheidet sich
von der Ausführungsform
der 1 durch die Anzahl
der in der Steckverbindung enthaltenen elektrischen Steckverbindungen
und in der Anzahl der Steckbolzen-Steckbuchsen Paare 6a,6b,6c 7a,7b,7c.
Im übrigen
enthält
das Ausführungsbeispiel
der 2 die gleichen technischen
Merkmale wie das Ausführungsbeispiel
der 1. Diese Merkmale
sind auch mit den gleichen Bezugsziffern versehen, so daß hier nicht
noch einmal ausdrücklich
auf jedes Merkmal eingegangen wird. Die Merkmalsbeschreibungen können im
Zweifel in den Figurenbeschreibungen zu den vorhergehenden Figuren
nachgelesen werden. Das Ausführungsbeispiel
der 2 enthält drei
Steckbolzen-Steckbuchsen Paare, bei denen jeweils zumin dest entweder
die Steckbuchse oder der Steckbolzen aus einer Zweiwege Formgedächtnis Legierung
besteht. Außerdem
enthält
die Steckverbindung in dem Ausführungsbeispiel
der 2 zwei getrennte
elektrische Steckverbindungen, in Form zweier mehrpoliger Steckverbindungen für Datenkabel.
Die Diebstahlsicherung ist dieselbe wie im Zusammenhang mit der
Detaildarstellung der 3 und
der 4 erörtert.
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5 zeigt
eine dritte Ausführungsform
der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform
bilden die Steckbolzen-Steckbuchsen-Paare aus den Zweiwege Formgedächtnislegierungen
nicht nur die Diebstahlsicherung sondern bilden gleichzeitig die
Pole der elektrischen Steckverbindung. Im übrigen sind auch bei diesem
Ausführungsbeispiel
die gleichen technischen Merkmale wieder mit den gleichen Bezugsziffern
bezeichnet, wie in den vorhergehenden Figurenbeschreibungen.
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6 zeigt
die einfachste Ausführungsform der
Erfindung. Bei dieser Ausführungsform
besteht die Diebstahlsicherung aus lediglich zwei Steckbolzen-Steckbuchsen-Paaren,
von denen jeweils mindestens eine Steckbuchse oder ein Steckbolzen
aus einer Formgedächtnislegierung
besteht. Die Temperaturintervalle für die Umwandlungstemperaturen
der ersten Steckbolzen-Stechbuchsen-Verbindung
und der zweiten Steckbolzen-Steckbuchsen-Verbindung haben
hierbei keinen gemeinsamen Temperaturbereich. Wie im Ausführungsbeispiel
der 5 sind auch im Ausführungsbeispiel
der 6 die Steckbolzen-Steckbuchsen-Verbindungen
sowohl mechanisches Verbindungsmittel als auch elektrisches Verbindungsmittel.
Im übrigen
sind auch bei diesem Ausführungsbeispiel
die gleichen technischen Merkmale wieder mit den gleichen Bezugsziffern
bezeichnet, wie in den vorhergehenden Figurenbeschreibungen.