CN110192311A - 具有插接循环计数器的电气插接器和其运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电气的插接器(18a、18b)，其具有安装在壳体(13a、13b)中的接触结构(11、12)和插接循环计数器。按照本发明规定，所述插接循环计数器具有压电传感器(15a、15b)，利用其探测插接过程出现的力，以便记录插接循环。有利的是压电传感器(15a、15b)也可以用于运行同样集成在插接器(18a、18b)中的分析单元(17a、17b)的运行的能量供应，分析单元以此可以自给自足地运行。有利的是由此实现可靠的运行结合比较小的组件耗费。本发明还涉及用于运行所述插接器的方法。

Description

具有插接循环计数器的电气插接器和其运行方法

本发明涉及一种具有电气的接触结构和插接循环计数器的电气插接器。本发明还涉及用于运行这种插接器的方法。

例如由文献DE 2010 045 329 278 A1已知开始所述类型的插接器。插接循环计数器例如可以用于插塞连接，该插塞连接用于电机动车的充电。插接循环计数器应避免插接器超出预先确定的插接循环数量地使用，以避免故障。插接循环计数器例如可以与用于该电机动车的充电站通信并且若允许在超过插接器的插接循环数量时就阻止该插接器的启用。

按照文献WO 2015/070946 A1说明了一种插接器，其具有机械的计数器用于计数插接循环。该插接器具有销栓，在构成插塞连接时该销栓推进到插接器中并且在此操纵机械的计数器。

电气的插接器在技术上应用广泛。按照本发明，应将插接器理解为一种允许连接电导体的结构元件，其中，插接器的作用是，与合适的配合件建立和/或断开连接(该连接和断开就是一个插接循环)。因此，合适的配合件也是插接器。因此，插塞连接装置大多由插头式触点和插口式触点构成，插销式触点可以插入所述插口式触点中。此外也存在一种插塞触点，其中，触点被设计为，所述触点能够相互嵌接并且因此在插塞连接装置的两侧可以使用插接器的相同的接头形状。插销式触点优选可以扁平、正方形或者圆形地设计。插口式触点例如可以由叉式触点构成，该叉式触点优选由扁平的板冲裁制成。为插销式触点设置的接触区域被柔性地设计，使得为了建立接触在插入插销式触点之后产生挤压力。为了提高挤压力，也可以使用所谓的双重或者三重弹簧触点，其中，被冲裁的板材为了产生弹簧作用被折叠。精密触点也可以包含其他弹簧机构并且装配有多个接触片。

利用插接器形成触点对的机电式的可解除的连接。作为触点对可以使用电路载体、电子的或者机电的结构组件或者电路板。可以建立相对于外部设备，例如传感器、键盘、显示器、线缆或者其他结构组件的连接。电路载体也可以相互直接连接。

使用插塞连接的基本动机是它的可解除性。这可以因为不同的原因而是期望的，例如出于生产策略的考虑，以便能相互独立地制造结构组件或者子系统并且在最终组装时才合并。一个另外的要求可能在于更换结构组件的可能性。此外，设备之间或者设备与线缆的重复连接也是典型的应用情况。在设计插塞连接装置时，该应用情况确定了应为插塞连接装置规定多少插接循环。例如若在开关柜中的电路板与插接器连接，则仅在电路载体更换时产生插接循环，这就需要得比较少。该插接器通常可以设计用于25次插接循环。若插塞连接装置是针对连接线缆(例如充电线缆)设计的，则它导致100次以上或者甚至1000次以上的相对较高的必要插接循环。

因此需要的是，给电气的插接器装配插接循环计数器，这造成额外的设计上的耗费，该耗费关系到成本。因此，本发明要解决的技术问题是，提供一种具有插接循环计数器的电气的插接器，其中，插接循环计数器具有较高的功能可靠性并且插接循环计数器能以此低成本地被制造。此外，本发明要解决的技术问题是提供一种用于运行这种插接器的方法，所述方法具有较高的功能可靠性。

按照本发明，上述技术问题利用开始所述的电气的插接器以此解决，即插接循环计数器为了探测插接过程装配有压电传感器，该压电传感器与接触结构机械地连接。在按照本发明应用压电传感器时所利用的效应在于，为了构成在插接器中的电接触总是必须保证一定的接触力，接触面必须利用该接触力相互挤压贴合以便传输电流。通过传感器与提供了用于构成电接触的接触面的接触结构的机械连接，插接循环可以借助压电传感器这样地被识别，即在插接器中产生了接触力。该接触力然后传递到压电传感器上，其中，该传感器如接触结构一样弹性地变形。

插接过程以此不仅在电连接接通时而且也在断开时都在压电传感器中产生电脉冲。为了能探测到电脉冲，压电传感器必须是相对于接触元件电绝缘的。因此仅存在用于传输接触力的机械的连接。

通常，插接器安装在该插接器的壳体(插接器壳体)中。这实现了插接触点相互之间和相对于环境的电绝缘。壳体的机械的功能在于接触结构的定位以及容纳另外的插接器以便建立电接触。另外的插接器的固持可以通过摩擦配合或者通过形状配合进行。此外特别有利的是，压电传感器支承在壳体中，接触力以此可以作用到压电传感器上。由此有利地形成了电气的插接器的便于安装的构造形式，其中，压电传感器可以安装在壳体中。但是也可行的是，压电传感器这样地集成在接触结构中，使得接触结构的变形也使得压电传感器变形。这可以按照本发明的一种设计方案这样地实现，即压电传感器在接触结构的两个子区域之间机械地固定，其中，这些子区域在插接过程中能相对彼此运动。

按照本发明的另外的设计方案可以规定，压电传感器由多个机械地串接的片构成，其中，所述片在两侧由电极板限定，它们交替电气并联。由此可以有利地形成一种压电传感器，其中，在出现接触力时产生的电流脉冲为压电传感器仅由一个片构成时产生的脉冲的数倍。由此可以有利地更方便地检测到在插接器插接或者松脱时的传感器信号，因为用于检测插接过程的分析单元仅须不太敏感地设计。该分析单元有利地集成在插接器中并且具有用于插接循环的完成的数量的存储模块。

按照本发明的有利的设计方案，分析单元也具有用于涉及插接循环数量的信息的输出模块。输出模块可以或者输出(例如显示器)已经完成的插接循环的数量，或者仅示出(例如LED)对插接循环的最大数量的超出。以此可行的是，关于插接循环的重要信息直接在插头壳体上显示。

备选的是，存储模块也可以被读取，以便获得插接循环数量。为了该目的，作为输出模块可以使用RFID标签(RFID代表Radio Frequency Identification(射频识别))。RFID标签由应答器和天线构成，其中，应答器通过天线被供给电能。有利的是，在读取期间，分析单元的其余部分也通过设计为具有天线的应答器的输出模块(即RFID标签)供能。

按照本发明的另外的设计方案，在记录插接循环期间分析单元的供能可以通过压电传感器构造。在此，通过压电作用产生的电荷不仅用于插接循环的计数，而且通过该电荷进行的电流动被用作针对分析单元的能量供应。有利的是，分析单元以此可以作为自给自足的系统工作，而无需配备例如蓄电池的形式的能量存储器。前提是，存储模块包含非易失存储器，其为了存储与能量供应无关。

按照本发明的特别的设计方案可以规定，压电传感器被安装在壳体的用于适配的插接器的容纳面上或者在该容纳面下方嵌入壳体的材料中。在此情况中，插接循环被由此探测，即通过对应的插接器将力施加到容纳面上。在此可以是压力，当对应的插接器与该容纳面发生接触时，该压力由于固持力或者在插塞时产生的摩擦而作用于该容纳面上。然而也可行的是，根据使用哪个容纳面来安置传感器，在压电传感器中触发为插塞连接的闭合所需的插接力。

压电传感器可以安装在容纳面上，其中，该传感器本身以此也成为容纳面的一部分。压电传感器则与对应的插接器发生直接接触。另外的可行方案在于，把压电传感器布置在容纳面的下方，其中，该传感器则嵌到壳体的材料中。在此情况中，压电传感器不与对应的插接器接触，而是通过壳体的包围传感器的材料的弹性变形而发生触发传感器信号的压力升高。

按照本发明的另一种设计方案规定，压电传感器在接触结构的两个子区域之间机械地固定，其中，这些子区域能相对彼此运动。例如，接触结构可以是叉形地构造的，其中，压电传感器安装在通过叉部构成的间隙中(该叉部在此构成插销式触点)。在插塞连接闭合时，叉部被压合，以此在压电传感器中产生传感器信号。在此有利地是特别节省空间的设计，其优选可以用在作为插销式触点作用的插接器中。在此，叉部的外侧面用作针对配属的插口式触点的接触面，而叉部的内侧面如上所述地用于容纳压电传感器。

本发明的另一种设计方案规定，压电传感器在接触结构和壳体之间机械地固定，其中，接触结构相对于壳体能运动。换句话说，在触点接通时，接触结构弹性地变形，而壳体设计具有较大的机械刚性。因此，在插塞连接闭合时，压电传感器通过接触结构被加载接触力，以此产生传感器信号。该结构优选适用于插口式触点，因为在插塞连接闭合时插口向包围该插口的壳体方向变形。

此外，上述技术问题利用开始给出的方法按照本发明地这样解决，即利用插接器接通或者断开插塞连接并且在建立连接或者断开连接时在压电传感器上形成的力(如上所述是接触力、压力或者插塞力)产生电荷，该电荷引起测量电回路中的电流。该电流被计数。利用该方法实现上述优点。

电流不仅在插接器断开时也在插接器接通时产生。其在于，当压电晶体的压力加载变化时，在压电传感器上总是产生电荷。它需要的是，每两个测得的电流脉冲通过分析单元解释为一个插接循环。

按照所述方法的一种设计方案可以规定，通过压电传感器产生的电能被用于分析单元的运行，该分析单元具有用于插接循环的已完成数的存储模块。通过插塞连接的断开或者接合和由此造成的电脉冲分别唤醒分析单元，其中，电能足以把探测到的事件存储在存储模块中。

下面根据附图说明本发明的其他细节。相同或者相应的图中元件分别配设相同的附图标记，并且仅被重复阐述以说明在单个附图之间的区别。附图中：

图1示出针对两个互补的插接器的实施例，两个插接器可以插合成插塞连接，

图2示出由多个片构成的压电传感器的应用，它可以安装到插接器的按照图1的位置II处，

图3以横截面示出针对压电传感器在按照图1的区域III处的备选的安装的实施例。

在图1中示出两个具有接触结构11、12的插接器18a、18b，其中，一个设计为插口式触点11并且另一个设计为插销式触点12。两者是互补地设计的并且因此可以为构成插塞连接而闭合。两个接触结构都具有壳体13a、13b，在所述壳体中安装有其中一个接触结构。此外分别配设有压电传感器15a、15b，压电传感器通过测量电流回路16a、16b分别与分析单元17a、17b连接。

具有插销式触点12的插接器18a以此制造，即插销式触点12被浇注到壳体13a中。插销式触点12具有用于未示出的线缆端部的容纳套筒19，其中，在插销式触点12的对置的端部处安设有两个舌片20a，它们设计为能相对彼此运动的子区域。鉴于插销式触点的金属材料的弹性，这些子区域的相对运动是可以实现的。在舌片20a之间固持有压电传感器15a。

插接器18b设计为插口式触点11并且具有用于安装在电路载体22上的安装面21。插口式触点11具有接触片23，接触片被从壳体13b引出并且贴靠在电路载体22上。由此使得插口式触点11在电路载体22上的电气接触例如可以借助未进一步示出的钎焊连接实现。此外，插口式触点11也具有两个舌片20b，在插塞连接闭合时舌片20b通过插销式触点12相互远离地弯曲。在此，在安装在一个舌片20b和壳体13b之间的压电传感器15b中产生电信号，该电信号能够通过测量电流回路16b输入分析单元17b中。压电传感器分别由压电晶体24构成，在压电晶体的顶侧和底侧上布设有电极板25。电极板25与电流回路16a、16b连接。此外，相对于金属的接触结构11、12分别布置了电绝缘层26，使得在压电晶体上的电荷不会流出到接触结构11、12中。壳体13b由塑料制成，因此压电传感器15b相对于壳体13b的绝缘不是必要的。这不同于压电传感器15a，压电传感器从两侧支承在舌片20a上并且因此在两侧具有绝缘层26。

按照图2，压电传感器15c是多层地构造的。它由多个片27构成，片27由压电的材料、例如压电的陶瓷例如钛酸铅锆或者单晶体材料例如石英、电气石或者磷酸镓制成。这些片27布置在电极板之间，电极板相互构成针对电流回路16a、16b的正极或者负极。以此使得这些片机械地串联然而在电气方面并联，以此增大可产生的电荷量，以便获得更好地可探测的信号并且同时提高分析单元17b的能量供应。

分析单元17b示意性地作为框图示出。分析单元17b具有处理器28，处理器28控制分析单元17b。一方面，一旦压电传感器15c的传感器信号流动通过电流回路16b，分析单元就通过处理器28启用，以此启用分析单元17b。该事件在处理器中计数并且作为数目存储在存储模块29中。

此外配设输出模块30，输出模块30见长于不同的功能。例如输出模块30可以由红色和绿色发光二极管构成，其中，还在插塞连接的断开或者闭合过程中使用产生的电流，以便在使用寿命范围内发出绿色的闪光信号并且在超过使用寿命时发出红色的闪光信号。取而代之地也可以使用LCD显示器，该显示器显示插接循环的数量。在此注意的是，一个插接循环由两个事件、即断开和闭合组成，使得被计数的事件必须除以二，以便确定插接循环的数量。

相对于已述内容可以备选地或者附加地使用的另外的可行方案是，输出模块设计为RFID标签。由此得到的可行方案是，可以在任何时候利用读取设备读取插接循环的数量，其中，能量供应从外部通过天线进行。应答器的功能性可以与处理器28构成一个结构单元或者集成在输出模块30中。至少，通过天线输送到分析单元17b中的能量也必须充足，以便处理器28从存储模块29中调用循环数的信息。

可选地并且因此虚线示出的是，可以额外地把能量模块31也集成在分析单元17b中。在此是电能存储器或者是由能量存储器和能量发生器构成的组合物。在后一种情况中，能量存储器必须是可充电的，以便能临时存储能量发生器的能量。能量发生器例如可以是太阳能电池。

在图3中示出针对压电传感器15d、15e、15f在壳体18b中的另外的安装可行方案，利用它们可以探测插接过程的不同的作用。压电传感器15d安装在壳体13b的壁上并且因此成为容纳面32的一部分。容纳面是在插接器18b中的面的一部分，所述面与插接器18a在闭合状态下直接接触。在插塞连接件18a、18b闭合时施加插接力，该插接力也有助于卡锁连接33的咬合。插接力通过容纳面32传输到压电传感器15d上并且因此可以被计数。

容纳面32的另外的部分构造在两个壳体13a、13b的侧壁之间。通过构件之间的配合，向壳体13b上施加压力，该压力可以被压电传感器15e探测到。压电传感器15e完全浇注到壳体13b的材料中，其中，壳体13b的材料是弹性的并且通过壳体13a施加的压力传输到被浇注的压电传感器15e上。

压电传感器15f这样地安装在壳体13b的凹部中，使得压电传感器15f构成容纳面32的一部分并且因此在插塞时与壳体13a接触。因此，在插接过程期间产生摩擦力，该摩擦力传输到压电传感器上并且触发压电传感器的电信号。与已述的利用纵向压电效应产生传感器信号的压电传感器15a、15b、15c、15d、15e不同地，传感器15f为了产生传感器信号利用剥皮效应。为了利用剥皮效应，该传感器也可以如图2中所示多层地构造。

在图1至图3中针对传感器15a至15f给出了安装示例。并非一定需要多个传感器才能检测插接循环，即使多个传感器提高了插接循环的检测可靠性。在此仅需一个压电传感器就能针对插接器计数插接循环。若应执行相互固定配属的插接器的插塞连接，甚至仅在两个插接器的其中一个中计数插接循环就足够了。

Claims (12)

1.一种电气的插接器，其具有安装在壳体(13a、13b)中的电气的接触结构(11、12)和插接循环计数器，

其特征在于，

所述插接循环计数器为了探测插接过程装配有压电传感器(15a、15b)，所述压电传感器与所述接触结构(11、12)和/或与所述壳体机械地连接。

2.按照权利要求1所述的插接器，

其特征在于，

所述电气的接触结构设计为插销式触点(12)或者插口式触点(11)。

3.按照上述权利要求之一所述的插接器，

其特征在于，

所述压电传感器(15d、15e、15f)被安装在所述壳体(13a、13b)的用于相适配的插接器的容纳面(32)上或者在所述容纳面下方嵌入壳体的材料中。

4.按照权利要求1或2之一所述的插接器，

其特征在于，

所述压电传感器(15a)在所述接触结构(12)的两个子区域之间机械地固定，其中，这些子区域能相对彼此运动。

5.按照上述权利要求之一所述的插接器，

其特征在于，

所述压电传感器(15b)在所述接触结构(11)和所述壳体(13a、13b)之间机械地固定，其中，所述接触结构(11)相对于壳体能运动。

6.按照上述权利要求之一所述的插接器，

其特征在于，

所述压电传感器由多个机械地串接的片(27)构成，其中，所述片(27)在两侧由电极板(25)限定，它们交替电气并联。

7.按照上述权利要求之一所述的插接器，

其特征在于，

在所述插接器中集成有分析单元(17a、17b)，所述分析单元具有用于插接循环的已完成数的存储模块(29)。

8.按照权利要求7所述的插接器，

其特征在于，

所述分析单元(17a、17b)具有用于涉及插接循环数量的信息的输出模块(30)。

9.按照权利要求7或8之一所述的插接器，

其特征在于，

所述分析单元(17a、17b)的供能通过所述压电传感器(15a、15b)构造。

10.按照权利要求9所述的插接器，

其特征在于，

所述分析单元(17a、17b)的供能额外地通过设计为具有天线的应答器的输出模块(30)构造。

11.用于运行按照上述权利要求之一所述的插接器的方法，

其特征在于，

-利用插接器闭合或者断开插塞连接，

-在建立连接或者断开连接时形成的力在所述压电传感器(15a、15b)上产生电荷，该电荷造成在测量电流回路(16a、16b)中的电流，

-所述电流被计数。

12.按照权利要求11所述的方法，

其特征在于，

通过所述压电传感器(15a、15b)产生的电能被用于分析单元(17a、17b)的运行，该分析单元具有用于计数插接循环的存储模块(29)。