DE10056410A1 - Elektrische Steckverbindung - Google Patents

Abstract

Eine elektrische Steckverbindung mit einem Steckerteil und einem Kupplungsteil als zwei korrespondierende Steckteile. Ein Elektromagnet ist mit seiner Spule elektrisch zwischen zwei Pole des ersten Steckteiles geschaltet. Ein Magnetanker des Elektromagneten ist am zweiten Steckteil derart gelagert, daß er die zusammengesteckten Steckteile bei bestromter Spule in einer Verriegelungsposition einliegend miteinander verriegelt.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Steckverbindung mit ei­ nem Steckerteil und einem Kupplungsteil als zwei korrespondie­ rende Steckteile.

Durch Funkenbildung bzw. Lichtbogenbildung beim Lösen einer elektrischen Steckverbindung unter Last können Beschädigungen der elektrischen Steckkontakte und der Steckteile auftreten. In solchen Fällen muß deshalb ein Lösen der Steckverbindung unter Last verhindert werden.

Aus DE 44 32 194 A1 ist eine elektrische Steckverbindung be­ kannt, bei der ein Lösevorgang unter Last vermieden wird. Ein Steckteil der Steckverbindung nimmt eine elektromagnetische Spule und einen als Magnetanker wirksamen Kolben auf. Diese Spule steuert den Kolben bei elektrischer Energiezufuhr derart, daß der Kolben eine ebenfalls am ersten Steckteil angeordnete mechanische Verriegelungseinrichtung zur Aufrechterhaltung der Steckverbindung verriegelt. Erst nach Beendigung der elektri­ schen Energiezufuhr wird die mechanische Verriegelungseinrich­ tung mittels des Kolbens automatisch entriegelt, wodurch die Steckverbindung gelöst werden kann. Nachteilig bei dieser Steckverbindung ist der komplizierte, raumaufwendige und da­ durch teure Aufbau des Verriegelungsmechanismus.

DE 26 08 761 A1 ist eine weitere Steckverbindung mit einer elektromagnetischen Verriegelung entnehmbar. Hinweise für eine konkrete Ausgestaltung dieser Verriegelung sind dort jedoch nicht offenbart.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verriegelung der Steckverbindung anzugeben, welche ein Lösen der Steckverbindung unter Last besonders einfach vermeidet.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination des Anspruches 1 gelöst.

Gemäß Anspruch 1 ist eine Spule eines Elektromagneten elek­ trisch zwischen zwei Pole des einen Steckteiles geschaltet, während ein Magnetanker des Elektromagneten an dem anderen Steckteil gelagert ist. Die Spule und der Magnetanker wirken derart zusammen, daß der Elektromagnet die zusammengesetzten Steckteile bei bestromter Spule miteinander verriegelt. Wird die Bestromung beendet, kann die Steckverbindung gelöst werden. Die aufgeteilte Anordnung der Spule und des Magnetankers an den beiden Steckteilen ermöglicht trotz des vorhandenen elektroma­ gnetischen Verriegelungsmechanismus einen verhältnismäßig raum­ sparenden Aufbau der Steckteile. Ein an die Spule angeschlosse­ ner Pol kann auch "Masse" sein, z. B. eine Gehäusemasse des Steckteil-Gehäuses.

Vorteilhaft ist der Magnetanker an dem zugeordneten Steckteil beweglich gelagert, insbesondere schwenkbeweglich mit einer quer zur Steckrichtung verlaufenden Schwenkachse gelagert. Da der Magnetanker ohne die Spule an einem Steckteil angeordnet ist, wird der Bewegungsablauf des Magnetankers durch andere Bauteile nicht behindert, so daß auch größere Freiheitsgrade hinsichtlich der Ankeranordnung am Steckteil und der Ankerbewe­ gungen möglich sind.

Anspruch 3 betrifft eine konstruktiv einfache Ausführungsform des elektromagnetischen Verriegelungsmechanismus.

Gemäß Anspruch 4 hintergreift der Magnetanker mit seiner Rie­ gelnase den Riegelanschlag und gewährleistet eine zuverlässige Arretierung der Steckverbindung selbst bei besonders großen Ge­ genkräften.

Der Magnetanker gemäß Anspruch 5 begünstigt den raumsparenden Aufbau des Elektromagneten.

Anspruch 6 begünstigt den raum- und kostensparenden Aufbau des Verriegelungsmechanismus mit wenigen Bauteilen.

Die Ansprüche 7 und 8 gewährleisten auf kostengünstige Weise eine mechanisch stabile Entriegelungsposition des Magnetankers, wenn die Spule nicht bestromt wird. Dies wiederum unterstützt ein montagetechnisch einfaches Lösen der Steckverbindung nach der elektromagnetischen Entriegelung. Das Federelement ist vor­ zugsweise an einem der beiden Steckteile sowie am Magnetanker gelagert und beispielsweise als Zug- oder Druckfeder ausgebil­ det.

An einen der beiden Steckteile kann eine Spannungsquelle (z. B. Bordnetz-Spannung bei Kraftfahrzeugen; insbesondere höhere Bordnetzspannung, d. h. beispielsweise 42 Volt) elektrisch ange­ schlossen sein, während an den anderen Steckteil ein elektri­ scher Verbraucher angeschlossen ist (Anspruch 9).

Vorzugsweise ist jedoch der erste Steckteil mit der Spule an eine den elektrischen Verbraucher speisenden Spannungsquelle angeschlossen, während der zweite Steckteil an den Verbraucher angeschlossen ist (Anspruch 10). Auf diese Weise kann auch au­ tomatisch verhindert werden, daß die Steckteile unter elektri­ scher Spannung zusammengesteckt werden, um Funkenbildung bzw. Lichtbogen beim Zusammenstecken zu vermeiden. Hierzu muß ledig­ lich der Magnetanker derart ausgestaltet sein, daß er bereits beim Versuch des Zusammensteckens der beiden Steckteile durch die aufgrund der bestromten Spule vorhandene Magnetkraft beauf­ schlagt wird und deshalb nicht in die Verriegelungsposition ge­ langen kann (Anspruch 11). Beispielsweise wird der Magnetanker von der Magnetkraft derart ausgelenkt, daß er vor einen Be­ standteil des ersten Steckerteiles zu liegen kommt und dadurch ein Zusammenstecken von Steckerstiften und Buchsen der beiden Steckteile blockiert. Dem Monteur wir hierdurch automatisch si­ gnalisiert, daß er vor Beginn des Steckvorganges die Stromzu­ fuhr unterbrechen muß. Alternativ kann die Unterbrechung auto­ matisch mittels geeigneter Elektronik erfolgen.

Die Unterbrechung erfolgt vorzugsweise mittels eines Schaltele­ ments, welches zwischen Spannungsquelle und Spule geschaltet ist (Ansprüche 12, 13). In einer vorteilhaften Ausführungsform handelt es sich bei dem Schaltelement um einen manuell bedien­ baren Schalter. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind geeignete Diagnosemittel vorgesehen, welche eine Bestrom­ ung der Spule und/oder ein gewolltes Zusammenstecken der Steckteile erkennen und rechtzeitig vor einer Kontaktierung der Steckerstifte und Buchsen das Schaltelement zum Unterbrechen der Stromzufuhr ansteuern.

Anspruch 14 schlägt eine zusätzliche, lösbare mechanische Ver­ riegelung der beiden Steckteile vor. Dies gewährleistet einen stabilen Zusammenhalt der Steckverbindung, wenn die Stromzufuhr zu der Spule unterbrochen ist.

Die Erfindung wird anhand der in den Figuren dargestellten Aus­ führungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Eine schematische Seitenansicht der beiden Steckteile bei gelöster Steckverbindung und

Fig. 2 den Steckerteil gemäß Fig. 1, mit angedeuteter elektro­ magnetisch entriegelter und verriegelter Steckverbin­ dung.

In Fig. 1 sind zwei Steckteile einer Steckverbindung darge­ stellt, nämlich ein zweipoliger Steckerteil 1, welcher mit ei­ nem zweipoligen Kupplungsteil 2 korrespondiert. Die Spule 3 ei­ nes Elektromagneten 4 ist elektrisch zwischen die beiden Pole 5, 6 des Steckerteiles 1 geschaltet. Mit anderen Worten ist die Spule 4 elektrisch parallel zu einer Spannungsquelle U geschaltet, welche an die beiden Pole 5, 6 angeschlossen ist. Der Ma­ gnetanker 7 des Elektromagneten 4 ist am Kupplungsteil 2 schwenkbeweglich gelagert. Dabei verläuft die Schwenkachse 8 quer zur Steckrichtung 9 der Steckverbindung.

Der Magnetanker 7 ist im Querschnitt etwa L-förmig und trägt eine quer zur Steckrichtung 9 verlaufende Riegelnase 10, welche den einen L-Schenkel des Magnetankers 7 und gleichzeitig das dem Steckerteil 1 zugewandte Freiende des Magnetankers 7 bil­ det. Die Riegelnase 10 korrespondiert mit einem als Riegelan­ schlag wirksamen Magnetkern 11 des Elektromagneten 4. Der Ma­ gnetkern 11 ist am Gehäuse des Steckerteiles 1 ortsfest fixiert und elektromagnetisch mit der Spule 3 wirkverbunden.

An einem Gehäuselager 12 des Kupplungsteiles 2 ist das eine En­ de einer Zugfeder 13 fixiert, während das andere Ende der Zug­ feder 13 mit dem Magnetanker 7 verbunden ist. Die Federkraft der Zugfeder 13 wirkt der auf den Magnetanker 7 in Verriege­ lungsposition einwirkenden Magnetkraft entgegen. Hierzu bildet der Magnetanker 7 einen zweiarmigen Hebel, dessen zwei Hebelar­ me durch die Schwenkachse 8 voneinander getrennt sind. Der dem Steckerteil 1 in Steckrichtung 9 zugewandte Hebelarm trägt die Riegelnase 10, während der andere Hebelarm mit der Zugfeder 13 verbunden ist.

An die mit den Polen 5, 6 bzw. Polleitungen korrespondierenden Gegenpole 5', 6' bzw. Gegenpolleitungen des Kupplungsteiles 2 ist mindestens ein elektrischer Verbraucher 14 angeschlossen. Bei zusammengesteckten Steckteilen 1, 2 kann die Stromversorgung des mindestens einen elektrischen Verbrauchers 14 - ebenso wie die Stromversorgung der Spule 3 - unterbrochen werden, indem ein elektrisches Schaltelement 15 im Pol 5 zwischen die Span­ nungsquelle U und die Spule 3 geschaltet ist. Das Schaltelement 15 wird z. B. manuell betätigt oder mittels einer geeigneten Steuerelektronik angesteuert.

Zusätzlich zu der im nachfolgenden noch zu erläuternden elek­ tromagnetischen Verriegelung weist die Steckverbindung noch ei­ ne mechanische Verriegelung auf. Hierzu sind am Gehäuse 19 des Steckerteiles 1 Rastnasen 16 angeformt, welche mit am Gehäuse 20 des Kupplungsteiles 2 angeformten Rastarmen 17 zusammenwir­ ken. Während der mechanischen Verriegelung hintergreifen die Rastarme 17 mit ihren Rastfreienden 18 die Rastnasen 16 und wirken einem Auseinanderziehen der Steckverbindung in Steck­ richtung 9 entgegen. Dies ist insbesondere dann wichtig, wenn die elektromagnetische Verriegelung aufgrund unterbrochener Stromzufuhr zur Spule 3 nicht wirksam ist.

Befindet sich das Schaltelement 15 in seiner Schaltstellung S1 (Fig. 1, Fig. 2), ist die Stromzufuhr zur Spule 3 unterbrochen. Der Magnetkern 11 übt keine magnetische Anziehungskraft auf den Magnetanker 7 aus. In diesem Zustand werden die beiden Stecker­ stifte 21, 22 des Steckerteiles 1 und die beiden Kupplungshülsen 23, 24 kontaktierend ineinandergesteckt. Der Magnetanker 7 be­ findet sich in Fig. 2 in seiner vom Magnetkern 11 entfernten Entriegelungsposition (in Fig. 2 mit durchgezogener Linie darge­ stellt). Da der Steckvorgang stromlos erfolgt, werden elektri­ sche Funkenbildung und Lichtbogen verhindert. Wird nun das Schaltelement 15 in seine gestrichelt dargestellte Schaltstel­ lung S2 gemäß Fig. 2 überführt, ist die Leitung des Poles 5 ge­ schlossen. Die Spule 3 wird bestromt und der Magnetkern 11 zieht den Magnetanker 7 an, wodurch letzterer in seine Verrie­ gelungsposition gelangt (in Fig. 2 mit gestrichelter Linie dar­ gestellt). Die Riegelnase 10 ist auf der dem Kupplungsteil 2 in Steckrichtung 9 abgewandten Seite des Magnetkerns 11 angeord­ net, so daß der Magnetanker 7 und der Magnetkern 11 in einem ein Lösen der Steckverbindung verhindernden Eingriff stehen.

Diese elektromagnetische Verriegelung kann erst aufgehoben wer­ den, wenn das Schaltelement wieder in seine Schaltstellung S1 zurückgeschaltet wird und der Stromkreis zwischen Spannungs­ quelle U und Verbraucher 14 stromlos ist. Die Federkraft der Zugfeder 13 schwenkt den Magnetanker 7 dann automatisch wieder in seine mit durchgezogener Linie dargestellte Entriegelungspo­ sition gemäß Fig. 2. In dieser Entriegelungsposition sind die Riegelnase 10 und der Magnetkern 11 außer Eingriff. Ein gehäu­ sefester Positionsanschlag 25 am Gehäuse 20 des Kupplungsteiles 2 hält den Magnetanker 7 entgegen der Federkraft der Zugfeder 13 etwa parallel zur Steckrichtung 9. Der Positionsanschlag 25 verhindert dadurch eine von der Federkraft ansonsten hervorge­ rufene Schiefstellung des Magnetankers 7, welche das Lösen der Steckverbindung behindern könnte. Auf diese Weise wird ein Lö­ sen der Steckverbindung unter elektrischer Last verhindert. Funkenbildung und Lichtbogen werden beim Lösevorgang zuverläs­ sig vermieden.

Ist das Schaltelement 15 vor dem Steckvorgang in Schaltstellung S1, wirkt bereits beim Versuch einer Kontaktierung der Steck­ stifte 21, 22 mit den Steckhülsen 23, 24 eine Magnetkraft auf den Magnetanker 7, so daß die Riegelnase 10 an der dem Kupplungs­ teil 2 zugewandten Außenfläche des Magnetkerns 11 zu liegen kommt. Da die in Steckrichtung 9 über Kontaktränder 26, 27 der Steckhülsen 23, 24 hinausragende Teillänge d1 des Magnetankers 7 größer ist als der in Steckrichtung 9 verlaufende Abstand d2 zwischen der dem Magnetanker 7 zugewandten Außenfläche des Ma­ gnetkerns 11 und Kontakträndern 28, 29 der Steckstifte 21, 22, kann es zu keiner elektrischen Kontaktierung zwischen den als Steckkontakte wirksamen Steckstiften 21, 22 und Steckhülsen 23, 24 kommen. Vielmehr ist eine derartige Kontaktierung bei ge­ schlossenenem Stromkreis blockiert. Das Schaltelement 15 muß erst in seine Schaltstellung S1 überführt werden, z. B. manuell oder automatisch angesteuert.

Claims (14)

1. Elektrische Steckverbindung mit einem Steckerteil (1) und einem Kupplungsteil (2) als zwei korrespondierende Steckteile, wobei
ein Elektromagnet (4) mit seiner Spule (3) elektrisch zwi­ schen zwei Pole (5, 6) des ersten Steckteiles (1) geschaltet ist und
ein Magnetanker (7) des Elektromagneten (4) am zweiten Steckteil (2) gelagert ist derart, daß er die zusammenge­ steckten Steckteile (1, 2) bei bestromter Spule (3) in einer Verriegelungsposition einliegend miteinander verriegelt.

2. Steckverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetanker (7) beweglich, insbesondere schwenkbeweg­ lich mit einer quer zur Steckrichtung (9) verlaufenden Schwen­ kachse (8), am zweiten Steckteil (2) gelagert ist.

3. Steckverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Magnetanker (7) eine etwa quer zur Steckrichtung (9) verlaufende Riegelnase (10) trägt, welche bei zusammenge­ steckten Steckteilen (1, 2) mit einem am ersten Steckteil (1) befestigten Riegelanschlag (11) derart korrespondiert,
daß bei bestromter Spule (3) die Riegelnase (10) und der Riegelanschlag (11) miteinander in einem ein Lösen der Steckverbindung verhindernden Eingriff stehen und
daß bei nicht bestromter Spule (3) die Riegelnase (10) und der Riegelanschlag (11) außer Eingriff sind.

4. Steckverbindung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Riegelnase (10) bei bestromter Spule (3) auf der dem zweiten Steckteil (2) in Steckrichtung (9) abgewandten Seite des Riegelanschlags (11) angeordnet ist.

5. Steckverbindung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Riegelnase (10) das dem ersten Steckteil (1) zugewandte Freiende des Magnetankers (7) ist.

6. Steckverbindung nach einem der Ansprüche 3-5, gekennzeichnet durch den Magnetkern (11) des Elektromagneten (4) als Riegelanschlag.

7. Steckverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Federelement (13) vorgesehen ist, dessen Federkraft der auf den Magnetanker (7) in Verriegelungsposition einwirkenden Magnetkraft entgegenwirkt.

8. Steckverbindung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetanker (7) als zweiarmiger Hebel ausgebildet ist mit zwei durch die Schwenkachse (8) voneinander getrennten He­ belarmen, wobei
der in Steckrichtung (9) dem ersten Steckteil (1) zugewandte Hebelarm die Riegelnase (10) trägt und
der in Steckrichtung (9) dem zweiten Steckteil (2) zugewand­ te Hebelarm von dem Federelement (13) federkraftbeaufschlagt ist.

9. Steckverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Pole (5, 6) des einen Steckteiles (1) an eine Spannungsquelle (U) elektrisch angeschlossen und minde­ stens der korrespondierende Gegenpol (5', 6') des anderen Steckteiles (2) an einen elektrischen Verbraucher (14) elek­ trisch angeschlossen ist.

10. Steckverbindung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden mit der Spule (3) elektrisch kontaktierten Pole (5, 6) des ersten Steckteiles (1) an die Spannungsquelle (U) an­ geschlossen und die korrespondierenden Gegenpole (5', 6') des zweiten Steckteiles (2) an den elektrischen Verbraucher (14) angeschlossen sind.

11. Steckverbindung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (d1) zwischen einer dem ersten Steckteil (1) zugewandten Außenseite des Magnetankers (7) und dem ersten Steckteil (1) zugewandten Kontakträndern (26, 27) der Steckkon­ takte (23, 24) des zweiten Steckteiles (2) größer ist als der Abstand (d2) zwischen einer dem zweiten Steckteil (2) zugewand­ ten Außenseite des Magnetkerns (11) und dem zweiten Steckteil (2) zugewandten Kontakträndern (28, 29) der Steckkontakte (21, 22) des ersten Steckteiles (1).

12. Steckverbindung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromkreis zwischen Spannungsquelle (U) und Verbraucher (14) mindestens ein elektrisches Schaltelement (15) zur Unter­ brechung des Stromkreises enthält.

13. Steckverbindung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Pol (5, 6) zwischen der Spannungsquelle (U) und der Spule (3) ein elektrisches Schaltelement (15) aufweist.

14. Steckverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuse (19, 20) der beiden Steckteile (1, 2) miteinander korrespondierende Fixiermittel (16, 17) zur lösbaren mechani­ schen Fixierung der beiden Steckteile (1, 2) aneinander tragen.