DE102009014320B4

DE102009014320B4 - Steckverbindung und Verwendung einer Steckverbindung

Info

Publication number: DE102009014320B4
Application number: DE102009014320.3A
Authority: DE
Inventors: Leobald Podbielski; Klaus Schwesinger
Original assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Current assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Priority date: 2009-03-25
Filing date: 2009-03-25
Publication date: 2021-02-18
Anticipated expiration: 2029-03-26
Also published as: DE102009014320A1

Abstract

Steckverbindung, aufweisend ein Steckverbinderteil (1, 2, 3, 4) und ein Gegensteckverbinderteil (20, 22, 23, 24)wobei das Steckverbinderteil (1, 2, 3, 4) eine Primärwicklung aufweist unddas Gegensteckverbinderteil (20, 22, 23, 24) eine Sekundärwicklung (1) aufweist, die induktiv mit der Primärwicklung (1) gekoppelt ist,wobei die Primärwicklung (1) und die Sekundärwicklung (1) als Ringwicklung ausgeführt sind, deren Wicklungsachse, also axiale Richtung, der Steckrichtung der Steckverbindung entspricht,wobei die Primärwicklung (1) und die Sekundärwicklung (1) sich zumindest über einen gleichen axialen Teilbereich erstrecken,wobei in Umfangsrichtung des Steckverbinderteils (1, 2, 3, 4) U-förmige Ferritkerne angeordnet sind, deren Öffnung nach radial außen gerichtet ist, so dass also deren Schenkel im Wesentlichen nach radial außen gerichtet sind,wobei am Umfang des Gegensteckverbinderteils (20, 22, 23, 24) U-förmige und/oder C-förmige Ferritkerne angeordnet sind, deren Öffnung nach radial innen gerichtet ist, so dass also deren Schenkel im Wesentlichen nach radial innen gerichtet sind,wobei die primärseitigen Schenkel den sekundärseitigen Schenkeln derart angeordnet sind, dass sie sich radial gegenüberstehen,wobei die Ferritkerne (2, 22) aus plattenförmigen Teilen zusammengesetzt sind,wobei das Steckverbinderteil (1, 2, 3, 4) mit dem Gegensteckverbinderteil (20, 22, 23, 24) in axialer Richtung formschlüssig verbunden ist und arretiert oder eingeklipst ist,wobei am äußeren und/oder inneren Umfang des Steckverbinderteils (1, 2, 3, 4) und des Gegensteckverbinderteils (20, 22, 23, 24) jeweils ein aus Stahlblech gefertigtes gehäusebildendes Teil vorgesehen ist,so, dass die Ferritkerne mit dem gehäusebildenden Teil auch magnetisch gehalten sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Steckverbindung und die Verwendung einer Steckverbindung.
Bei elektrischen Steckverbindungen ist es bekannt, einen Gegensteckverbinder und einen Steckverbinder ineinander zu stecken und hierbei einen elektrischen Kontakt zu bewirken. Allerdings liegt hierbei keine galvanische Trennung der verbundenen Teile vor.
Aus der US 3 743 989 A ist eine induktive Steckverbindung bekannt.
Aus der DE 43 44 071 A1 ist eine Vorrichtung zur Übertragung von Energie und Daten bekannt.
Aus der DE 10 2005 029 599 B3 ist ein System zur berührungslosen Energieübertragung bekannt.
Aus der US 3 743 989 A ist als nächstliegender Stand ist eine induktive Verbindung bekannt.
Aus der US 4 838 797 ist ein Unterwasssteckverbinder bekannt.
Aus der DE 197 19 730 C1 ist eine Steckverbindung bekannt.
Aus der DE 196 21 003 A1 ist ein Steckverbinder bekannt.
Aus der DE 43 44 071 A1 ist eine Vorrichtung zur Übertragung von Energie und/oder Daten bekannt.
Aus der DE 100 55 090 A1 ist ein Steckverbinder zum Anschluss einer Übertragungleitung an mindestens einen Sensor bekannt.
Aus der US 3 317 874 ist ein rotierender transformatorischer Übertrager bekannt.
Aus der CH 315027 ist ein Ferritkern und ein Verfahren zu seiner Herstellung bekannt.
Aus der DE 10 2005 029 599 B3 ist ein System zur berührungslosen Energieübertragung bekannt.
Aus der US 3 743 989 ist eine elektrische Steckverbindung bekannt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Sicherheit bei Steckverbindungen zu erhöhen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der Steckverbindung nach den in Anspruch 1 und die Verwendung einer Steckverbindung nach Anspruch 3 angegebenen Merkmalen gelöst.
Wichtige Merkmale der Erfindung bei der Steckverbindung sind, dass sie ein Steckverbinderteil und ein Gegensteckverbinderteil umfasst, wobei
das Steckverbinderteil eine Primärwicklung umfasst und das Gegensteckverbinderteil eine induktiv mit der Primärwicklung koppelbare Sekundärwicklung umfasst.
Von Vorteil ist dabei, dass eine galvanische Trennung vorliegt und trotzdem Energie von der Primärseite auf die Sekundärseite übertragbar ist
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Steckverbinderteil in das Gegensteckverbinderteil einsteckbar. Von Vorteil ist dabei, dass eine sichere ungestörte induktive Kopplung erreichbar ist.
Erfindungsgemäß sind die Primärwicklung und die Sekundärwicklung als Ringwicklung ausgeführt, deren axiale Richtung der Steckverbindungsrichtung entspricht. Von Vorteil ist dabei, dass die Primärwicklung mit einem kleineren Wicklungsradius ausführbar ist, also in die Sekundärwicklung derart einführbar ist, dass die Sekundärwicklung die Primärwicklung in radialer Richtung umgibt oder abdeckt. Somit ist ein geringer Verlust an Magnetfluss erreichbar und daher ein hoher Wirkungsgrad bei der induktiven Energieübertragung an die Sekundärseite.
Erfindungsgemäß erstrecken sich die Primärwicklung und die Sekundärwicklung zumindest über einen gleichen axialen Teilbereich. Von Vorteil ist dabei, dass eine besonders gute induktive Kopplung erreichbar ist und wenig Streufeld entsteht.
Erfindungsgemäß sind am Umfang des Steckverbinderteils U-förmige Ferritkerne vorgesehen, deren Öffnung nach radial außen gerichtet ist, insbesondere wobei die Schenkel des U im Wesentlichen nach radial außen gerichtet sind. Von Vorteil ist dabei, dass der aus den primärseitigen Schenkeln austretende Fluss auffangbar ist mit den sekundärseitigen Schenkeln und in diese einleitbar ist. Dabei sind stehen vorzugsweise die sekundärseitigen Schenkel den primärseitigen Schenkeln radial möglichst genau gegenüber, so dass wenig Fluss verloren geht und ein hoher Wirkungsgrad erzielbar ist.
Erfindungsgemäß sind am Umfang des Gegensteckverbinderteils U-förmige und/oder C-förmige Ferritkerne vorgesehen, deren Öffnung nach radial innen gerichtet ist, insbesondere wobei die Schenkel des U im Wesentlichen nach radial innen gerichtet sind. Von Vorteil ist dabei, dass wenig Fluss verloren geht.
Erfindungsgemäß ist am äußeren und/oder inneren Umfang des Steckverbinderteils und/oder des Gegensteckverbinderteils ein gehäusebildendes Teil vorgesehen aus Stahlblech gefertigtes gehäusebildendes Teil. Von Vorteil ist dabei, dass die Ferritkerne mit dem gehäusebildenden Teil verklebbar sind oder auch magnetisch gehalten sind.
Erfindungsgemäß ist das Steckverbinderteil in das Gegensteckverbinderteil arretierbar, einklipsbar oder anderweitig in axialer Richtung formschlüssig verbindbar. Von Vorteil ist dabei, dass die geometrisch relative Position und Orientierung der Steckverbinderteile zueinander genau vorgebbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Gegensteckverbinderteil an einem Fahrzeug befestigt, insbesondere an einem aus einem Energiespeicher, wie Batterie oder Brennstoffzelle, versorgbarem Fahrzeug,
wobei zum Beladen des auf dem Fahrzeug vorgesehenen Energiespeichers das Steckverbinderteil in das Gegensteckverbinderteil einsteckbar ist. Von Vorteil ist dabei, dass die Beladung bei galvanisch getrennter Ausführung ermöglicht ist. Somit ist die Sicherheit erhöht.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die Primärwicklung des Gegensteckverbinderteils mit einem Wechselstrom beaufschlagt, insbesondere dessen Frequenz zwischen 10 und 500 kHz beträgt, insbesondere zwischen 20 und 30 kHz. Von Vorteil ist dabei, dass ein hoher Wirkungsgrad erreichbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Sekundärwicklung im Fahrzeug eine Kapazität derart parallel oder in Serie zugeschaltet, dass die zugehörige Resonanzfrequenz im Wesentlichen der Frequenz des Wechselstromes entspricht. Von Vorteil ist dabei, dass einerseits die Beladung der Energiespeicher und andererseits ein Beladen des Fahrzeuges aus dem Boden ermöglicht ist, wenn dort ein langgestreckter Primärleiter vorgesehen wird und das Fahrzeug eine andere Sekundärwicklung aufweist, die mit dem Primärleiter induktiv gekoppelt vorsehbar ist. Somit ist auch die zwischen Sekundärwicklung und Energiespeicher vorgesehene Elektronische Schaltung zweifach verwendbar.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Primärwicklung aus einem Gyrator versorgt, insbesondere also aus einem Spannungs-Strom-wandelnden Vierpol, insbesondere also aus einem zumindest eine Kapazität und eine Induktivität umfassenden Vierpol, wobei die zugehörige Resonanzfrequenz im Wesentlichen der Frequenz des Wechselstromes entspricht. Von Vorteil ist dabei, dass sekundärseitig eine Stromquelle zur Verfügung steht und die Abhängigkeit von Schwankungen in der induktiven Kopplung reduzierbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der Gyrator aus einem einphasigen Wechselrichter mit einer Wechselspannung gespeist. Von Vorteil ist dabei, dass ein stromquellenartiges Verhalten der Primärwicklung zur Verfügung stellbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung führt zumindest eines der Gehäuseteile des Steckverbinderteils Haltefunktion für die Ferritkerne des Steckverbinderteils aus
und/oder
zumindest eines der Gehäuseteile des Gegensteckverbinderteils führt Haltefunktion für die Ferritkerne des Gegensteckverbinderteils aus. Von Vorteil ist dabei, dass die Haltefunktion für die Ferritkerne einfach und kostengünstig ausführbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Fahrzeug induktiv versorgbar und/oder beladbar, insbesondere mittels der Steckverbindung. Von Vorteil ist dabei, dass die Beladung bei galvanischer Trennung und somit erhöhter Sicherheit erfolgt.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:

In der 1 ist ein Steckverbinderteil der Steckverbindung umfasst, wobei das Steckverbinderteil die Primärwicklung 1 umfasst.
In der 2 ist ein Gegensteckverbinderteil der Steckverbindung umfasst, wobei das Gegensteckverbinderteil die Sekundärwicklung 20 umfasst.
In der 3 ist die Steckverbindung vor Zusammenfügen des Steckverbinderteils in das Gegensteckverbinderteil gezeigt.
In der 4 ist eine Schrägansicht auf die Steckverbindung gezeigt.

Das Steckverbinderteil umfasst eine Primärwicklung 1, die als Ringwicklung ausgeführt ist, wobei die Achse der Ringwicklung der Steckrichtung der Steckverbindung entspricht.
Am Umfang des Steckverbinderteils sind mehrere Ferritkerne 2 vorgesehen, die jeweils U-förmig ausgebildet sind. Die Öffnung des U ist dabei nach radial außen vorgesehen, so dass also die Schenkel des U in zumindest ungefährer radialer Richtung ausgerichtet sind.
Der Steckverbinder ist an seiner nach radial außen gerichteten Seite von einem äußeren Gehäuseteil 3 umgeben und an seiner radial nach innen gerichteten Seite von einem inneren Gehäuseteil 4 begrenzt.
Das Gegensteckverbinderteil umfasst eine Sekundärwicklung 20, die ebenfalls als Ringwicklung ausgeführt ist und an deren Umfang U-förmige Ferritkerne 22 angeordnet sind, deren Öffnung nach radial innen gerichtet ist, insbesondere also deren Schenkel des U nach radial innen gerichtet sind.
Der Gegensteckverbinder ist an seiner nach radial außen gerichteten Seite von einem äußeren Gehäuseteil 24 umgeben und an seiner radial nach innen gerichteten Seite von einem inneren Gehäuseteil 23 begrenzt.
Die Ferritkerne (2, 22) sind vorzugsweise aus plattenförmigen Teilen zusammengesetzt, wodurch eine einfache und wenig aufwendige Fertigung ausführbar ist.
Die Gehäuseteile (3, 4, 23, 24) sind aus Kunststoff oder auch aus Stahlblech herstellbar. Bei der Ausführung als Stahlblech ist auch eine Haltefunktion für die Ferritkerne (2, 22) mittels des Stahlblechs ausführbar.
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen sind statt der plattenförmigen Ferritkerne Ferritkörper hergestellt, die Rotationskörper sind, also eine ringartige Form aufweisen, wobei eine torusförmige Ausnehmung im Ring vorgesehen ist.
Bezugszeichenliste

1: Primärwicklung
2: Ferritkern
3: äußeres Gehäuseteil
4: inneres Gehäuseteil
20: Sekundärwicklung
22: Ferritkern
23: inneres Gehäuseteil
24: äußeres Gehäuseteil

Claims

Steckverbindung, aufweisend ein Steckverbinderteil (1, 2, 3, 4) und ein Gegensteckverbinderteil (20, 22, 23, 24) wobei das Steckverbinderteil (1, 2, 3, 4) eine Primärwicklung aufweist und das Gegensteckverbinderteil (20, 22, 23, 24) eine Sekundärwicklung (1) aufweist, die induktiv mit der Primärwicklung (1) gekoppelt ist, wobei die Primärwicklung (1) und die Sekundärwicklung (1) als Ringwicklung ausgeführt sind, deren Wicklungsachse, also axiale Richtung, der Steckrichtung der Steckverbindung entspricht, wobei die Primärwicklung (1) und die Sekundärwicklung (1) sich zumindest über einen gleichen axialen Teilbereich erstrecken, wobei in Umfangsrichtung des Steckverbinderteils (1, 2, 3, 4) U-förmige Ferritkerne angeordnet sind, deren Öffnung nach radial außen gerichtet ist, so dass also deren Schenkel im Wesentlichen nach radial außen gerichtet sind, wobei am Umfang des Gegensteckverbinderteils (20, 22, 23, 24) U-förmige und/oder C-förmige Ferritkerne angeordnet sind, deren Öffnung nach radial innen gerichtet ist, so dass also deren Schenkel im Wesentlichen nach radial innen gerichtet sind, wobei die primärseitigen Schenkel den sekundärseitigen Schenkeln derart angeordnet sind, dass sie sich radial gegenüberstehen, wobei die Ferritkerne (2, 22) aus plattenförmigen Teilen zusammengesetzt sind, wobei das Steckverbinderteil (1, 2, 3, 4) mit dem Gegensteckverbinderteil (20, 22, 23, 24) in axialer Richtung formschlüssig verbunden ist und arretiert oder eingeklipst ist, wobei am äußeren und/oder inneren Umfang des Steckverbinderteils (1, 2, 3, 4) und des Gegensteckverbinderteils (20, 22, 23, 24) jeweils ein aus Stahlblech gefertigtes gehäusebildendes Teil vorgesehen ist, so, dass die Ferritkerne mit dem gehäusebildenden Teil auch magnetisch gehalten sind.
Steckverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steckverbinderteil (1, 2, 3, 4) in das Gegensteckverbinderteil (20, 22, 23, 24) einsteckbar ist.
Verwendung einer Steckverbindung, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegensteckverbinderteil (20, 22, 23, 24) nach einem der vorangegangenen Ansprüche an einem Fahrzeug befestigt ist, insbesondere an einem aus einem Energiespeicher, wie Batterie oder Brennstoffzelle, versorgten Fahrzeug, wobei zum elektrischen Laden des auf dem Fahrzeug angeordneten Energiespeichers das Steckverbinderteil (1, 2, 3, 4) in das Gegensteckverbinderteil (20, 22, 23, 24) einsteckbar ist.