DE102012018271A1

DE102012018271A1 - Steckverbinderanordnung

Info

Publication number: DE102012018271A1
Application number: DE102012018271.6A
Authority: DE
Inventors: Thomas Drescher; Philippe Pozzo di Borgo; Gerd Kindermann
Original assignee: Kostal Kontakt Systeme GmbH
Current assignee: KOSTAL KONTAKT SYSTEME GMBH & CO. KG, DE
Priority date: 2012-09-17
Filing date: 2012-09-17
Publication date: 2014-03-20
Anticipated expiration: 2032-09-18
Also published as: WO2014041096A1; DE102012018271B4

Abstract

Beschrieben wird eine Steckverbinderanordnung mit einem ersten und mit einem zweiten Steckverbindergehäuse, wobei an dem ersten Steckverbindergehäuse ein Drehschieberhebel mit zwei mit einander verbundenen parallelen Seitenflächen angeordnet ist, welche mehrere Führungsbahnen aufweisen, wobei ein am ersten Steckverbindergehäuse angeformter erster Führungszapfen in eine erste Führungsbahn des Drehschieberhebels eingesetzt ist, wodurch bei unverbundenen Steckverbindergehäusen der Drehschieberhebel gegen das erste Steckverbindergehäuse drehbar und verschiebbar ist, wobei der Drehschieberhebel eine zweite Führungsbahn aufweist, in die in einer ersten Drehstellung des Drehschieberhebel ein am zweiten Steckverbindergehäuse angeformter zweiter Führungszapfen einfügbar ist, und durch eine Drehung des Drehschieberhebel in der zweiten Führungsbahn verschoben werden kann, wodurch die beiden Steckverbindergehäuse aufeinander zu bewegt werden und an den Steckverbindergehäusen angeordnete Kontaktelemente miteinander verbunden werden, wobei in der Drehendstellung der Drehschieberhebel senkrecht zur Verbindungsrichtung der beiden Steckverbindergehäuse verschiebbar ist, wobei am Ende des Verschiebeweges die Steckverbindergehäuse gegeneinander gepresst sind, wobei an einem die beiden Seitenflächen verbindenden Abschnitt des Drehschieberhebels eine elektrische Kurzschlussbrücke angeordnet ist, welche bei miteinander verbundenen Steckverbindergehäusen am Ende des Verschiebewegs des Drehschieberhebels zwei elektrische Kontaktelemente am zweiten Steckverbindergehäuse miteinander verbindet, und wobei die Kurzschlussbrücke als Teil eines an dem Abschnitt verschiebbar angeordneten Verriegelungselements ausgebildet ist, welches am Ende des Verschiebewegs des Drehschieberhebels mit dem zweiten Steckverbindergehäuse formschlüssig verbindbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Steckverbinderanordnung mit einem ersten und mit einem zweiten Steckverbindergehäuse, welche durch einen Drehschieberhebel miteinander verbunden werden können.
Besonders bei vielpoligen Steckverbindern und bei Steckverbindern, welche großflächige Kontaktelemente aufweisen, die für hohe Ströme ausgelegt sind, ergibt sich das Problem, dass sowohl beim Verbinden als auch beim Trennen der Kontaktelemente hohe Steckkräfte aufzubringen sind. Bekannt sind daher mechanische Hilfsmittel zur Kraftverstärkung. Beispielsweise ist aus der Patentanmeldung US 2003/0082940 A1 ein u-förmige Schieber bekannt, bei dem in zueinander parallelen Seitenflächen Führungsbahnen eingebracht sind, welche mit Führungszapfen an den Steckverbindergehäusen zusammenwirken. Die Führungsbahnen wandeln eine über einen relativ langen Weg senkrecht zur Verbindungsrichtung wirkende geringe Kraft in eine wesentlich kürzere Fügebewegung mit einer hohen Fügekraft um. Aus diesem Dokument ist es zudem bekannt, einen Drehhebel zum Antrieb der Schieberbewegung vorzusehen.
In der deutschen Patentanmeldung DE 10 2004 054 360 A1 ist ein Mechanismus mit einem Drehschieberhebel beschrieben, durch den zwei Verbindergehäuse aufeinander zu bewegt und miteinander verriegelt werden können. Der Gegenstand dieser Patentanmeldung ist allerdings keine Steckverbinderanordnung sondern ein Leistungsversorgungstrennschalter zum Schließen und Öffnen elektrischer Stromkreise. Hierbei ist ein Hebel vorgesehen, der zwei zueinander parallele Seitenflächen mit Führungsbahnen aufweist, die über einen Verbindungsabschnitt miteinander zu einem u-förmigen Drehschieberhebel verbunden sind. In jede der Seitenflächen sind zwei Führungsbahnen eingeformt, die mit jeweils einem Zapfen an den beiden Verbindergehäusen zusammenwirken. Durch eine Drehbewegung und eine anschließende Schiebebewegung können die beiden Verbindergehäuse aufeinander zu bewegt und miteinander verbunden werden.
Die DE 10 2004 054 360 A1 zeigt zudem in den 23 ff ein Ausführungsbeispiel, bei dem an einem die beiden Seitenflächen verbindenden Abschnitt des Drehschieberhebels eine elektrische Kurzschlussbrücke angeordnet ist, welche bei miteinander verbundenen Steckverbindergehäusen, also am Ende des Verschiebewegs des Drehschieberhebels, zwei elektrische Kontaktelemente am zweiten Steckverbindergehäuse miteinander verbindet. Dies geschieht dadurch, dass die Kurzschlussbrücke durch die horizontale Hebelbewegung gegen zwei freistehende Kontaktstifte geführt wird.
Der in der DE 10 2004 054 360 A1 dargestellte Trennschalter sieht kein Verriegelungselement zur gegenseitigen formschlüssigen Positionssicherung der Verbindergehäuse in ihrer Endposition vor, wie es bei verschiedenen Steckverbinder als sogenannter CPA („connector position assurance”) zur Anwendung kommt. Es ist diesem Dokument auch kein Hinweis darauf entnehmbar, wie ein solches Verriegelungselement an dem Trennschalter ausgeführt werden könnte. Ein solches Verriegelungselement ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn eine Verbinderanordnung in der vorgesehenen Anwendungsumgebung mechanischen Belastungen, insbesondere Vibrationsbelastungen ausgesetzt ist, welche rein kraftschlüssige Verbindungen zwischen den Verbindergehäuse mit der Zeit lösen können.
Es stellte sich die Aufgabe, eine Steckverbinderanordnung zu schaffen, bei der auf einfache und kostengünstige Weise zwei Steckverbindergehäuse über einen Drehschieberhebel besonders sicher miteinander verbindbar sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmalskombination des Anspruchs 1 gelöst.
Die Kurzschlussbrücke ist hier als Teil eines am Drehschieberhebel verschiebbar angeordneten Verriegelungselements ausgebildet, welches am Ende des Verschiebewegs des Drehschieberhebels mit dem zweiten Steckverbindergehäuse formschlüssig verbindbar ist.
Das Verriegelungselement bildet so zugleich einen mechanischen Verriegelungsstecker und einen elektrische Signalstecker aus. Das Schließen eines sogenannten Interlockschaltkreises erfordert damit das Setzen der mechanischen Verriegelung. Ein elektrisches Signal über die hergestellte Interlockverbindung ist dadurch zugleich ein Beweis für die bestehende mechanische Verriegelung des Drehschieberhebels.
Da das Trennen der elektrischen Steckverbindergehäuse zwingend die mechanische Entriegelung des Drehschieberhebels erfordert, wird mit diesem Schritt zugleich die elektrische Interlockverbindung getrennt, durch die die Hochvoltkontakte der Steckverbinderanordnung spannungsfrei geschaltet werden. Die durch das Verriegelungselement zugleich realisierte Interlock- und CPA-Funktion vereinfacht den Aufbau und vermeidet Fehlfunktionen.
Die Erfindung soll im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert werden.
Die 1 bis 4 zeigen vier Phasen beim Zusammenfügen eines ersten und eines zweiten Steckverbindergehäuses.
In den 5 bis 7 ist die Stellung des Verriegelungselements in verschieden Fügestellungen der beiden Steckverbindergehäuse dargestellt. Die 8 und 9 verdeutlichen den Aufbau des Verriegelungselements als Einzelteil.
In den Figuren nicht dargestellt sind an den Steckverbindergehäusen angeordnete elektrische Kontaktelemente, da deren konkreten Ausgestaltungen für die Erläuterung der Erfindung unerheblich sind. Die Kontaktelemente können in Form von Steckerstiften und Steckhülsen ausgebildet sein, die zum Führen hoher Ströme geeignet sind, wie sie beispielsweise aus der deutschen Patentanmeldung DE 10 2009 016 157 A1 bekannt sind.
1 zeigt die noch unverbundenen Steckverbindergehäuse 1, 2, die bereits zum Zweck des Zusammenfügens zueinander ausgerichtet sind. Am ersten Steckverbindergehäuse 1 sind drei abgehende Hochstromleitungen 14 erkennbar. Das zweite Steckverbindergehäuse 2 ist auf einer Oberfläche 3 angeordnet, welche beispielsweise zu einem Gerätegehäuse oder zu einer Kraftfahrzeugkarosserie gehören kann. Anschlussleitungen zum zweiten Steckverbindergehäuse 2, die etwa unterhalb des Steckverbindergehäuses 2 durch die Oberfläche 3 hindurchgeführt sein können, sind in der Zeichnung nicht dargestellt.
Das Zusammenfügen der beiden Steckverbindergehäuse 1, 2 erfolgt mit Hilfe eines u-förmigen Drehschieberhebels 4. Dieser weist zwei über einen Quersteg 18 miteinander verbundene, zueinander parallele Seitenflächen 5, 5' auf, in die jeweils vier Führungsbahnen 10, 11, 12, 13 in Gestalt schlitzförmiger Ausnehmungen eingebracht sind, die dazu vorgesehen sind, mit mehreren an den Steckverbindergehäusen 1, 2 angeformten Führungszapfen 6, 7, 8, 9 zusammenzuwirken.
Die Anordnung und das Zusammenwirken von Führungsbahnen und Führungszapfen wiederholt sich in symmetrischer Weise an der zweiten Seitenfläche 5' des Drehschieberhebels 4 und an den entsprechenden Außenflächen der Steckverbindergehäuse 1, 2, so dass sich die nachfolgende Beschreibung auf die in den Figuren vollständig abgebildete Seitenfläche 5 beschränken kann.
In der 1 ist erkennbar, dass der Drehschieberhebel 4 an einem Führungszapfen 6 des ersten Steckverbindergehäuses 1 gelagert ist, welcher in eine erste Führungsbahn 10 in der Seitenfläche 5 des Drehschieberhebels 4 eingreift. Der Führungszapfen 6 ermöglicht eine Drehbewegung des Drehschieberhebels 4, sowie auch eine Verschiebebewegung entlang der Führungsbahn 10.
Der Drehschieberhebels 4 kann dadurch zum zweiten Steckverbindergehäuse 2 derart ausgerichtet werden, dass ein am zweiten Steckverbindergehäuse 2 angeformter zweiter Führungszapfen 7 seitlich in eine zweite Führungsbahn 11 einlaufen kann. Ist dies auf beiden Seiten der Steckverbindergehäuse 1, 2 erfolgt, was in der 2 dargestellt ist, so kann der Drehschieberhebel 4 in Richtung zur Oberfläche 3 verschwenkt werden. Der Drehschieberhebel 4 dreht sich dabei um den ersten Führungszapfen 6, während der zweite Führungszapfen 7 der Kurvenkontur der zweiten Führungsbahn 11 folgt. Entsprechend einem Hebelmechanismus werden hierbei die beiden Führungszapfen 6 und 7 aufeinander zu bewegt, wodurch die beiden Steckverbindergehäuse 1, 2 zusammengefügt werden.
Am Ende der Hebeldrehung ist der in der 3 dargestellte Verbindungszustand zwischen den beiden Steckverbindergehäusen 1, 2 hergestellt. Hier nicht dargestellte elektrische Kontaktelemente des ersten und des zweiten Steckverbindergehäuses 1, 2 sind in dieser Stellung des Drehschieberhebels 4 bereits miteinander verbunden.
Aus der in der 3 dargestellten Position kann der Drehschieberhebel 4 nun horizontal zu den Steckverbindergehäusen 1, 2 verschoben werden. Bei dieser Bewegung laufen dritte und vierte Führungszapfen 8 und 9 in die ihnen zugeordneten dritten und vierten Führungsbahnen 12 und 13 ein.
Die Führungszapfen 6 und 9 in den Führungsbahnen 10 und 13 bewirken ab jetzt gemeinsam, dass der Drehschieberhebel 4 exakt parallel zum ersten Steckverbindergehäuse 1 geführt wird. Die Führungszapfen 7 und 8 erfüllen ebenfalls eine gemeinsame Funktion. Der Abschnitt 11' der Führungsbahn 11, den der Führungszapfen 7 während der Verschiebebewegung durchläuft, verläuft genau parallel zur Führungsbahn 12 mit dem darin bewegten Führungszapfen 8. Der Abschnitt 11' und die Führungsbahn 12 bilden dabei ansteigende schiefe Ebenen aus, die den gleichen Anstiegswinkel aufweisen.
Die Horizontalbewegung des Drehschieberhebels 4 bewirkt so eine exakte Parallelverschiebung der beiden Steckverbindergehäuse 1, 2 relativ zueinander. Durch jeweils zwei Verbindungsstellen von den Steckverbindergehäusen 1, 2 zum Drehschieberhebel 4, vermittelt durch die Führungszapfen 6, 7, 8, 9, ist ein Verkanten beim Zusammenfügen der Steckverbindergehäuse 1, 2 ausgeschlossen. Außerdem wird eine sehr gleichmäßige Anpresskraft von den Steckverbindergehäusen 1, 2 auf die zwischen diesen angeordnete Gehäusedichtung 15 (1) erreicht, und dadurch eine sehr gute Abdichtung der Steckverbinderanordnung erzielt. Bei der in der 4 dargestellten Fügeendposition sind die Steckverbindergehäuse 1, 2 durch die durch den Drehschieberhebel 4 erzeugte Anpresskraft stabil und vibrationsarm miteinander verbunden.
Eine zusätzliche, formschlüssig wirkende mechanische Sicherung kann durch ein am Drehschieberhebel 4 verschieblich angeordnetes Verriegelungselement 16 hergestellt werden, das durch eine vertikale Verschiebung in eine Riegelaufnahme 17 am zweiten Steckverbindergehäuse 2 eingesetzt wird, und danach eine unbeabsichtigte Verschiebung des Drehschieberhebels 4 verhindert. Dies wird im Folgenden anhand der 5 bis 7 näher erläutert.
Die 5 zeigt, wie bereits die 1, den Drehschieberhebel 4 in der ersten Drehstellung zum Verbinden der beiden Steckverbindergehäuse 1, 2. Hervorgehoben dargestellt ist das Verriegelungselement 16; eine vergrößerte teiltransparente Ansicht zeigt, dass das Verriegelungselement 16 in einer in den Abschnitt 19 des Drehschieberhebels 4 eingeformten kanalartigen Führung 21 angeordnet ist. In dieser Führung 21 ist das Verriegelungselement 16 zwischen zwei Raststellungen verschiebbar. Hierzu sind in die Wände der Führung 21 sowie an die Außenseite des Verriegelungselements 16 erste und zweite Rastelemente 22, 23 angeformt, welche die Anzahl und die Anordnung der möglichen Raststellungen des Verriegelungselements 16 vorgeben. Die Rastelemente 22, 23 sind besonders deutlich in den 7 und 8 erkennbar.
Nach dem Verbinden der beiden Steckverbindergehäuse 1, 2 durch eine Dreh- und Schiebebewegung ist die in der 6 dargestellte Anordnung hergestellt, welche dem in der 4 darstellten Montagezustand entspricht. Das Verriegelungselement 16 befindet sich am Drehschieberhebel 4 zunächst noch in einer ersten Rastposition, welche bereits in der 5 dargestellt ist. Die vergrößerte Teilansicht der 6 zeigt zwei zu einer Kurzschlussbrücke gehörende Kontaktstifte 25, welche aus dem Verriegelungselement 16 hervorstehen. Die Kontaktstifte 25 befinden sich hier noch oberhalb von elektrischen Kontaktelementen, die am zweiten Steckverbindergehäuse 2 hinter einer kragenartigen Riegelaufnahme 17 angeordnet sind und daher in der Zeichnung nicht erkennbar sind.
Die 9 verdeutlicht, dass die Kurzschlussbrücke 20 durch zwei elektrisch miteinander verbunden Stifte oder durch einen, zu einer parallelen Anordnung gebogenen Stift gebildet ist, die bzw. der größtenteils, das heißt bis auf als Kontaktstifte 25 hervorstehende Endabschnitte in einen Kunststoffkörper 24, vorzugsweise durch Umspritzen, eingeformt sind bzw. ist. Die in den Kunststoffkörper 24 eingeformte Kurzschlussbrücke 20 bildet das Verriegelungselement 16 aus, welches als vorgefertigtes Einzelteil sowohl einen elektrischen Interlockstecker als auch einen mechanischen CPA-Riegel realisieren.
Im abschließenden Montageschritt wird das Verriegelungselement 16 in seine Endraststellung verschoben, welche in der 7 dargestellt ist. Der Kunststoffkörper 24 des Verriegelungselements 16 ist nun in die Riegelaufnahme 17 eingeschoben und sichert den Drehschieberhebel 4 formschlüssig gegen eine horizontale Verschiebung, welche zum Lösung der bestehenden Steckverbindung unbedingt erforderlich wäre.
Zugleich sind die Kontaktstifte 25 der Kurzschlussbrücke 20 nun an Kontaktelemente am zweiten Steckverbindergehäuse 2 angefügt. Durch die so hergestellte elektrische Überbrückung kann festgestellt werden, dass die beiden Steckverbindergehäuse 1, 2 miteinander verbunden und durch das Verriegelungselement 16 aneinander gesichert sind.
Bezugszeichenliste

1: erstes Steckverbindergehäuse
2: zweites Steckverbindergehäuse
3: Oberfläche
4: Drehschieberhebel
5, 5': Seitenflächen
6: erster Führungszapfen
7: zweiter Führungszapfen
8: dritter Führungszapfen
9: vierter Führungszapfen
10: erste Führungsbahn
11: zweite Führungsbahn
11': Abschnitt
12: dritte Führungsbahn
13: vierte Führungsbahn
14: Hochstromleitungen
15: Gehäusedichtung
16: Verriegelungselement
17: Riegelaufnahme
18: Quersteg
19: Abschnitt
20: Kurzschlussbrücke
21: Führung
22: erste Rastelemente
23: zweite Rastelemente
24: Kunststoffkörper
25: Kontaktstifte

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102004054360 A1 [0003, 0004, 0005]
DE 102009016157 A1 [0014]

Claims

Steckverbinderanordnung mit einem ersten und mit einem zweiten Steckverbindergehäuse (1, 2), wobei an dem ersten Steckverbindergehäuse (1) ein Drehschieberhebel (4) mit zwei miteinander verbundenen parallelen Seitenflächen (5, 5') angeordnet ist, welche mehrere Führungsbahnen (10, 11, 12, 13) aufweisen, wobei ein am ersten Steckverbindergehäuse (1) angeformter erster Führungszapfen (6) in eine erste Führungsbahn (10) des Drehschieberhebels (4) eingesetzt ist, wodurch bei unverbundenen Steckverbindergehäusen (1, 2) der Drehschieberhebel (4) gegen das erste Steckverbindergehäuse (1) drehbar und verschiebbar ist, wobei der Drehschieberhebel (4) eine zweite Führungsbahn (11) aufweist, in die in einer ersten Drehstellung des Drehschieberhebel (4) ein am zweiten Steckverbindergehäuse (2) angeformter zweiter Führungszapfen (7) einfügbar ist, und durch eine Drehung des Drehschieberhebel (4) in der zweiten Führungsbahn (11) verschoben werden kann, wodurch die beiden Steckverbindergehäuse (1, 2) aufeinander zu bewegt werden und an den Steckverbindergehäusen (1, 2) angeordnete Kontaktelemente miteinander verbunden werden, wobei in der Drehendstellung der Drehschieberhebel (4) senkrecht zur Verbindungsrichtung der beiden Steckverbindergehäuse (1, 2) verschiebbar ist, wobei am Ende des Verschiebeweges die Steckverbindergehäuse (1, 2) gegeneinander gepresst sind, wobei an einem die beiden Seitenflächen (5, 5') verbindenden Abschnitt (19) des Drehschieberhebels eine elektrische Kurzschlussbrücke (20) angeordnet ist, welche bei miteinander verbundenen Steckverbindergehäusen (1, 2) am Ende des Verschiebewegs des Drehschieberhebels (4) zwei elektrische Kontaktelemente am zweiten Steckverbindergehäuse (2) miteinander verbindet, und wobei die Kurzschlussbrücke (20) als Teil eines an dem Abschnitt (19) verschiebbar angeordneten Verriegelungselements (16) ausgebildet ist, welches am Ende des Verschiebewegs des Drehschieberhebels (4) mit dem zweiten Steckverbindergehäuse (2) formschlüssig verbindbar ist.
Steckverbinderanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurzschlussbrücke (20) in einen Kunststoffkörper (24) des Verriegelungselements (16) eingeformt ist und aus dem Kunststoffkörper (24) hervorstehende Kontaktstifte (25) ausbildet.
Steckverbinderanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt (19) eine kanalartige Führung (21) aufweist, in der das Verriegelungselement (16) verschiebbar angeordnet ist.
Steckverbinderanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die kanalartige Führung (21) erste Rastelemente (22) aufweist und das Verriegelungselement (16) zweite Rastelemente (23) aufweist, wobei die Rastelemente (22, 23) eine rastende Positionierung des Verriegelungselement (16) in der Führung (21) an mindestens zwei Rastpositionen ermöglichen.
Steckverbinderanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Seitenfläche (5, 5') des Drehschieberhebels (4) eine dritte und eine vierte Führungsbahn (12, 13) aufweist, die während der Verschiebung des Drehschieberhebels (4) mit einem dritten Führungszapfen (8) am ersten Steckverbindergehäuse (1) und einem vierten Führungszapfen (9) am zweiten Steckverbindergehäuse (2) in Eingriff kommen.