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Die Erfindung betrifft eine Steckverbinderanordnung mit einem ersten und mit einem zweiten Steckverbinder, die mittels eines Schwenkhebels miteinander verbindbar sind, wobei der erste Steckverbinder mindestens eine Zahnstange und der zweite Steckverbinder mindestens ein durch den Schwenkhebel verdrehbares Zahnrad aufweist.
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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.
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Eine Steckverbinderanordnung der oben genannten Art ist aus der
EP 0 676 830 A2 bekannt. Diese Druckschrift offenbart zwei komplementäre Steckverbinder, die mittels eines Zahnstangengetriebes verbunden werden. An einem Steckverbinder ist ein Schwenkhebel angeordnet, der mit einem Ritzel verbunden ist, dessen Zähne in eine Zahnstange an dem komplementären Steckverbinder eingreifen.
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Ein derartiger Schwenkhebel setzt eine Drehbewegung in eine lineare Fügebewegung der Steckverbinder um, wobei die Hebelübersetzung die am Schwenkhebel angreifende Betätigungskraft verstärkt. Allerdings ist der maximal mögliche Schwenkwinkel eines an einem Steckverbinder angeordneten Schwenkhebels begrenzt und liegt üblicherweise im Bereich zwischen einer viertel und einer halben Umdrehung.
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Über diesen Schwenkbereich muss auf der Lastseite des Schwenkhebels der Fügeweg des Steckverbinders aufgebracht werden, was bedeutet, dass der Umfangsabschnitt des Zahnrads, der über diesen Schwenkbereich an der Zahnstange abrollt, der Länge des Fügewegs entspricht. Um auch Steckverbinder mit hohen Steckkräften mit einer komfortabel aufbringbaren Betätigungskraft zusammenfügen zu können, muss die kraftarmseitige Länge des Schwenkhebels, also die Länge des Schwenkhebels vom Angriffspunkt der Betätigungskraft bis zu seinem Drehpunkt, möglichst groß vorgegeben werden. Dies führt so zu relativ großen Hebellängen und damit zu relativ großbauenden Steckverbinderanordnungen.
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Großbauenden Steckverbinderanordnungen sind aber an Anbauorten mit einem begrenzten Platzangebot nicht einsetzbar oder zumindest hinsichtlich ihrer Handhabbarkeit nachteilig gegenüber kleineren Ausführungen.
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Es stellte sich die Aufgabe, eine Steckverbinderanordnung der vorgenannten Art zu schaffen, bei der die zum Zusammenfügen und zum Trennen der Steckverbinder erforderliche Betätigungskraft relativ gering ist, und die sich zugleich durch eine relativ geringe Baugröße auszeichnet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Schwenkhebel über einen Knarrenmechanismus mit einer Freilaufeinrichtung mit dem Zahnrad gekoppelt ist.
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Der Knarrenmechanismus ermöglicht es, den Fügeweg der Steckverbindung auf mehrere Hebelbetätigungen aufzuteilen und so die Betätigungskraft zum Verschwenken des Schwenkhebels zu reduzieren. Diese Vergrößerung des Betätigungsweges erfolgt mit Hilfe eines Freilaufes, mit dessen Hilfe das Verschwenken des Schwenkhebels mehrfach ausgeführt werden kann. Das vollständigen Verbinden bzw. Trennen der Steckverbinder erfolgt so jeweils durch mehrere Verschwenkbewegungen des Schwenkhebels.
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Der Knarrenmechanismus, der insbesondere aus Federn und Sperrklinken bestehen kann, kann platzsparend in das Innere eines hohlen Zahnrads eingebaut sein.
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Um eine besonders stabile Anordnung zu schaffen, ist es vorteilhaft ist, wenn der Schwenkhebel u-förmig ausgebildet und mit zwei Anlenkpunkten am zweiten Steckverbinder verbunden ist.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Knarrenmechanismus eine Umschaltvorrichtung zur Drehrichtungsumkehr aufweist, so dass ein Trennen der Steckverbinder auf umgekehrt gleiche Weise wie das Zusammenfügen erfolgen kann.
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Bevorzugte Anwendungsorte solcher Steckverbinderanordnungen sind elektrisch angetriebene Fahrzeuge und elektrische Energieversorgungsanlagen in Gebäuden.
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Die Erfindung soll im Folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen
- 1 zwei Steckverbinder im unverbundenen Zustand,
- 2 die beiden Steckverbinder im verbundenen Zustand,
- 3 bis 6 vier Phasen beim Zusammenfügen der Steckverbinder,
- 7 zwei Kraft-Weg-Diagramme.
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Die 1 bis 6 zeigen jeweils eine Steckverbinderanordnung, bestehend aus einem ersten und einem zweiten Steckverbinder 1, 2 in verschiedenen Verbindungszuständen und aus verschiedenen Perspektiven.
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Die Steckverbinder
1,
2 sind in der Zeichnung im Wesentlichen durch ihre Steckverbindergehäuse repräsentiert. Verzichtet wurde auf die Darstellung von an den Steckverbindern
1,
2 angeordneten elektrischen Kontaktelementen, da deren konkreten Ausgestaltungen für die nachfolgende 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. Solche Kontaktelemente erfordern zum Zusammenfügen relativ hohe Steckkräfte, die, besonders bei mehrpoligen Steckverbinderanordnungen ohne mechanische Hilfsmittel kaum aufzubringen sind. Auch mit einem einfachen Schwenkhebelmechanismus sind die erforderlichen Fügekräfte noch relativ hoch. Es wird im Folgenden vorausgesetzt, dass die jeweiligen Kontaktelemente fix an den zugehörigen Steckverbindergehäusen angeordnet sind, und beim Zusammenfügen der Steckverbinder gleichermaßen in zunehmenden elektrischen und mechanischen Kontakt miteinander treten.
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1 zeigt die noch unverbundenen Steckverbinder 1, 2, die bereits zum Zweck des Zusammenfügens relativ zueinander positioniert sind. Die Steckverbinderanordnung ist zum Verbinden elektrischer Leitungen vorgesehen, die relativ hohe Stromstärken führen können. Am zweiten Steckverbinder 2 sind drei Hochstromleitungen 9 mit entsprechend großen Leitungsquerschnitten erkennbar.
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Der erste Steckverbinder 1 kann zu einem Gerätegehäuse oder zu einer Kraftfahrzeugkarosserie gehören. Anschlussleitungen zum ersten Steckverbinder 1, die vorzugsweise durch die Unterseite des ersten Steckverbinder 1 hindurchgeführt sein können, sind in der Zeichnung nicht erkennbar.
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Das Zusammenfügen der beiden Steckverbinder 1, 2 erfolgt mit Hilfe eines u-förmigen Schwenkhebels 3. Dieser weist zwei über einen Quersteg 10 miteinander verbundene, zueinander parallele Seitenteile 11 auf. Die Endabschnitte der Seitenteile 11 sind an jeweils einem Anlenkpunkt 7 drehbar mit dem zweiten Steckverbinder 2 verbunden, so dass der Schwenkhebel 3 um eine gedachte Verbindungslinie 12, die durch die beiden Anlenkpunkte 7 verläuft, verschwenkbar ist. Ebenfalls um diese Verbindungslinie 12 herum drehbar ist an zwei parallelen Seitenflächen des zweiten Steckverbinders 2 jeweils ein Zahnrad 5 angeordnet. Die beiden Zahnräder 5 sind jeweils mittels eines Knarrenmechanismus 6 an den Schwenkhebel 3 gekoppelt.
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Der Knarrenmechanismus 6 entspricht in Aufbau und Funktionsweise weitgehend dem Mechanismus einer Werkzeugknarre oder Ratsche zum Festziehen und Lösen von Schraubverbindungen, bei der die Schwenkbewegung eines Hebels in nur eine Richtung auf einen Antrieb übertragen wird, während bei einer umgekehrten Schwenkbewegung der Hebel freiläuft. Der grundsätzliche Aufbau eines Knarrenmechanismus kann als bekannt gelten und wird daher hier nicht im Detail erläutert. Dieser an sich bekannte Mechanismus ist hier nun zum Zusammenfügen und Trennen von Steckverbindern 1, 2 vorgesehen.
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Der Verbindungsablauf des ersten und des zweiten Steckverbinders 1, 2 ist in den 3 bis 6 in vier Phasen in jeweils einer Seitenansicht dargestellt. Das Verbinden beginnt, entsprechend der Darstellung der 3, mit einem Auslenken des Schwenkhebels 3 nach oben und einem Ausrichten der beiden Steckverbinder 1, 2 relativ zueinander. Die beiden Zahnräder 5, von denen hier nur eines erkennbar ist, werden an die oberen Abschnitte von Zahnstangen 4 am ersten Steckverbinder 1 angesetzt. Der Schwenkhebel 3 wird nun heruntergedrückt, wodurch sich durch das Abrollen des Zahnrads 5 an der Zahnstange 4 die beiden Steckverbinder 1, 2 um etwa die halbe Wegstrecke ihres Fügewegs 13 aufeinander zu bewegen. Hierdurch ist der in der 4 dargestellte Verbindungszustand hergestellt.
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Der Schwenkhebel 3 wird anschließend wieder in die nach oben ausgelenkte Stellung verbracht (5), wobei der Schwenkhebel 3 aufgrund der zum Knarrenmechanismus 6 gehörenden Freilaufeinrichtung gegen das Zahnrad 5 verschwenkbar ist. Diese Bewegung des Schwenkhebels 3 verändert daher nicht die bisher erreichte Position der beiden Steckverbinder 1, 2 relativ zueinander. Erst ein zweites Herunterdrücken des Schwenkhebels 3 nimmt das Zahnrad 5 erneut mit dem Schwenkhebel 3 mit und bewegt damit die beiden Steckverbinder 1, 2 in ihre in der 6 dargestellte Endposition, in der eine vollständige Verbindung der beiden Steckverbinder 1, 2 und der darin angeordneten Kontaktelemente hergestellt ist. Diesen vollständig verbundenen Zustand der Steckverbinder 1, 2 zeigt aus einer anderen Perspektive auch die 2.
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Das Trennen der Steckverbinder 1, 2 erfolgt durch einen entsprechend umgekehrten Ablauf, wobei zuerst durch die Betätigung einer Umschaltvorrichtung 8 an jedem Knarrenmechanismus die Wirkrichtung der Freilaufeinrichtung umgekehrt wird.
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Die 7 verdeutlicht schematisch das der Erfindung zugrunde liegende Wirkprinzip anhand von zwei einfachen Kraft-Weg-Diagrammen a) und b).
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Zum vollständigen Zusammenfügen der beiden Steckverbinder ist ein gewisser Betrag an mechanischer Arbeit W1 , W2 erforderlich, der dadurch entsteht, dass die beiden Steckverbinder beim Zusammenfügen gegen die Federkräfte von Steckkontaktelementen relativ zueinander verschoben werden. Es sei vereinfachend angenommen, dass dabei die Fügekraft der Steckverbinder über den Fügeweg linear ansteigt. Der Betrag der mechanischen Arbeit W1 , W2 als Wegintegral der Kraft wird in der beiden Diagrammen jeweils durch eine schraffierte Dreiecksfläche dargestellt.
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Es sei des Weiteren angenommen, dass ein konventioneller Schwenkhebel, wie im Diagramm a) skizziert, einen Bahnweg s = x ausführt, was etwa dem Bahnweg des Hebelendes über einen Viertelkreis entspricht, wobei die dazu aufzubringende Betätigungskraft F von einem Anfangswert F = 0 bis zu einem Endwert F = k ansteigt.
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Erfolgt das Zusammenfügen der Steckverbinder erfindungsgemäß über mehrere, hier beispielhaft zwei Betätigungen des Schwenkhebels 3, so verdoppelt sich entsprechend auch der Bahnweg s des Schwenkhebels 3. Durch ein kleineres Zahnrad 5, dessen Viertelkreisumfang dem halben linearen Fügeweg 13 der Steckverbinder 1, 2 entspricht, ergibt sich eine höhere Hebelübersetzung und eine entsprechend geringere Betätigungskraft F am Schwenkhebel 3.
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Wie das Diagramm b) der 7 verdeutlicht, ergibt sich unter der Voraussetzung, dass zum Zusammenfügen der Steckverbinder immer eine gleichgroße mechanische Arbeit W1 = W2 erforderlich ist - was in den Diagrammen a) und b) durch flächengleiche Dreiecke dargestellt ist - bei einem doppelten Betätigungsweg s = 2x eine halbierte Betätigungskraft F = k/2. Hinzu kommt, dass der Anstieg m2 der Betätigungskraft F über den jetzt allerdings doppelt so langen Bahnweg 2x nur noch ein Viertel des ursprünglichen Werts m1 beträgt. Dies ermöglicht, trotz der erforderlichen zweimaligen Hebelbetätigung, ein komfortables Zusammenfügen der beiden Steckverbinder.
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Selbstverständlich können auch mehr als zwei Hebelbetätigungen zum Zusammenfügen von Steckverbindern vorgesehen werden, was auch das Zusammenfügen von Steckverbindern mit sehr hohen Fügekräften auf relativ komfortable Weise möglich macht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- erster Steckverbinder
- 2
- zweiter Steckverbinder
- 3
- Schwenkhebels
- 4
- Zahnstange
- 5
- Zahnrad
- 6
- Knarrenmechanismus
- 7
- Anlenkpunkte
- 8
- Umschaltvorrichtung
- 9
- Hochstromleitungen
- 10
- Quersteg
- 11
- Seitenteile
- 12
- Verbindungslinie
- 13
- Fügeweg
- F
- Betätigungskraft
- m1, m2
- Anstieg
- s
- Bahnweg
- W1, W2
- mechanische Arbeit
