DE102015210410B3

DE102015210410B3 - Berührgeschützte Steckverbindung

Info

Publication number: DE102015210410B3
Application number: DE102015210410.9A
Authority: DE
Inventors: Philip Rättich; Matthias Wagner
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2015-06-08
Filing date: 2015-06-08
Publication date: 2016-05-12
Anticipated expiration: 2035-06-09
Also published as: US10199759B2; US20170373421A1; WO2016198192A1; CN107251324B; CN107251324A

Abstract

Steckverbindung mit einer Steckbuchse (1) aufweisend ein Gehäuse (3) aus einem elektrisch isolierenden Material, mit einem länglichen Steckeraufnahmebereich (4); eine Kontaktfeder (9), die in dem Steckeraufnahmebereich (4) angeordnet ist, und einen Hebel (10), der in einer geöffneten Stellung die Kontaktfeder (9) spannt, so dass eine Abmessung der Kontaktfeder (9) quer zur Längsrichtung des Steckeraufnahmebereichs (4) verkleinert wird, und der in einer geschlossenen Stellung die Kontaktfeder (9) relativ zum gespannten Zustand entspannt; und einem Stecker (2) aufweisend ein elektrisch isolierendes Gehäuse (13) und einen Hohlraum (14), in den die Kontaktfeder (9) der Steckbuchse (1) beim Einfügen des Steckers (2) in die Steckbuchse (1) einführbar ist, wobei die Kontaktfeder (9) so dimensioniert ist, dass bei geöffnetem Hebel (10) und dadurch gespannter Kontaktfeder (9), die Kontaktfeder (9) in den Hohlraum (14) des Steckers (2) einführbar ist, und bei geschlossenem Hebel (10) die Kontaktfeder (9) gegen eine elektrisch leitfähige Innenfläche des Hohlraums (14) drückt.

Description

Die Erfindung betrifft eine berührgeschützte Steckverbindung, bei der im Inneren einer Steckbuchse, die aus elektrisch isolierendem Material hergestellt ist, ein elektrischer Kontakt zwischen der Steckbuchse und einem Stecker hergestellt wird.
Aus der Patentschrift AT 386 298 B ist eine Verbindungsklemme für elektrische Leiter bekannt in der innerhalb eines elektrisch isolierenden Gehäuses ein elektrischer Kontakt zwischen zwei elektrischen Leitern hergestellt wird, wobei eine Klemmfeder ein Herausziehen der elektrischen Leiter verhindert. Über einen Drücker kann die Klemmfeder in einen gespannten Zustand gebracht werden, in dem die elektrischen Leiter in die Verbindungsklemme einfügbar sind und in einen entspannten Zustand gebracht werden, in dem die elektrischen Leiter gehindert werden, aus der Verbindungsklemme herausgezogen zu werden.
Aus der EP 2 287 976 A1 , der JP 2014-216 305 A und der DE 20 2013 101 582 U1 sind weitere elektrische Verbindungen bekannt.
Bei dem existierenden Stand der Technik an Steckverbindungen besteht jedoch Bedarf an Verbesserungen im Hinblick auf eine einfache Bedienung bzw. Montage.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Steckverbindung bereit zu stellen, die einerseits berührgeschützt und andererseits einfach zu bedienen ist. Diese Aufgabe wird mit einer Steckverbindung gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel stellt die Erfindung eine Steckverbindung mit einer Steckbuchse bereit, aufweisend ein Gehäuse aus einem elektrisch isolierenden Material, mit einem länglichen Steckeraufnahmebereich; eine Kontaktfeder, die in dem Steckeraufnahmebereich angeordnet ist, und einen Hebel, der in seiner geöffneten Stellung die Kontaktfeder spannt, so dass eine Abmessung der Kontaktfeder quer zur Längsrichtung des Steckeraufnahmebereichs verkleinert wird, und der in seiner geschlossenen Stellung die Kontaktfeder relativ zum gespannten Zustand entspannt. Das heißt in der geschlossenen Stellung des Hebels weist die Kontaktfeder eine geringere Vorspannung (beispielsweise eine leichte Vorspannung oder ein vollständig entspannter Zustand) auf als in der geöffneten Stellung des Hebels. Ferner weist die Steckverbindung einen Stecker auf, wobei der Stecker ein elektrisch isolierendes Gehäuse und einen Hohlraum aufweist, in den die Kontaktfeder der Steckbuchse beim Einfügen des Steckers in die Steckbuchse einführbar ist. Außerdem ist die Kontaktfeder so dimensioniert, dass bei geöffnetem Hebel und dadurch gespannter Kontaktfeder, die Kontaktfeder in den Hohlraum des Steckers einführbar ist, und bei geschlossenem Hebel die Kontaktfeder gegen eine elektrisch leitfähige Innenfläche des Hohlraums drückt. Dabei kann die elektrisch leitfähige Innenfläche des Hohlraums durch abschnittweise leitfähig ausgebildete Abschnitte des Gehäuses oder separate und fest mit dem Gehäuse verbundene Bauteile gebildet werden. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann eine Kontaktierung zwischen Steckbuchse und Stecker auf der Innenseite der Komponenten hergestellt werden, wobei die Außenseiten elektrisch isolierend ausgeführt sind, was einen Berührschutz nicht nur im gesteckten, sondern auch im nicht-gesteckten Zustand sicherstellt. Durch den Hebel und dessen Interaktion mit der Kontaktfeder wird eine aufzuwendende Kraft zum Steckvorgang minimiert und trotzdem eine gute Kontaktkraft zwischen den gesteckten Komponenten sichergestellt. Die Steckkräfte sind ferner unabhängig von der erzielbaren Kontaktnormalkraft, so dass mit einer geringen Bedienkraft hohe resultierende Kontaktnormalkräfte erreicht werden können.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Steckbuchse so ausgebildet, dass bei geschlossenem Hebel der Hebel den in den Steckeraufnahmebereich eingefügten Stecker hintergreift, so dass dieser an einem Herausziehen aus der Steckbuchse gehindert wird.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Steckbuchse so ausgebildet, dass sich der Hebel im geschlossenen Zustand in eine Eintrittsöffnung des Steckeraufnahmebereichs erstreckt. Somit wird ein Stecker im Steckeraufnahmebereich am Herausziehen gehindert.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Kontaktfeder fest mit einem elektrisch leitfähigen Anschluss verbunden, mit dem eine elektrische Leitung verbindbar ist.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Steckbuchse so ausgebildet, dass der Hebel um eine Drehachse verschwenkbar ist und einen Griffbereich hat, wobei ein Betätigungsende des Hebels, welches bezüglich der Drehachse auf der gegenüberliegenden Seite wie der Griffbereich liegt, die Kontaktfeder spannt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst die Kontaktfeder eine Komponente bzw. ein Bauteil, die/das sowohl federnd als auch elektrisch leitfähig ist.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Kontaktfeder eine gebogene Blattfeder, die zwei Enden hat, welche beide zum selben Längsende der Steckbuchse weisen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst die Kontaktfeder eine Komponente, die federnd ist, und eine andere Komponente umfasst, die elektrisch leitfähig ist. Beispielsweise könnte eine Spiralfeder die federnde Komponente bilden und ein von der Spiralfeder vorgespanntes Bauteil die elektrisch, leitfähige Komponente bilden. Ebenso ist möglich, dass ein nicht-leitfähiges federndes Material (z. B. ein Elastomer) die federnde Komponente bildet und ein von diesem vorgespanntes Material die elektrisch leitfähige Komponente bildet.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In diesen Zeichnungen ist Folgendes dargestellt:
1 zeigt die erfindungsgemäße Steckverbindung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei eine Steckbuchse und ein Stecker geschnitten dargestellt sind;
2 zeigt eine dreidimensionale Darstellung der Steckverbindung aus 1;
3a zeigt die Steckverbindung aus 1 in einem Zustand, in dem ein Hebel der Steckbuchse geschlossen ist und ein Stecker der Steckverbindung nicht in die Steckbuchse gesteckt ist;
3b zeigt die Steckverbindung aus 1 in einem Zustand, in dem ein Hebel der Steckbuchse geöffnet ist und der Stecker der Steckverbindung nicht in die Steckbuchse eingesteckt ist;
3c zeigt die Steckverbindung in einem Zustand, in dem der Hebel der Steckbuchse geöffnet ist und der Stecker der Steckverbindung in die Steckbuchse eingeführt wird;
3d zeigt die Steckverbindung aus 1 in einem Zustand, in dem der Hebel der Steckbuchse geschlossen ist und der Stecker der Steckverbindung in die Steckbuchse eingefügt ist.
1 zeigt eine Steckverbindung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, umfassend eine Steckbuchse 1 und einen Stecker 2, die beide in 1 als Schnittdarstellung dargestellt sind. 2 zeigt diese Steckverbindung in einer dreidimensionalen Ansicht. Ein Gehäuse 3 der Steckbuchse 1 ist im Wesentlichen quaderförmig. Die Erfindung ist jedoch nicht auf eine bestimmte Gehäuseform beschränkt, sodass das Gehäuse 3 auch jede geeignete Form haben kann. In der Steckbuchse 1, d. h. im Gehäuse 3 der Steckbuchse 1, ist ein Steckeraufnahmebereich 4 ausgebildet, der zur Aufnahme des Steckers 2 angepasst ist. Der Steckeraufnahmebereich 4 wird einerseits durch eine Gehäuseinnenfläche 5 und andererseits durch einen Steg 6 begrenzt, der parallel zur Gehäuseinnenfläche 5 verläuft. Die Gehäuseinnenfläche 5 und eine Fläche des Stegs 6, liegen einander gegenüber. Ferner kann der Steckeraufnahmebereich 4 durch zwei senkrecht zu diesen Begrenzungsflächen verlaufende Innenflächen des Gehäuses 3 definiert sein. Dieser Steckeraufnahmebereich 4 ist länglich, wobei eine Längsrichtung des Steckeraufnahmebereichs 4 einer Einfügerichtung des Steckers 2 entspricht. Der Steckeraufnahmebereich 4 kann auch durch andere Flächen und/oder Mittel ausgebildet werden. Wesentlich ist dabei, dass eine Aufnahmebereich innerhalb der Steckbuchse 1 geschaffen wird, in den ein Stecker 2 steckbar ist und wobei die Dimensionierung des Steckeraufnahmebereichs 4 an die Dimensionen und die Kontur des Steckers 2 angepasst ist, so dass dieser eingesteckt werden kann und im eingesteckten Zustand möglichst spielfrei gehalten wird.
Darüber hinaus weist der Steckeraufnahmebereich 4 eine Eintrittsöffnung 7 auf, durch die der Stecker 2 in den Steckeraufnahmebereich eingeschoben wird. Dabei soll die Eintrittsöffnung 7 eine Unterbrechung einer Außenkontur des Gehäuses 3 darstellen. Gegenüberliegend zur Eintrittsöffnung 7 ist die Steckbuchse 1 mit einem elektrisch leitenden Anschluss 8 versehen. Der elektrische Anschluss 8 kann beispielsweise ein Polanschluss eines elektrischen Energiespeichers sein, beispielsweise eines Energiespeichers für ein Kraftfahrzeug. Der Anschluss 8 kann aber auch als Steckbuchse für einen Polanschluss eines elektrischen Energiespeichers ausgebildet sein, in den ein Polanschluss einsteckbar ist. Ferner kann der Anschluss 8 dafür dienen, daran einen elektrischen Leiter anzuschließen, der beispielsweise ein elektrisches Kabel (mit einem oder mehreren Drähten) oder ein elektrischer Draht mit einem massiven oder flexiblen Leiter sein kann. Diese elektrische Leitung kann durch Einklemmen, Einquetschen, Anlöten oder dergleichen mit dem Anschluss 8 verbunden werden. Darüber hinaus ist eine Kontaktfeder 9 in der Steckbuchse 1 vorgesehen, die beispielsweise die Form einer gebogenen Blattfeder aufweist. Die Kontaktfeder 9 ist aus einem elektrisch leitenden Material und insbesondere einstückig, insbesondere monolitisch, ausgebildet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel hat die Kontaktfeder 9 zwei geradlinige Schenkel und einen diese Schenkel verbindenden Bogenabschnitt. Die beiden geradlinigen Schenkel schließen einen Winkel ein, der beispielsweise kleiner als 45° ist. Einer der geradlinigen Schenkel ist elektrisch leitend, insbesondere fest, mit dem Anschluss 8 verbunden und zwar mit seinem Ende, welches vom Bogenabschnitt der Kontaktfeder 9 entfernt ist. Der andere geradlinige Schenkel ist an seinem Ende, welches vom Bogenabschnitt entfernt ist, lose mit einem Hebel 10, insbesondere mit einem Betätigungsende 11 des Hebels 10, in Kontakt und zwar zumindest in Betriebszuständen, in denen der Stecker 2 nicht in die Steckbuchse 1 gesteckt ist. Die Kontaktfeder 9 ist so positioniert, dass sie teilweise, insbesondere größtenteils, innerhalb des Steckeraufnahmebereichs 4 angeordnet ist wobei sich der Bogenabschnitt zur Eintrittsöffnung des Steckeraufnahmebereichs 4 erstreckt. Dabei ist die Kontaktfeder 9 so positioniert, dass innerhalb des Steckeraufnahmebereichs 4 zwischen der Kontaktfeder 9, insbesondere ihrem Bogenabschnitt, und der Eintrittsöffnung 7 ein Zwischenraum ausgebildet wird. Der Zwischenraum ist dabei so groß, dass ein Benutzer nicht unbeabsichtigt mit einem Finger die Kontaktfeder 9 berühren kann. Das heißt, die Kontaktfeder 9 ist im Steckeraufnahmebereich 4 zurückversetzt, um bei jedem Betriebszustand ein Berühren der im Betrieb stromführenden Kontaktfeder zu verhindern. Die Geometrie der Steckverbindung kann auch so gewählt werden, dass höhere Berührschutzklassen erreicht werden können. Der Hebel 10 ist im Wesentlichen L-förmig, wobei ein Schenkel parallel zur Längsrichtung des Steckeraufnahmebereichs 4 verläuft und der andere Schenkel senkrecht dazu steht, so dass er im geschlossenen Zustand die Eintrittsöffnung 7 des Steckeraufnahmebereichs 4 teilweise bedeckt. Außerdem ist an dem Hebel 10 ein Griffbereich 12 vorgesehen, an dem der Hebel 10 von einem Monteur oder Nutzer betätigbar ist. Das Gehäuse 3 der Steckbuchse 1, sowie der Hebel 10 samt Griff 12 sind aus elektrisch isolierendem Material, insbesondere Kunststoff, hergestellt. Benachbart zum Betätigungsende 11 ist der Hebel 10 um eine Drehachse 17 drehbar mit dem Gehäuse 3 verbunden.
Der Stecker 2 weist ein elektrisch isolierendes Gehäuse 13 auf, beispielsweise aus Kunststoff, welches so dimensioniert ist, dass es spielfrei in den Steckeraufnahmebereich 4 passt. Im Inneren des Gehäuses 13 ist ein Hohlraum 14 vorgesehen, der einseitig offen ist. Im Hohlraum 14 ist ein ringförmiger Kontaktring 15 vorgesehen der ringartig den Hohlraum 14 umgibt, d. h. an der Innenwand des Hohlraums 14 verläuft, und mit dem elektrisch leitend ein elektrischer Leiter 16 verbunden ist. Dieser elektrische Leiter ist beispielsweise ein elektrisches Kabel (mit einem oder mehreren Drähten) oder ein elektrischer Draht mit einem massiven oder flexiblen Leiter. Der Kontaktring 15 bildet als separates und fest mit dem Gehäuse 13 verbundenes Bauteil eine leitfähige Innenfläche des Hohlraums 14 aus. Ebenso ist denkbar, dass anstatt des Kontaktrings 15 ein leitfähiges Material auf die Innenfläche des Hohlraums 14 aufgebracht, beispielweise aufgedampft wird, oder dass das Gehäuse 13 nur auf der Innenseite des Hohlraums 14 durch ein anderes, leitfähiges Material ausgebildet wird.
Im Folgenden wird anhand der 3a bis 3d die Verwendung der erfindungsgemäßen Steckverbindung beschrieben. 3a stellt dabei zunächst einen Zustand dar, in dem die Steckbuchse 1 geschlossen ist, d. h. der Hebel 10 der Steckbuchse 1 ist in einer geschlossenen Position. Ferner ist in diesem Zustand aus 3a der Stecker 2 nicht in die Steckbuchse 1 eingesteckt. Soll der Stecker 2 in die Steckbuchse 1 gesteckt werden und der elektrische Kontakt zwischen dem Kontaktring 15 und der Kontaktfeder 9 der Steckbuchse 1 hergestellt werden, was wiederum den Kontakt zwischen dem elektrischen Leiter 16 und dem elektrischen Leiter, welcher mit dem Anschluss 8 verbunden ist, herstellt, dann ist wie folgt vorzugehen. Zunächst wird der Hebel 10 an seinem Griffbereich 12 angehoben und um seine Drehachse 17 gedreht. Daraufhin gibt der Hebel 10 die Eintrittsöffnung 7 frei und das Betätigungsende 11 des Hebels 10 drückt den daran anliegenden Schenkel der Kontaktfeder 9 hin zum anderen Schenkel der Kontaktfeder 9, wodurch die Kontaktfeder 9 gespannt wird und in ihrer Abmessung quer zur Längsrichtung des Steckeraufnahmebereichs 4 gegenüber dem vorherigen Zustand verkleinert wird. Anschließend kann, wie in 3c dargestellt, der Stecker 2 durch die Eintrittsöffnung 7 in den Steckeraufnahmebereich 4 eingeschoben werden. Durch die gespannte Kontaktfeder 9 kann diese mit wenig Kraft in den Hohlraum 14 und insbesondere in das Innere des Kontaktrings 15 eingeschoben werden. Dabei sind die Dimensionen des Hohlraums 14, des Kontaktrings 15 und der Kontaktfeder 9 so zu bemessen, dass ein ausreichend guter elektrischer Kontakt zwischen Kontaktfeder 9 und Kontaktring 15 hergestellt wird. Nachdem der Stecker 2 in den Steckeraufnahmebereich 4 eingefügt ist, kann der Hebel 10 wieder zurück in seine Ausgangsposition aus 3a gedreht werden, in der ein Schenkel des Steckers 10 die Eintrittsöffnung 7 zumindest teilweise abdeckt. Dieser Zustand ist in 3d dargestellt. Wie zu erkennen ist, befindet sich nun der Bogenabschnitt und zu diesem benachbarte Schenkelabschnitte der Kontaktfeder 9 im Inneren des Kontaktrings 15 wobei durch die Rückstellkraft der Kontaktfeder 9 ein guter elektrischer Kontakt zwischen Kontaktfeder 9 und Kontaktring 15 hergestellt wird. Über eine Anpassung der Kontaktfeder 9, d. h. ihrer Form und/oder Federkraft kann die Kontaktfläche zwischen den sich kontaktierenden Bauteilen verändert, beispielsweise deutlich erhöht, werden. Das Betätigungsende 11 des Hebels 10 ist in diesem Zustand nicht mehr in Kontakt mit der Kontaktfeder 9. Ein Herausziehen des Steckers 2 aus der Steckbuchse 1 wird durch das teilweise Abdecken der Eintrittsöffnung 7 durch den Hebel 10 verhindert.
Vorstehend wurde die Kontaktfeder 9 als Blattfeder beschrieben. Die Kontaktfeder kann jedoch auch anders ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Kontaktfeder eine federnde Komponente (z. B. eine Spiralfeder) aufweisen, welche sich beispielsweise an der dem Hebel 10 gegenüberliegenden Gehäuseseite abstützt, und eine elektrisch leitfähige Komponente zum Hebel 10 hin vorspannt, welche den Kontakt zwischen dem Kontaktring 15 und dem Anschluss 8 herstellt.
Während die Erfindung detailliert in den Zeichnungen und der vorangehenden Beschreibung veranschaulicht und beschrieben wurde, ist diese Veranschaulichung und Beschreibung als veranschaulichend oder beispielhaft und nicht als beschränkend zu verstehen und es ist nicht beabsichtigt die Erfindung auf die offenbarten Ausführungsbeispiele zu beschränken. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Merkmale in verschiedenen abhängigen Ansprüchen genannt sind, soll nicht andeuten, dass eine Kombination dieser Merkmale nicht auch vorteilhaft genutzt werden könnte.

Claims

Steckverbindung mit einer Steckbuchse (1) aufweisend ein Gehäuse (3) aus einem elektrisch isolierenden Material, mit einem länglichen Steckeraufnahmebereich (4); eine Kontaktfeder (9), die in dem Steckeraufnahmebereich (4) angeordnet ist, und einen Hebel (10), der in einer geöffneten Stellung die Kontaktfeder (9) spannt, so dass eine Abmessung der Kontaktfeder (9) quer zur Längsrichtung des Steckeraufnahmebereichs (4) verkleinert wird, und der in einer geschlossenen Stellung die Kontaktfeder (9) relativ zum gespannten Zustand entspannt; und einem Stecker (2) aufweisend ein elektrisch isolierendes Gehäuse (13) und einen Hohlraum (14), in den die Kontaktfeder (9) der Steckbuchse (1) beim Einfügen des Steckers (2) in die Steckbuchse (1) einführbar ist, wobei die Kontaktfeder (9) so dimensioniert ist, dass bei geöffnetem Hebel (10) und dadurch gespannter Kontaktfeder (9), die Kontaktfeder (9) in den Hohlraum (14) des Steckers (2) einführbar ist, und bei geschlossenem Hebel (10) die Kontaktfeder (9) gegen eine elektrisch leitfähige Innenfläche des Hohlraums (14) drückt.
Steckverbindung gemäß Anspruch 1, wobei bei geschlossenem Hebel (10) der Hebel den in den Steckeraufnahmebereich (4) eingefügten Stecker (2) hintergreift, so dass dieser an einem Herausziehen aus der Steckbuchse (1) gehindert wird.
Steckverbindung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich der Hebel (10) im geschlossenen Zustand in eine Eintrittsöffnung (7) des Steckeraufnahmebereichs (4) erstreckt.
Steckverbindung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kontaktfeder (9) fest mit einem elektrisch leitfähigen Anschluss (8) verbunden ist, mit dem eine elektrische Leitung verbindbar ist.
Steckverbindung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Hebel (10) um eine Drehachse (17) verschwenkbar ist und einen Griffbereich (12) hat, wobei ein Betätigungsende (11) des Hebels, welches bezüglich der Drehachse (17) auf der gegenüberliegenden Seite wie der Griffbereich (12) liegt, die Kontaktfeder (9) spannt.
Steckverbindung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kontaktfeder (9) eine Komponente umfasst, die sowohl federnd als auch elektrisch leitfähig ist.
Steckverbindung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kontaktfeder (9) eine gebogene Blattfeder ist, die zwei Enden hat, welche beide zum selben Längsende der Steckbuchse (1) weisen.
Steckverbindung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Kontaktfeder (9) eine Komponente umfasst, die federnd ist, und eine andere Komponente umfasst, die elektrisch leitfähig ist.