DE102018009478A1

DE102018009478A1 - Steckverbinderanordnung

Info

Publication number: DE102018009478A1
Application number: DE102018009478.3A
Authority: DE
Inventors: Martin Wolter; Guido Eberhardt; Jörg Müller; Michael Hasenbank
Original assignee: Kostal Kontakt Systeme GmbH
Current assignee: KOSTAL KONTAKT SYSTEME GMBH & CO. KG, DE
Priority date: 2018-12-04
Filing date: 2018-12-04
Publication date: 2020-06-04
Also published as: CN113169481B; CN113169481A; US11699877B2; US20210281014A1; WO2020114981A1

Abstract

Beschrieben wird eine Steckverbinderanordnung aufweisend einen ersten Steckverbinder mit einem ersten Steckverbindergehäuse und einen zweiten Steckverbinder mit einem zweiten Steckverbindergehäuse, wobei an dem ersten Steckverbindergehäuse ein Drehhebel mit zwei miteinander verbundenen parallelen Seitenflächen angeordnet ist, welche jeweils eine Führungsbahn aufweisen, in die in einer ersten Drehstellung des Drehhebels jeweils ein am zweiten Steckverbindergehäuse angeformter Führungszapfen einfügbar ist, und durch eine Drehung des Drehhebel in der Führungsbahn verschoben werden kann, wodurch die beiden Steckverbindergehäuse aufeinander zu bewegt werden und elektrische Kontaktelemente innerhalb der Steckverbindergehäuse miteinander verbunden werden, wobei an dem Drehhebel ein erstes Mitnehmerelement angeordnet ist, das bei einer Drehung des Drehhebels mit einem zweiten Mitnehmerelement formschlüssig zusammenwirkt, wobei das zweite Mitnehmerelement an einem Schieber angeordnet ist, der am zweiten Steckverbindergehäuse linear beweglich geführt ist, und wobei an dem Schieber ein zweites Riegelelement angeordnet ist, das durch eine Bewegung des Schiebers translatorisch relativ zu einem am ersten Steckverbindergehäuse angeordneten ersten Riegelelement verschoben wird, wodurch eine formschlüssige Arretierung hergestellt beziehungsweise aufgehoben werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft eine Steckverbinderanordnung, aufweisend einen ersten Steckverbinder mit einem ersten Steckverbindergehäuse und einen zweiten Steckverbinder mit einem zweiten Steckverbindergehäuse, wobei an dem ersten Steckverbindergehäuse ein Drehhebel mit zwei miteinander verbundenen parallelen Seitenflächen angeordnet ist, welche jeweils eine Führungsbahn aufweisen, in die in einer ersten Drehstellung des Drehhebels jeweils ein am zweiten Steckverbindergehäuse angeformter Führungszapfen einfügbar ist, und durch eine Drehung des Drehhebel in der Führungsbahn verschoben werden kann, wodurch die beiden Steckverbindergehäuse aufeinander zu bewegt werden und elektrische Kontaktelemente innerhalb der Steckverbindergehäuse miteinander verbunden werden.
Steckverbinderanordnungen, bei den einer von zwei Steckverbindern ein Steckverbindergehäuse mit einem Drehhebel aufweist, sind in diversen Ausführungen bekannt. Der Drehhebel dient dabei als Kraftverstärker beim Verbinden und Trennen der Steckverbinder und wird daher vor allem dann vorgesehen, wenn die Steckkräfte zum Verbinden der Kontaktelemente der beiden Steckverbinder relativ hoch sind. Hohe Steckkräfte ergeben sich, wenn gleichzeitig eine größere Anzahl von Kontaktelementen verbunden werden sollen, also bei vielpoligen Steckverbindern, aber auch bei großflächigen Kontaktelementen, die bereits einzeln jeweils hohe Kontaktfederkräfte aufbauen.
Letzteres trifft beispielsweise auf Hochlaststeckverbinder zu, die zum Laden von elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugen verwendet werden, und über deren Kontaktelemente relativ hohe elektrische Ströme bei gleichzeitig relativ hohen Spannungen geführt werden.
Eine gattungsgemäße Steckverbinderanordnung mit einem Drehhebel ist aus der deutschen Patentschrift DE 10 2012 018 270 B4 bekannt. Dieses Dokument zeigt eine Steckverbinderanordnung, die zum Laden von Elektrofahrzeugen vorgesehen ist. Dabei weist ein erster Steckverbinder drei einadrige Hochstromleitungen auf, die entsprechend ihrem Anwendungszweck einen relativ hohen Leitungsquerschnitt aufweisen, und daher relativ starr sind und über ihre Länge ein recht hohes Eigengewicht aufweisen. Besonders bei einer als Winkelsteckverbinder ausgeführten Steckverbinderanordnung ist dieses problematisch, da das Eigengewicht der Hochstromleitungen und deren Hebelwirkung eine recht große Kraft auf die miteinander verbundenen Kontaktelemente ausübt, die zu einem Verkanten der Kontaktelemente führt, wenn diese Kräfte nicht auf geeignete Weise abgefangen werden.
Um diese Kräfte gering zu halten, sieht die in der DE 10 2012 018 270 B4 dargestellte Steckverbinderanordnung mehrere seitlich am zweiten Steckverbindergehäuse angeformte Zapfen vor, die mit Nuten am ersten Steckverbindergehäuse verbunden werden. Um diese Verbindungen zu vervollständigen ist es erforderlich, den Drehhebel nach Abschluss einer Drehbewegung noch linear gegen den ersten und zweiten Steckverbinder zu verschieben, so dass der Drehhebel hier genauer als Drehschieberhebel zu bezeichnen ist. Der zum Verbinden und Arretieren der Steckverbinder vorgesehene Drehschieberhebelmechanismus ist vom Aufbau her relativ komplex und erfordert zum Verbinden und Trennen jeweils die aufeinanderfolgende Ausführung einer Dreh- und einer Schiebebewegung beziehungsweise umgekehrt.
Es stellte sich die Aufgabe, eine besonders stabile Steckverbinderanordnung zu schaffen, die ein einfaches Verbinden und Trennen der beteiligten Steckverbinder ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass an dem Drehhebel ein erstes Mitnehmerelement angeordnet ist, das bei einer Drehung des Drehhebels mit einem zweiten Mitnehmerelement formschlüssig zusammenwirkt, wobei das zweite Mitnehmerelement an einem Schieber angeordnet ist, der am zweiten Steckverbindergehäuse linear beweglich geführt ist, und dass an dem Schieber ein zweites Riegelelement angeordnet ist, das durch eine Bewegung des Schiebers translatorisch relativ zu einem am ersten Steckverbindergehäuse angeordneten ersten Riegelelement verschoben wird, wodurch eine formschlüssige Arretierung hergestellt beziehungsweise aufgehoben werden kann.
Das erste Mitnehmerelement ist am Drehhebel angeformt und kann beispielsweise eine, bezogen auf deren Lagerstelle, einfach radial vom Drehhebel abstehende Nase oder auch als ein am Drehhebel angeformtes Zahnradsegment ausgebildet sein. Das zweite Mitnehmerelement ist am zweiten Steckverbindergehäuse an einem linear verschiebbaren Schieber angeformt und passend zum Zusammenwirken mit dem zum zugehörigen ersten Mitnehmerelement etwa als eine einfache Ausnehmung oder als ein Zahnstangenabschnitt am verschiebbaren Schieber angeformt.
Besonders vorteilhaft ist, dass der Drehhebel ansonsten recht einfach ausgebildet sein kann. Der Drehhebel weist zur Parallelführung und Aufteilung der Kräfte zwei miteinander verbundene parallele Seitenflächen auf, welche nicht mehr als jeweils eine Führungsbahn aufzuweisen brauchen. Beim Aneinanderfügen des ersten und des zweiten Steckverbindergehäuses wird in jede Führungsbahn ein am zweiten Steckverbindergehäuse angeformter Zapfen eingesetzt. Danach kann durch eine Drehbetätigung des Drehhebels der Zapfen entlang der Führungsbahn bewegt werden, wodurch die beiden Steckverbindergehäuse und die darin angeordneten elektrischen Kontaktelemente aufeinander zu verschoben werden. Hat der Drehhebel seine Drehendstellung erreicht, sind durch die erreichte Verschiebung sowohl die Steckverbindergehäuse als auch die elektrischen Kontaktelemente miteinander verbunden.
Im Verlauf der Drehbewegung des Drehhebels gelangen die beiden Steckverbinder in eine relative Position zueinander, in der das erste Mitnehmerelement mit dem zweiten Mitnehmerelement zusammenwirken kann. Dabei greift das am Drehhebel angeordnete erste Mitnehmerelement in das am Schieber angeordnete zweite Mitnehmerelement ein und verschiebt den Schieber translatorisch, wodurch ein erstes Riegelelement am ersten Steckverbindergehäuse und ein zweites Riegelelement am Schieber relativ zueinander in eine Verriegelungsstellung gebracht werden.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung dargestellt und näher erläutert. Es zeigen

1 eine Steckverbinderanordnung mit Steckverbindern in einer Vorraststellung,
2 die Steckverbinderanordnung mit den Steckverbindern in einer Endraststellung,
3 eine Detailansicht von Mitnahme- und Riegelelemente,
4 eine Detailansicht der Riegelelemente,
5 das Zusammenwirken der Riegelelemente beim Trennen der Steckverbindergehäuse,
6 und 7 das Zusammenwirken der Riegelelemente bei einer Fehlstellung des Schiebers.

Die 1 und 2 zeigen eine aus zwei Steckverbindern bestehende Steckverbinderanordnung, die in einem Elektrofahrzeug zur Herstellung einer Ladesteckverbindung eingesetzt werden kann. Dabei bildet der erste Steckverbinder einen mobilen Verbinder, während der zweite Steckverbinder vorzugsweise fest mit der Karosserie des Elektrofahrzeugs verbunden ist. Zur Vereinfachung der Darstellung ist in den Figuren auf eine Abbildung elektrischer Komponenten, wie elektrische Anschlusskabel und elektrische Kontaktelemente, die bei einer montierten realen Steckverbinderanordnung selbstverständlich vorhanden sind, weitgehend verzichtet worden. Der erste und der zweite Steckverbinder werden daher in der Zeichnung im Wesentlichen durch ihre Steckverbindergehäuse 1, 2 repräsentiert.
In den 1 und 2 sind am ersten Steckverbindergehäuse 1 zwei horizontal ausgerichtete Kabelabgangsstutzen 13 erkennbar, an denen, bezogen auf die Größe des Steckverbindergehäuses 1, der Anschluss zweier relativ querschnittstarker und dadurch auch schwerer Anschlussleitungen vorgesehen ist.
Die Abgangsrichtung eines in der 2 erkennbaren Anschlusses 16 am zweiten Steckverbindergehäuse 2 verläuft senkrecht zu dessen Grundfläche nach unten und damit im rechten Winkel zur Abgangsrichtung der von den Kabelabgangsstutzen 13 abgehenden Anschlussleitungen des ersten Steckverbindergehäuses 1. Die hier dargestellte Steckverbinderanordnung ist somit als eine Winkelsteckverbinderanordnung ausgeführt.
Die beiden Steckverbindergehäuse 1, 2 befestigen intern hier nicht dargestellte, zueinander komplementäre stift- und buchsenartige Kontaktelemente, die als Flach- oder Rundstecker ausgeführt sein können. Da für hohe elektrische Lasten ausgelegte Kontaktelemente üblicherweise recht hohe Kontaktkräfte aufbringen, wird das Zusammenfügen des ersten und des zweiten Steckverbinders hier durch einen kraftverstärkenden Drehhebelmechanismus unterstützt.
Dazu ist am ersten Steckverbindergehäuse 1 ein Drehhebel 3 um eine Lagerstelle 14 verschwenkbar gelagert. Der Drehhebel 3 besteht aus zwei zueinander parallelen Seitenflächen 4, die über einen Verbindungsabschnitt 15 miteinander verbunden sind. Der Verbindungsabschnitt 15 erfüllt dabei zugleich eine Funktion als Griffstück und Betätigungselement des Drehhebels 3.
Die beiden Seitenflächen 4, von denen in der Zeichnung nur eine vollständig erkennbar ist, sind symmetrisch zueinander ausgebildet und weisen jeweils eine Führungsbahn 5 auf. Nach dem losen Aneinanderfügen des ersten und des zweiten Steckverbindergehäuses 1, 2 kann bei aufgestellten Drehhebel 3 jeweils ein am zweiten Steckverbindergehäuse 2 angeformter Führungszapfen 6 in jede Führungsbahn 5 eingesetzt werden. Aus der in der 1 dargestellten Anfangsstellung des Drehhebels 3 kann dieser dann manuell bis in die in der 2 dargestellte Endstellung verschwenkt werden. Dabei folgen die Führungszapfen 6 an beiden Seitenflächen 4 des Drehhebels 3 den Führungsbahnen 5.
Da sich der Verlauf der Führungsbahnen 5 der Lagerstelle 14 des Drehhebels 3 immer weiter annähert, werden die Führungszapfen 6 am zweiten Steckverbindergehäuse 2 immer dichter an die Lagerstelle 14 herangeführt. Dies bewirkt eine Relativbewegung zwischen dem ersten und dem zweiten Steckverbindergehäuse 1, 2, die so durch die Hebelverschwenkung immer weiter einander angenähert werden. Vorteilhaft dabei ist es, dass durch die Verwendung des kraftverstärkenden Drehhebels 3 das Zusammenfügen der Steckverbindergehäuse 1, 2 mit einem geringen Kraftaufwand erfolgen kann.
Bei der in der 2 dargestellten Endstellung des Drehhebels 3 sind sowohl die beiden Steckverbindergehäuse 1, 2 als auch die, hier nicht dargestellten elektrischen Kontaktelemente der Steckverbinder bereits vollständig miteinander verbunden.
Am Verbindungsabschnitt 15 des ersten Steckverbinders ist in der 1 ein mechanischer CPA-Riegel erkennbar, der manuell verschoben werden kann und der in der Endstellung des Drehhebels (2) den Drehhebel 3 am Gehäuse des ersten Steckverbinders 1 verriegelt und dadurch mechanisch sichert.
Um zusätzlich eine Stabilisierung der mechanischen Verbindung der beiden Steckverbindergehäuse 1, 2 zu erreichen, ist ein am zweiten Steckverbindergehäuse 2 ein bewegliches, translatorisch geführtes Element angeordnet, welches hier als Schieber 9 bezeichnet wird.
Der Schieber 9 kann durch eine Betätigung des Drehhebels 3 am ersten Steckverbindergehäuse 1 senkrecht zur Verbindungsrichtung der beiden Steckverbindergehäuse 1, 2 verschoben werden. Hierzu weisen die Seitenflächen 4 des Drehhebels 3 jeweils ein angeformtes nasenartiges Mitnehmerelement 7 auf, welches bei einer Verschwenkung des Drehhebels 3 von der Anfangs- in die Endstellung mit einem zweiten Mitnehmerelement 8 am Schieber 9 zusammenwirkt und dadurch den Schieber 9 gegen die übrigen Komponenten des zweiten Steckverbindergehäuses 2 verschiebt.
Diese Verschiebung des Schiebers 9 bewegt zugleich ein am Schieber 9 angeordnetes zweites Riegelelement 11 gegen ein erstes Riegelelement 10 am ersten Steckverbindergehäuse 1. Das erste Steckverbindergehäuse 1 wird so über die aneinandergefügten Riegelelemente 10, 11 mechanisch an dem Schieber 9 und damit zugleich am zweiten Steckverbindergehäuse 2 fixiert.
Die Verbindungsstelle der beiden Riegelelemente 10, 11 liegt dabei vorzugsweise zwischen den Kontaktkammern 23, 24 der beiden Steckverbindergehäuse 1, 2 und den Ausgängen der Kabelabgangsstutzen 13 des ersten Steckverbinders 1. Die zusammengefügten Riegelelemente 10, 11 stützen dadurch die durch die Gewichtskräfte der Ausgangsleitungen auf die Kontaktkammern 23, 24 der Steckverbindergehäuse 1, 2 wirkenden Scherkräfte an geeigneter Stelle ab.
Besonders vorteilhaft ist es, dass das Zusammenfügen der Riegelelemente 10, 11 keinen zusätzlichen Montageschritt erfordert, sondern beim Umlegen des Drehhebels 3 selbsttätig geschieht.
Die beiden aneinandergefügten Riegelelemente 10, 11 sind in der 3 und vergrößert in der 4 dargestellt. Erkennbar ist, dass beide Riegelelemente 10, 11 jeweils gegeneinander abgewinkelte Flächenabschnitte 19, 20 (siehe 7) ausbilden. Jeweils ein Flächenabschnitt 19, 20 des ersten und des zweiten Riegelelements 11 liegen berührend aneinander an. Diese Flächenabschnitte 19, 20 sind unter einem Winkel von ungefähr 45° zur Bewegungsrichtung des Schiebers 9 beziehungsweise zur Steckrichtung der beiden Steckverbindergehäuse 1, 2 ausgerichtet.
Vorzugsweise liegt die Unterkante des ersten Riegelelements 10 auf einem Teilstück 12 des Schiebers 9 auf, so dass das erste Riegelelement 10 zwischen dem Teilstück 12 des Schiebers 9 und dem zweiten Riegelelement 11 klemmend gehalten wird. Hierdurch werden Vertikalbewegungen des ersten Steckverbindergehäuses 1 wirkungsvoll unterbunden.
Die 5 zeigt, dass beim Trennen der Steckverbindergehäuse 1, 2 sich die Riegelelemente 10, 11 selbsttätig voneinander lösen. Das Trennen der Steckverbindergehäuse 1, 2 wird, nach dem Entriegeln des CPA-Riegels 17, durch ein Verschwenken des Drehhebels 3 in Richtung seiner Anfangsstellung eingeleitet. Dabei entfernt sich das am Drehhebel 3 angeformte erste Mitnehmerelement 7 vom zweiten Mitnehmerelement 8 am Schieber 9 und gibt dadurch zugleich die Beweglichkeit des Schiebers 9 frei.
Mit der Drehbewegung des Drehhebels 3 in Richtung seiner Anfangsstellung bewegen sich zudem die Führungszapfen 6 entlang der Führungsbahnen 5, wodurch sich die Steckverbindergehäuse 1, 2 voneinander trennen. Dadurch wird auch das erste Riegelelement 10 in vertikaler Richtung angehoben. Dieses bewirkt ein Abgleiten des Flächenabschnitts 20 des zweiten Riegelelements 11 vom Flächenabschnitt 19 des ersten Riegelelements 10, wodurch sich der Schieber 9 in einer Ausweichbewegung seitlich in Richtung seiner Anfangsstellung bewegt. Damit entriegeln sich die beiden Riegelelemente 10, 11 vollständig und ermöglichen ein vollständiges Trennen der beiden Steckverbindergehäuse 1, 2 voneinander.
Bei noch unverbundenen Steckverbindergehäusen 1, 2 ist der Schieber 9 am zweiten Steckverbindergehäuse 2 grundsätzlich frei verschiebbar. Hierdurch ist es möglich, dass am Beginn des Zusammenfügens der beiden Steckverbindergehäuse 1, 2 der Schieber 9 sich nicht in seiner vorgesehen Anfangsstellung befindet. Befindet sich der Schieber in einer solchen Fehlstellung, dargestellt in den 6 und 7, so treffen die beiden Riegelelemente 10, 11 bei Zusammenfügen der Steckverbindergehäuse 1, 2 mit ihren Endabschnitten aufeinander.
Vorteilhafterweise weisen die beiden Riegelelemente 10, 11 daher beide jeweils eine etwa senkrecht zu ihren Flächenabschnitten 19, 20 ausgerichtete Stirnfläche 21, 22 auf, die beim Aufeinandertreffen der Riegelelemente 10, 11 parallel aufeinandertreffen. Bei einer Vertikalbewegung des ersten Riegelelements 10 weicht dadurch das zweite Riegelelement 11 seitlich aus und verschiebt so den Schieber 9 in Richtung seiner Anfangsstellung, so dass das erste Riegelelement 10 das zweite Riegelelement 11 in der vertikalen Richtung passieren kann. Bei der weiteren Bewegung des Drehhebels 3 wird der Schieber 9, wie bereits erläutert, durch die zusammenwirkenden Mitnehmerelemente 7, 8 in seine vorgesehene Endstellung verschoben und damit die Riegelelemente 10, 11 aneinandergefügt.
Der am zweiten Steckverbindergehäuse 2 angeordnete Schieber 9 schafft so, zusammen mit jeweils einem Riegelelement 10, 11 am ersten Steckverbindergehäuse 1 sowie am Schieber 9, eine stabilisierende Zusatzverriegelung zwischen zwei Steckverbindergehäusen 1, 2 ohne dabei den Montageaufwand beim Verbinden oder Trennen der Steckverbinder zu erhöhen.
Bezugszeichenliste

1: erstes Steckverbindergehäuse
2: zweites Steckverbindergehäuse
3: Drehhebel
4: Seitenflächen
5: Führungsbahn(en)
6: Führungszapfen
7: erstes Mitnehmerelement
8: zweites Mitnehmerelement
9: Schieber
10: erstes Riegelelement
11: zweites Riegelelement
12: Teilstück
13: Kabelabgangsstutzen
14: Lagerstelle
15: Verbindungsabschnitt
16: Anschluss
17: CPA-Riegel
19, 20: Flächenabschnitte
21, 22: Stirnflächen
23, 24: Kontaktkammern

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012018270 B4 [0004, 0005]

Claims

Steckverbinderanordnung aufweisend einen ersten Steckverbinder mit einem ersten Steckverbindergehäuse (1) und einen zweiten Steckverbinder mit einem zweiten Steckverbindergehäuse (2), wobei an dem ersten Steckverbindergehäuse (1) ein Drehhebel (3) mit zwei miteinander verbundenen parallelen Seitenflächen (4) angeordnet ist, welche jeweils eine Führungsbahn (5) aufweisen, in die in einer ersten Drehstellung des Drehhebels (3) jeweils ein am zweiten Steckverbindergehäuse (2) angeformter Führungszapfen (6) einfügbar ist, und durch eine Drehung des Drehhebel (3) in der Führungsbahn (5) verschoben werden kann, wodurch die beiden Steckverbindergehäuse (1, 2) aufeinander zu bewegt werden und elektrische Kontaktelemente innerhalb der Steckverbindergehäuse (1, 2) miteinander verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Drehhebel (3) ein erstes Mitnehmerelement (7) angeordnet ist, das bei einer Drehung des Drehhebels (3) mit einem zweiten Mitnehmerelement (8) formschlüssig zusammenwirkt, wobei das zweite Mitnehmerelement (8) an einem Schieber (9) angeordnet ist, der am zweiten Steckverbindergehäuse (2) linear beweglich geführt ist, und dass an dem Schieber (9) ein zweites Riegelelement (11) angeordnet ist, das durch eine Bewegung des Schiebers (9) translatorisch relativ zu einem am ersten Steckverbindergehäuse (1) angeordneten ersten Riegelelement (10) verschoben wird, wodurch eine formschlüssige Arretierung hergestellt beziehungsweise aufgehoben werden kann.
Steckverbinderanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Riegelelement (10, 11) jeweils einen Flächenabschnitt (19, 20) ausbilden, der in einem Winkel von etwa 45° gegen die Verschieberichtung ausgerichtet ist.
Steckverbinderanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Riegelelement (10, 11) zueinander parallele Stirnflächen (21, 22) aufweisen.