-
Die Erfindung betrifft ein Steckverbindersystem zur lösbaren Kontaktierung elektrischer Leiter für die Realisierung einer elektrisch leitenden Verbindung, aufweisend einen Steckverbinderstecker mit wenigstens einem Steckkontaktpin und einen Steckverbindergegenstecker mit wenigstens einer Steckkontaktbuchse, wobei Steckverbinderstecker und Steckverbindergegenstecker sowie der wenigstens eine Steckkontaktpin und Steckkontaktbuchse derart korrespondierend miteinander sind, dass diese durch lösbares Ineinanderstecken eine elektrisch leitende Verbindung herstellen.
-
Zur Kontaktierung oder Herstellung lösbarer elektrisch leitender Verbindungen werden Steckverbinder in unterschiedlichsten Ausbildungen und Varianten eingesetzt. Steckverbindungslösungen sind in einer Vielzahl verschiedener Konstruktionen verfügbar, beispielsweise hinsichtlich der Polzahl, elektrischer Leistungen und der Konditionierung unterschiedlichster äußerer Einwirkungen wie Feuchte, Temperatur, korrosive Medien oder mechanischer Belastungen.
-
Je nach Umgebungsbedingungen und den sich daraus ergebenden Einwirkungen muss sichergestellt sein, dass die Kontaktierungsaufgabe dauerhaft, zuverlässig und störungsfrei realisiert wird. Um dieses Ziel zu erreichen sind Schutzarten definiert worden, welche durch IP-Codes (IP = International Protection) ausgedrückt werden und denen Prüfungsverfahren mit verschiedenen Umgebungsbedingungen hinterlegt sind.
-
Steckverbinder zur Realisierung verschiedener Schutzarten bzw. IP-Codes, IP-Klassen sind in vielen Fällen von Gehäusen umschlossen, eingehaust, teil- oder vollständig abgedichtet oder auch abgeschirmt.
-
Werden Gehäuse oder entsprechend ausgebildete Steckverbinder zur Erfüllung insbesondere höherer IP-Klassen, beispielsweise IP65 oder IP68 eingesetzt, ergeben sich erhöhte Anforderungen hinsichtlich der Dichtheitseigenschaften. Steckverbinder innerhalb des Einsatzgebietes von Geräten, Betriebsmitteln, Leuchten, Installationsmaterial usw., beispielsweise mit Schutzart IPX7 müssen zumindest temporär, phasenweise Schutz gegen eindringendes Wasser bei Untertauchen bieten, d. h. gegen zeitweiliges Untertauchen.
-
Die
DE 10 2017 000 466 A1 zeigt einen abgedichteten Steckverbinder mit Push-Pull Verriegelungssystem. Der vorgestellte Steckverbinder zur Verbindung mit einer komplementären Steckdose in einem Betriebszustand zur Herstellung einer Datenverbindung umfasst ein Verbindergehäuse mit einer Verbindungseinrichtung, welche ausgebildet ist, mit der komplementären Steckdose zumindest teilweise in Eingriff zu gelangen und damit verbunden zu werden sowie ein umlaufendes Dichtelement, wobei das umlaufende Dichtelement an der Verbindungseinrichtung angeordnet ist; und ein umlaufendes Presselement, das ausgelegt ist, das umlaufende Dichtelement an dem Verbindergehäuse zu fixieren, wobei das umlaufende Dichtelement ausgelegt ist, in dem Betriebszustand eine Dichtung gegenüber dem Verbindergehäuse und/oder eine Dichtung gegenüber der komplementären Steckdose herzustellen. Das umlaufende Presselement ist ausgebildet, das umlaufende Dichtmittel an dem Verbindergehäuse, und insbesondere an der Verbindungseinrichtung durch ein Klemmen des Dichtelements zu fixieren. Klemmen in diesem Sinne bedeutet ein Einschließen zumindest eines Teils des Dichtelements zwischen dem Presselement und dem Verbindergehäuse, wobei das Dichtmittel durch das Einschließen in mindestens einer Richtung komprimiert wird. Hierdurch wird ein Abfallen des Dichtelements von dem Verbindergehäuse vorteilhaft vermieden.
-
Um mit Steckverbindungselementen den Schutzgrad IP67 (vollständiger Schutz gegen Staubeintritt und Eintauchen) der entsprechenden Normvorschriften (Norm IEC 60529) zu erfüllen, stellt die
DE 60 2004 010 507 T2 elektrische Verbindungselemente vor, welche durch Einstecken zusammenzuwirken, primär bestehen aus einem zylindrischen Gehäuse, das innen einen Schacht zur Aufnahme von elektrischen Kontaktteilen bildet und außen um den Rand des Schachts herum einen Kragen aufweist, der in Abstand zum Schacht radial vom Gehäuse aus verläuft, eine ringförmige flache Dichtung aus verformbarem elastischem Material, die am Gehäuse angesetzt ist, indem sie gegen die der Öffnung des Schachts nächstgelegene Schulterfläche des Kragens gedrückt wird, und dazu bestimmt ist, zwischen dem elektrischen Verbindungselement und dem komplementären Verbindungselement angeordnet zu sein, wenn beide Elemente miteinander verbunden sind, und Drehklemmmittel, die dazu bestimmt sind, mit komplementären Klemmmitteln, die auf dem komplementären elektrischen Verbindungselement vorgesehen sind, zusammenzuwirken, um durch Druck auf die Dichtung einzuwirken, wenn die beiden elektrischen Verbindungselemente miteinander verbunden sind, wobei die Dichtung aus einem Material mit geringer Verformungsfestigkeit gebildet ist und wenigstens so weit reicht, dass sie im Wesentlichen mit dem Rand des Kragens bündig ist.
-
In der
DE 60 2004 010 507 T2 sind weitere Empfehlungen und Hinweise zu dem Dichtungsmaterial, dessen Härte und Druckfestigkeit sowie weiterer Eigenschaften erläutert.
-
Die
DE 44 30 775 A1 offenbart einen wasserdichten Verbinder mit wenigstens einem Anschlusspassstück, welches einen verbindenden bzw. Verbindungsabschnitt und einen Drahtverbindungsabschnitt beinhaltet. Ein dichtendes bzw. Dichtglied ist auf dem Anschlusspassstück festlegbar, wobei das Dichtglied mit einem Montageloch ausgebildet ist, welches ein Durchgangsloch ist, um es dem Verbindungsabschnitt zu ermöglichen, eingebracht zu werden. Der Verbinder umfasst weiterhin ein Verbindergehäuse mit einem Hohlraum für wenigstens ein Aufnehmen des Anschlusspassstückes, wobei das Dichtglied in engem Kontakt mit der inneren Wandoberfläche des Hohlraums gehalten ist.
-
Eine auf der
DE 44 30 775 A1 basierende andere technische Variante zur Realisierung wasserdichter Steckverbindungen wird in der
DE 60 2005 005 100 T2 vorgestellt, bei der die Steckkontaktpins mit abdichtenden Gliedern versehen sind. Es wird ein abdichtendes Glied eingebracht, das zwischen einem miteinander verriegelnden Abschnitt, welcher mit einem rückstellfähig deformierbaren verriegelnden Abschnitt in Eingriff bringbar ist, welcher in oder an einem Hohlraumvorderabschnitt ausgebildet ist, und dem Drahtverbindungsabschnitt montiert bzw. angeordnet ist. Das abdichtende Glied bzw. Dichtglied vor dem Drahtverbindungsabschnitt oder auf der Seite gegenüberliegend der Drahtverbindungsseite, wie dies von der Drahtseite gesehen wird, zur Verfügung gestellt ist, kann, selbst wenn Wasser durch das Innere des Drahtes eintritt, jede weitere Vorwärtsbewegung des Wassers, d. h. ein Ankommen des Wassers auf zusammenpassenden bzw. abgestimmten Abschnitten der zusammenpassenden Anschlusspassstücke vermeiden.
-
Die
DE 196 46 293 C1 schlägt einen abgedichteten Steckverbinder vor, der einen blockförmigen Kontaktträger mit einer zentralen Öffnung und Kontaktkammern aufweist. Um bei diesem bekannten Steckverbinder die Kapillarwirkung von Feuchtigkeit auf Grund der Umgebungsbedingungen auszuschalten und der damit weder Feuchtigkeit noch Verunreinigungen an die zu schützenden Kontaktpartner und ggf. elektronische Schaltungen sowie Anschlussleiterenden gelangen lässt, wird vorgeschlagen, dass der gesamte Kontaktträger nicht nur an seinen seitlichen Außenflächen, sondern auch zumindest teilweise über die Stirnfläche des Kontaktträgers hinweg mit dem Außenmantel versehen wird, wobei dadurch der sich über die Stirnseite des Kontaktträgers erstreckende Werkstoffbereich des Außenmantels zumindest abschnittsweise mit Fußbereichen eines Dichtkragens zugfest miteinander verbunden wird. Dadurch wird zwar schon in gewisser Weise verhindert, dass der aus einem relativ weich eingestellten Kunststoffmaterial bestehende Außenmantel von der Außenfläche oder der Stirnfläche des Kontaktträgers abheben kann.
-
Neben den vielfach im Stand der Technik verfügbaren Abdichtungslösungen für Steckverbinder und lösbaren Kontaktierungen wurden technische Konzepte entwickelt, um eingedrungenes Wasser zu entfernen. Zu diesem Zweck ist es bekannt, Drainagen anzubringen, die in die Kontaktkammern oder den Steckkragen der Steckverbinder eingedrungenes Wasser über einen entsprechenden Drainagepfad wieder aus dem Steckverbinderbereich ableiten. Solche Drainageöffnungen in den Kontaktkammern und innerhalb des Steckkragens haben außerdem den Vorteil, dass beim Zusammenstecken und beim Lösen der Steckverbindung ein Luftaustausch stattfinden kann, so dass die Steckkräfte so gering wie möglich bleiben. Beispiele für derartige Drainageanordnungen sind in der
US 8,257,101 B2 und in der
EP 2 525 443 A1 beschrieben.
-
Problematisch bei solchen Wasserableitkanälen hinaus aus dem Steckverbinder kann sein, dass diese Drainagen Ursache für unerwünschte Kriechströme sind. Die
DE 10 2013 213 336 A1 schlägt zur Verbesserung der Kriechstromfestigkeit vor, dass jede der Kontaktkammern mit einem eigenen Drainagekanal verbunden wird, der einstückig und von den anderen Drainagekanälen getrennt in dem Gehäuse ausgeformt ist. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass sich die drainierten Flüssigkeiten aus den verschiedenen Kontaktkammern nicht mehr zu einer geschlossenen elektrischen Verbindung im Sinne eines Kriechstrompfades berühren können. Die vorgestellte Konstruktion umfasst mindestens zwei Kontaktkammern, welche die Leistungskontaktelemente beinhalten, die innerhalb eines rohrförmigen Stecksockels angeordnet sind. Da dieser Stecksockel meist so angeordnet wird, dass er schräg nach hinten orientiert ist, kann sich Flüssigkeit darin sammeln und es muss eine eigene Drainageöffnung für diesen Bereich, der nachfolgend auch als Steckgesicht bezeichnet wird, vorgesehen werden. Die Drainageöffnung wird mit genau einem der Drainagekanäle verbunden, so dass keine Verbindung zu den übrigen Kontakten entstehen kann. Vorzugsweise ist dies der Drainagekanal, der die Kontaktkammer eines mit Masse verbundenen Kontaktelements entwässert.
-
Des Weiteren stellen die Dokumente
US 2,677,115 A ,
US 4,911,652 A ,
JP 2000-23332 A ,
WO 96/28864 A1 ,
US 3,747,048 A ,
US 4,090,759 A ,
JP 2018-22605 A ,
US 2018/0261952 A1 und
DE 10 2016 105 497 B3 Hintergrundinformationen zum Gegenstand der vorliegenden Erfindung dar.
-
Aus der
JP 2000-23332 A ist ein Steckverbindersystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt.
-
Im Stand der Technik sind primär zwei verschiedene Zielrichtungen für abgedichtete Steckverbindungen vorzufinden:
- - Mit Abdichtungslösungen für verschiedene Anforderungen, Umweltbedingungen oder IP-Schutzklassen, oder
- - mit Mitteln zur Abführung von eingedrungenem Wasser.
-
Lösungen hinsichtlich einer Wasserbenetzung, Befeuchtung, Feuchteeinwirkung von Steckverbindern vor deren Zusammenstecken sind nicht verfügbar. Situationen dieser Art sind besonders häufig anzutreffen bei der Anwendung lösbarer Steckverbindungen im Offshorebereich, wie beispielsweise Booten, Schiffen, allgemein Wasserfahrzeuge oder Wassersportgeräte, wie beispielsweise Surfbrettern mit elektrischen Einrichtungen, Antrieben oder Jet-Skis. Werden die bekannten Steckverbindungen mit feuchten, nassen bzw. flüssigkeitsbenetzten Steckverbindersteckern montiert, zusammengesteckt sind mehrere Probleme möglich:
- - Kriechströme infolge von sich durch die Feuchte im Gehäuseinnenraum bildenden Kriechstrecken,
- - Korrosion der elektrischen Leiter,
- - Kurzschluss,
- - Funken- oder Lichtbogenbildung und nicht zuletzt die sich daraus ergebenden
- - Gefährdungen für Personen, Bedien- und Benutzungspersonal.
-
Es ist Aufgabe der Erfindung die bestehenden Konstruktionen der verfügbaren Steckverbindungslösungen weiterzuentwickeln und derart zu verbessern, dass deren Zusammenstecken, Kontaktieren, Montieren auch nach vorheriger Wasser-, Feuchteeinwirkung auf die Steckverbinderstecker möglich ist sowie die im Stand der Technik auftretenden Nachteile wenigstens teilweise reduziert werden. Insbesondere ist vorgesehen, die erfindungsgemäßen Steckverbinder für dem Einsatz im Offshorebereich zu konditionieren.
-
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, eine Wasserabführung im ungesteckten Zustand bzw. eine Wasserverdrängung beim Steckvorgang in die Steckverbindung zu integrieren. Das bedeutet, dass die bestehenden Steckverbinderlösungen, d. h. die nicht, teilweise oder vollständig abgedichteten Steckverbindungen Funktion erweitert werden mit einer konstruktiven Lösung, die es ermöglicht, auch nasse, befeuchtete Steckverbinderstecker zu stecken, montieren, in Kontaktierungslage zu bringen. Vorzugsweise werden Steckverbindungen um diese Funktion erweitert, die im gesteckten Zustand nach IPX7 abgedichtet sind.
-
Die Erfindung schlägt vor, den oder die Steckkontaktpins jeweils mit einem Kegel zu umgeben, der dafür sorgt, dass das vorhandene oder eingedrungene Wasser Richtung Steckerboden abgeführt oder wegtransportiert wird. Das bedeutet, dass jeder der Steckkontaktpins innerhalb des Steckkontaktgehäuses durch eine domförmige Erhebung mit äußerer Kegelkontur aufgenommen ist. Die Kegelkontur ist in Richtung der Steckkontaktspitze verjüngend ausgebildet.
-
Der Steckerboden ist zumindest in einer Richtung normal zur Steckrichtung von der Steckermitte aus abfallend gestaltet, sodass das Wasser aus dem Steckerinnenraum weggeführt wird.
-
Die Anordnung des oder der Steckkontaktpins innerhalb des Steckverbindersteckergehäuses ist vorzugsweise im Mittenbereich einer radialen Schnittebene und wird eingefasst von einer in axialer Richtung offenen, prismatischen oder zylindrischen Steckerwandung, welche sich vom Steckerboden aus radial erstreckt und im Bodenbereich wenigstens eine Ablaufbohrung aufweist. Durch die wenigstens eine Ablaufbohrung in der Steckerwandung ist das durch den oder die domförmigen Erhebungen mit Kegelkontur aus dem Steckkontaktbereich wegtransportierte Wasser, Feuchtigkeit, Flüssigkeit ableitbar, hinausleitbar aus dem Steckkontaktsteckerinnenbereich.
-
Der Steckverbindergegenstecker mit einer oder mehreren Steckkontaktbuchsen zur Kontaktherstellung mit den Steckkontaktpins des Steckkontaktsteckers weist stirnseitig und eingangsseitig der Steckkontaktbuchse wenigstens eine vorzugsweise angespritzte Dichtung aus einem Kunststoffwerkstoff auf, welche
- a. Das Abstreifen von Feuchte, Wasser, Flüssigkeit von dem jeweiligen Steckkontaktpin beim Steckvorgang bewirkt und
- b. im gesteckten Zustand unabhängig von der Wasser-, Feuchte-, Flüssigkeitsabführung die radiale Abdichtung der Steckkontaktpartner jeweils einzeln realisiert.
-
Dabei wird die Abdichtung durch das Zusammenwirken der Dichtung an und mit der domförmigen Erhebung an seiner äußeren Kegelkontur bewerkstelligt. Das bedeutet, dass die Abdichtung der jeweiligen Steckkontaktpartner innerhalb des Steckverbindergehäuses erfolgt und nicht die Abdichtung des gesamten Steckverbindergehäuses nach außen. Auf diese Weise kann die zu erreichende Schutzart beispielsweise IPX7 betragen.
-
Funktional sorgt die konstruktive geometrische Gestaltung der zuvor beschriebenen domförmigen Erhebung mit Kegelkontur in Verbindung mit dem nach außen abfallenden Steckerboden des Steckverbindersteckers mit Steckkontaktpins weiterhin dafür, dass während und nach dem Steckvorgang von Steckverbinderstecker mit dem Steckverbindergegenstecker das durch die Dichtung von dem Steckkontaktpin abgestreifte Wasser, Feuchtigkeit, Flüssigkeit aus dem Steckkontaktsteckerinnenbereich wegtransportiert abgeleitet, hinausgeleitet wird. Die wenigstens eine Ablaufbohrung, eingebracht in die in axialer Richtung offene, prismatische oder zylindrische Steckerwandung, welche sich vom Steckerboden aus radial erstreckt, wird das Wasser, Feuchtigkeit, Flüssigkeit aus dem Steckkontaktsteckerinnenbereich hinausgeleitet.
-
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines exemplarischen Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
- 1 die Seitenansicht sowie die Schnitt-Vorderansicht des Steckverbindersystems mit einem Steckverbinderstecker und einem Steckverbindergegenstecker;
- 2 die Vorderansicht sowie die Schnitt-Seitenansicht des Steckverbindersteckers;
- 3 die vergrößerte Detail-Schnitt-Seitenansicht des Steckverbindersteckers.
-
1 zeigt links die Seitenansicht sowie rechts die Schnitt-Vorderansicht des Steckverbindersystems 1 mit einem Steckverbinderstecker 10 und einem Steckverbindergegenstecker 20. Der grundsätzliche Aufbau dieses exemplarischen Ausführungsbeispiels des Steckverbindersystems 1 ist hier realisiert durch den mittleren Bereich mit der Kontaktierungsvorrichtung und den äußeren Bereichen mit Arretierungsfunktion, Festlegungsmitteln und Einfädelhilfen. Der mittlere Bereich mit der Kontaktierungseinheit, gebildet durch das Steckverbindersystem 1, weist einen Steckverbinderstecker 10 mit wenigstens einem Steckkontaktpin 11 auf, welche im Mittenbereich des Steckverbindergehäuses in bzw. durch domförmige Erhebungen mit äußerer Kegelkontur 12 aufgenommen und gehaltert sind.
-
Der Steckverbindergegenstecker 20 des Steckverbindersystems 1 weist wenigstens eine Steckkontaktbuchse 21 auf, welche derart korrespondierend zu dem wenigstens einen Steckkontaktpin 11 des Steckverbindersteckers 10 angeordnet ist, dass eine elektrisch leitende, vorzugsweise lösbare Steckverbindung eingegangen und hergestellt werden kann. In Steckrichtung der Steckverbindungspartner 10, 20 zueinander ist vor der Öffnung der wenigstens einen Steckkontaktbuchse 21 eine Dichtung 22 vorgesehen.
-
Diese stirnseitig und eingangsseitig der Steckkontaktbuchse 21 vorzugsweise angespritzte Dichtung 22 realisiert funktional das Abstreifen von Feuchte, Wasser, Flüssigkeit von dem jeweiligen Steckkontaktpin 11 beim Steckvorgang und dichtet im gesteckten Zustand unabhängig von der Wasser-, Feuchte-, Flüssigkeitsabführung radial die Steckkontaktpaarung bestehend aus Steckkontaktbuchse 21 und Steckkontaktpin 11 ab.
-
Sowohl der Steckverbinderstecker 10 als auch der Steckverbindergegenstecker 20 können optional Gehäusedichtungen 16, 23 aufweisen, welche im Außenbereich des jeweiligen Gehäuses angeordnet sind und ein eine Abdichtung zu oder gegenüber angrenzenden Einbaubauteilen ermöglichen. Das gezeigte exemplarische Ausführungsbeispiel zeigt beispielhaft jeweils eine in eine Nut eingelegte Rundschnurdichtung mit rundem Profil.
-
2 umfasst die Vorderansicht (links) sowie die Schnitt-Seitenansicht (rechts) des Steckverbindersteckers 10 mit wenigstens einem Steckkontaktpin 11 auf, welche im Mittenbereich des Steckverbindergehäuses in bzw. durch domförmige Erhebungen mit äußerer Kegelkontur 12 aufgenommen und gehaltert sind und umfasst, eingefasst werden von einer in axialer Richtung offenen, prismatischen oder zylindrischen Steckerwandung 13, welche sich vom Steckverbinderboden 15 aus axial erstreckt und im Bodenbereich wenigstens eine vorzugsweise radiale Bohrung 14 aufweist. Die wenigstens eine Bohrung 14 ist derart an der in axialer Richtung offenen, prismatischen oder zylindrischen Steckerwandung 13 angrenzend an den zumindest in einer Richtung normal zur Steckrichtung von der Steckermitte aus abfallend gestalteten Steckverbinderboden 15 vorgesehen, dass das Wasser, Feuchte, Flüssigkeit aus dem Steckerinnenraum weggeführt wird.
-
Die 3 illustriert die vergrößerte Detail-Schnitt-Seitenansicht des Steckverbindersteckers 10 mit wenigstens einem Steckkontaktpin 11, welche im Mittenbereich des Steckverbindergehäuses in bzw. durch domförmige Erhebungen 12 mit äußerer Kegelkontur 12 aufgenommen und gehaltert sind und umfasst, eingefasst werden von einer in axialer Richtung offenen, prismatischen oder zylindrischen Steckerwandung 13, welche sich vom Steckverbinderboden 15 aus radial erstreckt und im Bodenbereich wenigstens eine vorzugsweise radiale Bohrung 14 aufweist.
-
Der Steckverbinderboden 15 ist zumindest in einer Richtung normal, d. h. in radialer Richtung zur Steckrichtung von der Steckermitte aus, abfallend gestaltet. Entsprechend der dadurch erzeugten schiefen Ebene sind die domförmigen Erhebungen 12 mittig in dem Steckverbinderstecker 10 in dieser Ansicht höher als die angrenzend benachbarten weiteren domförmigen Erhebungen 12, d. h. die mittigen domförmiger Erhebungen 12 überragen die angrenzenden domförmigen Erhebungen 12.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Steckverbindersystem
- 10
- Steckverbinderstecker
- 11
- Steckkontaktpin
- 12
- domförmige Erhebung, Kegelkontur
- 13
- Steckerwandung
- 14
- Bohrung
- 15
- Steckverbinderboden
- 16
- Gehäusedichtung
- 20
- Steckverbindergegenstecker
- 21
- Steckkontaktbuchse
- 22
- Dichtung
- 23
- Gehäusedichtung
