DE102021207010A1

DE102021207010A1 - Elektrisches Steckerelement und elektrische Vorrichtung

Info

Publication number: DE102021207010A1
Application number: DE102021207010.8A
Authority: DE
Inventors: Igor Tkach; Mohamed Lamdiziz; Matthias Gold
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-07-05
Filing date: 2021-07-05
Publication date: 2023-01-05

Abstract

Ausgegangen wird von einem elektrischen Steckerelement umfassend ein Steckergehäuse und zumindest einen innerhalb des Steckergehäuses angeordneten elektrischen Leiter mit zumindest einer Steckseite des elektrischen Leiters zur elektrischen Kontaktierung des elektrischen Steckerelements mit einem Kontaktieranschluss eines komplementären Gegensteckers und einer Anschlussseite des elektrischen Leiters zur elektrischen Kontaktierung mit einem Schaltungsträger. Der elektrische Leiter ist dabei von der Steckseite in das Steckergehäuse und von der Anschlussseite aus dem Steckergehäuse geführt. Im Steckergehäuse ist ferner ein von der Steckseite zugängliches Energieversorgungsfach ausgebildet. Dieses weist zumindest einen Potentialanschluss und einen Masseanschluss für eine Gleichspannungsquelle auf. Das Energieversorgungsfach ist dabei derart ausgebildet, mindestens eine elektrochemische Spanungszelle als die Gleichspannungsquelle austauschbar zwischen dem Potentialanschluss und dem Masseanschluss unter Bereitstellung einer Gleichspannungsversorgung aufzunehmen.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Steckerelement und eine elektrische Vorrichtung umfassend das elektrische Steckerelement gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.
Stand der Technik
Elektrische Vorrichtungen benötigen für Ihren Betrieb elektrische Energie. Je nach Anwendung wird die elektrische Energie durch verschiedene mögliche Energiequellen bereitgestellt, beispielsweise durch eine Wechselspannungsquelle oder durch eine Gleichspannungsquelle. In der Regel wird die elektrische Energie für die elektrische Vorrichtung zentral bereitgestellt. Beispielsweise werden Haushaltsgeräte, wie beispielsweise ein Mixergerät, ein Backofen, ein Fernseher usw. durch das häusliche 220V-Spannungsnetz versorgt. Es gibt zunehmend auch mobile Anwendungen, welche durch eine Batterie oder einen Akkumulator betrieben werden. Verbraucher innerhalb eines Kraftfahrzeuges werden durch das Bordnetzt versorgt, welches einen entsprechend groß dimensionierten Akkumulator aufweist. Der Akkumulator wird beispielsweise mittels eines Generators aufgeladen, welcher wiederrum in einem Nebenanschluss zu einem Verbrennungsmotor betrieben wird. Mitunter im Kfz-Bereich wird die Energie von der Spannungsquelle über Kabelbäume und Steckerelemente zum eigentlichen Verbraucher geführt. Die Energieversorgung kann oft für Zeiten, in denen ein Betrieb der elektrischen Vorrichtung nicht gebraucht oder erwünscht wird, unterbrochen bzw. abgeschaltet werden, beispielsweise durch einen Ein- und Ausschalter. Für manche Anwendungen, beispielsweise in einer Fehlersituation, ist trotz fehlender zentralen Energieversorgung eine Notversorgung erforderlich, beispielsweise für eine dann wirksam werdende Notfunktion.
Aus der Gebrauchsmusterschrift DE20 2005 009 526 U1 ist eine elektrische Vorrichtung zum Überwachen der Energieversorgung eines elektrischen Verbrauchers bekannt. Die elektrische Vorrichtung umfasst dabei als Teil einer elektrischen Schaltung auch eine Netzausfallschaltung zum Erkennen des Ausfalls der Energieversorgung. Die Netzausfallschaltung wird bei Ausfall einer Energieversorgung wirksam, in dem diese über ein aktiviertes Relais an eine innerhalb eines Gehäuses der elektrischen Vorrichtung angeordneten zusätzlichen Notfallbatterie geschaltet wird. Innerhalb der Netzausfallschaltung stellt nun die Batterie die Energieversorgung sicher und aktiviert einen akustischen Signalgeber zum Anzeigen des Netzausfalls. Bei einem Batterietausch muss das Gehäuse aufgemacht werden. Man muss darauf achten, dass man nicht mit Spannungsführenden Teilen der elektrischen Vorrichtung in Berührung kommt, insbesondere sollte die zentrale Netzversorgung noch anliegen.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine austauschbare sekundäre Energieversorgung für eine elektrische Vorrichtung besonders sicher und einfach bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch ein elektrisches Steckerelement sowie eine elektrische Vorrichtung umfassend das elektrische Steckerelement gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.
Ausgegangen wird von einem elektrischen Steckerelement umfassend ein Steckergehäuse und zumindest einen innerhalb des Steckergehäuses angeordneten elektrischen Leiter mit zumindest einer Steckseite des elektrischen Leiters zur elektrischen Kontaktierung des elektrischen Steckerelements mit einem Kontaktieranschluss eines komplementären Gegensteckers und einer Anschlussseite des elektrischen Leiters zur elektrischen Kontaktierung mit einem Schaltungsträger. Der elektrische Leiter ist dabei von der Steckseite in das Steckergehäuse und von der Anschlussseite aus dem Steckergehäuse geführt. Der elektrische Leiter steht bevorzugt sowohl von der Steckseite, als auch von der Anschlussseite von dem Steckergehäuse ab, kann aber auch auf zumindest einer der Seiten bis zu einer Abschlussfläche des Steckergehäuses reichen, beispielsweise mit zumindest einem endseitigen Abschluss in Form einer steckbaren Hülse. Im Steckergehäuse ist ferner ein von der Steckseite zugängliches Energieversorgungsfach ausgebildet. Dieses weist zumindest einen Potentialanschluss und einen Masseanschluss für eine Gleichspannungsquelle auf. Das Energieversorgungsfach ist dabei derart ausgebildet, mindestens eine elektrochemische Spanungszelle als die Gleichspannungsquelle austauschbar zwischen dem Potentialanschluss und dem Masseanschluss unter Bereitstellung einer Gleichspannungsversorgung aufzunehmen. Indem ein Steckerelement zum Anschluss eines Gegensteckers immer zugänglich gestaltet sein muss, ist damit zeitgleich auch ein Zugriff auf die elektrochemische Spannungszelle gewährleistet. Vorteilhaft ist eine Wartung und/oder ein Wechsel der elektrochemischen Spannungszelle in besonders einfacher Weise ermöglicht. Insbesondere kann die Wartung und oder der Wechsel ohne ein Öffnen eines Gehäuses einer elektrischen Vorrichtung erfolgen, wenn das Steckerelement im entsprechenden Gehäuse verbaut ist. Damit ist man auch keinen Spannungsführenden Teilen der elektrischen Vorrichtung ausgesetzt, welche beispielsweise bei Elektrofahrzeugen mehrere 100 Volt betragen können und derartige Spannungswerte für den Menschen lebensgefährlich sind. Ein Wechsel der elektrochemischen Spannungszelle ist dann beispielsweise auch durch einen Anwender der elektrischen Vorrichtung denkbar, da sowohl ein einfacher Zugang von der Steckseite des Steckerelements gegeben ist als auch jegliche Gefahr für den Anwender ausgeschlossen ist. Der Wechselbedarf kann beispielsweise durch eine optische Anzeige angezeigt werden. Eine elektrochemische Spannungszelle wird allgemein auch als galvanische Zelle bezeichnet. Hierbei kommen Batteriezellen (auch als Primärzellen bezeichnet) als auch Akkumulatorzellen (auch als Sekundärzellen bezeichnet), die wieder aufladbar sind, in Frage. Zukünftig sind sicher auch Brennstoffzellen (auch als Tertiärzelle bezeichnet) denkbar. Insbesondere standardisierte und käuflich erwerbbare Typen von elektrochemischen Spannungszellen sind gemäß IEC (International Electrotechnical Commission) genormt, beispielsweise der IEC-60086. Besonders vorteilhaft sind kleine Bauformen, wie beispielsweise eine Knopfzelle, eine zylindrische Rundzelle (insbesondere Typ IEC 1 gemäß IEC-60086) oder verschiedene Lithium-Ionen-Akkumulatoren.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des elektrischen Steckerelements möglich.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des elektrischen Steckerelements weist der Potentialanschluss und der Masseanschluss jeweils zumindest ein einstückiges Leiterelemente auf, insbesondere als Blechteil, beispielsweise aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung. Der Potentialanschluss und der Masseanschluss sind dabei jeweils durch das Steckergehäuse hindurch auf die Anschlussseite geführt. Sie bilden dann dort auf der Anschlussseite Gleichspannungsanschlusskontakte für den kontaktierbaren Schaltungsträger aus, welche bei zumindest einer im Energieversorgungsfach aufgenommenen elektrochemischen Spannungszelle dazu ausgebildet sind, eine Gleichspannung für zumindest eine elektronische Komponente und/oder zumindest einen Schaltungsteil des Schaltungsträgers bereitzustellen. Das Steckerelement weist in der Regel mehrere elektrische Leiter auf, wobei zumindest welche als Signalleiter vorgesehen sind und andere als Versorgungsleiter zur zentralen Spannungsversorgung eines mit dem Steckerelement elektrische kontaktierten Schaltungsträgers ausgebildet sind. Vorteilhaft kann über den Potentialanschluss und den Masseanschluss bei Aufnahme einer elektrochemischen Spannungszelle innerhalb des Energieversorgungsfaches eine Gleichspannungsversorgung bereitgestellt werden unabhängig von der Bereitstellung der über die Versorgungsleitungen anliegenden oder nicht anliegenden zentralen Energieversorgung. Insbesondere kann über den Potentialanschluss und den Masseanschluss dann eine Gleichspannungsschaltung des Schaltungsträgers versorgt werden, welche elektrisch getrennt von einem Schaltungsteil ausgebildet ist, der von den Versorgungsleitungen des Steckerelements versorgt ist. Insofern eignet sich das Steckerelement für elektrische Vorrichtungen, die Anwendungsfunktionen unabhängig von dem Vorliegen einer zentralen Energieversorgung ermöglicht, indem eine zum Austausch geeignete elektrochemische Spannungszelle als eine integrale innerhalb des Energieversorgungsfaches vorgehaltenen Gleichspannungsquelle über ihre Pole jeweils mit dem Potentialanschluss bzw. dem Massenanschluss elektrisch kontaktiert ist. Der Potentialanschluss, der Masseanschluss sowie der zumindest eine elektrische Leiter sind innerhalb des Steckergehäuses von dessen Material insbesondere dicht umschlossen. Dies kann beispielsweise während eines Spritzgussvorgang mit dem Material innerhalb einer Spritzgussform erfolgen oder danach nachträglich durch ein so genanntes Einstichen. Dies ist insbesondere durch die einstückige Ausführung des Potentialanschlusses und des Masseanschlusses ermöglicht.
In einer besonders günstige Ausführungsform des elektrischen Steckerelements weist das Steckergehäuse auf der Steckseite zumindest einen Steckerkragen auf, welcher den zumindest einen elektrischen Leiter rahmenartig umschließt. Mittels des Steckerkragens kann ein zum Steckerelement komplementärer Gegenstecker zur elektrischen Kontaktierung zentriert eingeführt und mechanisch von dem Steckerelement gehalten werden. Vorteilhaft ist das Energieversorgungsfach innerhalb des Steckerkragens angeordnet. Im gesteckten Zustand des Steckerelements mit dem Gegenstecker ist das Energieversorgungsfach von dem Gegenstecker überdeckt und/oder die durch den Steckerkragen auf der Steckseite ausgebildete Steckeraufnahmeöffnung insbesondere vollständig verschlossen. Vorteilhaft ist auf diese Weise eine innerhalb des Energieversorgungsfaches aufgenommene elektrochemische Spannungszelle vor mechanischen Einwirkungen sowie möglichen Berührungen mit anderen leitenden Teilen am Einbauort der elektrischen Vorrichtung geschützt. Zusätzlich kann der Steckerkragen in Steckrichtung vor dem Energieversorgungsfach eine umlaufende Dichtstelle aufweisen, die dann den gesamten Steckbereich, und damit auch die elektrochemische Spannungszelle, mediendicht zur äußeren Umwelt abdichtet. Eine Wartung und/oder ein Wechsel der elektrochemischen Spannungszelle ist weiterhin einfach möglich. Durch das Abziehen eines zuvor kontaktierten komplementären Gegensteckers ist das Energieversorgungsfach wieder vollständig zugänglich.
In einer alternative Ausführungsform des elektrischen Steckerelements, umfassend einen Steckerkragen in zuvor beschriebenen Art, ist das Energieversorgungsfach außerhalb des Steckerkragens angeordnet und schließt insbesondere seitlich an diesen unmittelbar an. Hierbei kann eine Wartung und/oder ein Wechsel der elektrochemischen Spannungszelle selbst bei einem gesteckten Zustand des elektrischen Steckerelements erfolgen, da das Energieversorgungsfach frei zugänglich bleibt. Dies lässt sich insbesondere dadurch weiter optimieren, indem das Energieversorgungsfach in einem seitlichen Endbereich des Steckerelements angeordnet ist. Dieser Endbereich kann in einem Einbauzustand des Steckerelements bzw. einer das Steckerelement umfassenden elektrischen Vorrichtung bevorzugt dem Anwender zugewandt sein, um einen besonders einfachen Zugang zu gewährleisten.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des elektrischen Steckerelements weist das Energieversorgungsfach einen Aufnahmebereich mit einer Zugangsöffnung zum Einbringen und Entnehmen der elektrochemischen Spannungszelle auf. So kann das Energieversorgungsfach als eine Vertiefung innerhalb des Steckergehäuses ausgebildet sein, welche über die Zugangsöffnung gegenüber einer äußeren Abschlussfläche des Steckergehäuses offensteht. Ebenso ist es denkbar, dass am Steckergehäuse - ähnlich dem Steckerkragen - eine in Steckrichtung ausgerichtete abstehende Wandstruktur ausgebildet ist mit zumindest einer einseitig ausgeformten Zugangsöffnung. Die Wandstruktur ist beispielsweise im Wesentlichen als U-Profil ausgeformt, welches die elektrochemische Spannungszelle noch unterhalb einer Schenkelhöhe vollständig innerhalb der Innenwandung aufnimmt. Das Energieversorgungsfach weist bevorzugt eine Einführrichtung zum Einbringen der elektrochemischen Spannungszelle auf. Dabei wird mit dem Einführen über die Zugangsöffnung entlang der Einführrichtung die elektrochemische Spannungszelle in einer Endmontagestellung - oder zumindest deren Pole - zwischen dem Potentialanschluss und dem Masseanschluss klemmend aufgenommen. Hierfür ist/sind der Potentialanschluss und/oder der Masseanschluss flexibel nachgiebig ausgebildet. Ohne jegliche Kontaktierung weisen diese ein Abstandsmaß zueinander auf, welches um ein Spannmaß kleiner ausgeführt ist, als ein Klemmmaß bei kontaktierten elektrochemischer Spannungszelle bzw. bei kontaktierten Polen. Über das Spannmaß, den Querschnitt und die nachgiebige Abschnittslänge des Potentialanschlusses und des Masseanschlusses lässt sich die Kraftbeaufschlagung bei einer Klemmung der elektrochemischen Spannungszelle maßgeblich festlegen.
Die Zugangsöffnung weist dabei bevorzugt Führungselemente und/oder Befestigungselemente auf zum Halten eines Verschlussdeckels über die Zugangsöffnung mittels eines Form- und/oder Kraftschlusses.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des elektrischen Steckerelements ist die Zugangsöffnung durch einen Verschlussdeckel mit komplementären Führungselementen und/oder komplementären Befestigungselementen verschlossen, wobei die Führungselemente der Zugangsöffnung und des Verschlussdeckels zusammen insbesondere ein Feder-Nut-System oder eine Schwalbenschwanzführung ausbilden und/oder die Befestigungselemente der Zugangsöffnung und des Verschlussdeckels zusammen insbesondere einen Rastverschluss oder einen Steckverschluss ausbilden. Zum einen lässt sich auf diese Weise der Verschlussdeckel sehr einfach auf die Zugangsöffnung setzen und bis zu einer Verschlussstellung führen. In der Verschlussstellung wiederrum kann der Verschlussdeckel für einen Betrieb bis zu einem erforderlichen oder gewünschten Wartungs- und/oder Wechseltermin das Energieversorgungsfach sicher verschlossen halten. Vorteilhaft stellt der Verschlussdeckel einen wirkungsvollen Berührschutz dar, sowie ein Schutz vor mechanischen Einwirkungen während des Betriebes.
Ein weiterer Vorteil ist gegeben bei einer Ausführungsform des elektrischen Steckerelements, bei welchem der zumindest eine Leiter, der Potentialanschluss und der Masseanschluss auf der Anschlussseite jeweils als Einpresspin oder als Lötpin ausgebildet sind zur Ausbildung eines Einpresskontaktes bzw. eines Lotkontaktes bei der elektrischen Kontaktierung mit dem Schaltungsträger. Vorteilhaft kann für die Kontaktierung die gleiche Verbindungstechnik verwendet werden und diese zeitgleich ausgeführt werden.
Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform des Steckerelements in Form einer Messerleiste, insbesondere eine mehrpolige Messerleiste. Dabei kann die Messerleiste auch mehrere Gegenstecker über entsprechend definierte Steckbereiche elektrisch kontaktieren. Zumindest einer der kontaktierbaren Gegenstecker kann sich als Steckertyp von den anderen unterscheiden. Dabei sind dann mehrere elektrische Leiter dem definierten Steckbereich und dem Typ des Gegensteckers entsprechend ausgebildet. Eine solche Messerleiste ermöglicht den Einsatz auch in komplexen elektrischen Vorrichtungen, beispielsweise in solchen, wie sie für Elektrofahrzeuge und/oder beim autonomen Fahren erforderlich sind.
Die Erfindung führt auch zu einer elektronischen Vorrichtung umfassend zumindest ein Gehäuse mit einem innerhalb eines Hohlraumes des Gehäuses aufgenommenen Schaltungsträger. Zusätzlich umfasst die elektronische Vorrichtung auch ein im Gehäuse angeordnetes elektrisches Steckerelement in zumindest einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Dabei ist der zumindest eine elektrische Leiter mit dem Schaltungsträger elektrisch kontaktiert, wobei zumindest eine elektrische Komponente und/oder zumindest ein Teil einer elektrischen Schaltung des Schaltungsträgers zumindest mittelbar mit dem Potentialanschluss und dem Masseanschluss des Energieversorgungsfaches elektrisch verbunden ist/sind. Dabei bilden diese schaltungstechnisch einen Gleichspannungskreis aus. Vorteilhaft kann die zumindest eine Komponente und/oder der zumindest ein Teil der elektrischen Schaltung mit einer Gleichspannung versorgt werden, und zwar unabhängig von der Energieversorgung von anderen elektrischen Komponenten und/oder von restlichen Teilen der elektrischen Schaltung. Vorteilhaft kann die elektrische Vorrichtung kompakter ausgeführt werden, da für die zusätzliche Gleichspannungsversorgung keine Bestückungsfläche auf dem Schaltungsträger vorgehalten werden muss. Ferner ist ermöglicht, dass ein sehr einfacher und sicherer Wartungs- oder Wechselvorgang der elektrochemischen Spannungszelle erfolgt, da diese von außen frei zugänglich bleibt und ein Öffnen der elektrischen Vorrichtung, beispielsweise durch Entfernen eines Gehäuses, selbst nicht erforderlich ist.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der elektrischen Vorrichtung weist die zumindest eine elektrische Komponente und/oder der zumindest ein Teil der elektrischen Schaltung ein Speicherelement auf, deren Speicherzustand mittels der Gleichspannung der elektrochemischen Spannungszelle aufrecht erhaltbar ist. So kann die elektrische Vorrichtung beabsichtigt - beispielsweise während einer Betriebspause - oder auch aufgrund eines Fehlerfalls von einer zentralen Spannungsversorgung, beispielsweise über die Versorgungsleitungen des Steckerelements, getrennt sein. Nach einer Reparatur oder einer Fortführung des Betriebes der elektronischen Vorrichtung können die auf diese Weise festgehaltenen Speicherzustände des Speicherelementes für eine ggf. erforderliche Anwendungsfunktion weiter abgerufen werden.
Für die im Energieversorgungsfach aufgenommene und mit dem Potentialanschluss und dem Masseanschluss kontaktierte elektrochemische Spannungszelle kommt eine Batterie oder ein Akkumulator in Frage. Denkbar ist zukünftig auch eine elektrochemische Spannungszelle in Form einer Brennstoffzelle.
Bevorzugt ist die elektrische Vorrichtung als ein Steuergerät oder als ein VCU (VehicleComputerUnit) ausgebildet, welche neben einer zentralen Energieversorgung mittels Versorgungsleitungen des beschriebenen Steckerelement zusätzlich die elektrochemische Spannungszelle als sekundäre Gleichspannungsversorgung aufweisen. Insbesondere bei derartig komplexen elektrischen Vorrichtung besteht der Bedarf einer Verfügbarkeit von bestimmten Anwendungsfunktionen auch nach Wegfall einer zentralen Spannungsversorgung. Zusätzlich ist bei diesen elektrischen Vorrichtungen ein hoher Kostendruck gegeben, so dass ein sparsamer Umgang mit Bestückungsfläche gefordert ist.
Grundsätzlich können innerhalb des Energieversorgungsfaches mehrere elektrochemische Spannungszellen aufgenommen sein. Bevorzugt sind diese dann parallel zueinander geschaltet, so dass auf diese Weise eine Energiekapazität der Gleichspannungsversorgung erhöht werden kann. Damit kann auch ein Wechselintervall für die Gleichspannungsquelle verlängert werden. Denkbar sind auch weitere voneinander getrennte Energieversorgungsfächer, die jeweils eine oder mehr elektrochemische Spannungszellen aufnehmen. Damit können bei Bedarf weitere voneinander unabhängige Gleichspannungsschaltungen auf einer oder unterschiedlichen Schaltungsträgern der elektronischen Vorrichtung mit Gleichspannung versorgt werden.
Figurenliste
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Diese zeigt in:

1: ein Ausführungsbeispiel für ein elektrisches Steckerelement in einer perspektivischen Darstellung,
2: ein Ausschnitt einer elektronischen Vorrichtung umfassend das elektrische Steckerelement aus 1 in einer perspektivischen Darstellung,
3: die elektronische Vorrichtung aus 3 in einer Seitenansicht, geschnitten im Bereich des Energieversorgungsfaches.

Ausführungsformen der Erfindung
In den Figuren sind funktional gleiche Bauelemente jeweils mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
In der 1 ist ein Ausführungsbeispiel für ein elektrisches Steckerelement 100 in einer perspektivischen Darstellung gezeigt. Das Steckerelement 100 weist ein Steckergehäuse 10 aus einem elektrisch isolierenden Material auf, insbesondere einem Polymermaterial, beispielsweise ein Thermoplast. Das Steckergehäuse 10 ist bevorzugt als ein Spritzgussteil ausgeführt. Als elektrisches Steckerelement 100 weist dieses innerhalb des Steckergehäuses 10 angeordnete elektrische Leiter 20 auf. Diese sind von einer Steckseite S des elektrischen Steckerelements 100 elektrisch durch zumindest einen komplementären Gegenstecker 100.1, 100.2, 100.3 mittels eines Steckvorgangs elektrisch kontaktierbar. Der zumindest eine Gegenstecker 100.1, 100.2, 100.3 weist hierzu entsprechende Kontaktieranschlüsse 100.20 auf. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel stehen die elektrischen Leiter 20 auf der Steckseite S von einem Steckergrundkörper 10' in Form von Steckerpins ab. Grundsätzlich können die elektrischen Leiter 20 aber auch nur bis zu einer Abschlussfläche des Steckergrundkörpers 10' reichen und beispielsweise in Form von Kontakthülsen ausgebildet sein. Die elektrischen Leiter 20 sind dann von der Steckseite S in das Steckergehäuse 10 und auf einer der Steckseite S gegenüberliegenden Anschlussseite A wieder aus dem Steckergehäuse 10 geführt. Auch auf der Anschlussseite A stehen die elektrischen Leiter 20 von dem Steckergrundkörper 10' ab. Bevorzugt sind die Leiter 20 dort endseitig in Form eines Einpresspins oder eines Lötpins ausgebildet. Das elektrische Steckerelement 100 ist auf der Anschlussseite A mittels der elektrischen Leiter 20 mit zumindest einem Schaltungsträger 30 kontaktierbar bzw. verbindbar, beispielsweise über einen Lotkontakt oder einen Einpresskontakt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein rechtwinkliges elektrische Steckerelement 100 dargestellt. Dabei sind die elektrischen Leiter 20 auf der Anschlussseite A um 90° nach unten gebogen, so dass eine Kontaktierungsrichtung K zu einem Schaltungsträger 30 und eine Ein- und Aussteckrichtung E für den zumindest einen Gegenstecker 100.1, 100.2, 100.3 senkrecht zueinander ausgerichtet sind. Prinzipiell ist aber auch ein gerade Steckerausführung möglich, bei welcher die Kontaktierungsrichtung K der elektrischen Leiter 20 auf der Anschlussseite A parallel zur Ein- und Aussteckrichtung E für den Gegenstecker 100.1, 100.2, 100.3 orientiert ist. Ein jeweiliger Steckbereich 11 für einen Gegenstecker 100.1, 100.2, 100.3 ist auf der Steckseite S sichtbar definiert. Hierzu weist das elektrische Steckerelement 100 für jeden Steckbereich 11 einen Steckerkragen 12 auf. Dabei ist zumindest ein elektrischer Leiter 20 von dem Steckerkragen 12 rahmenartig umschlossen. Über den Steckerkragen 12 ist der entsprechend passende Gegenstecker 100.1, 100.2, 100.3 für eine elektrische Kontaktierung einführbar. Zusätzlich wird der Gegenstecker 100.1, 100.2, 100.3 innerhalb des Steckerkragens 12 mechanisch gehalten, beispielsweise durch eine Rast- und/oder Verriegelungsverbindung. Das elektrische Steckerelement 100 weist in der 1 nur zur Veranschaulichung beispielhaft drei Steckbereiche 11 auf. Es können auch nur ein, zwei oder mehr als drei Steckbereiche 11 vorgesehen sein. Zusätzlich unterscheidet sich zumindest ein Steckbereich 11 von den anderen zur Anpassung an verschiedene Typen von Gegensteckern 100.1, 100.2, 100.3. Es können aber natürlich auch mehrere Steckbereiche 11 gleich ausgeführt sein. In einem seitlichen Endbereich 13 des elektrischen Steckerelements 100 ist ein Energieversorgungsfach 15 angeordnet. Dieses schließt beispielsweise an eine Seite des Steckerkragens 12 des in der 1 linksseitig dargestellten ersten Steckbereichs 11 an. Das Energieversorgungsfach 15 hat einen Aufnahmebereich 16 zur Aufnahme zumindest einer elektrochemischen Spannungszelle 40. Der Aufnahmebereich 16 ist über eine Zugangsöffnung 17 von der Steckseite S zugänglich. Innerhalb des Aufnahmebereichs 16 weist das Energieversorgungsfach 15 zumindest einen Potentialanschluss 18.1 und einen Masseanschluss 18.2 auf zur insbesondere klemmenden Kontaktierung der Pole der zumindest einen elektrochemischen Spannungszelle 15 zwischen den Anschlüssen 18.1, 18.2. Der Potentialanschluss 18.1 und der Masseanschluss 18.2 sind ähnlich wie die elektrischen Leiter 20 von der Steckseite S in das Steckergehäuse 10 und auf der Anschlussseite A aus dem Steckergehäuse 10 geführt. Bei einer rechtwinkligen Steckerausführung weisen die Anschlüsse 18.1, 18.2 ebenso einen geknickten Längsverlauf auf. Endseitig bilden diese dann Gleichspannungsanschlüsse 18.1`, 18.2` für den kontaktierbaren Schaltungsträger 30 aus. Auf den Anschlussseite A sind die Gleichspannungsanschlüsse 18.1`, 18.2 und die elektrischen Leiter 20 der Steckbereiche 11 bevorzugt zeitgleich und/oder mit der gleichen Verbindungstechnik mit dem Schaltungsträger 30 kontaktierbar, beispielsweise mittels eines Löt- oder eines Einpressvorganges.
Das Energieversorgungsfach 15 ist demnach derart ausgebildet, die mindestens eine elektrochemische Spanungszelle 15 als eine austauschbare Gleichspannungsquelle zwischen dem Potentialanschluss 18.1 und dem Masseanschluss 18.2 unter Bereitstellung einer Gleichspannungsversorgung aufzunehmen.
In der 2 ist schematisch ein Ausschnitt einer elektronischen Vorrichtung 200 umfassend das elektrische Steckerelement 100 aus 1 in einer perspektivischen Darstellung gezeigt. Die elektronische Vorrichtung 200 umfasst ferner ein Gehäuse 60, welches in einem geschlossenen Zustand einen Hohlraum 61 ausbildet. Innerhalb des Hohlraumes 61 ist mindestens ein Schaltungsträger 30 angeordnet, auf welchem eine elektrische Schaltung 30` der elektrischen Vorrichtung 200 ausgebildet ist. Das elektrische Steckerelement 100 ist dabei in dem Gehäuse 60 angeordnet, beispielsweise innerhalb einer Aussparung des Gehäuses 60. Das elektrische Steckerelement 100 ist bevorzugt gegenüber der Aussparung bzw. dem Gehäuse 60 mittels einer Dichtung mediendicht abgedichtet. Somit ist von der Steckseite S ein Medieneintritt auf die Anschlussseite A verhindert und schützt die elektrische Schaltung 30` beispielsweise vor einem Wasserkontakt. Sowohl die elektrischen Leiter 20 der Steckbereiche 11 als auch die Gleichstromkontaktanschlüsse 18.1`, 18.2` des Energieversorgungsfaches 15 sind mit dem Schaltungsträger 30 elektrisch kontaktiert, beispielsweise mittels eines Lot- oder Einpresskontaktes 35. Einige der elektrischen Leiter 20 sind als Signalleiter ausgebildet, welche durch die elektrische Schaltung 30` beispielsweise ausgewertet, verarbeitet und/oder verändert werden. Andere elektrische Leiter 20 sind wiederrum als Versorgungsleitungen einer zentralen Spannungsversorgung 110 ausgebildet, so dass die elektrische Schaltung 30` mittels dieser betreibbar ist. Die elektrische Schaltung 30` umfasst dabei mehrere elektrische und/oder elektronische Bauelement 31, welche über eine Leiterstruktur miteinander verbunden sind. Die zentrale Spannungsversorgung 110 steht im Betrieb der elektrischen Vorrichtung 200 in einem gesteckten Zustand des zumindest einen Gegensteckers 100.1, 100.2, 100.3 zur Verfügung.
Innerhalb des Aufnahmebereichs 16 des Energieversorgungsfachs 15 ist eine elektrochemische Spannungszelle 40 aufgenommen, beispielsweise eine Knopfzelle oder auch ein anderer Typ einer elektrochemischen Spannungszelle 40. Dabei ist die elektrochemische Spannungszelle 40 zwischen dem Potentialanschluss 18.1 und dem Masseanschluss 18.2 klemmend gehalten, wobei die jeweiligen Pole 40.1, 40.1 von den Anschlüssen 18.1, 18.2 elektrisch kontaktiert sind. Diese stellen somit eine austauschbare sekundäre Gleichspannungsversorgung 41 für zumindest eine elektronische Komponente 31, 31a und/oder zumindest einen Schaltungsteil 30'a des Schaltungsträgers 30 bereit. Diese steht auch dann zur Verfügung, wenn die über den zumindest einen Gegenstecker 100.1, 100.2, 100.3 bereitgestellte zentrale Spannungsversorgung 110 abgeklemmt, ausgeschaltet oder aufgrund eines Fehlerfalles nicht mehr zur Verfügung steht. Dies kann beispielsweise dafür genutzt werden, dass ein Speicherzustand eines Speicherelementes der elektronischen Schaltung 30', 30'a dauerhaft aufrechterhalten wird. Es bestehen auch andere Anwendungsmöglichkeiten, wo auch ein bestimmter Schaltungsteil 30'a zusammen mit der elektrochemischen Spannungszelle 40 einen Gleichspannungskreis bilden. Die elektrische Vorrichtung 100 ist beispielsweise ein Steuergerät oder ein VCU (VehicleComputerUnit) für ein mobiles, Motorangetriebenes Kraftfahrzeug. Das elektrische Steckerelement 100 ist dabei bevorzugt als mehrpolige Messerleiste ausgeführt.
Im Ausführungsbeispiel ist das Energieversorgungsfach 15 in einer Art stirnseitig offenem U-Profil ausgebildet, welches als Wandungsstruktur von dem Steckergrundkörper 10' auf der Steckseite S absteht. Die dabei vorliegende Zugangsöffnung 17 lässt sich durch einen Verschlussdeckel 50 vorständig verschließen. Eine Verschlussstellung lässt sich beispielsweise erreichen, indem komplementäre Führungselemente 55 an der Zugangsöffnung 17 und dem Verschlussdeckel 50 ineinandergreifen und der Verschlussdeckel 15 bis in die Verschlussstellung geschoben wird. Die komplementären Führungselemente 55 sind beispielsweise in Form eines Nut-Feder-Systems oder einer Schwalbenschwanzführung ausgebildet. Die Verschlussstellung kann gehalten werden, indem das Energieversorgungsfach 15 und der Verschlussdeckel 50 komplementäre Befestigungselemente 56 aufweisen, welche in der Verschlussstellung einen wieder lösbaren Kraft- und/oder Formschluss ausbilden, beispielsweise in Form eines Rastverschlusses oder eines Steckverschlusses.
In der 3 ist die elektrische Vorrichtung 200 aus der 2 nochmals in einer seitlichen Darstellung A-A gezeigt, wobei im Bereich des Energieversorgungsfaches 15 ein Schnitt gemacht wurde. Im Unterschied zur 2 ist der Verschlussdeckel 50 in seiner Verschlussstellung gezeigt. Zusätzlich sieht man die Klemmkontaktierung der elektrochemischen Spannungszelle 40 innerhalb des Aufnahmebereiches 16. Die Klemmung ist ermöglicht, indem der Potentialanschluss 18.1 und/oder der Masseanschluss 18.2 flexibel ausgeführt sind, beispielsweise als Blechstanzteile aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung. Ohne jegliche Kontaktierung weisen die Anschlüsse 18.1, 18.2 ein lichtes Abstandsmaß a1 auf. Die zu kontaktierenden Pole 40.1, 40.2 der elektrochemischen Spannungszelle 40 dagegen haben ein erforderliches Klemmmaß a2, welches größer ist als das lichte Abstandsmaß a1. Sobald die elektrochemische Spannungszelle 40 über die Zugangsöffnung 17 innerhalb des Aufnahmeraums 16 zwischen die Anschlüsse 18.1, 18.2 manuell eingeschoben wird, werden diese flexibel auf das Klemmmaß a2 auseinandergebogen. Durch die flexible Verbiegung werden die Pole 50.1, 40.2 der elektrochemischen Spannungszelle 40 durch eine Klemmkraft F Kraft beaufschlagt. Durch ein Entfernen des Verschlussdeckels 50 ist die elektrochemischen Spannungszelle 40 von der Steckseite S her vollständig zugänglich, beispielsweise für einen Wartungs- und/oder Wechselvorgang.
Allgemein kann der Aufnahmebereich 16 verschiedenartig ausgeführt sein, jedoch immer derart, dass eine Zugangsöffnung 17 von der Steckseite S den Zugriff auf die elektrochemische Spannungszelle 40 ohne ein Öffnen der elektrischen Vorrichtung 100 ermöglicht. Auch die Anordnung des Energieversorgungsfaches 15 kann an einer anderen Position des Steckergehäuses 10 angeordnet sein, beispielsweise in einem Abstand zu einem Steckbereich 11 und/oder zwischen zwei Steckbereichen 11. Möglich ist auch eine Positionierung innerhalb eines Steckbereiches 11, wodurch in einem gesteckten Zustand mit einem komplementären Gegenstecker 100.1, 100.2, 100.3 die elektrochemische Spannungszelle 40 bevorzugt vollständig verschlossen ist. In diesem Falle kann auch ein Verschlussdeckel 50 ggf. entfallen. Ein Energieversorgungsfach 15 kann zwei, drei oder weitere elektrochemische Spannungszellen 15 aufnehmen, bevorzugt dann in einem Parallelschluss. Schlussendlich können an dem Steckergehäuse 10 zwei, drei oder weitere Energieversorgungsfächer 15 ausgebildet sein. Bevorzugt ist zumindest ein Energieversorgungsfach 15 zumindest einer anderen Komponente 31 und/oder einem anderen Schaltungsteil 30'a des einen Schaltungsträgers 30 oder eines anderen Schaltungsträgers zugeordnet, als zumindest eine oder weitere Energieversorgungsfächer.

Claims

Elektrisches Steckerelement (100) umfassend ein Steckergehäuse (10) und zumindest einen innerhalb des Steckergehäuses (10) angeordneten elektrischen Leiter (20), mit zumindest einer Steckseite (S) des elektrischen Leiters (20) zur elektrischen Kontaktierung des elektrischen Steckerelements (100) mit einem Kontaktieranschluss (100.20) eines komplementären Gegensteckers (100.1, 100.2, 100.3) und einer Anschlussseite (A) des elektrischen Leiters (20) zur elektrischen Kontaktierung mit einem Schaltungsträger (30), wobei der elektrische Leiter (20) von der Steckseite (S) in das Steckergehäuse (10) und von der Anschlussseite (A) aus dem Steckergehäuse (10) geführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Steckergehäuse (10) ein von der Steckseite (S) zugängliches Energieversorgungsfach (15) ausgebildet ist mit einem Potentialanschluss (18.1) und einem Masseanschluss (18.2) für eine Gleichspannungsquelle, wobei das Energieversorgungsfach (15) derart ausgebildet ist, mindestens eine elektrochemische Spanungszelle (40) als die Gleichspannungsquelle austauschbar zwischen dem Potentialanschluss (18.1) und dem Masseanschluss (18.2) unter Bereitstellung einer Gleichspannungsversorgung (41) aufzunehmen.
Elektrisches Steckerelement (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Potentialanschluss (18.1) und der Masseanschluss (18.2) jeweils zumindest ein einstückiges Leiterelemente aufweisen, welche durch das Steckergehäuse (10) hindurch auf die Anschlussseite (A) geführt sind und auf der Anschlussseite (A) Gleichspannungsanschlusskontakte (18.1', 18.2`) für den kontaktierbaren Schaltungsträger (30) ausbilden, welche bei zumindest einer im Energieversorgungsfach (15) aufgenommenen elektrochemischen Spannungszelle (40) dazu ausgebildet sind, eine Gleichspannung für zumindest eine elektronische Komponente (31, 31a) und/oder zumindest einen Schaltungsteil (30'a) des Schaltungsträgers (30) bereitzustellen.
Elektrisches Steckerelement (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Steckergehäuse (10) auf der Steckseite (S) zumindest einen Steckerkragen (12) aufweist, welcher den zumindest einen elektrischen Leiter (20) rahmenartig umschließt, wobei das Energieversorgungsfach (15) innerhalb des Steckerkragens (12) angeordnet ist.
Elektrisches Steckerelement (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Steckergehäuse (10) auf der Steckseite (S) zumindest einen Steckerkragen (12) aufweist, welcher den zumindest einen elektrischen Leiter (20) rahmenartig umschließt, wobei das Energieversorgungsfach (15) außerhalb des Steckerkragens (12) angeordnet ist und insbesondere seitlich an diesen unmittelbar anschließt.
Elektrisches Steckerelement (100) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Energieversorgungsfach (15) in einem seitlichen Endbereich des elektrischen Steckerelements (100) angeordnet ist.
Elektrisches Steckerelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Energieversorgungsfach (15) einen Aufnahmebereich (16) mit einer Zugangsöffnung (17) zum Einbringen und Entnehmen der elektrochemischen Spannungszelle (40) aufweist, wobei die Zugangsöffnung (17) Führungselemente (55) und/oder Befestigungselemente (56) aufweist zum Halten eines Verschlussdeckels (50) über die Zugangsöffnung (17) mittels eines Form- und/oder Kraftschlusses.
Elektrisches Steckerelement (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugangsöffnung (17) durch einen Verschlussdeckel (50) mit komplementären Führungselementen (55) und/oder komplementären Befestigungselementen (56) verschlossen ist, wobei die Führungselemente (55) der Zugangsöffnung und des Verschlussdeckels (50) zusammen insbesondere ein Feder-Nut-System oder eine Schwalbenschwanzführung ausbilden und/oder die Befestigungselemente (56) der Zugangsöffnung (17) und des Verschlussdeckels (50) zusammen insbesondere einen Rastverschluss oder einen Steckverschluss ausbilden.
Elektrisches Steckerelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Leiter (20), der Potentialanschluss (18.1) und der Masseanschluss (18.2) auf der Anschlussseite (A) jeweils als Einpresspin oder als Lötpin ausgebildet sind zur Ausbildung eines Einpresskontaktes bzw. eines Lotkontaktes bei der elektrischen Kontaktierung mit dem Schaltungsträger (30).
Elektrisches Steckerelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Potentialanschluss (18.1) und/oder der Masseanschluss (18.2) flexibel nachgiebig ausgebildet ist/sind, so dass bei zumindest einer aufgenommenen elektrochemischen Spannungszelle (40) innerhalb des Energieversorgungsfaches (15) die zumindest eine elektrochemische Spannungszelle (40) und/oder zumindest deren Pole (40.1, 40.2) zwischen dem Potentialanschluss (18.1) und dem Masseanschluss (18.2) Kraft beaufschlagt geklemmt gehalten ist/sind.
Elektrisches Steckerelement (100) nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Steckerelement (100) in Form einer Messerleiste ausgebildet ist, insbesondere eine mehrpolige Messerleiste.
Elektrisches Steckerelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit zumindest einer im Energieversorgungsfach (15) aufgenommenen elektrochemischen Spannungszelle (40), wobei die elektrochemische Spannungszelle (40) mit dem Potentialanschluss (18.1) und dem Masseanschluss (18.2) elektrisch kontaktiert ist.
Elektronische Vorrichtung (200) umfassend zumindest ein Gehäuse (60) mit einem innerhalb eines Hohlraumes (61) des Gehäuses (60) aufgenommenen Schaltungsträgers (30) und einem im Gehäuse (60) angeordneten elektrischen Steckerelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine elektrische Leiter (20) mit einem Schaltungsträger (30) elektrisch kontaktiert ist, wobei zumindest eine elektrische Komponente (31, 31a) und/oder zumindest ein Teil einer elektrischen Schaltung (30'a) des Schaltungsträgers (30) zumindest mittelbar mit dem Potentialanschluss (18.1) und dem Masseanschluss (18.2) des Energieversorgungsfaches (15) elektrisch verbunden ist/sind.
Elektronische Vorrichtung (200) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine elektrische Komponente (31) und/oder der zumindest ein Teil der elektrischen Schaltung (30'a) ein Speicherelement (31a) aufweist, deren Speicherzustand mittels der Gleichspannung der elektrochemischen Spannungszelle (40) aufrecht erhaltbar ist.
Elektronische Vorrichtung (200) nach einem der Ansprüche 12 oder 13 mit einer im Energieversorgungsfach (15) aufgenommenen Batterie oder einem aufgenommenen Akkumulator als der zumindest einen elektrochemischen Spannungszelle.