DE20309812U1

DE20309812U1 - Steckverbindung für ein mobiles Endgerät

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Publication number: DE20309812U1
Application number: DE20309812U
Authority: DE
Original assignee: Friwo Geraetebau GmbH
Current assignee: Friwo Geraetebau GmbH
Priority date: 2003-06-25
Filing date: 2003-06-25
Publication date: 2003-12-04
Anticipated expiration: 2013-06-26
Also published as: EP1636881A1; JP2005050795A; CN100524968C; US7121899B2; WO2004114472A1; CN1591998A; US20050020133A1

Abstract

Steckverbindung zum elektrischen Verbinden eines mit Netzspannung zu versorgenden, in einem mobilen Endgerät (100) angeordneten Netzgerätes (130) über eine Netzspannung führende Leitung (NL) oder über ein mit einer herkömmlichen Netzleitung (NL) koppelbares Kupplungsstück (30) mit der Netzspannung, wobei die, insbesondere flexibel ausgeführte, Netzleitung (NL) mit dem Netzgerät (130) über ein einen Stecker (20) und eine Steckbuchse (10) umfassendes Steckersystem koppelbar ist, welches derart dimensioniert ist, dass es kleiner als Steckersysteme nach IEC 320 ausgeführt ist und dennoch im Hinblick auf die Berührungs- und Handhabungssicherheit den geltenden Normen entspricht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Steckverbindung für ein mobiles Endgerät.
Mobile Endgeräte werden heute meist von externen Stromversorgungen versorgt. Dabei kommen in der Regel Steckernetzgeräte oder Tischgeräte zum Einsatz. Beide Gerätetypen erzeugen eine Sicherheitskleinspannung, die über eine Ausgangsleitung und ein Steckersystem mit dem Endgerät verbunden werden. Das Tischgerät verfügt darüber hinaus über eine meist abnehmbare Netzleitung zur Versorgung mit Netzspannung. Weiterhin ist aus der WO 99-43074 A1 eine Vorrichtung zur Spannungsumwandlung bekannt, bei der die Einheit zur Stromversorgung des Endgerätes in den geräteseitigen (Ausgangs-)Stecker integriert wurde. Damit entfällt der Spannungsabfall auf der Ausgangsleistung und der Wirkungsgrad verbessert sich deutlich.
Durch den gesteigerten Leistungsbedarf mobiler Endgeräte (z. B. UMTS-Mobiltelefone) sowie den Wunsch nach kürzeren Ladezeiten und den Einsatz von Batterie-Systemen mit geringen Zellenspannungen, z. B. Lithium-Polymerbatterien, werden erhöhte Anforderungen an die Toleranzen der Ladespannung gestellt. Spannungsschwankungen von mehr als 1 % führen dazu, dass die Batterie entweder nicht ausreichend geladen wird und damit nur ein Teil der verfügbaren Betriebsdauer zur Verfügung steht, oder dass die Batterien überladen werden und die Lebensdauer signifikant verkürzt wird. Ein handelsüblicher Koaxial-Stecker weist nach Datenblatt des Herstellers einen Übergangswiderstand von typisch 30 mΩ auf. Bei einem Ladestrom von 1,5 A fallen somit ca. 45 mV der Ausgangsspannung ab. Dies sind bei einer Ladespannung von typisch 4,1 V mehr als die zulässigen 1 %.
Weiterhin besteht aus Gründen der Anwenderfreundlichkeit vielfach der Wunsch, ähnlich wie bei einem Rasierapparat, die Stromversorgung in das Endgerät zu integrieren, um auf Reisen nicht noch zusätzliche Versorgungsgeräte transportieren zu müssen. Dabei erfolgt der Anschluss über ein Steckersystem gemäß IEC 320 C7/C8, den sogenannten Rasiererstecker. Dieses Steckersystem ist für 2,5 A zugelassen und somit in Kleinstromversorgungen bis ca. 70 W sehr verbreitet.
Für besonders kompakte Anwendungen mit einem Leistungsbedarf unterhalb 10 W, wie Mobiltelefone, MP3-Player, PDA's, portable CD/DVD-Player oder Ähnliches, benötigt dieses Steckersystem jedoch zu viel Platz.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung ein Steckersystem anzugeben, welches die aufgezeigten Nachteile vermeidet.
Die Lösung der Aufgabe besteht darin, dass eine Steckverbindung für ein mobiles Endgerät vorgeschlagen wird, insbesondere auch für ein mobiles Telefon, vorzugsweise mit integriertem Batteriesystem für eine Energieversorgung mit Niederschwachstrom (bzw. geringer Batterie-Zellspannung), wobei die Energieversorgung des Endgeräts über ein integriertes Netzgerät erfolgt, welches Netzspannung, insbesondere 240 VAC über eine Netzleitung zugeführt erhält, wobei die, insbesondere flexibel ausgeführte Netzleitung mit dem Netzgerät über ein Steckersystem koppelbar ist, welches derart dimensioniert ist, dass es kleiner als Steckersysteme nach IEC 320 ausgeführt ist und dennoch von der Berührungs- und Handhabungssicherheit den geltenden Normen entspricht.
Im Sinne der Erfindung sollen im folgenden als „Netzgerät" sowohl der Spannungswandler des Endgeräts, beispielsweise Transformator oder piezoelektrischer Spannungswandler, zur Direktversorgung der elektronischen Baueinheiten des Endgeräts, als auch der Spannungswandler zur Versorgung der Batterie-Ladestation des Endgeräts verstanden werden.
Die Endgeräte können mit integriertem Batteriesystem für eine Energieversorgung mit Niederschwachstrom (bzw. mit geringer Batterie-Zellspannung) ausgestattet sein, oder mit einem Netzgerät (ohne Batteriesystem) für die Direktversorgung der elektrischen Bauteile im Endgerät.
Als Endgeräte können beliebige, gängige mobile Endgeräte vorgesehen sein, beispielsweise Diktiergeräte, Notebook-Computer, Rasierapparate, Mobiltelefone, schnurloses Telefone usw.
Der Kern der Erfindung besteht darin, eine miniaturisierte, aus Stecker und Steckbuchse (Steckdose) bestehende Steckverbindung vorzuschlagen, die sich für 240 VAC Nennspannung und für Nennströme bis 0,5 A eignet. Insbesondere ist eine bevorzugte Ausbildung einer Geräte-Steckdose besonders platzsparend in mobile Endgeräte integrierbar. Damit lassen sich integrierte Stromversorgungen realisieren, die direkt mit der Ladestation der Batterie im Gerät verbunden werden können. Sie weisen keinerlei Spannungsabfall an Niederspannungssteckverbindern oder Ausgangsleitungen auf. Dabei werden die Sicherheitsabstände sowie die Anforderungen an den Berührschutz eingehalten. Weiterhin verbessert sich der Gesamtwirkungsgrad der Anordnung.
Für den Übergang von bekannten IEC 320 Netzleitungen zur erfindungsgemäßen Steckverbindung wird ein handliches Kupplungsstück vorgeschlagen. Dieses Kupplungsstück kann ebenfalls verwendet werden, wenn eine Netzleitung mit der erfindungsgemäßen Lösung mit einem Tischnetzgerät; beispielsweise mit vorbekannter IEC-Buchse, verbunden werden soll. Damit kann dann eine zusätzliche Netzleitung entfallen. Benutzer des mobilen Endgeräts benötigen dann nur noch das Kupplungsstück.
Weiterführende Ausgestaltungen finden sich in den Unteransprüchen, auf deren Merkmale hier explizit Bezug genommen wird.
Ausführungsformen der Erfindung werden detailliert in den Figuren wiedergegeben. Diese zeigen im Einzelnen:
1 Stecker gemäß Erfindung und IEC-Gerätestecker;
2 Stecker und Steckbuchse im Schnitt;
3 Kupplungsstück für IEC 320 Netzleitung Buchsentyp C7 und miniaturisierte Steckverbindung;
4 Miniaturisierte Steckverbindung an einem Ausgangssteckergerät;
5 Front-End AC/DC-Modul mit der miniaturisierten Steckverbindung und
6 Stand der Technik; a) Steckernetzgerät, b) Tischnetzgerät und c) Ausgangs- steckernetzgerät.
In 6 ist der Stand der Technik gezeigt. 6a zeigt ein Steckernetzgerät mit Transformatorteil T1, flexibler Netzleitung NL und dem Niedervolt-Koaxial-Ausgangsstecker KS. In 6b ist ein Tischnetzgerät T2 gezeigt, welches netzseitig über die Netzleitung NL über ein IEC 320 Steckersystem (C7 entspricht Stecker, C8 entspricht Buchse; jeweils zweipolig) lösbar gekoppelt ist. Ausgangsseitig steht die Niederspannung wiederum am koaxialen Ausgangstecker KS zur Verfügung. In 6c ist eine weitere bekannte Variante gezeigt. Es handelt sich um ein sogenanntes Ausgangssteckernetzgerät, bei dem am Ende der Netzleitung NL das Netzteil oder Transformatorteil T3 angeordnet ist, und die Ausgangsspannung unmittelbar am Gehäuse des Transformatorteils T3 über den Koaxialstecker KS abnehmbar ist.
Die Qualität der am Koaxialstecker KS anstehenden Spannung hat die schon erwähnte Einschränkung, die darin besteht, dass mit dem Übergangswiderstand des Steckers ein Spannungsabfall verbunden ist, der meistens nicht tolerierbar, zumindest jedoch nachteilig ist.
Ein erfindungsgemäßer Gerätestecker wird in 1A im Vergleich zu einem C7-Gerätestecker nach IEC 320 (für eine C8-Buchse) gezeigt. Die Dimensionen sind deutlich kleiner, jedoch bei gleicher elektrischen Handhabungssicherheit. Im Steckschacht 21 des Gerätesteckers 20, der aus bekannten Isolierstoffen herstellbar ist, ist der Führungsgrat 23 für das lage- und polrichtige Einstecken einer erfindungsgemäßen Steckbuchse 10 sichtbar. Eine solche ist in 1C zu sehen. Der Steckschacht 21 ist rechteckig ausgebildet. Dies ist beispielhaft zu nehmen, oval-gerundete oder anders geformte Schachtöffnungen, ähnlich den verschiedenen IEC 320-Typen (beispielsweise C5/C6 dreipolig oder C7/C8 zweipolig), können erfindungsgemäß vorgesehen sein.
Die Kontaktstifte 22 des Gerätesteckers 20 sind eckig ausgebildet, wohingegen auch runde Ausführungen in den Rahmen der Erfindung gehören. Am Unterteil des Gerätesteckers 20 sind Befestigungsstifte 26 und Kontaktdrähte 24 erkennbar, die wiederum beispielhaft eine Ausführungsform andeuten sollen, nämlich eine solche, die für die Leiterplattenmontage (in Form von Lötfüßchen) geeignet ist. Es versteht sich, dass die Kontaktführung von den Kontaktstiften 22 des Gerätesteckers über die Kontaktdrähte 24 (vergleiche auch die Schnitt darstellung in 2A) zur nächsten elektrischen Baugruppe (Netz- oder Batterieteil) des Endgeräts auch auf andere beliebige und bekannte Weise ausgebildet sein kann. Sowohl die Kontaktführung als auch die Befestigungsart der Gerätesteckers im Endgerät kann nach bekannten Mustern ausgeführt sein, beispielhaft können hier Snap-In-Fixierungen, einteilige Integration in das Endgerätgehäuse (im Spritzgusswerkzeug), Schraubbefestigungen und andere bekannten Arten einer Montage erwähnt werden. Der Gerätestecker 20 hat einen rechteckigen, querliegenden Kragen 25, der in der Gehäusewand integriert sein kann, aber auch am Rand einer Gehäuseöffnung außen aufliegen kann.
In dieser Beziehung sind die möglichen Ausbildungen identisch mit den bekannten Montage-Arten von IEC-Gerätesteckern oder Steckdosen, von denen vergleichsweise links in 1A ein Gerätestecker S dargestellt ist. Dieser Stecker ist für eine Doppelnut-Netzleitung ausgebildet; zeigt daher zwei Führungsgrate 23' für die Doppelnut und zwei Kontaktstifte 22' für den zweiadrigen Anschluß an die Netzleitung. Angeschnitten ist noch ein der Befestigung dienender Schnapphaken 26' sichtbar.
Der Gerätestecker 20 in 1B ist passend zur Steckbuchse 10 nach 1C ausgebildet, wobei hier eine Darstellung als Montage auf einer Leiterplatte 150 angedeutet ist.
Die 1C und die Teilfiguren 2 zeigen im wesentlichen die Steckbuchse 10. Diese ist durch den relativ langen Buchsenkörper 11 gekennzeichnet. Der aus relativ starrem oder hartem Isolierstoff hergestellte Buchsenkörper 11 sitzt zugfest im Endabschluss EA der flexiblen Netzleitung NL, welche (in den Figuren) als isolierte Zweidrahtleitung ausgebildet ist.
2A bis C zeigen, jeweils aufgeschnitten, ebenfalls die Steckbuchse 10, wobei in 2A (entsprechend 1B) auch der Stecker 20 im Schnitt gezeichnet ist. Zu den Werkstoffen des Steckers und der Steckbuchse müssen für den Fachmann keine weiteren Ausführungen gemacht werden, da hierbei eine übliche und bekannte Auswahl getroffen werden kann. Wesentlich ist, dass die Steckbuchse 10 mit einer Zugentlastung 19 im Endabschnitt EA der Netzleitung NL eingebracht ist. Die elektrischen Kontakte der Buchse sind als Messerkontakte 14 ausgebildet. Die Messerkontakte liegen relativ tief in der Kanälen der Stift aufnahmen 12. Die Kanäle der Aufnahmen 12 sind im Querschnitt entsprechend den Kontaktstiften 22 des Steckers entweder rund oder eckig ausgebildet. Die Kontakte 14 in der Buchse können natürlich auch in runder Form als Kontakthülsen oder in anderer, bekannter Weise (siehe beispielsweise die Unterschiede nach IEC 320 zwischen C11/C12 und C7/C8) zur Aufnahme der Kontaktstifte 22 eines Steckers ausgebildet sein. Die Messerkontakte sind im Buchseninnern mit den Leitern 14' der Netzleitung verbunden. Man erkennt in den Schnittzeichnungen einen als Zugentlastung 19 ausgebildeten Isolierstoffkörper, in den die Leiter 14' der Netzleitung und deren Isolierung zugfest eingebettet sind.
Die große Tiefe der Kanäle der Stiftaufnahmen 12 bis zum Erreichen der Messerkontakte ist wesentliches Merkmal für den Berührschutz und die für die vorgesehene Spannungsebene einzuhaltenden Sicherheitsabstände. Entsprechend tief sind auch die Einführschächte 21 der Stecker 20 ausgebildet.
Die 3A und 3B zeigen ein zweipoliges Kupplungsstück 30 (Adapterstecker) zwischen einer IEC 320 Netzleitung und dem miniaturisierten Steckverbindung in zwei Ansichten. Das Steckteil 11 ist identisch dem aus 1C ausgebildet. Der Stecker S zur Netzleitung ist für eine zweiadrige Doppelnutleitung ausgebildet. Es versteht sich aus der Darstellung der Erfindung, dass das Kupplungsstück 30 auch für dreipolige Netzleitungen mit entsprechender IEC-Typ-Ausführung und entsprechend passender Ausführung des Steckteils ausgebildet sein kann. Insofern ist die Darstellung in 3 nicht einschränkend für eine besondere Ausbildung eines Kupplungsstücks zu verstehen.
In 4 ist das miniaturisierte Steckersystem als Verbindung zwischen einer zweiadrigen Netzleitung NL und einem Ausgangssteckergerät T3' ausgebildet und dargestellt. Die Netzleitung schließt geräteseitig mit einer Steckbuchse 10 in der Ausbildung gemäß 1C ab. Der Gerätestecker 20 am Gerät T3' ist entsprechend passend ausgebildet und entspricht der Darstellung aus 1A. Das Gerät T3' ist mit einem Koaxialstecker KS versehen, wobei diese Steckart auch nur beispielhaft zu verstehen ist, da es in dieser Figur um die Veranschaulichung eines an einer Netzleitung ausgebildeten Steckersystems geht.
Ein Front-End-AC/DC-Modul 130' (rechts) mit dem miniaturisierten Steckersystem 20 ist in 5 gezeigt. Die beiden gezeigten Stecker (IEC-Gerätestecker S nach IEC 320 und Ge rätestecker 20) entsprechen in Form und Ausbildung der Darstellung aus 1A. Die Bezugszeichen sind dieselben wie in 1A, so dass hier die Beschreibung nicht wiederholt werden muss.
Aus dieser Darstellung wird besonders der geringere Platzbedarf des Gerätesteckers 20 in dem Bauteil 130' deutlich. Es wird klar, dass die Miniaturisierung der elektronischen Bauteile nicht fortgesetzt werden kann, wenn die elektrischen Zuleitungen und Steckersysteme nicht ebenfalls eine Miniaturisierung erfahren.

BEZUGSZEICHEN

100: Endgerät
130, 130': Netzgerät (Netzteil oder Batterieteil im Endgerät)
150: Leiterplatte
T1,T2,: Transformatorteil
T3,T3'
S: IEC-Gerätestecker für 2-Nut-Buchse C8
C7, C8: zweipolige Zweinutausführung IEC-320 Stecker, IEC-320 Buchse
NL: flexible Zweidraht-Netzleitung (rund oder flach)
EA: Endabschluss
KS: herkömmlicher Koaxialstecker
10: Steckbuchse (Steckdose weibl.)
11: Buchsenkörper
12: Stiftaufnahme
13: Führungsnut
14: Kontaktmesser, Kontakthülse
14': Leiter der Netzleitung
19: Zugentlastung
20: Stecker (männl.)
21: Steckerschacht
22: Kontaktstift
23: Führungsgrat
24: Kontaktdrähte
25: Kragen
26: Befestigungsstift
27: Lötstift
30: Kupplungsstück

Claims

Steckverbindung zum elektrischen Verbinden eines mit Netzspannung zu versorgenden, in einem mobilen Endgerät (100) angeordneten Netzgerätes (130) über eine Netzspannung führende Leitung (NL) oder über ein mit einer herkömmlichen Netzleitung (NL) koppelbares Kupplungsstück (30) mit der Netzspannung, wobei die, insbesondere flexibel ausgeführte, Netzleitung (NL) mit dem Netzgerät (130) über ein einen Stecker (20) und eine Steckbuchse (10) umfassendes Steckersystem koppelbar ist, welches derart dimensioniert ist, dass es kleiner als Steckersysteme nach IEC 320 ausgeführt ist und dennoch im Hinblick auf die Berührungs- und Handhabungssicherheit den geltenden Normen entspricht.
Steckverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckbuchse (10) aus einem Buchsenkörper (11) und einem Endabschluss (EA) einer Netzleitung (NL) oder eines Buchsenkörpers eines Kupplungsstücks (30) besteht, wobei Länge des Buchsenkörpers (11) und Tiefe der Kanäle der Stiftaufnahme (12) bis zum Erreichen der Kontakte (14) in der Steckbuchse (10) derart bemessen sind, dass sie den Vorschriften an Berührungssicherheit und Spannungsfestigkeit entsprechen.
Steckverbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stecker (20) mit einem Steckerschacht (21) ausgebildet ist, welcher der Länge des Buchsenkörpers (11) entspricht.
Steckverbindung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stecker (20) unmittelbar als Gerätestecker für den elektrischen Eingang an das Batteriesystem des Endgeräts (100) angeordnet ist.
Steckverbindung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigung des Steckers (20) im Endgerät (100) als Snap-In-Fixierung ausgeführt ist.
Steckverbindung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigung des Steckers (20) im Endgerät (100) als Einbau- Gerätestecker für eine Montage auf einer Leiterplatte (150) ausgeführt ist.
Steckverbindung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckbuchse (10) als Einbau-Buchse ausgebildet ist.
Steckverbindung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckbuchse (10) als Abschluss einer Netzleitung (NL) ausgebildet ist.
Steckverbindung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckbuchse (10) mit einer im Endabschluss (EA) einer Netzleitung (NL) integrierten Zugentlastung (19) versehen ist.
Steckverbindung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungsstück (30) für die Verbindung zwischen einer Steckbuchse nach IEC 320 und einer erfindungsgemäßen Steckbuchse (10) vorgesehen ist.
Steckverbindung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungsstück (30) für die Verbindung zwischen einer Steckbuchse nach IEC 320 vom Typ C8 und einer erfindungsgemäßen Steckbuchse (10) vorgesehen ist.
Steckverbindung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Endgerät (100) als Telefon, insbesondere als Mobiltelefon, ausgebildet ist.