EP1891711B1

EP1891711B1 - Elektrischer steckverbinder für ein kraftfahrzeug

Info

Publication number: EP1891711B1
Application number: EP06762041A
Authority: EP
Inventors: Konstantinos Titokis
Original assignee: Kostal Kontakt Systeme GmbH
Current assignee: Kostal Kontakt Systeme GmbH
Priority date: 2005-06-17
Filing date: 2006-06-14
Publication date: 2012-03-14
Anticipated expiration: 2026-06-14
Also published as: WO2006133919A1; JP4757914B2; ES2383700T3; DE102005028037A1; EP1891711A1; BRPI0613342A2; US7645156B2; JP2008544446A; ATE549775T1; US20080096406A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Steckverbinder für ein Kraftfahrzeug, der zwei zusammenfügbare Steckverbinderteile aufweist, wobei nach dem Zusammenfügen der Steckverbinderteile das erste Steckverbinderteil über Rastelemente mit dem zweiten Steckverbinderteil verbunden ist, mit Arretierungsmitteln zur Sicherung der Verbindung zwischen dem ersten Steckverbinderteil und dem zweiten Steckverbinderteil, die einstückig an ein Verbindungselement angeformt sind, wobei das Verbindungselement gegenüber dem ersten Steckverbinderteil mindestens zwei Raststellungen einnehmen kann, wobei bei zusammengefügten Steckverbinderteilen die Arretierungsmittel in der ersten Raststellung die Rastelemente freigeben und in der zweiten Raststellung die Rastelemente sichern, und wobei das Verbindungselement unverlierbar mit dem ersten Steckverbinderteil verbunden ist und durch mechanische Mittel, zu denen ein federndes Element gehört, unverschieblich in der ersten Raststellung gehalten wird, solange es nicht mit dem zweiten Steckverbinderteil zusammengefügt ist.
Elektrische Komponenten in Kraftfahrzeugen sind üblicherweise untereinander und mit dem Kabelbaum des Fahrzeugs über Steckverbinder verbunden. Moderne Kraftfahrzeuge weisen eine Vielzahl elektrischer Komponenten auf, deren Funktionssicherheit von zentraler Bedeutung ist. Zur Sicherung von zusammengefügten Steckverbinderteilen sind diese häufig durch Rastelemente miteinander verbunden, die wiederum vor einer Trennung durch Arretierungsmittel, wie etwa durch einen verschiebbaren Riegel geschützt sind.
Aus der deutschen Gebrauchsmusterschrift DE 297 24 486 U1 ist ein Steckverbinderteil bekannt, das mit einem Buchsenteil verrastbar ist. Das Steckverbinderteil weist hierzu Zungen mit angeformten Rastnasen auf, die in Aufnahmen des Buchsenteils eingreifen. In das Steckverbinderteil ist ein Bügel einhakbar, der parallel zu den Zungen verlaufende Verriegelungsschenkel aufweist. Nach dem Zusammenfügen von Steckerteil und Buchsenteil kann der Bügel an der Unterkante des Steckerteils dergestalt eingeklinkt werden, dass er die Beweglichkeit der in das Buchsenteil eingreifenden Rastzungen stark einschränkt und so die Steckverbinderteile miteinander verriegelt. Aus dieser eingeklinkten Stellung kann der Bügel nur durch Spezialwerkzeuge gelöst werden.
An diesem vorbekannten Steckverbinder ist nachteilig, dass das Verriegeln der Steckverbinderteile durch das Einklinken des Bügels nach dem Zusammenfügen der Steckverbinderteile einen zusätzlichen Montagesschritt erfordert und dass die Steckverbinderteile nach dem Verriegeln zwar sicher verbunden sind, aber praktisch nicht mehr oder nur unter erheblichem Aufwand wieder getrennt werden können.
Ein gattungsgemäßer Steckverbinder ist aus der DE 100 32 234 A1 (vergl. der Oberbegriff des Anspruchs 1) bekannt. Der beschriebene Steckverbinder weist zur Herstellung einer Sekundärverriegelung einen verschiebbaren Bügel auf. Eine Rastnase, welche an eine mit einem Federelement belasteten Zunge angeformt ist, blockiert den Bügel in einer Vorrastposition, wobei das Federelement nach dem Zusammenstecken des Steckverbinders mit dem Gegenstecker den Bügel zum Verrasten in der Endverriegelungsstellung freigibt.
Nachteilig an diesem Steckverbinder ist, dass die Freigabe des Bügels zur Sekundärverriegelung in keinen präzisen Zusammenhang mit dem Verrasten des Steckverbinders mit dem Gegenstecker steht. Da die Auslenkung des Federelements durch eine Gehäusefläche des Gegensteckers bewirkt wird, ist der genaue Zeitpunkt der Freigabe beispielsweise von Maßtoleranzen der Gehäuseteile und von der Präzision des Steckvorgangs (geradliniges oder schiefes Zusammenführen der Steckverbinderteile) abhängig. Es ist somit nicht auszuschließen, dass der Bügel in die Verriegelungsposition gebracht wird, ohne dass eine vollständige Verrastung der beiden Steckverbinderteile vorliegt. Befindet sich der Bügel in der Verriegelungsposition, so kann aber die Rastverbindung zwischen den beiden Steckverbinderteilen nicht mehr hergestellt werden, da der Bügel als Sekundärverrieglung die Beweglichkeit der Rastelemente der Steckverbinderteile gegeneinander blockiert. Um die Steckverbinderteile doch korrekt miteinander zu verrasten, wäre in diesem Fall der Bügel wieder in seine Ausgangslage zurückzustellen um ihn nach dem Verrasten der Steckverbinderteile erneut in die Verriegelungsstellung zu bringen. Auch wenn eine solche Fehlverriegelung bei der Montage nur gelegentlich auftritt, ist die Fehlerbeseitigung doch sehr aufwendig.
Um dies zu vermeiden wäre somit vor dem Setzen der Sekundärverriegelung zunächst eine korrekte Verrastung der beiden Steckverbinderteile sicherzustellen. Das Verrasten der Steckverbinderteile und das Verschieben des Bügels bilden dadurch zwei voneinander getrennte Arbeitsschritte aus. Insbesondere ist ein Stecken und Verriegeln des Steckverbinders in einem Arbeitsgang durch Erfassen und Bewegen des Steckverbinders am Bügel nicht oder zumindest nicht mit der für einen zügigen Ablauf erforderlichen Präzision möglich.
Daher stellte sich die Aufgabe, einen gattungsgemäßen Steckverbinder zu schaffen, bei dem die Steckverbinderteile besonders einfach zusammenfügbar und sicher miteinander verriegelbar sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das federnde Element bei unverbundenen Steckverbinderteilen gegen einen als Quersteg ausgebildeten Abschnitt des Rastelements unverschiebbar ist, und dass durch das Einrasten des Rastelements an einer Rastkontur des zweiten Steckverbinderteils der Quersteg die Verschiebbarkeit des federnden Elements und damit des Verbindungselements freigibt.
Bei dem erfindungsgemäßen Steckverbinder wird die Freigabe der Sekundärverriegelung nicht durch eine Gehäusefläche, sondern durch die Rastkontur, etwa durch eine Rastnase, des zweiten Steckverbinderteils bewirkt, wenn beide Steckverbinderteile in ihre Endrastposition erreicht haben.
Die Position eines Rastelements des zweiten Steckverbinderteils beeinflußt somit direkt die Freigabe des Verbindungselements, so dass das Verschieben des Verbindungselements nicht vor dem Einrasten der Rastelemente, dafür aber unmittelbar danach erfolgen kann. Damit wird es möglich den Steckverbinder zum Stecken auf das zweite Steckverbinderteil am Verriegelungselement zu erfassen und nach dem Einrasten der Rastelemente in einem durchgängigen Bewegungsablauf zu verriegeln.
Hierzu ist es vorteilhaft, wenn das Verbindungselement einen außerhalb des Gehäuses des ersten Steckverbinderteils gelegenen Abschnitt aufweist, der sich als Handhabungsmittel eignet.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die zweite Raststellung des Verbindungselements sich gegenüber dessen erster Raststellung in Steckrichtung des ersten Steckverbinderteils auf das zweite Steckverbinderteil befindet. Hierdurch kann das erste Steckverbinderteil am Verbindungselement erfasst werden und auf das zweite Steckverbinderteil aufgesteckt werden, da das Verbindungselement starr gegenüber dem ersten Steckverbinderteil in seiner ersten Rastposition gehalten wird.
Sobald die beiden Steckverbinderteile zusammengefügt sind, geben die mechanischen Mittel das Verbindungselement frei, welches daraufhin in die zweite, die Steckverbinderteile verriegelnde Rastposition rutscht. Das Zusammenfügen und Verriegeln der Steckverbinderteile kann somit ohne Unterbrechung in einem Arbeitsschritt erfolgen. Auch ein Trennen der Steckverbinderteile ist danach bei Bedarf jederzeit möglich, wobei lediglich die Haltekraft der Rastmittel zwischen der ersten und der zweiten Rastposition überwunden werden muß.
Insbesondere bei größeren, vielpoligen Steckverbindern ist es vorteilhaft, mehrere Rastmittel vorzusehen, welche die Steckverbinderteile aneinander festlegen. Ebenfalls zweckmäßig ist es, auch eine entsprechende Anzahl von Arretierungsmitteln zur Sicherung der Rastmittel vorzusehen. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Arretierungsmittel untereinander verbunden sind und dadurch gemeinsam gesetzt werden können. Besonders vorteilhaft ist es, wenn alle Arretierungsmittel einstückig an das Verbindungselement angeformt sind.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung dargestellt und näher erläutert.
Es zeigen

Figur 1: eine Ansicht des ersten Steckverbinderteils,
Figur 2: eine schematische Darstellung der Anordnung von Rastarm und Arretierungsstegen,
Figur 3: eine Ansicht des verbundenen ersten und zweiten Steckverbinderteils,
Figur 4: Schnittansichten der Steckverbinderteile in mehreren Phasen des Zusammenfügens.

Die Figur 1 zeigt eine Ansicht schräg auf die Steckerseite eines ersten Steckverbinderteils (1).
Dieses erste Steckverbinderteil (1) besteht aus zwei jeweils einstückig ausgebildeten Elementen und zwar einerseits aus einem Steckhülsengehäuse (2) und andererseits einem riegelartigen Verbindungselement (3).
Das Steckhülsengehäuse (2) und das riegelartige Verbindungselement (3) sind durch Ineinanderformung oder durch unzugänglich angeordnete Verbindungsmittel untrennbar, aber grundsätzlich gegeneinander beweglich miteinander verbunden.
Die Verbindungsmittel können beispielsweise durch widerhakenartige Rastnasen (4) ausgebildet sein, die mit dem Verbindungselement (3) federnd verbunden in eine Langlochausnehmung (15) am Steckhülsengehäuse (2) eingreifen und hierdurch das Verbindungselement (3) untrennbar und dennoch verschieblich am Steckhülsengehäuse (2) festlegen.
Weiterhin legt eine mit dem Verbindungselement (3) elastisch verbundene Rastnase, zusammenwirkend mit zwei Ausnehmungen (16) im Steckhülsengehäuse (2), zwei Raststellungen fest, die das Verbindungselement gegenüber dem Steckhülsengehäuse (2) einnehmen kann. Eine entsprechend wirkende Rastnase (17) ist in dem im Schnitt dargestellten oberen Bereich des Steckhülsengehäuses erkennbar.
Das Steckhülsengehäuse (2) weist zwei im Gehäuseinneren einstückig angeformte, als Rastarme ausgebildete Rastelemente (5) auf, die jeweils mittels eines an der Außenseite des Steckhülsengehäuses (2) angeformten Betätigungselementes (6) gegen die Innenwände des Steckhülsengehäuses (2) verschwenkbar sind.
Diese Rastarme (5) dienen dazu, das erste Steckverbinderteil (1) mit einem in der Figur 1 nicht dargestellten zweiten Steckverbinderteil rastend zu verbinden und damit die elektrische und mechanische Verbindung der beiden Steckverbinderteile zu sichern. In der Figur 1 ist lediglich einer der beiden Rastarme (5) erkennbar.
Das Verbindungselement (3) besitzt als Arretierungsstege (10) ausgebildete Arretierungsmittel, die sich bei einer Verschiebung des Verbindungselementes (3) relativ zum Steckhülsengehäuse (1) in den Zwischenraum zwischen jeweils einem Rastarm (5) und der inneren Gehäusewand des Steckhülsengehäuses (2) schieben und so die Verschwenkbarkeit der Rastarme (5) blockieren. Eine durch die Rastarme (5) hergestellte Rastverbindung zum zweiten Steckverbinderteil ist danach, ohne ein Zurücksetzen des Verbindungselements (3) in die Ausgangsstellung, nicht mehr trennbar.
Zur Verdeutlichung zeigt die Figur 2 eine aus dem Rastarm und den Arretierungsmitteln bestehende Anordnung in einer schematischen Darstellung. Wie aus der Projektionsskizze hervorgeht, besteht der Rastarm (5) aus zwei parallelen Rastarmschenkeln (11), die durch einen Quersteg (7) miteinander verbunden sind. Der Quersteg (7) weist zwei Endabschnitte (9) auf, die sich über die Verbindungsbereiche mit den Rastarmschenkel (11) hinaus erstrecken. Die Rastarmschenkel (11) werden von jeweils einem Arretierungssteg (10), wie die Figur 1 zeigt, winkelförmig entlang von zwei Außenflächen, umfaßt.
Zwischen den Rastarmschenkeln (11) liegt ein federndes Element (8), welches mit den Arretierungsstegen (11) verbunden ist und darüber hinaus ein Teil des Verbindungselementes (3) ausbildet.
Der Vorgang des Zusammensteckens und Verriegelns von zwei Steckverbinderteilen ist in der Figur 4 anhand einer Reihe von Schnittzeichnungen dargestellt. Diese Schnittzeichnungen beziehen sich auf zwei verschiedene Schnittebenen durch die Steckverbinderteile (1, 12), deren Lage in der Figur 3 dargestellt ist. Ein Vergleich der Figuren 1 und 3 zeigt, daß die Schnittebene 1 das federnde Element (8) schneidet, während die Schnittebene 2 durch einen Arretierungssteg (10) verläuft.
Wesentlich ist, daß das Verbindungselement (3) die Rastarme (5) erst dann verriegelt, wenn die beiden Steckverbinderteile (1, 12) zusammengefügt sind.
Figur 4a zeigt den Beginn des Steckvorgangs. Hierbei sind das erste und das zweite Steckverbinderteil (1, 12) bereits ein Stück weit ineinander geschoben, aber noch nicht miteinander verrastet.
In der Ebene 1 liegt das federnde Elemente (8) auf gleicher Höhe und im direkten Kontakt mit dem Quersteg (7) des Rastarms. Hieraus ergibt sich, daß in dieser Fügephase das Verbindungselement (3) nicht gegenüber dem Steckhülsengehäuse (2) verschieblich ist. Das erste Steckverbinderteil (1) erscheint damit für einen Bediener als ein einziges kompaktes Teil, welches für den Steckvorgang auch gut am riegelförmigen Abschnitt des Verbindungselement (3) erfaßt und geführt werden kann.
In der Ebene 2 liegt das Ende des Arretierungssteges (10) noch vor dem Endabschnitt (9) des Rastarmquersteges, so daß der Rastarm in dieser Einsteckphase noch frei verschwenkbar ist.
Durch die Krafteinwirkung auf das Verbindungselement (3), drückt das federnde Element (8) auf den Quersteg (7) des Rastarms, so daß dieser einer Rastkontur (13) am zweiten Steckverbinderteil (12) folgt (Figur 4b, Ebene 1).
Schon bei einer minimalen Auslenkung des Rastarms, bewirkt dieser, daß sich eine zusätzliche Überdeckung zwischen dem Arretierungssteg (10) und den Endabschnitten (9) am Quersteg des Rastarm ergibt. Hierdurch wird das federnde Element (8) während des Steckvorgangs entlastet (Figur 4b, Ebene 2).
Bei Weiterführung des Steckvorgangs gelangt zunächst der Quersteg (7) des Rastarms über die Rastkontur (13) und rastet dahinter ein. Nach dem Verrasten des Rastarms auf dem zweiten Steckverbinderteil (12) befindet sich das federnden Element (8) auf dem oberen labilen Totpunkt der Rastkontur (13); dies ist in der Figur 4c, Ebene 1 erkennbar. Gleichzeitig findet eine Entkopplung zwischen den Arretierungsstegen (10) und dem Rastarm auf der Ebene 2 statt, da sich die Endabschnitte (9) des freigegebenen Rastarms nun mit den Arretierungsstegen (10) nicht mehr auf gleicher Höhe befinden.
Damit wird das Verbindungselement (3) gegenüber dem Steckhülsengehäuse (2) verschiebbar und kann in eine, die beiden Steckverbinderteile (1, 12) verriegelnde Position gebracht werden. Dies ist in den beiden Teilfiguren 4d dargestellt. In der Ebene 1 hat sich der Endabschnitt des federnden Elements (8) über den Quersteg (7) des Rastarms geschoben und hält diesen hinter der Kante der Rastkontur (13) fest. Auf der dem Rastarm gegenüberliegende Seite wird die Beweglichkeit des Endabschnitts des federnden Elements (8) zudem durch einen Gehäusewandabschnitt (14) begrenzt, so daß auch ein Lösen der Arretierung durch ein mechanisches Verschwenken des Rastarms durch das Betätigungselement (6) verhindert ist.
In der Ebene 2 übergreifen in dieser Position die Arretierungsstege (10) die Endabschnitte (9) des Querstegs am Rastarm und liefern so einen wesentlichen Beitrag zur Verriegelung der Steckverbinderteile (1, 12).
Ein Entriegeln der Steckverbinderteile (1, 12) ist allein dadurch möglich, daß das Verbindungselement (3) entgegen der Steckrichtung des ersten Steckverbinderteils (1) verschoben wird, wodurch sowohl das federnde Element (8) als auch die Arretierungsstege (10) die entsprechenden Abschnitte des Rastarms freigeben.
Ein besonderer Vorteil eines derartigen Steckverbinders, dessen Steckverbinderteile erst nach dem Zusammenfügen verriegelt werden können, besteht darin, daß das erste Steckverbinderteil am Verbindungselement, welches die Arretierungsmittel betätigt, gehalten und gesteckt werden kann und in einem Arbeitsgang, also ohne eine Unterbrechung des Steckvorgangs auch eine Verriegelung der beiden Steckverbinderteile miteinander bewirkt. Dies ermöglicht eine besonders schnelle, kostengünstige und sichere Montage der Steckverbinderteile miteinander.

Bezugszeichen

1: erstes Steckverbinderteil
2: Steckhülsengehäuse
3: Verbindungselement (Riegel)
4: Rastnase
5: Rastelement (Rastarm)
6: Betätigungselement
7: Quersteg
8: federndes Element
9: Endabschnitte (am Quersteg 7)
10: Arretierungsstege
11: Rastarmschenkel
12: zweites Steckverbinderteil
13: Rastkontur
14: Gehäusewandabschnitt
15: Langlochausnehmung
16: Ausnehmungen
17: Rastnase

Claims

Elektrischer Steckverbinder für ein Kraftfahrzeug, der zwei zusammenfügbare Steckverbinderteile aufweist,
wobei nach dem Zusammenfügen der Steckverbinderteile das erste Steckverbinderteil über Rastelemente mit dem zweiten Steckverbinderteil verbunden ist,
mit Arretierungsmitteln zur Sicherung der Verbindung zwischen dem ersten Steckverbinderteil und dem zweiten Steckverbinderteil,
die einstückig an ein Verbindungselement angeformt sind,
wobei das Verbindungselement gegenüber dem ersten Steckverbinderteil mindestens zwei Raststellungen einnehmen kann,
wobei bei zusammengefügten Steckverbinderteilen die Arretierungsmittel in der ersten Raststellung die Rastelemente freigeben und in der zweiten Raststellung die Rastelemente sichern,
und wobei das Verbindungselement unvedierbar mit dem ersten Steckverbinderteil verbunden ist und durch mechanische Mittel, zu denen ein federndes Element gehört, unverschieblich in der ersten Raststellung gehalten wird, solange es nicht mit dem zweiten Steckverbinderteil zusammengefügt ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass das federnde Element (8) bei unverbundenen Steckverbinderteilen (1, 12) gegen einen als Quersteg (7) ausgebildeten Abschnitt des Rastelements (5) unverschiebbar ist, und
dass durch das Einrasten des Rastelements (5) an einer Rastkontur (13) des zweiten Steckverbinderteils (12) der Quersteg (7) die Verschiebbarkeit des federnden Elements (8) und damit des Verbindungselements (3) freigibt.
Elektrischer Steckverbinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Steckverbinderteil (1) mit dem zweiten Steckverbinderteil (12) über mehrere Rastelemente (5) verbunden ist.
Elektrischer Steckverbinder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement (3) mehrere Arretierungsmittel (8, 10) aufweist, von denen mindestens eines auf jeweils eines der Rastelemente (5) einwirkt, wenn sich das Verbindungselement (3) in der zweiten Raststellung befindet.
Elektrischer Steckverbinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschieberichtung des Verbindungselements (3) gegenüber dem ersten Steckverbinderteil (1) parallel zur Steckrichtung der Steckverbinderteile (1, 12) verläuft.
Elektrischer Steckverbinder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Raststellung relativ zur ersten Raststellung in Verschieberichtung des ersten Steckverbinderteils (1) auf das zweite Steckverbinderteil (12) hin angeordnet ist.
Elektrischer Steckverbinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement (3) über eine Rastverbindung mit dem ersten Steckverbinderteil (1) verbunden ist.
Elektrischer Steckverbinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement (3) und das erste Steckverbinderteil (1) ineinandergeformt sind.
Elektrischer Steckverbinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Rastelement (5) als einstückig an das erste Steckverbinderteil (1) angeformter Rastarm ausgebildet ist.
Elektrischer Steckverbinder nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Rastarm (5) etwa parallel zu einer Wand eines Steckhülsengehäuses (2) und gegenüber der Wand verschwenkbar angeordnet ist.
Elektrischer Steckverbinder nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Rastarm (5) im Inneren des Steckhülsengehäuses (2) angeordnet ist.
Elektrischer Steckverbinder nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Rastarme (5) an einander gegenüberliegenden Wänden des Steckhülsengehäuses (2) angeordnet sind.
Elektrischer Steckverbinder nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß Arretierungsmittel (8, 10) in einer Rastposition die Verschwenkbarkeit des mindestens einen Rastarms (5) in wenigstens einer Schwenkrichtung einschränken.