EP2961005B1

EP2961005B1 - Steckverbinder und Anschlusskabel

Info

Publication number: EP2961005B1
Application number: EP14173759.3A
Authority: EP
Inventors: Christian Bräunlich
Original assignee: Lapp Engineering AG
Current assignee: Lapp Engineering AG
Priority date: 2014-06-24
Filing date: 2014-06-24
Publication date: 2019-02-20
Anticipated expiration: 2034-06-24
Also published as: EP2961005A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Steckverbinder mit einem Verriegelungsbügel insbesondere zur elektrischen Verbindung eines Kraftfahrzeugs mit einem Anhänger sowie ein Anschlusskabel mit einem solchen Steckverbinder.
Üblicherweise ist ein solcher Steckverbinder über ein Kabel an der Rückseite eines Kraftfahrzeugs befestigt oder mit diesem verbunden. Zwecks Herstellung der elektrischen Verbindung wird der Steckverbinder in eine am Anhänger angebrachte Steckdose eingeführt und durch einen Verriegelungsbügel in dieser Position fixiert.
Aus der EP1111729A2 ist ein solcher Steckverbinder bekannt. Dieser Steckverbinder weist einen schwenkbaren Verriegelungsbügel auf, der zwei drehbar gelagerte Rollen umfasst, welche in verriegelter Stellung an der Steckdose angebrachte Verriegelungswiderlager umgreifen können, um den Stecker in dieser Stellung zu halten und zu sichern. Nachteilig an dieser Lösung ist, dass die Rollen und Rollenlager belastenden Einwirkungen ausgesetzt sind. Bei wiederholter und/oder übermässiger mechanischer Belastung können die Rollenlager brechen. Auch Witterungseinflüsse, Verschmutzung und Oxidation belasten die Rollenlager über längere Zeit erheblich, so dass deren Funktion über eine längere Zeitdauer normalerweise nicht gewährleistet ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Steckverbinder sowie ein Anschlusskabel mit einem solchen Steckverbinder insbesondere zur elektrischen Verbindung eines Kraftfahrzeugs mit einem Anhänger zu schaffen.
Der Steckverbinder soll zuverlässig mit einem Gegenstück verbindbar sein und äusseren Einflüssen, insbesondere wiederholten mechanischen Einwirkungen und Witterungseinflüssen unbeschadet standhalten, so dass Verschleisserscheinungen vermieden werden.
Die einwandfreie Funktion des Verriegelungsbügels soll über eine möglichst lange Betriebsdauer gewährleistet bleiben.
Der Verriegelungsbügel soll einfach und stabil aufgebaut und kostengünstig herstellbar sein.
Diese Aufgabe wird mit einem Steckverbinder, einem Stecker oder einer Buchse, und einem Anschlusskabel gelöst, welche die in Anspruch 1 bzw. Anspruch 13 angegebenen Merkmale aufweisen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Ansprüchen angegeben.
Der erfindungsgemässe Steckverbinder dient insbesondere der Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen einem Zugfahrzeug und einem Anhänger, vorzugsweise zwischen einem Lastkraftwagen und zugehörigem Anhänger. Hierfür kann der Steckverbinder mit einem korrespondierenden zweiten Steckverbinder, eine Buchse oder einem Stecker, am Zugfahrzeug und am Anhänger verbunden werden.
Der Steckverbinder umfasst ein Steckverbindergehäuse, in das ein elektrisches Kabel eingeführt werden kann. Die einzelnen elektrischen Leiter des Kabels werden innerhalb des Gehäuses mit den Polen einer im Gehäuse angebrachten Steckeinheit verbunden. Am Gehäuse ist ein Verriegelungsbügel angebracht, welcher um eine Lagerachse schwenkbar ist. Der Verriegelungsbügel umfasst zwei Bügelschenkel, welche je ein am Steckverbindergehäuse gelagertes Flanschelement und je ein Verriegelungselement aufweisen. Das Verriegelungselement ist vorzugsweise so ausgeführt, dass es lösbar mit einem Verriegelungswiderlager koppelbar ist, das an einem zum Steckverbinder korrespondierenden zweiten Steckverbinder, ggf. einer Buchse angebracht ist.
Erfindungsgemäss weisen die Verriegelungselemente kurvenförmige Kufenelemente auf. Diese Kufenelemente erleichtern das Gleiten des Verriegelungsbügels über die Verriegelungswiderlager. Anschliessend an die Kufenelemente sind Rastflächen zur vorgesehen, an denen die Verriegelungswiderlager nach der Verriegelung des Steckverbinder gelagert werden.
Vorzugsweise ist der erfindungsgemässe Verriegelungsbügel einstückig ausgeführt. Als Materialien können sowohl metallische Bleche, Legierungen oder Kunststoffe verwendet werden. Vorzugsweise ist der Verriegelungsbügel aus Edelstahl gefertigt. Durch die einstückige Ausführung wird die Zahl der Arbeitsschritte, welche zur Herstellung des Verriegelungsbügels benötigt werden reduziert. Zudem wird das Risiko des Abbrechens von nicht stoffschlüssig mit dem Verriegelungsbügel verbundenen Teilen durch mechanische Beanspruchung eliminiert.
Das Kufenelement umfasst erfindungsgemäss eine Lauffläche, wobei die Breite dieser Lauffläche ein Mehrfaches der Wandstärke des Bügelschenkels beträgt. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Breite der Lauffläche das 1.5-5 fache der Wandstärke des Bügelschenkels. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform beträgt die Breite der Lauffläche 1mm bis 5mm. Vorzugsweise ist die Lauffläche senkrecht zum an die Lauffläche angrenzenden Teil des Verriegelungselements ausgerichtet. Durch diese Breite der Laufflächen wird gewährleistet, dass der Verriegelungsvorgang praktisch verschleissfrei erfolgen kann.
Das Kufenelement ist in einer vorzugsweisen Ausgestaltung als Segment eines Hohlzylinders ausgeführt.
In einer weiteren vorzugsweisen Ausgestaltung sind am Übergang zwischen den Kufenelementen und den Rastfläche Senken vorgesehen. Durch die Ausbildung von Senken können scharfe Kanten an den Enden der Kufenelemente, die bei der Herstellung des Verriegelungsbügels auftreten können, so positioniert werden, dass sie beim Übergang der Verriegelungswiderlager nicht mit diesen in Berührung kommen und diese somit auch nicht schädigen können. Vorzugsweise ist die Senke an der Rastfläche so positioniert, dass das Verriegelungswiderlager in der verriegelten Position genau in der Senke zu liegen kommt. Hierdurch wird der Schutz gegen ungewolltes Entriegeln - beispielsweise durch Vibrationen - erhöht.
In einer weiteren vorzugsweisen Ausgestaltung wird die Differenz der Abstände von der Drehachse des Verriegelungsbügels des Kufenelement einerseits und der Rastfläche andererseits in einem Bereich zwischen 0,3mm und 2mm gewählt. Dadurch dass das Kufenelement näher an der Drehachse liegt als die Rastfläche werden die Verriegelungswiderlager in der verriegelten Position stabil gehalten.
In einer weiteren vorzugsweisen Ausgestaltung ist das Lagerelement, durch welches der Verriegelungsbügel mit dem Steckverbindergehäuse verbunden ist, aus einem elastischen Material ausgeführt. Die beim Verriegeln des Bügels auftretenden Kräfte können somit zumindest teilweise durch elastische Dehnung des Lagerelements aufgenommen werden.
Ein aus einem metallischen Blech gefertigter Verriegelungsbügel wird vorzugsweise durch Stanzbiegen hergestellt.
Bei einer weiteren erfindungsgemässen Ausgestaltung ist der Verriegelungsbügel aus einem UV-beständigen Kunststoff gefertigt. Der Verriegelungsbügel wird bei dieser Ausgestaltung vorzugsweise durch Spritzgiessen hergestellt.
Die Kufenelemente sind vorzugsweise so ausgeführt, dass sie einstückig mit dem Verriegelungsbügel verbunden sind. Durch die einstückige Ausführung können die Kufenelemente direkt bei der Formung des Bügels mitgeformt werden, so dass die Zahl der Bearbeitungsschritte minimiert wird.
In einer weiteren erfindungsgemässen Ausgestaltung werden die Kufenelemente nach der Herstellung des Verriegelungsbügels geschliffen und/oder poliert, so dass die Gleitreibung beim Übergang über das Verriegelungswiderlager reduziert wird. In einer bevorzugten Ausgestaltung wird der Bügel nach dem Formungsprozess gleitgeschliffen. Zur Reduktion der Gleitreibung kann auch eine hierfür geeignete Beschichtung auf die Kufenelemente aufgebracht werden.
Vorzugsweise umfasst der erfindungsgemässe Steckverbinder 7- oder 15-Pole.
Der Steckverbinder wird in einer erfindungsgemässen Ausgestaltung an ein Kabel angebracht. Vorzugsweise ist dieses Kabel als Spiralkabel ausgeführt.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind an beiden Enden eines Kabels, vorzugsweise eines Spiralkabels, erfindungsgemässe Steckverbinder angebracht.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1a: einen erfindungsgemässen Steckverbinder 1 mit einem Verriegelungsbügel 4, der auf einander gegenüberliegenden Seiten mit Verriegelungselementen 41 versehen ist;
Fig. 1b: den Steckverbinder 1 von Fig. 1a mit dem Verriegelungsbügel 4 beim Übergang in eine Position, in der der Steckverbinder 1 mit einer schematisch gezeigten Buchse 2 verriegelt ist;
Fig. 1c: den Steckverbinder 1 von Fig. 1b mit den Verriegelungsbügel 4 in der Position, in der der Steckverbinder 1 mit der Buchse 2 verriegelt ist und die Verriegelungselemente 41 zwei an der Buchse 2 vorgesehene Verriegelungslager 21 umgreifen;
Fig. 2: eine perspektivische Ansicht des Steckverbinders 1 von Fig. 1a mit dem Verriegelungsbügel 4, der die beiden schematisch gezeigten Verriegelungslager 21 umgreift;
Fig. 3: eine perspektivische Ansicht des Verriegelungsbügels 4 von Fig. 1a mit einem der Verriegelungslager 21 sowie zwei Detailansichten, in denen die beiden Verbindungselemente 41 und daran vorgesehene Kufenelemente 411 vergrössert dargestellt sind; und
Fig. 4: eine Seitenansicht des Verriegelungsbügels 4 von Fig. 1a den Verriegelungselementen 41 kurz vor der Kopplung mit den beiden Verriegelungslagern 21 sowie Segmenten von zwei Kreisbogen kb1, kb2 die konzentrisch zur Rotationsachse x des Verriegelungsbügels 4 verlaufen.

Fig. 1a zeigt einen erfindungsgemässen Steckverbinder 1 in einer vorzugsweisen Ausgestaltung. Der als Stecker ausgestaltete Steckverbinder 1 umfasst ein Steckverbindergehäuse 11 mit Lagerbolzen 111, mittels denen ein Verriegelungsbügel 4 um eine Rotationsachse x (siehe auf Fig. 3) drehbar gelagert ist, die senkrecht zur Längsachse y des Steckverbinders 1 verläuft. Der in geöffneter Position gezeigte Verriegelungsbügel 4 umfasst zwei Schenkel 42, an deren Enden je ein Verriegelungselement 41 vorgesehen ist, das ein Kufenelement 411 mit einer frontseitigen Lauffläche 4110 aufweist. Der vorzugsweise U-förmige Verriegelungsbügel 4 umfasst ferner einen Betätigungsgriff 49, an den - vorzugsweise per Hand oder über ein Werkzeug - eine Kraft angelegt werden kann, um den Verriegelungsbügel 4 zu drehen. Am Eingang des Steckverbinders 1 ist zudem eine Kabelzuführung 3 vorgesehen, durch die ein Kabel in den Steckverbinder 1 eingeführt werden kann. Die Kabelzuführung 3 erfüllt vorzugsweise die Funktion eines Knickschutzes und/oder einer Zugsentlastung.
Fig. 1b zeigt den Steckverbinder 1 von Fig. 1a nach einer Drehung des Verriegelungsbügels 4 in eine Drehlage, in der die Kufenelemente 411 über Verriegelungswiderlager 21 gleiten, die beidseitig an einer schematisch dargestellten Buchse 2 angebracht sind, die zum Steckverbinder 1 korrespondiert.
Fig. 1c zeigt den mit der Buchse 2 verriegelten Steckverbinder 1 von Fig. 1b nach einer weiteren Drehung des Verriegelungsbügels 4, während der die Verriegelungswiderlager 21 über die Laufflächen 4110 der Kufenelemente 411 und eine Senke 412 in eine Rastposition geführt wurden. Eine Detailansicht in Fig. 1c zeigt, wie die Verriegelungswiderlager 21 in der Rastposition an einer Rastfläche 413 anliegen.
Fig. 2 zeigt den erfindungsgemässen Steckverbinder 1 von Fig. 1a mit dem Verriegelungsbügel 4, der mittels Flanschelementen 43 mit den Lagerbolzen 111 gekoppelt ist, sowie zwei schematisch gezeigten Verriegelungswiderlagern 21 der angekoppelten Buchse 2 (nicht gezeigt). Die Verbindung des Verriegelungsbügels 4 mit dem Steckverbindergehäuse kann durch beliebige aus dem Stand der Technik bekannte Methoden, wie durch Verschraubung, Vernietung oder vorzugsweise durch eine Lagerpfanne ausgeführt sein. Eine Detaildarstellung zeigt eines der Arretierelemente 41, welches das zugehörige Verriegelungswiderlager 21 umgreift, nachdem dieses über das Kufenelement 411 zur Rastfläche 413 hin geführt wurde.
Fig. 2 zeigt ferner, dass der Steckverbinder 1 mehrere elektrische Kontakte/Pole 15, z.B. 7 oder 15 Stück, umfasst. Eine am Steckverbindergehäuse 11 angebrachte Auflageplatte 16 dient der Lagerung einer vorzugsweise an der Buchse 2 vorgesehenen Klappe, die der Abdeckung der Buchse 2 dient, nachdem diese vom Steckverbinder 1 entkoppelt wurde.
Fig. 3 zeigt den vorzugsweise ausgestalteten Verriegelungsbügel 4 des Steckverbinders 1 von Fig. 2, der mittels des Betätigungsgriffs 49 von der geöffneten Position in die verriegelte Position und wieder zurück gedreht werden kann. Der vorzugsweise symmetrisch aufgebaute Verriegelungsbügel 4 umfasst zwei miteinander verbundene Bügelschenkel 42, an deren Enden je ein Bügelfuss 421 vorgesehen ist. Jeder Bügelfuss 421 weist auf einer Seite ein Verriegelungselement 41 und auf der gegenüberliegenden Seite ein der Verbindung mit einem zugehörigen Lagerbolzen 111 dienendes Flanschelement 43 auf. Zur Aufnahme der Lagerbolzen 111 sind die Flanschelemente 43 in dieser Ausgestaltung mit einer Bohrung versehen, an die ein nach innen gebogener Rand oder Flanschring anschliesst und die von einer Rotationsachse x durchlaufen wird, um die der Verriegelungsbügel 4 relativ zum Steckverbindergehäuse 11 gedreht werden kann.
In einer ersten Detailansicht A ist gezeigt, dass die Verriegelungselemente 41 eine Rastfläche 413 und ein Kufenelement 411 umfassen, welches eine kurvenförmige Lauffläche 4110 mit der Breite b aufweist.
Eine zweite Detailansicht B zeigt eines der Verriegelungselemente 41 und das an der Rastfläche 413 gelagerte zugehörige Verriegelungswiderlager 21 im verriegelten Zustand. Das Verriegelungswiderlager 21 kann während des Drehens des Verriegelungsbügels 4 um die Drehachse x über die Laufflächen 4110 des Kufenelements 411 gleiten, um in die verriegelte Position zu gelangen.
Aus beiden Detailansichten A und B ist ersichtlich, dass das Kufenelement 411 in dieser vorzugsweisen Ausgestaltung ein Segment eines Hohlzylinders bildet. Es sind jedoch auch andere Krümmungsverläufe der Laufflächen 4110 realisierbar. Kanten innerhalb der Lauffläche 4110 werden vorzugsweise vermieden, so dass der Kopplungsvorgang jeweils schonend verläuft. Der kurvenförmige Verlauf der Lauffläche 4110 kann vollständig gerundet verlaufen oder auch auf wenigstens zwei zueinander geneigte Flächen reduziert werden.
Fig. 4 zeigt eine Seitenansicht einer möglichen Ausführungsform des Verriegelungsbügels 4 von Fig. 3 mit zwei Kreisbogen kb1, kb2, die mit den Radien r1, r2 konzentrisch zur Rotationsachse x des Verriegelungsbügels 4 verlaufen. Der Radius r2 des zweiten Kreisbogens kb2 ist dabei um die Differenz dr = r2-r1 grösser als der Radius r1 des ersten Kreisbogens kb1.
Der Radius r1 des ersten Kreisbogens kb1 entspricht dem Abstand von der Drehachse x zum nächstliegenden Punkt der Lauffläche 4110 des Kufenelements 411. Ausserhalb des Verriegelungsbereichs wird dieser Teil der Lauffläche 4110 entlang dem ersten Kreisbogen kb1 geführt.
Der Radius r2 des zweiten Kreisbogens kb2 entspricht dem Abstand von der Drehachse x zur Rastfläche 413.
Eingezeichnet ist ferner der Abstand r2 'von der Drehachse x zum radial entferntest liegenden Punkt des Verriegelungswiderlagers 21.
Im unverriegelten Zustand des Steckverbinders 1 (mit dem Verriegelungswiderlager 21 ausserhalb des Eingriffsbereichs des Verriegelungselements 41) sowie im verriegelten Zustand des Steckverbinders 1 (mit dem Verriegelungswiderlager 21' auf der Rastfläche 413 des Verriegelungselements 41) entspricht der Radius r2 des zweiten Kreisbogens kb2 dem Abstand r2' von der Drehachse x zum Verriegelungswiderlager 21. Im Übergangsbereich zwischen dem unverriegelten sowie dem verriegelten Zustand des Steckverbinders 1 ist die Differenz der Abstände r1 und r2' zu überwinden.
Die inhärente Elastizität des Materials eines Teils des Steckverbinders 1 und/oder der Buchse 2, insbesondere des Verriegelungsbügels 4, eines der Lagerelemente oder eines Federelements, ist derart ausgelegt, dass die Differenz dr der Abstände r2' und r1 während des Kopplungsvorgangs überwunden und die Verriegelungswiderlager 21 über die Kufenelemente 411 gleiten können. Dabei wird der Verriegelungsbügel 4 nach aussen gedehnt, wodurch sich der Radius r1 erhöht. Alternativ oder zusätzlich kann ein elastisches Lagerelement 5 (siehe Fig. 1b und Fig. 1c) vorgesehen werden, welches eine Verschiebung des Verriegelungsbügels 4 um die Distanz dr erlaubt.

Bezugszeichenliste

1: Steckverbinder
11: Steckverbindergehäuse
111: Lagerbolzen
15: Steckeinheit
16: Auflagerplatte
2: Buchse
21: Verriegelungswiderlager
3: Kabelzuführung
4: Verriegelungsbügel
41: Verriegelungselement
411: Kufenelement
4110: Lauffläche
412: Senke
413: Rastfläche
42: Bügelschenkel
421: Bügelfuss
43: Flanschelement
49: Betätigungsgriff
5: Elastisches Lagerelement
r1: Abstand von Kufenelement zu Drehachse x
r2: Abstand von Rastfläche zu Drehachse x
dr: Differenz der radialen Abstände
b: Breite der Lauffläche
x: Drehachse
y: Längsachse des Steckverbinders 1

Claims

Steckverbinder (1), Stecker oder Buchse, zur Verbindung mit einem dazu korrespondierenden zweiten Steckverbinder (2), mit einem Steckverbindergehäuse (11), in dem eine mit einem elektrischen Kabel (3) verbindbare Steckeinheit (15) angeordnet ist, und mit einem um eine Lagerachse (x) schwenkbaren Verriegelungsbügel (4), der zwei Bügelschenkel (42) umfasst, die je ein am Steckverbindergehäuse (11) gelagertes Flanschelement (43) und je ein Verriegelungselement (41) aufweisen, das derart ausgestaltet ist, dass es lösbar mit einem Verriegelungswiderlager (21) koppelbar ist, das am zweiten Steckverbinder (2) vorgesehenen ist, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der beiden Verriegelungselemente (41) ein kurvenförmiges Kufenelement (411), welches eine mit einer Breite (b) vorzugsweise senkrecht zum Bügelschenkel (42) ausgerichtete Lauffläche (4110) aufweist, wobei die Breite (b) der Lauffläche (4110) ein Mehrfaches der Materialdicke des Bügelschenkels (42) beträgt, und eine daran anschliessende Rastfläche (413) aufweist.
Steckverbinder (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verriegelungsbügel (4) einstückig aus einer metallenen Abwicklung, Edelstahl oder aus Kunststoff gefertigt ist.
Steckverbinder (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (b) der Lauffläche (4110) um einen Faktor grösser ist als die Materialdicke des Bügelschenkels (42) der in einem Bereich von 1.5 - 5 liegt und/oder dass die Breite (b) in einem Bereich von 1mm bis 5mm liegt.
Steckverbinder (1) nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kufenelement (411) ein Segment eines Hohlzylinders bildet oder wenigstens zwei gegeneinander geneigte Flächen aufweist.
Steckverbinder (1) nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Senken (412) derart am Bügelschenkel (42) positioniert sind, dass die Verriegelungswiderlager (21) darin verrastbar sind.
Steckverbinder (1) nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz (dr) zwischen dem kleineren radialen Abstand (r1) zwischen der Drehachse (x) und dem Kufenelement (411) einerseits sowie dem grösseren radialen Abstand (r2) zwischen der Drehachse (x) und der Rastfläche (413) andererseits vorzugsweise im Bereich von 0,3mm - 2mm liegt.
Steckverbinder (1) nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Flanschelemente (43) der Bügelschenkel (42) je durch ein elastisches Lagerelement (5) mit dem Steckverbindergehäuse (11) verbunden sind.
Steckverbinder (1) nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Verriegelungsbügel (4) durch Stanzbiegen gefertigt wird.
Steckverbinder (1) nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Verriegelungsbügel (4) durch Spritzgiessen gefertigt wird.
Steckverbinder (1) nach einem der Ansprüche 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kufenelemente (411) vorzugsweise einstückig mit dem zugehörigen Verriegelungsbügel (4) verbunden sind.
Steckverbinder (1) nach einem der Ansprüche 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufflächen (4110) der Kufenelemente (411) poliert und/oder beschichtet sind.
Steckverbinder (1) nach einem der Ansprüche 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Steckverbinder (1) 7- oder 15-polig ist.
Anschlusskabel mit zumindest einem Steckverbinder (1) nach einem der Ansprüche 1 - 12.