EP3010092B1

EP3010092B1 - Steckerelement, gegensteckerelement und elektrischer steckverbinder

Info

Publication number: EP3010092B1
Application number: EP15189755.0A
Authority: EP
Inventors: Christian Eberwein; Sebastian Helm; Fredderik Eltrop
Original assignee: TE Connectivity Germany GmbH
Current assignee: TE Connectivity Germany GmbH
Priority date: 2014-10-15
Filing date: 2015-10-14
Publication date: 2020-06-03
Anticipated expiration: 2035-10-14
Also published as: DE102014220893A1; EP3010092A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Steckerelement, ein Gegensteckerelement und einen elektrischen Steckverbinder umfassend ein Steckerelement und ein Gegensteckerelement.
Steckverbinder umfassend ein Steckerelement und ein Gegensteckerelement sind in der elektrischen Verbindungstechnik weit verbreitet. Bekannt sind auch schon Steckerelemente mit einem relativ zu einem Gehäuse um eine Drehachse von einer Entriegelungsstellung in eine Verriegelungsstellung drehbaren Hebel. Mit dem Hebel kann ein Gegensteckerelement mit dem Steckerelement verriegelt werden. Solche Steckverbindungen werden zum Beispiel in Automobilen eingesetzt. Vor allem beim Einsatz in rauen Umgebungen, wie sie etwa beim Betrieb eines Automobils auftreten, kommt es jedoch oft dazu, dass der elektrische Kontakt zwischen einem Steckerelement und Gegensteckerelement im Laufe der Zeit schlechter wird.
Aus der US 4 721 348 ist ein Verbinder bekannt, bei dem eine Karte mit einer Feder gehalten ist, die über einen Hebel betätigbar ist. Die JP 2009 129682 A zeigt einen Verbinder, bei dem ein Gegenverbinder durch zwei Hebel eingeklemmt wird. Die JP 3 204 138 B2 zeigt einen Verbinder, bei dem ein erstes Teil relativ zu einem zweiten Teil rotiert und ein Gegenverbinder eingeklemmt werden kann. Die JP H10 214662 A zeigt ebenfalls einen Verbinder, bei dem ein erstes Teil relativ zu einem zweiten Teil rotiert werden kann. Die EP 1 094 696 A2 offenbart einen Verbinder bei dem eine eingeführte Karte mittels einer Feder kontaktiert wird. Bei der US 2011/0143597 A1 wird eine Karte in einem Verbinder durch Zapfen gehalten.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lösung bereitzustellen, bei der die Verbindung zwischen dem Steckerelement und dem Gegensteckerelement und insbesondere deren Langzeitstabilität verbessert ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen elektrischen Steckverbinder, wobei der Steckverbinder ein Steckerelement und ein in das Steckerelement einsteckbares Gegensteckerelement, insbesondere eine Steuereinheit für ein Kraftfahrzeug aufweist, wobei das Steckerelement eine in einem Gehäuse angeordnete, entgegen einer Steckrichtung offene Aufnahme für das Gegensteckerelement sowie einen relativ zu dem Gehäuse um eine Drehachse von einer Entriegelungsstellung in eine Verriegelungsstellung drehbaren Hebel umfasst, wobei der Hebel und das Gehäuse zusammen eine Klemmvorrichtung zur Erzeugung eines entlang der Steckrichtung wirkenden Reibschlusses bilden, wobei das Gegensteckerelement mindestens eine Klemmfläche für die Klemmvorrichtung des Steckerelements aufweist, und wobei der Schwerpunkt des Gegensteckerelements zwischen der mindestens einen Klemmfläche des Gegensteckerelements und einem Steckbereich liegt, wobei in der Verriegelungsstellung das Gegensteckerelement an seiner mindestens einen Klemmfläche mittels der Klemmvorrichtung des Steckerelementes über den in der Steckrichtung wirkenden Reibschluss in dem Steckerelement gehalten ist.
Die erfindungsgemäße Lösung erlaubt es, den Gegenstecker quer zur Steckrichtung des Steckerelements einzuklemmen. Dadurch ist die entstehende Steckverbindung zumindest in der Verriegelungsstellung steifer. Insbesondere können dadurch auftretende Vibrationen nicht dazu führen, dass das Gegensteckerelement relativ zum Steckerelement Schwingungen ausführt, die die Steckverbindung, insbesondere die elektrischen Eigenschaften der Steckverbindung negativ beeinflussen, beispielsweise indem Steckkontakte des Steckerelementes und des Gegensteckerelementes aneinander reiben und sich dadurch abnutzen oder dass sich die Steckkontakte plastisch verformen.
Um Vibrationen besonders effizient zu dämpfen, liegt der Schwerpunkt des Gegensteckerelementes zwischen der mindestens einen Klemmfläche des Gegensteckerelementes und einem Steckbereich.
Durch die Reduktion der Vibrationen wird der Abrieb verringert und die Langzeitstabilität verbessert.
Die erfindungsgemäße Lösung kann mit den folgenden, jeweils für sich vorteilhaften und beliebig miteinander kombinierbaren Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen weiter verbessert werden.
Das Steckerelement kann eine Klemmvorrichtung, die bei Drehung des Hebels in die Verriegelungsstellung einen in das Gehäuse eingesetzten Gegenstecker quer zur Steckrichtung des Steckerelements einklemmt, aufweisen.
Der Hebel und/oder das Gehäuse können jeweils mindestens eine Klemmfläche aufweisen, mit der die entsprechende Klemmfläche am Gegensteckerelement geklemmt wird. Insgesamt können am Hebel und am Gehäuse mindestens zwei Klemmflächen vorhanden sein, um zwei Klemmflächen am Gegensteckerelement in entgegengesetzten Richtungen quer zur Steckrichtung zu kontaktieren.
Die Klemmvorrichtung kann den Gegenstecker automatisch einklemmen. Bei Drehung des Hebels in die Verriegelungsstellung klemmt dann die Klemmvorrichtung das in das Gehäuse eingesetzte Gegensteckerelement automatisch quer zur Steckrichtung des Steckers ein.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung können zwei sich gegenüberliegende und aufeinander zu weisende Klemmflächen am Gehäuse angeordnet sein. Beispielsweise können die Klemmflächen in oder an der Aufnahme angebracht sein. Die Klemmflächen des Gehäuses können in Steckrichtung aufeinander zu verlaufen, so dass der Gegenstecker bei einer Bewegung entlang der Steckrichtung zwischen den Klemmflächen eingeklemmt oder eingekeilt wird. Der Gegenstecker kann dabei durch den Hebel zwangsgeführt sein, so dass der Gegenstecker sich bei Drehung des Hebels von der Entriegelungsstellung in die Verriegelungsstellung zwangsweise in der Steckrichtung bewegt und dadurch zwischen den aufeinander zu verlaufenden Klemmflächen eingeklemmt wird. Die Klemmflächen können beispielsweise in einer trichterartigen oder sich verjüngenden Aufnahme für den Gegenstecker angeordnet sein. In einer alternativen Ausgestaltung können die beiden Klemmflächen des Gehäuses auch parallel zueinander angeordnet sein und die Klemmflächen des Gegensteckers entlang der Steckrichtung aufeinander zu verlaufen. Die aufeinander zu verlaufenden Klemmflächen bilden also eine Keilform, mit der der Gegenstecker zwischen den Klemmflächen des Gehäuses eingeklemmt wird.
In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Klemmvorrichtung eine von dem Hebel und dem Gehäuse gebildete Klemmzange. Bei einer solchen Klemmzange wird bei Drehung des Hebels in die Verriegelungsstellung ein in das Gehäuse eingesetztes Gegenelement ebenfalls quer zur Steckrichtung des Steckers eingeklemmt. Dabei befindet sich jeweils mindestens eine Klemmfläche an dem Hebel und an dem Gehäuse, wobei in der Verriegelungsstellung die mindestens eine Klemmfläche des Hebels und die mindestens eine Klemmfläche des Gehäuses sich bezüglich der Steckrichtung gegenüberliegen und aufeinander zu weisen. Die Klemmflächen stehen in der Verriegelungsstellung jeweils in Kontakt mit entsprechenden Klemmflächen am Gegensteckerelement. Die zwischen den Klemmflächen des Hebels und den Klemmflächen des Gehäuses aufgebrachte Klemmkraft wirkt hier wieder quer zur Steckrichtung auf die entsprechenden Klemmflächen am Gegensteckerelement.
Der Hebel und das Gehäuse können jeweils mindestens eine Klemmfläche aufweisen, wobei ein in einer Querrichtung gemessener Abstand zwischen der mindestens einen Klemmfläche des Hebels und der mindestens einen Klemmfläche des Gehäuses in der Verriegelungsstellung kleiner ist als der Abstand zwischen der mindestens einen Klemmfläche des Hebels und der mindestens einen Klemmfläche des Gehäuses in der Entriegelungsstellung. Bei einer solchen Ausgestaltung kann das Gegensteckerelement beim Überführen in die Verriegelungsstellung zwischen der Klemmfläche des Gehäuses und der Klemmfläche des Hebels eingeklemmt werden. Dies kann insbesondere automatisch erfolgen. Die Querrichtung ist dabei quer zur Steckrichtung und kann insbesondere senkrecht zur Steckrichtung verlaufen. Die Klemmfläche des Gehäuses und die Klemmfläche des Hebels können in der Verriegelungsstellung insbesondere aufeinander zu weisen. In der Entriegelungsstellung können sie anders orientiert sein. Insbesondere die Klemmfläche des Hebels kann in eine andere Richtung weisen, beispielsweise in die Steckrichtung.
Die Klemmflächen können eben oder gekrümmt, etwa konkav oder konvex sein. Die Klemmflächen eines Elementes können zumindest teilweise komplementär zu den entsprechenden Klemmflächen an einem zu kontaktierenden anderen Element sein.
Die Klemmzange kann zwei Klemmbacken aufweisen. Eine Klemmbacke kann an dem Hebel angeordnet oder von dem Hebel gebildet sein. Die andere Klemmbacke kann an dem Gehäuse angeordnet oder von diesem gebildet sein. An den Klemmbacken können sich Klemmflächen befinden.
Die Klemmvorrichtung kann das Gegensteckerelement direkt zwischen zwei Klemmflächen des Gehäuses oder zwischen einer Klemmfläche des Hebels und des Gehäuses einklemmen. Alternativ können auch Zwischenelemente vorhanden sein, die die Klemmkraft übertragend an einer Klemmfläche des Gehäuses bzw. einer Klemmfläche des Hebels angeordnet sind. Solche Elemente können beispielsweise mit dem Hebel bzw. dem Gehäuse lösbar oder unlösbar verbunden und von dem Gehäuse bzw. dem Hebel separate Teile sein. An solchen Zwischenelementen sind dann wieder Klemmflächen zum Verklemmen mit dem Gehäuse bzw. dem Hebel und zur Verklemmung mit dem Gegensteckerelement angeordnet. Solche Zwischenelemente können natürlich auch am Gegensteckerelement vorhanden sein.
Mindestens eine Klemmfläche kann an einem Klemmorgan angeordnet sein. Ein solches Klemmorgan kann beispielsweise so ausgebildet sein, dass die Klemmung bei jeder Klemmung immer an einem gleichen, definierten Ort, das heißt einer definierten Klemmfläche, stattfindet. Dadurch können die Klemmkräfte und die Kraftverteilung gut planbar sein und beispielsweise bei einer Konstruktion des Steckerelementes oder des Gegensteckerelementes berücksichtigt werden.
Mindestens eine Klemmfläche kann an einem Vorsprung angeordnet sein. Ein Vorsprung bietet zum Beispiel den Vorteil, dass die Klemmfläche an einer definierten Stelle angeordnet ist. Ein Vorsprung oder ein Klemmorgan kann so ausgestaltet sein, dass die Klemmfläche möglichst klein ist, so dass die Kraftdichte pro Fläche möglichst hoch ist. Eine solche Ausgestaltung kann beispielsweise sehr kompakt sein. Ein Vorsprung kann quer zur Steckrichtung vorspringen oder entlang, d.h. in oder entgegen der Steckrichtung vorspringen. Die Verwendung eines solchen Vorsprungs kann auch bei der Konstruktion des Steckerelementes vorteilhaft sein, da unter Umständen eine bisher verwendete Steckerelementkonstruktion verwendet werden kann zu der lediglich ein Vorsprung hinzugefügt werden muss. Ein solcher Vorsprung kann daher zu einer besonders platz- und raumsparenden Ausgestaltung beitragen. Ein Vorsprung kann so ausgestaltet sein, dass er die Kraft gleichmäßig weiterverteilt. Beispielsweise kann er kegelartig ausgestaltet sein. Der Vorsprung kann sich am Gehäuse fortsetzen, um eine einfache Konstruktion oder Herstellung zu erlauben. Er kann kontinuierlich mit einer Außenfläche des Gehäuses sein. Ein Vorsprung oder ein Klemmorgan kann sich strebenartig an einer Seite des Gehäuses fortsetzen. Er kann in eine Fachwerkstruktur eingebunden sein, die eine hohe Stabilität gewährleistet, um hohe Klemmkräfte aufnehmen zu können.
Ein Vorsprung kann insbesondere quer zur Steckrichtung von einer Wand des Gehäuses vorspringen. Dadurch kann sichergestellt sein, dass nur eine am Ende des Vorsprungs liegende Klemmfläche in Kontakt mit einer Klemmfläche am Gegensteckerelement kommt und sich das Gegensteckerelement ansonsten leicht bewegen lässt, wenn die Klemmfläche des Gehäuses nicht mit der Klemmfläche des Gegensteckerelementes in Kontakt steht, etwa in der Entriegelungsstellung oder in einer zwischen der Entriegelungsstellung und der Verriegelungsstellung liegenden Übergangsstellung.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Hebel einen Betätigungsabschnitt auf, wobei der Abstand zwischen dem Betätigungsabschnitt und der Drehachse größer ist als der Abstand zwischen der mindestens einen Klemmfläche des Hebels und der Drehachse. Dadurch kann am Betätigungsabschnitt eine Hebelwirkung erzielt werden und die an der Klemmfläche anliegende Kraft größer als die zur Betätigung des Betätigungsabschnitts aufgewandte Kraft sein. Der Betätigungsabschnitt kann von Hand betätigbar ausgestaltet sein, um etwa ein einfaches Betätigen ohne Hilfsmittel zu ermöglichen. Insbesondere kann der Abstand um mindestens den Faktor 2, vorzugsweise um mindestens den Faktor 3, noch bevorzugter um mindestens den Faktor 5 größer sein, um eine gute Klemmwirkung bei geringer Betätigungskraft zu ermöglichen.
Die Drehachse kann zwischen der Klemmfläche und dem Betätigungsabschnitt liegen. Dadurch kann eine Betätigung an einem der Klemmfläche gegenüberliegenden Ende erfolgen. Die Klemmfläche kann dabei insbesondere an einem Ende des Gehäuses klemmen, wodurch Vibrationen starker gedämpft werden können als bei einer eher zentralen Klemmung. In einer anderen Ausgestaltung können die Klemmflächen zwischen der Drehachse und dem Betätigungsabschnitt liegen, zumindest in der Verriegelungsstellung. Dies kann eine besonders kompakte Ausgestaltung und eine leichte Bedienbarkeit ermöglichen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weisen der Hebel und das Gehäuse eine Rasteinrichtung zur relativen Verrastung der beiden zueinander in der Verriegelungsstellung auf. Dadurch kann sichergestellt werden, dass das Steckerelement in der Verriegelungsstellung bleibt. Alternativ können beispielsweise eine Halteeinrichtung oder eine Fixiereinrichtung vorhanden sein. In einer weiteren Ausgestaltung kann beispielsweise ein Reibschluss verhindern, dass sich der Hebel selbsttätig aus der Verriegelungsstellung herausbewegt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist der Hebel ein von der Drehachse beabstandetes Verriegelungsorgan auf. Das Verriegelungsorgan kann das Gegensteckerelement in der Verriegelungsstellung am oder im Gehäuse verriegeln. Es kann die Bewegung des Gegensteckerelementes aus dem Gehäuse heraus oder vom Gehäuse weg blockieren, insbesondere entgegen der Steckrichtung. Es kann in der Verriegelungsstellung auch eine entlang der Steckrichtung wirkende Kraft auf das Gegensteckerelement ausüben, so dass das Gegensteckerelement entlang der Steckrichtung mit dem Steckerelement verklemmt ist. Das Verriegelungsorgan kann insbesondere eine kontinuierliche Andrückfläche aufweisen, deren in der Steckrichtung gemessener Abstand von der Drehachse in der Verriegelungsstellung kleiner ist als in der Entriegelungsstellung und/oder kleiner ist als in einer Übergangsstellung, die zwischen der Entriegelungsstellung und der Verriegelungsstellung liegt. In der Verriegelungsstellung kann das Gegensteckerelement zwischen der Andrückfläche und einem Steckbereich des Steckers oder einem Teil des Gehäuses eingeklemmt sein. Das Verriegelungsorgan kann das Gegensteckerelement automatisch in oder entlang der Steckrichtung ziehen, beispielsweise in oder an das Steckerelement.
Der Vorsprung, das Klemmorgan, das Gehäuse und/oder der Hebel können schräg zur Steckrichtung verlaufende Auflaufschrägen aufweisen, um ein Auflaufen der Klemmflächen des Gegensteckerelementes auf die Klemmflächen des Gehäuses beziehungsweise des Hebels möglichst einfach zu gestalten. Ebenso können in Steckrichtung verlaufende Auflaufschrägen am Gegensteckerelement vorhanden sein.
Das Gegensteckerelement kann Klemmflächen aufweisen. Die Klemmflächen können sich quer zur Steckrichtung gegenüber liegen und voneinander weg weisen oder aufeinander zu weisen. Wie die Klemmflächen am Gehäuse oder am Hebel können die Klemmflächen am Gegensteckerelement zumindest in der Verriegelungsstellung quer zur Steckrichtung weisen. Das Gegensteckerelement kann ein Modul sein. Beispielsweise kann es eine Steuereinheit oder ein Steuergerät sein, etwa ein Motorsteuergerät. Das Steckerelement kann ein Adapter für den Gegenstecker, insbesondere für ein Modul, sein.
Analog wie beim Steckerelement kann mindestens eine Klemmfläche des Gegensteckerelementes an einem Klemmorgan angeordnet sein. Insbesondere kann eine Klemmfläche wieder an einem Vorsprung angeordnet sein. Der Vorsprung kann wieder quer zur oder entlang der Steckrichtung vorspringen.
Erfindungsgemäß liegt der Schwerpunkt des Gegensteckerelementes zwischen der mindestens einen Klemmfläche und einem Steckbereich. Durch diese Ausgestaltung werden Vibrationen besonders effizient gedämpft. Insbesondere kann der Schwerpunkt des Gegensteckerelementes bezüglich der Steckrichtung zwischen der mindestens einen Klemmfläche und einem Steckbereich liegen. Mit einem Steckbereich ist ein Bereich gemeint, in dem das Gegensteckerelement mit dem Steckerelement elektrisch und/oder mechanisch verbunden ist. Im Steckbereich können sich insbesondere Kontaktelemente befinden. Vorteilhafterweise liegt die Klemmfläche an einem Ende, das von einer Vibrationsquelle wie einem Motor entfernt ist. Die Klemmfläche kann insbesondere an einem Ende liegen, das dem Steckbereich oder dem Steckerbereich entgegengesetzt liegt. Dadurch ist eine besonders effiziente Dämpfung möglich. Der Steckbereich kann wiederum ebenfalls an einem Ende liegen, um ein besonders leichtes Stecken zu ermöglichen. Die Klemmfläche und der Steckbereich können also an zwei bezüglich der Steckrichtung gegenüberliegenden Enden liegen, so dass das Gegensteckerelement an beiden Enden gehalten ist und Vibrationen nicht zu einer Relativbewegung des Gegensteckerelementes zum Steckerelement führen.
Um eine gute Dämpfung zu erhalten, kann gemäß einem nicht beanspruchten Beispiel der Schwerpunkt des Gegensteckerelementes auch in der Nähe der mindestens einen Klemmfläche liegen. Im Vergleich zu einer zweiseitigen Einspannung, wie eben beschrieben, können dadurch andere Schwingungsfrequenzen gedämpft werden, etwa solche mit einer höheren Frequenz.
Bei einem erfindungsgemäßen Steckverbinder können das Gehäuse und das Gegensteckerelement beziehungsweise der Hebel und das Gegensteckerelement komplementär ausgebildete Sicherungsorgane aufweisen, die in der Verriegelungsstellung eine Relativbewegung der beiden zueinander in der Steckrichtung blockieren. Solche Sicherungsorgane können beispielsweise als Zapfen und Ausnehmungen, als Nut und Feder oder als zumindest teilweise komplementäre Vorsprünge oder Leisten ausgebildet sein. Die Klemmflächen können insbesondere an solchen Sicherungsorganen angeordnet sein. Beispielsweise können die Klemmflächen an einer Oberseite eines Vorsprungs liegen und Anschlagflächen, die eine Relativbewegung der beiden Elemente in der Steckrichtung blockieren, an einer Seite des Vorsprungs liegen.
Die Sicherungsorgane können auch senkrecht zur Steckrichtung und senkrecht zu einer Querrichtung, in der die Klemmkraft anliegt, eine Relativbewegung der beiden Elemente verhindern. Bei einer solchen Ausgestaltung ist eine Relativbewegung der beiden Elemente also in allen drei Raumrichtungen, nämlich in der Steckrichtung, in der Querrichtung, die senkrecht zur Steckrichtung liegt, und in einer Seitenrichtung, die quer zur Steckrichtung und quer zur Querrichtung liegt, blockiert sein.
Um eine einfache Führung des Steckerelementes relativ zum Gegensteckerelement zu ermöglichen, können das Steckerelement und/oder das Gegensteckerelement Führungsorgane zur Führung entlang der Steckrichtung aufweisen. Diese können insbesondere komplementär ausgestaltet sein. Es kann sich beispielsweise um Zapfen und Rillen, in denen die Zapfen geführt werden, handeln. Eine zu einem Verriegelungsorgan gehörende Andrückfläche im Gegensteckerelement kann an einem Führungsorgan angeordnet sein. Dadurch ist eine besonders kompakte Ausgestaltung möglich.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand vorteilhafter Ausgestaltungen mit Bezug auf die Zeichnungen lediglich beispielhaft erläutert. Die dargestellten Merkmale sind voneinander unabhängig und können beliebig miteinander kombiniert werden, je nachdem wie dies im Anwendungsfall notwendig ist.
Es zeigen:

Fig. 1: eine schematische Perspektivansicht eines elektrischen Steckverbinders in der Verriegelungsstellung;
Fig. 2: eine schematische Seitenansicht des elektrischen Steckverbinders in der Verriegelungsstellung;
Fig. 3: eine schematische Perspektivansicht des elektrischen Steckverbinders nach den Fig. 1 und 2 in einer zwischen einer Verriegelungsstellung und einer Entriegelungsstellung liegenden Übergangsstellung;
Fig. 4: eine schematische Perspektivansicht eines Gegensteckerelementes der elektrischen Steckverbinder der Fig. 1 bis 3;
Fig. 5: eine schematische Perspektivansicht eines Gehäuses eines Steckerelementes des Steckverbinders aus den Fig. 1 bis 3;
Fig. 6: eine schematische Seitenansicht des Steckerelementes aus den Fig. 1 bis 3 in der Entriegelungsstellung;
Fig. 7: eine schematische Frontalansicht des Steckerelementes aus den Fig. 1 bis 3 in einer Entriegelungsstellung;
Fig. 8: eine schematische Seitenansicht des Steckerelementes aus den Fig. 1 bis 3 in einer Verriegelungsstellung;
Fig. 9: eine schematische Frontalansicht des Steckerelementes aus den Fig. 1 bis 3 in einer Verriegelungsstellung aus einer Richtung, die der Blickrichtung der Fig. 7 entgegen gerichtet ist;
Fig. 10: eine teilweise geschnittene schematische Seitenansicht des Steckerelementes aus Fig. 8, wobei der Schnitt entlang der in Fig. 9 gezeigten Ebene X verläuft;
Fig. 11: ein Detail XI aus Fig. 10;
Fig. 12: eine teilweise geschnittene perspektivische Topansicht des Steckerelementes der Fig. 8 bis 11, wobei der Schnitt entlang der in Fig. 8 gezeigten Ebene XII verläuft;
Fig. 13: eine schematische Ansicht des Steckerelementes der Fig. 8 bis 12 aus einer Richtung, die der Blickrichtung in der Fig. 9 entgegengesetzt ist.

In den Fig. 1 und 2 ist ein elektrischer Steckverbinder 1 mit einem Steckerelement 2 und einem Gegensteckerelement 3 gezeigt. Bei dem Gegensteckerelement 3 handelt es sich um ein Modul 31, in diesem Fall um ein Motorsteuergerät 32, wie es zum Beispiel in Automobilen eingesetzt wird.
Das Steckerelement 2 umfasst ein Gehäuse 5 mit einer Aufnahme 6 und einen an dem Gehäuse angebrachten Hebel 4. Die Aufnahme 6 5 ist entgegen einer Steckrichtung offen. Sie dient zur Aufnahme des Gegensteckerelements 3. Der Hebel 4 ist um eine Drehachse R an dem Gehäuse 5 drehbar angebracht. Durch eine Drehung um die Drehachse R kann der Hebel 4 von einer Entriegelungsstellung O (in den Fig. 1 und 2 nicht gezeigt) in die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Verriegelungsstellung C gebracht werden.
Das Gegensteckerelement 3 ist in den Fig. 1 und 2 in das Gehäuse 5 des Steckerelements 2 eingesetzt und in einer Querrichtung Q, die quer, insbesondere senkrecht zur Steckrichtung S, in der das Gegensteckerelement 3 in das Steckerelement 2 eingesteckt wird, verläuft, eingeklemmt. Entlang der Steckrichtung S wirkt ein Reibschluss. Der Reibschluss wird durch eine von dem Hebel 4 und dem Gehäuse 5 gebildete Klemmvorrichtung 10 erzeugt. Dadurch ist das Gegensteckerelement 3 fest mit dem Steckerelement 2 verbunden, so dass zwischen den beiden keine Relativbewegung auftritt, wenn zum Beispiel Vibrationen an dem Steckverbinder 1 anliegen. Ein solcher Steckverbinder ist daher sicherer und hat eine höhere Lebensdauer als ein Steckverbinder ohne diese Merkmale, da die Vibrationen keine Schäden wie plastische Verformungen oder ein Abreiben der elektrischen Kontaktflächen verursachen können.
In den gezeigten Beispielen verlaufen die Querrichtung Q und die Steckrichtung S senkrecht zueinander und sind jeweils senkrecht zur Drehachse R. Die Klemmkräfte F verlaufen entlang der Querrichtung Q, also quer zur Steckrichtung S. Das Gehäuse 5 und der Hebel 4 weisen jeweils Klemmflächen 15 bzw. 14 auf, die sich quer zur Steckrichtung S gegenüberliegen und in der Verriegelungsstellung C aufeinander zu weisen. An den Klemmflächen 14 bzw. 15 des Hebels 4 und des Gehäuses 5 liegen in der Verriegelungsstellung C entsprechende Klemmflächen 13 des Gegensteckerelementes 3 an, die quer zur Steckrichtung S nach außen weisen.
Der Hebel 4 und das Gehäuse 5 bilden eine Klemmzange 11, die eine Klemmvorrichtung 10 zum Einklemmen des Gegensteckerelementes 3 ist. Wird der Hebel 4 an einem Betätigungsabschnitt 41 zum Beispiel manuell betätigt, d. h. gedreht, so bewegen sich aufgrund der um die Drehachse R drehbaren Lagerung die auf der entgegengesetzten Seite des Hebels 4 liegenden Klemmflächen 14 quer zur Steckrichtung S. Wird der Hebel 4 in die Verriegelungsstellung C gebracht, so klemmen die Klemmflächen 14 des Hebels 4 das Gegensteckerelement 3 gegen die Klemmflächen 15 des Gehäuses 5 und erzeugen einen entlang der Steckrichtung S wirkenden Reibschluss. Der in der Verriegelungsstellung C gemessene Abstand DC zwischen den Klemmflächen 14 des Hebels 4 und den Klemmflächen 15 des Gehäuses 5 ist kleiner als der Abstand DT in einer Übergangsstellung T und kleiner als der Abstand DO zwischen den Klemmflächen 14, 15 in einer Entriegelungsstellung O (siehe auch Fig. 3, 6 und 8). Der Abstände DC, DT und DO werden dabei jeweils quer zur Steckrichtung S zwischen den Klemmflächen 14 des Hebels 4 und den Klemmflächen 15 des Gehäuses 5 gemessen.
Um eine gute Hebelwirkung zu erzielen, ist der Abstand D1 zwischen der Klemmfläche 14 des Hebels 4 und der Achse sehr viel kleiner als der Abstand D2 zwischen der Drehachse R und dem Betätigungsabschnitt 41. In den hier gezeigten Beispielen ist der Abstand D2 etwa dreimal so groß wie der Abstand D1.
Um das Gegensteckerelement 3 an seinem außen liegenden Ende 33 einklemmen zu können, liegt die Klemmfläche 14 dem Betätigungsabschnitt 41 bezüglich der Drehachse R gegenüber. Die Drehachse R liegt also zwischen der Klemmfläche 14 und dem Betätigungsabschnitt 41.
Am innen liegenden Ende 34 des Gegensteckerelementes 3, das dem außen liegenden Ende 33 gegenüberliegt, befindet sich ein Steckbereich 35, der mit einem entsprechenden Steckbereich 50 im Gehäuse 5 in Kontakt steht, wenn der Steckverbinder 1 zusammengesteckt ist. In der Verriegelungsstellung C wird das Gegensteckerelement 3 also sowohl am außen liegenden Ende 33 wie auch am innen liegenden Ende 34 mechanisch am Gehäuse 5 gehalten. Dadurch werden Schwingungen, die auftreten könnten, wenn ein Ende frei wäre, vermieden. Auftretende Vibrationen können also den Gegensteckerelement 3 nicht so einfach vom Gehäuse 5 lösen oder Schäden verursachen. Insbesondere liegt in der Verriegelungsstellung C der Schwerpunkt 36 des Gegensteckerelementes 3 zwischen den Klemmflächen 13 und dem innen liegenden Ende 34 mit dem Steckbereich 35. Da der Schwerpunkt 36 zwischen den Klemmflächen 13 und dem innen liegenden Ende 34 liegt, die beide mechanisch mit dem Gehäuse 5 verbunden sind, kann er nicht frei schwingen.
Der Hebel 4 weist ein von der Drehachse R beabstandetes Verriegelungsorgan 45 auf. Das Verriegelungsorgan 45 dient dazu, das Gegensteckerelement 3 im Gehäuse 5 zu verriegeln. Es blockiert eine Bewegung des Gegensteckerelementes 3 entgegen der Steckrichtung S aus dem Gehäuse 5 heraus. Dazu sind am Verriegelungsorgan 45 und am Gegensteckerelement 3 jeweils Anschlagflächen 445 bzw. 345 angebracht, die in der Verriegelungsstellung C sich gegenüberliegen und bei dem Versuch das Gegensteckerelement 3 entgegen der Steckrichtung aus dem Gehäuse 5 zu ziehen, aneinander anschlagen. Das Verriegelungsorgan 45 ist so ausgestaltet, dass es das Gegensteckerelement 3 automatisch in das Gehäuse 5 zieht bzw. schiebt, wenn der Hebel 4 von der Entriegelungsstellung O über die Übergangsstellung T in die Verriegelungsstellung C gebracht wird. Dazu weisen das Verriegelungsorgan 45 und das Gegensteckerelement 3 Andrückflächen 645 bzw. 545 auf, die in der Übergangsstellung T und der Verriegelungsstellung C aneinander anliegen. Die Andrückflächen 545 des Gegensteckerelementes 3 sind hierbei identisch mit den Anschlagflächen 345. Die Andrückflächen 645 am Hebel 4 sind geschwungen, insbesondere spiralförmig ausgeführt und weisen einen sich verändernden Abstand zur Drehachse R auf, wobei dieser Abstand entlang der Steckrichtung S gemessen wird. In der Verriegelungsstellung C haben sie den geringsten Abstand zur Drehachse R entlang der Steckrichtung S. Die Anschlagflächen 445 sind Teil der Andrückfläche 645 des Hebels 4. Die Andrückflächen 645 am Hebel 4 verlaufen kontinuierlich und ohne Stufen, so dass das Gegensteckerelement 3 ohne Ruckeln in das Gehäuse 5 eingeschoben wird, wenn der Hebel 4 von der Entriegelungsstellung O in die Verriegelungsstellung C gedreht wird.
Um den Hebel 4 und das Gehäuse 5 in der Verriegelungsstellung C miteinander zu verrasten und damit ein Herausbewegen aus der Verriegelungsstellung zu verhindern, weisen der Hebel 4 und das Gehäuse 5 eine Rastvorrichtung 70 auf. Die Rastvorrichtung 70 umfasst einen Vorsprung 71 am Gehäuse 5 und eine Ausnehmung 72 am Hebel 5.
Alle Klemmflächen 13, 14, 15 sind jeweils an einem Klemmorgan 12 angeordnet. Ein solches Klemmorgan ist, anders als eine Klemmfläche, die beispielsweise an einer Innen- oder Außenseite eines Elementes angebracht ist, speziell für die Klemmfunktion ausgelegt. Sie kann die Position der Klemmfläche 13, 14, 15 und deren Größe exakt definieren. Dadurch können der Kraftfluss und die Kraftdichte pro Fläche im vorhinein bei der Konstruktion und Auslegung genau definiert werden. Da die Klemmfläche am Klemmorgan genau definiert ist, können andere Elemente, die nicht zum Klemmen verwendet werden, entsprechend dünner und damit leichter ausgestaltet werden. Wenn die Klemmfläche entsprechend klein ist, ist die Kraftdichte pro Fläche sehr hoch und die Klemmwirkung damit immer ausreichend, was bei undefinierten und großen Klemmflächen nicht der Fall sein muss.
Die Klemmorgane 12 sind als Vorsprünge 22 ausgestaltet. Diese springen entlang der bzw. quer zur Steckrichtung S vor. Ein Vorsprung 24 am Hebel 4 springt radial von der Drehachse R weg vom Rest des Hebels 4 vor. In der Verriegelungsstellung C springt er entgegen der Steckrichtung S vom Hebel 4 und vom Rest des Steckerelementes 2 vor. Die daran angebrachte Klemmfläche 14 steht im Eingriff mit einer Klemmfläche 13 an einem unteren Vorsprung 23 des Gegensteckerelementes 3. Der unteren Vorsprünge 23 des Gegensteckerelementes 3 springen sowohl entgegen der Querrichtung Q als auch in bzw. entgegen einer Seitenrichtung L, die senkrecht zur Querrichtung Q und senkrecht zur Steckrichtung S verläuft, vom Rest des Gegensteckerelementes 3 vor. Eine Klemmfläche 13, die an einem oberen Vorsprung 23 des Gegensteckerelementes 3 angebracht ist, steht in der Verriegelungsstellung C in Kontakt mit den Klemmflächen 15 an Vorsprüngen 25 des Gehäuses 5. Der obere Vorsprung 23 des Gegensteckerelementes springt in der Querrichtung Q vom Rest des Gegensteckerelementes 3 vor, so dass sich das Gegensteckerelement relativ ungehindert in dem Gehäuse 5 bewegen kann, wenn der Steckverbinder 1 noch nicht in der Verriegelungsstellung C ist. Um ein Auflaufen der Klemmflächen 13, 15 aufeinander zu erleichtern, sind am obigen Klemmvorsprung 23 des Gegensteckerelementes 3 Auflaufflächen 220 angebracht. Entsprechende Auflaufschrägen finden sich auch am Vorsprung 25 des Gehäuses 5.
Die Vorsprünge 25 am Gehäuse 5 erstrecken sich entlang der Steckrichtung S, genauer gesagt entgegengesetzt der Steckrichtung S vom Rest des Gehäuses weg. Diese Konstruktion ermöglicht es, ein bisheriges Gehäuse als Grundlage für die Konstruktion des neuen Gehäuses 5 zu verwenden und lediglich die Vorsprünge 25 hinzuzufügen. Eine aufwändige Neukonstruktion ist daher nicht notwendig.
Die Vorsprünge 25 am Gehäuse 5 setzen sich am Gehäuse 5 fort. Sie sind Teile von Streben 250, die außen am Gehäuse 5 angebracht sind. Diese Streben erlauben es, hohe Kräfte aufzunehmen. Um auch seitliche Kräfte aufnehmen zu können, sind die Vorsprünge 25 und die Streben 250 in eine Fachwerkstruktur 200 außen am Gehäuse 5 eingebunden. Dies ermöglicht eine leichte und dennoch stabile Konstruktion. Um den Hebel 4 dennoch auf die Gehäusewand aufklappen zu können, weist der Hebel Ausnehmungen 400 mit Überbrückungselementen 401, die über die Streben 250 verlaufen, auf.
An einer Rückseite 102 des Steckverbinders 1 sind Kabel 105 angedeutet, die in das Gehäuse 5 hinein verlaufen und zur elektrischen Kontaktierung des Gegensteckerelementes 3 dienen.
Um eine Führung des Gegensteckerelementes 3 im Gehäuse 5 zu ermöglichen oder zu erleichtern, weisen das Gegensteckerelement 3 und das Gehäuse 5 jeweils Führungsorgane 7 auf. Die Führungsorgane 7 weisen jeweils Führungsflächen 70 auf, die in die Querrichtung Q oder entgegen der Querrichtung Q weisen. Die Führungsflächen 70 bilden eine Ebene, in der die Steckrichtung S liegt. Die Führungsorgane 7 am Gegensteckerelement 3 sind als Vorsprünge ausgestaltet, die Führungsorgane 7 am Gehäuse 5 sind als Rillen oder kanalartige Ausnehmungen ausgestaltet. Um die Konstruktionen kompakt zu halten, ist die Andrückfläche 545 und die Anschlagfläche 345 des Gegensteckerelementes 3 an einem Führungsorgan 7 ausgeformt.
Aufgrund der Klemmvorrichtung 10 und des Verriegelungsorgans 45 ist das Gegensteckerelement 3 bereits in der Querrichtung Q und in der Steckrichtung S gehalten. Um auch ein Verrutschen in der Seitenrichtung L, die jeweils senkrecht zur Querrichtung Q und zur Steckrichtung S verläuft, zu erlauben, weisen der Hebel 4 und das Gegensteckerelement 3 Sicherungsorgane 8 auf, die komplementär zueinander ausgestaltet sind und eine Bewegung in der Seitenrichtung L blockieren. Die Sicherungsorgane 8 am Hebel 4 sind als kleine Leisten ausgestaltet, die mit den als Zapfen ausgestalteten Sicherungsorganen 8 am Gegensteckerelement 3 eine Bewegung entlang de Seitenrichtung L verhindern.
In den Figuren 4 und 5 sind das Gegensteckerelement 3 bzw. das Gehäuse 5 einzeln perspektivisch dargestellt.
In den Fig. 6 bis 13 sind verschiedene Ansichten des Steckerelementes 2, teilweise in partiell geschnittener Ansicht, dargestellt. In den Fig. 6 und 7 befinden sich das Steckerelement 2 dabei in der Entriegelungsstellung O, in den Fig. 8 bis 13 befindet sich das Steckerelement 2 in der Verriegelungsstellung C.
Beim Zusammenfügen des Steckverbinders 1 wird das Gegensteckerelement 3 in das Steckerelement 2 in der Entriegelungsstellung O entlang der Steckrichtung S eingeführt. Um dies zu ermöglichen, weist der Hebel 4 Steckausnehmungen 9 auf. Der Hebel 4 wird dann um die Drehachse R rotiert und geht in eine Übergangsstellung T, die in der Fig. 3 gezeigt ist, über. Dort hintergreifen die Andrückflächen 645 des Hebels 4 die Andrückflächen 545 des Gegensteckerelementes 3, so dass das Gegensteckerelement 3 automatisch in das Gehäuse 5 geschoben oder gezogen wird. Das Gehäuse 5 weist eine Aufnahme 6 für das Gegensteckerelement 3 auf, an deren Ende sich ein Steckbereich 51 des Steckerelementes 2 befindet. Dieser Steckbereich 51 wird automatisch mit dem Steckbereich 35 des Gegensteckerelements 3 zusammengesteckt. Am Ende der Drehbewegung des Hebels 4 befindet sich das Gegensteckerelement 3 in der Endposition. Gleichzeitig werden beim Erreichen der Endposition die Klemmflächen 13, 14, 15 aufeinander geklemmt und dadurch das Gegensteckerelement 3 in der Querrichtung Q eingeklemmt. Die dargestellte Lösung ermöglicht also ein einfaches Verbinden des Steckerelementes 2 mit dem Gegensteckerelement 3, wobei das Gegensteckerelement 3 in der Verriegelungsstellung auch vibrationsarm gehalten wird.

Bezugszeichen

1: Steckverbinder
2: Steckerelement
3: Gegensteckerelement
4: Hebel
5: Gehäuse
6: Aufnahme
7: Führungsorgan
8: Sicherungsorgan
9: Steckausnehmung
10: Klemmvorrichtung
11: Klemmzange
12: Klemmorgan
13: Klemmfläche des Gegensteckerelementes
14: Klemmfläche des Hebels
15: Klemmfläche des Gehäuses
22: Vorsprung
23: Vorsprung am Gegensteckerelement
24: Vorsprung am Hebel
25: Vorsprung am Gehäuse
31: Modul
32: Motorsteuergerät
33: außenliegendes Ende
34: innenliegendes Ende
35: Steckbereich
36: Schwerpunkt
41: Betätigungsabschnitt
45: Verriegelungsorgan
50: Steckbereich des Gegensteckerelementes
51: Steckbereich
70: Rastvorrichtung
70: Führungsflächen
71: Rastvorsprung
72: Ausnehmung am Hebel
102: Rückseite des Steckverbinders
105: Kabel

200: Fachwerkstruktur
220: Auflaufschräge
250: Streben

400: Ausnehmung
401: Überbrückungselement

345: Anschlagfläche am Gegensteckerelement
445: Anschlagfläche am Hebel
545: Andrückfläche am Gegensteckerelement
645: Andrückfläche am Hebel

C: Verriegelungsstellung
F: Klemmkraft
L: Seitenrichtung
O: Entriegelungsstellung
Q: Querrichtung
R: Drehachse
S: Steckrichtung
T: Übergangsstellung

D1: Abstand Klemmfläche Hebel - Drehachse
D2: Abstand Betätigungsabschnitt - Drehachse
DC: Abstand Klemmfläche Hebel - Klemmfläche Gehäuse in Verriegelungsstellung
DO: Abstand Klemmfläche Hebel - Klemmfläche Gehäuse in Entriegelungsstellung
DT: Abstand Klemmfläche Hebel - Klemmfläche Gehäuse in Übergangsstellung

Claims

Elektrischer Steckverbinder (1), wobei der Steckverbinder (1) ein Steckerelement (2) und ein in das Steckerelement (2) einsteckbares Gegensteckerelement (3), insbesondere eine Steuereinheit für ein Kraftfahrzeug aufweist, wobei das Steckerelement (2) eine in einem Gehäuse (5) angeordnete, entgegen einer Steckrichtung (S) offene Aufnahme (6) für das Gegensteckerelement (3) sowie einen relativ zu dem Gehäuse (5) um eine Drehachse (R) von einer Entriegelungsstellung (O) in eine Verriegelungsstellung (C) drehbaren Hebel (4) umfasst, wobei der Hebel (4) und das Gehäuse (5) zusammen eine Klemmvorrichtung (10) zur Erzeugung eines entlang der Steckrichtung (S) wirkenden Reibschlusses bilden, wobei das Gegensteckerelement (3) einen Steckbereich (35) zur elektrischen und/oder mechanischen Verbindung mit dem Steckerelement (2) und mindestens eine Klemmfläche (13) für die Klemmvorrichtung (10) des Steckerelements (2) aufweist, und wobei der Schwerpunkt (36) des Gegensteckerelements (3) zwischen der mindestens einen Klemmfläche (13) des Gegensteckerelements (3) und dem Steckbereich (35) liegt, wobei in der Verriegelungsstellung (C) das Gegensteckerelement (3) an seiner mindestens einen Klemmfläche (13) mittels der Klemmvorrichtung (10) des Steckerelementes (2) über den in der Steckrichtung (S) wirkenden Reibschluss in dem Steckerelement (2) gehalten ist.
Elektrischer Steckverbinder (1) nach Anspruch 1, wobei die Klemmvorrichtung (10) eine von dem Hebel (4) und dem Gehäuse (5) gebildete Klemmzange (11) umfasst.
Elektrischer Steckverbinder (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Hebel (4) und das Gehäuse (5) jeweils mindestens eine Klemmfläche (14, 15) aufweisen, wobei ein in einer Querrichtung (Q) gemessener Abstand (DC) zwischen der mindestens einen Klemmfläche (14) des Hebels (4) und der mindestens einen Klemmfläche (15) des Gehäuses (5) in der Verriegelungsstellung (C) kleiner ist als der Abstand (DO) zwischen der mindestens einen Klemmfläche (14) des Hebels (4) und der mindestens einen Klemmfläche (15) des Gehäuses (5) in der Entriegelungsstellung (O).
Elektrischer Steckverbinder (1) nach Anspruch 3, wobei mindestens eine Klemmfläche (14, 15) des Hebels (4) und/oder des Gehäuses (5) an einem Vorsprung (22) angeordnet ist.
Elektrischer Steckverbinder (1) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei der Hebel (4) einen Betätigungsabschnitt (41) aufweist und der Abstand (D2) zwischen dem Betätigungsabschnitt (41) und der Drehachse (R) größer ist als der Abstand (D1) zwischen der mindestens einen Klemmfläche (14) des Hebels (4) und der Drehachse (R).
Elektrischer Steckverbinder (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Gehäuse (5) und/oder der Hebel (4) in Steckrichtung (S) verlaufende Auflaufschrägen (220) aufweisen.
Elektrischer Steckverbinder (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die mindestens eine Klemmfläche (13) des Gegensteckerelementes (3) an einem Vorsprung (22) angeordnet ist.
Elektrischer Steckverbinder (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Gehäuse (5) und das Gegensteckerelement (3) bzw. der Hebel (4) und das Gegensteckerelement (3) komplementär ausgebildete Sicherungsorgane (8) aufweisen, die in der Verriegelungsstellung (C) eine Relativbewegung der beiden zueinander in der Steckrichtung (S) blockieren.
Elektrischer Steckverbinder (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Steckerelement (2) und/oder das Gegensteckerelement (3) Führungsorgane (7) zur Führung entlang der Steckrichtung (S) aufweisen.