EP4312320A1 - Steckverbindersystem, insbesondere für aussenanwendungen - Google Patents

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EP4312320A1
EP4312320A1 EP22187415.9A EP22187415A EP4312320A1 EP 4312320 A1 EP4312320 A1 EP 4312320A1 EP 22187415 A EP22187415 A EP 22187415A EP 4312320 A1 EP4312320 A1 EP 4312320A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
connector
magnets
connector system
receptacle
plug
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22187415.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Mühletaler Thomas
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Adrenio GmbH
Original Assignee
Adrenio GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Adrenio GmbH filed Critical Adrenio GmbH
Priority to EP22187415.9A priority Critical patent/EP4312320A1/de
Publication of EP4312320A1 publication Critical patent/EP4312320A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
    • H01R13/62—Means for facilitating engagement or disengagement of coupling parts or for holding them in engagement
    • H01R13/6205—Two-part coupling devices held in engagement by a magnet
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
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    • H01R13/02—Contact members
    • H01R13/22—Contacts for co-operating by abutting
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    • H01R13/52—Dustproof, splashproof, drip-proof, waterproof, or flameproof cases
    • H01R13/5216—Dustproof, splashproof, drip-proof, waterproof, or flameproof cases characterised by the sealing material, e.g. gels or resins
    • H—ELECTRICITY
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    • H01R2201/00—Connectors or connections adapted for particular applications
    • H01R2201/26—Connectors or connections adapted for particular applications for vehicles

Definitions

  • the invention relates to a connector system with a connector and an associated connection partner, which is also a connector.
  • Electric vehicles and other outdoor electrical devices are often exposed to extreme environmental influences such as high or low temperatures, UV radiation, vibrations, humidity and rain. At the same time, such devices often require high operating or charging currents.
  • connector systems are used to connect such devices to external charging portals or charging stations for charging built-in batteries. In addition to the actual charging current, a control or signal current often has to be transmitted.
  • the object of the invention is to provide an easy-to-manufacture connector system of the type mentioned, which functions reliably and permanently under extreme environmental influences and weather conditions and at the same time allows the transmission of high drive and charging currents.
  • the advantages achieved with the invention are, in particular, that the advantages of the known and proven spring contact pins are combined with a waterproof encapsulation and with a magnetic coupling, which, when the plug elements are correctly aligned, supports their cohesion when plugged together.
  • the potting makes the connector a disposable item. If there is a defect, you have to change the entire plug including the connecting cable.
  • the magnets are arranged in relation to assigned magnets of the connection partner in such a way that the plug connector and its connection partner repel each other if the electrical contacts are incorrectly assigned. This makes incorrect assembly considerably more difficult or even impossible.
  • the spring contact pins and/or sockets are designed to conduct a drive or charging current with a current strength of more than 10 amperes. Furthermore, several, in particular eight, of the spring contact pins and / or sockets are advantageously designed to conduct a control or signal current with a current strength of less than 1 ampere.
  • the spring contact pins and/or sockets are advantageously anchored in a carrier plate and penetrate it.
  • the magnets are preferably neodymium magnets.
  • the magnets are arranged in a bowl-shaped or ring-shaped space around the spring contact pins and/or sockets.
  • the magnets in the connector are two half-shell-shaped magnets.
  • a suitable material for the casting compound in terms of processability, electrical insulation effect and waterproofness is, for example, epoxy resin.
  • the cover plate is preferably permanently locked into the receptacle of the plug housing by means of locking hooks and advantageously has support surfaces for the magnets on the inside, as well as guide and alignment elements on the outside to form a mechanical anti-twist device between the plug connector and its connection partner.
  • the mechanical anti-twist device is effective in addition to the magnetic anti-twist device described above.
  • connection partner in the plugged-in state, is partially immersed in the plug connector, with a sealing ring expediently sealing a gap between the plug-in connector and its connection partner in the plugged-in state, and the sealing ring being compressed by means of a contact pressure caused by the magnets to achieve maximum sealing.
  • the connector can be a built-in plug, a plug, a coupling or a socket. Its counterpart, i.e. the connection partner, is a connector of a matching type and is basically constructed in an analogous manner.
  • FIG. 1 shows an exploded view of a male built-in plug 2, which is intended for permanent installation in a device housing.
  • the built-in plug 2 is a representative example of a plug connector 1.
  • FIG. 2 shows a perspective view of the built-in plug in the assembled state.
  • FIG. 3 shows an exploded view of an associated female counterpart or connection partner 44, namely a coupling 4, which is mounted on a cable end.
  • FIG. 4 shows a perspective view of the coupling 4 in the assembled state, as well as a top view of the plug contact field.
  • Built-in plug 2 and coupling 4 are components of a plug connector system and, when connected to one another, form an electrical plug connection.
  • connection partner 44 which are analogous to those of in FIG. 1 and 2 connector 1 shown are constructed, are in FIG. 3 and 4 marked with a line.
  • the central component of the connector system is a plurality of spring contact pins 6, which are also known as pogo pins, and associated sockets or contact partners.
  • the male built-in plug 2 (chassis socket) has four so-called power pins 8, namely comparatively large spring contact pins 6, each of which is responsible for the flow of an electrical current, in particular a drive or charging current Current strength of, for example, up to 10 amps at a voltage of 48 volts.
  • the clutch 4 has associated sockets for the four spring contact pins 6 mentioned.
  • the clutch 4 has eight so-called control pins 10, namely spring contact pins 6 of slightly smaller dimensions, each of which is designed for the flow of a control or signal current with a current strength of, for example, up to 0.5 amperes at a voltage of 48 volts.
  • the built-in plug 2 has associated sockets for these eight spring contact pins 6.
  • the male connector with regard to the power pins 8 has a female character with regard to the control pins 10 and vice versa. But this is not mandatory. Rather, the built-in plug 2 could have both spring contact pins 6 for the power pins 8 and for the control pins 10, i.e. be completely male, while the corresponding sockets are all in the coupling 4 - or vice versa.
  • the respective spring contact usually consists of three components: a guide tube (also called a pin sleeve or housing), a compression spring and a piston.
  • the three components are installed together using special crimping techniques in such a way that they can no longer fall apart, but the piston can still freely carry out a certain amount of spring travel in the longitudinal direction.
  • the compression spring is pre-tensioned, so that the spring contact pin already has a certain initial force in its zero position - usually referred to as pre-tension.
  • the compression spring presses the piston with its probe head located at the front firmly against the associated contact of the opposite socket, so that a reliable electrical connection is established.
  • Pogo pins have an extremely high tolerance and thus significantly reduce the likelihood of malfunctions, even with strong vibrations. They also have a significantly higher Longer service life than comparable connector types due to the low abrasion between the connector parts.
  • the built-in plug 2 points accordingly FIG. 1 a plug housing 12 (plug basket) intended for installation in a wall or a device housing with a cylindrical receptacle 14 that is open at the front, with a feedthrough for a connecting cable 16 being formed on the open back.
  • the multi-core connection cable 16 has four wires 20 intended for connection to the power pins 8 and eight wires 20 intended for connection to the control pins 10 within a cable jacket 18. The wire ends that are led out of the cable jacket 18 and stripped of their insulation are therefore connected, in particular soldered, to the corresponding spring contact pins 6 and/or sockets in the assembled state.
  • the spring contact pins 6 and/or sockets - both the power pins 8 and the control pins 10 - are held or fixed relative to one another in the desired position by a common carrier plate 22 through which they are inserted.
  • the carrier plate 22 sits centrally in the cylindrical receptacle 14.
  • the spring contact pins 6 and/or sockets are guided through precisely fitting recesses in a cover plate 24, which is provided to cover the cylindrical receptacle 14.
  • the built-in plug 2 and the coupling 4 are each designed as magnetic plugs, which attract each other when the coupling 4 is inserted into the built-in plug 2 with the appropriate orientation, i.e. with the appropriate rotation angle to one another, and thereby support reliable electrical contact.
  • the alignment is incorrect, strong repulsion occurs, which - in conjunction with a mechanical anti-twist device described below - makes incorrect assembly impossible.
  • two half-shell-like magnets 26 are provided within the receptacle 14 in the built-in plug 2, which, when assembled together, form a shell which is aligned concentrically to the central axis of the plug and which surrounds the contact area with the carrier plate 22 and the spring contact pins 6 and/or sockets.
  • the magnets 26 are preferably neodymium magnets or comparable permanent magnets.
  • the electrical contact elements connected to the wires 20 and the magnets 26 surrounding them sit in the receptacle 14 of the plug housing 12 and are covered at the front by the cover plate 24.
  • the cover plate 24 is provided on the edge with inwardly directed locking hooks 28, which, when inserted into the receptacle 14, engage behind associated locking projections or recesses in the wall of the receptacle 14 and thus lock in a non-detachable manner.
  • a desired angular alignment of the cover plate 24 relative to the receptacle 14 can be enforced by internal guide and alignment elements.
  • the cover plate 24 also has contours on its inside, which serve as support surfaces for the magnets 26 and fix or stabilize them in a desired position.
  • the front is through the cover plate 24 and all around through the wall or lateral surface of the plug housing 12 limited interior of the receptacle 14 by introducing a hardening epoxy resin or another electrically insulating and liquid-sealing casting compound 42.
  • the casting compound is introduced through the open rear end of the plug housing 12, the cover plate 24 lying sufficiently close to the housing wall preventing the casting compound from running out at the front end.
  • the plug housing 12 thus forms a compact unit with the components located in the receptacle 14 - in particular the carrier plate 22, spring contact pins 6 and / or sockets, wires 20 and magnets 26 - in which the components are secured against slipping and at the same time against penetrating water and other environmental influences are protected.
  • the unit formed in this way, in which the pogo pins and the connecting wires are hermetically sealed, is exemplary FIG. 5 shown.
  • guide and alignment elements 30 in the form of projections or recesses, webs, cams or the like, which, in interaction with complementary shaped guide and alignment elements on the outside of an analogously constructed cover plate of the clutch 4, ensure the correct bearing Force the coupling 4 to be inserted into the built-in plug 2.
  • a mechanical anti-twist protection is created.
  • the cover plate 24 sits recessed at a defined depth in the receptacle 14 of the plug housing 2.
  • a circumferential projection in the wall of the receptacle 14 forms a stop for the desired seat of the cover plate 24.
  • the outer wall section of the receptacle 14 in the plug housing 12 an enclosure 32 for the front insertion section 34 of the coupling 4.
  • connection partner 44 for the plug connector 1 has a fundamentally similar structure to the built-in plug 2.
  • this is the plug housing 12 which receives and holds the electrical connections, spring contact pins 6 'and/or sockets as well as the magnets 26''Provided at the front with a cover plate 24' and cast with epoxy resin or the like.
  • the main differences to the built-in plug 2 are that the coupling 4 is mounted on a free cable end and not for installation in a surrounding housing or the like.
  • an insertion section 34 is formed at the front end of the plug housing 12 'of the coupling 4 for insertion into the plug housing 12 of the built-in plug 2.
  • a rearwardly offset circumferential radial projection 36 or annular web delimits the insertion section 34, onto which a sealing ring 38 or O-ring is pushed.
  • a cone-like anti-kink sleeve 46 which surrounds the connecting cable 16' and is screwed onto the plug housing 12' from behind, has the function that the connecting cable 16' does not break when it exits the plug housing 12' with strong bending radii.
  • the insertion section 34 of the coupling 4 is inserted into the precisely fitting enclosure 32 of the plug housing 12 of the built-in plug 2 to form the desired contact of the spring contact pins 6, 6 'with their mating contacts.
  • the magnetic and mechanical anti-twist devices ensure that the device is inserted in the correct position.
  • the magnets 26, 26 ' also ensure that the plug connection is held together securely under the designed operational load by the two connection partners attracting each other.
  • the sealing ring 38 located between the circumferential projection 36 of the coupling 4 and the front (mounting) flange 40 of the built-in plug 2 is compressed by the magnetic contact pressure in such a way that there is a high sealing effect against penetrating liquid or moisture.
  • the male part can be a plug that belongs to a free cable end
  • the female part can be a socket that is intended for permanent installation in a device housing.
  • Corresponding variants are exemplary in FIG. 6 to 8 shown.
  • the plug combinations described can be used in particular in electric golf trolleys (electric golf trolleys).
  • the weather conditions in this area of application are challenging, which means you have to Outside temperatures between 0 °C and 45 °C, direct UV light radiation, vibrations and moisture (fog, rain, heavy rain, etc.).
  • the plug combinations described meet such requirements without any problems.
  • the plug combination can also be used with various other electrical outdoor devices, such as garden tools, lawn mowers, pumps, motors and the like. Use on electric bicycles, electric scooters, electric scooters and similar vehicles can also be considered.

Landscapes

  • Details Of Connecting Devices For Male And Female Coupling (AREA)

Abstract

Steckverbindersystem mit einem Steckverbinder (1) und einem zugehörigen Verbindungspartner (44), wobei• der Steckverbinder (1) ein eine Aufnahme (14) umschließendes Steckergehäuse (12) aufweist,• die Aufnahme (14) durch eine Abdeckplatte (24) verschlossen ist,• in der Aufnahme (14) mehrere die Abdeckplatte (24) durchdringende Federkontaktstifte (6) und/oder Buchsen zur Ausbildung von elektrischen Kontakten verankert sind,• in der Aufnahme (14) eine Anzahl von Magneten (26) angeordnet ist, die die Federkontaktstifte (6) und/oder Buchsen umgeben,• der verbleibende Raum in der Aufnahme (14) mit einer elektrisch isolierendenund als Feuchtigkeitsbarriere wirksamen Gießmasse (42) vergossen ist, wobei die Magnete (26) in Relation zu zugeordneten Magneten des Verbindungspartners (44) derart angeordnet sind, dass sich der Steckverbinder (1) und sein Verbindungspartner (44) bei korrekter Ausbildung der elektrischen Kontakte anziehen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Steckverbindersystem mit einem Steckverbinder und einem zugehörigen Verbindungspartner, der ebenfalls ein Steckverbinder ist.
  • Elektrofahrzeuge und andere elektrische Geräte im Außenbereich sind häufig extremen Umgebungseinflüssen wie etwa hohe oder niedrige Temperaturen, UV-Einstrahlung, Vibrationen, Feuchtigkeit und Regen ausgesetzt. Zugleich benötigen derartige Geräte häufig hohe Betriebs- oder Ladeströme. Insbesondere werden Steckverbindersysteme verwendet, um derartige Geräte zum Aufladen eingebauter Akkumulatoren an externe Ladeportale oder Ladesäulen anzuschließen. Dabei muss neben dem eigentlichen Ladestrom häufig noch ein Steuer- oder Signalstrom übertragen werden.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfach herzustellendes Steckverbindersystem der genannten Art bereitzustellen, welches unter extremen Umgebungseinflüssen und Witterungsbedingungen zuverlässig und dauerhaft funktioniert und zugleich die Übertragung hoher Antriebs- und Ladeströme zulässt.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Steckverbindersystem gemäß Anspruch 1.
  • Demnach ist ein Steckverbindersystem mit einem Steckverbinder und einem zugehörigen Verbindungspartner vorgesehen, wobei
    • der Steckverbinder ein eine Aufnahme umschließendes Steckergehäuse aufweist,
    • die Aufnahme durch eine Abdeckplatte verschlossen ist,
    • in der Aufnahme mehrere die Abdeckplatte durchdringende Federkontaktstifte und/oder Buchsen zur Ausbildung von elektrischen Kontakten verankert sind,
    • in der Aufnahme eine Anzahl von Magneten angeordnet ist, die die Federkontaktstifte und/oder Buchsen umgeben,
    • der verbleibende Raum in der Aufnahme mit einer elektrisch isolierenden und als Feuchtigkeitsbarriere wirksamen Gießmasse vergossen ist,
    wobei die Magnete in Relation zu zugeordneten Magneten des Verbindungspartners derart angeordnet sind, dass sich der Steckverbinder und sein Verbindungspartner bei korrekter Ausbildung der elektrischen Kontakte anziehen.
  • Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere, dass die Vorteile der an sich bekannten und bewährten Federkontaktstifte mit einer wasserdichten Kapselung und mit einer Magnetkopplung kombiniert werden, welche bei korrekter Ausrichtung der Steckerelemente deren Zusammenhalt im zusammengesteckten Zustand unterstützt.
  • Durch das Vergießen ist der Steckverbinder ein Einwegartikel. Bei einem Defekt muss man den gesamten Stecker inklusive Anschlusskabel wechseln.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Magnete in Relation zu zugeordneten Magneten des Verbindungspartners derart angeordnet sind, dass sich der Steckverbinder und sein Verbindungspartner bei fehlerhafter Zuordnung der elektrischen Kontakte abstoßen. Damit wird eine Falschmontage erheblich erschwert oder sogar unmöglich gemacht.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung sind mehrere, insbesondere vier, der Federkontaktstifte und/oder Buchsen zur Leitung eines Antriebs- oder Ladestroms mit einer Stromstärke von mehr als 10 Ampere ausgelegt. Des Weiteren sind vorteilhafterweise mehrere, insbesondere acht, der Federkontaktstifte und/oder Buchsen zur Leitung eines Steuer- oder Signalstroms mit einer Stromstärke von weniger als 1 Ampere ausgelegt.
  • Vorteilhafterweise sind die Federkontaktstifte und/oder Buchsen in einer Trägerplatte verankert und durchdringen diese.
  • Für eine hohe magnetische Anziehungs- oder Abstoßungskraft bei zugleich geringem Platzbedarf sind die Magnete bevorzugt Neodymmagnete. Im Allgemeinen ist es bevorzugt, wenn die Magnete in einem schalen- oder ringförmigen Raum um die Federkontaktstifte und/oder Buchsen herum angeordnet sind. In besonders bevorzugter Ausgestaltung sind die Magnete im Steckverbinder zwei halbschalenförmige Magnete.
  • Ein hinsichtlich Verarbeitbarkeit, elektrischer Isolationswirkung und Wasserdichtigkeit geeignetes Material für die Gießmasse ist beispielsweise Epoxidharz.
  • Die Abdeckplatte ist vorzugsweise mittels Rasthaken unlösbar in der Aufnahme des Steckergehäuses verrastet und weist vorteilhafterweise innenliegend Stützflächen für die Magnete auf, sowie außenliegend Führungs- und Ausrichtelemente zur Ausbildung einer mechanischen Verdrehsicherung zwischen dem Steckverbinder und seinem Verbindungspartner. Die mechanische Verdrehsicherung ist zusätzlich zur oben beschriebenen magnetischen Verdrehsicherung wirksam.
  • Vorteilhafterweise taucht im zusammengesteckten Zustand der Verbindungspartner teilweise in den Steckverbinder ein, wobei im zusammengesteckten Zustand zweckmäßigerweise ein Dichtring einen Spalt zwischen dem Steckverbinder und seinem Verbindungspartner abdichtet, und wobei der Dichtring mittels einer durch die Magnete bewirkten Anpresskraft zur Erreichung maximaler Dichtigkeit zusammengedrückt wird.
  • Der Steckverbinder kann ein Einbaustecker, ein Stecker, eine Kupplung oder eine Buchse sein. Sein Gegenstück, sprich der Verbindungspartner, ist ein Steckverbinder von einem dazu passenden Typ und grundsätzlich analog aufgebaut.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen genauer erläutert. Es zeigt:
    • FIG. 1
    einen Einbaustecker in Explosionsdarstellung,
    FIG. 2
    den Einbaustecker aus FIG. 1 im zusammengesetzten Zustand in perspektivischer Ansicht,
    FIG. 3
    eine zugehörige Kupplung in Explosionsdarstellung,
    FIG. 4
    die Kupplung aus FIG. 3 im zusammengesetzten Zustand in perspektivischer Ansicht,
    FIG. 5
    ein mit Epoxidharz vergossenes Steckergehäuse,
    FIG. 6 bis 8
    weitere Varianten von Steckelementen für Steckverbindungen.
  • FIG. 1 zeigt eine Explosionsdarstellung eines männlichen Einbausteckers 2, der zum festen Einbau in ein Gerätegehäuse vorgesehen ist. Der Einbaustecker 2 ist ein repräsentatives Beispiel für einen Steckverbinder 1. FIG. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht des Einbausteckers im zusammengesetzten Zustand. FIG. 3 zeigt eine Explosionsdarstellung eines zugehörigen weiblichen Gegenstücks oder Verbindungspartners 44, nämlich einer Kupplung 4, die an einem Kabelende montiert ist. FIG. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht der Kupplung 4 im zusammengesetzten Zustand, sowie eine Draufsicht auf das Steckkontaktfeld. Einbaustecker 2 und Kupplung 4 sind Bestandteile eines Steckverbindersystems und bilden im miteinander verbundenen Zustand eine elektrische Steckverbindung aus.
  • Diejenigen Elemente des Verbindungspartners 44, die analog zu jenen des in FIG. 1 und 2 dargestellten Steckverbinders 1 aufgebaut sind, sind in FIG. 3 und 4 mit einem Strich versehen.
  • Zentraler Bestandteil des Steckverbindersystems sind eine Mehrzahl von Federkontaktstiften 6, die auch als Pogo-Pins bekannt sind, und zugehörige Buchsen oder Kontaktpartner. Im vorliegenden Beispiel weist der männliche Einbaustecker 2 (Chassis-Buchse) vier sogenannte Power Pins 8 auf, nämlich vergleichsweise groß dimensionierte Federkontaktstifte 6, die jeweils für den Fluss eines elektrischen Stroms, insbesondere eines Antriebs- oder Ladestroms, mit einer Stromstärke von beispielsweise bis zu 10 Ampere bei einer Spannung von 48 Volt ausgelegt sind. Die Kupplung 4 weist zugehörige Buchsen für die genannten vier Federkontaktstifte 6 auf. Weiterhin weist die Kupplung 4 acht sogenannte Control Pins 10 auf, nämlich etwas kleiner dimensionierte Federkontaktstifte 6, die jeweils für den Fluss eines Steuer- oder Signalstroms mit einer Stromstärke von beispielsweise bis zu 0,5 Ampere bei einer Spannung von 48 Volt ausgelegt sind. Der Einbaustecker 2 weist zugehörige Buchsen für diese acht Federkontaktstifte 6 auf. Im vorliegenden Fall weist also der hinsichtlich der Power Pins 8 männliche Stecker hinsichtlich der Control Pins 10 weiblichen Charakter auf und umgekehrt. Dies ist aber nicht zwingend. Vielmehr könnte der Einbaustecker 2 sowohl Federkontaktstifte 6 für die Power Pins 8 als auch für die Control Pins 10 aufweisen, also komplett männlich ausgebildet sein, während die entsprechenden Buchsen alle in der Kupplung 4 liegen - oder umgekehrt.
  • In einer Draufsicht auf das die Anschlussbelegung kennzeichnende Kontaktfeld gemäß dem herausgegriffenen Detail in FIG. 4 sind die vier Power Pins 8 und die acht Control Pins 8 in einem regelmäßigen Muster nebeneinander angeordnet, wobei je nach Steckertyp verschiedene Muster realisierbar sind.
  • Üblicherweise besteht der jeweilige Federkontakt aus drei Bauteilen: einem Führungsröhrchen (auch Stifthülse oder Gehäuse genannt), einer Druckfeder und einem Kolben. Die drei Bauteile werden beispielsweise durch spezielle Crimptechniken auf solche Weise miteinander verbaut, dass sie nicht mehr auseinanderfallen können, der Kolben aber dennoch in Längsrichtung einen gewissen Federweg frei ausführen kann. Beim Verbauen der Einzelteile wird die Druckfeder vorgespannt, wodurch der Federkontaktstift in seiner Nullstellung schon über eine gewisse Anfangskraft verfügt - üblich als Vorspannung bezeichnet. Bei hergestellter Steckverbindung drückt die Druckfeder den Kolben mit seinem vorn liegenden Tastkopf fest an den zugehörigen Kontakt der gegenüberliegenden Buchse, so dass eine zuverlässige elektrische Verbindung besteht. Pogo-Pins haben eine extrem hohe Toleranz und vermindern so die Wahrscheinlichkeit für Fehlfunktionen, auch bei starken Vibrationen, signifikant. Sie haben ferner eine wesentlich höhere Lebensdauer als vergleichbare Konnektor-Typen aufgrund des geringen Abriebs zwischen den Konnektorteilen.
  • Der Einbaustecker 2 weist gemäß FIG. 1 ein zum Einbau in eine Wand oder ein Gerätegehäuse vorgesehenes Steckergehäuse 12 (Steckerkorb) mit einer nach vorne offenen zylindrischen Aufnahme 14 auf, wobei an der offenen Rückseite eine Durchführung für ein Anschlusskabel 16 ausgebildet ist. Das mehradrige Anschlusskabel 16 weist innerhalb eines Kabelmantels 18 vier zum Anschluss an die Power Pins 8 vorgesehene Drähte 20 und acht zum Anschluss an die Control Pins 10 vorgesehene Drähte 20 auf. Die aus dem Kabelmantel 18 herausgeführten und abisolierten Drahtenden sind also im zusammenmontierten Zustand an die entsprechenden Federkontaktstifte 6 und/oder Buchsen angeschlossen, insbesondere verlötet. Die Federkontaktstifte 6 und/oder Buchsen - sowohl die Power Pins 8 als auch die Control Pins 10 - werden durch eine gemeinsame Trägerplatte 22, durch die sie hindurchgesteckt sind, relativ zueinander in der gewünschten Position gehalten bzw. fixiert. Die Trägerplatte 22 sitzt im Montageendzustand zentral in der zylindrischen Aufnahme 14. An der Vorderseite werden die Federkontaktstifte 6 und/oder Buchsen durch passgenaue Aussparungen in einer Abdeckplatte 24 hindurchgeführt, die zur Abdeckung der zylindrischen Aufnahme 14 vorgesehen ist.
  • Der Einbaustecker 2 und die Kupplung 4 sind jeweils als Magnetstecker ausgeführt, die sich beim Einstecken der Kupplung 4 in den Einbaustecker 2 bei passender Ausrichtung, sprich bei passendem Drehwinkel zueinander, gegenseitig anziehen und dadurch einen zuverlässigen elektrischen Kontakt unterstützen. Bei falscher Ausrichtung erfolgt jedoch eine starke Abstoßung, die - im Zusammenspiel einer weiter unten beschriebenen mechanischen Verdrehsicherung - eine Falschmontage unmöglich macht. Zu diesem Zweck sind innerhalb der Aufnahme 14 im Einbaustecker 2 zwei halbschalenartige Magnete 26 vorgesehen, die im zusammenmontierten Zustand eine konzentrisch zur Mittelachse des Steckers ausgerichtete Schale bilden, welche den Kontaktbereich mit der Trägerplatte 22 und den Federkontaktstiften 6 und/oder Buchsen umgibt. Bei dem in FIG. 1 oberen Magneten 26 weist beispielsweise der Nordpol nach vorne in Richtung zur Abdeckplatte 24, während der Südpol hach hinten in Richtung Anschlusskabel 16 weist. Beim unteren Magneten 26 ist es umgekehrt, so dass sich beiden Magnete 26 innerhalb der Aufnahme 14 wechselseitig anziehen und dadurch die Schalenkonfiguration, in der sie sich befinden, stabilisieren.
  • In der zugehörigen Kupplung 2 gemäß FIG. 3 und 4 befindet sich eine korrespondierende Magnetanordnung, die derart ausgerichtet ist, dass sich der beschriebene Anziehungs- oder Abstoßungseffekt in Abhängigkeit von der korrekten Ausrichtung der Verbindungspartner zueinander ausbildet.
  • Zur Erzielung permanent hoher Anziehungs- oder Abstoßungskräfte handelt es bei den Magneten 26 bevorzugt um Neodymmagnete oder vergleichbare Permanentmagnete.
  • Wenden wir uns nun wieder FIG. 1 und 2 zu. Im zusammenmontierten Zustand sitzen die mit den Drähten 20 verbundenen elektrischen Kontaktelemente und die sie umgebenden Magnete 26 in der Aufnahme 14 des Steckergehäuses 12 und werden vorne von der Abdeckplatte 24 abgedeckt. Die Abdeckplatte 24 ist am Rand mit nach innen gerichteten Rasthaken 28 versehen, die beim Einsetzen in die Aufnahme 14 zugeordnete Rastvorsprünge oder Rücksprünge in der Wand der Aufnahme 14 hintergreifen und damit unlösbar verrasten. Durch innenliegende Führungs- und Ausrichtelemente kann eine gewünschte Winkelausrichtung der Abdeckplatte 24 gegenüber der Aufnahme 14 forciert werden. Die Abdeckplatte 24 weist weiterhin an ihrer Innenseite Konturen auf, die als Stützflächen für die Magnete 26 dienen und diese in einer gewünschten Lage fixieren bzw. stabilisieren.
  • Nach erfolgte Grundmontage des Einbausteckers 2, also nach dem Einsetzen der Federkontaktstifte 6 und/oder Buchsen, dem Anschließen der Drähte 20, dem Einsetzen der Magnete 26 und dem Einsetzen der Abdecklatte 24 wird der vorne durch Abdeckplatte 24 und umlaufend durch die Wand bzw. Mantelfläche des Steckergehäuses 12 begrenzte Innenraum der Aufnahme 14 durch Einbringen eines aushärtenden Epoxidharzes oder einer sonstigen elektrisch isolierenden und gegen Flüssigkeit abdichtenden Gießmasse 42 vergossen. Die Gießmasse wird durch das offene hintere Ende des Steckergehäuses 12 eingebracht, wobei die hinreichend dicht an der Gehäusewand anliegende Abdeckplatte 24 ein Herauslaufen der Gießmasse am vorderen Ende verhindert. Damit bildet das Steckergehäuse 12 mit den in der Aufnahme 14 befindlichen Komponenten - insbesondere Trägerplatte 22, Federkontaktstifte 6 und/oder Buchsen, Drähte 20 und Magnete 26 - eine kompakte Einheit, in der die Komponenten gegen Verrutschen gesichert und zugleich gegen eindringendes Wasser und sonstige Umwelteinflüsse geschützt sind. Die so gebildete Einheit, in der die Pogo Pins und die Anschlussdrähte hermetisch verschlossen sind, ist exemplarisch in FIG. 5 dargestellt.
  • Ferner befinden sich an der Außenseite der Abdeckplatte 24 Führungs- und Ausrichtelemente 30 in Gestalt von Vor- oder Rücksprüngen, Stegen, Nocken oder dergleichen, die im Zusammenspiel mit komplementär geformten Führungs- und Ausrichtelementen an der Außenseite einer analog aufgebauten Abdeckplatte der Kupplung 4 das lagerrichtige Einführen der Kupplung 4 in den Einbaustecker 2 forcieren. Mit anderen Worten ist damit - über den magnetischen Verdrehschutz hinaus - ein mechanischer Verdrehschutz geschaffen.
  • Im Montageendzustand sitzt die Abdeckplatte 24 in einer definierten Tiefe versenkt in der Aufnahme 14 des Steckergehäuses 2. Ein umlaufender Vorsprung in der Wand der Aufnahme 14 bildet einen Anschlag für den gewünschten Sitz der Abdeckplatte 24. Auf diese Weise bildet der außen liegende Wandabschnitt der Aufnahme 14 im Steckergehäuse 12 eine Einfassung 32 für den vorderen Einsteckabschnitt 34 der Kupplung 4.
  • Die in FIG. 3 in Explosionsdarstellung und in FIG. 4 im zusammenmontierten Zustand als Beispiel für einen Verbindungspartner 44 für den Steckverbinder 1 dargestellte Kupplung 4 ist grundlegend analog aufgebaut zum Einbaustecker 2. Auch hier ist also das die elektrischen Anschlüsse, Federkontaktstifte 6' und/oder Buchsen sowie die Magnete 26' aufnehmende und haltende Steckergehäuse 12' vorne mit einer Abdeckplatte 24' versehen und mit Epoxidharz oder dergleichen vergossen. Die wesentlichen Unterschiede zum Einbaustecker 2 bestehen darin, dass die Kupplung 4 an einem freien Kabelende montiert ist und nicht zum Einbau in ein umliegendes Gehäuse oder dergleichen vorgesehen ist. Zudem ist wie bereits erwähnt am vorderen Ende des Steckergehäuses 12' der Kupplung 4 ein Einsteckabschnitt 34 zum Einstecken in das Steckergehäuse 12 des Einbausteckers 2 ausgebildet. Ein nach hinten versetzter umlaufender radialer Vorsprung 36 oder Ringsteg begrenzt den Einsteckabschnitt 34, auf den ein Dichtring 38 bzw. O-Ring aufgeschoben ist. Eine kegelartige Knickschutztülle 46, die das Anschlusskabel 16' umgreift und von hinten auf das Steckergehäuse 12' aufgeschraubt wird, hat die Funktion, dass das Anschlusskabel 16' beim Austritt aus dem Steckergehäuse 12' bei starken Biegeradien nicht bricht.
  • Bei der Herstellung der Steckverbindung wird der Einsteckabschnitt 34 der Kupplung 4 unter Ausbildung der gewünschten Kontaktierung der Federkontaktstifte 6, 6' mit ihren Gegenkontakten in die passgenaue Einfassung 32 des Steckergehäuses 12 des Einbausteckers 2 gesteckt. Die magnetische und die mechanische Verdrehsicherung forcieren dabei das lagerichtige Einstecken. Die Magnete 26, 26' bewirken zudem den sicheren Zusammenhalt der Steckverbindung bei auslegungsgemäßer betrieblicher Belastung, indem sich die beiden Verbindungspartner anziehen. Dabei wird der zwischen dem umlaufenden Vorsprung 36 der Kupplung 4 und dem vorderen (Montage-) Flansch 40 des Einbausteckers 2 befindliche Dichtring 38 durch den magnetischen Anpressdruck derart zusammengedrückt, dass eine hohe Dichtwirkung gegen eindringende Flüssigkeit oder Feuchtigkeit besteht.
  • Bislang wurden ein Einbaustecker 2 und eine zugehörige Kupplung 4 beschrieben. Es versteht sich, dass die beschriebenen Merkmale auch bei anderen Steckverbinder-Kombinationen verwirklicht werden können. Beispielsweise kann der männliche Teil ein Stecker sein, der an ein freies Kabelende gehört, und der weibliche Teil kann eine Buchse sein, die zum festen Einbau in ein Gerätegehäuse vorgesehen ist. Entsprechende Varianten sind exemplarisch in FIG. 6 bis 8 dargestellt.
  • Die beschriebenen Steckerkombinationen können insbesondere bei elektrischen Golf-Trolleys (Elektro Golf-Trolleys) verwendet werden. Die witterungsbedingten Umstände in diesem Anwendungsbereich sind herausfordernd, d. h. man hat Außentemperaturen zwischen 0 °C und 45 °C, direkte UV-Licht-Einstrahlung, Vibrationen und Feuchtigkeit (Nebel, Regen, Starkregen, etc.). Wie in Tests überprüft wurde, erfüllen die beschriebenen Steckerkombinationen derartige Anforderungen problemlos. Die Steckerkombination kann aber auch diversen anderen elektrischen Außengeräten verwendet werden, etwa bei Gartenwerkzeugen, Rasenmähern, Pumpen, Motoren und dergleichen. Der Einsatz bei Elektrofahrrädern, Elektrorollern, Elektroscootern und ähnlichen Fahrzeugen kommt ebenfalls in Betracht.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Steckverbinder
    2
    Einbaustecker
    4
    Kupplung
    6
    Federkontaktstift
    8
    Power Pin
    10
    Control Pin
    12
    Steckergehäuse
    14
    Aufnahme
    16
    Anschlusskabel
    18
    Kabelmantel
    20
    Draht
    22
    Trägerplatte
    24
    Abdeckplatte
    26
    Magnet
    28
    Rasthaken
    30
    Führungs- und Ausrichtelement
    32
    Einfassung
    34
    Einsteckabschnitt
    36
    Vorsprung
    38
    Dichtring
    40
    Flansch
    42
    Gießmasse
    44
    Verbindungspartner
    46
    Knickschutztülle

Claims (15)

  1. Steckverbindersystem mit einem Steckverbinder (1) und einem zugehörigen Verbindungspartner (44), wobei
    • der Steckverbinder (1) ein eine Aufnahme (14) umschließendes Steckergehäuse (12) aufweist,
    • die Aufnahme (14) durch eine Abdeckplatte (24) verschlossen ist,
    • in der Aufnahme (14) mehrere die Abdeckplatte (24) durchdringende Federkontaktstifte (6) und/oder Buchsen zur Ausbildung von elektrischen Kontakten verankert sind,
    • in der Aufnahme (14) eine Anzahl von Magneten (26) angeordnet ist, die die Federkontaktstifte (6) und/oder Buchsen umgeben,
    • der verbleibende Raum in der Aufnahme (14) mit einer elektrisch isolierenden und als Feuchtigkeitsbarriere wirksamen Gießmasse (42) vergossen ist,
    wobei die Magnete (26) in Relation zu zugeordneten Magneten (26') des Verbindungspartners (44) derart angeordnet sind, dass sich der Steckverbinder (1) und sein Verbindungspartner (44) bei korrekter Ausbildung der elektrischen Kontakte anziehen.
  2. Steckverbindersystem nach Anspruch 1, wobei sich der Steckverbinder (1) und sein Verbindungspartner (44) bei fehlerhafter Zuordnung der elektrischen Kontakte abstoßen.
  3. Steckverbindersystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei mehrere, insbesondere vier, der Federkontaktstifte (6) und/oder Buchsen zur Leitung eines Antriebs- oder Ladestroms mit einer Stromstärke von mehr als 10 Ampere ausgelegt sind.
  4. Steckverbindersystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei mehrere, insbesondere acht, der Federkontaktstifte (6) und/oder Buchsen zur Leitung eines Steuer- oder Signalstroms mit einer Stromstärke von weniger als 1 Ampere ausgelegt sind.
  5. Steckverbindersystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Federkontaktstifte (6) und/oder Buchsen in einer Trägerplatte (22) verankert sind und diese durchdringen.
  6. Steckverbindersystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Magnete (26) Neodymmagnete sind.
  7. Steckverbindersystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Magnete (26) die Federkontaktstifte (6) und/oder Buchsen ring- oder schalenartig umgeben.
  8. Steckverbindersystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Magnete (26) im Steckverbinder (1) zwei halbschalenförmige Magnete (26) sind.
  9. Steckverbindersystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Gießmasse (42) ein Epoxidharz ist.
  10. Steckverbindersystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Abdeckplatte (24) mittels Rasthaken (28) unlösbar in der Aufnahme (14) verrastet ist.
  11. Steckverbindersystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Abdeckplatte (24) außenliegend Führungs- und Ausrichtelemente (30) zur Ausbildung einer mechanischen Verdrehsicherung zwischen dem Steckverbinder (1) und seinem Verbindungspartner (44) aufweist.
  12. Steckverbindersystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Abdeckplatte (24) innenliegend Stützflächen für die Magnete (26) aufweist.
  13. Steckverbindersystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei im zusammengesteckten Zustand der Verbindungspartner (44) teilweise in den Steckverbinder (1) eintaucht.
  14. Steckverbindersystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei im zusammengesteckten Zustand ein Dichtring (38) einen Spalt zwischen dem Steckverbinder (1) und seinem Verbindungspartner (44) abdichtet.
  15. Steckverbindersystem nach Anspruch 14, wobei im zusammengesteckten Zustand der Dichtring (38) mittels einer durch die Magnete (26) bewirkten Anpresskraft zusammengedrückt wird.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US4072381A (en) * 1975-04-17 1978-02-07 Air-Tex Wire Harness, Inc. Tractor-trailer electrical connector system
DE102011056798A1 (de) * 2011-12-21 2013-06-27 Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg Geschirmter Steckverbinder und Verfahren zur Herstellung eines geschirmten Steckverbinders
WO2021042206A1 (en) * 2019-09-05 2021-03-11 Exceltec Canada Inc. Magnetic connector

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