Elektrischer Steckverbinder

Abstract

 Bei einem elektrischen Steckverbinder (1) mit wenigstens zwei aus Hauptkontaktstiften (5) und zugeordneten Hauptkontaktbuchsen (15) bestehenden Hauptkontakten und einer Mehrzahl von aus Steuerkontaktstiften (20) und zugeordneten Steuerkontaktbuchsen (21) bestehenden Steuerkontakten, wird bei geringen Aussenabmessungen eine berührungssichere, druckwasserdichte, für höhere Spannungen geeignete, und für unterschiedliche Spannungen und Ströme einsetzbare Ausführung dadurch erreicht, dass die Hauptkontaktstifte (5) und die Steuerkontaktstifte (20) nebeneinander in einem ersten Isolierkörper (2), und die Hauptkontaktbuchsen (15) und die Steuerkontaktbuchsen (21) nebeneinander in einem zweiten Isolierkörper (12) angeordnet sind, dass jeder der Hauptkontaktstifte (5) in dem ersten Isolierkörper (2) für sich vollständig versenkt in einem ersten Sackloch (3) angeordnet ist; und dass jede der Hauptkontaktbuchsen (15) aus dem zweiten Isolierkörper (12) herausragt und seitlich vollständig von einem an den zweiten Isolierkörper (12) angeformten ersten Isoliermantel (13) umgeben ist, welcher beim Zusammenstecken des Steckverbinders (1) das erste Sackloch (3) um den zugeordneten Hauptkontaktstift (5) vollständig ausfüllt.

Beschreibung

TECHNISCHES GEBIET

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Steckverbinder mit wenigstens zwei aus Hauptkontaktstiften und zugeordneten Hauptkontaktbuchsen bestehenden Hauptkontakten und einer Mehrzahl von aus Steuerkontaktstiften und zugeordneten Steuerkontaktbuchsen bestehenden Steuerkontakten.

STAND DER TECHNIK

[0002] Für eine Anwendung, wie sie beispielsweise bei den derzeit in Entwicklung befindlichen Elektro-Automobilen vorliegt, werden elektrische Steckverbinder für den Batterieanschluss, die Motorkontaktierung und dgl. benötigt, die einerseits relativ hohe Leistungen und Ströme (z.B. bis zu 400 V bzw. 250 A) sicher übertragen können, und die andererseits den rauhen Umgebungsbedingungen wie wechselnden Temperaturen, Schmutz oder Spritzwasser, gewachsen sind. Darüberhinaus sollen sie möglichst klein, für unterschiedliche Betriebsspannungen verwendbar, für verschiedene Einsatzorte im Automobil kodierbar und mit zusätzlichen Steuerkontakten zur Signalübertragung ausgerüstet sein. Insbesondere ist es wünschenswert, dass derartige Steckverbinder eine Druckwasserdichtheit und einen entsprechenden Berührungsschutz nach der Norm IP 67 (entspricht der IEC 529 oder der DIN 40050) aufweisen, da sie an besonders kritischen Stellen, z.B. im Motorraum unter dem Bodenblech, eingebaut werden.

[0003] Aus der DE-A1-39 40 652 ist beispielsweise eine elektrische Steckverbindung für den untertägigen Grubenbetrieb bekannt, bei der durch eine spezielle Ausbildung der Isolierkörper und eine spezielle Anordnung der Kontaktstifte und -buchsen sowohl die Kriech- als auch die Luftstrecken zwischen zwei Kontakten bei gleichbleibendem Kontaktabstand deutlich vergrössert werden. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass die jeweilige Kontaktbuchse aus dem Isolierkörper herausstehend angeordnet und gleichzeitig der herausstehende Teil mit einem äusseren Isoliermantel überzogen ausgebildet ist.

[0004] Obgleich die bekannte Steckverbindung bereits deutliche Sicherheitsvorteile im Hinblick auf einen Ueberschlag zwischen den Kontakten aufweist, ist sie weder hinsichtlich der Kriechstrecke optimiert, noch berührungssicher oder druckwasserdicht ausgeführt. Darüberhinaus sind bei der bekannten Steckverbindung auch keine Steuerkontakte zur Signalübertragung vorgesehen.

[0005] Andererseits gibt es im Stand der Technik eine Vielzahl von Steckverbindungen, bei denen Haupt- und Steuerkontakte miteinander kombiniert sind, ohne dass spezielle Vorkehrungen zur Erhöhung des Kriechweges, der Druckwasserdichtheit oder des Berührungsschutzes getroffen sind.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

[0006] Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, einen elektrischen Steckverbinder mit Haupt- und Steuerkontakten zu schaffen, der bei geringen Aussenabmessungen berührungssicher, druckwasserdicht, für höhere Spannungen geeignet, und für unterschiedliche Spannungen und Ströme einsetzbar ist.

[0007] Die Aufgabe wird bei einem elektrischer Steckverbinder mit wenigstens zwei aus Hauptkontaktstiften und zugeordneten Hauptkontaktbuchsen bestehenden Hauptkontakten und einer Mehrzahl von aus Steuerkontaktstiften und zugeordneten Steuerkontaktbuchsen bestehenden Steuerkontakten, dadurch gelöst, dass

(a) die Hauptkontaktstifte und die Steuerkontaktstifte nebeneinander in einem ersten Isolierkörper, und die Hauptkontaktbuchsen und die Steuerkontaktbuchsen nebeneinander in einem zweiten Isolierkörper angeordnet sind;

(b) jeder der Hauptkontaktstifte in dem ersten Isolierkörper für sich vollständig versenkt in einem ersten Sackloch angeordnet ist; und

(c) jede der Hauptkontaktbuchsen aus dem zweiten Isolierkörper herausragt und seitlich vollständig von einem an den zweiten Isolierkörper angeformten ersten Isoliermantel umgeben ist, welcher beim Zusammenstecken des Steckverbinders das erste Sackloch um den zugeordneten Hauptkontaktstift vollständig ausfüllt.

[0008] Der Kern der Erfindung besteht darin, alle Hauptkontakte relativ nahe nebeneinander anzuordnen und den Kriechweg dadurch zu optimieren, dass jeder der Hauptkontaktstifte in einem Sackloch versenkt ist, welches beim Zusammenstecken vom Isoliermantel der zugeordneten Hauptkontaktbuchse ausgefüllt wird. Die ineinandersteckenden Isoliermäntel und Sacklöcher der Hauptkontakte bilden zusammen jeweils eine breite Dichtfläche und trotz der Nähe der Kontakte einen entsprechend langen, labyrinthartigen Kriechweg.

[0009] Die Dichtfunktion wird bei einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besonders vorteilhaft dadurch unterstützt, dass auf der Aussenseite jedes ersten Isoliermantels und auf der Innenseite jedes ersten Sacklochs wenigstens eine umlaufende Nut bzw. wenigstens ein umlaufender, an die Nut angepasster erster Dichtwulst angeordnet sind, derart, dass beim Zusammenstecken des Steckverbinders der erste Dichtwulst in die zugehörige Nut einrastet. Die ersten Dichtwulste haben in diesem Zusammenhang vorzugsweise einen kreissegmentförmigen Querschnitt und damit entsprechend die Funktion einer O-Ring-Dichtung, und sorgen auf diese Weise für eine erhöhte Dichtheit gegen Druckwasser.

[0010] Die Dichtigkeit an den Leitungsabgängen kann dadurch verbessert werden, wenn gemäss einer Weiterbildung der Erfindung an dem ersten und zweiten Isolierkörper für jede zu einem Hauptkontakt führende Zuleitung eine konisch zulaufende Leitungstülle angeformt ist, welche als Leitungsabdichtung eine Mehrzahl von hintereinander angeordneten, am Innendurchmesser umlaufenden zweiten Dichtwulsten aufweist.

[0011] Besonders günstig sind die Dichteigenschaften dann, wenn gemäss einer weiteren Ausführungsform die ersten und zweiten Isolierkörper jeweils einstückig aus einem Elastomer, insbesondere einem Chloropren mit einer Shore-Härte von 70-80, hergestellt sind. Derartige Isolierkörper sind einerseits mechanisch hinreichend stabil, andererseits aber genügend weich, um z.B. die Leitungen dichtend zu umschliessen.

[0012] Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Schutzansprüchen.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

[0013] Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1

im Querschnitt den Aufbau eines Steckverbinders gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2

in der Draufsicht mit teilweisem Schnitt den Steckverbinder nach Fig. 1 mit den zugehörigen Steuerkontakten; und

Fig. 3a,b

zwei verschiedene Beispiele einer Steckerkodierung gemäss einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Steckverbinders.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

[0014] In Fig. 1 und 2 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für einen Steckverbinder nach der Erfindung mit zwei Hauptkontakten und mehreren Steuerkontakten dargestellt. Der Steckverbinder 1 besteht im wesentlichen aus zwei flach ausgeführten Isolierkörpern 2 und 12, die jeweils einstückig, und zwar vorzugsweise aus einem Elastomer, insbesondere einem Chloropren mit einer Shore-Härte von 70-80, hergestellt sind. Die Isolierkörper 2 und 12 haben in ihrem Inneren jeweils mehrere nebeneinanderliegende Kontaktkammern, welche die einzelnen Kontakte aufnehmen und fixieren. Die Monoblockausführung mit der Integration von Haupt- und Steuerkontakten gewährleistet dabei eine kleine Bauweise.

[0015] Im Beispiel der Fig. 1 und 2 sind zwei nebeneinanderliegende Hauptkontakte und mehrere, z.B. 4-6 übereinanderliegende, neben den Hauptkontakten angeordnete Steuerkontakte vorgesehen. Die Hauptkontakte setzen sich jeweils zusammen aus einem Hauptkontaktstift 5 und einer Hauptkontaktbuchse 15, die beim Zusammenstecken ineinander eingeführt werden. Die Steuerkontakte umfassen entsprechend jeweils einen Steuerkontaktstift 20 und eine Steuerkontaktbuchse 21. Sowohl die Hauptkontakte (5,15) als auch die Steuerkontakte (20,21) sind direkt in ihren jeweiligen Kontaktkammern eingerastet. Die Kontaktkammern und auch die Kontakte selbst weisen zu diesem Zweck speziell (stufig) ausgebildete Halte- und Abdichtbereiche auf, die in Fig. 1 und 2 für die Hauptkontakte mit den Bezugszeichen 6 und 16 bezeichnet sind. Die Halte- und Kontaktbereiche 6 bzw. 16 sind dabei so dimensioniert, dass eine einwandfrei Kontakthalterung und Abdichtung gewährleistet ist.

[0016] Die Druckwasserdichtheit, aber auch die Berührungssicherheit des Steckverbinders 1 wird durch verschiedene Massnahmen sichergestellt: Zunächst sind die Hauptkontaktstifte 5 in dem ersten Isolierkörper 2 jeweils für sich vollständig versenkt in einem ersten Sackloch 3 angeordnet; jede der Hauptkontaktbuchsen 15 ragt ihrerseits aus dem zweiten Isolierkörper 12 heraus und ist seitlich vollständig von einem an den zweiten Isolierkörper 12 angeformten ersten Isoliermantel 13 umgeben, welcher beim Zusammenstecken des Steckverbinders 1 das erste Sackloch 3 um den zugeordneten Hauptkontaktstift 5 vollständig ausfüllt. Durch die Versenkung der Hauptkontaktstifte 5 und die Einhüllung der Hauptkontaktbuchsen 15 mit dem ersten Isoliermantel 13 wird bereits ein hohes Mass an Berührungssicherheit erreicht.

[0017] Der Kriechweg von einem Hauptkontaktstift zum anderen verläuft über die Wandungen der zwei relativ tiefen ersten Sacklöcher 3. Er ist daher unabhängig von der engen Nachbarschaft beider Kontakte hauptsächlich durch die Tiefe der ersten Sacklöcher 3 bestimmt und damit entsprechend lang. Durch diese Massnahme wird die elektrische Sicherheit auch bei eventuell eingedrungenem Wasser gegenüber herkömmlichen Konstruktionen wesentlich erhöht.

[0018] Die eng aneinanderliegenden Wände von erstem Isoliermantel 13 und erstem Sackloch 3 bilden bereits eine ausgezeichnete Dichtfläche. Weiterhin sind auf der Aussenseite jedes ersten Isoliermantels 13 und auf der Innenseite jedes ersten Sacklochs 3 eine oder mehrere (zwei im Beispiel der Fig. 1 und 2 ) umlaufende Nute 18 bzw. ein oder mehrere umlaufende, an die Nut 18 angepasste erste Dichtwülste 8 angeordnet, und zwar derart, dass beim Zusammenstecken des Steckverbinders 1 die ersten Dichtwülste 8 in die zugehörigen Nute 18 einrasten. Die ersten Dichtwülste 8 weisen vorzugsweise einen kreissegmentförmigen Querschnitt auf und haben so die Funktion einer O-Ring-Dichtung. Es versteht sich von selbst, dass ohne Aenderung der Dichtfunktion die ersten Dichtwülste 8 - wie in den Figuren gezeigt - auf der Innenwand der ersten Sacklöcher 3 angeformt und die Nute 18 entsprechend auf der Aussenwand der ersten Isoliermäntel 13 angebracht sein können und umgekehrt.

[0019] Eine zusätzliche Verbesserung der Dichtheit wird dadurch erreicht, dass an dem ersten und zweiten Isolierkörper 2 bzw. 12 für jede zu einem Hauptkontakt führende Zuleitung eine konisch zulaufende Leitungstülle 4 angeformt ist, welche als Leitungsabdichtung eine Mehrzahl von hintereinander angeordneten, am Innendurchmesser umlaufenden zweiten Dichtwulsten 14 aufweist. Durch derartige innen gewellte Leitungstüllen ist gewährleistet, dass auch von der Leitungsseite her ein Eindringen von Feuchtigkeit oder Wasser sicher ausgeschlossen wird.

[0020] Um die Forderung nach Berührungssicherheit im ungesteckten Zustand buchsen- und stiftseitig zu erfüllen, sind die Hauptkontaktstifte 5 an ihrem vorderen Ende mit einer Isolierkappe 9 abgedeckt. Im Zentrum der Hauptkontaktbuchsen 15 ist jeweils ein sich über die gesamte Buchsenlänge erstreckender Isolierstift 17 koaxial angeordnet, welcher beim Zusammenstecken des Steckverbinders 1 in eine im Zentrum des zugehörigen Hauptkontaktstiftes 5 eingebrachte, entsprechende Sackbohrung 7 eingeschoben wird.

[0021] Neben den bereits beschriebenen Hauptkontakten, die in der Regel für hohe Leistungen vorgesehen sind, weist der Steckverbinder zusätzlich Steuerkontakte zur Informationsübertragung auf. Die Hauptkontakte und die Gruppe der Steuerkontakte sind innerhalb derselben Isolierkörper 2 und 12 in einer gemeinsamen Ebene angeordnet, sodass der Steckverbinder 1 die Form eines kompakten Flachsteckers hat. Die Gruppe der Steuerkontakte ist von den Hauptkontakten getrennt. Die Gruppe der Steuerkontaktstifte 20 ist in dem ersten Isolierkörper 2 für sich vollständig versenkt in einem zweiten Sackloch 22 angeordnet. Die Gruppe der Steuerkontaktbuchsen 21 ragt aus dem zweiten Isolierkörper 12 heraus und ist seitlich vollständig von einem an den zweiten Isolierkörper 12 angeformten zweiten Isoliermantel 23 umgeben, welcher beim Zusammenstecken des Steckverbinders 1 das Sackloch 22 um die zugeordneten Steuerkontaktstifte 20 vollständig ausfüllt. Mit dieser Konstruktion werden in gleicher Weise Dichtheit beim Zusammenstecken und Berührungssicherheit erreicht, wie bei den Hauptkontakten. Durch die Trennung der ersten und zweiten Sacklöcher 3 bzw. 22 voneinander ist sichergestellt, dass in dem Fall, in welchem z.B. manche Kontaktkammern gar nicht mit Steuerkontakten belegt werden, kein spezielles Verschliessen der unbelegten Kontaktkammern, wie z.B. durch Blindstopfen, notwendig ist, da in die anderen Kontaktpartien kein Wasser eindringen kann.

[0022] Um den Steckverbinder 1 an verschiedenen Orten und für verschiedene Aufgaben einsetzen zu können, ist schliesslich eine Kodierung vorgesehen, die vorzugsweise aus auf den Isolierkörpern 2 und 12 angebrachten Kodierblechen 10 und 19 besteht, die sich im zusammengesteckten Zustand des Steckverbinders 1 gegenüberliegen und mit entsprechenden Aussparungen ineinandergreifen. Diese Art der Kodierung hat gegenüber einer Kodierung mit Stiften den Vorteil, dass sie bei den relativ weichen Isolierkörpern 2 und 12 in jedem Fall einwandfrei funktioniert. Zwei Beispiele für die Ausgestaltung derartiger Kodierbleche 10 und 19 sind in Fig. 3a und b wiedergegeben. Das Zusammenfügen der Kodierbleche beim Zusammenstecken kann darüberhinaus dadurch erleichtert werden, dass auf einem der Isolierkörper 2 bzw. 12 oberhalb des Kodierbleches 10 bzw. 19 parallel ein im vorderen Bereich sich öffnendes Führungsblech 11 angebracht ist.

[0023] Schliesslich ist anzumerken, dass die ersten Sacklöcher 3 der Hauptkontaktstifte 5 und die ersten Isoliermäntel 13 der Hauptkontaktbuchsen 15 (ebenso wie auch das zweite Sackloch 22 und der zweite Isoliermantel 23 der Steuerkontakte) zur Erleichterung des Ein- und Aussteckens schwach konisch ausgebildet sein können.

[0024] Insgesamt ergibt sich mit der Erfindung ein kompakter, druckwasserdichter, berührungssicherer und in rauher Umgebung vielseitig einsetzbarer Steckverbinder.

BEZEICHNUNGSLISTE

[0025] 

1

Steckverbinder

2,12

Isolierkörper

3

Sackloch (Hauptkontaktstift)

4

Leitungstülle

5

Hauptkontaktstift

6,16

Halte- und Abdichtbereich

7

Sackbohrung

8,14

Dichtwulst

9

Isolierkappe

10,19

Kodierblech

11

Führungsblech

13

Isoliermantel (Hauptkontaktbuchse)

15

Hauptkontaktbuchse

17

Isolierstift

18

Nut (für Dichtwulst)

20

Steuerkontaktstift

21

Steuerkontaktbuchse

22

Sackloch (Steuerkontaktstifte)

23

Isoliermantel (Steuerkontaktbuchsen)

Ansprüche

1. Elektrischer Steckverbinder (1) mit wenigstens zwei aus Hauptkontaktstiften (5) und zugeordneten Hauptkontaktbuchsen (15) bestehenden Hauptkontakten und einer Mehrzahl von aus Steuerkontaktstiften (20) und zugeordneten Steuerkontaktbuchsen (21) bestehenden Steuerkontakten, dadurch gekennzeichnet, dass

(a) die Hauptkontaktstifte (5) und die Steuerkontaktstifte (20) nebeneinander in einem ersten Isolierkörper (2), und die Hauptkontaktbuchsen (15) und die Steuerkontaktbuchsen (21) nebeneinander in einem zweiten Isolierkörper (12) angeordnet sind;

(b) jeder der Hauptkontaktstifte (5) in dem ersten Isolierkörper (2) für sich vollständig versenkt in einem ersten Sackloch (3) angeordnet ist; und

(c) jede der Hauptkontaktbuchsen (15) aus dem zweiten Isolierkörper (12) herausragt und seitlich vollständig von einem an den zweiten Isolierkörper (12) angeformten ersten Isoliermantel (13) umgeben ist, welcher beim Zusammenstecken des Steckverbinders (1) das erste Sackloch (3) um den zugeordneten Hauptkontaktstift (5) vollständig ausfüllt.

2. Steckverbinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Aussenseite jedes ersten Isoliermantels (13) und auf der Innenseite jedes ersten Sacklochs (3) wenigstens eine umlaufende Nut (18) bzw. wenigstens ein umlaufender, an die Nut (18) angepasster erster Dichtwulst (8) angeordnet sind, derart, dass beim Zusammenstecken des Steckverbinders (1) der Dichtwulst (8) in die zugehörige Nut (18) einrastet.

3. Steckverbinder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine erste Dichtwulst (8) einen kreissegmentförmigen Querschnitt aufweist.

4. Steckverbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an dem ersten und zweiten Isolierkörper (2 bzw. 12) für jede zu einem Hauptkontakt führende Zuleitung eine konisch zulaufende Leitungstülle (4) angeformt ist, welche als Leitungsabdichtung eine Mehrzahl von hintereinander angeordneten, am Innendurchmesser umlaufenden zweiten Dichtwulsten (14) aufweist.

5. Steckverbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Isolierkörper (2 bzw. 12) jeweils einstückig aus einem Elastomer, insbesondere einem Chloropren mit einer Shore-Härte von 70-80, hergestellt sind.

6. Steckverbinder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in den ersten und zweiten Isolierkörpern (2 bzw. 12) für jeden der Hauptkontaktstifte (5) bzw. Hauptkontaktbuchsen (15) eine Kontaktkammer ausgebildet ist, in welche die Hauptkontaktstifte (5) bzw. Hauptkontaktbuchsen (15) mit speziell ausgebildeten Halte- und Abdichtbereichen (6 bzw. 16) eingeschoben sind.

7. Steckverbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass

(a) die Hauptkontakte und die Gruppe der Steuerkontakte in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind und der Steckverbinder (1) als Flachstecker ausgebildet ist;

(b) die Gruppe der Steuerkontaktstifte (20) in dem ersten Isolierkörper (2) für sich vollständig versenkt in einem zweiten Sackloch (22) angeordnet ist; und

(c) die Gruppe der Steuerkontaktbuchsen (21) aus dem zweiten Isolierkörper (12) herausragt und seitlich vollständig von einem an den zweiten Isolierkörper (12) angeformten zweiten Isoliermantel (23) umgeben ist, welcher beim Zusammenstecken des Steckverbinders (1) das Sackloch (22) um die zugeordneten Steuerkontaktstifte (20) vollständig ausfüllt.

8. Steckverbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhöhung der Berührungssicherheit

(a) die Hauptkontaktstifte (5) an ihrem vorderen Ende mit einer Isolierkappe (9) abgedeckt sind; und

(b) im Zentrum der Hauptkontaktbuchsen (15) jeweils ein sich über die gesamte Buchsenlänge erstreckender Isolierstift (17) koaxial angeordnet ist, welcher beim Zusammenstecken des Steckverbinders (1) in eine im Zentrum des zugehörigen Hauptkontaktstiftes (5) eingebrachte, entsprechende Sackbohrung (7) eingeschoben wird.

9. Steckverbinder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer der flachen Seiten des Steckverbinders (1) auf dem ersten und zweiten Isolierkörper (2 bzw. 12) jeweils ein Kodierblech (10 bzw. 19) angebracht ist, welche Kodierbleche (10,19) innerhalb eines Steckverbinders (1) beim Zusammenstecken mit entsprechenden Aussparungen ineinandergreifen.

10. Steckverbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Sacklöcher (3) der Hauptkontaktstifte (5) und die ersten Isoliermäntel (13) der Hauptkontaktbuchsen (15) zur Erleichterung des Ein- und Aussteckens schwach konisch ausgebildet sind.

Zeichnung