DE102015100452A1

DE102015100452A1 - Steckverbinderteil mit einer Ausgleichseinrichtung

Info

Publication number: DE102015100452A1
Application number: DE102015100452.6A
Authority: DE
Inventors: Robert Babezki; Thomas Führer
Original assignee: Phoenix Contact eMobility GmbH
Current assignee: Phoenix Contact eMobility GmbH
Priority date: 2015-01-14
Filing date: 2015-01-14
Publication date: 2016-07-14
Also published as: CN107112693A; US10439328B2; EP3245692A1; WO2016113238A1; EP3245692B1; US20180269631A1; CN107112693B

Abstract

Ein Steckverbinderteil (1) umfasst ein Steckgehäuse (20), das zumindest einen Steckabschnitt (20, 21) aufweist, der in eine Einsteckrichtung (E) steckend mit einem Gegensteckverbinderteil (4) zum elektrischen Kontaktieren des Steckverbinderteils (1) mit dem Gegensteckverbinderteil (4) verbindbar ist. Zusätzlich weist das Steckverbinderteil (1) eine an dem Steckgehäuse (2) angeordnete Ausgleichseinrichtung (3) auf, die ein Gehäuse (30, 31), ein mit dem Steckgehäuse (20) verbundenes, an dem Gehäuse (30, 31) angeordnetes Trägerelement (33) und ein das Trägerelement (33) gegenüber dem Gehäuse (30, 31) vorspannendes Federelement (32) aufweist, wobei das Trägerelement (33) unter elastischer Verformung des Federelements (32) relativ zu dem Gehäuse (30, 31) bewegbar ist. Auf diese Weise wird ein Steckverbinderteil zur Verfügung gestellt, das auf einfache, kostengünstige Weise einen zuverlässigen Ausgleich von Positions- und/oder Winkelabweichungen gegenüber einer Soll-Position und einem Soll-Winkel beim Ansetzen an ein zugeordnetes Gegensteckverbinderteil ermöglicht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Steckverbinderteil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein solches Steckverbinderteil umfasst ein Steckgehäuse, das zumindest einen Steckabschnitt aufweist, der in einer Einsteckrichtung steckend mit einem Gegensteckverbinderteil zum elektrischen Kontaktieren des Steckverbinderteils mit dem Gegensteckverbinderteil verbunden werden kann.
Ein solches Steckverbinderteil kann beispielsweise als Ladestecker zum elektrischen Aufladen einer Batterie eines Elektrofahrzeugs ausgebildet sein. In diesem Fall kann das Steckverbinderteil beispielsweise über eine elektrische Zuleitung mit einer Ladestation verbunden und in eine Ladebuchse eines Elektrofahrzeugs einzustecken sein, so dass bei angeschlossenem Steckverbinderteil Ladeströme von der Ladestation hin zum Elektrofahrzeug übertragen werden können, um auf diese Weise die Batterie des Elektrofahrzeugs aufzuladen.
Zum Aufladen von Elektrofahrzeugen kommen heutzutage vermehrt auch vollautomatische oder halbautomatische Ladeeinrichtungen zum Einsatz. Bei solchen Ladeeinrichtungen wird das Steckverbinderteil nicht manuell an ein zugeordnetes Gegensteckverbinderteil (auf Seiten des Elektrofahrzeugs) angesteckt, sondern das Steckverbinderteil wird unter Verwendung einer elektromechanischen Baugruppe automatisch dem Gegensteckverbinderteil angenähert und steckend mit dem Gegensteckverbinderteil in Eingriff gebracht.
Solche vollautomatischen oder haltautomatischen Ladeeinrichtungen erfordern, dass die Position des Gegensteckverbinderteils am Fahrzeug mit hinreichender Genauigkeit z.B. unter Verwendung einer optischen Sensorik erfasst wird, damit das Steckverbinderteil in automatischer Weise dem Gegensteckverbinderteil angenähert und mit dem Gegensteckverbinderteil in Eingriff gebracht werden kann. Eine solche Positionserkennung ist jedoch nur mit begrenzter Genauigkeit möglich. Zudem ist eine Achserkennung zum achsparallelen Ansetzen des Steckverbinderteils an das zugeordnete Gegensteckverbinderteil schwierig. Kommt es bei einem Ansetzen eines Steckverbinderteils an ein zugeordnetes Gegensteckverbinderteil jedoch zu einem Abweichen der Achsen des Steckverbinderteils und des Gegensteckverbinderteils voneinander, so kann dies dazu führen, dass Kontakte des Steckverbinderteils und des Gegensteckverbinderteils unter einem lateralen Versatz oder auch unter einem Winkelversatz aneinander angesetzt werden, was zu einem Verkanten des Steckverbinderteils an dem Gegensteckverbinderteil und damit zu erheblichen Belastungen am Steckverbinderteil und am Gegensteckverbinderteil und insbesondere auch an deren elektrischen Kontakten führen kann.
Solche Belastungen können auch auftreten, wenn es bei einem Ladevorgang zu einer Lageänderung des Fahrzeugs relativ zur Ladestation kommt, was mit einer Lageänderung des Steckverbinderteils relativ zum Gegensteckverbinderteil einhergehen kann. Solche Lageänderungen können beispielsweise bei einem Be- und Entladen des Fahrzeugs und einer damit verbundenen Absenkung oder Anhebung des Fahrzeugs auftreten.
Es besteht somit ein Bedürfnis nach einem Steckverbinderteil, das in einem gewissen Maß Winkel- und Positionsabweichungen relativ zu einem Gegensteckverbinderteil zulässt, das gleichzeitig aber sicher und zuverlässig zur elektrischen Kontaktierung mit einem zugeordneten Gegensteckverbinderteil in Eingriff gebracht werden kann.
Bei einem aus der DE 10 2010 035 868 B3 bekannten Steckverbinderteil sind Steckkontakte schwimmend an einem Kontaktträger aufgenommen. Zudem ist der Kontaktträger schwimmend an einem Gehäuse angeordnet, so dass bei einem steckenden Verbinden mit einem Gegensteckverbinderteil Positions- und Winkelabweichungen ausgeglichen werden können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Steckverbinderteil zur Verfügung zu stellen, das auf einfache, kostengünstige Weise einen zuverlässigen Ausgleich von Positions- und/oder Winkelabweichungen gegenüber einer Soll-Position und einem Soll-Winkel beim Ansetzen an ein zugeordnetes Gegensteckverbinderteil ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Demnach weist das Steckverbinderteil eine an dem Steckgehäuse angeordnete Ausgleichseinrichtung auf, die ein Gehäuse, ein mit dem Steckgehäuse verbundenes, an dem Gehäuse angeordnetes Trägerelement und ein das Trägerelement gegenüber dem Gehäuse vorspannendes Federelement aufweist, wobei das Trägerelement unter elastischer Verformung des Federelements relativ zu dem Gehäuse bewegbar ist.
Das Steckverbinderteil weist somit ein Steckgehäuse und eine an dem Steckgehäuse angeordnete Ausgleicheinrichtung auf. Das Steckgehäuse dient zum steckenden Verbinden mit einem zugeordneten Gegensteckverbinderteil und weist hierzu ein oder mehrere Steckabschnitte auf, an denen z.B. elektrische Kontakte zum elektrischen Kontaktieren mit zugeordneten Gegenkontakten auf Seiten des Gegensteckverbinderteils angeordnet sein können. Die Ausgleichseinrichtung dient demgegenüber dazu, Abweichungen in der Position und/oder dem Winkel, unter denen das Steckverbinderteil an das zugeordnete Gegensteckverbinderteil angesetzt wird, gegenüber einer Soll-Position und einem Soll-Winkel auszugleichen. Generell ist das Steckverbinderteil mit seinem Steckgehäuse in eine Einsteckrichtung an das Gegensteckverbinderteil anzusetzen, wobei dies (nur) in einer definierten (Soll-)Position unter einem definierten (Soll-)Winkel, nämlich fluchtend zum Gegensteckverbinderteil, möglich ist. Kommt es beim Ansetzen des Steckverbinderteils an das Gegensteckverbinderteil zu Abweichungen zu dieser Soll-Position und zu diesem Soll-Winkel, so können diese Abweichungen durch die Ausgleichseinrichtung ausgeglichen werden.
Dies erfolgt unter elastischer Verformung des Federelements, über das das an dem Gehäuse angeordnete Trägerelement gegenüber dem Gehäuse vorgespannt ist. Mit dem Gehäuse kann beispielsweise eine geeignete Halteeinrichtung verbunden sein, über die das Steckverbinderteil auf elektromechanische Weise bewegt und dem Gegensteckverbinderteil angenähert werden kann. Mit dem Trägerelement ist demgegenüber das Steckgehäuse des Steckverbinderteils verbunden. Kommt es beim Ansetzen des Steckgehäuses an das Gegensteckverbinderteil zu Abweichungen von der Soll-Position oder dem Soll-Winkel, so kann sich das mit dem Steckgehäuse verbundene Trägerelement relativ zu dem Gehäuse bewegen, so dass solche Abweichungen ausgeglichen werden können und es zu keinem Verkanten des Steckgehäuses mit dem Gegensteckverbinderteil kommt und die Belastungen insbesondere an den elektrischen Kontakten des Steckverbinderteils und des Gegensteckverbinderteils reduziert sind.
Das Trägerelement kann beispielsweise mit einem scheibenförmigen Basisabschnitt innerhalb eines Innenraums des Gehäuses der Ausgleichseinrichtung angeordnet und somit von dem Gehäuse eingefasst sein. Von dem Basisabschnitt kann sich in diesem Fall beispielsweise ein Zapfenelement in Richtung des Steckgehäuses erstrecken, wobei dieses Zapfenelement eine Öffnung des Gehäuses der Ausgleichseinrichtung durchgreift und an einem vom Basisabschnitt des Trägerelements abliegenden Ende mit dem Steckgehäuse verbunden ist. Über den Basisabschnitt ist das Trägerelement somit innerhalb des Gehäuses der Ausgleichseinrichtung gehalten und dabei über das Federelement gegenüber dem Gehäuse vorgespannt. Ändert sich die Lage des Steckgehäuses relativ zu dem Gehäuse der Ausgleichseinrichtung, so bewegt sich der Basisabschnitt der Trägerelements innerhalb des Gehäuses, was mit einer Verformung des Federelements innerhalb des Gehäuses einhergeht.
Damit sich das Trägerelement mit seinem Basisabschnitt innerhalb des Gehäuses bewegen kann, ist die Öffnung des Gehäuses, die von dem Zapfenelement des Trägerelements durchgriffen wird, vorzugsweise größer als die lateralen Abmessungen des Zapfenelements, so dass sich das Zapfenelement quer zur Einsteckrichtung innerhalb der Öffnung bewegen kann.
Das Trägerelement ist vorzugsweise drehfest an dem Federelement festgelegt. Das Trägerelement wird somit in definierter Position an dem Federelement gehalten und über das Federelement in dem Gehäuse positioniert. Aufgrund des das Trägerelement gegenüber dem Gehäuse vorspannenden Federelements wird das Trägerelement in einer im Wesentlichen nicht ausgelenkten Stellung relativ zu dem Gehäuse gehalten, wenn das Steckverbinderteil nicht mit einem zugeordneten Gegensteckverbinderteil in Eingriff steht.
Das Gehäuse kann beispielsweise zweiteilig aus zwei aneinander anzusetzenden Gehäuseteilen gefertigt sein. An einem dieser Gehäuseteile ist beispielsweise ein in Richtung der Einsteckrichtung in den Innenraum des Gehäuses hinein vorspringender Dom ausgebildet, der dazu dient, beim Ansetzen des Steckverbinderteils an ein zugeordnetes Gegensteckverbinderteil auf das Trägerelement einzuwirken, um hinreichende Steckkräfte auf das Trägerelement und darüber auf das Steckgehäuse zum steckenden Verbinden mit dem Gegensteckverbinderteil zu übertragen.
In einer nicht ausgelenkten Stellung ist hierbei der Dom vorteilhafterweise zu dem Trägerelement beabstandet und steht somit nicht mit dem Trägerelement in Anlage. Wird das Steckverbinderteil an ein zugeordnetes Gegensteckverbinderteil angesetzt, so wird das Federelement axial entlang der Einsteckrichtung komprimiert, was dazu führt, dass der Dom in Anlage mit einer Lagerfläche des Trägerelements gelangt und somit axiale Kräfte in das Trägerelement eingeleitet werden können. Eine Haltereinrichtung, die mit dem Gehäuse der Ausgleichseinrichtung verbunden ist und Steckkräfte in das Gehäuse der Ausgleichseinrichtung einleitet, kann somit bei Anlage des Doms an der Lagerfläche des Trägerelements axial auf das Trägerelement drücken und somit das Steckgehäuse, das mit dem Trägerelement verbunden ist, in Eingriff mit dem zugeordneten Gegensteckverbinderteil bringen.
Der Dom weist in einer vorteilhaften Ausgestaltung eine Anlagefläche auf, die kugelkalottenförmig ausgebildet ist und mit der Lagerfläche des Trägerelements in Anlage zu bringen ist. Weist auch die Lagerfläche des Trägerelements eine Kugelkalottenform auf, so bilden der Dom und die Lagerfläche des Trägerelements zusammen ein Gleitlager, das ein Verschwenken des Trägerelements relativ zu dem Gehäuse unter gleitender Führung des am Trägerelement anliegenden Doms ermöglicht.
Hierbei kann vorteilhaft sein, dass die Lagerfläche des Trägerelements und die Anlagefläche des Doms, die beide kugelkalottenförmig ausgebildet sind, unterschiedliche Radien aufweisen. Ist der Radius der kugelkalottenförmigen Anlagefläche des Doms kleiner als der Radius der kugelkalottenförmigen Lagerfläche des Trägerelements, können der Dom und das Trägerelement zueinander verschwenken und zudem auch lateral (quer zur Einsteckrichtung) zueinander versetzt werden, so dass in günstiger Weise Positions- und Winkelabweichungen unter Anlage des Doms des Gehäuses an der Lagerfläche des Trägerelements und somit unter axialer Kraftübertragung vom Gehäuse der Ausgleichsvorrichtung auf das Steckgehäuse ausgeglichen werden können.
Das Federelement kann beispielsweise aus Kunststoff, beispielsweise einem hochelastischen Elastomer, hergestellt sein. Das Federelement kann beispielsweise eine ringförmige Grundform aufweisen und sich um die Einsteckrichtung herum in dem Innenraum des Gehäuses der Ausgleichseinrichtung erstrecken. Über das Federelement kann das Trägerelement insbesondere entgegen der Einsteckrichtung und quer zur Einsteckrichtung gegenüber dem Gehäuse vorgespannt sein, so dass das Trägerelement entgegen der Einsteckrichtung dem in Richtung der Einsteckrichtung von einem Boden des Gehäuses vorspringenden Dom axial angenähert und zudem lateral (quer zur Einsteckrichtung) in dem Gehäuse unter Deformation des Federelements versetzt werden kann.
Das Trägerelement ist vorzugsweise formschlüssig an dem Federelement gehalten. Hierzu kann das Federelement beispielsweise einen Aufnahmeabschnitt aufweisen, der ringförmig ausgebildet ist und an den das Trägerelement beispielsweise mit seinem Basisabschnitt angesetzt werden kann. Von diesem Aufnahmeabschnitt können sich in diesem Fall beispielsweise eine Mehrzahl von Federabschnitten nach Art von Federlippen erstrecken, wobei diese Federabschnitte sich beispielsweise radial zur Einsteckrichtung und axial entlang der Einsteckrichtung von dem Aufnahmeabschnitt erstrecken und darüber eine elastische Verbindung des Trägerelements mit dem Gehäuse der Ausgleichseinrichtung herstellen.
In einer ersten Ausführungsform können die Federabschnitte beispielsweise sich ringförmig um den Aufnahmeabschnitt herum erstrecken.
Denkbar und möglich ist in seiner zweiten Ausführungsform aber auch, dass die Federabschnitte nach Art von Segmenten in Umfangsrichtung um die Einsteckrichtung unterbrochen sind und somit keine geschlossenen Ringe ausbilden.
Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke soll nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:
1A eine perspektivische Ansicht eines Steckverbinderteils;
1B eine andere perspektivische Ansicht des Steckverbinderteils, zusammen mit einem Gegensteckverbinderteil, mit dem das Steckverbinderteil in einer Einsteckrichtung in Eingriff zu bringen ist;
2A eine Ansicht des Steckverbinderteils von hinten;
2B eine Seitenansicht des Steckverbinderteils;
2C eine Ansicht des Steckverbinderteils von vorne;
3A eine perspektivische Explosionsansicht einer Ausgleichseinrichtung des Steckverbinderteils;
3B eine andere perspektivische Ansicht der Ausgleichseinrichtung;
4 eine Schnittansicht durch die Ausgleichseinrichtung gemäß 3A, 3B;
5A, 5B Ansichten eines ersten Ausführungsbeispiels eines Federelements der Ausgleichseinrichtung;
6A, 6B perspektivische Ansichten eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Federelements;
6C eine Seitenansicht des Ausführungsbeispiels des Federelements gemäß 6A, 6B;
6D eine Schnittansicht entlang der Linie I-I gemäß 6A;
7A–7E Schnittansichten entlang der Linie II-II gemäß 2A, in unterschiedlichen Lagen der Ausgleichseinrichtung relativ zu einem Steckgehäuse des Steckverbinderteils; und
8 eine Ansicht des Steckverbinderteils im Zusammenwirken mit einer Halteeinrichtung zum vollautomatischen oder halbautomatischen Ansetzen des Steckverbinderteils an ein zugeordnetes Gegensteckverbinderteil.
1A, 1B zeigen ein Ausführungsbeispiel eines Steckverbinderteils 1, das, wie schematisch in 1B dargestellt, mit einem zugeordneten Gegensteckverbinderteil 4 steckend in eine Einsteckrichtung E in Eingriff gebracht werden kann. Das Steckverbinderteil 1 kann beispielsweise Bestandteil einer Ladeeinrichtung und somit als Ladestecker ausgebildet sein, der mit einem zugeordneten Gegensteckverbinderteil 4 in Form einer Ladebuchse steckend in Eingriff gebracht werden kann, um Ladeströme beispielsweise zwischen einer Ladestation und einem Elektrofahrzeug zum Aufladen von Batterien des Elektrofahrzeugs zu übertragen.
Das Steckverbinderteil 1 umfasst ein Steckgehäuse 2 mit einem Gehäuseabschnitt 20, von dem Steckabschnitte 21, 22 in Einsteckrichtung E vorstehen. Die Steckabschnitt 21, 22 können in eine Einstecköffnung 40 des Gegensteckverbinderteils 4 in die Einsteckrichtung E eingesteckt werden, um auf diese Weise an den Steckabschnitten 21, 22 angeordnete elektrische Kontaktelemente 210, 220 mit zugeordneten Gegenkontaktelementen des Gegensteckverbinderteils 4 elektrisch zu kontaktieren.
Rückwärtig der Steckabschnitte 21, 22 ist das Steckgehäuse 2 mit einer Ausgleichseinrichtung 3 verbunden, die dazu dient, Positionsabweichungen und Winkelabweichungen beim Ansetzen des Steckverbinderteils 1 an das Gegensteckverbinderteil 4 auszugleichen und auf diese Weise ein Verkanten des Steckverbinderteils 1 mit seinen Steckabschnitten 21, 22 in der Einstecköffnung 40 des Gegensteckverbinderteils 4 zu verhindern und Belastungen insbesondere an den Kontaktelementen 210, 220 zu reduzieren.
An der Ausgleichseinrichtung 3 kann beispielsweise, wie dies schematisch in 9 dargestellt ist, eine elektromechanische Halteeinrichtung 5 angreifen, die über ein Verbindungselement 302 mit einem Gehäuse 30, 31 der Ausgleichseinrichtung 3 verbunden ist und dazu dient, das Steckverbinderteil 1 in automatischer, gesteuerter Weise an das Gegensteckverbinderteil 4 anzusetzen und mit diesem in Eingriff zu bringen.
2A bis 2C zeigen eine Rückansicht (2A), eine Seitenansicht (2B) und eine Vorderansicht (2C) des Steckverbinderteils 1. Wie insbesondere aus 2B ersichtlich, ist die Ausgleichseinrichtung 3 über ein Zapfenelement 332 eines Trägerelements (das nachstehend noch im Einzelnen beschrieben werden soll) mit dem Gehäuseabschnitt 20 des Steckgehäuses 2 verbunden, wobei die Lage des Zapfenelements 332 und darüber des Steckgehäuses 2 relativ zu dem Gehäuse 30, 31 der Ausgleichseinrichtung 3 veränderbar ist und auf diese Weise Abweichungen gegenüber einer Soll-Position und einem Soll-Winkel beim Ansetzen des Steckverbinderteils 1 an ein zugeordnetes Gegensteckverbinderteil 4 ausgeglichen werden können.
3A, 3B zeigen perspektivische Explosionsansichten der Ausgleichseinrichtung 3, während 4 eine Schnittansicht entlang der Linie II-II gemäß 2A der Ausgleichseinrichtung 3 darstellt. Die Ausgleichseinrichtung 3 weist ein Gehäuse auf, das durch Gehäuseteile 30, 31 gebildet ist, die in zusammengesetztem Zustand einen Innenraum 310 einfassen. Ein erstes Gehäuseteil 30 trägt hierbei das Verbindungselement 302 zur Verbindung mit einer (externen) Halteeinrichtung 5, wie sie schematisch in 9 dargestellt ist. Ein zweites Gehäuseteil 31 ist dem Steckgehäuse 2 zugewandt und in montiertem Zustand fest mit dem ersten Gehäuseteil 30 verbunden.
In dem Innenraum 310 des Gehäuses 30, 31 ist ein Federelement 32 angeordnet, das mit einem Basisabschnitt 330 eines Trägerelements 33 verbunden ist und das Trägerelement 33 gegenüber dem Gehäuse 30, 31 vorspannt. Das Federelement 32 weist einen ringförmigen Aufnahmeabschnitt 320 auf, in den das Trägerelement 33 mit seinem Basisabschnitt 330 eingesetzt ist, wobei Formschlusselemente 334 in Form von Vorsprüngen an dem Basisabschnitt 330 des Trägerelements 33 in Formschlusselemente 325 in Form von Aussparungen an dem Aufnahmeabschnitt 320 des Federelements 32 eingreifen und auf diese Weise das Trägerelement 33 drehfest an dem Federelement 32 festlegen.
Von dem Basisabschnitt 330 des Trägerelements 33 steht, an einer dem Federelement 32 abgewandten Seite, ein Zapfenelement 332 vor, das eine Öffnung 311 an dem zweiten Gehäuseteil 31 durchgreift und über einen Verbindungsabschnitt 333 fest mit dem Gehäuseabschnitt 20 des Steckgehäuses 2 verbunden ist.
Innenseitig an dem ersten Gehäuseteil 30 ist ein Dom 300 ausgebildet, der in Richtung der Einsteckrichtung von dem Gehäuseteil 30 in Richtung des Trägerelements 33 vorsteht. Der Dom 300 weist an einer dem Trägerelement 33 zugewandten Seite eine Anlagefläche 301 mit einer Kugelkalottenform auf, die einer ebenfalls kugelkalottenförmigen Lagerfläche 331 an einer dem Dom 300 zugewandten Seite des Trägerelements 33 gegenübersteht und dazu ausgebildet ist, mit der Lagerfläche 331 bei Einstecken des Steckverbinderteils 1 in das Gegensteckverbinderteil 4 in Anlage zu gelangen.
Wie aus der Schnittansicht gemäß 4 ersichtlich, ist in einer nicht ausgelenkten Ausgangsstellung das Trägerelement 33 über das Federelement 32 in vorgespannter Weise in dem Innenraum 310 zwischen den Gehäuseteilen 30, 31 gehalten. In dieser Ausgangsstellung ist der Dom 300 mit seiner Anlagefläche 301 axial entlang der Einsteckrichtung E von der Lagerfläche 331 beanstandet, so dass der Dom 300 nicht mit dem Trägerelement 33 in Anlage ist.
Wie ebenfalls aus der Schnittansicht gemäß 4 ersichtlich, weisen die kugelkalottenförmige Anlagefläche 301 des Doms 300 und die kugelkalottenförmige Lagerfläche 331 des Trägerelements 33 unterschiedliche Radien R1, R2 auf. Der Radius R1 der Anlagefläche 301 ist hierbei kleiner als der Radius R2 der Lagerfläche 331. Dies ermöglicht, wie nachfolgend noch beschrieben werden soll, ein Verschwenken des Trägerelements 33 relativ zum Dom 300 innerhalb des Gehäuses 30, 31 und zudem eine laterale Verschiebung quer zur Einsteckrichtung E.
Das Federelement 32 ist federelastisch ausgebildet und beispielsweise aus einem Kunststoff, insbesondere einem Elastomer, gefertigt. Unterschiedliche Ausführungen des Federelements 32 sind hierbei denkbar und möglich.
In einem ersten Ausführungsbeispiel, dargestellt in 5A, 5B, weist das Federelement eine ringförmige Grundform auf, bei der sich von dem ringförmigen Aufnahmeabschnitt 320 segmentierte Federabschnitte 321–324 nach Art von Laschen erstrecken. Die Federabschnitte 321–324 erstrecken sich hierbei radial zur Einsteckrichtung E (Federabschnitte 321, 322) oder axial zur Einsteckrichtung E (Federabschnitte 323, 324). Über die Federabschnitte 321–324 ist das Federelement 32 innerhalb des Gehäuses 30, 31 der Ausgleichseinrichtung 3 gehalten, indem die Federabschnitte 321–324 in Anlage mit den umfänglichen Gehäusewandungen des Gehäuses 30, 31 sind.
Über Aussparungen 326 in zwei der Federabschnitte 321 kann das Federelement 32 zudem formschlüssig innerhalb des Gehäuses 30, 31 festgelegt und somit drehfest um die Einsteckrichtung E in dem Gehäuse 30, 31 gehalten sein.
In einem anderen, in 6A–6D dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Federelement 32 mit ringförmigen Federabschnitten 321–324 ausgestaltet, die den ringförmigen Aufnahmeabschnitt 320 umfänglich umgeben und in Umfangsrichtung um die Einsteckrichtung E geschlossen sind. Wiederum erstrecken sich die Federabschnitte 321–324 im Wesentlichen radial zur Einsteckrichtung E (Federabschnitte 321, 322) oder axial zur Einsteckerichtung E (Federabschnitte 323, 324).
Auch das Federelement 32 gemäß dem Ausführungsbeispiel gemäß 6A–6D kann über Aussparungen 326 in dem Federabschnitt 321 formschlüssig innerhalb des Gehäuses 30, 31 der Ausgleichseinrichtung 3 festgelegt und somit drehfest in dem Gehäuse 30, 31 gehalten sein.
Die Ausgleichseinrichtung 3 dient, wie gesagt, dazu, Abweichungen von einer Soll-Position und einem Soll-Winkel beim Ansetzen des Steckverbinderteils 1 an ein zugeordnetes Gegensteckverbinderteil 4 auszugleichen. Wie dies erfolgt, ist in den Schnittansichten gemäß 7A bis 7E veranschaulicht.
In einer Ausgangsstellung vor Ansetzen des Steckverbinderteils 1 an das zugeordnete Gegensteckverbinderteil 4 befindet sich das Trägerelement 33 mit seinem Zapfenelement 332 in einer in etwa mittigen Lage an der Öffnung 311 des Gehäuseteils 31 der Ausgleichseinrichtung 3. Über das Federelement 32 wird das Trägerelement 33 und darüber das mit dem Trägerelement 33 fest verbundene Steckgehäuse 2 in Position zu dem Gehäuse 30, 31 der Ausgleichseinrichtung 3 gehalten derart, dass Längsachsen L (entsprechend den Rotationssymmetrieachsen) des Trägerelements 33 und des Doms 300 fluchten.
Wird das Steckverbinderteil 1, wie in 7B dargestellt, beispielsweise unter automatischer Führung mittels einer Halteeinrichtung 5, wie diese in 8 dargestellt ist, an ein Gegensteckverbinderteil 4 angesetzt, so wird das Federelement 32 in eine der Einsteckrichtung E entgegengesetzte Richtung A komprimiert, wenn sich das Steckverbinderteil 1 mit den am Steckgehäuse 2 angeordneten Steckabschnitten 21, 22 mit dem Gegensteckverbinderteil 4 findet und sich dabei Gegenkräfte aufbauen, die zur Komprimierung des Federelements 32 hinreichend sind. Bei dieser Komprimierung des Federelements 32 fluchten die Längsachsen L des Trägerelements 33 und des Doms 300 zunächst (noch) miteinander.
Wird das Steckverbinderteil 1 nicht in exakt korrekter Position und unter exakt korrektem Winkel an das Gegensteckverbinderteil 4 angesetzt, so führt das Einstecken des Steckverbinderteils 1 mit seinen Steckabschnitten 21, 22 in das zugeordnete Gegensteckverbinderteil 4 dazu, dass sich die Lage des Steckgehäuses 2 der Lage des (stationären) Gegensteckverbinderteils 4 anpasst. Denn nur wenn das Steckgehäuse 2 mit seinen Steckabschnitten 21, 22 mit dem Gegensteckverbinderteil 4 fluchtet, ist ein Einstecken in das Gegensteckverbinderteil 4 möglich.
Weil die Lage des Steckgehäuses 2 sich somit beim Finden mit dem Gegensteckverbinderteil 4 ändert und dem Gegensteckverbinderteil 4 anpasst, ändert sich die Lage des Steckgehäuses 2 relativ zu dem Gehäuse 30, 31 der Ausgleichseinrichtung 3, die über die Halteeinrichtung 5 in Position gehalten wird. Hierdurch kann sich das Steckgehäuse 2 lateral in eine Richtung B quer zur Einsteckrichtung E relativ zu dem Gehäuse 30, 31 verschieben (7C) oder in Richtungen C, D relativ zu dem Gehäuse 30, 31 der Ausgleichseinrichtung 3 verschwenken (7D, 7E).
Wie aus 7C–7E ersichtlich, fluchten bei diesen Lageänderungen des Trägerelements 33 in dem Gehäuse 30, 31 die Längsachsen L1, L2 des Doms 300 einerseits und des Trägerelements 33 andererseits nicht (mehr) miteinander.
Weil beim Einstecken des Steckgehäuses 2 in das zugeordnete Gegensteckverbinderteil 4 es aufgrund Komprimierung des Federelements 32 zu einer Anlage des Doms 300 mit der Lagerfläche 31 des Trägerelements 33 kommt, können über das Gehäuse 30, 31 der Ausgleichseinrichtung 3, an dem die Lagereinrichtung 5 angreift, hinreichende Steckkräfte zum Einstecken des Steckgehäuses 2 in das Gegensteckverbinderteil 4 übertragen werden. Dies erfolgt über die Anlage der Anlagefläche 301 des Doms 300 mit der Lagerfläche 331 des Trägerelements 33.
Weil die Anlagefläche 301 des Doms 300 einerseits und die Lagerfläche 331 des Trägerelements 33 andererseits jeweils kugelkalottenförmig ausgebildet sind, kann das Trägerelement 33 gegenüber dem Dom 300 verschwenken, wie dies in 7D, 7E dargestellt ist. Weil der Radius R2 der kugelkalottenförmigen Lagerfläche 331 des Trägerelements 33 größer ist als der Radius R1 der kugelkalottenförmigen Anlagefläche 301 des Doms 300, kann dieses Verschwenken bei gleichzeitiger lateraler Lageänderung des Trägerelements 33 relativ zu dem Dom 300 erfolgen.
Die laterale Bewegung des Trägerelements 33 innerhalb des Gehäuses 30, 31 ist begrenzt durch die von dem Zapfenelement 332 des Trägerelements 33 durchgriffene Öffnung 311 in dem Gehäuseteil 31 der Ausgleichseinrichtung 3. Dies ist beispielhaft in 7C und 7D dargestellt. Bei maximaler Auslenkung gelangt das Zapfenelement 332 mit der Umrandung der Öffnung 311 in Anlage, so dass die laterale Verstellbarkeit des Trägerelements 33 in dem Gehäuse 30, 31 begrenzt ist.
Soll das Steckgehäuse 2 entgegen der Einsteckrichtung E wiederum außer Eingriff mit dem Gegensteckverbinderteil 4 gezogen werden, so können Zugkräfte in das Gehäuse 30, 31 eingeleitet werden. Hierdurch gelangt das Trägerelement 33 in Anlage mit dem Gehäuseteil 31 und wird gegen dieses Gehäuseteil 31 gedrückt, so dass darüber die Zugkräfte in das Trägerelement 33 eingeleitet und auf das Steckgehäuse 2 übertragen werden. Das Steckverbinderteil 1 kann somit zuverlässig aus dem Gegensteckverbinderteil 4 entnommen werden.
Grundsätzlich kann auch eine Rotation des Steckgehäuses 2 um die Einsteckrichtung E ausgeglichen werden. Dies erfolgt unter rotatorischer Deformation des Federelements 32, das einerseits drehfest in dem Gehäuse 30, 31 gehalten und andererseits drehfest mit dem Trägerelement 33 verbunden ist und bei rotatorischer Belastung des Steckgehäuses 2 somit auf Torsion belastet wird.
Die Lageänderung des Trägerelements 33 relativ zu dem Gehäuse 30, 31 erfolgt stets unter Deformation des Federelements 32. Wirkt keine Last (mehr) zwischen dem Steckgehäuse 2 und der Ausgleichseinrichtung 3, so entspannt sich das Federelement 32 und stellt das Trägerelement 33 in seine Ausgangsstellung (7A) innerhalb des Gehäuses 30, 31 zurück.
8 zeigt schematisch eine Halteeinrichtung 5, die über das Verbindungselement 302 mit dem Gehäuse 30, 31 der Ausgleichseinrichtung 3 verbunden ist und dazu dient, das Steckverbinderteil 1 halbautomatisch oder vollautomatisch an ein zugeordnetes Gegensteckverbinderteil 4 anzusetzen. Die Halteeinrichtung 5 kann beispielsweise über eine geeignete Steuereinrichtung 50 gesteuert werden, wobei die Position des Gegensteckverbinderteils 4 beispielsweise sensorisch, beispielsweise unter Verwendung von optischen Sensoren, erfasst werden kann, um das Steckverbinderteil 1 automatisch dem Gegensteckverbinderteil 4 anzunähern und mit dem Gegensteckverbinderteil 4 in Eingriff zu bringen.
Bei den vorangehend geschilderten Ausführungsbeispielen können ein oder mehrere elektrische Leitungen beispielsweise aus dem Gehäuse 2 herausgeführt werden, indem sie seitlich oder nach oben oder unten hin aus dem Gehäuse 2 austreten und von dem Gehäuse 2 weg, gegebenenfalls um die Ausgleichseinrichtung 3 herum verlegt werden. Mehrere Leitungen können auch zu unterschiedlichen Seiten aus dem Gehäuse 2 austreten.
Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke ist nicht auf die vorangehend geschilderten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern lässt sich grundsätzlich auch in gänzlich anders gearteter Weise verwirklichen.
So ist die Erfindung insbesondere nicht auf die Verwendung bei Ladesteckern an Ladestationen oder anderen Ladeeinrichtungen beschränkt, sondern lässt sich ganz allgemein bei Steckverbindern verwenden.
Mit der beschriebenen Ausgleichseinrichtung wird ein Lageausgleich beim Ansetzen eines Steckverbinderteils an ein zugeordnetes Gegensteckverbinderteil unter Verwendung nur weniger Bauteile möglich. Die Ausgleichseinrichtung kann einfach und kostengünstig aufgebaut und hergestellt werden, ermöglicht ein sicheres und zuverlässiges Ansetzen eines Steckverbinderteils an ein Gegensteckverbinderteil und kann in vorteilhafter Weise einen Ausgleich von Lageabweichungen eines Steckverbinderteils beim Ansetzen an ein Gegensteckverbinderteil schaffen.
Bezugszeichenliste

1: Steckverbinderteil
2: Steckgehäuse
20: Gehäuseabschnitt
21, 22: Steckabschnitt
210, 220: Kontaktelemente
3: Ausgleichseinrichtung
30: Gehäuseteil
300: Dom
301: Anlagefläche
302: Verbindungselement
31: Gehäuseteil
310: Innenraum
311: Öffnung
32: Elastisches Element
320: Aufnahmeabschnitt
321–324: Federabschnitt
325: Formschlusselement
326: Aussparung
33: Trägerelement
330: Basisabschnitt
331: Lagerfläche
332: Zapfenelement
333: Verbindungsabschnitt
334: Formschlusselement
4: Gegensteckverbinderteil
40: Einstecköffnung
5: Halteeinrichtung
50: Steuereinrichtung
A–D: Richtung
E: Einsteckrichtung
L, L1, L2: Längsachse
R1, R2: Radius

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010035868 B3 [0008]

Claims

Steckverbinderteil (1), mit – einem Steckgehäuse (20), das zumindest einen Steckabschnitt (20, 21) aufweist, der in eine Einsteckrichtung (E) steckend mit einem Gegensteckverbinderteil (4) zum elektrischen Kontaktieren des Steckverbinderteils (1) mit dem Gegensteckverbinderteil (4) verbindbar ist, gekennzeichnet durch eine an dem Steckgehäuse (2) angeordnete Ausgleichseinrichtung (3), die ein Gehäuse (30, 31), ein mit dem Steckgehäuse (20) verbundenes, an dem Gehäuse (30, 31) angeordnetes Trägerelement (33) und ein das Trägerelement (33) gegenüber dem Gehäuse (30, 31) vorspannendes Federelement (32) aufweist, wobei das Trägerelement (33) unter elastischer Verformung des Federelements (32) relativ zu dem Gehäuse (30, 31) bewegbar ist.
Steckverbinderteil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (33) mit einem Basisabschnitt (330) in einem Innenraum (310) des Gehäuses (30, 31) eingefasst ist.
Steckverbinderteil (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (33) ein an dem Basisabschnitt (330) angeordnetes Zapfenelement (332) aufweist und mit dem Zapfenelement (332) eine Öffnung (311) des Gehäuses (30, 31) durchgreift.
Steckverbinderteil (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Zapfenelement (332) quer zur Einsteckrichtung (E) in der Öffnung (311) bewegbar ist.
Steckverbinderteil (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (33) drehfest an dem Federelement (33) festgelegt ist.
Steckverbinderteil (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (30, 31) an einem Gehäuseteil (30) einen in Richtung der Einsteckrichtung (E) vorspringenden Dom (300) aufweist, der unter elastischer Verformung des Federelements (32) mit einer Lagerfläche (331) des Trägerelements (33) zur Kraftübertragung von dem Gehäuse (30, 31) auf das Trägerelement (33) in Einsteckrichtung (E) in Anlage bringbar ist.
Steckverbinderteil (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Dom (300) eine kugelkalottenförmige Anlagefläche (301) aufweist.
Steckverbinderteil (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerfläche (331) des Trägerelements (33) kugelkalottenförmig ist.
Steckverbinderteil (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die kugelkalottenförmige Anlagefläche (301) des Doms (300) einen kleineren Radius (R1) aufweist als die kugelkalottenförmige Lagerfläche (331) des Trägerelements (33).
Steckverbinderteil (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (32) aus einem Elastomer gefertigt ist.
Steckverbinderteil (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (32) das Trägerelement (33) entgegen der Einsteckrichtung (E) und quer zur Einsteckrichtung (E) gegenüber dem Gehäuse (30, 31) vorspannt.
Steckverbinderteil (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (33) einen Aufnahmeabschnitt (320) zum formschlüssigen Aufnehmen des Trägerelements (33) aufweist.
Steckverbinderteil (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (32) eine Mehrzahl von axial entlang der Einsteckrichtung (E) und/oder radial zur Einsteckrichtung (E) von dem Aufnahmeabschnitt (320) vorstehenden Federabschnitten (321–324) aufweist.
Steckverbinderteil (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Federabschnitte (321–324) sich ringförmig um die Einsteckrichtung (E) erstrecken.
Steckverbinderteil (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Federabschnitte (321–324) in Umfangsrichtung um die Einsteckrichtung (E) unterbrochen sind.
Steckverbinderteil (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (30, 31) der Ausgleichseinrichtung (3) mit einer Halteeinrichtung (5) zur automatischen Positionierung des Steckverbinderteils (1) verbindbar ist.