DE102021105218A1

DE102021105218A1 - Schaltmodul ausgebildet mit einer abgedichteten Schnittstelle

Info

Publication number: DE102021105218A1
Application number: DE102021105218.1A
Authority: DE
Inventors: Michael Heck; Dragos Diaconu
Original assignee: Marquardt GmbH
Current assignee: Marquardt GmbH
Priority date: 2021-03-04
Filing date: 2021-03-04
Publication date: 2022-09-08
Also published as: WO2022184412A1; EP4205243A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Dichtelement (30) ausgebildet zum Abdichten eines Schnittstellenbereichs (1) eines Schaltmoduls (10) zur steckbaren Kontaktierung von Buchsenkontakten (11) des Schaltmoduls (10) mit korrespondierenden männlichen Steckkontakten (21), die aus einem Steckergehäuse (20) hervorstehen, wobei das Dichtelement (30) am Schnittstellenbereich (1) so anbringbar ist, dass der Schnittstellenbereich (1) des Schaltmoduls im gesteckten Zustand gegenüber dem Steckergehäuse (20) abgedichtet wird, wobei das Dichtelement (30) ferner so ausgebildet ist, dass dieses die Buchsenkontakte (11) im montierten Zustand des Dichtelements (30) nach außen hin dichtend abdeckt, so dass die Buchsenkontakte (11) zu mindestens bis zum erstmaligen Zusammenstecken der Steckkontakte (21) mit den Buchsenkontakten (11) auch im nicht gesteckten Zustand abgedichtet werden.

Description

Diese Erfindung betrifft ein Schaltmodul ausgebildet mit einer abgedichteten Schnittstelle, insbesondere einer als Steckverbindung ausgebildete abgedichtete Schnittstelle.
Im Stand der Technik gibt es eine Vielzahl von Lösungen, um elektrische Einrichtungen, wie Aktuatoren, elektrische Schalter, elektrische Betätiger oder dergleichen mit einer kundenseitigen Applikation dichtend zu kontaktieren, wobei es eine besondere Herausforderung darstellt, wenn dabei eine Steckverbindung verwendet werden soll. Die gewünschte Dichtheit gegen Flüssigkeiten, Staub und Eindringen von Elementen von außen wird in nationalen und internationalen Normen standardisiert.
Die sogenannte Schutzart ist standardisiert z. B. in der EN 60529 (VDE 0470-1): 2014-09 Schutzarten durch Gehäuse (IP-Code) bzw. IEC 60529:1989 + A1 :1999 + A2:2013 und der deutschen Fassung EN 60529:1991 + A1:2000 + A2:2013, früher VDE 0470-1. Die gemäß der internationalen Norm definierte Schutzart gibt die Eignung von elektrischen Betriebsmitteln für verschiedene Umgebungsbedingungen an. Die Schutzart ist von der elektrischen Schutzklasse zu unterscheiden. Während die Schutzart den Schutz aktiver Teile gegen Berührung, Eindringen von Fremdkörpern und Wasser sowie die Stoßfestigkeit definieren (sog. Gehäuseschutz), beschreibt die Schutzklasse Maßnahmen gegen gefährliche Spannungen an berührbaren, betriebsmäßig nicht unter Spannung stehenden leitfähigen Teilen von Betriebsmitteln.
So definiert die Schutzart IP 67 einen hohen Schutz gegen das Eindringen von Fremdkörpern und Wasser. Bei Steckverbindungen ist es allerdings schwierig eine gute Dichtung genau an der Schnittstelle zu erzielen, die gleichzeitig kostengünstig realisierbar ist und dauerhaft die Anordnung abdichtet. Häufig werden daher die Steckverbindergehäuse zueinander abgedichtet, so dass das Buchsengehäuse gegen das Stiftgehäuse dichtend anliegt.
Problematisch ist dabei aber immer der ungesteckte Zustand. Teilweise werden die Steckpartner auch von unterschiedlichen Anbietern oder Herstellern geliefert, so dass insbesondere die aus der Steckebene hervorstehenden Stiftkontakte (männliche Steckseite) beschädigt werden können. Ferner besteht auch das Problem, dass die Kontakte gegenüber dem Kontaktkörper abdichten sollen, so dass keine Flüssigkeit entlang der Kontakte in den Kontaktträger eindringen kann.
Die EP 3 352 309 A1 betrifft zum Beispiel einen Steckverbinder zur Verbindung mit einer komplementären Steckdose umfassend eine Verbindungseinrichtung, welche ausgebildet ist, mit der komplementären Steckdose zumindest teilweise in Eingriff zu gelangen und damit verbunden zu werden sowie ein umlaufendes Dichtelement, wobei das umlaufende Dichtelement an der Verbindungseinrichtung angeordnet ist und ein umlaufendes Presselement, das ausgelegt ist, das umlaufende Dichtelement an dem Verbindergehäuse zu fixieren, wobei das umlaufende Dichtelement wiederum ausgelegt ist, in dem Betriebszustand eine Dichtung gegenüber dem Verbindergehäuse und/oder eine Dichtung gegenüber der komplementären Steckdose herzustellen. Solche Lösungen sind aber ungeeignet die Steckebene geeignet abzudichten und wirken erst im zusammen gesteckten Zustand.
Die DE 102011051644 A1 zeigt eine stirnseitige Dichtungsgeometrie, wobei der Grundgedanke dieser Lösung darin liegt, eine im Inneren (also mit Abstand zum Seitenrand des Schnittstellensteckers zu einer Steckrichtung S) des Schnittstellensteckers liegende Verrastung mit einer an der Auflagefläche vorgesehenen Verrastung zu kombinieren und einer, insbesondere den Funktionsraum nahezu ausfüllenden, Dichtung mit einer, insbesondere parallel zur Auflagefläche verlaufenden, Dichtfläche. Somit lässt sich trotz der Kompakten Bauform des Schnittstellensteckers eine nicht nur mechanisch stabile Verrastung, sondern eine dichte Verbindung schaffen. Aus den Druckschriften DE 29913257 U1 , GB 2272800A , US 5597324A und US 20070270001A1 sind weitere Lösungen bekannt, die sich mit der Abdichtung des Interfacebereichs einer Steckverbindungsebene befassen.
Diese zuvor genannten Lösungen sind aber ungeeignet die Steckebene geeignet abzudichten und wirken nicht im ungesteckten Zustand. Wünschenswert ist es, dass sowohl die Kontakte als auch die Kontaktträger nach außen hin dicht sind, solange bis die elektrische Verbindung hergestellt ist. Danach besteht das Bedürfnis, dass auch im gesteckten Zustand eine Dichtigkeit erforderlich ist.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die technische Problemstellung zugrunde, eine Schnittstelle insbesondere die Schnittstelle eines Schalters bzw. Schaltmoduls so auszugestalten, dass voranstehend beschriebenen Nachteile überwunden werden, und insbesondere eine kostengünstig herstellbare gedichtete Kontaktanordnung für eine solche Applikation anzugeben.
Die voranstehend beschriebene, technische Problemstellung wird gelöst durch einen Gegenstand wie mit den unabhängigen Ansprüchen definiert.
Erfindungsgemäß wird hierzu ein Dichtelement vorgeschlagen, das ausgebildet ist, zum Abdichten eines Schnittstellenbereichs eines Schaltmoduls (elektrisches Schaltelement) und zwar zur steckbaren Kontaktierung von den Buchsenkontakten des Schaltmoduls mit korrespondierenden männlichen Steckkontakten, die aus einem Steckergehäuse (z. B. eines Geräts oder einer Applikation) hervorstehen, wobei das Dichtelement am Schnittstellenbereich so anbringbar ist oder angebracht ist, dass der Schnittstellenbereich des Schaltmoduls im gesteckten Zustand gegenüber dem Steckergehäuse abgedichtet wird. Erfindungsgemäß ist das Dichtelement ferner so ausgebildet, dass dieses die Buchsenkontakte im montierten Zustand des Dichtelements nach außen hin dichtend abdeckt bzw. abdichtend überdeckt, so dass die Buchsenkontakte zu mindestens bis zum erstmaligen Zusammenstecken der Steckkontakte mit den Buchsenkontakten auch im nicht gesteckten Zustand durch das Dichtelement abgedichtet werden.
Anders ausgedrückt, dichtet das erfindungsgemäße Dichtelement sowohl die Schnittstelle gegenüber einem Gegenstecker ab, als auch die Schnittstelle im nicht gesteckten Zustand nach außen hin.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Dichtelement eine Dichtmembran innerhalb des Dichtelements bzw. entlang einer Dichtebene aufweist, die eine „Sollbruchstelle“ definiert, die beim erstmaligen Zusammenstecken der Steckkontakte mit den Buchsenkontakten von den Steckkontakten bestimmungsgemäß durchtrennt oder durchstochen wird. Der Begriff „Sollbruchstelle“ bedeutet in diesem Zusammenhang eine Beschaffenheit, die so gewählt ist, dass die Dichtmembran bestimmungsgemäß zunächst die Schnittstelle abdichten soll, aber genauso bestimmungsgemäß beim Zusammenstecken mit dem Gegenstecker an den betroffenen Positionen zwangsweise durchdrungen wird und durchbrochen, so dass die Steckkontakte die Dichtebene durchdringen können und in die Buchsenkontakte diese elektrisch kontaktierend eingreifen können.
Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn die Dichtmembran eine sich in Steckrichtung S (auch als Axialrichtung S bezeichnet) betrachtet, dünne Membran ist, die fensterartig von einem Dichtkörper des Dichtelements umschlossen ist bzw. in diesem aufgenommen oder ausgebildet ist. Besonders vorteilhaft ist dabei eine einstückige und einteilige Ausführung aus einem Spritzgussmaterial oder aus einem Kunststoffmaterial, bei dem die Membran aus dem gleichen Material besteht, wie der Dichtkörper, jedoch ausreichend dünn, so dass dieser Bereich beim Zusammenstecken als Sollbruchstelle wirkt.
In einer ebenfalls vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass am Dichtkörper für jeden Buchsenkontakt in Steckrichtung S gerichtet, aus dem Dichtkörper hervorstehende Dichtkörperbuchsen mit einer zylinderförmigen Wandung ausgebildet sind, an deren Außenseite jeweils eine ring- oder wulstartige Dichtkontur vorgesehen ist, zur radialen Abdichtung gegenüber einer jeweils gehäuseseitigen Anlagefläche des Schaltmoduls.
Weiter vorteilhaft ist eine Ausgestaltung bei der die Dichtmembran die Dichtkörperbuchsen verschließt und zumindest in diesem Bereich vorgesehen oder angeordnet ist.
Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn das Dichtelement wenigstens eine axial abdichtende Dichtkontur zur axialen Abdichtung an einer Dichtfläche des Steckverbindergehäuses (d. h. des Gegensteckkörpers) aufweist und vorzugsweise eine oder mehrere radiale Dichtkonturen zur radialen Abdichtung an einer jeweiligen radial abdichtenden Dichtfläche des Schaltmoduls bzw. des Gehäuses des Schaltmoduls aufweist.
In einer ebenfalls vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Dichtelement auch eine axial abdichtende Dichtkontur zur axialen Abdichtung an einer axialen Dichtfläche des Gehäuses des Schaltmoduls aufweist. Diese kann z. B. als umlaufende Dichtlippe ausgebildet sein, die um die Gehäusevorsprünge der Buchsenkontakte herum das Gehäuse nach außen hin abdichtet.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft neben dem Dichtelement als solchem auch ein Schaltmodul aufweisend ein Gehäuse in dem Buchsenkontakte zum Einführen von korrespondierenden Steckkontakten (eines Gegensteckkörpers) vorgesehen sind, wobei die Buchsenkontakte in einem Schnittstellenbereich des Gehäuses angeordnet sind, wobei ein wie zuvor beschriebenes Dichtelement im Schnittstellenbereich des Gehäuses angebracht ist und insbesondere die Buchsenkontakte dabei von dem Dichtelement abgedeckt sind und insbesondere von der axialen Dichtung umgeben sind.
Weiter vorteilhaft ist eine Ausgestaltung bei der das Gehäuse des Schaltmoduls zumindest eine radiale Dichtfläche zur radialen Abdichtung mit jeweils einer radial abdichtenden Dichtkontur des Dichtelements aufweist.
Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn das Gehäuse im Schnittstellenbereich einen oder jeweils einen um die Buchsenkontakte herum angeordneten und sich in Steckrichtung S erstreckenden Gehäusevorsprung aufweist oder aufweisen, um den oder die herum sich eine axialen Dichtfläche befindet, gegen die das Dichtelement mit einer axial abdichtenden, in Axialrichtung S hervorstehenden Dichtkontur anliegt.
In vorteilhafter Weise bilden der oder die Gehäusevorsprünge dabei gleichzeitig jeweils eine radial nach innen gerichtete Dichtfläche aus, gegen die jeweils eine sich in Radialrichtung erstreckende Dichtkontur des Dichtelements anliegt, wobei in ebenfalls bevorzugter Weise die Gehäusevorsprünge um die Buchsenkontakte herum ausgebildet sind.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt.
Es zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Dichtelements;
2 eine weitere perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßes Dichtelements aus 1;
3 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßes Schaltmoduls mit einem Dichtelement;
4 weitere Ansichten des Dichtelements gemäß der Ausführung aus 1;
5 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßes Schaltmoduls vor dem Zusammenstecken mit einem Gegenstecker einer Geräteteils und
6 eine Schnittansicht durch einen Teil der Ausführung gemäß der Abbildung aus 5.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer beispielhaften Ausführungsform mit Bezug auf die 1 bis 6 näher beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleiche funktionale und/oder strukturelle Merkmale hinweisen.
Die 1 und 2 zeigen je eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßes Dichtelements 30. Das Dichtelement 30 ist ausgebildet zum Abdichten eines Schnittstellenbereichs 1 eines Schaltmoduls 10, wie in der 3 gezeigt und zwar zur steckbaren Kontaktierung von Buchsenkontakten 11 des Schaltmoduls 10 mit korrespondierenden männlichen Steckkontakten 21, die aus einem Steckergehäuse 20 hervorstehen (wie beispielhaft in der 5 und 6 gezeigt).
Das Dichtelement 30 aus 1 wurde dabei am Schnittstellenbereich 1 des Schaltmoduls 10 aus der 3 so angebracht, dass der besagte Schnittstellenbereich 1 im gesteckten Zustand, wie in der 6 gezeigt, gegenüber dem Steckergehäuse 20 abgedichtet wird.
Das Dichtelement 30 wurde hierzu so ausgebildet, dass dieses die Buchsenkontakte 11 im montierten Zustand des Dichtelements 30, wie in der 3 erkennbar, nach außen hin dichtend abdeckt, so dass die Buchsenkontakte 11 zu mindestens bis zum erstmaligen Zusammenstecken der Steckkontakte 21 mit den Buchsenkontakten 11 auch im gezeigten nicht gesteckten Zustand durch das Dichtelement 30 abgedichtet werden.
Das Dichtelement 30 besitzt hierzu eine Dichtmembran 31 innerhalb des Dichtelements 30, die eine Sollbruchstelle definiert. Die Dichtmembran 31 ist eine in Steckrichtung S betrachtet, dünne Membran, die fensterartig von einem Dichtkörper 32 des Dichtelements 30 umschlossen ist, was in der 4 gut zu erkennen ist.
Wie in der 6 gezeigt, treten nach dem erstmaligen Zusammenstecken der Steckkontakte 21 mit den Buchsenkontakten 11 die Steckkontakten 21 bestimmungsgemäß durch die Dichtmembran 31 hindurch. Am Dichtkörper 32 sind für die beiden Buchsenkontakt 11 in Steckrichtung S aus dem Dichtkörper 32 hervorstehende Dichtkörperbuchsen 33 angebracht. Diese besitzen eine zylinderförmigen Wandung 34. An der Außenseite der Wandung 34 ist jeweils eine ring- oder wulstartige Dichtkontur 35 vorgesehen. Diese dient zur radialen Abdichtung gegenüber der gehäuseseitigen Anlagefläche 14 des Schaltmoduls 10, wie in der 6 zu erkennen. Das Dichtelement 30 besitz ferner eine axial abdichtende Dichtkontur 36 zur axialen Abdichtung an einer stirnseitigen Dichtfläche 22 des Steckverbindergehäuses 20.
Das Dichtelement 30 besitzt ferner eine zweite axial abdichtende Dichtkontur, nämlich die Dichtkontur 37 zur axialen Abdichtung an einer axialen Dichtfläche 15 des Gehäuses des Schaltmoduls 10, wie ebenfalls in der 6 ersichtlich. Diese steht wie ein umlaufender Kragen aus der Fläche hervor, ähnlich wie bei der Dichtkontur 36, die sich in die entgegengesetzte Richtung erstreckt. Das Gehäuse 12 besitzt im Schnittstellenbereich 1 jeweils einen um die Buchsenkontakte 11 herum angeordneten und sich in Steckrichtung S erstreckenden Gehäusevorsprung 16, um den oder die herum sich eine axialen Dichtfläche 15 befindet, gegen die das Dichtelement 30 mit der axial abdichtenden, in Axialrichtung S hervorstehenden Dichtkontur 37 anliegt.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 3352309 A1 [0006]
DE 102011051644 A1 [0007]
DE 29913257 U1 [0007]
GB 2272800 A [0007]
US 5597324 A [0007]
US 20070270001 A1 [0007]

Claims

Dichtelement (30) ausgebildet zum Abdichten eines Schnittstellenbereichs (1) eines Schaltmoduls (10) zur steckbaren Kontaktierung von Buchsenkontakten (11) des Schaltmoduls (10) mit korrespondierenden männlichen Steckkontakten (21), die aus einem Steckergehäuse (20) hervorstehen, wobei das Dichtelement (30) am Schnittstellenbereich (1) so anbringbar ist, dass der Schnittstellenbereich (1) des Schaltmoduls im gesteckten Zustand gegenüber dem Steckergehäuse (20) abgedichtet wird, wobei das Dichtelement (30) ferner so ausgebildet ist, dass dieses die Buchsenkontakte (11) im montierten Zustand des Dichtelements (30) nach außen hin dichtend abdeckt, so dass die Buchsenkontakte (11) zu mindestens bis zum erstmaligen Zusammenstecken der Steckkontakte (21) mit den Buchsenkontakten (11) auch im nicht gesteckten Zustand durch das Dichtelement (30) abgedichtet werden.
Dichtelement (30) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das das Dichtelement (30) eine Dichtmembran (31) innerhalb des Dichtelements (30) aufweist, die eine Sollbruchstelle definiert, die beim erstmaligen Zusammenstecken der Steckkontakte (21) mit den Buchsenkontakten (11) von den Steckkontakten (21) bestimmungsgemäß durchtrennt oder durchstochen wird.
Dichtelement (30) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtmembran (31) eine in Steckrichtung S betrachtet, dünne Membran ist, die fensterrahmenartig von einem Dichtkörper (32) des Dichtelements (30) umschlossen ist.
Dichtelement (30) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass am Dichtkörper (32) für jeden Buchsenkontakt in Steckrichtung S aus dem Dichtkörper (32) hervorstehende Dichtkörperbuchsen (33) mit einer zylinderförmigen Wandung (34) aufweist, an der Außenseite jeweils eine ring- oder wulstartige Dichtkontur (35) vorgesehen ist, zur radialen Abdichtung gegenüber einer gehäuseseitigen Anlagefläche (12) des Schaltmoduls (10).
Dichtelement (30) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtmembran (31) die Dichtkörperbuchsen (33) verschließt und zumindest in diesem Bereich vorgesehen oder angeordnet ist.
Dichtelement (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (30) wenigstens eine axial abdichtende Dichtkontur (36) zur axialen Abdichtung an einer Dichtfläche (22) des Steckverbindergehäuses (20) aufweist und vorzugsweise eine oder mehrere radiale Dichtkonturen (35) zur radialen Abdichtung an einer jeweiligen radial abdichtenden Dichtfläche (14) des Schaltmoduls (10) bzw. des Gehäuses (12) des Schaltmoduls (10) aufweist.
Dichtelement (30) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (30) eine axial abdichtende Dichtkontur (37) zur axialen Abdichtung an einer axialen Dichtfläche (15) des Gehäuses des Schaltmoduls (10) aufweist.
Schaltmodul (10) aufweisend ein Gehäuse (12) in dem Buchsenkontakte (11) zum Einführen von korrespondierenden Steckkontakten (21) vorgesehen sind, wobei die Buchsenkontakte (11) in einem Schnittstellenbereich (1) des Gehäuses (12) angeordnet sind, wobei ein Dichtelement (30) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 im Schnittstellenbereich (1) des Gehäuses (12) angebracht ist und die Buchsenkontakte (11) dabei von dem Dichtelement (30) abgedeckt sind.
Schaltmodul (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (12) zumindest eine radiale Dichtfläche (14) zur radialen Abdichtung mit jeweils einer radial abdichtenden Dichtkontur (35) des Dichtelements (30) aufweist.
Schaltmodul (10) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (12) im Schnittstellenbereich (1) einen oder jeweils einen um die Buchsenkontakte (11) herum angeordneten und sich in Steckrichtung S erstreckenden Gehäusevorsprung (16) aufweist oder aufweisen, um den oder die herum sich eine axialen Dichtfläche (15) befindet, gegen die das Dichtelement (30) mit einer axial abdichtenden, in Axialrichtung S hervorstehenden Dichtkontur (37) anliegt.
Schaltmodul (10) nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Gehäusevorsprünge (16) eine radial nach innen gerichtete Dichtfläche (14) ausbilden, gegen die sich jeweils eine in Radialrichtung erstreckende Dichtkontur (35) des Dichtelements (30) anliegen und die Gehäusevorsprünge (16) insbesondere um die Buchsenkontakte (11) herum befinden.
Schaltmodul (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltmodul (10) mit korrespondierenden männlichen Steckkontakten (21), die aus einem Steckergehäuse (20) hervorstehen, in elektrischen Kontakt gebracht sind und dadurch die Dichtmembran (30) von den Steckkontakten (21) durchstoßen wurde.