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Elektrische Steckkupplung
Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Steckkupplung, bestehend aus einem Steck- und einem Aufnahmeteil, von denen jeder einen aus Isoliermaterial bestehenden, und die Steck- bzw.
Aufnahmekontakte mittels Durchbohrungen aufnehmenden, im wesentlichen zylindrischen Einsatz aufweist, wobei die Kontakte in den Bohrungen durch eine von aussen betätigbare Verklinkung gehalten sind. Hauptzweck der Erfindung ist die Schaffung einer verbesserten Steckkupplung, die zur Verwendung in Atomraketen brauchbar ist und alle Vorteile bekannter Typen hinsichtlich Widerstandsfähigkeit gegen ungünstige Umgebungsbedingungen, robuster Konstruktion, Handlichkeit und Einfachheit der Bedienung besitzt, darüberhinaus aber noch erhöhte Zuverlässigkeit.
Ein besonderes Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Steckkupplung, bei der die einzelnen Kontakte an den Leitern vor ihrem Einbau in den Steck- bzw. in den Aufnahmeteil befestigt werden können. Die Kontakte sollen hierauf rasch, leicht und einfach in die richtige Lage in den Steck- bzw. in den Aufnahmeteil gebracht werden können und für Kontrolle oder Austausch leicht wieder herausnehmbar sein. Dabei soll die mechanische Anordnung der Teile so gewählt sein, dass jede Fehlfunktion infolge unrichtigen Zusammensteckens der Kontakte fast vollständig ausgeschlossen ist, und die Konstruktion falsche Ergebnisse bei überprüfung der Steckkupplung ausschliessen.
Es kann festgestellt werden, dass bei manchen früher bekannten Typen von Steckkupplungen, insbesondere bei unsachgemässem Gebrauch, eine nicht entsprechende Verbindung zwischen Steck- und Aufnahmeteil möglich ist, dabei jedoch unter solchen Bedingungen, dass die Funktion durch Leitungsüberprüfungen nicht immer unmittelbar feststellbar ist, so dass ein latenter Fehler besteht, der sich im tatsächlichen Betrieb katastrophal auswirken kann.
Die Bewältigung der angeführten Probleme erfordert offensichtlich die Entwicklung einer Steckkupplung mit einer grossen Anzahl von Merkmalen, die einzeln als erforderlich erkannt werden, doch verlangt sie weiters die Einbeziehung elektrischer, mechanischer sowie die Umgebung betreffender Faktoren, deren gleichzeitige Berücksichtigung bisher für unmöglich gehalten wurde oder die zumindest so entgegengesetzte Forderungen darstellen, dass eine brauchbare Vereinigung ausgeschlossen schien.
Als Lösung für dieses allgemein entworfene Problem ist erfindungsgemäss eine Steckkupplung der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, dass jeder der beiden Einsätze des Steck- bzw.
Aufnahmeteiles eine Scheibe aus starrem Isoliermaterial aufweist, in der die mit Hinterdrehungen an den Kontaktstiften bzw. -muffen lösbaren Kontakthalteklemme der Verklinkung verankert sind, vor und hinter jeder Scheibe ein aus elastischem Isoliermaterial bestehender Einsatzteil anschliesst, und vor dem elastischen Einsatzteil des Aufnahmeteiles noch zusätzlich ein weiterer Einsatzteil aus starrem Isoliermaterial mit Begrenzungsöffnungen fester Abmessungen vorgesehen ist, so dass bei geschlossener Steckkupplung die vorderen Stirnflächen des elastischen Einsatzteiles, des Steckteiles und des starren Einsatzteiles des Aufnahmeteiles aufeinanderliegen.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, die besonders für den Steuerkreis einer Atomrakete entwickelt wurde, ist in den Zeichnungen dargestellt, in denen Fig. l eine Vergrösserung eines Viertelschnittes durch eine Steckkupplung mit Kontaktstiften und-hülsen darstellt ; Fig. 2 die
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Stirnansicht eines Teiles des Aufnahmeteiles der in Fig. 1 gezeigten Steckkupplung ; Fig. 3 die perspektivische Ansicht eines Teiles eines in dem dargestellten Aufnahmeteil verwendeten Sperr-Auslöseelementes ; Fig. 4 die perspektivische Ansicht eines zum Herausnehmen der Kontakthülsen aus dem Aufnahmeteil geeigneten Werkzeuges ;
Fig. 5 eine stärkere Vergrösserung einer Kontaktverriegelungsklammer im Axialschnitt, wie sie sowohl im Steck- als auch im Aufnahmeteil verwendet ist, wobei ihre relative Arbeitslage zu einem Verriegelungs-Auslöserohr des Steckteiles gezeigt ist ; Fig. 6 das gleiche vergrösserte Detail der Kontaktverriegelungsklammer im Schnitt im wesentlichen in der Ebene der Linie 6-6 der Fig. 5 ; Fig. 7 einen teilweisen Schnitt durch eine Kontaktausnehmung des Steckteiles, der die Funktionsweise der Kontaktverriegelungs- und Auslöseeinrichtung zeigt, und Fig. 8 eine teilweise geschnittene Ansicht ähnlich der Fig. 7, die jedoch die Art des Herausnehmens der Kontakthülsen aus dem Aufnahmeteil zeigt.
Der Steckteil --10-- und der Aufnahmeteil --11-- besitzen gemäss Fig. 1 äussere rohrförmige Metallhülsen--12 und 13--, deren vordere Enden teleskopartig ineinanderpassen. Zur Dichtung für die inneren Teile der Steckverbindung ist ein O-Ring-14-vorgesehen, der in einer Rinne --15-- der Hülse-12-liegt. Das vordere Ende der Hülse --12-- ist mit einem Gewinde - zur Aufnahme eines Kupplungsringes --17-- versehen, der in einer Innennut-19- einen Federring --18-- trägt. Dieser Ring liegt gegen einen Flansch --20-- der Hülse --13-- an und hält den Aufnahmeteil und die Hülse in lösbarer Verbindung.
Wie zu sehen ist, weist die Steckteilhülse innen innen eine oder mehrere Nuten --21-- auf, während der vordere Teil der Aufnahmeteilhülse entsprechende Vorsprünge -22-- besitzt, um die erforderliche Winkellage zwischen beiden Teilen aufrechtzuerhalten und so die entsprechende Zuordnung der verschiedenen Kontakte sicherzustellen. Wie dargestellt ist, haben Steck- und Aufnahmeteil je eine Kabelklemmutter --23, 24-, die am hinteren Ende der Hülsen-12 und 13-aufgeschraubt sind und nach rückwärts greifende Arme-25 und 26-als Stütze für die Kabelklemmen (nicht dargestellt) in üblicher Weise besitzen.
Sowohl der Aufnahmeteil als auch der Steckteil haben einen mehrteiligen Einsatz aus dielektrischem Material, in dem die einzelnen Kontakte gehalten werden. Im Steckteil-10-umfasst dieser Einsatz eine dünne, flache, starre Scheibe-27-, die in der Hülse-12-angeordnet ist
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--28-- trägt,- -27, 29 und 30-werden alle durch einen Federring --31-- in der Hülse --12-- gehalten und diese Teile besitzen alle miteinander fluchtende Öffnungen in übereinstimmung mit jeder Kontakthalteklinke--28--. So wird eine in Längsrichtung verlängerte Kontaktausnehmung--32-geschaffen, die vollständig durch den Einsatz an der Stelle jedes Kontaktes verläuft.
Das rückwärtige Ende jeder dieser Ausnehmungen hat im Bereich des elastischen Ringes --13-- mehrere abdichtende Erhebungen-33-, die einstückig mit dem Ring --30-- ausgeführt sind.
Bei der dargestellten Steckkupplung trägt der Muffenteil --10-- die Kontaktstifte, die aus einer zylindrischen Hülse-34-bestehen, welche die Isolation --35-- eines flexiblen Leiters-36aufnimmt, wie zu sehen ist. Der Leiter --36-- reicht in einen Teil-37-der Hülse des Kontaktes, wo er auf übliche Weise, z. B. durch Einklemmen, gehalten wird. Der dargestellte Kontakt besitzt einen Bund-38-, von dem aus sich ein stiftförmiger Teil --39-- nach vorne zu einem konischen Teil erstreckt, der an einer nach rückwärts schauenden Schulter --42-- an dem Kopf teil --43-- des Kontaktes endet.
Dieser trägt die nach vorne gerichteten zylindrischen Kontaktstifte-44--.
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--11-- enthält--52-- gehalten ist, einen elastischen Dichtungsring --53-- an der Rückseite der Scheibe und ein in gleicher Weise an der Vorderseite befestigtes Dichtungselement-54--. Im Aufnahmeteil ist aber auch ein Körper --55-- aus hartem, starrem Isolationsmaterial mit glatter Oberfläche vorgesehen. Wie gezeigt, besitzt der Körper --55-- im wesentlichen zylindrische Form und erstreckt sich von einer im wesentlichen ebenen Vorderfläche-56-zu einer rückwärtigen Fläche --57--, die gegen das Dichtungselement--54--anliegen oder daran befestigt sein kann.
Wie dargestellt ist, hat der Körper --55-- einen rückwärts sich nach aussen erstreckenden Flansch, der hinter einer nach hinten schauenden Schulter --59-- an der Innenseite der Hülse --13-- zum Eingriff kommt, so dass die Teile-51, 54 und 58-durch den Klemmring --52-- zusammengepresst gehalten werden.
Die Scheibe --51-- des Aufnahmeteiles ist ebenfalls mit einer oder mehreren
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Kontakthaltekiemmen --61-- versehen. Diese Klemmen können mit den Klemmendes Steckteiles identisch sein, und sind am besten in den Fig. 5 und 6 dargestellt, aus denen zu ersehen ist, dass jede einzelne Klemme-61-- im wesentlichen aus einer kurzen Rohrhülse --61-- mit segmentförmigen Befestigungsflanschen --63-- besteht, die in die Scheibe-51 oder 27-eingegossen oder zwischen mehreren Lagen dieser Scheibe festgehalten werden können, wie in Fig. 5
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Hülse zu erstrecken.
Diese Schlitze unterteilen die Hülse in mehrere voneinander unabhängig flexible Segmente-65-, von denen jedes mit einem nach innen geneigten Sperrzahn --66-- versehen ist, der mit einer Schulter eines Kontaktes zusammenwirkt, wie später beschrieben wird. Jedes Segment - 65-besitzt einen nach vorne gerichteten Auslöser-67--, vorzugsweise mit einer nach aussen geneigten Steuerfläche an der Spitze, wie später ersichtlich werden wird.
Wie am besten aus Fig. l hervorgeht, besitzen die verschiedenen Teile des Einsatzes aus dielektrischem Material des Aufnahmeteiles Öffnungen, die jeweils mit der Kontakthalteklemme --61-- fluchten und längliche Kontaktausnehmungen --71-- bilden, die sich von den Erhebungen - zum Festhalten des Kabels der Länge nach durch die Teile-53, 51, 54 und 55-des Einsatzes erstrecken. Im Falle des Aufnahmeteiles hat das vordere Ende jeder Kontaktausnehmung - jedoch eine eingeengte Öffnung-73-, die zur Aufnahme des Stiftes --44-- des Kontaktes dimensioniert ist. Die Öffnung wird aber so weit eingeengt, dass das Einschieben eines Stiftes mit Übergrösse ausgeschlossen ist.
Die Öffnung --73-- ist mit einem konischen Rand versehen, dessen schräge Wand als Führung zur Erleichterung des Einschiebens des Kontaktstiftes in den Steckteil dient.
Diese Ränder jeder Kontaktausnehmung treten aus der glatten flachen Vorderseite --56-- des Körpers --55-- derart hervor, dass jede Kontaktausnehmung von einer ringförmigen Kante-67umgeben ist. Dadurch wird bei zusammengesteckter Verbindung durch den Gewindering --17 -- ein Druck ausgeübt, der den Körper --55-- streng gegen das elastische Dichtungselement-29drückt und so über die ganze Vorderseite des Aufnahmeteiles mit den einzelnen ringförmigen Kanten rund um die einzelnen Kontaktausnehmungen eine Dichtung bewirkt. Durch einen schmalen, nach vorne ragenden Flansch --77-- an der Aussenkante der Stirnfläche --56-- des Körpers --55-wird auch eine Dichtung rund um die ganze Kontaktanordnung geschaffen.
Unmittelbar hinter der eingeengten öffnung --73-- jeder Kontaktausnehmung ist der Körper - mit einer Aufbohrung --78-- zur Aufnahme der Kontakthülsen des Steckers versehen.
Diese Kontakthülsen des Aufnahmeteiles sind insoferne den Kontaktstiften des Steckteiles gleich, als sie rückwärts eine Hülse --81-- zur Aufnahme der Isolation --82-- der einzelnen flexiblen Leiter
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dem entsprechenden Teil des Kontaktstiftes gleich. Es wird eine nach hinten schauende Schulter --89-- ähnlich der nach hinten schauenden Schulter --42-- gebildet, die mit den Sperrzähnen --66-- an der Kontakthalteklemme --61-- zusammenwirkt. Der vordere zylindrische Teil - -90-- der KontakthnIse kann in jeder beliebigen Weise ausgeführt sein, soweit das vordere Ende zur Aufnahme des Stiftes --44-- ausgebildet ist.
Die Aufbohrungen-78-des Aufnahmeteiles haben einen beträchtlichen grösseren Durchmesser als der vordere Hülsenteil --90-- der einzelnen darin verwendeten Kontakte, so dass jede Ausnehmung in Längsrichtung einen Kanal-91-zur leichten Aufnahme eines rohrförmigen Auslöseelementes --92-- besitzt, welches Auslöseelement ein sich verjüngendes, jeden Auslöser --67-- an der Kontakthalteklemme --61-- untergreifendes rückwärtiges Ende --93-- hat.
Das vordere Ende jedes Auslöserohres --92-- nimmt normalerweise eine Lage ein, wo es unmittelbar hinter, aber ausserhalb der eingeengten öffnung --73-- der Kontaktausnehmung liegt, wie in Fig. 1 gezeigt ist. Die konische Öffnung --74-- jeder Kontaktausnehmung ist jedoch mit einer oder mehreren Auslösenuten, vorzugsweise in Form radialer Schlitze-94- (Fig. 2) versehen, welche Fortsetzungen des Auslösekanales --91-- darstellen. Bei der dargestellten bevorzugten Ausführung haben diese Nuten eine wesentlich geringere Weite als dem Durchmesser der Stifte--44--und betreffenden Öffnungen --73-- entspricht, so dass die Aufnahme von Stiften mit Übergrösse ausgeschlossen ist.
Sie sind so bemessen, dass sie radial zumindest über den Innendurchmesser des Auslöserohres-92-reichen, so dass jedes einzelne Rohr durch Einschieben eines geeignet geformten Werkzeuges zum Herausnehmen der Kontakte nach rückwärts gedrückt wird. Eine einfache Ausführung eines solchen Werkzeuges ist in Fig. 4 gezeigt, in welcher das Werkzeug --95-- mit mehreren Fahnen --97-- versehen ist, die hinsichtlich ihrer Dimensionierung und Orientierung zu den Schlitzen
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--94-- passen.
Vorzugsweise ist das Werkzeug jedoch auch mit einem verschiebbaren zentralen Zapfen--96--versehen, der einen Betätigungsring--98--besitzt, so dass nach entsprechendem Einschieben des Werkzeuges in die Kontaktausnehmung die Fahnen-97-zum Zurückdrücken des
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Kontaktanordnung zum Zurückbewegen freigegeben, indem entweder an den einzelnen Leitern --83-- gezogen oder vorzugsweise der Ring-98-betätigt wird, der den Zapfen --96-- in die Hülse des Kontaktes drückt und den Kontakt nach hinten schiebt, wie am besten in Fig. 8 gezeigt ist.
Es ist zweifellos ersichtlich, dass bei der dargestellten Ausführung einer Steckkupplung die Kontakte des Aufnahmeteiles und auch des Steckteiles einzeln von der Rückseite des Verbindungselementes in den Einsatz gesteckt werden können und ebenso einzeln von der Vorderseite des Einsatzes aus entfernt werden können. Sowohl im Falle des Aufnahmeteiles als auch beim Steckteil wird das Befestigen der Kontakte leicht ausgeführt, indem jeder Kontakt einfach in eine Ausnehmung im rückwärtigen Dichtungsring des Aufnahmeteiles bzw. des Steckteiles eingeführt und mit einem geeigneten Werkzeug (nicht dargestellt) nach vorne geschoben wird, bis die Sperrzähne der Kontakthalteklemme in die Stellung hinter der Sperrschulter des Kontaktes einschnappen.
Im Falle der Aufnahmekontakte wird dadurch das Auslöserohr-92-in seine vorderste Stellung zufolge einer geringen Reibung zwischen dem Hülsenteil --90-- des Kontaktes und dem Auslöserohr gebracht. Diese Reibung kann auf irgendeine geeignete Weise geschaffen werden, z. B. durch einen Federfinger - -99--, der von der Wand des Rohres nach innen gebogen an der Zylinderfläche der Kontakthülse anliegt (Fig. 3).
Das Entfernen jedes einzelnen Kontaktes ist in gleicher Weise einfach. Im Falle der Muffe ist es nur notwendig, ein hülsenförmiges Werkzeug (nicht dargestellt) auf den Kontaktstift --44-- zu schieben und über den Kopf teil --43-- des Kontaktes nach rückwärts zu führen, so dass die Vorderkante des rohrförmigen Werkzeuges die Auslöser-67-der Kontakthalteklemme berührt und nach auswärts biegt, derart, dass die Sperrzähne --66-- freigegeben und das Zurückziehen des Kontaktes aus dem Steckereinsatz gestattet werden.
Im Falle des Aufnahmeteiles sind die eingeengten öffnungen --73-- und die konischen Kanten - -74-- an der Vorderseite des Körpers --55-- so ausgebildet, dass ein richtig dimensionierter Kontaktstift leicht eingeschoben werden kann und tatsächlich die vorderen Enden der Kontakte in die richtig passende Lage zu den Hülsen-90-geführt werden, wenn der Aufnahmeteil und der Steckerteil miteinander verbunden sind. Die Öffnungen --73-- sind so bemessen, dass das Einschieben von Stiften mit übergrösse in die Kontakthülsen-90-verhindert wird.
Wie aus Fig. 2 zu sehen ist, aus der hervorgeht, dass die eingeengte Öffnung dem maximalen Durchmesser der Kontaktstifte entspricht (der Innendurchmesser der ringförmigen Teile bildet die Öffnung-73--),
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reichende Auslösevorrichtung, wobei die Verriegelungseinrichtung aus den Zähnen --66-- der Kontakthalteklemme besteht.
Die mechanischen Vorteile der oben beschriebenen Steckkupplung gemäss der Erfindung werden jedoch ohne Verzicht auf elektrische Qualitäten erreichtund ausserdem durch eine Anordnung, die eine ungewöhnlich hohe Verlässlichkeit im Betrieb gewährleistet. Während die Einsätze aus dielektrischem Material sowohl beim Aufnahmeteil als auch beim Steckteil aus mehreren Einzelteilen bestehen, muss jedoch festgestellt werden, dass diese Teile in einer Weise zusammenwirken, die eine dauernde Verbindung der aneinanderliegenden Flächen ermöglicht, so dass der elastische Ring und die elastischen Dichtungselemente auf beiden Seiten der Scheiben-27 und 51-gemeinsam eine Umhüllung der Halteklemmen sowie der jeden einzelnen Kontakt umgebenden Verriegelungsmechanismen bilden.
Dadurch sind alle Kontakte ohne Luftzwischenräume wirksam voneinander isoliert, welche Luftzwischenräume die Ausbildung von elektrischen Kriechwegen ermöglichen.
Beim Zusammenstecken der Kupplung werden die Kontaktstifte normalerweise derart geführt, dass sie genau fluchtend in die Hülsen der Kontakte eingreifen. Die Anordnung ist jedoch so, dass unmöglich eine unterbrochene Verbindung zustande gebracht werden kann, falls einer oder mehrere Kontaktstifte so verbogen sind, dass sie ihre richtige öffnung verfehlen. Daraus folgt, dass jeder Defekt während einer Schaltungsüberprüfung unmittelbar angezeigt wird und eine wirklich verlässliche Sicherheit gegeben ist.
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Es ist auch zu sehen (Fig. l), dass die Stirnseite und die konischen Öffnungen des Aufnahmeteiles so ausgebildet sind, dass bei im Aufnahmeteil aufgenommenem Steckteil der bei den ringförmigen Kanten-76-, welche jede Kontaktöffnung umgeben, auftretende Druck eine wirksame Dampfdichtung darstellt, wodurch jede Kontaktausnehmung und ihre Nuten elektrisch von den andern
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von der Hülse.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Elektrische Steckkupplung, bestehend aus einem Steck- und einem Aufnahmeteil, von denen jeder einen aus Isoliermaterial bestehenden, und die Steck- bzw. Aufnahmekontakte mittels Durchbohrungen aufnehmenden im wesentlichen zylindrischen Einsatz aufweist, wobei die Kontakte in den Bohrungen durch eine von aussen betätigbare Verklinkung gehalten sind, d a d u r c h g e k e n n - zeichnet, dass jeder der beiden Einsätze des Steck- bzw.
Aufnahmeteiles (10 bzw. 11) eine Scheibe (27, 51) aus starrem Isoliermaterial aufweist, in der die mit Hinterdrehungen (42, 89) an den Kontaktstiften (44) bzw. -muffen (90) lösbaren Kontakthalteklemme (61) der Verklinkung verankert sind, vor und hinter jeder Scheibe (27, 51) ein aus elastischem Isoliermaterial bestehender Einsatzteil (29, 54 bzw. 30, 53) anschliesst, und vor dem elastischen Einsatzteil (54) des Aufnahmeteiles (11) noch zusätzlich ein weiterer Einsatzteil (55) aus starrem Isoliermaterial mit Begrenzungsöffnungen (93) fester Abmessungen vorgesehen ist, so dass bei geschlossener Steckkupplung die vorderen Stirnflächen (56) des elastischen Einsatzteiles (29), des Steckteiles und des starren Einsatzteiles (55) des Aufnahmeteiles aufeinanderliegen.
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