CH686751A5 - Elektrisches Multikontakt-Steckverbindersystem. - Google Patents

Description

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Multikon-takt-Steckverbindersystem, insbesondere zur Anwendung in der Mess- und Regeltechnik. Besonders eignet sich das Steckverbindersystem für die Herstellung einer Verbindung einer sog. pH-Einstabmesskette mit integriertem Temperaturmessfühler mit einem Messgerät für die exakte temperaturkompensierte pH-Wert-Messung einer Flüssigkeit.

Bei einer derartigen, aber lediglich nur zur Veranschaulichung genannten Anwendung kommen Kabel zum Einsatz, die einen sehr niederohmigen Abschirmleiter und einen oder mehrere im Inneren des Kabels verlaufenden, in einer Isolationsmasse eingebetteten Leiter aufweisen. An der Schnittstelle zwischen dem Kabel und der pH-Elektrode ergeben sich allerdings Probleme, da beispielsweise Übergangswiderstände bzw. deren unberechenbare Veränderung Messfehler verursachen.

Ein aus der Praxis bekanntes Steckverbindungs-System für den Signal- und Schaltanlagenbau verfügt über einen Multikontaktstecker und eine ebensolche Buchse. Die Steckkontakte am Stecker sind ausgebildet als konzentrisch um die Steckerachse angeordnete Ringkontakte, die jeweils voneinander durch einen Abschnitt eines Isoliermaterials elektrisch getrennt sind. Die Buchse weist dementsprechend eine Innenhülse auf mit ebenfalls konzentrisch um die Buchsenachse angeordneten, elektrisch ebenfalls voneinander getrennten Ringkontakten. Dieses System weist verschiedene Nachteile auf, von denen nachfolgend zwei erläutert werden.

- Beim Einführen des Steckers in die Buchse findet eine Bewegung der Ringkontakte auch über die zwischen den einzelnen Ringkontakten der Buchse vorgesehenen Isolierung statt, solange, bis der Stecker in seine Endstellung gebracht ist. Hierdurch werden Partikel des Isolationsmaterials abgerieben, wodurch nicht nur der Übergangswiderstand zwischen zwei benachbarten Ringkontakten reduziert wird, sondern die Partikel als solche können ebenfalls den Isolationswiderstand beeinflussen.

- Wenn ein solcher Stecker beispielsweise bei der temperaturkompensierten pH-Messung eingesetzt wird, muss dem Temperaturfühler der Sonde eine Spannung zugeführt werden. Dementsprechend liegt an zumindest einem Ringkontakt der Buchse eine externe Spannung an. Wenn der spannungsführende Ringkontakt nicht der letzte Kontakt an der Buchse ist, so überstreicht er einen oder mehrere Ringkontakte des Steckers bzw. schliesst diese kurzzeitig beim Überstreichen kurz. Bei der pH-Wertmessung liegt aber zwischen einem Paar von Ringkontakten des Steckers eine Spannung an, deren Höhe einen Rückschluss auf den pH-Wert der Flüssigkeit, in welche die Sonde getaucht ist, zulässt. Diese Messspannung würde durch die Kompensationsspannung gestört, das gesamte Messsystem würde polarisiert. Für eine exakte Messung muss daher einige Minuten abgewartet werden, bis sich das System wieder stabilisiert hat. Um einen solchen Effekt zu vermeiden, bliebe die Möglichkeit der festen Zuordnung bestimmter Ringkontakte zu bestimmten Signalen.

Dies schränkt freilich die Einsetzbarkeit eines derartigen Steckverbindungs-Systems erheblich und in unerwünschtem Masse ein.

Vor dem aufgezeigten Hintergrund ist es nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neuartiges Multikontakt-Steckverbindersystem anzugeben, das nicht nur extrem hochohmig und signaltreu ausgelegt werden kann, sondern dessen Kontakte auch in jeder beliebigen Anordnung belegt werden können durch die zu übertragenden Signale.

Gelöst wird diese Aufgabe durch das elektrische Multikontakt-Steckverbindersystem, wie es im Anspruch 1 angegeben ist. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus dem abhängigen Anspruch.

Demgemäss besteht das erfindungsgemässe Steckverbindersysten aus einem Stecker mit wenigstens zwei an seiner Kopplungsseite freiliegenden Kontaktstiften und einer diese umgebenden Abschirmhülse, sowie aus einer Buchse mit wenigstens ebenfalls zwei in ihrem Kopplungsende freiliegenden Kontaktfedern und einer diese umgebenden Abschirmhülse. Es ist vorgesehen, dass die Kontaktstifte zumindest an der Kopplungsseite des Steckers axial ausgerichtet auf der Peripherie eines in seiner Abschirmhülse gehaltenen Isolationskörpers für einen bestimmten Streckenabschnitt freiliegend angeordnet sind. Buchsenseitig sind Kontaktfedern axial ausgerichtet auf der Innenperipherie einer in der buchsenseitigen Abschirmhülse gehaltenen Isolationshülse freiliegend angeordnet an Stellen, die jenen der Kontaktstifte des Steckers entsprechen. Der Isolationskörper des Steckers und die Isolationshülse der Buchse sind zueinander komplementär ausgebildet, in dem Sinne, dass der Isolationskörper in die Isolationshülse schiebbar ist, wobei eine leitende Verbindung zwischen den Kontaktstiften und den Kontaktfedern hergestellt wird. Schliesslich sind die Längen der Abschirmhülsen der Buchse über den Kontaktfedern so bemessen und aufeinander abgestimmt, dass sie sich nach Herstellung der leitenden Verbindung zwischen den Kontaktfedern und den Kontaktstiften kontaktieren und die Kontakte vollständig umgeben.

Wenigstens zwei Kontaktstifte liegen also am vorderen Ende des Steckers frei und verlaufen parallel zur Steckerachse. Entsprechend sind die Kontaktfedern in der Buchse ausgerichtet, also parallel zur Buchsenachse. Diese Anordnung bedeutet folgendes: bei Herstellung der elektrischen Verbindung streicht kein Kontakt des Steckers - wie im Falle des bekannten Verbindersystems - über Kontakte in der Buchse, mit denen keine Verbindung hergestellt werden soll bzw. über Isoliermaterial zwischen Kontakten der Buchse. Ein Abrieb des Kontaktmaterials der Buchse und auch des Stekkers findet durch das Einführen des Steckers in die Buchse nicht statt. Demnach werden auch keine Partikel, die die elektrischen Eigenschaften der Steckverbindung verändern könnten, abgerieben und der Isolationswiderstand zwischen den Kontakten bleibt unverändert, auch nach häufigem Herstellen und Lösen der Steckverbindung. Beim Herstellen der Steckverbindung schleifen die Kontaktstifte mit selbstreinigender Wirkung über die Kontaktfedern in der Buchse. Hierdurch werden etwaige Oxi-

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dationsbeläge auf den Kontakten angeschliffen und der Übergangswiderstand reduziert. Die Verbindung zwischen den Kontaktstiften und den Kontaktfedern ist im übrigen nicht punktförmig, sondern flächenför-mig, wodurch wiederum die elektrischen Eigenschaften der Steckerverbindung verbessert werden.

Die erfindungsgemässe Anordnung der Kontakte lässt im übrigen die freie Wahlmöglichkeit der Kontaktbelegung zu. Es spielt keine Rolle, an welchem Kontakt beispielsweise eine Spannung anliegt oder über welchen eine aufgenommene Spannung weitergeleitet wird, beispielsweise zu einem Messgerät. Dies vor dem Hintergrund, dass kein Steckerkontakt beim Herstellen der Verbindung zur Buchse vorübergehend mit Kontakten der Buchse in Berührung kommen kann, an denen er nicht anliegen soll.

Beim Herstellen der Steckverbindung werden nicht nur die Kontakte des Steckers mit jenen der Buchse verbunden, sondern auch die jeweiligen Abschirmhülsen. Hierzu sind die Längen der Abschirmhülsen aufeinander abzustimmen. Beispielsweise kann die Abschirmhülse der Buchse die Federkontakte um eine bestimmte Länge überragen, während dann beim Stecker der Isolationskörper aus der Abschirmhülse des Steckers um die besagte Länge herausragt. Nach Herstellung der Steckverbindung sind die Kontakte des Steckers und der Buchse vollständig abgeschirmt durch die sie vollständig umgebenden Abschirmhülsen.

Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform ist der Isolationskörper des Steckers ein Zylinderkörper mit einem auf der Kopplungsseite vorgesehenen Zapfen, auf dessen Peripherie die freiliegenden Abschnitte der Kontaktstifte angeordnet sind. Die Kontaktstifte treten weiter hinten durch die Stirnfläche des Zylinderkörpers hindurch und verlaufen durch diesen bis zum rückseitigen Ende des Steckers, an dem die Leiter eines Mehrfachkabels mit den Kontaktstiften verbunden werden können. Diese Ausführungsform ist relativ einfach herzustellen, die elektrischen Eigenschaften sind hervorragend sowie die mechanische Stabilität hinreichend gross, um einer grossen Anzahl von Steckvorgängen standzuhalten.

Um eine Eindeutigkeit der Kontaktzuordnung von Stecker zu Buchse zu erzielen, ist der Isolationskörper des Steckers und die Isolationshülse der Buchse vorzugsweise komplementär zueinander mechanisch kodiert. Dies bedeutet im Einzelfall beispielsweise die Anordnung einer Nase auf dem Isolationskörper des Steckers und einer entsprechenden Nut in der Isolationshülse der Buchse. Eine grosse Anzahl von verschiedenen Kodierungen sind möglich. Eine besonders einfache Art, die eindeutige Kontaktzuordnung vorzugeben, ist in einer weiteren Ausführungsform realisiert, bei der der Isolationskörper und die Isolationshülse jeweils eine aufeinander passende Schlüsselfläche aufweisen. Durch die vorbeschriebenen Massnahmen wird eine unbeabsichtigte Fehlkontaktierung wirksam unterbunden.

Mit dem Steckverbindersystem lassen sich im industriellen Bereich analoge und digitale Signale übertragen, beispielsweise im Bereich der Mess-und Regeltechnik (Schutzart IP 65). Es erfüllt die Merkmale für den Einsatz in explosionsgefährdeten

Bereichen nach EN 50 020 für Spannungen bis 60 Volt. Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels gemäss den Zeichnungen näher erläutert:

Hierbei zeigt:

Fig. 1 ein Schnittbild des Steckers des Multikon-takt-Steckverbindersystems,

Fig. 2 eine dazugehörige Buchse im Schnitt,

Fig. 3 eine Schnittansicht des Steckers und der Buchse im zusammengesteckten Zustand.

Nachfolgend sind gleiche Teile mit dem Bezugszeichen versehen.

Fig. 1 zeigt das Schnittbild einer Ausführungsform des Steckers 1 des erfindungsgemässen Steckverbindersystems. Als Kernstück weist der Stecker 1 einen Isolationskörper 4 auf, der am kop-pelseitigen Ende als Zapfen 6 auf einem ansonsten im wesentlichen zylindrischen Körper 7 ausgebildet ist. Der Stecker 1 weist wenigstens zwei Kontaktstifte 2 auf, von denen in Fig. 1 lediglich einer abgebildet ist. Der Kontaktstift 2 durchdringt den Isolationskörper 4 vom rückseitigen Ende des Steckers 1 in der Weise, dass er vom Zylinderkörper 7 vollständig umfasst ist. An dessen Stirnfläche 7 hin zu dem Zapfen 6 tritt der Kontaktstift aus. Wie deutlich aus der Fig. 1 ersichtlich, ist der Kontaktstift 2 axial zum Isolationskörper 4 und damit zum Stecker 1 ausgerichtet. Wesentlich ist, dass der Kontaktstift 2 für einen Streckenabschnitt a freiliegend auf der Peripherie des Zapfens 6 angeordnet ist.

Der Isolationskörper 4 ist innerhalb einer Abschirmhülse gehalten. Diese umgibt ein Steckergewinde 9, welches mit einer Buchsenmutter 31 der Buchse 21 (Fig. 2) verschraubt werden kann zur Arretierung der Steckverbindung. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Stecker rückseitig noch mit einem Einbaugewinde 12 versehen. Im Inneren des Steckers 1 verläuft ein Kabelkanal 11, durch welchen ein Mehrfachkabel an die Steckkontakte 2 geführt werden kann, wobei dann an den rückseitigen Enden 10 der Kontaktstifte 2 eine elektrische Verbindung mit jeweils einem Leiter hergestellt wird. Zur Abdichtung ist im übrigen ein O-Ring 8 in die Abschirmhülse 3 eingelassen. Das Bezugszeichen 13 bezeichnet einen Anschlag für das Steckergewinde 9.

Fig. 2 zeigt eine Buchse 21 des Steckverbindersystems. In einem Buchsengehäuse 25 ist eine Isolationshülse 24 angeordnet. Sie trägt wenigstens zwei Kontaktfedern 22, von denen in Fig. 2 lediglich eine dargestellt ist. Diese sind axial ausgerichtet, derart, dass sie im Kontaktbereich auf der Innenperipherie der Isolationshülse 24 freiliegen. Mit diesen Kontaktfedern 22 werden die Kontakte mit den Kontaktstiften 2 des Steckers 1 hergestellt.

Die Isolationshülse 24 wird über eine Zwischenhülse 32 von der Abschirmhülse 23 gehalten. Das Bezugszeichen 27 bezeichnet eine Kontaktfeder für die Abschirmhülse, welche mit dem Abschirmleiter des Mehrfachkabels (nicht dargestellt) verbunden wird. Das Mehrfachkabel wird durch den Kabelkanal 29, gebildet in einer Gummitülle, aus der Buchse herausgeführt. Die einzelnen Kabel des Mehrfach-

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leiters werden jeweils mit einer Kontaktfeder 22 an deren rückwärtigem Ende 28 elektrisch verbunden.

Der Isolationskörper 4 des Steckers 1 und die Isolationshülse 24 der Buchse 21 sind komplementär zueinander ausgebildet, in dem Sinne, dass der Zapfen 6 des Isolierkörpers 4 in die Öffnung 33 der Isolationshülse 24 geschoben werden kann, wobei gleichzeitig der elektrische Kontakt zwischen den Kontaktstiften 2 und den Kontaktfedern 22 hergestellt wird.

Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht des Steckers 1 und der Buchse 21 im zusammengesteckten Zustand. Wie aus dieser Figur ersichtlich, sind die Längen der Abschirmhülsen 3 und 23 so aufeinander abgestimmt, dass sie sich nach Verbindungsherstellung kontaktieren und die Kontaktstifte 2 und die Kontaktfedern 22 vollständig umgeben, so dass eine lückenlose Abschirmung gewährleistet ist. Beim Einführen des Steckers 1 in die Buchse 21 schleifen die Kontaktstifte 2 über die Kontaktfedern 22 mit selbstreinigender Wirkung, um schliesslich eine flächige Verbindung miteinander zu bilden.

In Abweichung vom dargestellten Ausführungsbeispiel kann die Buchse oder der Stecker auch ein fester Bestandteil beispielsweise einer Sonde sein, so dass dann lediglich eine Buchse bzw. ein Stekker an das fest installierte Verbindungselement geführt werden muss zur Verbindungsherstellung.

Claims (2)

Patentansprüche

1. Aus einem Stecker (1) und einer Buchse (21) bestehendes elektrisches Multikontakt-Steckverbin-dersystem, bei dem der Stecker (1) und die Buchse (21) je einen Isolationskörper (4, 24), je mindestens zwei teilweise in diesem angeordnete Kontaktelemente (2, 22) und je eine Isolationskörper und Kontaktelemente umgebende Abschirmhülse (3, 23) aufweisen, dadurch gekennzeichnet,

- dass der Isolationskörper (4) des Steckers (1) im wesentlichen die geometrische Grundform eines abgestuften Kreiszylinders aufweist, wobei ein kopp-lungsseitiger (vorderer) Abschnitt des Isolationskörpers einen Zapfen (6) mit einem kleineren Durchmesser als der Hauptdurchmesser bildet,

- dass die Kontaktelemente (2) des Steckers Kontaktstifte (2) sind, die in dem Isolationskörper (4) auf einem Teilkreis angeordnet sind, dessen Durchmesser in Abhängigkeit von dem Zapfendurchmesser und dem Stiftdurchmesser so gewählt ist, dass die vorderen Enden der Kontaktstifte (2) radial teilweise in dem Zapfen (6) eingebettet sind, wobei die Länge der Kontaktstifte (2) so bemessen ist, dass der jeweils in den Zapfen hineinragende und an der Umfangsfläche desselben Kontaktflächen bildende Teil (a) kürzer ist als die Zapfenlänge, und

- dass die Buchse (21) zumindest ein hohlzylinder-förmiges Isolationselement (Hülse 32) aufweist, wobei die Kontaktelemente (22) der Buchse Kontaktfedern (22) sind, die an der Innenseite der Hülse (32) in radialer Richtung sich abstützend angeordnet sind.

2. Elektrisches Multikontakt-Steckverbindersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass

Stecker (1) und Buchse (21) komplementär zueinander mechanisch kodiert sind.

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