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Die
Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung mit einer Trennwand,
die mehrere Kontaktkammern aufweist, und mit mehreren in den Kontaktkammern
angeordneten Kontaktstiften, die jeweils zwei Kontaktabschnitte
und einen die Kontaktabschnitte elektrisch leitend miteinander verbindenden Befestigungsabschnitt
aufweisen, wobei die Kontaktabschnitte jeweils von einer Seite der
Trennwand zugänglich
angeordnet sind.
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Verbindungsanordnungen
mit Kontaktstiften der genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt
und werden beispielsweise in der Kraftfahrzeugtechnik eingesetzt.
Dabei werden ein elektrische Signale durch die Kontaktstifte bzw.
die Verbindungsanordnung aus einem abgedichteten Bereich, wie z. B.
einem Zylinderkopf oder Getriebe, hinaus- oder hineingeleitet, ohne
dass Leckagen entstehen und Öl oder
ein anderes Fluid durch die Kontaktkammern austreten kann.
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Aufgrund
strenger Umweltschutzrichtlinien in der Kraftfahrzeugtechnik muss
sichergestellt sein, dass kein Motor- oder Getriebeöl an einer
Leitungsdurchführung
in die Umwelt gelangen kann. Daher kann eine elektrische Leitung
mit mehreren Adern nicht wie früher üblich in
einer abgedichteten Kabeldurchführung
nach außen
geleitet werden, da Öl
zwischen der äußeren Leitungsisolierung
und den einzelnen Adern nach außen
gelangen kann. Zwar sind Kabel entwickelt worden, die mit einem
Dichtmaterial zwischen den Adern versehen sind, um ein Kriechen des Öls innerhalb
der Leitungen zu verhindern. Jedoch sind die Herstellungskosten
dieser Kabel so hoch, dass ihr Einsatz bei den großen Stückzahlen der
Automobilindustrie nicht in Frage kommt.
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Der
Einsatz dieser teuren Kabel wird durch die Vorrichtung der
US 4,349,241 vermieden.
In dieser Druckschrift ist eine Steckverbinderanordnung beschrieben,
bei der ein Stecker und ein Gegenstecker fluiddicht miteinander
verbunden werden. Der Stecker weist Kontaktstifte auf, die in eine
Kontaktkammer in einer vom Stecker gebildeten Trennwand gesteckt
sind. Über
eine Rastverbindung sind die Kontaktstifte in der Trennwand gehalten.
Ein gegensteckseitiger Kontaktabschnitt des Kontaktstiftes ist als
Pin, ein anderer als Leiterklemme ausgestaltet.
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Eine
weitere Steckverbinderanordnung ist in der
US 4,820,204 dargestellt. Bei dieser
Steckverbinderanordnung werden elektrische Leiter über mehrere
Kontaktstifte miteinander verbunden.
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Des
Weiteren sind aus der
EP
0 700 123 B1 Steckverbinder bekannt, deren mit Kontaktkammern versehene
Steckerkörper
aus einem elastisch verformbaren Material bestehen, wobei in die
Kontaktkammern eingepresste Kontaktstifte das Material des Steckerkörpers verformen
und so eine Dichtwirkung erzielen sollen. Problematisch bei der
Herstellung eines solchen Steckverbinders ist jedoch, dass der Steckerkörper einerseits
im Bereich der Kontaktkammern zur Erreichung der Dichtwirkung mit
den Kontaktstiften durch diese ausreichend verformbar sein muss
und der Steckerkörper
andererseits aus Montage- und Haltbarkeitsgründen eine minimale Steifigkeit
aufweisen muss. Das Auffinden eines Materials, das diesen Anforderungen
genügt,
kann problematisch sein.
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Aus
den Druckschriften
US 5,571,032 und
US 3,336,569 ist bekannt,
Dichtelemente in Form von Dichtmatten oder Dichtungsringen zwischen
aufeinander zu gerichteten Stirnflächen von Stecker und Gegenstecker
anzuordnen. Eine Dichtwirkung zwischen den Kontaktstiften und den
jeweiligen Kontaktkammern wird so jedoch nicht erzielt. Die
EP 0 428 259 A3 zeigt
ebenfalls eine zwischen einer Leiterplatte und einem Stecker angeordnete
Dichtmatte, deren röhrenförmige Fortsätze jedoch
bis in Kontaktkammern des Steckers ragen. Die erzeugte Dichtwirkung ist
für unter
Druck stehende Flüssigkeiten
jedoch unzureichend.
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In
der
US 5,115,563 ist
eine elastische Zentrierhilfe in einem hohlzylindrischen Außenleiter
eines Koaxialsteckers angeordnet, durch deren Zentrum ein Kontaktstift
formschlüssig
gehalten ist. Die formschlüssige
Aufnahme des Kontaktstiftes in der Zentrierhilfe erzeugt jedoch
keine nennenswerte Dichtwirkung.
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Ferner
ist es im Stand der Technik bekannt, den Kontaktstift elektrisch
isoliert in einer Kontaktkammer, z. B. in der Zylinderkopfwandung,
anzuordnen. Durch einen O-Ring, der in einem entsprechenden Sitz
zwischen Kontaktkammer und Kontaktstift montiert ist, ist die Kontaktkammer
abgedichtet, so dass kein Fluid austreten kann. Auf beiden Seiten
der Trennwand wird jeweils eine elektrische Leitung am Kontaktabschnitt
des Kontaktstifts angeschlossen, so dass ein elektrisches Signal über den
Kontaktstift übertragen
werden kann.
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Mit
den bekannten Verbindungsanordnungen wird ein Austritt von Öl oder anderen
Fluiden durch die Kontaktkammer hindurch zwar teilweise effektiv
verhindert, doch hat sich bei modernen Aggregaten, wie z. B. Verbrennungsmotoren
oder Getrieben, die Anzahl der zu übertragenden Signale stark vergrößert. So
werden zunehmend mehr Sensoren innerhalb der Aggregate eingesetzt
oder mechanische Ventiltriebe durch elektromagnetische ersetzt. Da
für jedes
zu übertragende
Signal ein Kontaktstift benötigt
wird und oft nur eine kleine Fläche
zum Anbringen des Steckverbinders zur Verfügung steht, muss der Abstand
der Kontaktkammern immer mehr verkleinert werden. Dieses Problem
wurde im Stand der Technik bislang dadurch gelöst, dass ein möglichst
kleines Raster zwischen den Kontaktstiften realisiert wird, bei
dem sowohl die Abstände
zwischen den Kontaktkammern als auch die Durchmesser der Kontaktstifte
verkleinert worden sind. Dies hat zur Folge, dass viele und zudem
sehr kleine O-Ringe eingesetzt werden müssen, deren Montage schwer
und zeitaufwendig ist.
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Daher
ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine auch bei hohen
Drücken
fluiddichte elektrische Verbindung mit einer hohen Kontaktzahl pro
Flächeneinheit
zu ermöglichen,
die einfacher und schneller montiert werden kann.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß für die eingangs
genannte Verbindungsanordnung dadurch gelöst, dass die Kontaktklammern
jeweils eine radialelastische Dichthülse aufweisen und dass wenigstens
ein am Befestigungsabschnitt jedes Kontaktstifts angeordnetes, als
ein radial nach außen
vorspringender, umlaufender Ringsteg ausgestaltetes Dichtmittel
in die Dichthülse
fluiddicht eingedrückt
ist.
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Die
erfindungsgemäße Lösung ist
konstruktiv einfach. Die Kontaktkammer wird abgedichtet, ohne dass
ein O-Ring montiert werden muss. Dies hat den Vorteil, dass Montagezeit
und Montagekosten eingespart werden. Weiterhin kann z. B. auf die Fertigung
des O-Ringsitzes
in der Kontaktkammer verzichtet werden, wodurch sich der Fertigungsaufwand
für die
Kontaktkammer verringert.
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Ein
weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass der
Abstand oder das Raster zwischen mehreren Kontaktstiften in der Trennwand
verringert und somit die Kontaktdichte erhöht werden kann, weil kein Raum
für den
O-Ringsitz vorgesehen und der Durchmesser des Kontaktstiftes nicht
an die normierten Durchmesser der O-Ringe angepasst werden muss.
Aufgrund der erhöhten Kontaktdichte
der Verbindungsanordnung können mehr
elektrische Signale bei gleicher Steckergröße übertragen werden.
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Der
Kontaktstift kann mit zwei Kontaktabschnitten, durch die eine elektrische
Verbindung zwischen zwei durch eine Trennwand voneinander getrennten,
elektrischen Leitern herstellbar ist, und mit einem Befestigungsabschnitt,
durch den die beiden Kontaktabschnitte elektrisch leitend miteinander
verbunden sind, wobei der Befestigungsabschnitt in eine Kontaktkammer
der Trennwand in einer Einsteckrichtung einsteckbar ausgestaltet
sein und der Befestigungsabschnitt wenigstens ein als ein umlaufender Ringsteg
ausgestalte tes Dichtmittel umfassen, das quer zur Einsteckrichtung
vorspringen und mit einer Dichthülse
der Kontaktkammer in radialelastischen, fluiddichten Eingriff bringbar
ausgestaltet sein kann.
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Die
Dichthülse
ist als separates, in die Kontaktkammer eingestecktes Bauteil aus
einem radialelastischen Material oder als radialelastischer Bereich einteilig
mit der Trennwand ausgestaltet. Bei der einteiligen Ausgestaltung
werden die Trennwand und die Dichthülse z. B. in einem Zweikomponenten-Spritzgießverfahren
hergestellt, bei dem zuerst das Material der Trennwand und danach
das Material der Dichthülse
in die Spritzgießform eingespritzt
wird, wobei die beiden Materialien sich beim Erstarren stoffschlüssig miteinander
verbinden. Bei der Ausgestaltung als separates Bauteil wird die
Dichthülse
in die Kontaktkammer eingesteckt. Dabei kann die Dichthülse z. B.
durch einen Klebstoff am Umfang mit der Trennwand verbunden sein.
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Durch
die radialelastische Dichthülse
ist die Dichtigkeit der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung besonders
hoch. Der Innendurchmesser der radialelastischen Dichthülse ist
kleiner als der Außendurchmesser
des als Dichtmittel dienenden Ringstegs, so dass der Ringsteg in
die radialelastische Dichthülse
eingedrückt
ist. Auf diese Weise wird eine Dichtungspressung erreicht, welche
die Kontaktkammer auch gegen ein druckbeaufschlagtes Fluid abdichtet.
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Die
erfindungsgemäße Verbindungsanordnung
und der erfindungsgemäße Kontaktstift
können durch
verschiedene, voneinander unabhängige,
jeweils für
sich vorteilhafte Ausgestaltungen weiter entwickelt werden. Auf
diese Ausgestaltungen und die mit ihnen jeweils verbundenen Vorteile
wird im Folgenden kurz eingegangen.
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So
kann in einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung
die lichte Weite des Dichtmittels in Richtung quer zur Längsachse
größer sein
als der Durchmesser der Kontaktkammern. Dies hat den Vorteil, dass
das Dichtmittel im montierten Zustand des Kontaktstiftes radial
in die Trennwand der Kontaktkammer hineindrückt und dass die Kontaktkammern
sicher abgedichtet werden.
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Weiterhin
kann der Befestigungsabschnitt mit einem Haltemittel versehen sein,
durch welches der Kontaktstift unverschieblich gehalten ist. Dies
hat den Vorteil, dass der Kontaktstift im eingebauten Zustand nicht
aus der Kontaktkammer herausrutschen kann.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung kann
an einem Ende der Kontaktkammern jeweils eine die Kontaktstifte
radial zentrierende Ausricht- und Zentriermaske angeordnet sein.
Dies hat den Vorteil, dass ein Taumeln des Kontaktstifts in der Kontaktkammer
verhindert wird und der Kontaktstift radial in einer vorbestimmten
Orientierung ausgerichtet ist. Die Orientierung ist bei Flachkontakten
besonders wichtig, wenn auf die Verbindungsanordnung ein Gegenstecker
mit einer Buchse für
jeden Kontaktstift aufgesteckt werden soll. Die Ausricht- und Zentriermaske
kann mit der Trennwand einteilig ausgestaltet sein, wodurch die
Montage- und Herstellungskosten der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung
reduziert werden.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung kann als ein mehrere Kontaktstifte
aufnehmender, als separates Teil dienender Aufnahmeblock vorgesehen
sein, in dem mehrere mit den Kontaktkammern fluchtende Aufnahmeöffnungen
ausgestaltet sind, wobei die in einer Einsteckrichtung der Verbindungsanordnung hinteren
Kontaktabschnitte der Kontaktstifte in den Aufnahmeöffnungen
des Aufnahmeblocks gehalten sind. Dies hat den Vorteil, dass die
Kontaktstifte zueinander positioniert und ausgerichtet sind. Ferner kann
der Aufnahmeblock Rastzungen umfassen, welche die Kontaktstifte
entgegen der Einsteckrichtung in der Aufnahmeöffnung fixiert.
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Um
ein Herausziehen der Kontaktstifte aus den Kontaktkammern zusammen
mit dem Aufnahmeblock zu verhindern, kann der Aufnahmeblock wenigstens
ein Verbindungselement umfassen, durch das der Aufnahmeblock zur
Trennwand lagesicher fixiert ist, beispielsweise in einem Steckergehäuse. Durch
diese Maßnahme
wird ein Verdrehen des Aufnahmeblocks zur Trennwand und ein Abknicken
der Kontaktstifte verhindert. Das Verbindungselement kann wiederholt
lösbar
z. B. durch ein Rastmittel mit der Trennwand verbunden sein, um
ein gewolltes Herausziehen der im Aufnahmeblock angeordneten Kontaktstifte
aus den Kontaktstiftdurchgängen
entgegen der Einsteckrichtung z. B. zu Wartungszwecken zu ermöglichen.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Verbindungsanordnung
ein die Trennwand umfassendes Steckverbindergehäuse umfassen, mit dem zusammen
die Verbindungsanordnung in eine Montageöffnung einsteckbar ausgestaltet
ist. Dies hat den Vorteil, dass die Verbindungsanordnung als vormontierbare
Einheit in der Montageöffnung,
die beispielsweise in dem Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors
oder in einem Getriebegehäuse
angeordnet ist, besonders einfach montiert werden kann. Dabei können das
Steckverbindergehäuse
und die Trennwand einteilig ausgestaltet sein, um die Fertigungskosten
zu reduzieren.
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Um
die Verbindungsanordnung in der Montageöffnung besonders schnell und
ohne zusätzliches Dichtmittel
montieren zu können,
kann das Steckverbindergehäuse
mit einer Umfangsdichtung ausgestaltet sein, durch die das Steckverbindergehäuse fluiddicht
in der Montageöffnung
anordenbar ist.
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Das
Steckverbindergehäuse
kann ferner eine Aufnahme ausbilden, in die der Aufnahmeblock in
der Einsteckrichtung einsteckbar ist.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das Steckverbindergehäuse an der
in der Einsteckrichtung vorderen, einem Gegenstecker zugewandten
Trennwandseite mit einer vorzugsweise scheibenförmigen Axialdichtung versehen
sein, gegen die im zusammengeführten
Zustand ein Gegenstecker entgegen der Einsteckrichtung fluiddicht drückt, um
das Eindringen von Fluiden in den Kamm zwischen dem Stecker und
dem Gegenstecker und eine Korrosion der Kontaktabschnitte zu verhindern. An
der Axialdichtung kann konzentrisch um jede der Kontaktkammern herum
ein in Einsteckrichtung vorstehender Dichtring angeordnet sein.
Hierdurch wird jeder Kontaktstift mit der entsprechenden Buchse des
Gegensteckers zusätzlich
abgedichtet.
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Die
Axialdichtung, die Dichthülse
und die Umfangsdichtung des Steckverbindergehäuses können in einem Arbeitsschritt,
vorzugsweise aus einem anderen Material als das Steckergehäuse, angespritzt
werden, wodurch sich die Fertigungskosten reduzieren lassen.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kontaktstifts
kann die lichte Weite des Dichtmittels in Richtung quer zur Einsteckrichtung
größer sein
als die lichte Weite des in der Einsteckrichtung vorne liegenden
Kontaktabschnittes. Dies hat den Vorteil, dass der vorne liegende
Kontaktabschnitt des Kontaktstifts durch die Kontaktkammer geschoben
werden kann, ohne beim Einstecken zu verklemmen. Weiterhin kann
der wenigstens eine Ringsteg des Kontaktstifts in einem Längsschnitt durch
den Kontaktstift bogenförmig
ausgestaltet sein, damit der Ringsteg beim Einstecken an der Kontaktkammer
montagefreundlich anschnäbelt
und dadurch leicht einführbar
ist.
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Um
ein Verschieben des Kontaktstiftes zur Kontaktkammer zu verhindern,
kann der Befestigungsabschnitt mit einem Haltemittel versehen sein, durch
welches der Kontaktstift in der Kontaktkammer fixierbar ist.
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Die
Länge des
Dichtmittels in axialer Richtung entspricht vorzugsweise in etwa
der Wanddicke der Trennwand, so dass die Dichtfläche möglichst groß ist.
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Das
Dichtmittel kann mitsamt dem Befestigungsabschnitt am Kontaktstift
einstückig
ausgeformt sein, damit der Kontaktstift kostengünstig gefertigt werden kann.
Der Kontaktstift kann dabei z. B. durch Drehen, Stanzen oder Spritzgießen aus
Metall hergestellt werden.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann wenigstens ein Kontaktabschnitt
mit einer axialen Sacklochbohrung oder -öffnung ausgestaltet sein, die
so bemessen ist, dass ein elektrischer Leiter einsteckbar oder vercrimpbar
ist, um den elektrischen Leiter einfach und schnell mit dem Kontaktabschnitt
elektrisch zu verbinden. Das abisolierte Leiterende wird dabei in
die Sacklochbohrung eingeführt,
die danach mit einem Crimpwerkzeug zusammengedrückt wird. Dadurch ist das Leiterende
eingequetscht und unlösbar
mit dem Kontaktabschnitt verbunden. Durch die Ausgestaltung als
Sacklochbohrung ist ferner sichergestellt, dass ein Fluid, das z.
B. zwischen dem elektrischen Leiter und seiner umgebenden Isolierung
in die Sacklochbohrung gelangt, nicht durch die Bohrung hindurch
auf die andere Seite der Trennwand gelangen kann.
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Um
den erfindungsgemäßen Kontaktstift
in einer Stecker-Buchse-Verbindung verwenden zu können, kann
der Kontaktstift an einem der Kontaktabschnitte als ein Flachkontakt
mit beispielsweise im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt ausgestaltet sein.
Auf den Flachkontakt, der genormte Abmaße aufweisen kann, ist ein
Gegenstecker mit einem entsprechend komplementär ausgestalteten Buchsenkontakt
aufsteckbar. Der Kontaktstift kann an einem der Kontaktabschnitte
aber auch als ein im Querschnitt kreisförmiger Rundkontakt ausgestaltet
sein. Alternativ kann der Kontaktstift auch an beiden Kontaktabschnitten
als Flach- und/oder Rundkontakt oder mit einer Sacklochborhung ausgebildet
sein.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung kann am Befestigungsabschnitt
ein Haltemittel ausgebildet sein, das in einer Einsteckrichtung
vorzugsweise hinter dem Dichtmittel angeordnet ist. Das Haltemittel kann
insbesondere einen Anschlag ausbilden, dessen Durchmesser wenigstens
dem Durchmesser des Ringstegs entspricht. Durch den Anschlag wird
die Einstecktiefe des Kontaktstifts im Kontaktkammer begrenzt und
die Lage des Kontaktstiftes in der Trennwand bestimmt, indem der
Anschlag gegen einen von der Kontaktkammer gebildeten Gegenanschlag
geschoben wird.
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Um
den Kontaktstift zur Kontaktkammer noch sicherer abzudichten, kann
das Haltemittel als Zusatzdichtung ausgestaltet sein. Beispielsweise kann
der Anschlag als Ringsteg ausgebildet sein, der sich unter Bildung
einer Spaltdichtung an die Kontaktkammer legt. In einer vorteilhaften
Weiterbildung kann das Haltemittel wenigstens zwei in axialer Richtung
voneinander beabstandete Ringstege umfassen, zwischen denen eine
Ringnut ausgebildet ist. Die Ringnut kann als Teil eines Rastmittels
verwendet werden, indem eine Rastzunge in die Ringnut ragt und gegen
den in Einsteckrichtung liegenden Anschlag drückt. Auf diese Weise wird verhindert, dass
der Kontaktstift entgegen der Einsteckrichtung aus der Kontaktkammer
gezogen werden kann.
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Im
Folgenden wird die Erfindung beispielhaft mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen
erläutert. Die
unterschiedlichen Merkmale können
dabei unabhängig
voneinander kombiniert werden, wie dies oben bei den einzelnen vorteilhaften
Ausgestaltungen bereits dargelegt wurde.
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Es
zeigen:
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1a eine
schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Kontaktstifts,
teilweise im Schnitt;
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1b den
erfindungsgemäßen Kontaktstift aus 1a schematisch
in einer perspektivischen Darstellung;
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2 eine
schematische Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung;
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3 eine
schematische Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung;
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4 eine
schematische Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung.
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Zunächst wird
der allgemeine Aufbau eines erfindungsgemäßen Kontaktstifts 1 mit
Bezug auf die in den 1a, 1b und 2 dargestellte
Ausführungsform
beispielhaft beschrieben.
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Der
Kontaktstift 1 umfasst einen Befestigungsabschnitt 2,
einen ersten Kontaktabschnitt 3a mit einer Sacklochbohrung 4 und
einen zweiten Kontaktabschnitt 3b, der als Flachkontakt 5 ausgestaltet ist.
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Der
Kontaktstift 1 ist mit seinen beiden Kontaktabschnitten 3a, 3b jeweils
an einen elektrischen Leiter (nicht dargestellt) anschließbar. Dabei
ist der in einer zur axialen Richtung parallelen Einsteckrichtung
E vordere Kontaktabschnitt 3a als ein Flachkontakt 5 mit
einem in axialer Richtung rechteckigen Querschnitt ausgestaltet.
Mit dem Flachkontakt 5 kann der Kontaktstift in einen als
Buchse komplementär
ausgestalteten Gegenstecker eingesteckt werden. Ein mit einem solchen
Gegenstecker versehener elektrischer Leiter kann an den Flachkontakt 5 besonders
leicht angeschlossen werden. Durch den angeschlossenen elektrischen
Leiter können
elektrische Signale vom Kontaktstift 1 zum elektrischen
Leiter übertragen
werden und umgekehrt. Um die elektrischen Signale gut übertragen
zu können,
ist der Kontaktstift 1 aus elektrisch besonders leitfähigem Material
hergestellt, z. B. aus einem leitfähigen Metall, oder mit einem
leitfähigen
Metall beschichtet.
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Der
Kontaktabschnitt 3b ist an dem in der Einsteckrichtung
E hinteren Ende des Kontaktstifts 1 angeordnet. Die Sacklochbohrung 4 dient
als Aufnahme für
einen elektrischen Leiter: Um den hinteren Kontaktabschnitt 3b unlösbar mit
dem Leiter (nicht dargestellt) zu verbinden, wird zunächst ein
abisoliertes Ende des elektrischen Leiters in die Sacklochbohrung 4 geschoben.
Danach wird der hintere Kontaktabschnitt 3b mit einem Crimpwerkzeug
um den elektrischen Leiter herum zusammengepresst, gecrimpt, gelötet oder
geschweißt.
Hierdurch wird der elektrische Leiter in der Sacklochbohrung 4 festgeklemmt und
unlösbar
mit dem Kontaktstift 1 elektrisch verbunden. Alternativ
kann der mit einem Stecker versehene elektrische Leiter auch in
die Sacklochbohrung 4 eingesteckt werden, um eine wiederholt
lösbare Steckverbindung
zwischen dem Kontaktstift 1 und dem elektrischen Leiter
herzustellen.
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Der
Befestigungsabschnitt 2 ist zwischen den Kontaktabschnitten 3a, 3b am
Kontaktstift angeformt. Bei der in 1a beispielhaft
dargestellten Ausführungsform
umfasst der Befestigungsabschnitt 2 ein Dichtmittel und,
optional, ein Haltemittel 7.
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Das
Dichtmittel weist einen oder mehrere Ringstege 6 auf, die
sich radial nach außen
und über den
gesamten Umfang des Kontaktstiftes erstrecken. Wie in 1a beispielhaft
zu erkennen ist, können wenigstens
zwei Ringstege 6 in axialer Richtung aufeinander folgen.
Das Dichtmittel 6 ermöglicht
ein fluiddichtes Einstecken des Kontaktstifts 1 in eine
Kontaktkammer 8 einer Trennwand 9, wie sie in 2 beispielhaft
dargestellt sind. Die Trennwand 8 kann Teil eines Steckers
oder eines Gehäuses,
beispielsweise eines Aggregates sein. Dabei wird die im Wesentlichen
zylindrische Kontaktkammer 8 durch die wenigstens zwei
Ringstege 6 in axialer Richtung fluiddicht verschlossen.
Die Dichtwirkung wird insbesondere dadurch erreicht, dass sich das
Dichtmittel 6 und die Kontaktkammer 8 radialelastisch
miteinander im Eingriff befinden. Bei der Ausführungsform der 1a ist
hierzu der maximale Außendurchmesser D
der Ringstege 6 größer als
der Innendurchmesser I der radialelastischen Kontaktkammer 8.
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Da
der Kontaktstift 1 in der beispielhaft dargestellten Ausführungsform
mit wenigstens zwei hintereinander angeordneten Ringstegen 6 ausgestaltet ist,
wird eine redundante Abdichtung geschaffen: Wenn ein Ringsteg 6 die
Kontaktkammer 8 nicht vollständig abdichtet, sind noch zwei
weitere Ringstege 6 vorhanden, um eine Leckage zu verhindern.
Damit werden z. B. auch die hohen Dichtigkeitsanforderungen der
Automobilindustrie erfüllt
und auch bei hohen Druckunterschieden auf beiden Seiten der Trennwand 9 die
Leckage verhindert.
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Der
in 2 dargestellte Kontaktstift 1 bildet mit
der Trennwand 9, in der die Kontaktkammer 8 ausgebildet
ist, eine erste Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung 10.
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Die
Kontaktkammer 8 ist mit einer radialelastischen Dichthülse 16 versehen.
Die Ringstege 6 des Kontaktstifts 1 stehen in
einem radialelastischen Eingriff mit der Dichthülse 16, wodurch die
Kontaktkammer 8 abgedichtet ist. Da der Innendurchmesser
I der Dichthülse 16 kleiner
ist als der Außendurchmesser D
der Ringstege 6 entsteht eine partielle Dichtungspressung,
welche die Kontaktkammer auch gegen mit höherem Druck beaufschlagte Fluide
abdichtet. Die Dichthülse 16 ist
entweder als separates, in die Kontaktkammer 8 eingestecktes
Teil aus radialelastischem Material oder mit der Trennwald 9 einteilig ausgestaltet.
Bei der einteiligen Ausgestaltung werden die Trennwand 9 und
die Dichthülse 16 in
einem Zweikomponenten-Spritzgießverfahren
hergestellt. Dabei wird erst das Material der Trennwand 9 und
danach das Material der Dichthülse 16 in
die Spritzgießform
eingespritzt. Beim Aushärten
bilden die beiden unterschiedlichen Materialien eine stoffschlüssige Verbindung.
Bei der Ausgestaltung als separates Bauteil wird die Dichthülse 16 in
die Kontaktkammer 8 eingesteckt und z. B. durch einen Klebstoff
am Umfang mit der Trennwand 9 verbunden.
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Das
Haltemittel 7, das in der Einsteckrichtung E hinter den
Ringstegen 6 im Befestigungsabschnitt 2 angeordnet
ist, erfüllt
eine Doppelfunktion als Anschlag, der die Einstecktiefe des Kontaktstifts 1 in
die Kontaktkammer 8 begrenzt. So verhindert das Haltemittel 7,
dass beispielsweise der erste Ringsteg 6 über die
Kontaktkammer 8 heraussteht und die Kontaktkammer 8 nicht
abdichten kann. Zusätzlich schließt das in
der beispielhaften Ausführungsform
in 2 mit einer konischen Fase versehene Haltemittel 7 die Öffnung der
Kontaktkammer 8 ab und bildet eine Spaltdichtung, so dass
durch den Spalt zwischen dem Haltemittel 7 und der Trennwand 9 nur wenig
Fluid am Haltemittel 7 vorbei in die Kontaktkammer 8 gelangen
kann. Wie in den 1a, 1b und 2 zu
erkennen ist, weist das Haltemittel 7 ebenfalls einen Ringsteg
auf, dessen Durchmesser allerdings größer als der Durchmesser der
Ringstege 6 und der Kontaktkammer 8 ist.
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3 zeigt
mehrere der erfindungsgemäßen Kontaktstifte 1 aus
den 1a und 1b als
Teil einer weiteren Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung 10.
Die Verbindungsanordnung 10 umfasst ein Steckverbindergehäuse 11 mit
der Trennwand 9, einen Aufnahmeblock 12 und mehrere
Kontaktstifte 1.
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Das
Steckverbindergehäuse 11 ist
in der in 3 beispielhaft dargestellten
Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung 10 als
ein zylindrischer Stopfen mit einer Umfangsdichtung 13,
einem Flansch 14 und einer Bajonettnut 15 ausgestaltet.
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Die
Verbindungsanordnung 10 kann mit dem zylindrischen Steckverbindergehäuse 11 in
eine zylindrische Montageöffnung
(nicht dargestellt) eingesteckt werden. Die Montage öffnung kann
beispielsweise in einem Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors, einem
Getriebegehäuse
oder einem Tank angeordnet sein. Der Durchmesser der Montageöffnung entspricht
dabei in etwa dem Außendurchmesser
des Steckverbindergehäuses 11.
Durch den Flansch 14 wird die Einstecktiefe des Steckverbindergehäuses 11 in
der Montageöffnung
in einer Einsteckrichtung E begrenzt. Durch die am Außendurchmesser
des Steckverbindergehäuses 11 angeordnete
Umfangsdichtung 13, die mit ihren Dichtrippen an die Innenwand
der Montageöffnung
drückt,
wird die Montageöffnung
fluiddicht verschlossen.
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In
die am Umfang des Steckverbindergehäuses 11 ausgeformte
Bajonettnut 15 kann ein entsprechender Bajonettstift (nicht
dargestellt), der beispielsweise an einer Überwurfmutter oder -hülse eines
Gegensteckers (nicht dargestellt) angeordnet ist, eingreifen. Durch
ein Verschrauben der Überwurfmutter kann
das Steckverbindergehäuse 11 in
der Montageöffnung
verspannt und gegen ein Herausfallen gesichert werden.
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Das
Steckverbindergehäuse 11 umfasst
weiterhin die Trennwand 9, in der mehrere Kontaktkammern 8 angeordnet
sind. In jeder Kontaktkammer 8 ist in Einsteckrichtung
E (vgl. 1a) ein Kontaktstift 1 eingesteckt.
Die in 3 dargestellten Kontaktkammern 8 der
Trennwand 9 sind jeweils mit einer Dichthülse 16 versehen.
Die Ringstege 6 jedes Kontaktstifts 1 stehen in
einem radialelastischen Eingriff mit den Dichthülsen 16, wodurch die
Kontaktkammer 8 abgedichtet ist. An der Stelle des größten Durchmessers
der in die Dichthülse 16 hineingedrückten Ringstege 6 entsteht
eine partielle Dichtungspressung, welche die Kontaktkammer 8 auch
gegen mit höherem
Druck beaufschlagte Fluide abdichtet.
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Die
Dichthülse 16 ist
beispielsweise aus einem radialelastischen Kunststoff hergestellt,
der gegen aggressive Medien wie die, Benzin oder Diesel unempfindlich
ist und nicht korrodiert. Die im Wesentlichen zylindrische Dichthülse 16 kann
in die Kontaktkammern 8 der Trennwand 9 eingesteckt
und beispielsweise verklebt werden. Vorzugsweise wird die Dichthülse 16 bei
der Herstellung des Steckverbindergehäuses 11 in einem Zweikomponenten-Verfahren
zusammen mit der Trennwand 9 hergestellt. Hierdurch wird
eine komplizierte, zeitaufwendige Montage der Dichthülse 16 vermieden.
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Am
in der Einsteckrichtung E hinteren Ende der Kontaktstiftdurchgänge 8 sind
im Wesentlichen scheibenförmige
jeweils Ausricht- und Zentriermasken 17 angeordnet, durch
die jeweils ein Kontaktabschnitt 3a gesteckt ist. Die Masken 17 sind
mit einer Öffnung
versehen, deren Kontur dem Querschnitt des Kontaktabschnittes 3a entspricht.
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Durch
die Ausricht- und Zentriermasken 17 werden die in die Kontaktkammern 8 eingesteckten Kontaktstifte 1 zentriert.
Die in den Kontaktkammern 8 angeordneten Kontaktstifte 1 können in
der flexiblen Dichthülse 16 radial
etwas bewegt werden. Um ein Taumeln der spitzen Flachkontakte 5 der
Kontaktstifte 1 zu verhindern, werden die Flachkontakte 5 durch
die Ausricht- und Zentriermasken 17 zentrisch fixiert.
Weiterhin werden die Kontaktstifte 1 beim Einstecken in
der Einsteckrichtung E durch die Ausricht- und Zentriermasken 17 hindurch
radial orientiert. Die Ausricht- und Zentriermasken 17 sind
so ausgeformt, dass die Flachkontakte 5 nur in einer vorbestimmten Ausrichtung
durch sie hindurch gesteckt werden können. Da die vorbestimmte Ausrichtung
bei allen Ausricht- und Zentriermasken 17 gleich ist, sind
alle Flachkontakte 5 der Verbindungsanordnung 10 richtungsgleich
ausgerichtet. Dies ist besonders wichtig, weil ansonsten ein Gegenstecker
mit ebenfalls vorbestimmt ausgerichteten Buchsen nicht auf die Flachkontakte 5 gesteckt
werden kann, wenn die Ausrichtungen der Buchsen nicht mit der Ausrichtung der
Flachkontaktstecker übereinstimmt.
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Die
Ausricht- und Zentriermasken 17 sind vorzugsweise einteilig
mit der Trennwand 9 und dem Steckverbindergehäuse 11 ausgestaltet.
Hierdurch ist die Fertigung der Ausricht- und Zentriermasken 17 besonders
kostengünstig
durchführbar
und das Steckverbindergehäuse 11 kann
beispielsweise als Spritzgussteil hergestellt werden.
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Das
Steckverbindergehäuse 11 umfasst
ferner an der in der Einsteckrichtung E hinteren, dem Gegenstecker
zugewandten Trennwandseite eine Axialdichtung 18, welche
die Verbindungsanordnung 10 gegenüber einem aufgesteckten Gegenstecker abdichtet.
Zusätzlich
ist um jeden Flachkontakt 5 ein konzentrischer, in der
Einsteckrichtung E vorstehender Dichtring 19 an der Axialdichtung 18 ausgebildet. Eine
auf einen Flachkontakt 5 aufgesteckte Buchse drückt gegen
den Dichtring 19 und dichtet so jeden Flachkontakt 5 zusätzlich ab.
Dadurch wird verhindert, dass Fluide an die Flachkontakte 5 gelangen können und
dadurch Korrosion oder ein Kurzschluss verursacht werden kann. Die
Axialdichtung 18 ist in axialer Richtung elastisch zusammenpressbar
ausgestaltet.
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Der
Aufnahmeblock 12 ist auf der in der Einsteckrichtung E
vorderen Seite der Verbindungsanordnung 10 in das Steckverbindergehäuse eingesteckt
angeordnet. Der Aufnahmeblock umfasst mehrere Aufnahmeöffnungen 20 mit
federelastischen Rastzungen 21 und ein Verbindungselement 22.
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In
jeder Aufnahmeöffnung 20 ist
jeweils ein Kontaktstift 1 in der Einsteckrichtung E bündig eingesteckt.
Die Rastzungen 21 verhindern, dass die Kontaktstifte 1 entgegen
der Einsteckrichtung E aus dem Aufnahmeblock 12 herausgezogen
werden können. Dabei
verrasten die Rastzungen 21 jeweils mit dem Haltemittel 7 der
Kontaktstifte 1, indem die Rastzungen 21 jeweils
das Haltemittel 7 hintergreifen.
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Durch
das keilförmige
Verbindungselement 22 ist der Aufnahmeblock 12 am
Steckverbindergehäuse 11 gehalten.
Das Verbindungselement 22, das im montierten Zustand in
einer Aussparung 23 des Steckverbindergehäuses 11 eingerastet
ist, ist an einem Federelement 24 angeordnet und kann radial nach
innen bewegt werden, um die Montage bzw. Demontage des Aufnahmeblocks
mit dem Steckverbindergehäuse 11 zu
ermöglichen.
Das Federelement 24 drückt
das Verbindungselement 22 radial nach außen, damit
es selbstständig
in die Aussparung 23 einrastet.
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Bei
der Montage der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung 10 wird
zuerst der Aufnahmeblock 12 in das Steckverbindergehäuse 11 in
der Einsteckrichtung E eingesteckt. Dabei rastet das Verbindungselement 22 in
die Aussparung 23 ein und fixiert den Aufnahmeblock 12 zum
Steckverbindergehäuse 11.
Der Aufnahmeblock 12 ist dabei so zum Steckverbindergehäuse 11 ausgerichtet,
dass die Aufnahmeöffnungen 20 mit
den Kontaktkammern 8 fluchten. Die an ihrem hinteren Kontaktabschnitt 3b mit
jeweils einem elektrischen Leiter verbundenen Kontaktstifte 1 werden
als nächstes
in die Aufnahmeöffnungen 20 eingesteckt.
Die Kontaktstifte 1 werden so weit in die Aufnahmeöffnungen 20 und
die Kontaktkammern 8 eingeschoben, bis das Haltemittel 7 an
die Trennwand 9 anschlägt
und jeder Kontaktstift 1 mit dem Aufnahmeblock 12 bündig abschließt. Beim
Einschieben der Kontaktstifte 1 verrasten die Rastzungen 21 mit
den Haltemitteln 7 der Kontaktstifte 1 und die
Kontaktstifte 1 sind dadurch gegen ein Herausziehen entgegen
der Einsteckrichtung E gesichert. Die so vormontierte Verbindungsanordnung 10 kann
anschließend
in die Montageöffnung,
z. B. eines Zylinderkopfs, eingesteckt werden.
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4 zeigt
eine weitere Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung 10. Im
Folgenden wird nur auf die Unterschiede zu den vorherigen Ausführungsformen
eingegangen.
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Bei
der in 4 beispielhaft dargestellten Verbindungsanordnung 10 hat
der Kontaktstift 1 an seinen beiden Kontaktabschnitten 3 jeweils
eine Sacklochbohrung 4 zur Aufnahme eines elektrischen Leiters
ausgebildet. Dabei wird der Kontaktstift 1 in gleicher
Weise mit dem elektrischen Leiter verbunden wie oben bereits bei
der Ausführungsform
der 2 beschrieben.
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Anders
als bei der in 2 dargestellten Ausführungsform
ist die Kontaktkammer 8 im Wesentlichen länger als
der Kontaktstift 1, so dass der Kontaktstift 1 in
der Kontaktkammer 8 aufgenommen ist. Hierbei ist der Außendurchmesser
D' der Kontaktabschnitte 3 im
Wesentlichen gleich mit dem Innendurchmesser I der Kontaktkammer 8,
wodurch der Kontaktstift 1 leicht und geführt in die
Kontaktkammer 8 einschiebbar ist. Wie bei den übrigen Ausführungsformen
umfasst die Kontaktkammer 8 in 4 eine Dichthülse 16,
in die die Ringstege 6 eingreifen.
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Natürlich sind
auch weitere Abwandlungen des dargestellten Kontaktstiftes 1 möglich. So
kann der Kontaktstift 1 an beiden Enden mit Stift- oder Flachstecker-Kontakten
versehen sein. Auf das separate Haltemittel 7 kann verzichtet
werden, wenn das Dichtmittel 6 eine ausreichende Haltekraft
bereitstellt. In diesem Fall sind Haltemittel 7 und Dichtmittel 6 identisch.