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Hintergrund der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft eine verdrehbare Steckverbinderbaugruppe mit
Verrastung, wie sie beispielsweise bei Winkelsteckergehäusen verwendet
werden, die an einem Aggregat befestigt sind.
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Winkelsteckergehäuse bestehen
aus einem aggregatseitigen Steckerteil, das an einem Aggregat befestigt
ist, und einem dazu winklig angeordneten Abgangssteckerteil. Das
Abgangssteckerteil ist um die Längsachse
des aggregatseitigen Steckerteils drehbar angeordnet. Im Einsatz
muss einerseits die Drehstellung des Abgangssteckerteils verändert werden
können,
um das Winkelsteckergehäuse
an die jeweiligen Einsatzbedingungen anzupassen, andererseits muss
die gewählte
Drehstellung unempfindlich gegenüber
Vibrationen sicher gehalten werden. Folglich muss zum Verdrehen
des Abgangssteckerteils ein gewisses Mindestdrehmoment erforderlich sein,
und in der gewählten
Drehstellung muss eine sichere Rastung erfolgen. Die sichere Rastung
und das Mindestdrehmoment müssen
auch nach einer Vielzahl von Drehvorgängen eingehalten werden.
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Stand der Technik
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Aus
DE 298 13 455 U1 ist
eine verdrehbare Steckverbinderbaugruppe bekannt, die ein äußeres Steckerteil,
das im Querschnitt entlang seines Innenumfangs polygonartig ausgebildet
ist, wobei an den Polygonflächen
Blattfedern vorgesehen sind, und ein inneres Steckerteil umfasst,
das im Querschnitt entlang seines Außenumfangs polygonartig ausgebildet ist
und in dem äußeren Steckerteil
angeordnet ist. In einer Raststellung liegen die Polygonflächen des
inneren Steckerteils an den Blattfedern an. Das erzeugt je nach
gewählter
Federkraft nur eine bedingt stabile Rastung. Werden die beiden Steckerteile
zueinander verdreht, drücken
Außenkanten
des inneren Steckerteils gegen die Blattfedern, was einen Verschleiß erzeugt
und zu einem Abrunden des inneren Steckerteils führt. Durch das Abrunden des
inneren polygonartigen Steckerteils nimmt das zum Verdrehen erforderliche
Drehmoment ab, und dadurch kann eine stabile Rastung nicht mehr
gewährleistet sein.
Ferner wird durch das Verdrehen der Steckerteile ein Abrieb erzeugt,
der das Aggregat beschädigen
kann.
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Aus
DE 195 20 544 A1 ist
ein Winkelsteckergehäuse
mit einem Ringkörper
aus einem begrenzt elastischen Material bekannt, in dem ein im Wesentlichen
kreiszylinderförmig
ausgebildetes inneres Steckerteil angeordnet ist. An dem inneren
Steckerteil sind radiale Nutausnehmungen und radiale Vorsprünge ausgebildet.
Der Ringkörper
umfasst vier in radialer Richtung unverschiebbar befestigte Kugeln, wobei
zwei Kugeln mit den radialen Nutausnehmungen des inneren Steckerteils
und zwei Kugeln mit den radialen Vorsprüngen des inneren Steckerteils
zusammenwirken. Durch die mit den radialen Nutausnehmungen zusammenwirkenden
Kugeln wird eine Rastung bewirkt, und durch die mit den Vorsprüngen zusammenwirkenden
Kugeln wird der Ringkörper vorgespannt,
was für
eine sichere Rastung erforderlich ist. Die Kugeln sind derart angeordnet,
dass sie mit einer radialen Außenumfangsnut
des inneren Steckerteils und einer radialen Innenumfangsnut eines äußeren Steckerteils
zusammenwirken, so dass die Steckerteile nicht in axialer Richtung
verschoben werden können.
Die Kugeln erzeugen auf den durch die Nutausnehmungen und durch
die Vorsprünge
gebildeten Rastmittel eine hohe punktförmige Belastung, was zu einem
schnellen Verschleiß führt. Ferner
ist es nicht möglich,
mit einfachen Mitteln das zum Verdrehen des Steckerteils erforderliche
Drehmoment anzupassen, da hierzu das innere Steckerteil vom äußeren Steckerteil
gelöst
werden muss, um den Ringkörper
auszuwechseln. Ferner kann die durch die Kugeln in radialer Richtung
erzeugte Kraft nur durch eine aufwändige Berechnung aus dem Kugeldurchmesser,
der Geometrie des Ringskörpers, dem
Ringkörpermaterial
und den Abmessungen der radialen Nutausnehmungen und der Vorsprünge des inneren
Steckerteils bestimmt werden. Die einzelnen Rastpositionen sind
um einen relativ großen
Winkel versetzt, da zwischen zwei Rastnuten der Vorsprung zum Spannen
des Rings ausgebildet sein muss.
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Aufgabe der Erfindung
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, eine verdrehbare Steckverbinderbaugruppe
mit einer sicheren Rastung bei niedrigem Verschleiß zu schaffen.
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Erfindungsgemäße Lösung
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe durch eine verdrehbare Steckverbinderbaugruppe gelöst, die
ein erstes Steckerelement und ein zweites Steckerelement umfasst,
das im Wesentlichen kreishohlzylinderförmig ausgebildet ist, wobei
das erste Steckerelement und das zweite Steckerelement zumindest
teilweise ineinander angeordnet und gegeneinander verdrehbar sind,
das zweite Steckerelement am Umfang Rastzähne aufweist, die dem ersten
Steckerelement zugewandt sind, und in dem ersten Steckerelement
eine Mehrzahl von radial beweglichen Raststiften und eine Mehrzahl
von Federelementen angeordnet ist, wobei jedes Federele ment einen Raststift
radial in Richtung auf die Rastzähne
des zweiten Steckerelements hin drängt.
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Vorteile, Ausgestaltung und Weiterbildungen
der Erfindung
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Durch
die Rastzähne
des zweiten Steckerelements und die Raststifte wird eine großflächige Berührung zwischen
diesen erreicht, was aufgrund der daraus resultierenden größeren Anlagefläche und der
daraus resultierenden niedrigeren Flächenpressung den Verschleiß reduziert.
Ferner wird der Verschleiß dadurch
reduziert, dass die Raststifte radial beweglich angeordnet sind.
Diese Anordnung des Raststifts und des Federelements ermöglicht deren einfachen
Austausch, wodurch sich das zum Verdrehen erforderliche Drehmoment
mit einfachen Mitteln verändern
lässt.
Der Raststift muss nicht notwendigerweise einen runden Querschnitt
aufweisen, sondern die Aufgabe der Erfindung kann auch durch einen
Raststift mit einem polygonartigen Querschnitt gelöst werden.
An einem axialen Ende des Raststifts kann ein zusätzliches
Element angeordnet sein, beispielsweise, um den Raststift zu lagern
oder zu führen.
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Bei
der verdrehbaren Steckverbinderbaugruppe kann in einer Raststellung
des zweiten Steckerelements jeder Raststift zwischen je zwei Rastzähnen einrasten.
Dadurch wird eine besonders stabile Verrastung erzielt. Die Verrastung
kann hörbar erfolgen.
Durch die mehrfache Verrastung ergibt sich eine erhöhte Sicherheit
gegenüber
Rütteln
und Vibrationen. Die Federelemente können temperaturstabil aus Metall
gebildet sein.
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Bei
der verdrehbaren Steckverbinderbaugruppe können die Raststifte unabhängig voneinander
beweglich sein, da jedem Raststift ein Federelement zugeordnet ist
und die Raststifte unabhängig voneinander
gelagert sind. Dadurch kann die Steckverbinderbaugruppe besonders
einfach aufgebaut werden, und die Steckverbinderbaugruppe ist unempfindlicher
gegenüber
Herstellungstoleranzen.
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Bei
der verdrehbaren Steckverbinderbaugruppe können in dem ersten Steckerelement
zwei Raststifte und zwei Federelemente, die je mit einem der Raststifte
zusammenwirken, angeordnet sein, wodurch eine besonders kostengünstige verdrehbare
Steckverbinderbaugruppe erreicht wird.
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Bei
der verdrehbaren Steckverbinderbaugruppe kann das Federelement blattfederartig
ausgebildet sein. Die Federkonstante einer Blattfeder kann mit einfachen
Mitteln genau bestimmt werden, was ein deterministisches Rast- und
Entrastmoment zufolge hat.
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Bei
der verdrehbaren Steckverbinderbaugruppe kann das erste Steckerelement
ein Rahmenelement mit radialen Öffnungen
umfassen, wobei je ein Raststift in einer Öffnung angeordnet ist und das Rahmenelement
und das zweite Steckerelement ineinander angeordnet sind.
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Bei
der verdrehbaren Steckverbinderbaugruppe kann das Rahmenelement
kreiszylinderförmig
ausgebildet sein.
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Bei
der verdrehbaren Steckverbinderbaugruppe kann das erste Steckerelement
eine Mehrzahl von Ausnehmungen umfassen, in denen je ein Federelement
angeordnet ist. Dadurch sind die Federelemente durch besonders einfache
Mittel angeordnet und können
zum Ändern
des für
die Drehung erforderlichen Drehmoments mit einfachen Mitteln ausgetauscht
werden. Durch die Ausnehmungen kann der Federweg des Federelements
verlängert werden.
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Bei
der verdrehbaren Steckverbinderbaugruppe kann in mindestens einer
Ausnehmung ein Abstützelement
zum radialen Abstützen
des Federelements vorgesehen sein. Das Abstützelement kann das Federelement
vorspannen.
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Bei
der verdrehbaren Steckverbinderbaugruppe können die Rastzähne des
zweiten Steckerelements einen im Wesentlichen trapezförmigen Querschnitt
aufweisen. Einerseits ermöglichen
die im Wesentlichen trapezförmigen
Rastzähne,
dass beim Verdrehen des ersten Steckerelements die schrägen Seitenflächen eines
im Wesentlichen trapezförmigen Rastzahns
den Raststift radial gegen das Federelement drängen, andererseits stellen
die im Wesentlichen trapezförmigen
Rastzähne
eine sichere Rastung bereit, was ein sicheres Verrasten bei niedrigem Verschleiß ermöglicht.
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Bei
der verdrehbaren Steckverbinderbaugruppe kann der Raststift um seine
Längsachse drehbar
angeordnet sein. Dadurch wird eine besonders verschleißarme verdrehbare
Steckverbinderbaugruppe erreicht.
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Bei
der verdrehbaren Steckverbinderbaugruppe kann der Raststift aus
einem weicheren Material als die Rastzähne gebildet sein. Dadurch
wird ein eventueller Verschleiß der
Rastzähne
weiter reduziert, und ein eventueller Verschleiß tritt hauptsächlich an
dem Raststift auf, der jedoch bei der erfindungsgemäßen verdrehbaren
Steckverbinderbaugruppe mit einfachen Mitteln austauschbar ist.
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Bei
der verdrehbaren Steckverbinderbaugruppe kann sich das zweite Steckerelement
zumindest teilweise in dem ersten Steckerelement befinden, die Außenumfangsfläche des
zweiten Steckerelements kann der Innenumfangsfläche des Rahmens zugewandt sein
und die Raststifte können
durch das jeweilige Federelement radial nach innen gegen die am
Außenumfang
des zweiten Steckerelements gebildeten Rastzähne gedrängt werden.
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Bei
der verdrehbaren Steckverbinderbaugruppe kann der Raststift integral
mit dem Federelement ausgebildet sein. Beispielsweise könnte das Federelement
eine den Rastzähnen
zugewandte Ausbuchtung aufweisen.
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Ferner
schafft die Erfindung einen Drehmoment-Einstellsatz mit einem Raststift
und/oder einem Federelement, die dazu ausgebildet sind, in der zuvor
beschriebenen erfindungsgemäßen verdrehbaren
Steckverbinderbaugruppe verwendet zu werden. Aufgrund des Aufbaus
der erfindungsgemäßen verdrehbaren
Steckverbinderbaugruppe kann ein Raststift und/oder ein Federelement
mit einfachen Mitteln während
der Herstellung variiert werden oder im Einsatz ausgetauscht werden,
wodurch sich das zum Verdrehen erforderliche Drehmoment ändern lässt.
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Kurzbeschreibung der Zeichnung
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Nachfolgend
wird ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung anhand der Zeichnung näher
beschrieben.
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1 zeigt
eine perspektivische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen verdrehbaren
Steckverbinderbaugruppe.
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Detaillierte Beschreibung
der Ausführungsformen
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Im
Folgenden werden räumliche
Beziehungen, beispielsweise oben, unten, innen, außen, etc., verwendet,
um das Ausführungsbeispiel
anschaulich zu beschreiben. Der Fachmann versteht, dass das der
anschaulichen Beschreibung dient und nicht als Beschränkung zu
verstehen ist.
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1 zeigt
eine verdrehbare Steckverbinderbaugruppe 1 mit einem ersten
Steckerelement 2 und einem zweiten Steckerelement 4,
das kreishohlzylinderförmig
ausgebildet ist und eine radiale Richtung und eine axiale Richtung
definiert, wobei das zweite Steckerelement 4 in dem ersten
Steckerelement 2 angeordnet ist. Das zweite Steckerelement 4 um fasst
im Querschnitt im Wesentlichen trapezförmige Rastzähne 10, die dem ersten
Steckerelement 2 zugewandt sind und sich entlang des Außenumfangs des
zweiten Steckerelements 4 axial erstrecken. Das erste Steckerelement 2 umfasst
vier Raststifte 6, die in einem Rahmenelement 12 radial
beweglich angeordnet sind. Die Längsachse
der Raststifte 6 ist in der axialen Richtung ausgerichtet.
Das erste Steckerelement 2 umfasst vier Federelemente 8,
die als Blattfeder ausgebildet sind und sich in der axialen Richtung und
bogenförmig
in Umfangsrichtung erstrecken. Die Federelemente 8 sind
derart vorgespannt, dass sie je einen zugeordneten Raststift 6 radial
gegen das zweite Steckerelement 4 drängen.
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Die
bogenförmigen
Federelemente 8 befinden sich in bogenförmigen Ausnehmungen 16 und werden
je durch zwei Abstützelemente 18 radial
abgestützt.
Zwischen den Ausnehmungen 16 und dem zweiten Steckerelement 4 ist
das Rahmenelement 12 ausgebildet. Die Raststifte sind unabhängig voneinander
in radial ausgebildeten Öffnungen 14 des
Rahmenelements 12 beweglich. Das Federelement 8 könnte beliebig
angeordnet und ausgebildet sein, solange es eine radiale Kraft auf
den Raststift 6 ausübt. Die
Raststifte 6 und die Rastzähne 10 müssen nicht notwendigerweise
in axialer Richtung verlaufen, sie können auch schräg zur axialen
Richtung verlaufen.
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Das
erste Steckerelement 2 ist Teil eines (nicht gezeigten)
aggregatseitigen Steckerteils, das an ein Aggregat angeschlossen
werden kann, und das zweite Steckerelement 4 ist Teil eines
(nicht gezeigten) Abgangssteckerteils. Das aggregatseitige Steckerteil
und das Abgangssteckerteil bilden das Winkelsteckergehäuse.
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Wird
das zweite Steckerelement 4 bezüglich des ersten Steckerelements 2 verdreht,
drängen
die schrägen
Seitenflächen
der im Wesentlichen trapezförmigen
Rastzähne 10 den
Raststift 6 gegen das Federelement 8, das eine
Gegenkraft erzeugt, die gegen den Rastzahn 10 wirkt. Dadurch
entsteht das zum Verdrehen und Entrasten des ersten Steckerelements 2 erforderliche
Drehmoment. Die Kraft bzw. das Drehmoment können durch unterschiedliche Auslegung
des Durchmessers der Raststifte 6 und des Federelements 8 geändert werden.
Die Entrastung erfolgt verschleißarm, da keine plastische Verformung
auftritt. Das Federelement 8 nimmt elastisch die radiale
Bewegung des Raststifts 6 auf, ohne dass eine plastische
Verformung des ersten Steckerelements 2 oder des zweiten
Steckerelements 4 oder der Rastzähne 10 auftritt.
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Wird
das zweite Steckerelement 4 weiter gedreht, so dass die
dem ersten Steckerelement 2 zugewandte radial äußere Fläche des
im Wesentlichen trapezförmigen
Rastzahns 10 den Raststift 6 berührt, befindet
sich der Raststift 6 in einer Position großer radialer
Verschie bung, und das Federelement 8 erreicht einen Zustand
höherer
Federspannung. Wird das zweite Steckerelement 4 weiter
gedreht, drängt das
Federelement 8 aufgrund seiner Federspannung den Raststift 6 in
eine im Wesentlichen trapezförmige Nut
zwischen zwei Rastzähnen 10.
Dadurch wird eine zuverlässige
Rastung erreicht. Eine spielfreie Rastung kann erreicht werden,
falls der Raststift 6 in seiner Rastposition die schrägen Seitenflächen von zwei
im Wesentlichen trapezförmigen
Rastzähnen 10 berührt.
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In
der Raststellung der Steckverbinderbaugruppe 1 befinden
sich alle Raststifte 6 in einer Rastposition zwischen je
zwei Rastzähnen 10,
wodurch eine sichere Klemmung erreicht wird. Das zum Verdrehen des
zweiten Steckerelements 4 bezüglich des ersten Steckerelements 2 erforderliche
Drehmoment erzeugt durch die Raststifte 6 eine Kraft auf
die Rastzähne 10,
um die Raststifte 6 zu Entrasten. Da beim Entrasten alle
Raststifte 6 aus ihrer Rastposition bewegt werden, ist
eine Entrastkraft, die von einem Raststift 6 auf den jeweiligen
Rastzahn 10 ausgeübt wird,
bei einem gegebenen Drehmoment, das zum Verdrehen erforderlich ist,
relativ niedrig, da die aus dem Drehmoment resultierende Entrastkraft
auf eine Mehrzahl von Raststiften 6 und eine Mehrzahl von Rastzähnen 10 aufgeteilt
wird. Dadurch kann der Verschleiß reduziert werden. Wie zuvor
erwähnt
wurde, erstrecken sich die Rastzähne 10 und
die Raststifte 6 in axialer Richtung, wodurch eine verschleißmindernde
größere Berührungsfläche bzw.
größere Anpressfläche zwischen
diesen entsteht. Die Rastzähne
müssen
sich nicht notwendigerweise axial erstrecken, sie können sich
auch parallel zueinander und schräg zur axialen Richtung erstrecken.
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Der
Fachmann erkennt, dass das im Wesentlichen trapezförmige Profil
der Rastzähne 10 abgerundet
sein kann, um den Verschleiß weiter
zu minimieren. Ferner kann die radial äußere Fläche des im Wesentlichen trapezförmigen Rastzahns 10 reduziert
werden, so dass ein nahezu dreieckiges Profil des Rastzahns 10 entsteht,
wodurch der Abstand der Rastpositionen reduziert wird. Diese Ausgestaltung des
Rastzahns 10 wird als äquivalent
angesehen. Die im Wesentlichen trapezförmigen Rastzähne 10 erreichen,
dass die Steckverbinderbaugruppe 1 unempfindlich gegenüber Herstellungstoleranzen
ist.
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Ist
der Raststift 6 in dem ersten Steckerelement 2 drehbar
angeordnet, ist die verdrehbare Steckverbinderbaugruppe 1 besonders
verschleißarm.
Ferner kann der Raststift 6 aus einem weicheren Material
als die Rastzähne 10 des
zweiten Steckerelements 4 gebildet sein. Eine etwaig auftretende
Reibung in der verdrehbaren Steckverbinderbaugruppe 1 führt dann
nicht zu einem Verschleiß der Rastzähne 10 des
zweiten Steckerelements 4, sondern lediglich zu einem Verschleiß des bei
der erfindungsgemäßen verdrehbaren
Steckverbinderbaugruppe 1 leicht auswechselbaren Raststifts 6.
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Die
Reibung und somit das Drehmoment können durch eine geeignete Oberflächenbeschichtung
der Rastzähne 10,
der Raststifte 6 und/oder der Federelemente 8 reduziert
werden. Ferner kann eine Schmierung vorgesehen werden.
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Der
Raststift 6 kann integral mit dem Federelement 8 ausgebildet
sein. Beispielsweise könnte das
Federelement 8 eine den Rastzähnen 10 zugewandte
Ausbuchtung aufweisen, die als Raststift 6 wirkt.
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Ein
(nicht gezeigter) Drehmoment-Einstellsatz umfasst mindestens einen
Raststift 6 und/oder mindestens ein Federelement 1.
Bei der erfindungsgemäßen verdrehbaren
Steckverbinderbaugruppe 1 kann das Federelement 8 und
das Raststift 6 mit einfachen Mitteln ausgetauscht werden.
Durch Einsetzen eines Federelements 8 mit einer anderen
Federstärke,
beispielsweise einer anderen Federkonstante oder anderen Abmessungen,
oder eines Raststifts 6, der beispielsweise aus einem anderen
Material gebildet ist oder einen anderen Durchmesser aufweist, kann
das zum Drehen des zweiten Steckerelements 4 erforderliche
Drehmoment geändert
werden.
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Die
erfindungsgemäße verdrehbare
Steckverbinderbaugruppe 1 wurde derart beschrieben, dass
sich das zweite Steckerelement 4 in dem ersten Steckerelement 2 befindet
und die Rastzähne 10 radial
nach außen
gerichtet sind. Der Fachmann erkennt jedoch, dass eine derartige
verdrehbare Steckverbinderbaugruppe 1 auch umgekehrt aufgebaut sein
kann.