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Die
Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Gerätesteckverbinder,
gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf einen Gerätesteckverbinder, bestehend
aus einem Gerätestecker und einer Gerätebuchse.
Unter Gerätestecker und Gerätebuchse sowie unter
Gerätesteckverbinder, im Sinne der vorliegenden Erfindung,
sind solche Steckverbinder zu verstehen, die fest an einem Gerät
vorzugsweise in einem Montageausschnitt einer Gehäusewand
eingebaut sind. In bekannten Anwendungen kann in solch eine Gerätebuchse
oder in solch einen Gerätestecker jeweils ein Kabelstecker
beziehungsweise eine Kabeldose eingeführt werden zur elektrischen Verbindung
mit dieser. Unter Kabelstecker und Kabeldosen sind korrespondierende
Steckverbinder gemeint, die mit einer Leitung verbunden sind. Es
gibt jedoch zahlreiche Anwendungsfälle, bei denen nicht ein
so genannter freier Kabelstecker oder eine freie Kabeldose mit einem
solchen Gerätestecker beziehungsweise einer Gerätebuchse
zu verbinden ist, sondern ein erstes Gerät mit einem zweiten
Gerät in elektrischen Kontakt zu bringen ist. Vorzugsweise
ist am ersten Gerät ein Gerätestecker und am zweiten Gerät
eine Gerätebuchse montiert, die korrespondierend zueinander
ausgerichtet sind und so bei Bewegung des zweiten Gerätes
relativ zum ersten Gerät in elektrischen Kontakt zu bringen
sind.
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In
der Praxis sind beispielsweise solche Geräte auf Förderschienen
befestigt oder an Montagevorrichtungen angebracht, die relativ zueinander
bewegbar sind. Beispielsweise werden bei elektrisch angetriebenen
Fahrrädern oder Fahrzeugen der Versorgungsbatteriepack
mit dem Ladebatteriepack bei Bedarf in elektrische Verbindung gebracht
und nach einem Ladevorgang wieder von diesem getrennt. Hierzu ist
die Ladevorrichtung auf einem Gestell am Fahrzeug montiert, welches
beweglich zu der Versorgungseinrichtung angeordnet ist. Zur Kontaktierung wird
die erste Einrichtung relativ zur zweiten Einrichtung bewegt, solange
bis der erste Gerätestecker mit der korrespondierenden
Gerätebuchse am zweiten Gerät in Eingriff gebracht
ist. Hierbei treten allerdings die Probleme auf, dass das erste
Gerät und das zweite Gerät in Bezug auf Einbaulage
und Position, sowie fertigungsbedingt Toleranzen unterliegen, das
heißt, es ergeben sich einerseits Toleranzen bedingt durch den
Einbau der Geräte zueinander, andererseits durch die geometrischen Abmessungen
der Geräte selbst und drittens durch die Führungselemente
und beweglichen Elemente um die Geräte zueinander relativ
zu bewegen. Durch Addition all dieser Toleranzen kann es vorkommen,
dass sich bei Verschieben des ersten Gerätes zum zweiten
Gerät dieses nicht mehr mit dem ersten in elektrische Verbindung
bringen lässt, beziehungsweise der Gerätestecker
und die Gerätebuchse nicht mehr zueinander fluchten und
daher fehlerhaft zueinander ausgerichtet sind. Ähnliche
Schwierigkeiten treten auf, bei gelenkig miteinander verbundenen
und zueinander beweglichen Bauteilen, die mit elektrischen Verbrauchern
ausgerüstet sind, welche von einer gemeinsamen, in einem der
Bauteile installierten elektrischen Energiequelle gespeist werden,
nämlich eine funktionsfähige und störungsunanfällige
elektrische Verbindung zwischen den beweglichen Bauteilen herzustellen.
Hierbei darf einerseits die Beweglichkeit der Bauteile durch die elektrische
Verbindungen nicht eingeschränkt werden, aber ebenso wenig
die Wirkungsweise und die Lebensdauer nachteilig beeinträchtigt.
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Die
DE 35 36 142 widmet sich
der gleichen Problematik, nämlich das Eliminieren von Toleranzen bei
gelenkig zueinander gelagerten elektrischen Bauteilen, sprich bei
einer PKW-Autotür und dem PKW selbst, in welchem korrespondierende
Steckverbinderpaare untergebracht sind, die durch Öffnen
der Tür beziehungsweise durch Schließen der Tür
wahlweise in elektrischem Kontakt oder in elektrischen Unterbrechung
gebracht werden. Auch hier spielen fertigungs- und montagebedingte
Lagetoleranzen zwischen den montierten Bauteilen eine wesentliche Rolle
für die Funktionsweise und die Lebensdauer einer solchen
elektrischen Steckverbindung.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine elektrische Gerätesteckverbindung
gattungsgemäßer Art zu schaffen, die fertigungs-
und montagebedingte Lagertoleranzen zwischen den beweglichen Geräten,
insbesondere dem Gerätestecker und der Gerätebuchse,
auszugleichen gestattet beziehungsweise diese während des
Steckvorgangs durch Toleranzausgleich zu eliminieren. Weitere Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, einen Gerätestecker
und eine Gerätebuchse bereitzustellen, die einfach zu montieren
ist und keine Veränderungen an der Geräteseite
notwendig sind, so dass solche Steckverbinderpaare in herkömmliche
Gehäusewände von Geräten einsetzbar sind,
um fertigungs- und montagebedingte Lagetoleranzen zueinander auszugleichen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, gleichzeitig
den Gerätestecker oder die Gerä tebuchse derart
auszugestalten, dass eine Dichtwirkung zur Umwelt insbesondere gegen
Umwelteinflüsse Feuchtigkeit und Schmutz gegeben ist. Weitere
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine solche Lösung
zu finden, die neben den zuvor genannten Eigenschaften eine sichere
und stabile Montage ermöglicht.
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Gemäß der
Erfindung wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruch
1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich
aus den Unteransprüchen.
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Der
Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, einen Gerätesteckverbinder
mit einer Gleitkupplung auszustatten, so dass der gesamte Gerätesteckverbinder
in seiner Montageposition relativ zu seiner Lage gleitend bewegbar
ist. Weiterhin liegt der Erfindung der Gedanke zugrunde, dass die
Gleitkupplung gleichzeitig als Toleranzausgleichmittel für
die Gerätesteckverbindung in einer Richtung senkrecht zu Gleitebene
dient und in seiner Dicke federnd ausgebildet ist. Dadurch wird
die Haltekraft für ein Befestigungsmittel zur Arretierung
des Steckverbinders an der Gerätewand durch die Gleitkupplung
erzeugt.
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Im
Folgenden wird der Erfindungsgedanke an nur einem der beiden Gerätesteckverbinderpaare, nämlich
dem Gerätestecker, beschrieben. Bevorzugt wird der Gerätestecker
mit einem Flansch ausgebildet, welcher eine Anlagefläche
für den Gerätesteckverbinder senkrecht zu seiner
Steckrichtung bildet. Der Steckverbinder verfügt weiterhin über
eine Steckkontur, die ebenfalls senkrecht zum Flansch angeordnet
ist. Ein erfindungsgemäßer Gerätestecker
umfasst daher einen Flansch, an dem eine Gleitkupplung angebracht
ist, welche zwischen der Gehäusewand und dem Anlageflansch
des Steckverbinders zum Gehäuse angeordnet ist. Anders
ausgedrückt bedeutet dies, bei der Montage eines Gerätesteckverbinders
in ein Gehäuse, beziehungsweise in eine korrespondierende
Gehäuseöffnung, liegt der Flansch an der Außenseite
des Gehäuses an und zwischen der Gehäusewand und
einem Befestigungsmittel ist eine Gleitkupplung derart angeordnet, dass
der Gehäuseflansch über die Gleitkupplung relativ
zur Gehäusefläche hin- und her bewegbar ist und
somit parallel zur Flanschfläche verschiebbar ist und zwar
so weit, bis die Außenkontur des Gerätesteckers,
welche in das Gehäuse hineinragt, mit den Kanten der Gehäuseöffnung
zur Anlage kommt. Bevorzugt wird daher, als Gehäuseausschnitt
ein Durchmesser gewählt, beziehungsweise eine Ausschnittsform
gewählt, die der Geometrie des Steckverbinders entspricht,
aber zu dieser um den gewünschten Toleranzausgleichsbereich
vergrößert ausgebildet ist. Der erfindungsgemäße
Steckverbinder weist weiterhin mehrere Rastnasen auf, die dazu geeignet
sind, den Steckverbinder von der Innensite des Gehäuses,
mittels dem zuvor benannten Befestigungsmittels an dem Gehäuse über
die Gleitkupplung zu verrasten. Um eine möglichst gleichmäßige und
flächige Anlage zu erzielen, ist es vorteilhaft, mehrere
radial umfängliche Rastmittel, vorzugsweise Rastnasen,
an dem Gerätesteckverbinder anzubringen und zwar an dem
Teil des Gerätesteckers, welcher in das Gehäuse,
beziehungsweise durch die zu montierende Gehäuseöffnung,
in das Gehäuse hineinragt in eine Position, in der ein
Befestigungsmittel gegen die Rastnase und unter Kompression der Gleitkupplung
verrastbar anzuordnen ist.
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Erfindungsgemäß hat
die Gleitkupplung in der Einbausituation vier Aufgaben. Nämlich
die des Toleranzausgleichsmittels senkrecht zur Steckrichtung und
damit senkrecht zum Flansch, sowie die Funktion der Erzielung der
gewünschten Bewegungsfreiheit parallel zur Flanschebene,
weiterhin die Aufgabe, der Abdichtung zum Gehäuseinneren und
die Erzeugung der notwendigen Haltekraft durch Kompression.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform ist somit der Gerätestecker
für eine Vorwand- oder wahlweise Rückwandmontage
geeignet. Bei der Vorwandmontage wird der Steckverbinder von Außen durch
das Gehäuse geschoben bis der Flansch an der Gehäusewand
anliegt. Vom Gehäuseinneren wird die Gleitkupplung zur
Anlage mit der Gehäusewand derart gebracht, dass diese über
die in das Gehäuse hineinragende Anschlusskontur des Steckverbinders
geschoben wird und dann mittels des Befestigungsmittels zur Anlage
mit der Gehäusewand gebracht wird, derart, dass das Befestigungsmittel
gegen die Gleitkupplung gedrückt wird, bis dieses mit den
Rastnasen verrastet und den Gerätestecker in seiner Montageposition
mit der Gehäusewand gleitend fixiert. In dieser Einbausituation
ist gewährleistet, dass der Gerätestecker parallel
zur Fläche des Gehäuses gleitend verschoben werden
kann und zwar abhängig davon, wie groß die Montageöffnung gewählt
wurde. Hierzu sind Flanschdurchmesser, Gehäuseöffnung
und Gleitkupplungsgröße und Kompressionsfähigkeit
jeweils aufeinander abzustimmen und entsprechend den zu erwarteten
Toleranzen im Gesamtsystem auszulegen.
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An
der Steckkontur des Gerätesteckers befinden sich Einlaufschrägen
zur Findung mit dem korrespondierenden Gegenstecker, nämlich
der Gerätebuchse. Erfindungsgemäß sind
auf der Gerätebuchseseite an den Kontaktbuchsenöffnungen
Einführtrichter ausgebildet, die dafür sorgen,
dass im Rahmen der Toleranz die korrespondierende Gegenseite des
Gerätesteckers, nämlich die Steckkontur auf die Schräge
der buchsenförmigen Öffnungen aufläuft und
in Folge der bei zunehmenden Steckvorgang erzeugten Kraft, parallel
zur Gehäusewand wunschgemäß verschoben
wird, bedingt durch die Funktion der Gleitkupplung. Anders ausgedrückt
bedeutet dies, dass zwei Geräte, die zueinander positioniert
sind und miteinander in Eingriff gebracht werden sollen und nicht
exakt zueinander ausgerichtet sind, die Steckkontur des Gerätesteckers
auf dem Flansch der korrespondierenden Gerätebuchse aufläuft
und dadurch ein Stecken verhindert werden würde. In dem vorliegenden
Fall jedoch ist der Trichter so weit ausgebildet, dass die fertigungs-
und montagebedingten Toleranzen damit abgefangen werden, so dass
die Steckkontur, sprich die Einführschrägen an
der Steckkontur des Gerätesteckers auf die Schrägen des
Einführtrichters auf der Gerätebuchseseite treffen
und diesen in seiner relativen Lage über die Gleitkupplung
soweit verschieben, bis ein Eintauchen der Steckkontur in die korrespondierende
Buchsenkontur möglich ist. Werden beide Steckerpaare, also
der Gerätestecker und die Gerätebuchse mit einer
erfindungsgemäßen Gleitkupplung versehen, so können in
diesem Rahmen doppelte Ausgleichswege genutzt werden, ohne die Monatgeausschnitte
entsprechend vergrößern zu müssen. Durch
die Wahl der Gleitkupplung werden gleichzeitig Unebenheiten in der Gehäusewand
aufgefangen und Toleranzen, die die Planparallelität von
der ersten Gehäusewand zur zweiten Gehäusewand
bedingen, ebenfalls ausgeglichen. Erfindungsgemäß eignet
sich vorzugsweise zur Ausbildung einer solchen Gleitkupplung mit
Toleranzausgleichseffekt und mit der Funktion zur Dichtung zum Außenbereich
hin eine Gleitkupplung aus Zellkautschuk. Zusätzlich zur
Ausbildung mit einer Gleitkupplung auf der Innenseite der Gehäuse-
und Montagewand kann natürlich der erfindungsgemäße Steckverbinder
auch mit einer Gleitkupplung auf der Außenseite des Flansches
ausgeführt werden. Alternativ kann natürlich zur
Ausbildung der Steckkontur mit Einführschrägen
und den korrespondierenden Einführtrichter auf der Buchsenseite
eine Kontur angeordnet werden, die dazu dient, den Steckverbinder über
einen definierten Toleranzbereich entlang einer auf der Gegenseite
gebildeten Führungsfläche beziehungsweise gebildeten
Einführschrägen so auszurichten, dass der Steckverbinder
in die gewünschte Lage bewegt wird. Weitere Vorteile und
zweckmäßige Ausführungen der Erfindung
sind in den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung
und den Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
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1 eine
perspektivische, teilgeschnittene Darstellung eines Gehäusesteckverbinders,
bestehend aus einem Gehäusestecker und einer Gehäusebuchse,
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2 eine
seitliche Ansicht eines erfindungsgemäßen Steckverbinders
gemäß 1,
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3 eine
geschnittene Darstellung der Steckverbindung gemäß 2,
-
4 eine
Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Steckverbinders
gemäß 2 im gesteckten Zustand.
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In 1 ist
beispielhaft ein vierpoliger Gerätesteckverbinder 1,
umfassend einen Gerätestecker 2 und eine Gerätebuchse 3 dargestellt.
Der Gerätestecker 2 ist in ein Gehäuse
eingebaut, von dem nur ein teilovaler Abschnitt der ersten Gehäusewand 4 gezeigt
ist. In ähnlicher Weise ist die Gerätebuchse 3 in
ein zweites Gehäuse eingebracht, von dem nur ein zweiter
Gehäuseabschnitt, sprich ein zweiter Teilausschnitt einer
Gehäusewand 5 gezeigt ist. Der Gerätestecker 2 ist
von Außen durch die erste Gehäusewand 4 hindurch
geschoben dargestellt und von hinten mit einem ersten Befestigungsmittel 11,
nämlich einem Befestigungsring befestigt. Zwischen dem
Befestigungsring 11 und der ersten Gehäusewand 4 befindet
sich eine erste Gleitkupplung, ausgebildet als Toleranzausgleichsmittel.
Der Gerätestecker 2 verfügt ferner über
erste Rastnasen 15, die umfänglich an dem Gerätestecker 2 angeordnet
sind, nämlich an einem Ringabschnitt 19, welcher
radial um den Anschlussbereich 21 des Gerätesteckers 2 angeordnet ist.
Der Anschlussbereich 21 der in das hier nicht dargestellte
Gehäuse hineinragt, verfügt über vier
Kontaktaufnahmen, nummeriert mit 1, 2, 3 und 4 und ist als ringförmige
Kontur ausgebildet. Um diese, im Anschlussbereich 21 angeordnet,
befindet sich der Ringabschnitt 19, der wie hier in 1 dargestellt
federnd ausgebildet ist und über die ersten Rastnasen 15 verfügt.
Um die Federeigenschaften zu optimieren, ist der Ringabschnitt 19 nicht
umfangsgeschlossen, sondern verfügt über einen
Schlitz 22. Jede Rastnase 15 ist so an dem Ringabschnitt 19 angeordnet,
dass diese durch Ausnehmungen 23 im Ringabschnitt 19 unterbrochen
wird. Dadurch kann einerseits der Ringabschnitt 19, bedingt
durch den Schlitz 22, federn und zusätzlich die
Rastnasen 15 durch die Ausnehmungen 23 zusätzlich
federn. Dies erleichtert die Montage des ersten Befestigungsmittels 11 mit
dem ersten steckseitigen Befestigungsmittel 13. Als steckseitiges
Befestigungsmittel 13 ist hier der Ringabschnitt 19 mit
den Rastnasen 15 gemeint. Nicht dargestellt in dieser Ansicht
ist der Flansch 6 des Gerätesteckers 2,
welcher an der Außenseite der ersten Gehäusewand 4 zur
Anlage kommt. Korrespondierend hierzu befindet sich weiter rechts
oben in der 1, die Gerätebuchse 3,
die von Außen durch eine zweite Gehäusewand 5 in
ihre Montagestellung gebracht wurde. Hierbei kommt der Flansch 7 der Gerätebuchse 3 mit
der zweiten Gehäusewand 5 des zweiten Gehäuses
zur Anlage. Der Aufbau und die Befestigung mit der Gehäusewand
und der zweiten Gleitkupplung 10, gemäß 2,
ist im Wesentlichen spiegelbildlich zur der des Gerätesteckers 2 ausgebildet.
Wie in 2 ersichtlich, ist bei dieser Ausführungsform
der Gerätestecker 2 mit einer Kontakte tragenden
Steckkontur 8 versehen, an deren steckseitigem Ende Einführschrägen 17 angeordnet
sind. Wie weiterhin in 2 ersichtlich, liegt der Flansch 7 und die
zweite Gleitkupplung 10 jeweils an der Innen- beziehungsweise
Außenseite der zweiten Gehäusewand 5 an.
Die Gerätebuchse 3 verfügt über
einen Ringspalt 24, an dessen steckseitigem Ende Einführtrichter 18 ausgebildet
sind, die nach Außen hin zunehmend geöffnet sind.
Die Anstellwinkel der Einführtrichter der Gerätebuchse 3 sind
korrespondierend zu den Einführschrägen 17 der
Steckkontur 8 ausgebildet. Als idealer Winkel hat sich
hier ein Winkel zwischen 30° und 45° bezogen auf
die Steckachse erwiesen. Beim Einführen des Steckverbinders 3 durch
Bewegen eines der Geräte relativ zu dem anderen Gerät
treffen die Einführschrägen 17 der Steckkontur 8 auf
die Schrägen an dem Einführtrichter 18 und
gleiten in den Ringspalt 24 bis zur vollständig
eingesteckten Position, wie in 4 dargestellt. Im
Idealfall liegen die Steckkontur 8 und der Ringspalt 24 fluchtend
in einer Richtung parallel zur Steckrichtung, so dass ein Einsatz
der Gleitkupplung nicht notwendig ist. Bedingt durch die fertigungstechnischen
und montagetechnischen Toleranzen wird aber in der Praxis die Steckkontur 8 nicht
ideal mit dem Ringspalt 24 aufeinander treffen, sondern
wird die Einführschräge 17 so auf den
Einführtrichter 18 treffen, dass mindestens einer
der Gerätesteckverbinder 1, nämlich der
Gerätestecker 2 oder die Gerätebuchse 3 sich
entlang ihrer Gleitkupplung relativ zueinander ausrichten und ihre
Steckstellung finden. Bei weiterer Betätigung eines Gerätes
in Richtung auf das andere Gerät werden Gerätestecker 2 und Gerätebuchse 3 in
die gewünschte elektrische Kontaktierposition gebracht.
Bei Trennen der beiden Geräte zueinander, wird idealerweise
diese Position beibehalten, welche durch die Wirkung der Gleitkupplung 9, 10 der
beiden Gerätesteckverbinder 1 zueinander erzielt
wurde. Bei Austausch oder Wartung eines der Geräte und
späterer erneuter Montage, würde jedes Mal die
zuvor beschriebene Wirkungsweise beim Übergang von 3 zur 4 erneut
ablaufen.
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- 1
- Gerätesteckverbinder
- 2
- Gerätestecker
- 3
- Gerätebuchse
- 4
- erste
Gehäusewand
- 5
- zweite
Gehäusewand
- 6,
7
- Flansch
- 8
- Steckkontur
- 9
- erste
Gleitkupplung
- 10
- zweite
Gleitkupplung
- 11
- erstes
Befestigungsmittel
- 12
- zweites
Befestigungsmittel
- 13
- erste
steckerseitige Befestigungsmittel
- 14
- zweite
buchsenseitige Befestigungsmittel
- 15
- erste
Rastnasen
- 16
- zweite
Rastnasen
- 17
- Einführschrägen
- 18
- Einführtrichter
- 19
- Ringabschnitt
- 20
- Ringabschnitt
- 21
- Anschlussbereich
- 22
- Schlitz
- 23
- Ausnehmungen
- 24
- Ringspalt
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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