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Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Gerätesteckverbinder, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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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In der
JP 9-306599 A ist ein Steckverbinder mit einer Rastverbindung und einem Dichtelement zum Abdichten des Steckverbinders an einer Gerätewand gezeigt.
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Diese Ausführungsform wird durch eine Öffnung in eine Gehäusewand geschoben und mittels Rastverbindungen fest in einer definierten Lage am Gehäuse festgelegt. Die Rastelemente sind dabei so ausgebildet, dass der Steckverbinder in einer festen zentrierten Position gehalten wird.
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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.
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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.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, gleichzeitig den Gerätestecker oder die Gerätebuchse derart auszugestalten, dass eine Dichtwirkung zur Umwelt insbesondere gegen Umwelteinflüsse Feuchtigkeit und Schmutz gegeben ist.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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,
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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.
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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.
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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.
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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, wurde jedes Mal die zuvor beschriebene Wirkungsweise beim Übergang von 3 zur 4 erneut ablaufen.
