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Bei Druckern, z. B. elektrofotografischen Druckern, oder anderen Maschinen werden steckbare Mittel benötigt, über die Maschinenelementen der Maschinen zu deren Versorgung elektrische Spannungen zugeführt werden können. Diese Mittel können z. B. Steckkontakte sein. Steckkontakte sind jedoch dann problematisch, wenn ein erstes Maschinenelement in ein zweites Maschinenelement eingeschoben werden muss und dabei eine elektrische Verbindung zwischen den beiden Maschinenelementen hergestellt werden muss, da hier die elektrische Verbindung automatisch beim Einschieben erfolgen sollte.
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Ein solches Problem liegt z. B. bei einem elektrografischen Druckgerät vor, wenn bei einer Entwicklerstation, deren Komponenten als austauschbare Aggregate realisiert sind, die Aggregate im Betrieb an einer elektrischen Spannung liegen sollen. Solche Aggregate weisen z. B. eine Entwicklerwalze oder eine Reinigungswalze auf, die z. B. als Einschub realisiert sind und die in ein Gestell, das die Komponenten der Entwicklerstation aufnimmt, eingeschoben werden sollen. 1 zeigt einen Ausschnitt eines derartigen Aggregats, z. B. ein Aggregat mit einer Reinigungswalze. 1 wird unten erläutert.
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Aus
DE 10 2009 016 340 A1 ist eine Verbinderanordnung bekannt, mit der zwei in Verbindergehäusen liegende Leiter verbunden werden können. Zwischen den Verbindergehäusen ist ein plattenförmiges Dichtmittel angeordnet, um die in den Verbindergehäusen angeordneten Leiter vor Witterungseinflüssen zu schützen.
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In
DE 10 2010 003 117 A1 ist eine Verbindungsanordnung zum Koppeln eines Motors an eine Energiequelle beschrieben. Die Verbindungsanordnung weist ein Gehäuse auf, in dem zwei leitfähige Elemente angeordnet sind, die miteinander verkoppelt sind, wobei mit einer Feder eine Kraft in Steckrichtung ausgeübt wird.
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DE 10 2007007 541 A1 offenbart eine Hochstrom-Koaxialverbindung mit zwei verbindbaren Steckelementen. Die Steckelemente sind fest zueinander angeordnet. Der elektrische Kontakt zwischen den Steckelementen wird über Federkontaktelemente hergestellt.
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Das von der Erfindung zu lösende Problem besteht darin, eine Steckverbindung anzugeben, mit der eine sichere elektrische Verbindung zwischen zwei Maschinenelementen hergestellt werden kann, wobei zumindest ein Maschinenelement zum anderen Maschinenelement verschiebbar ausgeführt ist.
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Dieses Problem wird gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Mit der Steckverbindung kann eine elektrische Verbindung zwischen zwei Maschinenelementen hergestellt werden. Dabei kann zumindest ein Maschinenelement in das andere Maschinenelement eingeschoben werden. Beide Maschinenelemente weisen jeweils einen Kontaktkörper auf, die einerseits mit einer elektrischen Leitung des zugeordneten Maschinenelements verbunden werden können und andererseits aufeinander geschoben werden können, um über beide Kontaktkörper eine elektrische Verbindung herzustellen. Der erste Kontaktkörper weist eine erste Kontaktbuchse auf, in der einer Zentralbohrung vorgesehen ist, in der ein erster Kontaktstift fest angeordnet ist. Die erste Kontaktbuchse endet in einem ersten Kopfstück, dessen Außenwand zur Kopplungsseite zum zweiten Kontaktkörper hin konisch zuläuft und das in Fortsetzung der ersten Zentralbohrung zur Kopplungsseite hin in einer Erweiterung endet. Der zweite Kontaktkörper weist eine zweite Kontaktbuchse auf, die eine zweite Zentralbohrung vorsieht, in der ein unter Federkraft einer Feder stehender zweiter Kontaktstift angeordnet ist, der in Erstreckung der zweiten Zentralbohrung beweglich ist. Die zweite Kontaktbuchse endet an der Kopplungsseite zum ersten Kontaktkörper hin in einem zweiten Kopfstück, dessen Innenwand sich in Fortsetzung der zweiten Zentralbohrung zur Kopplungsseite hin konisch erweitert. Diese Erweiterung ist derart, dass der zweite Kontaktkörper auf den ersten Kontaktkörper aufgeschoben werden kann, wobei der zweite Kontaktstift federnd auf dem ersten Kontaktstift zum Aufliegen kommt.
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Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Vorteile der erfindungsgemäßen Steckverbindung sind insbesondere in folgenden Punkten zu sehen:
- – Es wird eine sichere elektrische Kontaktierung bei der Steckverbindung erreicht, auch wenn die Kontaktkörper nicht exakt aufeinander treffen.
- – Es besteht ein sicherer elektrischer Kontakt zwischen den Kontaktkörpern auch bei Verschmutzung der Kontaktflächen der Kontaktstifte.
- – Die Steckverbindung ist auch für Hochspannungen geeignet, wobei der eigentliche Kontakt immer gleich ausgeführt werden kann und über die Gestaltung von Kunststoffgehäusen für die Kontaktkörper die notwendigen Abstände und Kriechstrecken einfach realisiert werden können.
- – Es besteht keine mechanische Belastung der Steckverbindung durch Toleranzen in der Zuordnung der beiden Kontaktkörper zueinander, da durch den unter Federkraft stehenden einen Kontaktstift und die plane Kontaktfläche des anderen Kontaktstiftes keine ineinander greifende Teile benötigt werden.
- – Durch Variation der Kontaktflächen an den Kontaktstiften können Kontakte für unterschiedliche Spannungen und Ströme realisiert werden.
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An Hand eines Ausführungsbeispieles, das in den Figuren dargestellt ist, wird die Erfindung weiter erläutert.
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Es zeigen:
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1 ein Beispiel von Maschinenelementen, bei dem ein Maschinenelement als Einschub realisiert ist und nach dessen Einschieben ein elektrischer Kontakt zwischen den Maschinenelementen hergestellt wird;
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2a einen Schnitt durch einen ersten Kontaktkörper, der z. B. mit einem fest angeordneten Maschinenelement verbunden ist;
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2b einen Schnitt durch einen zweiten Kontaktkörper, der z. B. mit einem verschiebbaren Maschinenelement verbunden ist;
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3 einen Schnitt durch eine Steckverbindung aus erstem und zweiten Kontaktkörper.
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1 zeigt ein Beispiel für die Anwendung der erfindungsgemäßen Steckverbindung. Hier soll ein Aggregat in ein Aufnahmegestell für das Aggregat eingeschoben werden. Z. B. soll ein Aggregat 2 mit einer Walze in ein Gestell 1 eingeschoben werden können und dabei eine elektrische Verbindung zwischen einer im Gestell 1 angeordneten elektrischen Leitung 11 mit einer im Aggregat 2 angeordneten elektrischen Leitung 10 hergestellt werden.
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Die 1 zeigt das Aggregat 2 mit der Walze beim Einschiebevorgang von der Einschubseite her. Das Aggregat 2 wird mit Laufrollen 3 in im Gestell 1 angeordneten Führungsschienen 4 bewegt bis Zentrierstifte 5 des Gestells 1 in in dem Aggregat 2 angeordneten Zentrierbuchsen 6 zentriert sind. Mit Klemmschrauben 7 wird die Verbindung dann fixiert. Bei diesem Einschubvorgang soll eine elektrische Verbindung zwischen der elektrischen Leitung 10 im Aggregat 2 und der elektrischen Leitung 11 im Gestell 1 hergestellt werden. Dazu weist das Gestell 1 einen an dem Gestell 1 arretierten ersten Kontaktkörper 8 und das Aggregat 2 einen mit dem Aggregat 2 fest verbundenen zweiten Kontaktkörper 9 auf. Beim Einschieben des Aggregats 2 in das Gestell 1 erfolgt über die Zentrierstifte 5 und die Zentrierbuchsen 6 die Positionierung des Aggregats 2 zum Gestell 1, gleichzeitig wird der Kontaktkörper 9 auf den Kontaktkörper 8 geschoben, wobei eine elektrische Verbindung zwischen den elektrischen Leitungen 10, 11 sicher hergestellt werden soll. Die Kontaktkörper 8, 9 sollten darum so gestaltet sein, dass in den Kontaktkörpern 8, 9 angeordnete Kontaktelemente aufeinander treffen, dabei selbstfindend ausgeführt sind.
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Der Aufbau eines ersten Kontaktkörpers 8 ist in 2a, der Aufbau eines zweiten Kontaktkörpers 9 ist in 2b dargestellt, die Verbindung der beiden Kontaktkörper 8 und 9 zur elektrischen Verbindung ist in 3 gezeigt.
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2a zeigt den ersten z. B. mit dem Gestell 1 verbundenen Kontaktkörper 8 im Schnitt. Dieser weist eine Kontaktbuchse 12 mit einer Zentralbohrung 13 und einen in der Zentralbohrung 13 fest angeordneten Kontaktstift 14 als Kontaktelement auf. Der Kontaktkörper 8 endet an seiner Kopplungsseite zum zweiten Kontaktkörper 9 in einem Kopfstück 15, das in Fortsetzung der Zentralbohrung 13 der Kontaktbuchse 12 in einer Erweiterung 16 endet, weiterhin kann die Außenwand der Kontaktbuchse 12 beim Kopfstück 15 konisch zulaufen. An dem vom Kopfstück 15 abgewandten Ende der Kontaktbuchse 12 ist eine nach einer Seite offene Ausnehmung 17 vorgesehen, in die der Kontaktstift 14 hineinragt; hier kann der Kontaktstift 14 mit der elektrischen Leitung 11 verbunden werden. Zunächst kann auf den Kontaktstift 14 eine Scheibe 18 aufgesetzt werden, dann kann auf den Kontaktstift 14 eine Schraube 19 in Richtung zur Scheibe 18 aufgeschraubt werden. Zwischen der Scheibe 18 und der Schraube 19 kann z. B. ein Ende eines Kabelschuhs 20 der Leitung 11 geschoben werden, so dass eine elektrische Verbindung von der Leitung 11 zum Kontaktstift 14 hergestellt wird. Zum Schutz dieses Anschlussbereichs kann eine Kappe 21 auf die Kontaktbuchse 12 aufgesetzt werden, die z. B. in eine Fuge an der Kontaktbuchse 12 einrasten kann. Schließlich kann der Kontaktkörper 8 mit Hilfe einer Halterung 22 im Gestell 1 befestigt werden.
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Um den Kontaktstift 14 in der Zentralbohrung 13 arretieren zu können, kann dieser am einen Ende eine Platte 23 und am anderen Ende eine Abstufung 24 aufweisen. Dann kann der Kontaktstift 14 vom Kopfstück 15 her in die Zentralbohrung 13 eingeschoben werden bis die Platte 23 auf der Kontaktbuchse 12 aufsitzt; auf der anderen Seite des Kontaktstiftes 14 wird die Scheibe 18 aufgeschoben, diese liegt auf der Kontaktbuchse 12 und auf der Abstufung 24 des Kontaktstiftes 14 auf. Anschließend wird die Schraube 19 auf den Kontaktstift 14 aufgeschraubt, der Kabelschuh 20 zwischen die Scheibe 18 und die Schraube 19 geschoben und die Schraube 19 festgeschraubt.
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Der zweite Kontaktkörper 9 (2b) weist eine weitere Kontaktbuchse 25 mit einer Zentralbohrung 26 und einen unter Federkraft einer Feder 27 stehenden in der Zentralbohrung 26 beweglich angeordneten Kontaktstift 28 als Kontaktelement auf. Zweckmäßig ist, die Feder 27 und den Kontaktstift 28 in einer Hülse 29 zu lagern, die in der Zentralbohrung 26 fest eingefügt ist. Der Kontaktstift 28 kann dabei an der Feder 27 befestigt sein, die ihrerseits mit einem Endstück 30 der Hülse 29 verbunden ist. Dann kann der Kontaktstift 28 in der Hülse 29 in Richtung der Erstreckung der Hülse 29 bewegt werden. Die Kontaktbuchse 25 endet zu seiner Kopplungsseite zum ersten Kontaktkörper 8 hin in einem Kopfstück 31, das die Zentralbohrung 26 in Richtung zur Kopplungsseite 44 hin erweitert, wobei diese Erweiterung 32 sich konisch ausweitet. Entgegengesetzt zum Kopfstück 31 weist die Kontaktbuchse 25 eine Ausnehmung 33 auf, die auf einer Seite hin offen ist. In der Ausnehmung 33 kann dann beim Aggregat 2 die Kontaktierung der elektrischen Leitung 10 mit dem Kontaktstift 28 des Kontaktkörpers 9 erfolgen. Dazu ist das Ende des Kontaktstifts 28 oder das Ende der Hülse 29, das in die Ausnehmung 33 hineinragt, mit einem Gewinde versehen. Auf den Kontaktstift 28 oder die Hülse 29 kann eine Scheibe 34 aufgeschoben werden und dann eine Schraube 35 aufgeschraubt werden. Zwischen der Scheibe 34 und der Schraube 35 kann dabei ein Kontaktschuh 36 der elektrischen Leitung 10 eingeschoben werden, anschließend wird die Schraube 35 fest geschraubt. Die Ausnehmung 33 der Kontaktbuchse 25 kann mit einer auf einer Seite offenen Kappe 37 abgedeckt werden. Vorteilhaft ist, wenn der Kopf 38 des Kontaktstiftes 28 auf seiner Oberfläche mit Rillen 39 versehen ist. Der Kontaktkörper 9 kann mit Hilfe einer Halterung 40 in dem Aggregat 2 befestigt sein.
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Die elektrische Verbindung über die beiden Kontaktkörper 8, 9 zeigt 3. Der Kontaktkörper 8 ist im Gestell 1 über die Halterung 22 unbeweglich angeordnet. Das Aggregat 2 wird in das Gestell 1 eingeschoben, dabei soll der elektrische Kontakt zwischen den Kontaktstiften 14, 28 der Kontaktkörper 8, 9 hergestellt werden. Die Kopfstücke 15, 31 der Kontaktkörper 8, 9 werden bei der Bewegung des Aggregats 2 zum Gestell 1 aufeinander zubewegt, dabei gleitet die Erweiterung 32 der Zentralbohrung 26 des Kopfstücks 31 der Kontaktbuchse 25 des zweiten Kontaktkörpers 9 auf das Kopfstück 15 der Kontaktbuchse 12 des ersten Kontaktkörpers 8 auf bis der Rand 43 des Kopfstücks 31 des zweiten Kontaktkörpers 9 auf einer Stufe 41 des Kopfstücks 15 der Kontaktbuchse 12 des ersten Kontaktkörpers 8 aufsitzt. Die Erweiterung 32 des Kopfstücks 31 des zweiten Kontaktkörpers 9 ist so gestaltet, dass nach dem Aufsetzen zwischen dem Kopfstück 31 der Kontaktbuchse 25 des zweiten Kontaktkörpers 9 und dem Kopfstück 15 der Kontaktbuchse 12 des ersten Kontaktkörpers 8 ein Luftspalt 42 besteht. Aufgrund der Federkraft der Feder 27 wird der Kontaktstift 28 auf die Platte 23 des Kontaktstiftes 14 hin bewegt bis er auf der Platte 23 des Kontaktstifts 14 aufsitzt. Damit ist die elektrische Verbindung zwischen den Kontaktstiften 14 und 28 hergestellt und damit zwischen der elektrischen Leitung 11 des Gestells 1 und der Leitung 10 des Aggregats 2.
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Die Kontaktbuchsen 12, 25 können aus isolierendem Material, z. B. aus Kunststoff, hergestellt werden. Die Kontaktstifte 14, 28 und die Hülse 29 und/oder die Feder 27 können aus elektrisch leitenden Material hergestellt sein. Damit kann ein Stromfluss über die Leitung 11, den Kontaktstift 14, den Kontaktstift 28, die Hülse 29 und die Leitung 10 hergestellt werden, wenn das Aggregat 2 in das Gestell 1 eingeschoben worden ist. Dabei ist die Steckverbindung selbst findend, da der Kontaktstift 28 auf der Platte 23 in der Erweiterung 16 der Kontaktbuchse 12 Spiel hat. Dazu ist der Durchmesser des Kontaktstifts 28 klein gewählt im Vergleich zum Durchmesser der Platte 23 und der Erweiterung 16. Da zwischen dem Kopfstück 31 und dem Kopfstück 15 ein Luftspalt 42 vorgesehen ist, besteht keine Gefahr eines elektrischen Überschlags, z. B. vom Kontaktstift 28 zum Gestell 1 oder zum Aggregat 2. Durch eine Riffelung 39 des Kontaktkopfes 38 des Kontaktstiftes 28 wird erreicht, dass auch bei einer Verschmutzung der Platte 23 der Kontakt zwischen dem Kontaktstift 14 und dem Kontaktstift 28 gewährleistet ist.
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Zusammenfassend ergeben sich durch die Erfindung eine Reihe von Vorteilen:
- – Es wird eine selbst findende Steckverbindung vorgeschlagen.
- – Die Kontaktkörper 8, 9 sind durch Kappen 21, 37 abgedeckt, die als Berühr- und Überschlagschutz dienen.
- – Die Kontaktstelle zwischen den Kontaktstiften 14, 28 wird durch eine labyrinthartig gestaltete Koppelstelle zwischen den Kontaktbuchsen 12, 25 vor Berührung gesichert. Dabei wird zusätzlich eine Luft- und Kriechstrecke gebildet, welche vor allem bei Hochspannungen einen sicheren Betrieb gewährleisten.
- – Dieser sichere Betrieb ist auch gewährleistet, wenn größere Toleranzen zu einem Axial- oder Winkelversatz der Kontaktbuchsen 12, 25 zueinander führen. Diese Toleranzen werden durch die Gestaltung der Kontaktstelle zwischen den Kontaktstiften 14, 28 ermöglicht.
- – Durch Anpassung der Abmaße und der Geometrie der Kontaktbuchsen 12, 25 ist ein Einsatz der Steckverbindung bei niedrigen Spannungen bis zu Hochspannungen möglich. Dies gilt auch für die Ströme, die vom μA-Bereich bis in den höheren Ampere-Bereich reichen können.
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Die Darstellung der Erfindung in den 2 und 3 dient ausschließlich der Erläuterung der Erfindung, ohne dass dadurch ein Bezug auf die Größe der Steckverbindung hergestellt werden soll.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Maschinenelement = Gestell
- 2
- Maschinenelement = Aggregat
- 3
- Laufrolle
- 4
- Führungsschiene
- 5
- Zentrierstift
- 6
- Zentrierbuchse
- 7
- Klemmschraube
- 8
- Kontaktkörper
- 9
- Kontaktkörper
- 10
- elektrische Leitung
- 11
- elektrische Leitung
- 12
- Kontaktbuchse
- 13
- Zentralbohrung
- 14
- Kontaktstift
- 15
- Kopfstück
- 16
- Erweiterung
- 17
- Ausnehmung
- 18
- Scheibe
- 19
- Schraube
- 20
- Kabelschuh
- 21
- Kappe
- 22
- Halterung
- 23
- Platte
- 24
- Abstufung
- 25
- Kontaktbuchse
- 26
- Zentralbohrung
- 27
- Feder
- 28
- Kontaktstift
- 29
- Hülse
- 30
- Endstück
- 31
- Kopfstück
- 32
- Erweiterung
- 33
- Ausnehmung
- 34
- Scheibe
- 35
- Schraube
- 36
- Kontaktschuh
- 37
- Kappe
- 38
- Kopf
- 39
- Rillen
- 40
- Halterung
- 41
- Stufe
- 42
- Luftspalt
- 43
- Rand