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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft eine Aufnahme, ein Verfahren und eine Verbindung zur lösbaren und reproduzierbar wiederherstellbaren Verbindung für einen Lichtleiterstecker.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Aufnahmen und Stecker werden zur Kopplung von optischen Komponenten benötigt, wie beispielsweise Laser-Optiken, mit Strahlführungs-Komponenten, wie beispielsweise einem flexiblen Lichtleiter-Kabel. Die Aufnahme kann zum Beispiel an einer Laserquelle, an einer Strahlweiche, oder an einer Laseroptik montiert sein.
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In Anlagen zur Lasermaterialbearbeitung müssen strahlführende Komponenten wiederholt getrennt und wieder miteinander verbunden werden; beispielsweise bei der Installation der Anlage, bei der Inbetriebnahme, bei der Prüfung und Fehlersuche, beim Austausch defekter Komponenten usw. Um einen störungsfreien Betrieb und hohe Bearbeitungsqualität in der Anlage zu gewährleisten, ist es notwendig, dass alle optischen Flächen stets sauber und staubfrei bleiben. Bereits geringste Mengen von Staub auf optischen Flächen können beim Durchgang von Laserstrahlung Störungen verursachen. Staub absorbiert die Laserstrahlung und führt so zu einer lokalen Temperatur-Erhöhung in den optischen Komponenten, wodurch sich die Brennweite der optischen Komponenten und damit die Fokuslage des Bearbeitungslasers ändern kann und es sogar zu Einbränden auf den optischen Komponenten kommen kann. Aufgrund der zunehmenden Verbreitung von Laserquellen mit hoher Leistung bis in den Multi-Kilowatt-Bereich und mit hoher Strahlqualität bis hin zu Grundmode-Laserstrahlung haben die Auswirkungen solcher verschmutzungsbedingten Störungen stark zugenommen.
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Eine typische Quelle von Staub auf optischen Flächen ist der Lichtleiterstecker selbst, bzw. dessen Verriegelungsmechanismus. Bei einem üblicherweise zur Verwendung kommenden Typ von Steckern und Aufnahmen gibt es eine Verriegelung nach Art einer Bajonett-Kupplung. Bei Bajonett-Kupplungen greifen Stifte oder Vorsprünge der einen Verbindungs-komponente in Nuten oder Führungsbahnen der anderen Verbindungs-komponente ein, und mittels einer Drehbewegung beispielsweise eines Überwurfs oder einer Manschette werden die Stifte in eine Position verschoben, in der die Stifte ein Herausfallen oder Herausziehen des Steckers blockieren. Gleichzeitig wird durch die Drehbewegung eine Andruckkraft zwischen den Stiften und den Nuten erzeugt, beispielsweise indem die Nuten eine Rampe aufweisen, und so die beiden Verbindungskomponenten, also Stecker und Aufnahme, spielfrei miteinander verbunden.
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Die Patentanmeldung mit der Nummer
US 2012/0141086 A1 offenbart eine Kabeleinführung mit einem Flansch und einem Steckerteil das zur Wirkverbindung mit dem Flansch geeignet ist. Dabei weist der Steckerteil eine Verriegelungshülse und eine mit dieser über eine Steuerkulisse wirkverbundene Halterung für einen Verbinder auf. Die Steuerkulisse ist derart ausgestaltet, dass eine Drehung der Verriegelungshülse um die Längsachse des Steckerteils eine axiale Verschiebung der Halterung in Längsrichtung bewirkt. Nachteilig an der in diesem Dokument offenbarten Lösung ist, dass Verschließen und Kraftapplikation miteinander gekoppelt sind, so dass kein abriebfreies und damit partikelfreies Verschließen der Verbindung möglich ist.
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In der Patentanmeldung
[0006] US 2013/0203280 A1 wird ein Interfaceverbinder mit einer Buchse und einem mit der Buchse über eine Verriegelungshülse mechanisch wirkverbindbaren Steckerteil offenbart. Das Steckerteil weist einen Halter zur Aufnahme von mindestens einem innenliegenden Verbinder auf. Der Halter ist gegenüber der Verriegelungshülse verschiebbar angeordnet und mit dieser über ein erstes und ein zweites Stellmittel wirkverbunden. Beim mechanischen Wirkverbinden des Steckerteils mit der Buchse wird der innenliegende Verbinder durch das erste Stellmittel gegenüber einem an der Buchse angeordneten Verbindergegenstück positioniert. Nach dem Erreichen einer definierten Endposition wird der innenliegende Verbinder durch das zweite Stellmittel gegenüber dem Verbindergegenstück fixiert. Auch bei der in diesem Dokument aufgezeigten Lösung ist kein abriebfreies verschließen der beiden miteinander zu koppelnden Elemente möglich.
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Das erteilte US-Patent
US 7 980 781 B2 offenbart eine Mastanordnung mit zwei länglichen Einzelmasten. Der erste langgestreckte Einzelmast besteht aus einem hohlen Verbinder mit einem Innendurchmesser. Der zweite langgestreckte Einzelmast umfasst ein hervorstehendes Verbinderende. Das hervorstehende Verbinderende greift teleskopartig in das hohle Verbinderende ein. Die Mastanordnung umfasst auch eine Stift- und Schlitzanordnung und Kragen, um die Masten miteinander zu verbinden und ein unerwünschtes Lösen der Masten voneinander zu minimieren
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Problematisch ist, dass durch das Aufbringen der Andruckkraft gleichzeitig zur Drehbewegung die Stifte unter Krafteinwirkung an der Wandung der Nuten gleiten. Durch diese kraftbelastete Gleitbewegung wird Abrieb erzeugt. Hinzu kommt, dass bei der Kopplung optischer Komponenten die exakte Position des Steckers in der Aufnahme auch bei dynamischen Bearbeitungsprozessen präzise eingehalten und beibehalten werden muss. Dazu muss die Andruckkraft relativ hoch sein. Durch die benötigten hohen Andruckkräfte ist auch der Abrieb relativ hoch.
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Bei den üblicherweise verwendeten Steckern und Aufnahmen kann es kaum verhindert werden, dass der bei der Verriegelung und dem Lösen der Verriegelung erzeugte Abrieb beim Einstecken oder Ausziehen des Steckers in die von der Aufnahme freigegebene Öffnung fällt und so in den strahlungsführenden Hohlraum gelangt. Dort kann sich der Abrieb auf den optischen Komponenten niederschlagen und zu den oben beschriebenen Problemen führen.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Aufnahme für Lichtleitkabelstecker zur Verfügung zu stellen, welche das Erzeugen von Abrieb beim Verriegeln und Lösen des Steckers so wie auch während des Betriebs des Lichtleiterkabel-Aufnahme-Systems vermeidet.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung stellt eine Aufnahme zur lösbaren und reproduzierbar wiederherstellbaren Verbindung mit einem Lichtleiterkabelstecker, umfassend ein Aufnahmegehäuse und einen Aufnahmeschacht zum Einstecken eines Lichtleitkabelsteckers mit einem Steckergehäuse, wobei am inneren Ende des Aufnahmeschachts eine zu einer Passfläche des Lichtleiterkabelsteckers inverse Passfläche angeordnet ist und das Aufnahmegehäuse weiterhin eine bewegliche Griffhülse, wenigstens ein verschiebbar angeordnetes Eingriffselement und einen Schließring aufweist, wobei der Schließweg des Eingriffselements durch einen Führungsschlitz im Schließring mit mindestens zwei Abschnitten gebildet ist, wobei der Führungsschlitz einen ersten azimutal verlaufenden Abschnitt aufweist und einen zweiten axial verlaufenden Abschnitt aufweist, wobei Eingriffselement und Schließring im Aufnahmegehäuse so angeordnet sind, dass erst im zweiten Abschnitt ein kraftbehafteter Eingriff in eine Vertiefung des Steckergehäuses des Lichtleiterkabelsteckers erfolgt.
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Es ist ein einen koaxial um das Aufnahmegehäuse angeordneter Schließring vorgesehen, an welchem das wenigstens eine verschiebbare Eingriffselement befestigt sein kann.
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Weiterhin kann der Schließring mindestens einen Mitnehmer aufweisen, welcher eine azimutale Verschiebung des Eingriffselements im ersten Abschnitt des Schließwegs erlaubt.
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Bei der Aufnahme kann ein Steuerring koaxial um den Schließring angeordnet sein und der Mitnehmer in eine Aussparung des Steuerrings eingreifen.
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In einer weiteren Ausführungsform kann eine federdruckbelastete Kugel mit der Griffhülse gekoppelt sein, deren Bewegung auf einer Platte mit Aussparungen verläuft.
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Es ist vorgesehen, dass die optische Passfläche des Aufnahmeschachts mit einer optischen Passfläche eines Lichtleiterkabelsteckers korrespondiert, damit eine reproduzierbare Positionierung einer Lichtleiterkabel-Faserspitze erreicht werden kann. Die optischen Passflächen beziehen sich auf einen Lichtleiter.
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In einem weiteren Aspekt der Erfindung kann der Steuerring mit der Griffhülse fest verbunden sein und mindestens einen Steuerschlitz besitzen.
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Es ist weiterhin vorgesehen, dass um den Ausschnitt im Aufnahmeschacht des Aufnahmegehäuses herum eine Dichtung angeordnet ist, welche den Aufnahmeschacht gegenüber dem Bereich zwischen dem Aufnahmegehäuse und der Griffhülse abdichtet.
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Die Aufnahme kann in einer weiteren Ausführungsform elektrische Kontaktstifte aufweisen, welche im ersten Abschnitt des Schließwegs radial weiter außen angeordnet sind als im zweiten Ausschnitts des Schließwegs zur Herstellung eines elektrischen Kontakts mit elektrischen Kontaktflächen des Lichtleiterkabelsteckers. Es ist weiterhin vorgesehen, dass die elektrischen Kontaktstifte federnd gelagert sein können.
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Im zweiten Abschnitt des Aufnahmegehäuses kann ein elastisches Dichtungslement angeordnet sein, um den Aufnahmeschacht gegenüber dem Bereich zwischen dem Aufnahmegehäuse und der Griffhülse abzudichten.
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Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur lösbaren und reproduzierbar wiederherstellbaren Verbindung eines Lichtleiterkabelsteckers mit einer Aufnahme, umfassend die Schritte:
- a. Einbringen des Lichtleiterkabelsteckers in den Aufnahmeschacht einer Aufnahme;
- b. Verschieben eines Eingriffselements mittels einer daran befestigten Griffhülse in einem ersten Abschnitt eines Schließwegs von einer ersten Position in eine zweite Position auf einer azimutalen Bahn, wobei der Lichtleiterkabelstecker in diesem Schritt nicht unter Kraftschluss mit der Aufnahme verbunden wird;
- c. Verschieben des Eingriffselements in einem zweiten Abschnitt des Schließwegs von der zweiten Position in eine Endposition auf einer axialen Bahn unter Ausüben einer definierten axialen Andruckkraft;
- d. Herstellen einer kraftschlüssigen Verbindung korrespondierender optischer Passflächen des Lichtleiterkabelsteckers sowie des Aufnahmeschachts der Aufnahme.
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In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Verschiebung im ersten Abschnitt des Schließwegs des Eingriffselements mit einer ersten Drehbewegung einer Griffhülse gekoppelt sein und im zweiten Abschnitt des Schließweges des Eingriffselements mit einer zweiten Drehbewegung der Griffhülse gekoppelt sein. Es ist aber auch möglich, dass erste und zweite Drehbewegung zu einer Gesamtdrehbewegung der Griffhülse gekoppelt sind. Erste und zweite Drehbewegung können zudem durch einen Anschlag am Ende der ersten Drehbewegung getrennt sein.
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Für den Übergang zur zweiten Drehbewegung der Griffhülse am Ende der ersten Drehbewegung kann eine Zugbewegung der Griffhülse in axialer Richtung gegen ein axial wirkendes Kraftmoment erforderlich sein, wobei die kraftschlüssige Verbindung mittels einer axialen Andruckkraft hergestellt wird.
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Es ist weiterhin vorgesehen, dass die Griffhülse in die Anfangs-, Mittel- und Endpositionen durch ein axial wirkendes Kraftmoment einrasten kann.
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Beim Verschieben des Eingriffselements im zweiten Abschnitt des Schließwegs kann zugleich eine Kontaktierung von elektrischen Kontaktstiften der Aufnahme mit Kontaktflächen des Lichtleiterkabelsteckers erfolgen.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren näher dargestellt, ohne auf die gezeigten Ausführungsformen beschränkt zu sein. Es zeigt:
- 1: Schematische Darstellung eines aus dem Stand der Technik bekannten typischen Lichtleitersteckers.
- 2: Schematische Darstellung des aus dem Stand der Technik bekannten Verriegelungs-Mechanismus anhand eines vergrößerten Ausschnitts des Steckers aus 1.
- 3: Eine vereinfachte schematische Schnitt-Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Aufnahme für Lichtleiterstecker.
- 4: Vereinfachte schematische Darstellung einer Ausführungsform des Verriegelungs-Mechanismus der erfindungsgemäßen Aufnahme.
- 5: Schematische Schnitt-Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Aufnahme mit zusätzlicher Darstellung von Komponenten zur mechanischen Steuerung der Verriegelung und zur Steuerung der Andruckkraft.
- 6: Detaillierte Schnitt-Darstellung einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Aufnahme.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die Erfindung ermöglicht ein Lösen und Wiederherstellen der Verbindung oder ein Wechsel des Steckers ohne eine Erzeugung von Abrieb. Dadurch wird ein Eintrag von Staub und Abrieb in die strahlungsführenden Hohlräume, die bei geöffneter Verbindung zugänglich sind, nahezu vollständig vermieden. Die Aufnahme besitzt eine Einrichtung zur Verriegelung des mit dem Stecker verbundenen Zustands.
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Das Problem des Auftretens von Abrieb bei den üblichen Steckern und Aufnahmen wird durch eine Aufnahme gelöst, bei der die Verriegelung in zwei aufeinanderfolgenden Abschnitten erfolgt.
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Die vorliegende Erfindung stellt eine Aufnahme zur lösbaren und reproduzierbar wiederherstellbaren Verbindung mit einem Lichtleiterstecker zur Verfügung, umfassend ein Aufnahmegehäuse und einen Aufnahmeschacht zum Einstecken eines Lichtleitsteckers, wobei am inneren Ende des Aufnahmeschachts eine optische Passfläche eines Lichtleiters angeordnet ist und weiterhin eine bewegliche Griffhülse und wenigstens ein verschiebbar angeordnetes Eingriffselement aufweist, wobei der Schließweg des Eingriffselements mindestens zwei Abschnitte (81, 82) aufweist.
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Die erfindungsgemäße Aufnahme (40) für die Verbindung mit einem Lichtleiterstecker (10) weist ein Aufnahmegehäuse (41) mit einem Aufnahmeschacht (42) zum Einstecken eines Steckers (10), eine bewegliche Griffhülse (61), und mindestens ein verschiebbar angeordnetes Eingriffselement (51) auf. Der Schacht (42) ist auf der Innenseite mit einer optischen Passfläche (44) ausgestattet, an der eine optische Passfläche (22) des Steckers (10) anliegt, wenn die Aufnahme (40) mit dem Stecker (10) verbunden ist. Der Schacht (42) hat weiterhin mindesten einen Ausschnitt (49). Innerhalb des Ausschnitts (49) ist ein bewegliches Eingriffselement (51) angeordnet. Das mindestens eine Eingriffselement (51) ist mittels einer Bewegung der Griffhülse (61) verschiebbar entlang eines Schließweges von einer ersten Position (51') in eine Endposition (51”’).
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Die Aufnahme (40) ist dadurch gekennzeichnet, dass der Schließweg des Eingriffselements (51) mindestens zwei Abschnitte (81, 82) aufweist.
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In einem ersten Abschnitt (81) des Schließweges ist das Eingriffselement (51) verschiebbar von der ersten Position (51') in eine zweite Position (51”). Dabei ist in der ersten Position des Eingriffselements ein Einstecken oder Herausziehen eines Steckers (10) nicht blockiert. In der zweiten Position (51”) greift das Eingriffselement (51) in eine Vertiefung im Endbereich (27) der Quernut (25) des Steckers (10) ein und ein Herausziehen des Steckers (10) ist blockiert, wobei noch kein Kraftschluss zwischen dem Eingriffselement (51) und der Vertiefung im Endbereich (27) der Quernut (25) des Steckers (10) vorhanden ist.
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In einem zweiten Abschnitt (82) des Schließweges ist das Eingriffselement (51) von der zweiten Position (51”) in die Endposition (51”’) verschiebbar. Im zweiten Abschnitt (82) des Schließweges ist das Eingriffselement (51) nur in einer axialen Richtung verschiebbar, die in Richtung der Steckerlängsachse verläuft. Dabei ist in axialer Richtung eine Andruckkraft auf das Eingriffselement (51) aufbringbar. In der Endposition (51”’) ist das Eingriffselement (51) mit einer Andruckkraft belastet und liegt kraftschlüssig an der Vertiefung im Endbereich (27) der Quernut (25) des Steckers (10) an, und die optische Passfläche (22) des Steckers (10) liegt kraftschlüssig an der optischen Passfläche (44) des Aufnahmeschachts (42) an.
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Im ersten Abschnitt (81) des Schließweges kann das Eingriffselement (51) entlang einer im Wesentlichen azimutalen Bahn verschiebbar sein, wobei die azimutale Bahn dem Verlauf einer Vertiefung am Steckergehäuse (21) oder dem Verlauf einer Quernut (25) am Steckergehäuse (21) entspricht.
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In einer anderen Ausführungsform kann das Eingriffselement (51) im ersten Abschnitt (81) des Schließweges in radialer Richtung zur Steckerlängsachse verschiebbar sein, wobei in der ersten Position (51') das Eingriffselement radial weiter außen steht als in der zweiten Position (51”), und wobei das Eingriffselement (51) erst in der zweiten Position (51”) in eine Vertiefung im Endbereich (27) der Quernut (25) des Steckers (10) eingreift.
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Eine Mehrzahl von verschiebbaren Eingriffselementen (51) kann am Umfang des Aufnahmeschachts (42) verteilt angeordnet sein.
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Der erste Abschnitt (81) des Schließwegs des Eingriffselements (51) kann mit einer ersten Drehbewegung der Griffhülse (61) gekoppelt sein.
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Der zweite Abschnitt (82) des Schließweges des Eingriffselements (51) kann mit einer zweiten Drehbewegung der Griffhülse (61) gekoppelt sein.
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Die erste Drehbewegung und die zweite Drehbewegung der Griffhülse (61) können aufeinanderfolgen und eine durchgehende Gesamt-Drehbewegung bilden. Alternativ kann die erste Drehbewegung der Griffhülse (61) von der zweiten Drehbewegung sein.
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Der Übergang zur zweiten Drehbewegung der Griffhülse (61) am Ende der ersten Drehbewegung kann erfolgen durch eine Zugbewegung der Griffhülse (61) in axialer Richtung gegen ein axial wirkendes Kraftmoment.
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Am Ende der zweiten Drehbewegung, bei der das Eingriffselement (51) die Endposition (51”’) des verriegelten Zustandes erreicht hat, kann die Griffhülse (61) durch ein axial wirkendes Kraftmoment in eine Endlage einrasten.
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Der Anfang und/oder das Ende der ersten Drehbewegung der Griffhülse (61) können mit Rastmomenten ausgestattet sein. Zur Erzeugung der Rastmomente kann eine federdruckbelastete Kugel (75), deren Bewegung mit der Bewegung der Griffhülse (61) gekoppelt ist, auf einer Platte mit Aussparungen laufen.
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Zwischen dem Aufnahmegehäuse (41) und einem koaxial um das Aufnahmegehäuse (42) angeordneten Schließring (62), an welchem das mindestens eine Eingriffselement (51) befestigt ist, kann um den Ausschnitt (49) im Schacht (42) des Aufnahmegehäuses (41) herum eine Dichtung (59) angeordnet sein, welche den Aufnahmeschacht (42) gegenüber dem Bereich zwischen dem Aufnahmegehäuse (41) und der Griffhülse (61) abdichtet.
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Die Aufnahme (40) kann mit elektrischen Kontaktstiften (91) ausgestattet sein, wobei die elektrischen Kontaktstifte (91) innerhalb eines zweiten Ausschnitts (95) im Schacht (42) des Aufnahmegehäuses (41) radial verschiebbar angeordnet sind. Die Kontaktstifte (91) befinden sich während des ersten Abschnitts (81) des Schließweges des Eingriffselements (51) in einer zurückgesetzten, radial weiter außen liegenden Position, und werden während des zweiten Abschnitts (82) des Schließweges innerhalb des zweiten Ausschnitts (95) radial nach innen verschoben, bis die Kontaktstifte (91) im Aufnahmeschacht (42) geringfügig nach innen vorspringen und die elektrischen Kontaktflächen (31) des Steckers (10) berühren. Die Kontaktstifte (91) können gefedert gelagert sein, um auch bei Vibrationen einen sicheren elektrischen Kontakt zu gewährleisten und um das Auftreten undefinierter Kräfte auf den Kontaktstiften (91) zu vermeiden.
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Zwischen dem Aufnahmegehäuse (41) und einer Halterung der elektrischen Kontakte (91) kann im zweiten Ausschnitt (95) des Aufnahmegehäuses (41) ein elastisches Dichtungselement (94) angeordnet sein, welches aufgrund seiner Elastizität die Verschiebung der elektrischen Kontakte (91) und deren Halterung in radialer Richtung zulässt und welches den Aufnahmeschacht (42) gegenüber dem Bereich zwischen dem Aufnahmegehäuse (41) und der Griffhülse (61) abdichtet.
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Der Verriegelungsmechanismus der erfindungsgemäßen Aufnahme ist abriebfrei, so dass die in den strahlungsführenden Hohlräumen angeordneten optischen Elemente geschützt sind und eine wesentlich höhere Lebensdauer haben.
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Bei der Verriegelung wird kein Drehmoment auf den Stecker ausgeübt. Es treten während der Verriegelung und im verriegelten Zustand nur definierte axiale Kraftmomente auf. Auch das trägt zur Vermeidung von Abrieb bei.
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Die Betätigung der Verriegelung erfolgt mit eindeutiger haptischer Rückmeldung, so dass der Anwender bei der Betätigung merkt, in welchem Zustand die Verbindung ist, auch ohne auf die Winkelstellung der Griffhülse oder auf eine entsprechende Markierung blicken zu müssen.
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Die erfindungsgemäße Aufnahme ist kompatibel mit den üblichen Lichtleitersteckern; vorhandene Lichtleiterkabel können somit weiterverwendet werden.
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Die mechanische Schnittstelle der erfindungsgemäßen Aufnahme, mit der der Anbau an eine optische Komponente wie zum Beispiel an einer Laserbearbeitungsoptik erfolgt, kann identisch zu herkömmlichen Aufnahmen gestaltet sein, so dass ein nachträglicher Austausch einer vorhandenen Aufnahme möglich ist.
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Im Sinne der vorliegenden Beschreibung sind mit „axial“ oder „in axialer Richtung“ Richtungen gemeint, die sich auf die Symmetrie-Achse bzw. Längs-Achse des Steckers und der Aufnahme beziehen. „Radial“ oder „azimutal“ geben ebenfalls Relationen zur Steckerlängsachse an. Begriffe wie „oben“, „oberhalb“, „unten“, „unterhalb“ usw. beziehen sich auf die Orientierung der in den Figuren dargestellten Zeichnungen, aber nicht auf absolute Orientierungen im Raum.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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1 zeigt einen Lichtleiterstecker üblicher Bauart. Der Steckertyp ist im Bereich industrieller Laser-Anlagen weit verbreitet. Stecker dieser Bauart wurden vor mehreren Jahrzehnten erstmals von Fa. Permanova Lasersystem AB (Schweden) unter der Bezeichnung „QBH“ auf den Markt gebracht, weshalb der Steckertyp inzwischen allgemein als „QBH-Stecker“ bezeichnet wird.
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Der Stecker 10 ist am Ende eines Schutzschlauchs 12 angeordnet. Im Inneren des Schutzschlauchs 12 ist ein Lichtleiter 14, meist eine Quarzglasfaser, geführt. Der Stecker 10 besteht im Wesentlichen aus einem Griffstück 35 und einem Steckergehäuse 21, in dem die Lichtleitfaser 14 axial zentriert aufgenommen ist. Die Lichtleitfaser 14 endet mit einer Lichtleiterspitze 15, an der das Laserlicht 17 ein- oder austreten kann. Häufig ist an der Lichtleiterspitze 15 ein Fenster aus Quarzglas angeschweißt, welches hier nicht dargestellt ist. Die Lichtleiterspitze 15 oder der virtuelle Laserlicht-Austrittspunkt ist so angeordnet, dass sie zu einer optischen Passfläche 22 exakt referenziert ist. Die optische Passfläche 22 ist eine Kegelfläche, die an der Außenfläche des Steckergehäuses 21 angeordnet ist. Im gekuppelten Zustand, d.h. wenn der Stecker in einer Aufnahme gesteckt und verriegelt ist, liegt die optische Passfläche 22 exakt an einer invers geformten optischen Gegen-Passfläche der Aufnahme an, wodurch die exakte Reproduzierbarkeit des Laserstrahl-Austrittspunktes gegeben ist.
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Der Stecker 10 weist üblicherweise weiterhin elektrische Kontaktflächen 31 am Umfang des Steckergehäuses 21 auf, die mittels elektrischer Isolationen 32 untereinander und zum Steckergehäuse 21 isoliert sind.
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Zur Verriegelung des Steckers 10 in einer Aufnahme weist der Stecker 10 am Steckergehäuse 21 außen eine in axialer Richtung verlaufende Axialnut 24 auf. Von der Axialnut 24 zweigt eine Quernut 25 ab, die über einen Teil des Umfanges des Steckergehäuses 21 in azimutaler Richtung verläuft. Die Quernut 25 hat eine geringe Steigung, so dass die Wandung 26 der Quernut 25 eine Rampe bildet. Die Quernut 25 mündet in eine Vertiefung im Endbereich 27, in dem die Steigung der Quernut 25 Null ist oder sogar geringfügig gegenläufig.
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Die Verriegelung des Steckers in der Aufnahme erfolgt bei den aus dem Stand der Technik bekannten Aufnahmen auf die nachfolgend dargestellte Weise. Der Mechanismus der Verriegelung ist in 2 in einer Ausschnitts-Darstellung schematisch gezeigt.
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Die Aufnahme besitzt in der Aufnahme-Öffnung, die den Stecker 10 aufnimmt, eine zur optischen Passfläche 22 inverse optische Gegen-Passfläche sowie einen in der Bohrung nach innen ragenden Vorsprung oder Führungsstift 48. Dieser Führungsstift 48 ist in der Aufnahme fest angeordnet. Wenn der Stecker 10 in die Aufnahme gesteckt wird, greift der Führungsstift 48 in die Axialnut 24 ein, so dass der Stecker nur in einer definierten Winkel-Orientierung gesteckt werden kann. Der Stecker wird so weit in die Aufnahme gesteckt, bis die optische Passfläche 22 an der optischen Gegen-Passfläche der Aufnahme anliegt. Die Aufnahme besitzt weiterhin mindestens einen beweglich angeordneten Verriegelungsstift 51. In geöffneter Stellung befindet sich der Verriegelungsstift 51 in einer ersten Position 51' axial unterhalb des Führungsstifts 48. Der Verriegelungsstift 51 ist axial nach unten mit einer Andruckkraft vorgespannt und kann gegen die Andruckkraft um einen kleinen Weg nach oben verschoben werden. Zur Verriegelung wird mittels einer Drehung einer an der Aufnahme befindlichen äußeren Manschette der Verriegelungsstift 51 in azimutaler Richtung in die Quernut 25 geschoben. Dabei stößt der Verriegelungsstift 51 an die Wandung 26 der Quernut 25. Beim Weiterdrehen der Manschette gleitet der Verriegelungsstift an der Wandung 26 und wird durch die Rampe der Wandung 26 gleichzeitig nach oben gedrückt. Durch die Andruckkraft des vorgespannten Verriegelungsstifts 51 wird das Steckergehäuse nach unten mit der optischen Passfläche 22 gegen die entsprechende optische Passfläche der Aufnahme gedrückt. Am Ende der Verriegelungsbewegung gleitet der Stift 51 in eine Vertiefung im Endbereich 27 der Quernut 25 und befindet sich dann in der Endposition 51”’. Durch die Reibung des Stifts 51 an Wandung 26 der Quernut 25 wird ein Drehmoment auf das Steckergehäuse 21 ausgeübt. Der in die Axialnut 24 eingreifende fest angeordnete Führungsstift 48 verhindert, dass infolge des Drehmoments der Stecker beim Verriegeln verdreht wird.
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Die ineinander eingreifenden Elemente wie Stifte 51 und Quernuten 25 können mehrfach vorhanden sein. Beim aus dem Stand der Technik bekannten Stecker sind die Axialnuten und die Quernuten in einer dreistrahligen Symmetrie um 120° versetzt angeordnet, um eine gleichmäßige Kraftverteilung der Andruckkraft zu erzielen.
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Das Gleiten der Stifte 51 an den Wandungen 26 unter Andruckkraft erzeugt Abrieb an den jeweiligen Komponenten. Wird die Verriegelung geöffnet und der Stecker entfernt, dann kann dieser Abrieb durch die Öffnung der Aufnahme nach unten fallen, wo beispielsweise optische Linsen zur Abbildung des Laserstrahls angeordnet sein können. Dieser Abrieb verursacht beim Betrieb mit hoher Laserleistung einen thermischen Fokus-Shift oder sogar Einbrände auf den optischen Elementen.
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3 zeigt eine mögliche Ausführungsform der Erfindung in einer schematischen Schnitt-Darstellung. Die Aufnahme 40 umfasst ein Aufnahmegehäuse 41, eine Griffhülse 61, ein Führungselement 48, und ein verschiebbar angeordnetes Eingriffselement 51. Das Aufnahmegehäuse 41 hat eine zentrale Bohrung, die den nach oben geöffneten Aufnahmeschacht 42 bildet und in welchen der Lichtleiterstecker 10 eingesteckt werden kann. An der Innenwand des Aufnahmeschachts 42 befindet sich eine optische Passfläche 44. Der Aufnahmeschacht hat eine untere Öffnung 42', durch die bei gestecktem Lichtleiterstecker 10 Laserstrahlung 17 propagieren kann. Das Aufnahmegehäuse 41 hat im Aufnahmeschacht 42 einen Ausschnitt 49. Das Eingriffselement 51 greift durch den Ausschnitt 49 durch und springt nach innen vor. In der gezeigten Ausführungsform ist das Eingriffselement 51 ein Stift oder Zapfen. An der Innenwand des Aufnahmeschachts 42 ist oberhalb des Ausschnitts 49 das Führungselement 48 angeordnet. Das Führungselement 48 ist ein im Aufnahmegehäuse 41 fest angeordneter Stift, der nach innen in den Schacht 42 vorspringt. Die 3 zeigt das Eingriffselement 51 in der ersten Position 51' mit durchgezogenen Linien. In der ersten Position 51' steht das Eingriffselement axial fluchtend zum Führungselement 48.
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Nur in der ersten Position 51' des Eingriffselements 51 kann der Stecker 10 in den Aufnahmeschacht 42 gesteckt werden. Dabei greifen sowohl das Führungselement 48 als auch das Eingriffselement 51 in die Axialnut 24 des Steckers 10 ein.
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In der 3 sind außerdem die zweite Position 51” und die Endposition 51”’ des Eingriffselements 51 gestrichelt dargestellt.
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Bei der in 3 gezeigten Ausführungsform wird im ersten Abschnitt 81 des Schließweges das Eingriffselement 51 im Wesentlichen in azimutaler Richtung zur zweiten Position 51” verschoben. Im zweiten Abschnitt 82 wird das Eingriffselement 51 axial nach unten verschoben und eine Andruckkraft aufgebracht.
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4 zeigt in einer schematischen Ausschnitts-Vergrößerung die Verschiebung des Führungselements 51 in Relation zum Stecker 10 bei einer Aufnahme wie in der in 3 dargestellten Ausführungsform.
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Der Schließweg des ersten Abschnitts 81 hat eine geringe Steigung, die der Steigung der Quernut 25 des Steckers 10 entspricht. Dadurch wird das Eingriffselement 51 in eine Vertiefung im Endbereich 27 der Quernut 25 verschoben, ohne an der Wandung 26 der Quernut 25 zu gleiten oder zu reiben. Erst im zweiten Abschnitt 82 des Schließweges wird eine axiale Andruckkraft auf das Eingriffselement 51 aufgebracht und das Eingriffselement 51 wird aus der zweiten Position 51” in axialer Richtung in die Endposition 51”’ verschoben, wo das Eingriffselement 51 kraftschlüssig an der Wandung 26 und dann in eine Vertiefung im Endbereich 27 der Quernut anliegt.
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Da das Eingriffselement 51 in keiner Phase der Abschnitte 81, 82 des Schließweges an der Quernut 25 des Steckers 10 oder deren Wandung 26 gleitet oder reibt, kann in diesem Bereich kein Abrieb erzeugt werden.
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In der 5 sind in einer schematischen Schnitt-Zeichnung einer Ausführungsform der Erfindung ähnlich der in 3 gezeigten Ausführungsform mehrere Komponenten dargestellt, mittels derer die Verriegelung und die Aufbringung der axialen Andruckkraft mechanisch gesteuert wird.
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Koaxial um das Aufnahmegehäuse 41 herum ist ein Schließring 62 angeordnet. Am Schließring 62 ist das Eingriffselement 51 montiert oder sind gegebenenfalls mehrere Eingriffselemente 51 montiert. Der Schließring 62 weist mindestens einen Führungsschlitz 63 auf. Im Führungsschlitz 63 läuft ein Steuerstift 69, der im Aufnahmegehäuse 41 fest montiert ist. Somit ist der Schließring 62 gegenüber dem Aufnahmegehäuse 41 entsprechend der Form des Führungsschlitzes 63 verdrehbar bzw. verschiebbar. Der Führungsschlitz 63 bildet die Bahn des Schließweges 81, 82 ab. Demzufolge besteht der Führungsschlitz 63 aus einem ersten azimutal verlaufenden Schlitzabschnitt mit einer Steigung entsprechend der Steigung der Quernut 25 des Steckers 10, sowie aus einem zweiten axial verlaufenden Schlitzabschnitt. Der Schließring 62 hat weiterhin mindestens einen Mitnehmer (nicht dargestellt), der in eine erste Aussparung in einem Steuerring 67 eingreift. Der Steuerring 67 ist koaxial um den Schließring 62 und um das Aufnahmegehäuse 41 angeordnet. Der Steuerring 67 ist mit der Griffhülse 61 fest verbunden und besitzt mindestens einen Steuerschlitz 68. Im Steuerschlitz 68 läuft der Steuerstift 69. Die Form des Steuerschlitzes 68 bildet somit die Bewegungsbahn der Griffhülse 61 bei der Betätigung der Verriegelung ab. Der Steuerschlitz 68 hat einen ersten azimutal verlaufenden Abschnitt, um die erste Drehbewegung der Griffhülse 61 zu ermöglichen, gefolgt von einem ersten axial verlaufenden Abschnitt. Daran anschließend hat der Steuerschlitz 68 einen zweiten azimutal verlaufenden Abschnitt für die zweite Drehbewegung der Griffhülse 61. Der Steuerschlitz 68 endet mit einem zweiten axialen Abschnitt. Bei der ersten Drehbewegung der Griffhülse 61 ist der Schließring 62 über den Mitnehmer mit dem Steuerring 67 und der Griffhülse 61 gekuppelt. Bei der ersten Drehbewegung der Griffhülse 61 wird somit das Eingriffselement 51 durch Mitnahme des Schließrings 62 entlang des ersten Abschnitts 81 des Schließweges verschoben. Am Ende der ersten Drehbewegung kann die Griffhülse 61 entsprechend dem ersten axialen Abschnitt des Steuerschlitzes 68 gegen einen Federdruck nach oben gezogen werden. Dabei kuppelt der Mitnehmer des Schließrings 62 aus der Aussparung im Steuerring 67 aus. Bei der zweiten Drehbewegung der Griffhülse 61 ist daher die Drehbewegung nicht mit einer Drehung des Schließrings 62 gekuppelt.
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Koaxial zwischen dem Schließring 62 und dem Steuerring 67 sind weiterhin eine Andruckplatte 64 und ein Federelement 66 angeordnet. Das Federelement 66 kann beispielsweise eine Wellenfeder sein. Die Wellenfeder 66 sitzt in axialer Richtung zwischen einem Absatz des Schießrings 62 und der Andruckplatte 64. Die Andruckplatte 64 ist über eine Axialschlitz-Zapfen-Kombination (nicht dargestellt) mit dem Steuerring 67 gekuppelt, d.h. die Andruckplatte 64 ist axial verschiebbar gegenüber dem Steuerring 67 angeordnet, während bei einer Drehbewegung der Griffhülse 61 und des Steuerrings 67 die Andruckplatte mitgedreht wird. Die Andruckplatte 64 weist mindestens einen Rampenschlitz 65 auf, in dem der Steuerstift 69 läuft. Der im Aufnahmegehäuse 41 befestigte Steuerstift 69 ragt also durch den Führungsschlitz 63 des Schließrings 62 und durch den Rampenschlitz 65 des Andruckrings 64 bis in den Steuerschlitz 68 des Steuerrings 67. Der Rampenschlitz 65 hat einen ersten azimutalen Abschnitt ohne Steigung und einen zweiten azimutalen Abschnitt mit einer Steigung, bildet also eine Rampe im zweiten Abschnitt. Somit wird während der ersten Drehbewegung der Griffhülse 61 die axiale Position der Andruckplatte 64 nicht verändert, während bei der zweiten Drehbewegung der Griffhülse 61 der Steuerstift 69 im Rampenabschnitt des Rampenschlitzes 65 läuft und so die Andruckplatte 64 axial nach unten verschoben wird. Dabei wird die Wellenfeder 66 auf den Absatz des Schließrings 62 gedrückt und so die axiale Andruckkraft erzeugt, mit der Schließring 62 und damit das Eingriffselement 51 nach unten geschoben wird, so dass das Eingriffselement 51 gegen die Wandung 26 und dann in eine Vertiefung im Endbereich 27 der Quernut 25 des Steckers 10 gedrückt wird und damit letztendlich die optische Passfläche 22 des Steckers 10 kraftschlüssig an der optischen Passfläche 44 der Aufnahme 40 anliegt.
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Am Ende der zweiten Drehbewegung kann die Griffhülse 61 entsprechend dem zweiten axial verlaufenden Abschnitt des Steuerschlitzes 68 durch einen Federdruck nach unten getrieben werden, wobei der Mitnehmer des Schließrings 62 in eine zweite Aussparung (nicht dargestellt) des Steuerrings 67 eingreift, wodurch der Schließring 62 wieder mit dem Steuerring 67 und der Griffhülse 61 kuppelt, so dass die Griffhülse 61 einrastet und sich die Verriegelung nicht von alleine lösen kann.
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6 ist eine Schnittzeichnung einer erfindungsgemäßen Aufnahme ähnlich der in 5 dargestellten Ausführungsform. Die bereits bei der Beschreibung der 5 erläuterten Komponenten sind auch in 6 dargestellt und müssen nicht noch einmal erläutert werden. Bei der Ausführungsform in 6 weist die Aufnahme 40 insgesamt drei Eingriffselemente 51 auf, die am Schließring 62 befestigt sind. Die Eingriffselemente 51 sind um jeweils 120° versetzt angeordnet. Für jedes Eingriffselement 51 hat das Aufnahmegehäuse 41 einen Ausschnitt 49. Gegenüber der Darstellung in 5 ist das Führungselement 48 in Relation zu einem anderen Eingriffselement 51 angeordnet, was für die Funktionsweise unerheblich ist und lediglich einer deutlicheren Darstellung der Funktionsweise in den anderen Abbildungen geschuldet ist. Zwischen dem Aufnahmegehäuse 41 und dem Schließring 62 sind um die Ausschnitte 49 herum Dichtungen 59 angeordnet. Die Dichtungen 59 dichten den Aufnahmeschacht 42 gegenüber dem Bereich zwischen dem Aufnahmegehäuse 41 und der Griffhülse 61 ab.
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Weiterhin sind in 6 elektrische Kontaktstifte 91 dargestellt. Die elektrischen Kontaktstifte 91 sind innerhalb eines zweiten Ausschnitts 95 des Aufnahmegehäuses 41 radial verschiebbar angeordnet. Die Kontaktstifte 91 befinden sich während des ersten Abschnitts 81 des Schließweges der Eingriffselemente 51 in einer zurückgesetzten, radial weiter außen liegenden Position, und werden während des zweiten Abschnitts 82 des Schließweges innerhalb des zweiten Ausschnitts 95 radial nach innen verschoben, bis die Kontaktstifte 91 im Aufnahmeschacht 42 geringfügig nach innen vorspringen und dadurch einen elektrischen Kontakt mit den elektrischen Kontaktflächen 31 des Steckers 10 herstellen. Dazu sind die Kontaktstifte 91 in einer Halterung aufgenommen, die über einen Stempel auf eine Steuerbahn drückt, die auf einer gekrümmten Innenfläche des Steuerrings 67 angeordnet ist. Die Steuerbahn ist in einem ersten Bereich korrespondierend zur ersten Drehbewegung der Griffhülse 61 flach bzw. weist einen konstanten Radius auf. In einem zweiten Bereich korrespondierend zur zweiten Drehbewegung wird der Radius der Steuerbahn stetig kleiner, so dass die Steuerbahn eine Rampe bildet, die die Halterung der Kontaktstifte 91 nach innen drückt. Zwischen dem Aufnahmegehäuse 41 und der Halterung der Kontaktstifte 91 ist im zweiten Ausschnitt 95 ein elastisches Dichtungselement 94 angeordnet sein, welches aufgrund seiner Elastizität die Verschiebung der Kontaktstifte 91 und deren Halterung in radialer Richtung zulässt. Das elastische Dichtungselement, das kann beispielsweise eine elastische Membran sein, dichtet den Aufnahmeschacht 42 gegenüber dem Bereich zwischen dem Aufnahmegehäuse 41 und der Griffhülse 61 ab.
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Die Aufnahme 40 hat ferner eine Kappe 79, die mit dem Aufnahmegehäuse 41 verschraubt ist. Dadurch wird eine Montage der koaxial um das Aufnahmegehäuse 41 angeordneten Bauteile ermöglicht.
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Unterhalb der Kappe 79 ist eine Federplatte 71 angeordnet. Die Federplatte 71 drückt über Federn den Steuerring 67 und damit die Griffhülse 61 nach unten und erzeugt das Kraftmoment beim Hochziehen des Griffrings 61 beim Übergang von der ersten Drehbewegung zur zweiten Drehbewegung, sowie das Kraftmoment zum Einrasten der Griffhülse 61 am Ende der zweiten Drehbewegung.
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Im Schließring 62 ist eine federbelastete Kugel 75 angeordnet, die auf einen Absatz des Aufnahmegehäuses 41 mit mehreren Vertiefungen drückt. Damit werden die Rastmomente am Beginn und am Ende der ersten Drehbewegung der Griffhülse 61 erzeugt.
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Bei einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung kann das Eingriffselement 51 im ersten Abschnitt 81 des Schließweges in radialer Richtung zur Steckerlängsachse verschiebbar sein. Dabei steht in der ersten Position 51' das Eingriffselement radial weiter außen als in der zweiten Position 51". Das Eingriffselement 51 greift erst in der zweiten Position 51" in eine Vertiefung der Endregion 27 der Quernut 25 des Steckers 10 ein. Die mechanische Steuerung für diese Art der Verriegelung kann in ähnlicher Weise erfolgen wie die bereits beschriebene mechanische Steuerung für die elektrischen Kontaktstifte 91. Dazu kann das das Eingriffselement 51 im Schließring 62 radial verschiebbar aufgenommen sein und die radiale Position des Eingriffselements 51 über eine zweite Steuerbahn auf einer Innenfläche des Steuerrings 67 verändert werden. Diese zweite Steuerbahn hat auf einem ersten Abschnitt korrespondierend zur ersten Drehbewegung der Griffhülse 61 einen stetig kleiner werdenden Radius. Im zweiten Abschnitt der zweiten Steuerbahn, welcher der zweiten Drehbewegung der Griffhülse 61 entspricht, ist der Radius konstant. Der Schließring 62 ist in dieser Ausführungsform nur axial verschiebbar gelagert und die azimutale Bewegung der Griffhülse 61 und des Steuerrings 67 ist nicht mit dem Schließring 62 gekuppelt. Dadurch wird das Eingriffselement 51 während der ersten Drehbewegung radial nach innen geschoben, ohne seine azimutale Position zu verändern, und greift am Ende der ersten Drehbewegung in eine Vertiefung der Endregion 27 der Quernut 25 des Steckergehäuses 21 ein. Anschließend erfolgt mit der zweiten Drehbewegung der Griffhülse 61 der zweite Abschnitt 82 des Schließweges, bei dem die axiale Verschiebung des Eingriffselements 51 und die Aufbringung der Andruckkraft in gleicher Weise wie in den zuvor beschriebenen Ausführungsformen erfolgen kann.
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Im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen stellt die vorliegende Erfindung eine Aufnahme zur lösbaren und reproduzierbar wiederherstellbaren Verbindung zur Verfügung, bei der eine Entkopplung zwischen dem Verschließen und einer Kraftapplikation gewährleistet ist. Dieser technische Effekt ist mit dem Vorteil verbunden, dass bei Verschließen kein Abrieb und damit auch keine Partikel entstehen, welche die optische Verbindung zwischen Lichtleitkabeln stören können. Die Krafteinwirkung findet erst in einem zweiten Schritt statt.
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Die erfindungsgemäßen Vorteile werden dadurch erzielt, dass die Entkopplung des Verschließens und der Krafteinwirkung zur Verbindung mit unterschiedlichen Bewegungsrichtungen einhergeht. So erfolgt das Verschließen auf einer azimutalen Bahn und die Krafteinwirkung auf einer sich anschließenden axialen Bahn.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Stecker
- 12
- Schutzschlauch
- 14
- Lichtleiter (Glasfaser)
- 15
- Lichtleiterspitze
- 17
- Laserstrahlung
- 21
- Steckergehäuse
- 22
- optische Passfläche
- 24
- Axialnut
- 25
- Quernut
- 26
- Wandung der Quernut
- 27
- Vertiefung im Endbereich der Quernut
- 31
- elektrische Kontaktflächen
- 32
- elektrische Isolation
- 35
- Griffstück
- 40
- Aufnahme
- 41
- Aufnahmegehäuse
- 42
- Aufnahmeschacht
- 42'
- untere Öffnung des Aufnahmeschachts
- 44
- optische Passfläche
- 48
- Führungselement
- 49
- Ausschnitt
- 51
- Eingriffselement
- 51'
- Eingriffselement in erster Position (bei geöffneter Aufnahme)
- 51”
- Eingriffselement in zweiter Position
- 51”’
- Eingriffselement in Endposition (bei verriegelter Aufnahme)
- 59
- Dichtung
- 61
- Griffhülse
- 62
- Schließring
- 63
- Führungsschlitz
- 64
- Andruckplatte
- 65
- Rampenschlitz
- 66
- Federelement
- 67
- Steuerring
- 68
- Steuerschlitz
- 69
- Steuerstift
- 71
- Federplatte
- 75
- Kugel
- 79
- Kappe
- 80
- Schließweg
- 81
- erster Abschnitt des Schließweges
- 82
- zweiter Abschnitt des Schließweges
- 91
- Kontaktstifte
- 94
- elastisches Dichtelement
- 95
- zweiter Ausschnitt
