DE102019130491B3

DE102019130491B3 - Elektrisches Steckverbindersystem mit Sperrelement

Info

Publication number: DE102019130491B3
Application number: DE102019130491.1A
Authority: DE
Inventors: Niklas Brand; Valeri Reimchen
Original assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Current assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Priority date: 2019-11-12
Filing date: 2019-11-12
Publication date: 2020-09-03
Anticipated expiration: 2039-11-13
Also published as: CN112803197A; CN112803197B

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein elektrisches Steckverbindersystem (10), aufweisend zwei Verbindungsteile (20;30) mit ersten und zweiten Verriegelungselementen (24;25;26;44;45;46), die so ausgebildet sind und zusammenwirken, dass sie beim Zusammenstecken der beiden Verbindungsteile (20;30) in axialer Richtung eine Verriegelung der ersten und zweiten Verriegelungselemente (24;25;26;44;45;46) durch Formschluss bewirken. Es ist ferner ein Drehring (40) vorgesehen, dessen Lage durch ein Sperrelement (50;50';50") mit einem elastischen Sperrabschnitt (51) blockierbar ist, wobei der Sperrabschnitt (51) von außen durch eine Aussparung (42) im Drehring (40) hindurch zugänglich ist. Das Sperrelement (50;50';50") ist in axialer Richtung beweglich an dem zweiten Verbindungsteil (30) angebracht, und wird beim Steckvorgang durch das erste Verbindungsteil (20) aus einer ersten Lage gegen eine Federkraft in axialer Richtung in eine zweite Lage bewegt, in welcher der Sperrabschnitt (51) des Sperrelementes (50;50';50") verrastend in die Aussparung (42) des Drehrings (40) eingreift, wodurch in dieser Rastlage ein Drehen des Drehrings (40) blockiert ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Steckverbindersystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Das Steckverbindersystem weist zwei elektrische Verbindungsteile auf, die nach dem Zusammenstecken über Verriegelungselemente miteinander verriegelt sind, so dass sie nicht ohne Weiteres axial getrennt werden können. Dabei weist ein Verbindungsteil einen Drehring auf, der für eine Verriegelung mit dem anderen Verbindungsteil um seine Längsachse gedreht und anschließend wieder zurückgedreht wird.
Im Bereich der elektrischen Steckverbindungssysteme ist es bekannt, einen Stecker mit einem Gegenstecker zu verbinden. Stecker und Gegenstecker weisen jeweils elektrische Leiterkontakte auf, die durch das Einführen des Steckers in den Gegenstecker leitend miteinander verbunden werden. Diese leitende Verbindung kann auf verschiedene Arten ausgeführt sein. Für eine mechanische Verbindung der beiden Stecker wird beispielsweise eine Bajonettverbindung oder eine andere Art der axialen Verriegelung eingesetzt, die Teil einer Kupplungsvorrichtung sind, die vorzugsweise einfach und möglichst schnell zu handhaben sein sollte. Oftmals werden hierzu in der Kupplungsvorrichtung ergänzende Elemente wie ein Drehring eingesetzt, der für eine axiale Verriegelung der beiden Stecker verdreht und/oder verschoben wird. Ein solcher Drehring kann insbesondere federbelastet ausgeführt sein.
Beispielsweise offenbart die US 7,776,638 B2 ein Steckverbindersystem mit einem Drehring, der drehbar an einem ersten Verbindungsteil gehalten ist. Die Verriegelung erfolgt über Verriegelungselemente an diesem Drehring und dem zweiten Verbindungsteil. Durch die Anordnung und Ausformung der Verriegelungselemente rotiert der Drehring beim Einstecken des zweiten Verbindungsteils in den Drehring gegen eine Federkraft und dreht aufgrund der Federkraft wieder in seine Ursprungslage zurück, wenn die Verriegelungselemente eine bestimmte axiale Verriegelungsstellung erreicht haben. Um die Steckverbindung wieder zu lösen, wird der Drehring manuell in eine Lage gedreht, in welcher die Verriegelungselemente wieder so frei zueinander liegen, dass die beiden Verbindungsteile in axialer Richtung getrennt werden können.
Bei einer solchen Schnellverriegelung besteht jedoch nicht die Möglichkeit, diese gegen unsachgemäßes Öffnen/Trennen zu schützen, denn sie kann auf einfache Weise manuell gelöst werden, indem der Drehring gedreht wird. Oftmals ist dies jedoch eine Anforderung, was insbesondere beim Einsatz von elektrischen Steckverbindersystemen in leicht zugänglichen Bereichen der Fall ist. Beispielsweise kann die Anforderung bestehen, dass ein Trennen der Steckverbindung nur mit einem Werkzeug möglich ist.
Daher sind beispielsweise auch Lösungen bekannt, bei denen eine Kupplungsvorrichtung eine oder mehrere Schrauben aufweist, mit denen zwei Verbindungsteile fest miteinander verbunden bzw. voneinander gelöst werden können, was jeweils den Einsatz eines Schraubendrehers erfordert. Darüber hinaus sind auch Lösungen bekannt, bei welchen die Verbindung automatisch ohne zusätzliches Werkzeug erfolgt, während für das Lösen der Verbindung ein Werkzeug erforderlich ist.
Darüber hinaus sind Kupplungsvorrichtungen mit Sperrelementen bekannt, bei denen zum Beispiel eine federnde Zunge an einem ersten Verbindungsteil in eine Aufnahme in einem zweiten Verbindungsteil einrastet, wenn das erste Verbindungsteil in das zweite Verbindungsteil eingesteckt wird. Um die Verbindung zu lösen, ist die federnde Zunge von außen zugänglich, so dass sie mit einem Werkzeug nach innen gedrückt werden kann, um so die Verrastung aufzuheben und das zweite Verbindungsteil aus dem ersten Verbindungsteil ziehen zu können.
Aus der EP 1 625 641 B1 ist beispielsweise eine Kupplungsvorrichtung für einen elektrischen Verbinder bekannt, mit der ein Kontaktblock über eine Bajonettverbindung mit einem Griff verbunden wird. Auf dem Kontaktblock ist ein separates elastisches Sperrelement anbringbar, welches bei Einschieben und anschließendem Drehen des Kontaktblocks gegenüber dem Griff mit einem Schnappeingriff in eine Aussparung im Griff einrastet, wodurch eine axiale Verriegelung bewirkt wird. Die Aussparung liegt so, dass sie leicht zugänglich ist, um das elastische Sperrelement für ein Lösen der Kupplungsvorrichtung mit einem Werkzeug nach innen zu drücken, wodurch der Schnappeingriff aufgehoben wird.
Nachteilig bei einer solchen Kupplungsvorrichtung ist jedoch, dass das elastische Sperrelement beim Zusammenstecken der beiden Verbindungsteile zunächst radial gespannt werden muss, indem ein Federabschnitt radial nach innen gedrückt wird. Hierfür müssen die beiden Verbindungsteile entsprechend ausgebildet sein. Ferner ist es bei der Verwendung eines solchen Sperrelementes zusammen mit einem zusätzlichen Drehring vorteilhaft, wenn sichergestellt ist, dass das Sperrelement an einem Verbindungsteil nur in Zusammenspiel mit dem anderen Verbindungsteil wirkt und der Anwender das Sperrelement nicht schon vor dem eigentlichen Steckvorgang betätigen muss.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes elektrisches Steckverbindersystem bereitzustellen, das eine Schnellverriegelung aufweist, die nur mit einem Werkzeug zu lösen ist.
Diese Aufgabe wird durch ein elektrisches Steckverbindersystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Steckverbindersystems ergeben sich aus den Unteransprüchen 2-10.
Das elektrische Steckverbindersystem gemäß der Erfindung weist ein erstes Verbindungsteil mit einem rohrförmigen Steckabschnitt auf, der mit wenigstens einem ersten Verriegelungselement versehen ist. Vorzugsweise sind mehrere Verriegelungselemente vorgesehen. Das erste Verbindungsteil kann neben dem rohrförmigen Steckabschnitt weitere Bereiche aufweisen, die je nach Anwendungsgebiet und Anforderungen an das Steckverbindersystem entsprechend ausgebildet sind. Das Steckverbindersystem weist ferner ein zweites Verbindungsteil mit einem ebenfalls rohrförmigen Lagerabschnitt und einem Drehring auf, der mit wenigstens einem zweiten Verriegelungselement versehen ist. Vorzugsweise sind auch am Drehring mehrere Verriegelungselemente vorgesehen. Der Drehring ist koaxial drehbar auf dem Lagerabschnitt des zweiten Verbindungsteils angebracht.
Der Steckabschnitt des ersten Verbindungsteils ist dazu ausgebildet, bei einem Steckvorgang teleskopartig in den Drehring des zweiten Verbindungsteils eingeführt zu werden. Die ersten und zweiten Verriegelungselemente sind dabei so ausgebildet und wirken so zusammen, dass sie bei diesem Einführen des Steckabschnitts in den Drehring und einer gleichzeitigen Rotation des Drehrings um den Lagerabschnitt des zweiten Verbindungsteils in einer axialen Verriegelungslage eine Verriegelung der ersten und zweiten Verriegelungselemente in axialer Richtung bewirken. Die axiale Verriegelung wird somit dadurch erreicht, dass in der Verriegelungslage die Verriegelungselemente der beiden Verbindungsteile so zueinander liegen, dass in axialer Richtung ein Formschluss zwischen jeweils zwei Verriegelungselementen hergestellt ist. So blockieren die axial zueinander ausgerichteten Verriegelungselemente ein Trennen der beiden Verbindungsteile.
Beide Verbindungsteile sind so ausgebildet, dass sie mit elektrischen Anschlusskontakten versehen werden können, die nach dem Zusammenstecken der beiden Verbindungsteile elektrisch kontaktiert sind. Diese elektrischen Anschlusskontakte mit entsprechenden Zuführungen können je nach Anwendungsgebiet ausgebildet werden. Insbesondere werden elektrische Anschlüsse und/oder Leitungen dabei durch den rohrförmigen Steckabschnitt des ersten Verbindungsteils und den rohrförmigen Lagerabschnitt des zweiten Verbindungsteils geführt.
Um das Steckverbindersystem im verriegelten Zustand zu sichern, weist der Drehring wenigstens eine Aussparung auf und am Lagerabschnitt des zweiten Verbindungsteils ist wenigstens ein Sperrelement angebracht, das einen elastischen Sperrabschnitt aufweist, der in der Verriegelungslage der ersten und zweiten Verriegelungselemente mit der Aussparung am Drehring verrastet. Dies wird dadurch bewirkt, dass sich der Sperrabschnitt durch eine Federbelastung radial nach außen bewegt und so in die Aussparung eingreift. Der Sperrabschnitt wird beispielsweise durch einen Arm bzw. eine Lasche gebildet, die nachgiebig und federnd von dem Sperrelement absteht. Solange sich der Sperrabschnitt nicht im Bereich der Aussparung im Drehring befindet, wird er von Innengeometrie des Drehrings radial nach innen gedrückt und erfährt so eine Federvorspannung. Bewegt sich der Sperrabschnitt in den Bereich der Aussparung im Drehring, kann er sich durch die Federvorspannung radial nach außen bewegen und verrastend in die Aussparung eingreifen.
Dabei ist der Sperrabschnitt von außen durch die Aussparung im Drehring hindurch zugänglich, so dass er mit einem Werkzeug radial nach innen gedrückt werden kann. Auf diese Weise kann sein Eingreifen in die Aussparung des Drehrings manuell aufgehoben werden.
Erfindungsgemäß ist das Sperrelement in axialer Richtung beweglich an dem Lagerabschnitt des zweiten Verbindungsteils angebracht und vorzugsweise linear geführt. Es befindet sich somit nicht in einer festen axialen Lage bezüglich des Lagerabschnitts des zweiten Verbindungsteils, sondern ist zwischen verschiedenen axialen Lagen beweglich geführt. Dabei ist das Steckverbindersystem so ausgeführt, dass das erste Verbindungsteil beim Einführen seines Steckabschnitts in den Drehring das Sperrelement aus einer ersten Lage gegen eine Federkraft in axialer Richtung in eine zweite Lage bewegt, in welcher der Sperrabschnitt des Sperrelementes verrastend in die Aussparung des Drehrings eingreift, wodurch ein Drehen des Drehrings in wenigstens eine Richtung blockiert ist. Insbesondere wird dabei ein Drehen des Drehrings in die Richtung blockiert, die ein Lösen der Verriegelung bewirken würde.
So kann ein elektrisches Steckverbindersystem bereitgestellt werden, das eine sichere und einfache Schnellverriegelung mit einem Drehring aufweist. Für die Verriegelung ist kein Werkzeug erforderlich, sondern sie erfolgt automatisch beim Steckvorgang. Dabei ist die Verriegelung gegen unsachgemäßes Trennen/Öffnen gesichert, da das verrastete Sperrelement ein manuelles Drehen des Drehrings in die Entriegelungsrichtung verhindert. Das Sperrelement ist dann jedoch von außen zugänglich, so dass es mit einem Werkzeug nach innen gedrückt werden kann, um die Blockade aufzuheben. Auf andere Weise ist das Sperrelement vorzugsweise nicht aus seiner Verrastung mit dem Drehring zu lösen, ohne dass es zu einer nicht-reversiblen Beschädigung des Steckverbindersystems kommt. So können diesbezügliche Sicherheitsvorgaben erfüllt werden.
Solange das erste Verbindungsteil noch nicht mit seinem rohrförmigen Steckabschnitt in den Drehring eingeführt wurde, befindet sich das Sperrelement jedoch nicht in einem Bereich, in welchem es mit der Aussparung im Drehring verrasten würde. Der Drehring ist somit zunächst frei drehbar und das Sperrelement muss hierzu in keiner Weise von einem Anwender betätigt werden. Erst wenn das erste Verbindungsteil mit seinem Steckabschnitt in den Drehring eingeschoben wird, bewirkt dies eine Bewegung des Sperrelementes in eine axiale Lage, in welcher es mit der Aussparung im Drehring verrasten kann. Dies erfolgt automatisch beim Einstecken des Steckabschnitts, so dass das Sperrelement auch hierbei nicht von einem Anwender betätigt werden muss. Die Verrastung wird erst wirksam, wenn die beiden Verbindungsteile miteinander in Eingriff stehen. Dies erleichtert die Handhabung des Steckverbindersystems und erhöht seine Anwenderfreundlichkeit, denn ansonsten müsste der Anwender vor jedem Steckvorgang erst die Verrastung des Sperrelementes lösen.
Die Lage und Ausgestaltung von Sperrelement und Aussparung im Drehring sind dabei vorzugsweise so gewählt, dass die Verrastung des Sperrelementes mit der Aussparung im Drehring erst im Bereich der Verriegelungslage der ersten und zweiten Verriegelungselemente erfolgt. So sind die Verriegelung des Steckverbindersystems und die Sicherung durch das Sperrelement geeignet aufeinander abgestimmt.
Im Folgenden wird die erste Lage des Sperrelementes gegenüber dem Lagerabschnitt des zweiten Verbindungsteils auch als Normallage bezeichnet, während die zweite Lage als Rastlage bezeichnet wird, in welcher das Sperrelement mit dem Drehring verrasten kann. In einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt die axiale Bewegung des Sperrelementes aus der Normallage in die Rastlage gegen eine Federkraft, wodurch sich das Sperrelement nach Lösen der Verrastung des Sperrelementes und Entfernen des ersten Verbindungsteils durch Federkraft wieder in die Normallage bewegt. Auf diese Weise wird das Lösen und erneute Stecken des Steckverbindersystems für den Anwender weiter erleichtert, da die Bewegung des Sperrelementes zurück in die Normallage automatisch erfolgt.
Beispielsweise weist das Sperrelement hierzu wenigstens ein axial wirkendes Federelement auf, das beim Bewegen des Sperrelementes aus der ersten Lage in die zweite Lage in axialer Richtung auf Druck oder Zug belastet wird. Das Federelement kann dabei integral mit dem Sperrelement ausgebildet sein. Beispielsweise handelt es sich um einen oder mehrere Federarme, die nachgiebig und federnd von einem Bereich des Sperrelementes abstehen. Ein solches Federelement stützt sich beispielsweise an einem Bereich des zweiten Verbindungsteils ab. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei einem Federelement um ein separates Bauteil wie eine Feder, die zwischen einem Bereich des Sperrelementes und einem anderen Bereich des zweiten Verbindungsteils eingespannt ist.
Dabei kann ein Federelement an verschiedenen Stellen am zweiten Verbindungsteil angreifen. Beispielsweise kann das zweite Verbindungsteil neben seinem rohrförmigen Lagerabschnitt einen Steckerkörper aufweisen, von welchem der rohrförmige Lagerabschnitt für den Drehring absteht. In einer Ausführungsform der Erfindung stützt sich das Federelement an diesem Steckerkörper in einem Bereich ab, in welchem die Außenkontur dieses Steckerkörpers radial über die Außenkontur des rohrförmigen Lagerabschnitts des zweiten Verbindungsteils hinausragt. Wenigstens in diesem Bereich ist somit ein Absatz zwischen dem rohrförmigen Lagerabschnitt und dem weiteren Steckerkörper gebildet, an welchem sich ein Federelement axial abstützen kann. Das Sperrelement wird dann beim Steckvorgang so in Richtung dieses Absatzes gedrückt, dass dazwischen ein oder mehrere Federelemente gespannt werden. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung stützt sich das Federelement an einem Anschlag ab, der am rohrförmigen Lagerabschnitt des zweiten Verbindungsteils ausgebildet ist.
Vorteilhafterweise ist eine Bewegung des Sperrelementes in Richtung des ersten Verbindungsteils begrenzt. Dies wird beispielsweise ebenfalls durch wenigstens einen Anschlag erreicht, so dass die Normallage des Sperrelementes durch wenigstens einen Anschlag definiert ist und ein oder mehrere Federelemente das Sperrelement nicht weiter bewegen als bis zu diesem Anschlag. So ist das Sperrelement in der Normallage gegen ein Herausfallen gesichert.
Die Verriegelung des Steckverbindersystems anhand von Verriegelungselementen an beiden Verbindungsteilen kann auf verschieden Arten erfolgen. Beispielsweise kann eine Art Bajonettverbindung eingesetzt werden, bei der Verriegelungselemente durch eine Steck- und Drehbewegung formschlüssig in zugehörigen Kanälen verriegeln. Vorzugsweise wird eine Schnellverriegelung so ausgeführt, dass die Verriegelungselemente des ersten Verbindungsteils beim Einstecken in den Drehring so auf die Verriegelungselemente am Drehring einwirken und Kräfte auf diese ausüben, dass sie den Drehring in Rotation um den Lagerabschnitt versetzen. Durch die axiale Steckbewegung wird somit eine radiale Verdrehung des Drehrings bewirkt. Dies wird beispielsweise durch rampenförmige Seitenflächen an den Verriegelungselementen erreicht, die aneinander abgleiten. Ab einer bestimmten axialen Lage der beiden Verbindungsteile zueinander geben die Verriegelungselemente eine Rotation des Drehrings in die entgegengesetzte Drehrichtung frei. Diese Rotation bewirkt die Bewegung der Verriegelungselemente in eine Lage zueinander, in welcher jeweils ein erstes und ein zweites Verriegelungselement so zueinander liegen, dass sie einen Formschluss in axialer Richtung bewirken.
In einer Ausführungsform der Erfindung sind daher die ersten und zweiten Verriegelungselemente so ausgebildet, dass die ersten Verriegelungselemente beim Einführen des rohrförmigen Steckabschnitts des ersten Verbindungsteils in den Drehring durch ein Abgleiten an den zweiten Verriegelungselementen eine Rotation des Drehrings aus einer Ruhewinkellage in eine ausgelenkte Winkellage bewirken und die axiale Verriegelung der ersten und zweiten Verriegelungselemente in ihrer axialen Verriegelungslage bewirkt wird, indem der Drehring aus der ausgelenkten Winkellage zurück in die Ruhewinkellage rotiert.
Vorzugsweise weist das zweite Verbindungsteil einen Federmechanismus auf, durch welchen der Drehring entgegen einer Federkraft aus einer Ruhewinkellage in eine ausgelenkte Winkellage rotierbar ist. Durch diese Federkraft rotiert der Drehring aus der ausgelenkten Winkellage automatisch zurück in die Ruhewinkellage, sobald es die Lage der Verriegelungselemente zueinander zulässt. So kann ein Steckverbindersystem mit einer einfachen und effektiven Schnellverriegelung bereitgestellt werden.
Es ist jedoch auch möglich, den Drehring ohne einen solchen Federmechanismus auszuführen und in manuell zurück in die Ruhewinkellage zu drehen. Ferner wirkt der Federmechanismus beispielsweise zwischen dem Drehring und dem rohrförmigen Lagerabschnitt des zweiten Verbindungsteils, indem zwischen diesen beiden Bauteilen eine oder mehrere Federn eingespannt sind. Der Federmechanismus kann jedoch auch zwischen dem Drehring und einem anderen Teil des zweiten Verbindungsteils wirken.
Auch die Verriegelungselemente können an verschiedenen Positionen an den beiden Verbindungsteilen angeordnet sein. Vorzugsweise sind die ersten Verriegelungselemente auf dem Außenumfang des rohrförmigen Steckabschnitts des ersten Verbindungsteils ausgeformt, während die zweiten Verriegelungselemente auf dem Innenumfang des rohrförmigen Drehrings des zweiten Verbindungsteils ausgeformt sind. Wird der Steckabschnitt des ersten Verbindungsteils teleskopartig in den Drehring eingeschoben, kontaktieren seine ersten Verriegelungselemente die zweiten Verriegelungselemente am Drehring. Außendurchmesser des Steckabschnitts und Innendurchmesser des Drehrings sind entsprechend aufeinander abgestimmt, damit dieser Kontakt stattfindet.
Weitere Vorteile, Besonderheiten und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Darstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Abbildungen.
Es zeigen

1 eine dreidimensionale Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steckverbindersystems im gelösten Zustand;
2 das Steckverbindersystem gemäß 1 beim Steckvorgang;
3 ein Steckverbindersystem gemäß 1 nach dem Verriegeln;
4A ein Steckverbindersystem mit einer Detailansicht der Verriegelung zu Beginn des Steckvorgangs;
4B das Steckverbindersystem gemäß 4A bei fortgeschrittenem Steckvorgang;
4C das Steckverbindersystem gemäß 4A nach dem Verriegeln;
5 das Steckverbindersystem gemäß 1 ohne Drehring mit einer ersten Ausführungsform eines Sperrelementes;
6A das Steckverbindersystem gemäß 5 im gelösten Zustand;
6B das Steckverbindersystem gemäß 5A beim Steckvorgang;
6C das Steckverbindersystem gemäß 5A nach dem Verriegeln;
7A eine Detailansicht eines Sperrelementes ohne Verrastung;
7B eine Detailansicht eines Sperrelementes mit Verrastung;
8 eine Detailansicht eines Sperrelementes mit eingeführtem Werkzeug;
9 eine Detailansicht eines Sperrelementes mit gelöster Verrastung;
10 ein zweites Verbindungsteil ohne Drehring mit einer zweiten Ausführungsform eines Sperrelementes;
11 ein Steckverbindersystem mit einem Verbindungsteil gemäß 10 ohne Drehring nach dem Verriegeln;
12 ein Verbindungsteil ohne Drehring mit einer dritten Ausführungsform eines Sperrelementes; und
13 ein Steckverbindersystem mit einem Verbindungsteil gemäß 12 ohne Drehring nach dem Verriegeln.

1 eine dreidimensionale Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steckverbindersystems 10 im gelösten Zustand. Das Steckverbindersystem 10 umfasst zwei Verbindungsteile 20 und 30, die auch als Stecker und Gegenstecker zu bezeichnen sind. Ein erstes Verbindungsteil 20 weist einen Steckerkörper 22 und einen rohrförmigen Steckabschnitt 21 auf, der von diesem Steckerkörper 22 absteht. Auf der Außenkontur des Steckabschnitts 21 sind über den Umfang verteilt mehrere Verriegelungselemente angeordnet, von denen in der Ansicht der 1 zwei Verriegelungselemente 24 und 25 sichtbar sind. Diese Verriegelungselemente 24, 25 stehen radial nach außen von der Außenkontur des Steckabschnitts 21 ab und haben eine Spitze, die von dem Steckerkörper 22 weg zeigt.
Das zweite Verbindungsteil 30 besteht aus mehreren Bauteilen, die miteinander verbunden sind. Es weist ebenfalls einen Steckerkörper 32 auf, von dem ein rohrförmiger Lagerabschnitt 31 absteht. Auf diesem Lagerabschnitt 31 ist ein Drehring 40 koaxial drehbar angebracht, so dass sich der Drehring 40 um die gemeinsame Längsachse L drehen kann. Auf dem Innenumfang 41 des Drehrings 40 sind ebenfalls mehrere Verriegelungselemente angeordnet, von denen drei Verriegelungselemente 44, 45 und 46 sichtbar sind. Diese Verriegelungselemente 44, 45, 46 weisen ebenfalls eine Spitze auf, die von dem Steckerkörper 32 weg zeigt. Insbesondere ist dies anhand des Verriegelungselementes 46 zu erkennen. Ferner weist der Drehring 40 eine Aussparung 42 auf. Diese liegt im Bereich des Steckerkörpers 32 und öffnet sich als Spalt zu dieser hin. Sie kann jedoch auch als vollständig umschlossene Öffnung ausgebildet sein.
Die Steckerkörper 22, 32 und der Drehring 40 können im Querschnitt eine im Wesentlichen kreisrunde Außenkontur aufweisen. Auf dieser Außenkontur können beispielsweise Rillen oder eine Riffelung vorgesehen sein, um ein sicheres Greifen des Steckverbindersystems und seiner Komponenten zu ermöglichen (nicht dargestellt). In der Ausführungsform der Figuren ist ferner vorgesehen, dass diese Bauteile gegenüberliegende gerade Flächen aufweisen, die in parallelen Ebenen liegen. Diese Griffflächen 43a und 43b sind am Drehring 40 ersichtlich. 1 zeigt am ersten Verbindungsteil 20 eine Grifffläche 23a, das Verbindungsteil 20 weist jedoch ebenfalls eine weitere gegenüberliegende Grifffläche auf. Das Gleiche gilt für das zweite Verbindungsteil 30 und seine Grifffläche 33a. Die Aussparung 42 im Drehring 40 liegt beispielsweise innerhalb der Grifffläche 33a.
Der Drehring 40 ist vorzugsweise federbelastet auf dem Lagerabschnitt 31 gelagert. Dies bedeutet, dass ein Federmechanismus vorgesehen ist, gegen den der Drehring 40 auf dem Lagerabschnitt 31 drehbar ist. Wird der Drehring gedreht, erfolgt dies gegen eine Federkraft, die den Drehring 40 wieder in eine Ursprungswinkellage zurückdrehen kann.
Beide Verbindungsteile 20, 30 sind so ausgebildet, dass sie mit elektrischen Anschlusskontakten versehen werden können, die nach dem Zusammenstecken der beiden Verbindungsteile elektrisch kontaktiert sind. Diese elektrischen Anschlusskontakte mit entsprechenden Zuführungen können je nach Anwendungsgebiet ausgebildet werden und sind in den Figuren nicht explizit dargestellt. Insbesondere werden elektrische Anschlüsse und/oder Leitungen dabei durch den rohrförmigen Steckabschnitt 21 des ersten Verbindungsteils 20 und den rohrförmigen Lagerabschnitt 31 des zweiten Verbindungsteils 30 geführt. Die Figuren zeigen ferner nur den Bereich der beiden Verbindungsteile 20, 30, der für eine Steckverbindung ausgebildet ist. Die Ausgestaltung der Verbindungsteile außerhalb dieses Bereiches ist nicht dargestellt, so dass die beiden Verbindungsteile 20, 30 auf einer Seite jeweils mit einer Bruchkante dargestellt sind.
2 zeigt das Steckverbindersystem gemäß 1 beim Steckvorgang. Der rohrförmige Steckabschnitt 21 des ersten Verbindungsteils 20 wurde teleskopartig in den Drehring 40 eingeschoben. Dabei haben die Verriegelungselemente des ersten Verbindungsteils 20 die Verriegelungselemente im Drehring 40 kontaktiert. Durch ihre spitze Form bilden sie rampenartige Seitenflächen aus, die so zueinander liegen, dass jeweils ein erstes Verriegelungselement an einem zweiten Verriegelungselement abgleitet. Dabei üben die ersten Verriegelungselemente eine axiale Kraft auf die zweiten Verriegelungselemente aus, die durch die Rampen umgelenkt wird und so den Drehring in Richtung des Drehpfeils D1 rotiert. Durch die axiale Steckbewegung wird so eine radiale Verdrehung des Drehrings bewirkt. Sind die zweiten Verriegelungselemente überwunden, kann der Drehring 40 wieder zurück in seine ursprüngliche Winkellage drehen, wie es in der 3 mit dem Drehpfeil D2 gezeigt ist. In dieser Lage fluchten die Griffflächen von Steckerkörper 22, Steckerkörper 32 und Drehring 40 miteinander zu einer durchgehenden Fläche.
In dieser Lage liegen die ersten und zweiten Verriegelungselemente ferner so zueinander, dass sie in axialer Richtung einen Formschluss herstellen. Dies wird anhand des Ausführungsbeispiels der 4A bis 4C erläutert. Diese Figuren zeigen ein Steckverbindersystem mit einer Detailansicht der Verriegelung, indem der Drehring lokal weggebrochen dargestellt ist. Dabei entspricht die Ausbildung der ersten und zweiten Verriegelungselemente jedoch nicht der Ausführungsform der 1, sondern es wurde eine alternative Ausführungsform gewählt. In dieser Ausführungsform weisen dreieckige Verriegelungselemente am Steckabschnitt 21 ebenfalls eine Spitze auf, die in Richtung des zweiten Verbindungsteils 30 zeigt. Die Verriegelungselemente am Drehring 40 sind jedoch als Nasen an einer größeren Struktur ausgebildet. Beispielhaft zeigen die 4A bis 4C exemplarisch ein Verriegelungselement 24 in Dreiecksform am Steckabschnitt 21. Auf der Innenseite des Drehrings 40 ist eine Struktur mit einer Nase 44 ausgeformt.
Zu Beginn des Steckvorgangs trifft eine schräge Fläche des Verriegelungselementes 24 auf eine schräge Fläche der Nase 44. Das Verriegelungselement 24 gleitet an der Nase 44 entlang, wobei es eine Rotation des Drehrings 40 bewirkt. Das Gleiche gilt für weitere Verriegelungselemente auf dem Umfang des Steckabschnitts 21. Insbesondere erfolgt die Rotation des Drehrings 40 gegen die Federkraft eines Federmechanismus (nicht dargestellt), wodurch wenigstens eine Feder gespannt wird. Beim weiteren Steckvorgang gleitet das Verriegelungselement 24 in axialer Richtung an einer Fläche des Nase 44 entlang, wie es der 4B zu entnehmen ist. Bei Erreichen einer axialen Verriegelungslage kann sich der Drehring 40 wieder zurückdrehen und das Verriegelungselement 24 liegt nun hinter der Nase 44. Das Zurückdrehen des Drehrings 40 wird insbesondere durch die Federkraft des Federmechanismus bewirkt. Danach ist in axialer Richtung ein Formschluss zwischen Verriegelungselement 24 und der Nase 44 hergestellt (4C), so dass der Steckabschnitt 21 nicht aus dem Drehring 40 gezogen werden kann. Durch erneutes Drehen des Drehrings 40 kann dieser Formschluss aufgehoben und der Steckabschnitt 21 wieder aus dem Drehring gezogen werden. Dieses erneute Drehen des Drehrings 40 erfolgt manuell.
Um eine solche Schnellverriegelung im verriegelten Zustand gegen ein unsachgemäßes Trennen/Öffnen zu sichern, ist erfindungsgemäß ein Sperrelement am zweiten Verbindungsteil 30 vorgesehen. Dieses Sperrelement kann verschieden ausgebildet sein, und im Folgenden werden mehrere mögliche Ausführungsformen beschrieben. Zur Veranschaulichung der verschiedenen Sperrelemente und ihrer Wirkungsweise ist ein Steckverbindersystem in den folgenden Figuren ohne Drehring dargestellt. Beispielsweise zeigt die 5 das Steckverbindersystem gemäß 1 ohne Drehring mit einer ersten Ausführungsform eines Sperrelementes 50. In dieser Darstellung ist ersichtlich, dass auf der Außenseite des Lagerabschnitts 31 durch Stege mehrere Aufnahmen gebildet sind. Beispielsweise handelt es sich um Federaufnahmen 34 und 35, mit denen Federn eines Federmechanismus zwischen dem Lagerabschnitt 31 und dem Drehring 40 eingespannt werden können (nicht dargestellt).
Darüber hinaus werden solche Aufnahmen 34, 35 in einer Ausführungsform der Erfindung dazu genutzt, einen Drehring 40 axial und radial auf dem Lagerabschnitt 31 zu führen. Hierzu sind auf der Innenseite des Drehrings 40 beispielsweise ein oder mehrere Führungsnocken vorgesehen, die in eine jeweilige Aufnahme eingreifen. Ein oder mehrere Nocken auf der Innenseite des Drehrings 40 können auch dazu genutzt werden, um den Drehring 40 bei der Montage mit dem Lagerabschnitt 31 zu verrasten, so dass der Drehring 40 anschließend nicht mehr von dem Lagerabschnitt 31 entfernt werden kann.
Zwischen diesen Federaufnahmen 34 und 35 ist durch Stege eine weitere Aufnahme 36 gebildet, in der ein Sperrelement 50 aufgenommen und linear geführt ist. Das Sperrelement 50 weist einen flachen Grundkörper auf, von dem zwei Arme in axialer Richtung abstehen. Diese Arme stehen V-förmig zueinander und bilden am Sperrelement zwei Federelemente 52 und 53 aus, die auch als Federarme zu bezeichnen sind. Die Federelemente 52, 53 zeigen in Richtung des Steckerkörpers 32. Ferner ist am Sperrkörper 50 ein Sperrabschnitt 51 ausgebildet, der die Form einer Lasche hat. Diese Lasche 51 liegt innerhalb einer Aussparung im Sperrelement 50, sie kann jedoch auch frei liegen. Die Lasche 51 ist in radialer Richtung federnd ausgebildet, wobei die Federkraft radial nach außen wirkt. In der Darstellung der 5 wird die Lasche 51 daher durch Federkraft aus der Zeichenebene herausgedrückt.
An dem rohrförmigen Lagerabschnitt 31 sind ferner zwei Anschläge 37 und 38 ausgeformt, an denen das Sperrelement 50 durch Ausformung eines jeweiligen Absatzes zur Anlage kommt. Die Anschläge 37 und 38 begrenzen so eine Bewegung des Sperrelementes 50 in Richtung des ersten Verbindungsteils 20. In die entgegengesetzte Richtung ist das Sperrelement 50 innerhalb des Aufnahme 36 beweglich, so dass die axiale Lage des Sperrelementes 50 veränderlich ist. Bei einer Bewegung des Sperrelementes 50 in Richtung Steckerkörper 32 stützen sich die Federelemente 52, 53 an diesem ab, werden auf Druck belastet und so gespannt.
Die Funktionsweise des Sperrelementes 50 wird anhand der 6A bis 6C erläutert. 6A zeigt das Steckverbindersystem gemäß 5 im gelösten Zustand. Das Sperrelement 50 liegt an den Anschlägen 37 und 38 und dem Steckerkörper 32 an. In dieser Lage liegt der Sperrabschnitt 51 des Sperrelementes 50 außerhalb der Aussparung 42 im Drehring (siehe 1) und diese Lage des Sperrelementes 50 wird als Normallage bezeichnet. Wird der Steckabschnitt 21 in den nicht dargestellten Drehring eingeschoben, nimmt er darin Kontakt mit dem Sperrelement 50 auf. 6B zeigt, dass sich der Steckabschnitt 21 dabei über den Lagerabschnitt 31 stülpt, d.h. der Lagerabschnitt 31 schiebt sich teleskopartig in den Steckabschnitt 21. Die Durchmesser der rohrförmigen Abschnitte 21 und 31 sind entsprechend gewählt.
Der Steckabschnitt 21 verschiebt das Sperrelement 50 in Richtung Steckerkörper 32. Dadurch wird auch der Sperrabschnitt 51 axial in diese Richtung verlagert und die Federelemente 52 und 53 werden gespannt. Dies erfolgt bis zu einer maximalen Verschiebung und Verformung, bei welcher der Steckabschnitt 21 gegen die Anschläge 37, 38 stößt. In diesem Zustand liegt der Sperrabschnitt 51 des Sperrelementes im Bereich der Aussparung 42 im Drehring 40, so dass er nun durch Federkraft radial nach außen schwenken kann. Der Sperrabschnitt 51 verrastet in der Aussparung 42. Diese maximale Verschiebung und Verformung ist in 6C gezeigt und diese Lage des Sperrelementes 50 wird als Rastlage bezeichnet. In dieser Lage sind auch die ersten und zweiten Verriegelungselemente der beiden Verbindungsteile 20, 30 verriegelt.
Die 7A und 7B zeigen den Vorgang der Verrastung des Sperrelementes 50 in einer vergrößerten Detailansicht. Es handelt sich jeweils um einen Querschnitt durch das zweite Verbindungselement, wobei 7A einen Bereich außerhalb der Aussparung 42 im Drehring 40 zeigt, während der Schnitt der 7B durch die Aussparung 42 verläuft. 7A zeigt dabei den Zustand der 6A, bei dem sich das Sperrelement 50 in der Normallage befindet. Der Sperrabschnitt 51 wird zwar durch Federkraft radial nach außen gedrückt, wird jedoch durch die Geometrie des Drehrings 40 in diesem gespannten Zustand gehalten. 7B zeigt den Zustand der 6C, bei dem sich das Sperrelement 50 in der Rastlage befindet. Der Sperrabschnitt 51 hat die Aussparung 42 im Drehring 40 erreicht und konnte durch Federkraft radial nach außen schwenken. Dadurch greift er nun in die Aussparung ein. So erfolgt eine Blockierung der möglichen Drehbewegung des Drehrings 40 in Richtung des Drehpfeils D1. Der Drehring 40 kann nicht manuell in diese Richtung gedreht werden, wodurch die nun erreichte Verriegelungsstellung der beiden Verbindungsteile 20, 30 gegen unsachgemäßes Trennen/Öffnen gesichert ist. Die Kräfte werden dabei über den Sperrabschnitt 51 in das Sperrelement 50 übertragen, welches sich am Lagerabschnitt 31 abstützt.
Diese Sicherung kann aufgehoben werden, indem der Sperrabschnitt 51 mit einem Werkzeug gegen seine Federkraft radial nach innen gedrückt wird, um seinen Eingriff in die Aussparung 42 aufzuheben. 8 zeigt eine Detailansicht des Sperrelementes 50 mit einem Werkzeug 60, das hierfür in die Aussparung 42 eingeführt wird. 9 zeigt die Auflösung der Verrastung durch das Werkzeug 60.
10 zeigt ein zweites Verbindungsteil ohne Drehring mit einer zweiten Ausführungsform eines Sperrelementes 50'. Das Sperrelement 50` ist erneut innerhalb einer durch Stege gebildeten Aufnahme 36 gehalten und linear geführt. Das Sperrelement 50' weist ein Federelement 54 in Form eines abstehenden Arms auf. Dieses Federelement 54 stützt sich an einem Anschlag 39' ab. Ferner weist das Sperrelement 50` eine Führung 55 in Form einer Nut auf, in welcher ein weiterer Anschlag 39 geführt ist. Ein Sperrabschnitt 51 ist erneut als Lasche ausgebildet, die durch Federkraft radial nach außen drückt. 10 zeigt das Sperrelement 50' in seiner Normallage. In dieser Lage wird es durch die Spannung des Federelementes 54 von dem Steckerkörper 32 weggedrückt, wobei dies durch den Anschlag der Führung 55 an dem Anschlag 39 begrenzt wird. Der Sperrabschnitt 51 befindet sich in dieser Normallage des Sperrelementes 50' außerhalb der Aussparung 42 am Drehring 40. 11 zeigt das Sperrelement 50 in der Rastlage, in welche es durch den Steckabschnitt 21 des ersten Verbindungsteils 20 geschoben wurde. Die Führung 55 liegt nun an den gegenüberliegenden Seite an dem Anschlag 39 an, das Federelement 54 stützt sich am Anschlag 39' ab und wird auf Zug gespannt. Das Sperrelement 51 kann in die Aussparung 42 im Drehring 40 eingreifen und so den Drehring blockieren. Wird dieser Eingriff durch ein Werkzeug aufgehoben, bewegt sich das Sperrelement 50' durch die Federkraft des Federelementes 54 zurück in seine Normallage.
12 zeigt ein Verbindungsteil ohne Drehring mit einer dritten Ausführungsform eines Sperrelementes 50". In dieser Ausführungsform weist das Sperrelement 50" erneut einen Sperrabschnitt 51 in Form einer Lasche auf, der auf die bereits beschriebene Art ausgebildet ist. Das Sperrelement 50" weist jedoch kein integral ausgeformtes Federelement auf, sondern ein separates Federelement in Form einer Spiralfeder 70. Diese Feder 70 stützt sich zwischen dem Körper des Sperrelementes und dem Steckerkörper 32 ab und drückt das Sperrelement 50" bei Spannung von dem Steckerkörper 32 weg in seine Normallage. Es handelt sich um eine axiale Druckfeder. Bei einer Bewegung des Sperrelementes 50" in Richtung des Steckerkörpers 32 wird die Feder auf Druck gespannt. 13 zeigt das Sperrelement 50" nach dem Verriegeln in seiner Rastlage.
Bezugszeichenliste

10: Steckverbindersystem
20: Erstes Verbindungsteil, Stecker
21: Steckabschnitt, rohrförmig
22: Steckerkörper
23a: Grifffläche
24,25,26: Verriegelungselement
30: Zweites Verbindungsteil, Buchse, Gegenstecker
31: Lagerabschnitt, rohrförmig
32: Steckerkörper
33a: Grifffläche
34,35: Federaufnahme
36: Aufnahme
37,38,39,39': Anschlag
40: Drehring
41: Innenumfang
42: Aussparung
43a,43b: Grifffläche
44,45,46: Verriegelungselement, Nase
50,50',50": Sperrelement
51: Sperrabschnitt
52,53,54: Federelement
55: Führung
60: Werkzeug
70: Feder

Claims

Elektrisches Steckverbindersystem (10), aufweisend ein erstes Verbindungsteil (20) mit einem rohrförmigen Steckabschnitt (21), der mit wenigstens einem ersten Verriegelungselement (24;25;26) versehen ist; ein zweites Verbindungsteil (30) mit einem rohrförmigen Lagerabschnitt (31) und einem Drehring (40), der mit wenigstens einem zweiten Verriegelungselement (44;45;46) versehen und koaxial drehbar auf dem Lagerabschnitt (31) angebracht ist; wobei der Steckabschnitt (21) des ersten Verbindungsteils (20) dazu ausgebildet ist, teleskopartig in den Drehring (40) des zweiten Verbindungsteils (30) eingeführt zu werden; und die ersten und zweiten Verriegelungselemente (24;25;26;44;45;46) so ausgebildet sind und zusammenwirken, dass sie bei diesem Einführen des Steckabschnitts (21) in den Drehring (40) und einer gleichzeitigen Rotation des Drehrings (40) um den Lagerabschnitt (31) des zweiten Verbindungsteils (30) in einer axialen Verriegelungslage eine Verriegelung der ersten und zweiten Verriegelungselemente (24;25;26;44;45;46) in axialer Richtung bewirken; wobei der Drehring (40) wenigstens eine Aussparung (42) aufweist und am Lagerabschnitt (31) des zweiten Verbindungsteils (30) wenigstens ein Sperrelement (50;50';50") angebracht ist, das einen elastischen Sperrabschnitt (51) aufweist, der in der Verriegelungslage der ersten und zweiten Verriegelungselemente (24;25;26;44;45;46) verrastend in die Aussparung (42) am Drehring (40) eingreift, indem sich der Sperrabschnitt (51) durch eine Federbelastung radial nach außen bewegt, wobei der Sperrabschnitt (51) von außen durch die Aussparung (42) hindurch zugänglich ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrelement (50;50';50") in axialer Richtung beweglich an dem Lagerabschnitt (31) des zweiten Verbindungsteils (30) angebracht ist, und das erste Verbindungsteil (20) beim Einführen des Steckabschnitts (21) des ersten Verbindungsteils (20) in den Drehring (40) das Sperrelement (50;50';50") aus einer ersten Lage gegen eine Federkraft in axialer Richtung in eine zweite Lage bewegt, in welcher der Sperrabschnitt (51) des Sperrelementes (50;50';50") verrastend in die Aussparung (42) des Drehrings (40) eingreift, wodurch ein Drehen des Drehrings (40) blockiert ist.
Steckverbindersystem nach Anspruch 1, wobei das Sperrelement (50;50';50") wenigstens ein Federelement (52;53;54;70) aufweist, das beim Bewegen des Sperrelementes (50) aus der ersten Lage in die zweite Lage in axialer Richtung auf Druck oder Zug belastet wird.
Steckverbindersystem nach Anspruch 2, wobei das Federelement (52;53;54;70) integral mit dem Sperrelement (50;50';50") ausgebildet oder ein separates Bauteil ist.
Steckverbindersystem nach Anspruch 2 oder 3, wobei sich das Federelement (52;53;54;70) an einem Steckerkörper (32) des zweiten Verbindungsteils (30) in einem Bereich abstützt, in welchem die Außenkontur dieses Steckerkörpers (32) radial über die Außenkontur des rohrförmigen Lagerabschnitts (31) des zweiten Verbindungsteils (30) hinausragt.
Steckverbindersystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei sich das Federelement (52;53;54;70) an einem Anschlag abstützt, der am rohrförmigen Lagerabschnitt (31) des zweiten Verbindungsteils (30) ausgebildet ist.
Steckverbindersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine Bewegung des Sperrelementes (50) in Richtung des ersten Verbindungsteils (20) begrenzt ist.
Steckverbindersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die ersten und zweiten Verriegelungselemente (24;25;26;44;45;46) so ausgebildet sind, dass die ersten Verriegelungselemente (24;25;26) beim Einführen des rohrförmigen Steckabschnitts (21) des ersten Verbindungsteils (20) in den Drehring (40) durch ein Abgleiten an den zweiten Verriegelungselementen (44;45;46) eine Rotation des Drehrings (40) aus einer Ruhewinkellage in eine ausgelenkte Winkellage bewirken und die axiale Verriegelung der ersten und zweiten Verriegelungselemente (24;25;26;44;45;46) in ihrer axialen Verriegelungslage bewirkt wird, indem der Drehring (40) aus der ausgelenkten Winkellage zurück in die Ruhewinkellage rotiert.
Steckverbindersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das zweite Verbindungsteil (30) einen Federmechanismus aufweist, durch welchen der Drehring (40) entgegen einer Federkraft aus einer Ruhewinkellage in eine ausgelenkte Winkellage rotierbar ist, und durch diese Federkraft aus der ausgelenkten Winkellage zurück in die Ruhewinkellage rotiert.
Steckverbindersystem nach Anspruch 8, wobei der Federmechanismus zwischen dem Drehring (40) und dem rohrförmigen Lagerabschnitt (31) des zweiten Verbindungsteils (30) wirkt.
Steckverbindersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die ersten Verriegelungselemente (24;25;26) auf dem Außenumfang des rohrförmigen Steckabschnitts (21) des ersten Verbindungsteils (20) ausgeformt sind, während die zweiten Verriegelungselemente (44;45;46) auf dem Innenumfang des Drehrings (40) des zweiten Verbindungsteils (30) ausgeformt sind.