DE10333403A1

DE10333403A1 - Steckverbindersystem

Info

Publication number: DE10333403A1
Application number: DE10333403A
Authority: DE
Inventors: Jörn Buttstädt
Original assignee: Albert Ackermann GmbH and Co KG
Current assignee: Albert Ackermann GmbH and Co KG
Priority date: 2003-07-14
Filing date: 2003-07-14
Publication date: 2004-09-23

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Steckverbindersystem mit einer Buchse, einem in die Buchse einführbaren und mit einem Anschlusskabel verbindbaren Stecker und Haltemitteln zum lösbaren Halten des Steckers in der Buchse. DOLLAR A Erfindungsgemäß weisen die Haltemittel wenigstens einen im Stecker und/oder der Buchse angeordneten Magneten auf. DOLLAR A Verwendung z. B. für Steckverbindungen im Pflegebereich.

Description

Die Erfindung betrifft ein Steckverbindersystem mit einer Buchse, einem in die Buchse einführbaren und mit einem Anschlusskabel verbindbaren Stecker und Haltemitteln zum lösbaren Halten des Steckers in der Buchse.

Aus der deutschen Patentschrift DE 41 05 985 C1 ist eine Steckverbindung mit verriegelbarer Verrastung bekannt. Mittels eines Verriegelungselements wird der Stecker in der Buchse verriegelt, so dass ein sicherer Halt des Steckers in der Buchse gewährleistet ist. Das Verriegelungselement ist mit dem Ende eines mit dem Stecker verbundenen Anschlusskabels verbunden. Eine Zugkraft am Kabel löst dadurch die Verriegelung und ermöglicht ein anschließendes Ausstecken des Steckers aus der Buchse. Ein Zerstören des Steckers sowie des Kabels durch unabsichtliches Ziehen am Kabel wird dadurch verhindert. Die Steckverbindung wird beispielsweise im Pflegebereich an Krankenbetten eingesetzt, so dass einerseits der Stecker durch Ziehen am Kabel ohne Beschädigung lösbar ist und andererseits keine Verletzungen durch das Kabel auftreten können, da sich der Stecker in der Buchse nicht verklemmen kann.

Mit der Erfindung soll ein Steckverbindersystem geschaffen werden, bei dem der Stecker sicher in der Buchse gehalten ist und bei dem dennoch bei Überschreiten einer bestimmten Zugkraft am Anschlusskabel der Stecker ohne Gefahr von Beschädigungen von der Buchse gelöst werden kann.

Erfindungsgemäß ist hierzu ein Steckverbindersystem mit einer Buchse, einem in die Buchse einführbaren und mit einem Anschlusskabel verbindbaren Stecker und Haltemitteln zum lösbaren Halten des Steckers in der Buchse vorgesehen, bei dem die Haltemittel wenigstens einen im Stecker und/oder der Buchse angeordneten Magneten aufweisen.

Auf diese Weise kann die Sicherung des Steckers in der Buchse durch Magnetkraft erfolgen. Infolgedessen kann auf Verriegelungselemente verzichtet werden und die zum Lösen des Steckers erforderliche Zugkraft ist unabhängig von Verschleiß oder Verschmutzung von Verriegelungselementen. Wenn eine Zugkraft auf das Anschlusskabel die Haltekraft des Magneten überschreitet, kann sich der Stecker von der Buchse lösen. Da die Haltekraft durch den Magneten vorgegeben ist, ist die Einhaltung der maximalen Zugkraft sichergestellt und der Stecker kann sich in der Buchse nicht verklemmen. Das erfindungsgemäße Steckverbindersystem kann für elektrische Anschlüsse, informationstechnische Anschlüsse und beispielsweise auch für Lichtwellenleiter verwendet werden.

In Weiterbildung der Erfindung sind im Stecker und der Buchse Elemente zum Führen eines magnetischen Felds vorgesehen, wobei in vollständig in die Buchse eingesteckten Zustand des Steckers zwischen Stecker und Buchse ein geschlossener magnetischer Kreis gebildet ist.

Das Vorsehen von Elementen zum Führen eines magnetischen Felds im Stecker und Buchse ermöglicht es, eine ausreichende Haltekraft zu er zeugen bzw. kleinere Magneten vorsehen zu können. Die Elemente sind vorzugsweise als Eisenbügel oder Eisenjoche ausgeführt.

In Weiterbildung der Erfindung ist im Stecker und/oder in der Buchse ein jochartiges Element zum Führen des magnetischen Feldes vorgesehen.

Auf diese Weise kann ein geschlossener magnetischer Kreis über Stecker und Buchse realisiert werden, der aus dem Magneten, dem jochartigen Element in Stecker oder Buchse, weiteren Elementen zum Führen des Magnetfelds sowie den gegebenenfalls vorhandenen Luftspalten zwischen den aneinander gegenüberliegenden Enden der jochartigen oder bügelartigen Elemente von Stecker und Buchse besteht.

In Weiterbildung der Erfindung ist der wenigstens eine Magnet als Permanentmagnet ausgebildet.

Auf diese Weise kann die Haltekraft permanent und ohne zusätzliche Energiezufuhr erzeugt werden.

In Weiterbildung der Erfindung ist der wenigstens eine Magnet als Elektromagnet ausgebildet.

Der Einsatz eines Elektromagneten, als einziger Magnet oder in Verbindung einem Permanentmagneten, erlaubt es, die Haltekraft einzustellen und gegebenenfalls auch während des Betriebs zu verändern. Beispielsweise kann die Haltekraft dadurch verringert werden, dass ein Elektromagnet entgegengesetzt zu einem Permanentmagnet im elektrischen Kreis gepolt wird. Es ist aber beispielsweise auch möglich, zum Abwerfen des Steckers lediglich einen Elektromagneten abzuschalten oder seine Haltekraft zu verringern.

In Weiterbildung der Erfindung ist im Stecker und/oder der Buchse wenigstens ein gegen die Haltekraft des wenigstens einen Magneten wirkendes Auswerferfederelement vorgesehen.

Auf diese Weise kann die Abwurfkraft zum Abwerfen des Steckers durch ein Federelement erzeugt werden und um das Abwerfen auszulösen, ist lediglich eine Verringerung der Magnethaltekraft erforderlich. Das Vorsehen eines Auswerferfederelements erlaubt es, mit einfachen Mitteln eine der magnetischen Haltekraft entgegengerichtete Auswurfkraft zu erzeugen und einen Abwurfvorgang durch einfaches Verringern der magnetischen Haltekraft auszulösen.

In Weiterbildung der Erfindung ist zwischen Stecker und Buchse und ein geschlossener magnetischer Kreis gebildet und wenigstens ein Magnetfeldsensor zur Erfassung des Magnetfels im magnetischen Kreis ist vorgesehen.

Mittels des Magnetfeldsensors kann beispielsweise festgestellt werden, ob ein Stecker ordnungsgemäß eingesteckt ist oder ob sich überhaupt ein Stecker in der Buchse befindet. Beispielsweise ist hierzu sowohl im Stecker als auch in der Buchse ein Permanentmagnet vorgesehen, so dass sich bei eingestecktem Stecker das Magnetfeld im magnetischen Kreis deutlich verändert.

In Weiterbildung der Erfindung ist zwischen Stecker und Buchse ein geschlossener magnetischer Kreis gebildet und im magnetischen Kreis ist ein Elektromagnet vorgesehen, der unter Steuerung eines Steuergeräts ansteuerbar ist.

Auf diese Weise kann mittels des Steuergeräts ein Abwerfen des Steckers ausgelöst werden, beispielsweise wenn bei einem Brand sämtliche elektrischen Geräten von ihrer Stromversorgung getrennt werden sollen. Eine Ansteuerung des Elektromagneten kann im Sinne einer Umpolung oder auch im Sinne einer Verringerung der Haltekraft erfolgen.

In Weiterbildung der Erfindung ist zwischen Stecker und Buchse ein geschlossener magnetischer Kreis gebildet und ein Magnetfeldsensor ist für den magnetischen Kreis vorgesehen, wobei ein Steuergerät in Abhängigkeit des Ausgangssignals des Magnetfeldsensors ein Zustandsignal ausgibt.

Auf diese Weise kann über das Zustandsignal des Steuergeräts festgestellt werden, ob sich ein Stecker in einer bestimmten Buchse befindet und beispielsweise auch, ob dieser Stecker ordnungsgemäß eingesteckt ist. Beispielsweise kann in einer Überwachungszentrale in einfacher Weise festgestellt werden, ob beispielsweise ein Patiententerminal in einem bestimmten Zimmer eingesteckt ist und dieses Zimmer dadurch für eine Bettenbelegung vorbereitet ist. In Abhängigkeit des Ausgangssignals des Magnetfeldsensors kann beispielsweise auch der Elektromagnet angesteuert werden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung im Zusammenhang mit den Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen:
1 eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Steckverbindersystems, gemäß einer ersten Ausführungsform,
2 ein Diagramm der magnetischen Haltekraft im Steckverbindersystem der 1, und
3 eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Steckverbindersystems gemäß einer zweiten Ausführungsform.
In der schematischen Schnittansicht der 1 ist ein Steckverbindersystem gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dargestellt, das eine Buchse 10 und einen Stecker 12 aufweist. Der Stecker 12 ist mit einem lediglich angedeuteten Anschlusskabel 14 verbunden. Der Stecker 12 weist ein Steckergehäuse 16 auf, das abschnittsweise in ein Buchsengehäuse 18 eingeführt ist. Das Buchsengehäuse 18 ist in der Darstellung der 1 lediglich abschnittsweise dargestellt und definiert eine Ausnehmung 20, in die das Steckergehäuse 18 ein Stück weit eingeschoben ist. Die Länge des in die Ausnehmung 20 des Buchsengehäuses 18 eingeschobenen Abschnitts des Steckergehäuses 16 ist dabei so bemessen, dass sich der Stecker 12 bei beliebiger Zugkraftrichtung auf das Anschlusskabel 14 nicht in der Ausnehmung 20 des Buchsengehäuses 18 verklemmen kann. Hierzu ist zum einen die Länge des in der Ausnehmung 20 eingeschobenen Abschnitts des Steckergehäuses 16 vergleichsweise kurz gewählt und darüber hinaus ist ein Abstand, der zwischen einem Außenumfang des in die Ausnehmung 20 eingeschobenen Abschnitts des Steckergehäuses 16 und dem Innenumfang der Ausnehmung 20 des Buchsengehäuses 18 liegt so bemessen, dass ein Verklemmen zuverlässig verhindert wird.
Gemäß der Erfindung wird eine Haltekraft, die den Stecker 12 in der Buchse 18 hält, mittels eines in der Buchse 10 angeordneten Magneten 22 erzeugt. Mit den beiden Polen des Magneten 22 ist jeweils ein L-förmiges Flussleitstück 24 bzw. 26 verbunden, so dass zusammen mit dem Magneten 22 eine jochartige Anordnung gebildet wird, wobei die Endflächen der jochartigen Anordnung von der Buchse weg, in Richtung auf den Stecker 12 zu, ausgerichtet sind. Im Stecker 12 ist ein weiteres Flussleitstück 28 angeordnet, das eine jochartige Form aufweist.
In dem in der 1 dargestellten eingesteckten Zustand des Steckers 12 in die Buchse 18 bilden das Flussleitstück 28 des Steckers 12, das Flussleitstück 24, der Magnet 22 und das Flussleitstück 26 der Buchse 10 einen geschlossenen magnetischen Kreis. An den beiden Stoßstellen des jochartigen Flussleitstücks 28 des Steckers 12 zum von der Buchse 18 weg gerichteten Ende des Flussleitstücks 24 bzw. des Flussleitstücks 26 ist jeweils ein Luftspalt 30 gebildet. Dabei wird von einem Luftspalt 30 gesprochen, auch wenn die Stirnflächen des Flussleitstücks 28 flächig an den Stirnflächen des Flussleitstücks 24 und des Flussleitstücks 26 anliegen. Durch die Haltekraft zwischen dem Flussleitstück 28 des Steckers 12 und dem Flussleitstück 24 bzw. dem Flussleitstück 26 der Buchse 10 wird der Stecker 12 zuverlässig in der in der 1 dargestellten eingesteckten Position des Steckers 12 in der Buchse 18 gehalten.
Im eingesteckten Zustand des Steckers 12 sind elektrische Steckkontakte 32 im Stecker 12, die auf einer Basis 34 im Stecker 12 angeordnet sind, in passende elektrische Steckkontakte 36 der Buchse 18 eingesteckt, die auf einer Basis 38 in der Buchse 18 angeordnet sind. Die Steckkontakte 32 des Steckers 12 weisen in der schematischen Darstellung der 1 jeweils eine Ausnehmung auf, in die jeweils ein stiftförmiger Kontakt 36 der Buchse 18 eingeführt ist. Die Steckkontakte 32, 36 können dabei im wesentlichen jede beliebige Form annehmen, es muss lediglich sichergestellt sein, dass sich die elektrischen Kontakte des Steckers 12 nicht in den Kontakten der Buchse 18 in einer Weise verklemmen können, dass dadurch die Haltekraft des Steckers 12 an der Buchse 18 bestimmt ist.
Weiterhin sind auf der Basis 38 der Buchse 18 zwei Auswerferfedern 40 angeordnet, in der schematischen Darstellung der 1 rechts und links der elektrischen Steckkontakte 36, die ebenfalls auf der Basis 38 montiert sind. Die Auswerferfedern 40 befinden sich in dem in der 1 dargestellten vollständig eingesteckten Zustand des Steckers 12 im komp rimierten Zustand und liegen mit ihrem, der Basis 38 der Buchse gegenüberliegenden Ende auf der Basis 34 des Steckers 12 auf. Lediglich zur Verdeutlichung ist zwischen jeder Auswerferfeder 40 und der Basis 34 ein Druckstück angedeutet. Da die Auswerferfedern 40 im eingesteckten Zustand des Steckers 12 komprimiert sind, bringen sie auf die Basis 34 eine Auswerfekraft auf, die jedoch kleiner ist als die durch den Magneten 22 aufgebrachte Haltekraft. Der Stecker 12 verbleibt dadurch in seiner vollständig eingesteckten Stellung. Überschreitet aber eine parallel zur Haltekraft bzw. Auswerfekraft gerichtete Zugkraftkomponente auf das Anschlusskabel 14 den Wert der Differenz zwischen der magnetischen Haltekraft und der Auswerferfederkraft, löst sich der Stecker 12 von der Buchse 18.
Der Magnet 22 kann dabei als Permanentmagnet ausgebildet sein, so dass die magnetische Haltekraft zwischen Stecker 12 und Buchse 10 im vollständig eingesteckten Zustand des Steckers 12 konstant ist. Die Haltekraft über die Luftspalte 30 im magnetischen Kreis hängt aber von der Weite der Luftspalte 30 ab und verringert sich mit einer Vergrößerung der Luftspalte 30. Wird der Stecker 12 daher ausgehend von der in der 1 dargestellten, vollständig eingesteckten Stellung von der Buchse 18 wegbewegt, so sinkt die magnetische Haltekraft schnell ab. Sobald die Auswerferfederkraft der Auswerferfedern 40 dann die magnetische Haltekraft übersteigt, wird der Stecker 12 durch die Auswerferfeder 40 von der Buchse 18 abgeworfen.
In dem Diagramm der 2 ist in einer dünn durchgezogen dargestellten Kurve 44 die magnetische Haltekraft über die Luftspalte 30 in Abhängigkeit von der Weite s der Luftspalte 30 dargestellt. Es ist deutlich zu erkennen, dass die magnetische Haltekraft mit zunehmender Luftspaltweite s rasch abfällt und sich mit zunehmender Luftspaltweite s der Nulllinie annähert.
Mittels einer gestrichelten Linie 46 ist die durch die Auswerferfedern 40 aufgebrachte Federkraft dargestellt. Die Federkraft 46 ist gemäß der in der 1 dargestellten Anordnung der Auswerferfedern 40 entgegengerichtet zur magnetischen Haltekraft 44 und ist proportional zur Luftspaltweite s. Zwischen Stecker 12 und Buchse 10 wirkt die Resultierende aus der magnetischen Haltekraft 44 und der Auswerferfederkraft 46. Diese resultierende Kraft ist mittels einer fett durchgezogenen und zusätzlich mit Kreisen versehenen Kurve 48 dargestellt. Dem Diagramm der 2 ist zu entnehmen, dass die resultierende Kraft gemäß der Linie 48 schon nach einem Weg von einigen zehntel Millimetern, entsprechend einer Luftspaltweite s von einigen zehntel Millimetern, negativ wird. Infolgedessen wirkt schon nach einer Bewegung des Steckers 12 um einige zehntel Millimeter von der Buchse 18 weg eine Auswerferkraft auf den Stecker 12, so dass dieser dadurch dann von der Buchse 18 mittels der Auswerferfedern 40 abgeworfen wird.
Die Kennlinien 44, 46 und 48 wurden anhand folgender Kennwerte des Magneten 22, der Flussleitstücke 24, 26 und 28 sowie der Auswertertedern 40 errechnet:
Magnetmaterial: AINiCo 500, I = 30mm, A = 100mm²
Flussleitstücke 24, 26, 28: μ_r = 500, (gesamt = 50mm
Auswerferfedern 40: c = 2 N/mm
Die Kurven 44, 46 und 48 wurden auf Basis einer Berechnung erstellt, wobei der bei der praktischen Ausführung des erfindungsgemäßen Steckverbindersystems auftretende magnetische Streufluss nicht berücksichtigt wurde. Dieser Streufluss führt dazu, dass die Kurve 44 der magnetischen Haltekraft bei gleichem Anfangswert stärker abfällt, als dies im Diagramm der 2 dargestellt ist. Eine Beeinflussung von stromführenden Leitungen durch das Magnetfeld während des Stecker abwurfs findet im übrigen nicht statt, da alle Leitungen vom selben magnetischen Fluss in der gleichen Richtung durchflutet werden.
Die schematische Schnittansicht der 3 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steckverbindersystems, wobei zur Ausführungsform der 1 funktionsgleiche Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind und nicht erneut beschrieben werden.
Im Unterschied zum Steckverbindersystem der 1 ist bei der in der 3 dargestellten Ausführungsform neben dem Permanentmagneten 22 zusätzlich ein Elektromagnet 50 in den magnetischen Kreis eingebunden. Der Elektromagnet 50 kann mittels eines Steuergeräts 52 mit elektrischen Strom beaufschlagt werden. Eine magnetische Haltekraft über die Luftspalte 30 kann somit mittels des Steuergeräts 52 eingestellt werden, indem Betrag und Vorzeichen eines Stroms über die Windungen des Elektromagneten 50 eingestellt werden.
Weiterhin ist in den magnetischen Kreis ein Magnetfeldsensor 54 eingebunden, der ein Ausgangssignal an das Steuergerät 52 ausgibt. Der Magnetfeldsensor 54 ist beispielsweise als Hall-Sonde ausgeführt und misst den magnetischen Fluss im Magnetkreis.
Mittels des Magnetfeldsensors 54 kann festgestellt werden, ob der Stecker 12 ordnungsgemäß in die Buchse 10 eingesteckt ist oder ob sich überhaupt ein Stecker 12 in der Buchse 10 befindet. Denn eine Veränderung der Luftspaltweite s an den Luftspalten 30 ist mittels des Magnetfeldsensors 54 feststellbar, so dass das Steuergerät 52 in Abhängigkeit eines Ausgangssignals des Magnetfeldsensors 54 ein Zustandsignal ausgeben kann. Ein solches Zustandsignal kann beispielsweise anzeigen, ob der Stecker 12 ordnungsgemäß in die Buchse 10 eingesteckt ist, ob der Stecker 12 fehlerhaft eingesteckt ist, beispielsweise geringfügig verkippt, oder ob sich kein Stecker 12 in der Buchse 10 befindet.
Mittels des Elektromagneten 50, des Steuergeräts 52 und des Magnetfeldsensors 54 kann die magnetische Haltekraft, beispielsweise auf einen konstanten Wert, eingestellt werden. Bei entsprechender Wahl der Kennlinie des Permanentmagneten 52 ist es beispielsweise auch möglich, durch Beaufschlagung des Elektromagneten 50 unter Steuerung des Steuergeräts 52 die magnetische Haltekraft an den Luftspalten 30 unter den Wert der Auswerferfederkraft abzusenken. Auf diese Weise kann ein ferngesteuerter Steckerabwurf durchgeführt werden. Ein solcher ferngesteuerter Steckerabwurf kann beispielsweise sinnvoll sein, wenn im Falle eines Brandes alle elektrischen Geräte von ihrer Stromversorgung getrennt werden sollen.

Claims

Steckverbindersystem mit einer Buchse, einem in die Buchse einführbaren und mit einem Anschlusskabel verbindbaren Stecker und Haltemitteln zum lösbaren Halten des Steckers in der Buchse, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltemittel wenigstens einen im Stecker (12) und/oder der Buchse (10) angeordneten Magneten (22; 50) aufweisen.
Steckverbindersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Stecker (12) und der Buchse (10) Elemente (24, 26, 28) zum Führen eines magnetischen Felds vorgesehen sind, wobei im vollständig in die Buchse (10) eingesteckten Zustand des Steckers (12) zwischen Stecker (12) und Buchse (10) ein geschlossener magnetischer Kreis gebildet ist.
Steckverbindersystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Stecker (12) und/oder in der Buchse (10) ein jochartiges Element (28) zum Führen des magnetischen Feldes vorgesehen ist.
Steckverbindersystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Magnet als Permanentmagent (22) ausgebildet ist.
Steckverbindersystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Magnet als Elektromagnet (50) ausgebildet ist.
Steckverbindersystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Stecker (12) und/oder der Buchse (10) wenigstens ein gegen die Haltekraft des wenigstens einen einen Magneten (22; 50) wirkendes Auswerferfederelement (40) vorgesehen ist.
Steckverbindersystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Stecker (12) und Buchse (10) ein geschlossener magnetischer Kreis gebildet ist und dass wenigstens ein Magnetfeldsensor (54) zur Erfassung des Magnetfelds im magnetischen Kreis vorgesehen ist.
Steckverbindersystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Stecker (12) und Buchse (10) ein geschlossener magnetischer Kreis gebildet ist und dass im magnetischen Kreis ein Elektromagnet (50) vorgesehen ist und der Elektromagnet (50) mittels eines Steuergeräts (52) ansteuerbar ist.
Steckverbindersystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Stecker (12) und Buchse (10) ein geschlossener magnetischer Kreis gebildet ist und dass ein Magnetfeldsensor (54) für den magnetischen Kreis vorgesehen ist, wobei ein Steuergerät (52) in Abhängigkeit des Ausgangssignals des Magnetfeldsensors (54) ein Zustandssignal ausgibt.