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Stand der Technik
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Die
Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Steckverbindung aus
einem Stecker und einer mit diesem in haltende Verbindung bringbaren
Kupplung, wobei zwischen Steckerkontakten und zugeordneten Kupplungskontakten
eine elektrische Verbindung hergestellt ist.
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Bei
derartigen bekannten Steckverbindungen ist eine sichere Kontaktgabe
zwischen den Steckerkontakten und den Kupplungskontakten bei ungünstigen
Umgebungsbedingungen, wie starken Temperaturunterschieden, hohen
Temperaturen sowie Feuchtigkeitseinflüssen insbesondere auf Dauer nicht
zuverlässig
gewährleistet.
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Aus
der
EP 0643 445 A2 ,
der
EP 0 655 804 A2 und
der
EP 0 694 997 A2 ist
eine elektrische Steckverbindung, bestehend aus einem Stecker und einer
mit diesem verbindbaren Kupplung bekannt. Dabei sind bei einander
zugewandten Stirnseiten von Steckerkontakten und Kupplungskontakten
diese elektrisch kontaktierende Zwischenkontakte vorgesehen, die
in einem isolierenden Zwischenstück
gelagert und in einem gelösten
Zustand der Steckverbindung an den Steckerkontakten oder Kupplungskontakten
in Anlage gehalten sind.
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Aus
der
DE 851 652 C ist
eine Steckverbindung bekannt, die metallgekapselt ist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Steckverbindung
der eingangs genannten Art bereitzustellen, die auch unter ungünstigen
Umgebungsbedingungen eine sichere Kontaktgabe gewährleistet.
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Diese
Aufgabe wird dadurch gelöst,
dass ein die Steckerkontakte lagernder Isolationskörper verschieblich
gelagert und durch eine Druckfeder beaufschlagt ist. Dadurch wird
stets ein guter Kontakt zwischen den Kontaktstellen der Steckverbindung
aufrechterhalten.
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Mittels
der Zwischenkontakte wird eine Übergangszone
zwischen dem zugehörigen
Steckerkontakt und dem zugehörigen
Kupplungskontakt geschaffen, durch die eine optimale Kontaktgabe
ermöglicht
wird. Das Zwischenstück
kann dabei als separates Element ausgebildet oder in der Kupplung bzw.
dem Stecker integriert sein.
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Ist
vorgesehen, dass das Zwischenstück plattenförmig ausgebildet
und an dem Stecker oder der Kupplung festgelegt ist, so können die
Zwischenkontakte außerhalb
der Steckverbindung in das Zwischenstück eingesetzt und dann mit
diesem in eindeutiger Position an der Kupplung oder dem Stecker lagerichtig
festgelegt werden. Dabei kann die Festlegung auf einfache Weise
derart erfolgen, dass das Zwischenstück an dem Stecker oder der
Kupplung verrastet, angeschraubt, angenietet oder angeklebt ist.
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Ist
die Ausgestaltung derart, daß die
Steckerkontakte in einem Isolationskörper und die Kupplungskontakte
in einem isolierenden Haltestück
gelagert sind, und daß der
Isolationskörper
und/oder das Haltestück
in einer metallischen Ummantelung aufgenommen sind, die auf der
von den Steckerkontakten bzw. den Kupplungskontakten abgewandten
Seite Einführöffnungen
für Anschlußleitungen
aufweist, die dicht um die Anschlußleitungen verschließbar sind,
so wird nicht nur ein stabiler, geschützter Aufbau erzielt, sondern
die metallische Ummantelung kann auch für die Ableitung höherer Temperaturen, beispielsweise
bei 300 °C,
sorgen. Beispielsweise kann dadurch im Motorbereich Strahlungswärme abgelenkt
oder ein Steinschlagschutz geboten werden.
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Eine
gute Abdichtung der Kupplung wird dadurch erzielt, daß die Einführöffnung der
Kupplung hülsenförmig ausgebildet
und mit der zugeordneten Anschlußleitung verklebt oder verschweißt ist.
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Ist
vorgesehen, daß die
einander zugekehrten Stirnseiten der Kupplungskontakte und der Steckerkontakte
flach ausgebildet sind, und daß die
Zwischenkontakte als federndes Drahtgeflecht ausgebildet sind, die
im Ruhezustand das Zwischenstück
zumindest im umgebenden Bereich überragen,
so wird die bereits durch die Merkmale der vorherigen Ansprüche unterstützte Schüttel- und
Schockbelastungssicherheit noch verbessert, da durch das federnde
Drahtgeflecht der Zwischenkontakte die Kontaktgabe zuverlässig aufrechterhalten
wird.
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Eine
eindeutige Festlegung des Zwischenstückes an dem Haltestück wird
dadurch erreicht, daß das
Zwischenstück
das Haltestück
umfangsseitig übergreifende
federnde Rastfinger mit Einführschrägen aufweist,
die im festgelegten Zustand des Zwischenstückes in Rastausnehmungen mittels
steiler Rastflanken festgelegt sind. Auf diese Weise wird auch die
Drehposition des Zwischenstückes
eindeutig festgelegt, so daß die
Aneinanderlage der entsprechenden Kontaktstellen sichergestellt
ist.
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Zum
Verbessern der Dichtigkeit der Steckverbindung sind weiterhin die
Maßnahmen
vorteilhaft, daß der
Isolationskörper
umfangsseitig in einer Nut mindestens einen Dichtring mit mindestens
einer äußeren Dichtlippe
trägt,
die an der Innenseite der Ummantelung der Kupplung oder des Steckers
abdichtet, und daß die
in den Isolationskörper
eingeführten,
mit den Steckerkontakten verbundenen Anschlußleitungen Dichttüllen tragen,
die an der Innenseite von zugehörigen
Durchführöffnungen
des Isolationskörpers
mit Dichtlippen dichtend anliegen.
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Für die Montage
des Isolationskörpers
in der Ummantelung sowie für
die sichere Kontaktgabe beim Verbinden von Stecker und Kupplung
und Aufrechterhaltung des Kontaktes sind die Maßnahmen vorteilhaft, daß der Isolationskörper verschieblich
in der zugehörigen
becherförmigen
Ummantelung gelagert und gegen ein unbeabsichtigtes Herausziehen mittels
Stützelementen
abgestützt
ist und daß zwischen
der von den Steckerkontakten abgewandten Rückseite des Isolationskörpers und
der zugekehrten Innenseite der Rückwandung
der Ummantelung eine Druckfeder angeordnet ist. Mittels der Druckfeder wird
stets ein guter Kontakt zwischen den Kontaktstellen der Steckverbindung
aufrechterhalten und zusätzlich
auch ein unbeabsichtigtes Lösen
einer Verriegelung zwischen Stecker und Kupplung unterstützt.
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Die
eindeutige, lagerichtige Montage der Einzelteile der Steckverbindung
wird dadurch vereinfacht und sichergestellt, daß der Stecker bezüglich der
Kupplung und/oder der Isolationskörper und/oder das Haltestück bezüglich der
Ummantelung mittels einer Kodiereinrichtung in Drehrichtung eindeutig
fixiert sind.
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Ist
weiterhin vorgesehen, daß der
Stecker und die Kupplung im eingesteckten Zustand mittels eines
Verriegelungsmechanismus aneinandergehalten sind, so wird der zusammengesteckte
Zustand zwischen Stecker und Kupplung zuverlässig beibehalten. Vorteilhafte
Ausgestaltungen des Verriegelungsmechanismus sind in Unteransprüchen angegeben.
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Ist
der Aufbau derart, daß die
Steckverbindung aus bis zu 300 °C
temperaturbeständigen Werkstoffen
einschließlich
hochtemperaturfestem Thermoplast und/oder hochtemperaturfestem Duroplast
und/oder Keramik für
die Isolationsteile hergestellt ist, so kann die Steckverbindung
auch unter extremen Temperaturbedingungen verwendet werden.
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Eine
spezielle Verwendungsmöglichkeit
besteht darin, daß die
elektrische Steckverbindung zwischen einer Lambdasonde und einem
Verbindungskabel des Kabelbaums angeordnet wird. Hierbei können Temperaturen
bis zu 300 °C,
Einwirkungen durch Steinschlag im Unterbodenbereich des Kraftfahrzeuges
sowie Nässe
auftreten, denen der Steckverbinder widersteht.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 einen
elektrischen Steckverbinder, der zwischen einer Lambdasonde und
einem Kundenstecker angeordnet ist,
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2A den
in 1 gezeigten Steckverbinder im gelösten Zustand
zwischen Stecker und Kupplung,
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2B eine
Ansicht auf den Steckverbinder von der Kupplungsseite aus, wobei
die Kupplung und der Stecker miteinander verbunden sind,
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3 den
Steckverbinder in einem Längsschnitt,
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4 den
Steckverbinder schematisch in einem weiteren Längsschnitt,
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5 die
Schnittansicht der gelösten
Kupplung,
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6 eine
weitere Ausführungsform
des Steckverbinders im Längsschnitt,
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7 die
Ausführungsform
des Steckverbinders nach 6 in einer Seitenansicht,
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8 den
Steckverbinder nach 6 im zusammengesteckten Zustand
und
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9 den
Steckverbinder nach 8 in Vorderansicht.
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1 zeigt
eine elektrische Steckverbindung 30, die zwischen einer
Metallmantelleitung 1.1 einer Lambdasonde 60 und
einem Verbindungskabel 22 zu einem Kundenstecker 70 angeordnet
ist. Auf der Seite der Metallmantelleitung 1.1 ist eine
Kupplung 50 angebracht, an der auf der Seite des Verbindungskabels 22 ein
Stecker 40 angekoppelt und mittels eines Verschlußbügels 16 gesichert
ist.
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2A zeigt
die Steckverbindung 30 in einem getrennten Zustand. Die
Kupplung 50 ist mit einem hülsenartigen Abschnitt auf die
Metallmantelleitung 1.1 geschoben und auf dieser fixiert.
Auf der der Metallmantelleitung 1.1 zugekehrten Seite ist
weiterhin an einem umlaufenden Absatz eine Rastmulde 5.1 für die Verrastung
des Verschlußbügels 16 vorgesehen.
An der Unterseite der Kupplung 50 und des Steckers 40 ist
eine Kodiereinrichtung mit Abschnitten 11 und 11' ausgebildet,
durch die eine eindeutige Drehlage zwischen der Kupplung 50 und
dem Stecker 40 gewährleistet
wird. Der Verschlußbügel 16 befindet
sich im entriegelten Zustand. Auf der der Kupplung 50 abgekehrten
Rückseite
des Steckers 40 ist im Bereich der Anschlußkabel 19 zum
Abdichten eine Schutzkappe 21 aufgesetzt. Die 2B zeigt die
Steckverbindung 30 in dem ineinandergesteckten Zustand,
wobei der Stecker 40 mittels des Verschlußbügels 16 an
der Kupplung 50 festgelegt ist. Dabei greifen Befestigungslappen 16.1 mit
entsprechenden Noppen in die beiderseitigen Rastmulden 5.1.
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Die 3 und 4 zeigen
je einen Längsschnitt
der Steckverbindung 30, aus denen der Innenaufbau ersichtlich
ist. Die Kupplungsseite weist eine Ummantelung in Form eines als
Metallbecher 5 ausgebildeten Bechergehäuses auf, der an seinem der
Metallmantelleitung 1.1 zugekehrten Seite eine hülsenförmige Einführöffnung 5.2 besitzt
und an der Metallmantelleitung mittels einer Schweißnaht 7 z.B. durch
Laserschweißung
befestigt ist. Aus der Metallmantelleitung 1.1 sind Anschlußdrähte 1 herausgeführt, die
an Kupplungskontakte 2 in Form von Kontaktstiften angeschlossen
und mit diesen beispielsweise ebenfalls an einer Schweißverbindung 3 laserverschweißt sind.
Die Kontaktstifte 2 sind in Bohrungen eines plattenförmigen Haltestückes 4 eingesetzt und
weisen eine verbreiterte flache Stirnseite 2.1 auf. Das
Haltestück 4 ist
in dem Metallbecher 5 in eindeutiger Drehposition festgelegt
und in axialer Richtung beispielsweise mittels eines umfangsseitig
angeordneten Federrings, der in einer umlaufenden Ringnut auf der
Innenseite des Metallbechers 5 eingreift, festgelegt (wie
aus den Fig. nicht ersichtlich ist).
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Auf
der von der Metallmantelleitung 1.1 abliegenden Vorderseite
des Haltestückes 4 ist
als Zwischenstück
eine Kontaktplatte 8 angelegt und mit achsparallel verlaufenden
Rastfingern 8.1 an dem Haltestück 4 mittels steiler
Rast flanken, die hinter Rastabsätze
einer Rastausnehmung 4.1 des Haltestückes 4 eingreifen,
gehalten, wie aus 4 ersichtlich ist. Zum einfachen
Montieren weisen die Rastfinger 8.1 Einführschrägen auf.
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In
der Kontaktplatte 8 sind den Stirnseiten 2.1 der
Kontaktstifte 2 zugeordnete Zwischenkontakte 9 in
Durchgangsbohrungen angeordnet. Die Zwischenkontakte 9 bestehen
aus einem elastischen Drahtgeflecht und ragen im entspannten Zustand
etwas beiderseits über
die Außenflächen der
Kontaktplatte 8 vor, wie in 5 mit 9.1 bezeichnet.
Auf der von den Kupplungskontakten 2 abgekehrten Seite stehen
die Zwischenkontakte 9 mit flachen Stirnseiten von Steckerkontakten 17 in
Kontakt und werden von diesen im zusammengesteckten Zustand gegen die
Spannkraft des Drahtgeflechtes zusammengedrückt.
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Die
Steckerkontakte 17 sind in dem Steckergehäuse in einem
Isolationskörper 13 eingesetzt
und mit den Anschlußkabeln 19 verbunden,
wobei Kontaktabschnitte 20 der Steckerkontakte 17 in
Bohrungsabschnitten verringerten Durchmessers liegen und darin beispielsweise
eingesteckt und gegen ein Herausziehen verrastet sind. Der Isolationskörper 13 trägt in einer
umlaufenden Nut seines Außenumfangs
einen Dichtring 14 mit mehreren nach außen gerichteten Dichtlippen,
die sich im zusammengesetzten Zustand der Steckverbindung 30 an
der Innenseite des Metallbechers 5 der Kupplung 50 dichtend
anlegen. Die Anschlußkabel 19 tragen
Dichttüllen 18,
die sich mit Dichtlippen an dem Innenumfang der ihnen zugeordneten
Bohrungen des Isolationskörpers 13 dichtend
anlegen und mittels Befestigungslaschen der Steckerkontakte 17 festgelegt sind.
Der Isolationskörper 13 ist
in eine weitere becherförmige
Ummantelung in Form eines weiteren Metallbechers 10 oder
Becherhäuses
verschieblich eingesetzt. Der weitere Metallbecher 10 ist
mit seinem Innenumfang auf den Außenumfang des Metallbechers 5 der
Kupplung 50 aufgeschoben. Mit nach innen eingebo genen Haltelappen 15,
die mit einem Absatz des Isolationskörpers 13 zusammenwirken, wird
vermieden, daß der
Isolationskörper 13 unbeabsichtigt
aus dem weiteren Metallbecher 10 herausgezogen werden kann.
Der weitere Metallbecher 10 ist auf seiner von der Kupplung 50 abgewandten
Rückseite
mit einer Einführöffnung für die Anschlußkabel 19 versehen.
Zwischen der Rückseite
des Isolationskörpers 13 und
der Innenseite der rückseitigen
Wandung des weiteren Metallbechers 10 ist eine Druckfeder 12 eingesetzt,
die bewirkt, daß die
Steckerkontakte 17 mit ihrer Stirnseite unter Vorspannung
an den Zwischenkontakten 9 und der Stirnseite 2.1 der Kupplungskontakte 2 anliegen.
Dabei wird auch bei Vibrationen oder thermischen Ausdehnungen stets ein
sicherer Kontakt aufrechterhalten. Zur zusätzlichen Abdichtung kann auf
der Rückseite
in einer umlaufenden U-Nut 21.1 die in 2A dargestellte Schutzkappe
aufgesetzt sein.
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In 3 ist
auch der Verschlußbügel 16 erkenntlich.
Anstelle der Verriegelung mittels des Verschlußbügels 16 kann alternativ
beispielsweise in dem weiteren Metallbecher 10 eine federnd
nach innen ragende Rastzunge vorgesehen sein, die sich beispielsweise
an einem Absatz oder einer Ausnehmung des Metallbechers 5 der
Kupplung abstützt.
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Für das Haltestück 4,
die Kontaktplatte 8 und den Isolationskörper 13 werden hochtemperaturfeste,
d.h. bis zu 300 °C
widerstandsfähige
Thermoplaste, Duroplaste oder eine Keramik verwendet. Der Dichtring 14 und
die Dichttüllen 18 können ebenfalls aus
einem derartig hochtemperaturfesten Kunststoff bestehen. Der Metallbecher 5 und
der weitere Metallbecher 10 dienen nicht nur der Ableitung
von Wärme bzw.
der Ablenkung der Strahlungswärme,
sondern auch einem Steinschlagschutz der Steckverbindung, so daß die Anwendung
im Unterbodenbereich des Kraftfahrzeuges ohne weiteres möglich ist.
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Die
Kontaktplatte 8 kann auch auf der Steckerseite montiert
sein. Durch die Verwendung der kleinen, zuverlässigen Zwischenkontakte 9 in
Form von Drahtgeflechten wird eine kleine, leichte Bauart ermöglicht,
die zu der Schüttel-
und Schockbelastungssicherheit beiträgt. Die Feder 12 wirkt
dabei unterstützend
und ist zusätzlich
Bestandteil der Verriegelung des Steckers 40 mit der Kupplung 50 über den
Verschlußbügel 16 bzw.
einer anderen Verriegelung und verhindert mit ihrem Gegendruck das
unbeabsichtigte Lösen
der Verriegelung.
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Durch
das Laserverschweißen
des Metallbechers 5 mit der Metallmantelleitung 1.1 entsteht
auf einfache Weise eine dichte Verbindung auf der Kupplungsseite.
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Gemäß dem in
den 6 bis 9 dargestellten Aussführungsbeispiel
ist ein anderer Verriegelungsmechanismus vorgesehen. Wie bei dem
vorangehenden Ausführungsbeispiel
besteht die Steckverbindung aus Stecker 40 und Kupplung 50.
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Das
Bechergehäuse
in Form des weiteren Metallbechers 10 der Kupplung 50 besitzt
zwei gegenüberliegende
Aussparungen 10.1, in denen sich ein rastendes oder ein
schnappendes Federelement 6 mit Betätigungsösen 6.1 befindet.
Das Federelement 6 liegt einerseits am Becherumfang an,
andererseits ragt es an den Aussparungen 10.1 in den Innenraum
des Bechergehäuses 10 hinein
(siehe 9). Das Federelement 6 ist so gestaltet,
daß es nach
außen
auffedern kann.
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Das
Bechergehäuse
in Form des Metallbechers 5 des Steckers 40 besitzt
zwei gegenüberliegende
gerundete Ausschnitte 5.4, die dieselbe Winkelorientierung
wie die kupplungsseitigen Aussparungen 10.1 für das Federelement 6 besitzen.
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Durch
das Anbringen und die Form dieser Aussparungen 10.1 am
Bechergehäuse 10 der Kupplung 50 ergeben
sich in der Draufsicht erkennbare Schrägen 5.5, die beim
Steckvorgang das Aufgleiten des Federelements 6 auf den
Außendurchmesser
des Bechergehäuses 5 ermöglichen.
Das Bechergehäuse 10 kann
nun mit der innliegenden Kupplungseinrichtung soweit über das
Bechergehäuse 5 geschoben
werden, bis das Federelement 6 an einer Verjüngung 5.3 des
Bechergehäuses 5 einrastet.
Nach dem Einrasten des Federelements 6 läßt sich
die Steckverbindung selbsttätig
nicht mehr öffnen.
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Für das Lösen der
Steckverbindung ist es zunächst
erforderlich, die Verriegelung zu lösen. Hierzu sind Ösen 6.1 des
Federelements 6 zusammenzudrücken, wodurch bewirkt wird,
daß das
Federelement 6 aufgeweitet wird, d.h. der Abstand zwischen den
seitlichen Schenkeln des trapezförmigen
Federelements 6 vergrößert sich.
Anschließend
kann der Stecker aus der Kupplung 50 herausgezogen werden.
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Ein
Vorteil dieses Verriegelungsmechanismus liegt darin, daß sich das
Federelement 6 beim Schließen der Steckverbindung über die
sich bildenden Auflauf-Schrägen 5.5 selbsttätig öffnet, ohne
gesondert betätigt
werden zu müssen.
Außerdem
ist der Aufbau einfach und kostengünstig sowie platzsparend.