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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Steckkupplung zum Verbinden
zweier Bauteile.
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Herkömmliche
Steckkupplungen, wie sie zum Beispiel aus DE-GM 299 20 379, DE-GM
201 07 949, DE-GM 201 08 408 und DE-GM 20 2005 011 420 bekannt sind,
bestehen aus einem Kugelbolzen mit einem Kugelkopf und einem Kupplungskörper mit einer
Kugelpfanne. Sie haben schwingungsentkoppelnde Eigenschaften, so
dass sie schwingungsentkoppelnde Ausgleichsbewegungen zwischen den
zu verbindenden Bauteilen ermöglichen.
Das Schließen und
Lösen der
Steckkupplung erfolgt durch einfache Relativbewegungen zwischen
Kugelkopf und Kugelpfanne, was durch Verwendung von elastisch verformbarem
Material und entsprechende Dimensionierung der Kugelpfanne und des
Kugelkopfes ermöglicht
wird. Bei diesen Steckkupplungen lässt sich die Gefahr eines unbeabsichtigten
Lösens
nicht mit absoluter Sicherheit verhindern.
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Aus
DE-GM 20 2004 006 969 ist eine Steckkupplung mit einer Abziehsicherung
bekannt, bei der ein hülsenförmiger Sicherungsring
auf dem Kupplungskörper
verschiebbar gelagert ist zwischen einer entsicherten Stellung,
in der er eine Aufweitung der Öffnung
der Kugelpfanne zum Ein- und Ausstecken des Kugelkopfes zulässt, und
eine Sicherungsstellung, in der er eine Aufweitung der Öffnung der
Kugelpfanne zum Ein- und Ausstecken des Kugelkopfes verhindert.
Zwischen dem Sicherungsring und dem Kupplungskörper ist eine Rastverbindung
vorgesehen, die durch eine Einsteckbewegung des Kugelkopfes relativ
zur Kugelpfanne gelöst
und durch eine Aussteckbewegung des Kugelkopfes relativ zur Kugelpfanne
eingerastet wird. Diese Funktionsweise muss allerdings mit einem
relativ hohen konstruktiven Aufwand erkauft werden.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steckkupplung
zum Verbinden zweier Bauteile zu schaffen, die bei möglichst
geringem konstruktivem Aufwand auf einfache Weise verriegelbar und
entriegelbar ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
in Anspruch 1 definierte verriegelbare Steckkupplung gelöst.
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Bei
der erfindungsgemäß ausgebildeten Steckkupplung
sind der Kupplungskörper
und der Kupplungsbolzen durch eine Rastverbindung kuppelbar, die
durch eine vorgegebene Relativbewegung zwischen Kupplungskörper und
Kupplungsbolzen eingerastet wird, um eine gegensinnige Relativbewegung
zwischen Kupplungskörper
und Kupplungsbolzen zu verhindern und dadurch die Steckkupplung
zu verriegeln. Zum Entriegeln der Steckkupplung ist ein Entriegelungsknopf
vorgesehen, der aus einer Neutralstellung in eine Entriegelungsstellung
verstellbar ist, in der er die Rastverbindung löst, um die gegensinnige Relativbewegung
zwischen Kupplungskörper und
Kupplungsbolzen zu ermöglichen.
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Die
erfindungsgemäß ausgebildete
Steckkupplung wird somit nicht durch ein zusätzliches Bauteil verriegelt,
sondern vielmehr durch die zwischen Kupplungskörper und Kupplungsbolzen wirkende Rastverbindung,
die auf einfache Weise durch eine entsprechende Relativbewegung
zwischen Kupplungskörper
und Kupplungsbolzen eingerastet wird. Der erfindungsgemäß vorgesehene
Entriegelungsknopf dient lediglich zum Lösen der Rastverbindung, indem
er – manuell – aus der
Neutralstellung, in der er keinen Einfluss auf die Rastverbindung
hat, in seine Entriegelungsstellung bewegt wird, in der er die Rastverbindung
löst, so
dass der Kupplungsbolzen vom Kupplungskörper abgezogen werden kann.
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Die
erfindungsgemäß ausgebildete
verriegelbare Steckkupplung zeichnet sich durch konstruktive Einfachheit
aus. Die Rastverbindung, die als Sperre gegen unbeabsichtigtes Lösen dient,
erfordert zum Schließen
der Steckkupplung nur eine geringe Einsteckkraft. Dennoch sorgt
die Sperre in Form der Rastverbindung für eine hohe Sicherheit gegen
unbeabsichtigtes Lösen.
Das Lösen
der Sperre wird durch eine einfache Betätigung, insbesondere eine axiale
Druckbetätigung,
des Entriegelungsknopfes ermöglicht.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung bilden der Kupplungskörper und
der Entriegelungsknopf ein vormontierbares Zusammenbauteil (ZSB-Teil),
das als Einheit an einem der zu verbindenden Bauteile anbringbar
ist. Die Vormontage des ZSB-Teils kann beispielsweise beim Hersteller
erfolgen, so dass dann der Endkunde lediglich das ZSB-Teil an dem
zu verbindenden Bauteil anbringen muss.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Anhand
der Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung näher
erläutert.
Es zeigt:
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1 einen
perspektivischen Axialschnitt durch einen Kupplungskörper einer
erfindungsgemäß ausgebildeten
verriegelbaren Steckkupplung;
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2, 3 perspektivische
Ansichten des Kupplungskörpers
in 1 von oben bzw. unten;
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4 eine
perspektivische Ansicht eines Kupplungsbolzens der Steckkupplung;
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5 eine
um 90° gedrehte
perspektivische Ansicht des Kupplungsbolzens in 4;
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6 eine
perspektivische Schnittdarstellung eines Entriegelungsknopfes der
Steckkupplung;
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7 eine
Seitenansicht des Entriegelungsknopfes in 6;
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8 eine
perspektivische Schnittdarstellung einer Baueinheit aus dem Kupplungsteil
der 1 bis 3 und dem Entriegelungsknopf
der 6, 7;
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9 einen
Axialschnitt der Baueinheit der 8;
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10 eine
Seitenansicht des Kupplungsbolzens der 4, 5;
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11 einen
Axialschnitt der Steckkupplung im verriegelten Zustand;
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12 einen
um 90° gegenüber 11 gedrehten
Axialschnitt der Steckkupplung im verriegelten Zustand;
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13 eine
der 11 entsprechende Schnittdarstellung der Steckkupplung
im entriegelten Zustand.
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Grundsätzlicher
Aufbau der verriegelbaren Steckkupplung Die in den 11 bis 13 dargestellte
Steckkupplung dient zum lösbaren
Verbinden eines plattenförmigen
Bauteils 2 mit einem (nicht dargestellten) zweiten Bauteil.
Die Steckkupplung besteht aus drei Teilen, und zwar einem Kupplungskörper 4,
der an dem Bauteil 2 befestigbar ist, einem Kupplungsbolzen 6,
der an dem zweiten Bauteil befestigbar ist, und einem Entriegelungsknopf 8.
Der Kupplungskörper 4 und
der Entriegelungsknopf 8 sind zu einer Baueinheit 9 vormontierbar
(8, 9), die beispielsweise von einem
Hersteller als Zusammenbauteil (ZSB) an einen Kunden geliefert werden
kann, um von diesem an dem Bauteil 2 befestigt zu werden.
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Die
Steckkupplung gelangt in ihren geschlossenen und verriegelten Zustand,
indem das mit dem Kupplungskörper 4 versehene
Bauteil 2 und das mit dem Kupplungsbolzen 6 versehene
(nicht dargestellte) Bauteil längs
einer zentralen Achse X der Steckkupplung relativ zueinander so
bewegt werden, dass eine Rastverbindung R zwischen dem Kupplungsbolzen 6 und
dem Kupplungskörper 4 einrastet.
Die Rastverbindung R verhindert durch Formschluss eine die Steckkupplung öffnende
entgegengesetzte Relativbewegung, so dass die Steckkupplung verriegelt
ist. Zum Entriegeln der Steckkupplung dient der Entriegelungsknopf 8,
wie anhand der 13 noch genauer erläutert wird.
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Der
Kupplungskörper 4 ist
in den 1 bis 3, der Kupplungsbolzen 6 in
den 4, 5 und der Entriegelungsknopf 8 in
den 6, 7 genauer dargestellt.
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Kupplungskörper 4
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Der
in den 1 bis 3 dargestellte Kupplungskörper 4 besteht
aus einer radial inneren hülsenförmigen Wand 10,
einer radial äußeren hülsenförmigen Wand 12,
einer konisch verlaufenden Zwischenwand 14, die die Wand 10 mit
der Wand 12 verbindet, und einem ringförmigen Flansch 16,
der an dem einen axialen Ende der äußeren Wand 12 angeformt
ist. Die innere Wand 10 und die äußere Wand 12 sind
ferner durch tangential verlaufende Rippen 18 (3)
miteinander verbunden, die zusammen mit der Zwischenwand 14 für eine Schwingungsentkopplung
zwischen der inneren Wand 10 und äußeren Wand 12 sorgen,
wie noch genauer erläutert
wird.
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Die
innere Wand 10 hat eine kegelstumpfförmige Wandinnenfläche, die
somit eine kegelstumpfförmige
Aufnahmebohrung 20 bildet, und eine zylindrische Wandaußenfläche 22,
dergestalt, dass die innere Wand 10 und die Zwischenwand 14 in
einem Axialschnitt (1) einen ungefähr Y-förmigen Querschnitt
haben. Die innere Wand 10 wird an ihren beiden axialen
Enden von radial verlaufenden Stirnflächen 24 und 26 begrenzt,
die mit dem Kupplungsbolzen 6 zusammenwirken, um den Kupplungsbolzen 6 axial
zu fixieren, wie noch genauer erläutert wird.
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Die äußere Wand 12 des
Kupplungskörpers 4 setzt
sich aus Zentrierbereichen 28 und Befestigungsbereichen 30 zusammen,
die in Umfangsrichtung abwechselnd zueinander angeordnet sind (2).
Im dargestellten Ausführungsbeispiel
sind drei Zentrierbereiche 28 und drei Befestigungsbereiche 30 vorgesehen;
die Anzahl könnte
jedoch auch anders gewählt
werden. Die Zentrierbereiche 28 dienen zum Aufnehmen und
Zentrieren des Kupplungskörpers 4 in
einer Aufnahmebohrung A des Bauteils 2 (11, 12),
während
die Befestigungsabschnitte 30 zum Halten des Kupplungskörpers 4 am Bauteil 2 dienen.
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In
den Zentrierbereichen 28 setzt sich die Wandaußenfläche der äußeren Wand 12 aus
einer kurzen Fase 32, einem zylindrischen Abschnitt 34,
einem konischen Abschnitt 36 und einem kurzen zylindrischen
Abschnitt 38 zusammen, wobei sich an den zylindrischen
Abschnitt 38 der Flansch 16 anschließt. Der
zylindrische Abschnitt 34 hat einen kleineren Durchmesser
als der zylindrische Abschnitt 38, dessen Durchmesser an
den Durchmesser der Aufnahmebohrung A des Bauteils 2 für einen
spielfreien Sitz des Kupplungskörpers 4 in
der Aufnahmebohrung A angepasst ist.
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Der
Flansch 16 ist in seinem radial äußeren Bereich mit einem umlaufenden
Vorsprung 40 versehen, mit dem er im eingebauten Zustand
an dem Bauteil 2 elastisch abgestützt ist.
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In
den Befestigungsbereichen 30 des Kupplungskörpers 4 hat
die äußere Wand 12 eine Wandaußenfläche, die
an einem axialen Ende mit der gleichen Fase 32 wie die
Zentrierbereiche 28 versehen ist. Von der Fase 32 aus
wird die Wand 12 von konisch verlaufenden Haltesegmenten 42 gebildet, deren
Wandaußenflächen – gegebenenfalls über kurze
zylindrische Abschnitte 34 – mit den Fasen 32 verbunden
sind. Die Haltesegmente 42 sind an ihren seitlichen Rändern mit
den Zentrierbereichen 28 verbunden, und zwar über Wandabschnitte,
die durch axial verlaufende Hohlkehlen 44 eine deutlich
verringerte Wandstärke
haben. An ihren dem Flansch 16 benachbarten axialen Enden
sind die Haltesegmente 42 freiliegend ausgebildet. Dies
wird dadurch erreicht, dass der Flansch 16 benachbart zu
den Haltesegmenten 42 mit Durchbrüchen 46 versehen ist,
so dass die unteren Stirnflächen 48 der
Haltesegmente 42 von dem Flansch 16 und somit
von dem übrigen Bereich
des Kupplungskörpers 4 getrennt
sind.
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Die äußere Wand 12 des
Kupplungskörpers 4 hat
eine Wandinnenfläche,
die sich aus einer Fase 50 und einem zylindrischen Abschnitt 52 zusammensetzt,
an den die Zwischenwand 14 angrenzt. Die Zwischenwand 14 ist
im Bereich der Befestigungsbereiche 30 und somit im Bereich
der Haltesegmente 42 mit axial verlaufenden Durchbrüchen 54 versehen.
Wie insbesondere aus 3 hervorgeht, sind die tangential
verlaufenden Rippen 18 in den Zentrierbereichen 28 und
somit nicht in den Befestigungsbereichen 30 angeordnet.
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Da
somit die Haltesegmente 42 sowohl an ihren axialen Enden
(Stirnflächen 48)
wie auch an ihren Wandinnenflächen
von dem übrigen
Kupplungskörper 4 getrennt
sind und zudem an ihren seitlichen Rändern nur über verdünnte Wandabschnitte mit den Zentrierbereichen 28 verbunden
sind, sind die Haltesegmente elastisch verformbar, um an dem Bauteil 2 befestigt
werden zu können,
wie noch genauer erläutert
wird.
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Die
in den Befestigungsbereichen 30 vorgesehenen Durchbrüche 54 der
Zwischenwand 14 bieten die Möglichkeit, die Haltesegmente 42 mit
kurzen radial verlaufenden Rastschultern 56 zu versehen, die
den zylindrischen Abschnitt 52 der Wandinnenfläche der äußeren Wand 12 mit
den konisch verlaufenden Wandinnenflächen der Haltesegmente 42 verbindet.
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Kupplungsbolzen 6
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Der
in den 4 und 5 dargestellte Kupplungsbolzen 6 besteht
im dargestellten Ausführungsbeispiel
aus zwei Teilen 60 und 62, von denen das Teil 60 den
eigentlichen Kupplungsbolzen darstellt und das Teil 62 ein
Gewindebolzen zum Befestigen an dem (nicht dargestellten) zweiten
Bauteil ist. Der Kupplungsbolzen 6 könnte jedoch auch einteilig ausgebildet
sein und auf andere Weise mit dem zweiten Bauteil verbunden werden.
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Im
dargestellten Ausführungsbeispiel
hat das Teil 60 des Kupplungsbolzens 6 einen ungefähr scheibenförmigen Körperabschnitt 66,
der mit einem Antriebsmerkmal in Form eines Sechskants versehen
ist. Auch hier könnte
ein anderes Antriebsmerkmal vorgesehen werden. Der Körperabschnitt 66 geht
an seiner oberen Stirnseite in einen ringförmigen Abschnitt 68 über, der
an seiner Oberseite mit einer ringförmigen Anlagefläche 70 versehen
ist.
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An
dem ringförmigen
Abschnitt 68 sind zwei axial verlaufende Rasthaken 72 angeformt,
die in Umfangsrichtung sich mit zwei Bolzensegmenten 74 abwechseln.
Die Anzahl der Rasthaken 72 und Bolzensegmente 74 könnte auch
anders gewählt
werden. Die Rasthaken 72 dienen zum Herstellen der Rastverbindung
R (11), während
die Bolzensegmente 74 zum Zentrieren und Sichern des Kupplungsbolzens 6 am
Kupplungskörper 4 dienen (12),
wie noch genauer erläutert
wird.
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Jeder
der Rasthaken 72 setzt sich aus einem axial verlaufenden
Rastarm 76 und einem daran angeformten Rastabschnitt 78 zusammen.
Der Rastabschnitt 78 hat eine teilkegelstumpfförmige Schrägfläche 80 und
eine radial verlaufende Rastfläche 82,
die durch eine kurze teilzylindrische Außenfläche miteinan der verbunden sind.
Da die Rasthaken 72 nur an ihrem einen axialen Ende an
dem übrigen
Kupplungsbolzen angeformt sind, sind sie radial federnd verformbar,
um ihre Rastfunktion ausüben
zu können.
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Die
Bolzensegmente 74 des Rastbolzens 6 haben teilkegelstumpfförmige Außenflächen 84,
die an die kegelstumpfförmige
Aufnahmebohrung 20 des Kupplungskörpers 4 angepasst
ist. Genauer gesagt, sind die teilkegelstumpfförmigen Außenflächen 84 der Bolzensegmente 74 gegenüber der
kegelstumpfförmigen
Wandinnenfläche
der Aufnahmebohrung 20 des Kupplungskörpers 4 etwas überdimensioniert, um
für einen
spielfreien Sitz des Kupplungsbolzens 6 im Kupplungskörper 4 zu
sorgen.
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Wie
insbesondere ein Vergleich der 11 und 12 zeigt,
sind die Bolzensegmente 74 vergleichsweise massiv und steif
im Vergleich zu den Rasthaken 72, wobei ihre axiale Länge auf
ungefähr die
Länge der
Abschnitte 76 der Rasthaken 72 (also ohne die
Rastabschnitte 78) beschränkt ist. Hierdurch wird die
Stabilität
des spielfreien Sitzes des Kupplungsbolzens 6 im Kupplungskörper 4 verstärkt.
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Entriegelunsgknopf 8
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Der
in den 6 und 7 dargestellte Entriegelungsknopf 8 hat
einen kreisförmigen
Tastkopf 84, der an seiner Oberseite mit einer Tastfläche 86 zum
manuellen Betätigen
des Entriegelungsknopfes versehen ist. Der Tastkopf 84 geht
an seiner Unterseite in einen ringförmigen Körperabschnitt 90 über, wobei
zwischen dem Tastkopf 84 und dem Körperabschnitt 90 eine
als Anlagefläche
dienende radial verlaufende ringförmige Schulter 88 vorgesehen
ist. Der Körperabschnitt 90 weist
eine zentrale Sackbohrung 92 auf, deren Außenrand
eine abgerundete Betätigungskante 94 bildet,
deren Zweck noch genauer erläutert
wird.
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Der
Körperabschnitt 90 ist
zwecks Materialersparnis mit in Umfangsrichtung verteilten Ausnehmungen 96 versehen,
wodurch axial verlaufende Rippen gebildet werden. Der Körperabschnitt 90 geht an
seinem axial unteren Ende in drei die als relativ dünne Wandabschnitte
ausgebildete Führungssegmente 98 über. Die
Führungssegmente 98 haben
in Umfangsrichtung eine solche Breite, dass sie in die Durchbrüche 54 in
der Zwischenwand 14 des Kupplungskörpers 4 passen. Die
Führungssegmente 98 können daher
in die Durchbrüche 54 so
eingesteckt werden, dass die Innenflächen der Führungssegmente 98 an
der zylindrischen Wandaußenfläche 22 und
die Außenflächen der
Führungssegmente 98 an dem
zylindrischen Abschnitt 52 der Wandinnenfläche des
Kupplungskörpers 4 geführt werden.
Die Führungssegmente 98 sind
an ihren Außenseiten
mit axialen Rastvorsprüngen 100 versehen,
die mit den radialen Rastschultern 56 des Kupplungskörpers 4 zusammenwirken,
um als Verliersicherung für
den Entriegelungsknopf 8 zu dienen.
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Werkstoff
der Einzelteile der Steckkupplung
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Die
Einzelteile der Steckkupplung bestehen aus Kunststoff, abgesehen
von dem Gewindeteil 62 des Kupplungsbolzens 6,
der aus Stahl oder einem anderen metallischen Werkstoff bestehen
kann.
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Der
Kupplungsbolzen 6 besteht zweckmäßigerweise aus einem Kunststoff
mit guten Federeigenschaften und sehr hoher Schlagzähigkeit
bei hoher mechanischer Festigkeit. Der Kunststoff kann – beispielsweise
durch Glasfasern – zur
Erhöhung
der mechanischen Festigkeit verstärkt sein.
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Der
Kupplungskörper 4 besteht
beispielsweise aus einem thermoplastischen Elastomer auf Polyesterbasis.
Das Elastomer auf Polyesterbasis ist beispielsweise ein Polybutylentherephtalat
(PBT) oder Polyethylentherephtalat (PET). Der Kupplungskörper 4 kann
jedoch auch aus einem vernetzten Elastomer, Gummi oder Kautschuk
hergestellt werden.
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Der
Entriegelungsknopf 8 kann aus dem gleichen Kunststoff oder
einem ähnlichen
Kunststoff wie der Kupplungsbolzen 6 hergestellt werden.
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Vormontage der Baueinheit 9
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Wie
bereits erwähnt
und in 8 dargestellt ist, können der Kupplungskörper 4 und
der Entriegelungsknopf 8 zu einer Baueinheit 9 vormontiert
werden. Zu diesem Zweck wird der Entriegelungsknopf 8 mit
dem Kupplungskörper 4 in
der Weise zusammengefügt,
dass die Führungsabschnitte 98 des
Entriegelungsknopfes 8 in die maßlich hierzu abgestimmten Durchbrüche 54 des
Kupplungskörpers 4 eingeführt werden.
Hierbei können
die Rastvorsprünge 100 aufgrund
der elastischen Verformbarkeit der Führungssegmente 98 hinter
den Rastschultern 56 des Kupplungskörpers 4 einrasten.
Das Einrasten wird durch flach ansteigende Fasen 102 der
Rastvorsprünge 100 begünstigt.
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Die
Führungssegmente 98 werden
einerseits an der zylindrischen Wandaußenfläche 22 der radial inneren
Wand 10 und andererseits an dem zylindrischen Abschnitt 52 der
Wandinnenfläche
der radial äußeren Wand 12 axial
geführt.
Eine Begrenzung der Axialbewegung des Entriegelungsknopfes 8 relativ zu
dem Kupplungskörper 4 erfolgt
in der einen Richtung durch Anschlagen des Rastvorsprunges 100 an der
Rastschulter 56 und in der anderen Richtung durch Anschlagen
der Schulter 88 an der oberen Stirnseite 49 des
Kupplungskörpers 4.
Der Entriegelungsknopf 8 ist somit verliersicher am Kupplungskörper 4 gehalten,
so dass Entriegelungsknopf und Kupplungskörper die in 8 dargestellte
Baueinheit 9 bilden, die als Einheit transportiert und „gehandled" werden kann.
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Montage der Baueinheit 9 an
dem Bauteil 2
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Der
Kupplungskörper 4 mit
dem Entriegelungsknopf 8, die auf die beschriebene Weise
zu der Baueinheit 9 vormontiert wurden, können nun
an dem Bauteil 2 angebracht werden, wie in 9 dargestellt
ist. Zu diesem Zweck wird die Baueinheit 9 mit dem Entriegelungsknopf 8 voraus
in die Aufnahmebohrung A des Bauteils 2 eingesteckt (siehe 9).
Hierbei wird der Kupplungskörper 4 zunächst über die
Fase 32 und den zylindrischen Abschnitt 34 der
radial äußeren Wand 12 des
Kupplungskörpers 4 in
der Aufnahmebohrung A des Bauteils 2 geführt. Mit zunehmender
axial gerichteter Einsteckkraft werden die Haltesegmente 42 des
Kupplungskörpers 4 radial nach
innen verformt, was dadurch ermöglicht
wird, dass die Haltesegmente 42 lediglich an ihren seitlichen
Längsrändern mit
dem übrigen
Kupplungskörper 4 verbunden
sind, wie vorstehend erläutert
wurde. Wenn der Flansch 16 mit dem ringförmigen Vorsprung 40 an
dem Bauteil 2 anschlägt,
federn die Haltesegmente 42 radial nach außen in ihre
Ausgangsstellung zurück,
was durch die Elastizität
des verwendeten Werkstoffes und die beschriebene Anbindung der Haltesegmente 42 an
dem übrigen Kupplungskörper 4 ermöglicht wird.
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Der
Kupplungskörper 4 zusammen
mit dem Entriegelungsknopf 8 ist nun an dem Bauteil 2 dadurch
gehalten, dass das Bauteil 2 zwischen dem ringförmigen Vorsprung 40 des
Ringflansches 16 und den Stirnflächen 48 der Haltesegmente 42 eingespannt
ist. Hierdurch wird ein spielfreier Sitz des Kupplungskörpers 4 am
Bauteil 2 in axialer Richtung sichergestellt, während ein
spielfreier Sitz in radialer Richtung durch ein geringfügiges Übermaß des zylindrischen
Abschnittes 38 der radial äußeren Wand 12 gegenüber der
Aufnahmebohrung A des Bauteils 2 erzielt wird.
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An
dieser Stelle sei jedoch darauf hingewiesen, dass der Kupplungskörper 4 auch
auf andere Weise an dem Bauteil 2 befestigt werden könnte. Entsprechende
Befestigungsarten ähnlicher
Kupplungskörper
an plattenförmigen
Bauteilen sind im Stand der Technik bekannt, wie dies beispielsweise aus
den eingangs genannten Druckschriften hervorgeht.
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Schließen und Öffnen der Steckkupplung
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Im
dargestellten Ausführungsbeispiel
ist der Kupplungsbolzen 6 an dem mit dem ersten Bauteil 2 zu
verbindenden zweiten Bauteil (nicht gezeigt) dadurch befestigt,
dass der Gewindeabschnitt 62 in eine entsprechende Gewindebohrung
(nicht gezeigt) des zweiten Bauteils eingeschraubt ist. Der Kupplungsbolzen
kann jedoch auch auf beliebig andere Weise an dem zweiten Bauteil
befestigt werden.
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Um
die Steckkupplung zu schließen
und das Bauteil 2 mit dem anderen Bauteil zu verbinden,
ist lediglich erforderlich, den Kupplungsbolzen 6 durch eine
axial Relativbewegung zwischen den beiden zu verbindenden Bauteilen
in den Kupplungskörper 4 einzuführen, bis
die Rastverbindung R einrastet. Dieser Zustand ist in den 11, 12 dargestellt.
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Beim
Einführen
des Kupplungsbolzens 6 in den Kupplungskörper 4 gleiten
die äußeren Schrägflächen 80 der
Rasthaken 72 an der kegelstumpfförmigen Wandfläche der
kegelstumpfförmigen
Aufnahmebohrung 20 des Kupplungskörpers 4 entlang, wodurch
die Rasthaken 72 federnd radial nach innen verformt werden
(11). Gleichzeitig treten die Bolzensegmente 74 mit
ihren teilkegelstumpfförmigen Außenflächen 84 in
die kegelstumpfförmige
Aufnahmebohrung 20 des Kupplungskörpers 4 ein (12).
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Wenn
die ringförmige
Anlagefläche 70 des Kupplungsbolzens 6 an
der Stirnfläche 26 der
radial inneren Wand 12 des Kupplungskörpers 4 anschlägt und die
Rasthaken 72 radial nach außen in ihre Ausgangsstellung
zurückgefedert
sind, ist der verriegelte Zustand erreicht. Die radialen Rastschultern 82 der Rastabschnitte 80 der
Rasthaken 72 liegen nun an der als Rastflächen dienenden
ringförmigen
Stirnseite 24 der radial inneren Wand 10 des Kupplungskörpers 4 an,
so dass die Rastverbindung R durch Formschluss eine Ausziehbewegung
des Kupplungsbolzens 6 relativ zum Kupplungskörper 4 verhindert. Gleichzeitig
verhindert die Anschlagverbindung zwischen der Anlagefläche 70 des
Kupplungsbolzens 6 und der Stirnfläche 26 der radial
inneren Wand 10 des Kupplungskörpers 4 eine weitere
axiale Einsteckbewegung des Kupplungsbolzens 6.
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Der
Kupplungsbolzen 6 ist somit in dem Kupplungskörper 4 axial
fixiert, so dass die Steckkupplung im geschlossenen Zustand durch
die als Sperre wirkende Rastverbindung R gegen ein unbeabsichtigtes
Lösen gesichert
ist. Gleichzeitig liegen die Bolzensegmente 74 des Kupplungsbolzens 6 an der
Wandfläche
der kegelstumpfförmigen
Aufnahmebohrung 20 des Kupplungskörpers 4 an, wodurch
der Kupplungsbolzen 6 im Kupplungskörper 4 radial fixiert
wird.
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Sowohl
die axiale wie auch radiale Fixierung des Rastbolzens 6 im
Kupplungskörper 4 erfolgt über einen
spielfreien Sitz. Dies wird durch eine entsprechende Dimensionierung
der beteiligten Elemente sowie die Elastizität der verwendeten Werkstoffe
erreicht. So sind die relativ steif ausgeführten Bolzensegmente 74 gegenüber der
kegelstumpfförmigen Aufnahmebohrung 20 etwas überdimensioniert,
um einen entsprechenden Passsitz zu erreichen. In axialer Richtung
wird ein spielfreier Sitz durch die gleichzeitige Anlage zwischen
den Rastschultern 82 der Rasthaken 72 und der
Stirnfläche 24 des
Kupplungskörpers 4 einerseits
und die Anlage zwischen der ringförmigen Anlagefläche 70 des
Kupplungsbolzens 6 und der Stirnfläche 26 des Kupplungskörpers 4 andererseits
erreicht. Ein gewisser Ausgleich von Fertigungstoleranzen der beteiligten
Elemente wird in beiden Fällen
durch die Federungseigenschaften des Werkstoffs und die Geometrie
der beteiligten Elemente (z. B. Rasthaken) ermöglicht.
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In
den 11, 12 ist die Steckkupplung verriegelt.
Um die Steckkupplung zu entriegeln, muss lediglich der Entriegelungsknopf 8 durch
axialen Druck auf seine Oberseite 86 nach unten gedrückt werden
(13). Bei diesem Vorgang gleitet die ringförmige Betätigungskante 94 des
Entriegelungsknopfes 8 an den Schrägflächen 80 der Rasthaken 72 entlang,
wodurch die Rasthaken 72 radial nach innen verformt werden.
Der entriegelte Zustand, in dem die Rastverbindung R wieder gelöst ist,
ist erreicht, wenn die Rasthaken 72 soweit radial nach
innen verformt wurden, dass sie sich vollständig radial innerhalb der Stirnfläche 24 des
Kupplungskörpers 4 befinden,
wie dies in 13 zu sehen ist. In diesem Zustand
werden die Rastabschnitte 78 der Rasthaken 72 von
der zentralen Sackbohrung 92 des Entriegelungsknopfes 8 aufgenommen,
wobei die Rasthaken 72 durch Anlage an der Bohrungswand
der Sackbohrung 92 in ihrem entriegelten Zustand gehalten
werden. Der Durchmesser der Sackbohrung 92 in dem Bereich,
in dem die Rastabschnitte 78 an der Bohrungswand anliegen,
ist so dimensioniert, dass er kleiner als oder höchstens gleich wie der Innendurchmesser
eines zylindrischen Abschnittes der Aufnahmebohrung 20 im
Bereich der Stirnfläche 24 ist.
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Der
Kupplungsbolzen 6 kann nun durch eine einfache axial gerichtete
Ausziehbewegung aus dem Kupplungskörper 4 entfernt werden.
Hierbei federn die Rasthaken 72 wieder in ihre Ausgangsstellung zurück. Die
Steckkupplung ist gelöst,
und die beiden Bauteile sind wieder getrennt voneinander.
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Die
teilkegelstumpfförmig
ausgebildeten Schrägflächen 80 der
Rasthaken 72 wirken sowohl beim Verriegeln wie auch Entriegeln
der Steckkupplung mit der ringförmigen
Betätigungskante 94 des Entriegelungsknopfes 8 zusammen:
Wenn der Entriegelungsknopf 8 vor dem Schließen der
Steckkupplung eine axial nach innen verschobene Ausgangsstellung
relativ zu dem Kupplungskörper 4 einnimmt, muss
er beim Verriegeln der Steckkupplung von dem Kupplungsbolzen 6 axial
nach außen
in seine Endstellung mitgenommen werden, in der die Rastvorsprünge 100 der
Führungssegmente 98 an
den Rastschultern 56 der Haltesegmente 42 angreifen.
Dies wird dadurch erreicht, dass die Schrägflächen 80 der Rasthaken 72 an
der Betätigungskante 94 des
Entriegelungsknopfes 8 so angreifen, dass eine kraftschlüssige Verbindung
entsteht, über
die der Kupplungsbolzen 6 den Entriegelungsknopf 8 axial
verschieben kann.
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Zu
diesem Zweck ist der Winkel α (10), den
die Schrägflächen 80 der
Rasthaken 72 mit der Achse X einschließen, größer als der Selbsthemmungswinkel,
der sich aus der Paarung der verwendeten Werkstoffe von Kupplungsbolzen
und Entriegelungsknopf ergibt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
bestehen beide Elemente aus Kunststoff. Der Reibbeiwert dieser Werkstoffpaarung
beträgt dann
ungefähr
0,4. Hieraus lässt
sich der Winkel α der
Selbsthemmung aus: INV tg 0,4 = 22° ableiten. Um die beschriebene
Funktion ausüben
zu können, muss
daher der Winkel α größer als
22° sein.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel
liegt er in der Größenordnung
von 25°.
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Beim
Entriegeln der Steckkupplung wirkt die Betätigungskante 94 des
Entriegelungsknopfes 8 mit den Schrägflächen 80 der Rasthaken 72 in
der Weise zusammen, dass die Betätigungskante 94 die
Rasthaken 92 radial nach innen verformt. Dies soll mit möglichst
geringer Axialkraft erfolgen. Aus diesem Grund sollte der Winkel α nicht zu
groß gewählt werden.
Vorzugsweise sollte er kleiner als 40° sein.
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Aus
den genannten Gründen
wird der Winkel α,
den die Schrägflächen 80 der
Rasthaken 72 mit der Achse X einschließen, zweckmäßigerweise zwischen 25° und 40° gewählt.
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Abgewandelte
Ausführungsform
der Steckkupplung
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Bei
dem dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die federnd
ausgebildeten Rasthaken 72 am Kupplungsbolzen 6 vorgesehen, während die
mit den Rasthaken zusammenwirkende unverformbare Rastfläche 24 am
Kupplungskörper 4 vorgesehen
ist. Grundsätzlich
lässt sich
diese Anordnung auch umkehren.
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So
könnten
die elastisch verformbaren Rasthaken am Kupplungskörper und
die unverformbare Rastfläche
am Entriegelungsknopf vorgesehen werden. Eine entsprechende Ausführungsform
empfiehlt sich insbesondere bei sehr kleinen Abmessungen der Steckkupplung,
wenn die Rasthaken des Kupplungsbolzens aufgrund der kleinen Abmessungen aus
Festigkeitsgründen
nicht mehr federnd ausgebildet werden können.
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Bei
dieser abgewandelten Ausführungsform könnte der
Kupplungsbolzen eine ähnliche
Form wie bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel haben, wobei
jedoch die Rasthaken nicht federnd ausgebildet wären. Der Kupplungskörper könnte ebenfalls eine ähnliche
Form wie bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel haben, wäre jedoch
durch axiale Schlitze in der radial inneren Wand 20 so
geteilt, dass entsprechende Abschnitte der radial inneren Wand als
federnde Rasthaken dienten. In diesem Fall müsste der Entriegelungsknopf
so ausgebildet werden, dass er beim Entriegelungsvorgang die federnd ausgebildeten
Rasthaken des Kupplungskörpers
radial nach außen
bewegt, um die Rastverbindung zu lösen und die Steckkupplung zu
entriegeln.