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Die Erfindung betrifft einen Verpolungsschutz für Steckverbinder mit zwei ineinander steckbaren Steckverbinderteilen nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs 1.
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Stand der Technik
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Um eine Verpolung durch eine Fehlsteckung zweier Steckverbinderteile zu verhindern, ist heute sehr oft ein Verpolungsschutz vorgesehen, wobei das eine Steckverbinderteil ein erstes Codierelement und das andere Steckverbinderteil ein zweites Codierelement aufweisen. Diese Codierelemente sind an den beiden Steckverbinderteilen so angeordnet, dass eine Steckung nur in einer gewünschten Position der Steckverbinderteile möglich ist. Eine falsche Anordnung des einen Steckverbinderteils gegenüber dem anderen, beispielsweise eine Drehung um 180°, die zu einer Verpolung führen würde, wird dagegen von einem solchen Verpolungsschutz wirkungsvoll verhindert.
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Derartige Steckverbinder werden auch in rauen Umgebungen eingesetzt, beispielsweise in Automobilen oder in Flugzeugen, beispielsweise Hubschraubern. Bei diesen Anwendungsfällen kann es zu erheblichen Rüttelbelastungen und Vibrationen kommen, die zu einem unbeabsichtigten Lösen der beiden Steckverbinderteile und damit zu Kontaktunterbrechungen führen können. Derartige Steckverbinder weisen deshalb auch Verriegelungselemente auf, um ein unbeabsichtigtes Lösen zu verhindern. Aber auch mit diesen Verriegelungselementen, die zwar ein unbeabsichtigtes Lösen der beiden Steckverbinderteile wirkungsvoll verhindern, kann nicht ausgeschlossen werden, dass bei erheblichen Rüttel- und Vibrationsbelastungen die Kontaktelemente der Steckverbinderteile aneinander reiben und aufgrund dieser kontinuierlichen Reibung mit entsprechenden Vibrationsfrequenzen Kontaktelemente der Steckverbinderteile beschädigt werden, bis hin zu einer irreversiblen Unterbrechung des elektrischen Kontaktes.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Der erfindungsgemäße Verpolungsschutz für Steckverbinder mit den Merkmalen des Anspruchs 1 ermöglicht nicht nur auf sehr vorteilhafte und wirkungsvolle Weise einen Verpolungsschutz, sondern gleichzeitig auch eine Fixierung der beiden Steckverbinderteile aneinander, derart, dass auch bei erheblichen Rüttel- und Vibrationsbelastungen eine Bewegung der beiden Steckverbinderteile relativ zueinander praktisch ausgeschlossen ist. Der große Vorteil hierbei ist, dass keine zusätzlichen Einrichtungen an den Steckverbinderteilen vorgesehen sein müssen, die eine solche Relativbewegung der Steckverbinderteile zueinander bei erheblichen Rüttel- und Vibrationsbelastungen verhindern. Es wird vielmehr durch die Ausgestaltung des einen Codierelements als in Steckrichtung verlaufende Nut mit trapezförmigem Querschnitt und des anderen Codierelements als in Steckrichtung verlaufende U-förmige Codierrippe mit elastisch biegbaren U-förmig angeordneten Wänden möglich, eine definierte Klemmkraft der Codierrippe in der Codiernut zu erzeugen. Der Verpolungsschutz stellt also bei der erfindungsgemäßen Lösung gleichzeitig auch eine Einrichtung dar, die eine Relativbewegung der beiden Steckverbinderteile zueinander selbst bei erheblichen Rüttel- und Vibrationsbelastungen wirkungsvoll verhindert.
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Dies wird dadurch realisiert, dass die U-förmig angeordneten Wände, nachfolgend auch kurz als U-Wände bezeichnet, der U-förmigen Codierrippe, die senkrecht aufragen, aufgrund der trapezförmigen Ausbildung der Nut elastisch deformiert werden, indem sie aufgrund der schrägen Anordnung der Wände nach innen gedrückt werden und eine Kraft auf die trapezförmig angeordneten Wände ausüben. Hierdurch wird eine Fixierung der beiden Steckverbinderteile ineinander im miteinander gesteckten Zustand ermöglicht. Aufgrund der elastischen Ausbildung der U-Wände ist auch ein Auseinanderziehen der beiden Steckverbinderteile unter Ausübung einer vorgebbaren Auszugskraft möglich. Die U-Wände werden nach dem Lösen der beiden Steckverbinderteile aufgrund ihrer Elastizität wieder zurückgebogen. Bei einem erneuten Steckvorgang werden sie wiederum aufgrund der Schrägstellung der trapezförmig angeordneten Wände nach innen gebogen und üben aufgrund ihrer Elastizität eine in Richtung der trapezförmigen Wände ausgeübte Kraft aus, die eine Klemmung der Codierrippe in der trapezförmigen Nut bewirkt.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des in dem unabhängigen Anspruch 1 angegebenen Verpolungsschutzes möglich. So kann rein prinzipiell die Kraft, mit der die U-Wände auf die trapezförmig schräg gestellten Wände der Nut wirken aufgrund der Länge der U-Wände in Steckrichtung definiert werden. Lange U-Wände, praktisch über die gesamte Nut hinweg, ermöglichen bei vorgegebener Dicke der U-Wände eine größere Kraft als kurze U-Wände. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist jedoch vorgesehen, die Kraft über die Dicke der U-Wände zu definieren und damit die Dicke der U-Wände an eine vorgebbare Auszugskraft des einen Steckverbinderteils aus dem anderen anzupassen. Auf diese Weise können die U-Wände über die im Wesentlichen gesamte Länge in Steckrichtung ausgebildet sein, was erheblich zur Stabilität der U-Wände beiträgt, da sie insbesondere auch auf ihrer der Steckseite abgewandten Seite außerhalb der Nut beispielsweise mit einem Gehäuseteil des Steckverbinderteils verbunden sein können, was bei einer kürzeren Ausbildung der U-Wände nicht möglich wäre, da diese zur Realisierung des Verpolungsschutzes immer auf der Steckseite des Steckverbinderteils beginnen müssen und sich so nicht über die gesamte Länge der Nut erstrecken können.
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Eine besonders vorteilhafte und bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die U-förmig ausgebildete Codierrippe an ihrem vorderen, steckseitigen Ende einen Bereich aufweist, der trapezförmig ausgebildet ist und zwar derart, dass seine äußere trapezförmige Gestalt an die trapezförmige Nut angepasst ist. Dieser vordere trapezförmige Bereich, der bevorzugt als trapezförmiger Steg ausgebildet ist, ist vorzugsweise mit den U-förmigen Wänden der U-förmigen Codierrippe verbunden. Die U-förmigen angeordneten Wände sind also am vorderen, steckseitigen Ende mit dem trapezförmigen Steg verbunden, an ihrem hinteren, der Steckseite abgewandten Ende können sie mit einem Gehäuseteil des Steckverbinderteils verbunden sein. Auf diese Weise wird nicht nur der Verpolungsschutz widerstandsfähiger, da der vordere trapezförmige Bereich der Codierrippe höhere Widerstandskräfte bei nicht korrekter Anordnung der Steckverbinderteile relativ zueinander ermöglicht. Es wird darüber hinaus auch die Stabilität und Widerstandsfähigkeit gegenüber Beschädigungen der U-Wände dadurch verbessert, dass diese an zwei Seiten mit einem Gehäuseteil verbunden sind, nämlich am vorderen, steckseitigen Ende mit dem trapezförmigen Steg, der Teil eines Steckverbindergehäuses ist, und am hinteren der Stegseite abgewandten Ende mit einem entsprechenden Gehäuseteil, beispielsweise einer Gehäusewand des Steckverbindergehäuses.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist dabei vorgesehen, dass zwischen dem trapezförmigen Steg und den U-förmig angeordneten Wänden in Steckrichtung jeweils schräg verlaufende Gleitbereiche angeordnet sind. Diese Gleitbereiche ermöglichen ein Hineingleiten der Codierrippe in die Codiernut bei korrekter Steckung der beiden Steckverbinderteile ineinander. Sie fördern auch das Nachinnenbiegen der U-förmig angeordneten Wände in der trapezförmigen Nut während des Steckvorgangs.
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Die Nut mit trapezförmigem Querschnitt ist dabei in vorteilhafter Weise in einem Steckverbindergehäuse des einen Steckverbinderteils angeordnet und die Codierrippe ist bevorzugt am Steckverbindergehäuse des anderen Steckverbinderteils angeordnet. Bevorzug ist die Codierrippe einstückig mit dem Steckverbindergehäuse ausgebildet.
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Dabei ist vorteilhafter Weise vorgesehen, sich die U-förmigen Wände an ihren, der Steckseite abgewandten Ende an denen sie mit einer Gehäusewand verbunden sind, zur Gehäusewand hin verjüngen. Dies erleichtert ein vollständiges Hineinschieben der beiden Steckverbinderteile ineinander.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen
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1 eine isometrische, teilweise weggebrochene Darstellung eines Steckverbinderteils mit einem als Codiernut mit trapezförmigen Querschnitt ausgebildeten Codierelement;
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2 eine isometrische, teilweise weggebrochene Darstellung eines mit dem in 1 dargestellten Steckverbinderteils korrespondierenden zweiten Steckverbinderteils mit einem Codierelement in Form einer Codierrippe, die U-förmig ausgebildet ist;
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3 eine Schnittdarstellung der beiden ineinander gesteckten Steckverbinderteile und
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4 eine in 3 mit IV bezeichnete Ausschnittvergrößerung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Ein Steckverbinder, dargestellt in den Figuren, weist zwei ineinander steckbare Steckverbinderteile auf. Ein erstes Steckverbinderteil 100 ist beispielsweise als Messerleiste ausgebildet mit einem Gehäuse 105, in dem eine Stecköffnung 106 vorgesehen ist, in der wiederum Messerkontakte 107 angeordnet sind. Dieses Steckverbinderteil 100 ist beispielsweise auf einer (nicht gezeigten) Leiterplatte angeordnet, wofür entsprechende SMD-Kontaktelemente 108 vorgesehen sind.
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Ein zu diesem Steckverbinderteil 100 passendes Steckverbinderteil 200, dargestellt in 2, ist als Federleiste ausgebildet. Es weist ein Gehäuse 205 auf, in dem Öffnungen 207 angeordnet sind, in welchen wiederum an sich bekannte Federelemente angeordnet sind, die in 2 nicht sichtbar sind.
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Das in 1 dargestellte Steckverbinderteil 100 weist ein erstes Codierelement 110 in Form einer Nut mit trapezförmigen Wänden 120 auf, das in 2 dargestellte Steckverbinderteil weist ein zweites Codierelement 210 auf, welches als Codierrippe ausgebildet ist, die in ihrem vorderen Bereich mit einem Steg 211 mit trapezförmigen Seitenwänden 215 abschließt. Dieser trapezförmige Steg 211 weist Maße auf, die an die trapezförmige Nut 110 so angepasst sind, dass ein Ineinanderschieben des zweiten Codierelements 210 in das erste Codierelement 110, bei korrekter Anordnung der Steckverbinderteile relativ zueinander möglich ist. Bei nicht korrekter Anordnung der Steckverbinderteile 100, 200 ist dagegen eine Steckung nicht möglich, da die Codierrippe 210 beispielsweise auf eine Gehäusewand des Gehäuses 100 auftrifft und so eine Steckung verhindert wird. Insoweit wird durch die Nut 110 und die Codierrippe 210 ein Verpolungsschutz realisiert. Gleichzeitig erfüllt dieser Verpolungsschutz aber noch eine weitere, sehr wichtige Funktion. Er dient nämlich der Fixierung der beiden Steckverbinderteile 100, 200 aneinander und zwar in der Weise, dass auch bei einer hohen Vibrations- oder Rüttelbelastung der Steckverbindung ein Bewegen der Steckverbinderteile 100, 200 relativ zueinander ausgeschlossen ist. Hierdurch wird sehr wirkungsvoll verhindert, dass die Kontaktelemente, also die Messerkontakte 107 und die Federkontakte aufgrund von Vibrationen aneinander reiben und es so zu Beschädigungen der Kontakte bis hin zur Kontaktunterbrechung kommen kann.
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Um diese Klemmwirkung zu erzielen, ist die Codierrippe 210 in ihrem hinteren, der Steckseite abgewandten Bereich U-förmig ausgebildet mit U-förmig angeordneten Wänden, nachfolgend kurz U-Wände 212, 213 genannt. Diese U-Wände 212, 213 münden steckseitig in den trapezförmigen Steg 211 und sind mit diesem verbunden. Sie münden auf der der Steckseite abgewandten Seite in einer Gehäusewand 230, wobei sie hier mit der Gehäusewand 230 verbunden sind. Der Übergang vom trapezförmigen Steg 211 mit seinen schräg stehenden Wänden 215 in die senkrecht stehenden U-Wände 212, 213 erfolgt durch schräg verlaufende Gleitbereiche 219, die ein Hineingleiten der U-Wände 212, 213 in die trapezförmig ausgebildete Nut 110 mit ihren schräg stehenden Wänden 120 ermöglicht. Die U Wände 212, 213, die auf ihrer der Steckseite abgewandten Seite mit der Gehäusewand 230 verbunden sind, weisen an dieser Seite Verjüngungen 218 auf. Diese Verjüngungen 218 ermöglichen ein vollständiges Ineinanderschieben der beiden Steckverbinderteile 100, 200. Dies wäre ohne eine solche Verjüngung 218 aufgrund der Klemmwirkung der U-Wände nicht ohne Weiteres möglich. Diese Klemmwirkung wird in Verbindung mit den 3 und 4 nachfolgend näher erläutert.
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Die 3 ist eine Schnittdarstellung der beiden ineinander gesteckten Steckverbinderteile 100, 200. Im oberen Bereich ist die U-förmige Codierrippe 210 mit ihren U-Wänden 212, 213 dargestellt, die in der Nut 110 mit trapezförmigen Wänden 120 angeordnet ist. In 4a, 4b ist schematisch der Steckvorgang dargestellt. 4a zeigt die Nut 110 mit trapezförmigen Wänden 120. Die U-Wände 212, 213 der U-förmigen Codierrippe 210 stehen senkrecht, sodass eine Überschneidung O auftritt. Diese Überschneidung O ist vor dem Steckvorgang gegeben. Beim Steckvorgang werden die U-Wände 212, 213 der Codierrippe 210 in Richtung der mit B bezeichneten Pfeile elastisch nach innen gebogen und liegen nach der Steckung an den trapezförmigen, das heißt schräg gestellten Wänden 120 ersten Codierelements 110 an. Dieser Zustand ist in 4b dargestellt. Aufgrund ihrer elastischen Verformbarkeit üben die beiden U-Wände 212, 213 dabei eine in Richtung der schräg gestellten, trapezförmigen Wände 120 gerichtete Kraft F auf, die eine Fixierung der beiden Steckverbinderteile 100, 200 aneinander ermöglicht. Diese Kraft F kann rein prinzipiell über die Länge der U-Wände 212, 213 in Steckrichtung oder besser noch über die Dicke der U-Wände 212, 213 gewissermaßen eingestellt werden. Sie kann zum einen berechnet werden oder aufgrund von entsprechenden experimentellen Untersuchungen bestimmt werden.
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Um die Biegefähigkeit der Wände 212, 213 zu verbessern und um darüber hinaus auch die Steckung der beiden Gehäuseteile 100, 200 ineinander zu erleichtern, kann vorgesehen sein, dass die Wände 212, 213 an ihrem Grund Ausnehmungen 260 aufweisen, die beispielsweise halbkreisförmig ausgebildet sein können (4a, b).
