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Zugelassene Vertreter Patentanwälte · Lange Straße 51 · D-70174 Stuttgart beim Europäischen Patentamt
8. April 1997/5538
Reg.-Nr. 128 324
Karl Pfisterer Elektrotechnische Spezialartikel GmbH & Co.KG
70327 Stuttgart
Steckverb i nd u &eegr; gssystem
Die Erfindung betrifft ein Steckverbindungssystem zum Verbinden zweier
strangförmiger Teile mit den Merkmalen des Anspruches 1.
Bei bekannten Steckverbindungssystem zum Verbinden von elektrischen Leitern
weisen der Stecker und die Buchse metallische Innenteile auf, über die die
elektrische Verbindung hergestellt wird. Im zusammengesteckten Zustand
verhindert zumindestens eine reibschlüssige Sicherung ein unbeabsichtigtes Lösen der Steckverbindung. Bei einem unter der Bezeichnung "Bananen-Stekker"
bekannten System ist der Stecker hierfür radial aufspreizbar. Bei einem anderen bekannten Steckverbindungssystem {"BNC") zum Verbinden von
Koaxialkabeln weist der Stecker zwei Rastnasen auf, die jeweils in einer Kulisse
der Buchse geführt werden und formschlüssig in ihrer Endposition liegen. Für etliche Anwendungszwecke sind solche Steckverbindungssysteme aber zu
aufwendig und damit zu teuer.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein einfach und kostengünstig
herzustellendes Steckverbindungssystem zu schaffen. Diese Aufgabe wird gelöst
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durch ein Steckverbindungssystem mit den Merkmalen des Anspruches 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Dadurch, daß die Verbindungselemente des Steckverbindungssystems zumindest
in den im zusammengesteckten Zustand in Kontakt miteinander befindlichen Bereichen, vorzugsweise vollständig, aus einem elektrisch isolierenden
Material bestehen, kann für die AnwendungsfäNe, in denen die strangförmigen
Teile nur mechanisch und nicht zugleich elektrisch verbunden werden müssen, auf die teueren und aufwendigen Metallteile verzichtet werden. Statt dessen
kann jedes Verbindungselement beispielsweise als ein einstückig ausgebildetes Kunststoff-Spritzgußteil hergestellt werden.
Als Sicherung gegen ein unbeabsichtigtes Lösen der Steckverbindung, also als
Sicherung gegen eine Bewegung der Verbindungselemente entgegen der Zusammensteckrichtung,
kann eine formschlüssige Sicherung vorgesehen sein. Hierfür weisen die Verbindungselemente vorzugsweise je eine in Umfangsrichtung
vorspringende Material partie auf, wobei im zusammengesteckten Zustand die Materialpartien einander hintergreifen und dadurch eine axiale Bewegung
unterbinden. Durch ein Verdrehen der Verbindungselemente geben sich die Materialpartien frei.
Für ein Ausrichten der Materialpartien ist es von Vorteil, wenn die Verbindungselemente
jeweils eine in Zusammensteckrichtung vordere und hintere Anschlagfläche aufweisen, die im zusammengesteckten Zustand dann an der
jeweils anderen Anschlagfläche des anderen Verbindungselementes anliegen. Die Materialpartien bilden vorzugsweise einen Teil der vorderen Anschlagfläche
und sind durch einen Einschnitt mit den Abmessungen der Materialpartie des anderen Verbindungselementes von der hinteren Anschlagfläche getrennt.
Zur Erleichterung des Lösens der Steckverbindung kann bei wenigstens einem
der Verbindungselemente an dem von der Materialpartie abgewandten Übergang zwischen der vorderen und der hinteren Anschlagfläche eine in Umfangsrichtung
verlaufende Rampe zwischen zwei Bereichen unterschiedlichen Durchmessers vorgesehen sein. Werden die Materialpartien durch Verdrehen
voneinander entfernt, so bewirkt diese Rampe gleichzeitig ein Entfernen der
Verbindungselemente in axialer Richtung.
Damit sich die Materialpartien nicht selbständig voneinander lösen, ist es von
Vorteil, wenn wenigstens eine vordere Anschlagfläche und die ihr zugeordnete hintere Anschlagfläche des anderen Verbindungselementes je eine Rastnoppe
aufweisen, die im zusammengesteckten Zustand auf einaneinder ausgerichtet sind.
Das Steckverbindungssystem kann auch eine zusätzliche reibschlüssige Sicherung
gegen unbeabsichtigtes Lösen aufweisen. Hierfür ist vorzugsweise am Stecker ein im wesentlichen zylindrischer erster Abschnitt vorgesehen, der nur
ein sehr geringes Spiel gegenüber der Buchse hat. Zur besseren Positionierung des Steckers in der Buchse ist dann vorzugsweise zwischen diesem ersten
Abschnitt und dem in Zusammensteckrichtung vorderen Ende des Steckers ein weiterer, im wesentlichen zylindrischer Endabschnitt von geringerem Durchmesser
als der erste Abschnitt vorgesehen. Dieser Endabschnitt kann auch zugleich als weitere Verdrehsicherung dienen, indem er vorteiihafterweise
einen flachen Wulst aufweist, dessen Höhe über dem Endabschnitt derjenigen des ersten Abschnittes entspricht, wobei dann die Buchse wenigstens einen
weiteren flachen Wulst von gleicher Höhe aufweist, der im zusammengesteckten Zustand neben dem Wulst des Endabschnittes zu Hegen kommt und beim
Lösen zu überwinden ist.
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Für eine leichtere Handhabbarkeit beim Herstellen und Lösen des zusammengesteckten
Zustandes ist es von Vorteil, wenn die Verbindungselemente in Zusammensteckrichtung hinter der hinteren Anschlagsfläche einen Grundkörper
mit einer Querschnittsfläche von im wesentlichen ellipsenförmigem Grundriß aufweisen. Vorzugsweise ist zusätzlich im Bereich der kurzen Ellipsenhalbachsen
je eine Griffmulde vorgesehen.
Es sind Anwendungsfälle denkbar, in denen die zu verbindenden strangförmigen
Teile möglichst nah einander gegenüberliegen sollen. Hierfür ist es von Vorteil, wenn die Wand zwischen dem Ende des Steckers und der dem Stecker
zugeordneten Aufnahme einerseits und die Wand zwischen dem Grunde der Buchse im engeren Sinn und der Buchse zugeordneten Aufnahme andererseits
eine geringe Stärke aufweisen, vorzugsweise die gleiche definierte geringe Stärke.
Ein solcher Anwendungsfal! liegt vor, wenn die Verbindungselemente an den
Enden eines als Rogowski-Spule ausgebildeten flexiblen Stromsensors vorgesehen sind. Die Aufnahme eines der Verbindungselemente, vorzugsweise der
Buchse, umschließt dann vorteilhafterweise unter Ausnutzung der ellipsenförmigen
Querschnittsfläche außer dem Stromsensor noch ein von diesem ausgekoppeltes Meßgerätekabel. Die Verbindungselemente sind in bekannter Weise
befestigt, beispielsweise aufgeklebt oder aufgeschrumpft. Soweit Kompensationswicklungen
vorgesehen sind, sind diese vorzugsweise innerhalb der Aufnahmen der Verbindungselemente angeordnet. Das Meßgerätekabel weist
an dem vom Stromsensor abgewandten Ende vorzugsweise einen Meßgerätestecker mit genormtem Stiftabstand auf, der in jeden handelsüblichen Multimeter
steckbar ist. Vorteilhafterweise ist in dem Meßgerätestecker ein passiver Tiefpaß vorgesehen, so daß eine eigene Stromversorgung des Stromsensors
entfällt. Ein derart ausgebildeter Meßgerätestecker ist auch zusammen mit anderen Sensoren einsetzbar.
In einem weiteren Anwendungsfall ist eines der Verbindungselemente am Ende
eines Stromsensors vorgesehen, beispielsweise einem der geschiiderten Art, und
das andere Verbindungselement am Ende einer Anlegehilfe vorgesehen. Die Anlegehilfe sollte flexibel aber formstabil sein. Vorteilhaft ist hierfür die Verwendung
eines als Kühlwasserleitung bekannten Gliederstranges, dessen Glieder reibschlüssig miteinander verbunden sind. Um ein Verhaken zu vermeiden,
ist es von Vorteil, wenn der Gliederstrang von einem Schutzschlauch {beispielsweise einem Wasserschlauch oder dgl.) umhüllt ist und über einen
Handgriff mit diesem verbunden ist.
Im folgenden ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels mit zwei Anwendungsfällen näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1A und 1B eine Seitenansicht der Buchse bzw. des Steckers,
Fig. 2A und 2B eine weitere Seitenansicht der Buchse bzw. des Steckers,
Fig. 3A und 3B einen Längsschnitt durch die Buchse bzw. den Stecker
nach der Linie III-IM in Fig. 2A bzw. 2B,
Fig. 4A und 4B eine Vorderansicht der Buchse bzw. des Steckers,
Fig. 5 einen Stromsensor mit zwei Verbindungselementen,
Fig. 6 eine Anlegehiife mit einem Verbindungselement.
Ein Steckverbindungssystem zum Verbinden zweier strangförmiger Teile weist
zwei Verbindungselemente 1 und 3 auf, die zusammensteckbar und wieder lösbar sind. Das eine der beiden Verbindungselemente ist als Stecker 1 ausgebildet,
während das andere als Buchse 3 ausgebildet ist. Die beiden Verbin-
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dungselemente 1 und 3 sind in einer im folgenden als axial bezeichneten
Richtung langer als in den anderen beiden Raumrichtungen. In axialer Richtung
sind die beiden Verbindungselemente 1 und 3 zusammensteckbar. Die beiden Verbindungselemente 1 und 3 bestehen vollständig aus Kunststoff und werden
einstückig in einem Spritzgußverfahren hergestellt.
Sowohl der Stecker 1 als auch die Buchse 3 weisen eine Aufnahme 5 bzw. 7
für ein strangförmiges Tei! auf. Die beiden Aufnahmen 5 und 7 sind in Zusammensteckrichtung
geschlossen und entgegen der Zusammensteckrichtung geöffnet. Um die Öffnung der beiden Aufnahmen 5 und 7 herum weisen die
Verbindungselemente 1 und 3 jeweils einen Knickschutz 5' bzw. T auf, der in
bekannter Weise aus durchbrochenem Material besteht. Der Grundkörper der beiden Verbindungselemente 1 und 3 weist eine Querschnittsfläche auf mit im
wesentlichen ellipsenförmigem Umriß. Die große Halbachse beträgt dabei 9 mm, während die kleine Halbachse 6,5 mm groß ist. Auf den beiden Seiten,
zu denen die kurzen Ellipsenhalbachsen weisen, sind am Grundkörper zwei Griffmulden 9 vorgesehen.
Der Stecker 1 weist an demjenigen axialen Ende, welches in Zusammensteckrichtung
vorne liegt, einen Zapfen 11 auf. Der Zapfen 11 ist außermittig zum
Grundkörper angeordnet. Über etwa 3/4 seines Umfangs ist der Zapfen 11
durch eine radial aufgespannte hintere Anschlagfläche 13 vom Grundkörper
des Steckers abgegrenzt. Im restlichen Bereich ist der Grundkörper des Steckers
I bis zu einer ebenfalls radial aufgespannten vorderen Anschlagfläche 15
vorgezogen. Ausgehend von der hinteren Anschlagfläche 13 weist der Zapfen
I1 einen im wesentlichen zylindrischen ersten Abschnitt 11' auf, an den sich
ein bis zum vorderen Ende des Steckers 1 reichender weiterer, im wesentlichen zylindrischer Endabschnitt 11" von geringerem Durchmesser anschließt. Der
Endabschnitt 11" weist einen flachen Wulst 17 auf, dessen Höhe über dem
Endabschnitt 11" derjenigen der ersten Abschnittes 1 &Ggr; entspricht und der sich
in axialer Richtung über die gesamte Länge des Endabschnittes 11" erstreckt.
An einem der beiden Übergänge von der vorderen Anschlagfläche 15 zur
hinteren Anschlagfläche 13 ist eine in Umfangsrichtung vorspringende Materia!-
partie 19 vorgesehen, welche auf der einen Seite einen Teil der vorderen Anschlagfiäche
15 bildet und auf der anderen Seite durch einen Einschnitt von der
hinteren Anschlagfläche 13 getrennt ist. In Zusammensteckrichtung betrachtet
steht die Materialpartie 19 in Uhrzeigerrichtung und in radialer Richtung frei
über die hintere Anschlagfiäche 13 über. Auf der vorderen Anschlagfläche 15
ist in unmittelbarer Nähe der Materialpartie 19 eine Rastnoppe 21 von geringer Höhe angeordnet.
Die dem Stecker 1 zugeordnete Aufnahme 5 verläuft bis in den Zapfen 11
hinein. Die Wand, die einerseits den Grund der Aufnahme 5 bildet und andererseits
das Ende des Steckers T und zugleich des Zapfens 11 bildet, hat eine
Stärke von 0,5 mm.
Die Buchse 3 weist als Buchse in engerem Sinn ein in axialer Richtung verlaufendes
und in Zusammensteckrichtung geöffnetes Sackloch 31 auf, dessen Innendurchmesser nahezu dem Durchmesser des ersten Abschnittes 11' des
Steckers 1 entspricht und im Rahmen der Toleranzen geringfügig größer ist. Der Grund des Sackloches 31 ist im folgenden mit 31' bezeichnet. Das Sackloch
ist spiegelbildlich zum Zapfen 11 am Grundkörper der Buchse 3 angeordnet.
Etwa entlang der Hälfte des Umfangs des Sackloches 31 endet der Grundkörper der Buchse 3 an einer radial aufgespannten hinteren Anschlagfläche 33. Über
den restlichen Umfang des Sackloches 31 ist der Grundkörper der Buchse 1 zu einer ebenfalls radial aufgespannten vorderen Anschlagfläche 35 vorgezogen.
Im Inneren des Sackloches 31 sind zwei weitere flache Wulste 37 vorgesehen,
deren Höhe und Länge übereinstimmend zum Wulst 17 des Steckers 1 vorgesehen
ist.
An einem der beiden Übergänge zwischen der vorderen Anschlagfläche 35 und
der hinteren Anschlagfläche 33 ist eine weitere, ebenfalls in Umfangsrichtung vorspringende Materialpartie 39 vorgesehen, die auf der einen Seite einen Teil
der vorderen Anschlagfläche 35 bildet und auf der anderen Seite durch einen Einschnitt von der hinteren Anschlagfläche 33 getrennt ist. Die Materialpartie
39 ist in radialer Richtung frei und in Zusammensteckrichtung betrachtet ebenfalls
im Uhrzeigersinn über die hintere Anschlagfiäche 33 überstehend. Auf der hinteren Anschlagfläche 33 ist in unmittelbarer Nähe der Materialpartie 39 eine
Rastnoppe 41 vorgesehen, die spiegelbildlich zur Rastnoppe 21 des Steckers 1 angeordnet ist. Die Aufnahme 7 der Buchse 3 ist innerhalb des Grundkörpers
soweit vorgezogen, daß sie nur durch eine 0,5 mm starke Wand vom Grund
31' des Sackioches 31 getrennt ist. Derjenige der beiden Übergänge zwischen
der vorderen Anschlagfläche 35 und der hinteren Anschlagfiäche 33, der keine vorspringende Materialpartie 39 aufweist, ist im folgenden mit 43 bezeichnet.
Zum Zusammenstecken wird der Zapfen 11 zunächst mit seinem Endabschnitt
11" in das Sackloch 31 eingeführt. Die Orientierung des Steckers 1 und der
Buchse 3 relativ zueinander wird dabei so gewählt, daß die Materialpartien 19,
39 benachbart angeordnet sind. Im nächsten Schritt wird der Zapfen 11 tiefer in
das Sackloch 31 eingeführt, bis die vorderen und hinteren Anschlagflächen 15,
33 bzw. 13, 35 in Anlage zueinander kommen. Die Materialpartien 19, 39 sind
dann jeweils auf den der anderen Materialpartie zugeordneten Einschnitt ausgerichtet.
Nun werden der Stecker 1 und die Buchse 3 in Umfangsrichtung relativ zueinander so verdreht, daß die Materialpartien 19, 39 aufeinander zu bewegt
werden und schließlich einander hintergreifen. Zugleich kommen die Rastnoppen 21, 41 aufeinander zu liegen, und der flache Wulst 17 gelangt zwischen
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die weiteren flachen Wulste 37, nachdem er einen von diesen beiden überwunden
hat.
Zum Lösen des Steckerverbindungssystems werden der Stecker 1 und die
Buchse 3 zunächst in Umfangsrichtung relativ zueinander so verdreht, daß die Materialpartien 19, 39 einander freigeben. Der Zapfen 11 kann dann beispielsweise
direkt aus dem Sackloch 31 herausgezogen werden. Wahlweise können der Stecker 1 und die Buchse 3 weiter verdreht werden, bis die Rampe 23 auf
den entsprechenden Übergang 43 der Buchse 3 aufläuft und eine Bewegungskomponente
entgegen der Zusammensteckrichtung erzeugt. In beiden Fällen sind die Verbindungselemente 1, 3 anschließend voneinander gelöst.
Ein Anwendungsfall des erfindungsgemäßen Steckerverbindungssystems ist ein
Stromsensor 51, bei dem um einen hochfiexiblen strangförmigen Grundkörper
mit Seele eine Rogowski-Spule gewickelt und von einem Schutzüberzug bedeckt ist. Die Rogowski-Spule weist eine Induktivität von 2,18 mH - 2,30 mH
und einen ohmschen Widerstand von 660 &OHgr; - 700 &OHgr; auf. Die Koppelinduktivität
zum umschlossenen Leitej beträgt 0,437 //H - 0,50 &mgr;&EEgr;. Die beiden Verbindungselemente
1, 3 befinden sich an den beiden Enden des Stromsensors 51. Bei einem der beiden Verbindungselemente, vorzugsweise der Buchse 3, ist die
Aufnahme 7 so ausgebildet, daß sie außer dem Ende des Stromsensors 51 noch ein Meßgerätekabel 53 umschließt, welches an den Stromsensor 51 angekoppelt
ist. Das Meßgerätekabel 53 ist a!s Koaxialkabel ausgebildet, kann aber auch ein ge wohnliches zweiadriges Kabel sein. An dem vom Stromsensor 51
abgewandten Ende weist das Meßgerätekabel 53 einen Meßgerätestecker 55 auf, dessen zwei Steckerstifte einen genormten Abstand von 19 mm aufweisen.
Der Meßgerätestecker 55 enthält ein Tiefpaßfilter, der das Ausgangssignal auf einen Wert von 10 //V/A normiert bei einer Grenzfrequenz von 10 Hz. Aufgrund
der geringen Wandstärken der Aufnahmen 5 und 7 zum Ende des Stekkers 1 bzw. zum Grund 31' der Buchse 3 ist die Meßgenauigkeit (ca. 1 % im
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Bereich von 40-60 Hz) des Stromsensors 51 größer als bei herkömmlichen
Stromsensoren, insbesondere weitgehend unabhängig von der genauen Position des umschlossenen Leiters innerhalb des vom Stromsensor 51 geschlossenen
Ringes.
Eine weitere Anwendung des erfindungsgemäßen Steckverbindungssystems
besteht darin, eines der Verbindungselemente, vorzugsweise den Stecker 1, an
einem Ende einer Anlegehilfe 61 vorzusehen. Die Anlegehilfe 61 dient dazu, den Stromsensor 51 um einen freiliegenden Leiter zu legen, ohne benachbarte
Leiter zu berühren. Als Kern enthält die Anlegehilfe 61 einen Strang aus einer Vielzahl von Gliedern 63, bei dem jedes Glied 63 einen Kopf aufweist, der
unter Reibschluß in eine entsprechende Aufnahme des nächsten Gliedes 63 greift. Der Gliederstrang ist dadurch flexibel, aber gleichzeitig auch formstabil.
Die Glieder sind hohl ausgebildet entsprechend ihrem sonst üblichen Einsatzzweck
als formstabiie Kühlwasserleitung. An dem vom Stecker 1 abgewandten
Ende weist die Anlegehilfe 61 einen mit dem Gliederstrang verbundenen Handgriff 65 auf. Mit dem Handgriff 65 ist zugleich auch ein Schlauch 67,
vorzugsweise ein Kunststoffschutzschlauch verbunden, welcher den Gliederstrang
voliständig bedeckt. Durch eine im Vergleich zum Gliederstrang glattere Oberfläche verhindert der Schlauch 67, daß sich einzelne Glieder 63 beim
Anlegen des Stromsensors 51 an irgendwelchen Leitern oder Befestigungen verhaken. Ferner ist der Schlauch 67 so ausgebildet, daß er eine Abnützung der
einzelnen Glieder 63 durch häufiges Hin- und Herbiegen ("ausleiern") verhindert.