DE3111287A1

DE3111287A1 - Elektrische kontakt-steckverbindung

Info

Publication number: DE3111287A1
Application number: DE3111287A
Authority: DE
Inventors: Reinhold Dipl.-Ing. 3388 Bad Harzburg Illies; Rolf 4133 Pratteln Kraus; Jacques 4142 Münchenstein Kunz
Original assignee: Multi Contact Ag Basel 4056 Basel; Multi Contact AG
Current assignee: Staeubli Electrical Connectors AG
Priority date: 1981-03-23
Filing date: 1981-03-23
Publication date: 1982-09-30
Also published as: DE3111287C2

Description

Elektrische Kontakt-Steckverbindung

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Kontakt-Steckverbindung mit einem Stecker und einer Buchse sowie mit mindet·;itTii". einer Paarung von in gegenseitiger Anpressung stehenden Kontakt- und/oder Kontaktsicherungselement im Bereich zwischen Stecker und Buchse.

Die zuverlässige Kontaktierung und eine dauerhafte Sicherung derselben ist für elektrische Kontakt-Steckverbindungen von grosser Bedeutung, insbesondere im Hinblick auf die Betriebssicherheit der über solche Steckverbindungen angeschlossenen elektrischen Einrichtungen. Dies gilt vor allem für den Betrieb von Nachrichten- und Dtit ent vorarbeitungsanlagen sowie von entsprechenden Ueberrni l t 1 ungiieinr ichtungen wie Sender und Empfänger, aber auch für Geräte und Anlagen mit sicherheitstechnischer Funktion wie Schutzrelais, Erdungsanschlüsse und dergleichen. Für die zuverlässsige Kontaktierung und einen geringen üebergangswiderstand ist jedenfalls eine genügend hoher Kontaktdruck erforderlich. Für die Kontaktsicherung ist ferner in manchen Fällen eine Arretierung von Stecker und Buchse erwünscht. Dabei kommt es auf einfache und leichte Handhabung der Steckverbindung an, und zwar sowohl ■für das Lösen wie auch für das Schliessen der Verbindung, wobei keine besonderen End- bzw. Verriegelungsmassnahmen durchzuführen üoin sollen.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung einer elektrischen· Kontakt-Steckverbindung mit einem Stecker und oinor Buchse, die eine zuverlässige Kontaktierung und gegebenenfalls eine foim· schlüssige Kontaktsicherung bei einfacher Handhabung ermöglicht.· Die erfindungsgemässe Lösung dieser Aufgabe kennzeichnet sich bei einer Kontakt-Steckverbindung der'eingangs erwähnten Art durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. '

Die danach vorgesehene nachgiebig wirkende Anpressvorrichtung für die beweglichen Kontakt- bzw. Kontaktsicherungselemente sorgt für einen hohen Kontaktdruck bzw. einen Arretierdruck unabhängig von den Federungseigenschaften dieser Elemente selbst. Mine bevorzugte Ausführung der Erfindung gemäss Patentanspruch 2 ermöglicht eine formschlüssige Sicherung der Steckverbindung in ihrem Schliesszustand. Hierbei ist das Ausrasten des Rastkörpers infolge einer Axialbewegung des Steckerteils zwangsläufig mit einer Bewegung des Rastkörpers quer zur Achsrichtung des Steckerund Buchsenteils und daher zwangsläufig mit einer entsprechenden elastischen Verformung des wirksamen Elementes der Anpressvorrichtung verbunden. Damit ist das Lösen der.Steckverbindung und die dabei zu überwindende Sicherungskraft nicht mohr von den Unsicherheiten der Haftreibung abhängig. Vielmehr kann dutch enl~ sprechende Bemessung der Einrasttiefe und der Anpresskraft ohne Schwierigkeit eine ausreichend genau definierte und langzeitig konstante Sicherungs- bzw. Lösekraft eingestellt werden. Darüberhinaus sind für das Lösen der Steckverbindung keinerlei Handhabungen durchzuführen, ebensowenig wie beim Schliessen der Steckverbindung. Besonders vorteilhaft ist dabei die Anordnung mehrerer

Rastkörper, gegebenenfalls mit je einer zugehörigen Aufnahme für die bewegliche Lagerung, und mit entsprechenden Anpresselementen, vorzugsweise jedoch mit einer gemeinsamen Anpressvorrichtung für mehrere bzw. alle Rastkörper.

Vim besonderem Vorlei I ist'im übrigen die Verwendung kugelförmiger oder zylinderförmiger Rastkörper, die mit ihrer gewölbten bzw.. gekrümmten' Oberfläche in die Rastausnehmung des jeweils gegenüberliegenden Steckverbindungsteils eingreifen. Damit ergibt sich nicht nur unabhängig von der jeweiligen Drehstellung des Kugel- bzw. Zylinderkörpers eine gleichmässige Eingriffstiefe des Rastkörpers in die Rastausnehmung und damit eine gleichbleibende Sicherungskraft sondern auch eine verminderte Reibung beim Schliessen der Steckverbindung, d.h. I)(MHi Ki π so I ζ en des Steckerteils in das Buchsenteil, weil die Rast körpur um ihren Kugelmittelpunkt bzw. um ihre Zylinderachse rotieren und· damit auf der Oberfläche des gegenüberliegenden Steckverbindungsteils abrollen können. Bei geeigneter Gestaltung der Anpressvorrichtung, beispielsweise in Form einer reibungsarmen Druckfeder, insbesondere einer die Buchse bzw. den Stecker umgreifenden Ringfeder, wird diese Rollbewegung durch die Druckberührung zwischen der Anpressvorrichtung und den Rastkörpern nur wenig behindert. Selbstverständlich sind dazu etwa vorgesehene, zylinderförmige Rastkörper mit ihrer Zylinderachse ' <|ti(M zur Stecker- und Buchsenachse anzuordnen.

Die Erfindung wird weiter anhand der in den Zeichnungen darge- :-3i eilten Ausführungsbeispiele erläutert. Hierin zeigt:

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Fig. 1 einen Axialschnitt einer Buchse mit Haltevorrichtung,

Fig. 2 einen in grösserem Masstab gehaltenen Teil-Axialschnitt, einer Buchse nach Fig. 1 mit eingesetztem Stecker,

Fig. 3 einen Querschnitt durch Buchse und Stecker gemäss Schnittebene III-III in Fig. 2,

Fig. 4 einen Axialschnitt entsprechend Fig. 2 für eine Buchse mit besonderer Kontaktelement-Anpressvorrichtung und

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung einer anderen Ausführung eines Kontaktgliedes mit Anpressvorrichtung.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bis 3 ist eine Buchse.BS mit einer Haltevorrichtung HV für den Kontaktstift KS (s. Fig. 2) des Steckers ST versehen. Diese Haltevorrichtung ist am Eingang der Steckeraufnahmebohrung AB des zylindrischen Buchsenkörpers BK eingesetzt. Innerhalb der Steckeraufnahmebohrung befindet f.ich ein dünnwandiges, zylindrisches Kontaktglied KG mit für eine sichere Kontaktgabe und hohen Kontaktdruck radial einwärts verformten, stegförmigen Kontaktelementen KL.

Wie aus den Schnitten in Fig. 1 und 2 im einzelnen ersichtlich ist, greift der Stecker ST mit einem Kontaktstift KS in die Aufnahmebohrung AB der Buchse BSein, wobei eine sich über den Steckerumfang erstreckende, flache Einsenkung ES in ihrer Profil-

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form an die einwärts verformten Kontaktelemente KL angepasst ist. Die damit gegebene Einrastwirkung ist im allgemeinen für eine Haltesicherung der Steckverbindung nicht ausreichend. Die gesonderte, nur der Sicherung der Steckverbindung in geschlossenem Zustand dienende Haltevorrichtung HV ermöglicht eine Gestaltung der Kontaktelemente nach Abmessung, Eingrifftiefe und Anpresskraft nur nach den Erfordernissen zuverlässiger Kontaktgabe und geringen Verschleisses.

Die Haltevorrichtung HV umfasst im Beispielsfall zwei kugelförmige Rastkörper RK, die innerhalb zugehöriger Aufnahmen AN bezüglich der Buchsen- und Steckerachse XX radial verschiebbar gelagert sind. Diese Rastkörper greifen bei geschlossener Steckverbindung gemäss Fig. 2 in eine als ümfangsnut ausgebildete Rastausnehmung RA des Kontaktstiftes KS ein. Zur Erzeugung einer entsprechenden Halte- und Sicherungskraft stehen die Rastkörper RK unter der radial einwärts gerichteten Druckbeaufschlagung einer Anpressvorrichtung AP, im Beispielsfall einer sich über den Duchsenuinfang erstreckenden Draht-Ringfeder.

Die Aufnahmen AN für die kugelförmigen Rastkörper RK sind als Radialbohrungen innerhalb eines ringförmigen Einsatzkörpers EK ausgebildet und erlauben aufgrund ihres Durchmessers eine freie radiale Beweglichkeit der Rastkörper. An ihren radial innenliegenden Mündungsabschnitten MA bilden die Aufnahmen AN durch entsprechende Verengung jeweils eine Auflageschulter AS für den /.ugohöriqon Rastkörper. Der Innendurchmesser des verengten Münclun <]!-,ab;;rhni 11 s ist. so bemessen, dass eine ausreichende radiale

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Eingriffstiefe des Rastkörpers bezüglich des Kontaktstiftes KS gewährleistet ist. Im Bereich der ausseien Umf nngr. f 1 nc he dor. Einsatzkörpers EK ist eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Ringnut RN eingeformt, welche in der aus Fig. 2 ersichtlichen Weise die zylindrischen Aufnahmen AN durchdringt und die Ringfeder der gemeinsamen Anpressvorrichtung AP versenkt aufnimmt. Im Beispiel nach Fig. 2 ist diese Ringfeder in ihrem Drahtdurchmesser wesentlich geringer als die Breite der Ringnut RN■ bemessen. Um gleichwohl eine Axialführung und Lagesicherung des Angriffs der Ringfeder an den kugelförmigen Rastkörper RK zu erreichen, ist die Ringfeder überlappend aunyobi 1 dot und k.inn MHi somit in den Umfangsbereichen zwischen den Rastköipern RK seitlich an den Stirnwandungen der Ringnut RN abstützen. Die damit gegebene Punktberührung zwischen dem Umfang der Rastkörper und der Ringfeder bietet Gewähr für geringe Reibung, so dass die bereits erwähnte Rollbewegung der kugelförmigen Rastkörper auf dem Umfang des Kontaktstiftes KS beim Einsetzen des Steckers nicht merklich behindert wird. Dies hat den Vorteil einer leichten Betätigung wie auch eines verminderten Verschleisses zwischen den Rastkörpern und dem Kontaktstift.

In Abwandlung dieser Ausführungsform kann beispielsweise auch eine bandförmige Ringfeder vorgesehen werden, die sich aufgrund ihrer axialen Breite ohne besondere Formgebung an den Stirnflächen der Ringnut RN abstützen kann. Eine solche Ausführung mit bandförmiger Ringfeder APa ist in Fig. 2 im Bereich der linken Aufnahme AN angedeutet (der zugehörige Rastkörper RK ist hier der Deutlichkeit halber weggelassen). Die Berührungsstelle

zwischen Ringfeder und Rastkörper ist bei einer solchen Ausführung im allgemeinen weniger reibungsarm als bei einer drahtförmigen Ringfeder geringen Querschnittsdurchmessers. Gegebenenfalls kann durch geeignete Gleitmittelbeschichtung für einen besonders leichten Rollablauf der Rastkörper gesorgt werden. Darüber hinaus kommt auch eine nachgiebige radiale Anpressung der Rastkörper durch elastisch verformbare Kunststoffeinsätze ucltT Kunr.Lstoffhinterfütterungen in Betracht. Solche Ausführungen bieten einen vorteilhaft geringen Bauaufwand, ergeben aber im allgemeinen wegen der grösseren Berührungsflächen mit Randkörpern eine stärkere Reibung, so dass hierfür gegebenenfalls besondere Gegenmassnahmen erforderlich sind.

Der ringförmige Einsatzkörper EK der Haltevorrichtung HV ist im Beispiel gemäss Fig. 2 in eine zur Buchsenachse XX koaxiale Stirnbohrung SB des Buchsenkörpers BK eingesetzt. Auf diese Weise ist einfach für die erforderliche Zentrierung des Einsatzkörpers und für eine radial äussere Abdeckung der Aufnahmen AN und dor Hingnut RN gesorgt. Ausserdem ist der axial äussere Randbereich RB des den Einsatzkörper EK umgebenden Mantelabschnitts MA des Buchsenkörpers BK in der aus Fig. 2 ersichtlichen Weise radial einwärts gegen eine entsprechende, konische Abschrägung des Einsatzkörpers verformt. Dadurch ergibt sich in vorteilhaft einfacher Weise eine axiale Sicherung und starre Halterung des Einsatzkörpers EK mit der Haltevorrichtung HV. Diese Einwärtsverformung des Randbereiches RB lässt sich in an sich üblicher Weise durch Druckrollen herstellen.

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Infolge dieser einwandfreien Axialhalterung des Ki iii;.it./.körpiM r» KK ergibt sich die Möglichkeit, diesen als Axial sicherung für das dünnwandige, zylindrische Kontaktglied KG in der Aufnahmebohrung AB der Buchse BS zu verwenden. Fig. 2 zeigt hierzu den radial nach innen gerichteten Eingriff der inneren Umfangsflache des Einsatzkörpers' EK in die Aufnahmebohrung AB.

Die damit gebildete Ringschulter geringer radialer Tiefe ist für die axiale Lagesicherung des Kontaktgl iedcs KG au:;rc> i c?hend , weil letzters als unter radialer Aufsprengspannung sLehendos Federelement ausgebildet ist und daher immer an der Umfangsflache der Aufnahmebohrung AB anliegt.

Die Rastausnehmung RA des Steckers ist im Beispiel als Ringnut mit Rechteckguerschnitt am Fussabschnitt des Kontaktstiftes KS ausgebildet. Hierdurch ergibt sich an der axial äusseren Schulter dieser Ringnut eine scharfe Auflagekante AK am Umfang des KontaktStiftes KS, gegen welche sich die Rastkörper RK bei geschlossener Steckverbindung abstützen. Diese oinsoitigo Druckabstützung bewirkt gleichzeitig ein letztes Hineinziehen dos Steckers in die Buchse bis zur Anlage der äusseren Buchsenstirnflache BS an der Steckerstirnfläche SS.

Bei der Ausführung nach Fig. 4 sind innerhalb des Buchsenkörpers BK mehrere, über den Umfang verteilt angeordnete, radial einwärts wirkende, federnde Anpressvorrichtungen APb eingesetzt. Diese Anpressvorrichtungen bestehen je aus einer Halterungstasse 'I¹S

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■mit eingesetzter Druckfeder DF und einem Stössel SL, welch letzterer auf die hier als kombinierte Kontakt- und Kontaktsicherungs- bzw. Rastelemente ausgebildeten, stegförmigen Kontaktelemente KLa einwirkt. Diese Kontakt- und Kontaktsicherungselemente können somit unter ausreichend hoher Anpressung in die Einsenkung. ES des Kontaktstiftes KS eingreifen und neben ihrer Kontaktwirkung die er-Kt ι i'bte, formschlüssige Rastsicherung bewirken. Die in ihrem mittleren Axial abschnitt in Richtung gegen den Stecker konvex vorspringende Form der Kontaktelemente KLa eignet sich hervorragend für eine solche Funktion, insbesondere für eine mit vorgegebener, begrenzter Auszugskraft überwindbare Arretierung, wie sie für Kontakt-Steckerverbindungen vielfach erwünscht ist. Es versteht sich, dass gegebenenfalls auch eine umgekehrte Anordnung der Kontakt- bzw. Kontaktsicherungselemente mit zugehöriger Anpressvorrichtung einerseits und Rastausnehmung andererseits bezug] ich der Paarung von Stecker und Buchse anwendbar ist. Grundsätzlich könnte also beispielsweise eine geeignete Anpressvorrichtung odor mehrere derselben mit zugehörigen Kontakt- bzw. Kontakt Sicherungselementen innerhalb des Kontaktstiftes KS untergebracht werden, wobei die Anpresskräfte radial nach aussen gerichtet und entsprechende Rastausnehmungen für die Kontakt- bzw. Kont.dk L .Sicherungselemente an der Innenfläche der Aufnahmebohrung der Buchse angeordnet sind.

Fig. 5 zeigt eine besonders einfach und daher vorteilhafte Ausführung einer radial wirkenden Anpressvorrichtung APc für ein zylindrisches, dünnwandiges Kontaktglied KG mit stegförmigen Kont .ikl ι· 1 i'iuont en KT.ii. Die Anpressvorrichtung APc ist als das liül-sen.förmiye Kontaktglied KG umgreifendes, federelastisches Ringeloinent ausgebildet. Dadurch ergibt sich insbesondere auch

der Vorteil einer gleichmässigen Anpressung der verschiedenen, stegförmigen Kontaktelemente KLa. Besonders einfach in der Herstellung und günstig hinsichtlich des Materialaufwandes ist eine Ausführung der Anpressvorrichtung als geschlossen ringförmiges Federelement aus weich-zugelastischem Material, beispielsweise geeignetem Gummi oder Kunststoff. Es versteht sich, dass eine verstärkte Kontaktanpressung_f wie sie mit dan vorbeschriebenen Anpressvorrichtungen erreichbar ist, gegebenenfalls auch für Buchsen-Steckeranordnungen ohne formschlüssige Auszugsicherung bzw. ohne Rastausnehmungen für den Eingriff der radial angepressten Kontaktelemente anwendbar ist. Uebrigens ergibt sich in diesem Fall noch eine kraftschlüssige Auszugsicherung durch die UuItreibung zwischen den angepressten Kontaktelementen und den gegenüberliegenden Kontaktflächen, wobei dieser Reibungsschluss durch Ausbildung und Bemessung der jeweiligen Anpressvorrichtung optimal einstellbar ist.

Claims

Patentansprüche

1. J Elektrische Kontaktverbindung mit einem Stecker und einer Buchse sowie mit mindestens einer Paarung von in gegenseitiger Anpressung stehenden Kontakt- und/oder Kontakt sicherungselementen im Bereich zwischen Stecker und Buchst?, gekennzeichnet durch mindestens eine Anpressvorrichtung (AP, APb, APc), die mit mindestens einem beweglichen Kontaktoder Kontaktsicherungselement (KL, KLa, RK) in nachgiebiger Anpressverbindung steht.

Kontakt-Steckverbindung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine von den Kontaktelementen gesonderte Haltevorrichtung (HV) zur Kontaktsicherung mit mindestens einem zwischen Buchse und Stecker beweglich gelagerten Rastkörper (RK) sowie mit einer an diesem Rastkörper angreifenden Anpressvorrichtung (SP) für das Einrasten des Rastkörpers (RK) in eine Rastausnehmung (RA).

3. Kontakt-Steckverbindung nach Anspruch 2, dadurch gekenn-• zeichnet,, dass die Haltevorrichtung (HV) eine Mehrzahl von kugel- oder zylinderförmig ausgebildeten Rastkörpern (RK) aufweist, die innerhalb zugehöriger Aufnahmen (AN) b

lieh der Buchsen- und Steckerachse (XX) radial verschiebbar gelagert sind und bei geschlossener Steckverbindung mit einer als Umfangsnut ausgebildeten Rastausnehmung (RA) des jeweils gegenüberliegenden Stecker- bzw. Buchsenteils in Wirkverbindung stehen.

4. Kontakt-Steckverbindung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Aufnahme für die Rastkörper (RK) in der Buchse (BS) angeordnete Radialbohrungen mit verengtem' Mündungsabschnitt (MA) innerhalb der Steckeraufnahmebohrung (AB) der Buchse (BS) vorgesehen sind und dass diese verengten Mündungsabschnitte innerhalb der Aufnahmen (AN) je eine Auflageschulter (AS) für den zugehörigen Rastkörper (RK) bilden.

5. - Kontakt-Steckverbindung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass für die Rastkörper (RK) mindestens ein Ringfederelement als gemeinsame Anpressvorrichtung (AP) vorgesehen ist und dass sich dieses Ringfederelement wenigstens teilweise über den Umfang der Buchse (BS) erkLj eckt.

Kontakt-Steckverbindung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Buchse (BS) eine Ringnut (RN) gebildet ist, welche das Ringfederelement der gemeinsamen Anpressvorrichtung (AP) aufnimmt.

7". Kontakt-Steckverbindung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmen (AN) für die Rastkörper (RK) sowie die Ringnut (RN) für die Aufnahme der ciemeins<init?n Anpressvorrichtung (AP) innerhalb eines ringförmigen Kinsatzkörpers (EK) der Buchse (BS) gebildet sind.

8. Kontakt-Steckverbindung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringnut (RN) für das Ringfederelement der gemeinsamen Anpressvorrichtung (AP) an der radial äusseren Umfangsflache des ringförmigen Einsatzkörpers (EK) der Buchse (BS) ausgebildet und in eingesetztem Zustand des Einsatzkörpers (EK) durch einen Mant (>l,ib.v;chni l.t (MA) der Buchse nach aussen abgedeckt ist.

9. Kontakt-Steckverbindung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Einsatzkörper (EK) der Haltevorrichtung (HV) in eine zur Buchsenachse (XX) koaxiale Stirnbohrung (SB) des Buchsenkörpers eingesetzt ist,

10. Kontakt-Steckverbindung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Einsatzkörper (EK) der Haltevorrichtung (HV) durch einen radial einwärts verformten Bereich (RB) des Mantelabschnitts (MA) innerhalb der Buchse (BS) axial gesichert ist.

11. Kontakt-Steckverbindung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Einsatzkörper (EK) der Haltevorrichtung (HV) als über die Umfangsflache ■der Steckeraufnahmebohrung radial nach innen vorstehendes Sicherungselement für ein innerhalb der Buchse angeordnetes Kontaktglied (KG) ausgebildet ist.

12. Kontakt-Steckverbindung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein radial zur Stecker- bzw. Buchsenachse bewegliches Kontaktelement (KLa) sowie mindestens eine radial wirkende Anpressvorrichtung (APb, APc) vorgesehen ist, dass das radial bewegliche Kontaktelement (KLa) wenigstens abschnittsweise eine in Richtung gegen das jeweils gegenüberliegende Bauteil (Stocker bzw. Buchse) der Streckverbindung konvex vorspringende Form aufweist.

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13. Kontakt-Steckverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kontaktelement (KLa) eine komplementäre Rastausnehmung (ES) im jeweils gegenüberliegenden Bauteil der Steckverbindung zugeordnet ist.

14. Kontakt-Steckverbindung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein hülsenförmiges Kontaktglied (KC) mit einer Mehrzahl von radial einwärts verformbaren Kontaktelementen (KLa) sowie mindestens eine den Hülsenumfang wenigstens teilweise umgreifende, federelastische Anpressvorrichtung (APc) vorgesehen ist.

15. Kontaktvorrichtung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch eine geschlossen ringförmige Anpressvorrichtung (APc) aus weich-zugelastischem Material.