DE3111287C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Kontakt-Steck­ verbindung mit einem Stecker und einer Buchse sowie mit minde­ stens einer Paarung von in gegenseitiger Anpressung stehenden Kontakt- und/oder Kontaktsicherungselement im Bereich zwischen Stecker und Buchse, umfassend eine von den Kontaktelementen ge­ sonderte Haltevorrichtung zur Kontaktsicherung mit mindestens einem zwischen Buchse und Stecker beweglich gelagerten Rast­ körper sowie mit einer an diesem Rastkörper angreifende An­ preßvorrichtung für das Einrasten des Rastkörpers in eine Rastausnehmung.

Die zuverlässige Kontaktierung und eine dauerhafte Sicherung derselben ist für elektrische Kontakt-Steckverbindungen von großer Bedeutung, insbesondere im Hinblick auf die Betriebs­ sicherheit der über solche Steckverbindungen angeschlossenen elektrischen Einrichtungen. Dies gilt vor allem für den Be­ trieb von Nachrichten- und Datenverarbeitungsanlagen sowie von entsprechenden Übermittlungseinrichtungen wie Sender und Empfänger, aber auch für Geräte und Anlagen mit sicher­ heitstechnischer Funktion wie Schutzrelais, Erdungsanschlüsse und dergleichen. Für die zuverlässige Kontaktierung und einen geringen Übergangswiderstand ist jedenfalls ein genügend hoher Kontaktdruck erforderlich. Für die Kontakt­ sicherung ist ferner 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, wo­ bei keine besonderen End- bzw. Verriegelungsmaßnahmen durch­ zuführen sein sollen.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung einer elektri­ schen Kontakt-Steckverbindung mit einem Stecker und einer Buchse, die eine zuverlässige Kontaktierung und gegebenen­ falls eine formschlüssige Kontaktsicherung bei einfacher Handhabung ermöglicht. Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe kennzeichnet sich bei einer Kontakt-Steckverbindung der eingangs erwähnten Art durch die Merkmale des Anspruchs 1.

Die danach vorgesehenen Auflageschultern für die Rastkörper ermöglichen eine optimale Einstellung der Arretierwirkung im Sinne eines zuverlässigen jedoch ausreichend leicht lös­ baren Zusammenhaltens der Steckvorrichtung. Die nachgiebig wirkende Anpreßvorrichtung für die beweglichen Kontakt- bzw. Kontaktsicherungselemente sorgt dabei für einen hohen Kontaktdruck bzw. einen Arretierdruck unabhängig von den Federungseigenschaften dieser Elemente selbst.

Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung gemäß An­ spruch 2 ermöglicht eine formschlüssige Sicherung der Steck­ verbindung in ihrem Schließzustand. Hierbei ist das Aus­ rasten des Rastkörpers infolge einer Axialbewegung des Steckerteils zwangsläufig mit einer Bewegung des Rastkörpers quer zur Achsrichtung des Stecker- und Buchsenteils und da­ her zwangsläufig mit einer entsprechenden elastischen Ver­ formung des wirksamen Elementes der Anpreßvorrichtung ver­ bunden. Damit ist das Lösen der Steckverbindung und die da­ bei zu überwindende Sicherungskraft nicht mehr von den Un­ sicherheiten der Haftreibung abhängig. Vielmehr kann durch entsprechende Bemessung der Einrasttiefe und der Anpreß­ kraft ohne Schwierigkeit eine ausreichend genau definierte und langzeitig konstante Sicherungs- bzw. Lösekraft einge­ stellt werden. Darüber hinaus sind für das Lösen der Steck­ verbindung keinerlei Handhabungen durchzuführen, ebenso­ wenig 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 Anpreß­ elementen, vorzugsweise jedoch mit einer gemeinsamen Anpreß­ vorrichtung für mehrere bzw. alle Rastkörper.

Von besonderem Vorteil ist im übrigen die Verwendung kugel­ förmiger oder zylinderförmiger Rastkörper, die mit ihrer ge­ wölbten 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 da­ mit eine gleichbleibende Sicherungskraft sondern auch eine verminderte Reibung beim Schließen der Steckverbindung, d. h. beim Einsetzen des Steckerteils in das Buchsenteil, weil die Rastkörper um ihren Kugelmittelpunkt bzw. um ihre Zylinder­ achse rotieren und damit auf der Oberfläche des gegenüber­ liegenden 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 Rast­ körpern nur wenig behindert. Selbstverständlich sind dazu etwa vorgesehene, zylinderförmige Rastkörper mit ihrer Zylinderachse quer zur Stecker- und Buchsenachse anzuordnen.

Die Erfindung wird weiter anhand der in den Zeichnungen darge­ stellten Ausführungsbeispiele erläutert. Hierin zeigt

Fig. 1 einen Axialschnitt einer Buchse mit Haltevorrichtung,

Fig. 2 einen in größerem Maßstab 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 Aus­ führung 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 sich ein dünnwandiges, zylindrisches Kontaktglied KG mit für eine sichere Kontaktgabe und hohen Kontaktdruck radial einwärts ver­ formten, 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 BS ein, wobei eine sich über den Steckerumfang erstreckende, flache Einsenkung ES in ihrer Profil­ form an die einwärts verformten Kontaktelemente KL angepaßt ist. Die damit gegebene Einrastwirkung ist im allgemeinen für eine Haltesicherung der Steckverbindung nicht ausreichend. Die geson­ derte, nur der Sicherung der Steckverbindung in geschlossenem Zustand dienende Haltevorrichtung HV ermöglicht eine Gestaltung der Kontaktelemente nach Abmessung, Eingrifftiefe und Anpreß­ kraft nur nach den Erfordernissen zuverlässiger Kontaktgabe und geringen Verschleißes.

Die Halbevorrichtung HV umfaßt im Beispielsfall zwei kugel­ förmige Rastkörper RK, die innerhalb zugehöriger Aufnahmen AN bezüglich der Buchsen- und Steckerachse XX radial verschiebbar gelagert sind. Diese Rastkörper greifen bei geschlossener Steck­ verbindung gemäß Fig. 2 in eine als Umfangsnut 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 Buchsenumfang 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 innen­ liegenden Mündungsabschnitten MA bilden die Aufnahmen AN durch entsprechende Verengung jeweils eine Auflageschulter AS für den zugehörigen Rastkörper. Der Innendurchmesser des verengten Mün­ dungsabschnitts ist so bemessen, daß eine ausreichende radiale Eingriffstiefe des Rastkörpers bezüglich des Kontaktstiftes KS gewährleistet ist. Im Bereich der äußeren Umfangsfläche des 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 Ring­ feder der gemeinsamen Anpreßvorrichtung AP versenkt aufnimmt, Im Beispiel nach Fig. 2 ist diese Ringfeder in ihrem Draht­ durchmesser 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 ausgebildet und kann sich somit in den Umfangsbereichen zwischen den Rastkörpern RK seit­ lich 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 Stirn­ flächen der Ringfeder RN abstützen kann. Eine solche Ausführung mit bandförmiger Ringnut 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 Aus­ führung im allgemeinen weniger reibungsarm als bei einer draht­ förmigen Ringfeder geringen Querschnittsdurchmessers. Gegebenen­ falls 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 oder Kunststoffhinterfütterungen in Betracht. Solche Ausführungen bieten einen vorteilhaft geringen Bauaufwand, ergeben aber im allgemeinen wegen der größeren Berührungsflächen mit Rand­ körpern 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 Einsatz­ körpers und für eine radial äußere Abdeckung der Aufnahmen AN und der Ringnut RN gesorgt. Außerdem ist der axial äußere Randbereich RB des den Einsatzkörper EK umgebenden Mantelab­ schnitts MA des Buchsenkörpers BK in der aus Fig. 2 ersichtlichen Weise radial einwärts gegen eine entsprechende, konische Ab­ schrägung 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.

Infolge dieser einwandfreien Axialhalterung des Einsatzkörpers EK ergibt sich die Möglichkeit, diesen als Axialsicherung für das dünnwandige, zylindrische Kontaktglied KG in der Aufnahme­ bohrung AB der Buchse BS zu verwenden. Fig. 2 zeigt hierzu den radial nach innen gerichteten Eingriff der inneren Umfangs­ fläche des Einsatzkörpers EK in die Aufnahmebohrung AB.

Die damit gebildete Ringschulter geringer radialer Tiefe ist für die axiale Lagesicherung des Kontaktgliedes KG ausreichend, weil letzteres als unter radialer Aufsprengspannung stehendes Federelement ausgebildet ist und daher immer an der Umfangsfläche der Aufnahmebohrung AB anliegt.

Die Rastausnehmung RA des Steckers ist im Beispiel als Ring­ nut mit Rechteckquerschnitt 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 einseitge Druck­ abstützung bewirkt gleichzeitig ein letztes Hineinziehen des Steckers in die Buchse bis zur Anlage der äußeren Buchsenstirn­ fläche 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 TS mit eingesetzter Druckfeder DF und einem Stößel SL, welch letzterer auf die hier als kombinierte Kontakt- und Kontaktsicherungs- bzw. Rastelemente ausgebildeten, stegförmigen Kontaktelemente KLa ein­ wirkt. Diese Kontakt- und Kontaktsicherungselemente können somit unter ausreichend hoher Anpressung in die Einsenkung ES des Kon­ taktstiftes KS eingreifen und neben ihrer Kontaktwirkung die er­ strebte, formschlüssige Rastsicherung bewirken. Die in ihrem mittleren Axialabschnitt in Richtung gegen den Stecker konvex vorspringende Form der Kontaktelemente KLa eignet sich hervor­ ragend für eine solche Funktion, insbesondere für eine mit vorge­ gebener, 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 An­ preßvorrichtung einerseits und Rastausnehmung andererseits be­ züglich der Paarung von Stecker und Buchse anwendbar ist. Grund­ sätzlich könnte als beispielsweise eine geeignete Anpreßvor­ richtung oder mehrere derselben mit zugehörigen Kontakt- bzw. Kontaktsicherungselementen innerhalb des Kontaktstiftes KS unter­ gebracht werden, wobei die Anpreßkräfte radial nach außen ge­ richtet und entsprechende Rastausnehmungen für die Kontakt- bzw. Kontaktsicherungselemente an der Innenfläche der Aufnahme­ bohrung der Buchse angeordnet sind.

Fig. 5 zeigt eine besonders einfache und daher vorteilhafte Aus­ führung einer radial wirkenden Anpreßvorrichtung APc für ein zylindrisches, dünnwandiges Kontaktglied KG mit stegförmigen Kontaktelementen KLa. Die Anpreßvorrichtung APc ist als das hülsenförmige Kontaktglied KG umgreifendes, federelastisches Ringelement ausgebildet. Dadurch ergibt sich insbesondere auch der Vorteil einer gleichmäßigen Anpressung der verschiedenen, stegförmigen Kontaktelemente KLa. Besonders einfach in der Her­ stellung 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, wie sie mit den vorbeschriebenen Anpreßvorrichtungen erreichbar ist, gegebenenfalls auch für Buchsen-Steckeranordnungen ohne formschlüssige Auszugsicherung bzw. ohne Rastausnehmungen für den Eingriff der radial angepreß­ ten Kontaktelemente anwendbar ist. Übrigens ergibt sich in diesem Fall noch eine kraftschlüssige Auszugsicherung durch die Haft­ reibung zwischen den angepreßten Kontaktelementen und den gegen­ überliegenden Kontaktflächen, wobei dieser Reibungsschluß durch Ausbildung und Bemessung der jeweiligen Anpreßvorrichtung optimal einstellbar ist.

Claims (13)

1. Elektrische Kontaktverbindung mit einem Stecker und einer Buchse sowie mit mindestens einer Paarung von in gegen­ seitiger Anpressung stehenden Kontakt- und/oder Kontakt­ sicherungselementen im Bereich zwischen Stecker und Buchse, umfassend eine von den Kontaktelementen geson­ derte Haltevorrichtung zur Kontaktsicherung mit min­ destens einem zwischen Buchse und Stecker beweglich ge­ lagerten Rastkörper sowie mit einer an diesem Rast­ körper angreifenden Anpreßvorrichtung für das Einrasten des Rastkörpers in eine Rastausnehmung, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Haltevorrichtung (HV) eine Mehr­ zahl von vorzugsweise kugel- oder zylinderförmig aus­ gebildeten Rastkörpern (RK) aufweist, die innerhalb zugehöriger Aufnahmen (AN) bezüglich der Buchsen- und Steckerachse (XX) radial verschiebbar gelagert sind und bei geschlossener Steckverbindung mit einer als Umfangsnut ausgebildeten Rastausnehmung (RA) des je­ weils gegenüberliegenden Stecker- bzw. Buchsenteils in Wirkverbindung stehen, und daß als Aufnahmen für die Rastkörper (RK) Radialausnehmungen (AN) mit je einer Auflageschulter (AS) für den zugehörigen Rast­ körper (RK) vorgesehen sind.

2. Kontakt-Steckverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Radialausnehmungen (AN) als in der Buchse (BS) angeordnete Radialbohrungen mit ver­ engtem Mündungsabschnitt (MA) innerhalb der Stecker­ aufnahmbohrung (AB) ausgebildet sind.

3. Kontakt-Steckverbindung nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß für die Rastkörper (RK) mindestens ein Ringfederelement als gemeinsame Anpreßvorrich­ tung (AP) vorgesehen ist und daß sich dieses Ring­ federelement wenigstens teilweise über den Umfang der Buchse (BS) erstreckt.

4. Kontakt-Steckverbindung nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß innerhalb der Buchse (BS) eine Ring­ nut (RN) gebildet ist, welche das Ringfederelement der gemeinsamen Anpreßvorrichtung (AP) aufnimmt.

5. Kontakt-Steckverbindung nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Aufnahmen (AN) für die Rast­ körper (RK) sowie die Ringnut (RN) für die Aufnahme der gemeinsamen Anpreßvorrichtung (AP) innerhalb eines ringförmigen Einsatzkörpers (EK) der Buchse (BS) gebildet sind.

6. Kontakt-Steckverbindung nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Ringnut (RN) für das Ringfeder­ element der gemeinsamen Anpreßvorrichtung (AP) an der radial äußeren Umfangsfläche des ringförmigen Einsatzkörpers (EK) der Buchse (BS) ausgebildet und in eingesetztem Zustand des Einsatzkörpers (EK) durch einen Mantelabschnitt (MA) der Buchse nach außen abgedeckt ist.

7. Kontakt-Steckverbindung nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der ringförmige Einsatzkörper (EK) der Haltevorrichtung (HV) in eine zur Buchsenachse (XX) koaxiale Stirnbohrung (SB) des Buchsenkörpers eingesetzt ist.

8. Kontakt-Steckverbindung nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der ringförmige Einsatzkörper (EK) der Haltevorrichtung (HV) durch einen radial einwärts verformten Bereich (RB) des Mantelabschnittes (MA) innerhalb der Buchse (BS) axial gesichert ist.

9. Kontakt-Steckverbindung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Einsatzkörper (EK) der Haltevorrichtung (HV) als über die Umfangsfläche der Steckeraufnahmebohrung radial nach innen vorstehendes Sicherungselement für ein innerhalb der Buchse angeordnetes Kontaktglied (KG) ausgebildet ist.

10. Kontakt-Steckverbindung nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein radial zur Stecker- bzw. Buchsenachse bewegliches Kon­ taktelement (KLa) sowie mindestens eine radial wirkende Anpreßvorrichtung (APb, APc) vorgesehen ist, daß das radial bewegliche Kontaktelement (KLa) wenigstens ab­ schnittsweise eine in Richtung gegen das jeweils gegen­ überliegende Bauteil (Stecker bzw. Buchse) der Steck­ verbindung konvex vorspringende Formen aufweist.

11. Kontakt-Steckverbindung nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kontaktele­ ment (KLa) eine komplementäre Rastausnehmung (ES) im je­ weils gegenüberliegenden Bauteil der Steckverbindung zugeordnet ist.

12. Kontakt-Steckverbindung nach Anspruch 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein hülsenförmiges Kontaktglied (KG) mit einer Mehrzahl von radial einwärts verformbaren Kon­ taktelementen (KLa) sowie mindestens eine den Hülsenum­ fang wenigstens teilweise umgreifende, federelastische Anpreßvorrichtung (APc) vorgesehen ist.

13. Kontaktvorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine geschlossene ringförmige Anpreßvorrichtung (APc) aus weich-zugelastischem Material.