DE3832326A1 - Einpolige steckverbindung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine einpolige Steckverbindung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, wobei die Verriegelung dazu vorgesehen ist, eine unbeab­ sichtigte Trennung der Steckverbindung durch Zug am Anschlußkabel zu ver­ hindern.

Eine derartige, als Flachsteckverbindung ausgebildete selbstverriegelnde Steckverbindung ist beispielsweise durch die in Fig. 1 dargestellte "Positive-Lock"-Steckverbindung der Firma AMP bekannt, die besonders für Einsatzorte entwickelt worden ist, die z. B. in Fahrzeugen, starken Vibra­ tionen unterliegen. Bei dieser Ausführung ist die Verriegelungsfeder, die mit einem Vorsprung in ein Rastloch des eingeführten Steckerstiftes ein­ greift, mit der zwischen zwei Raststellungen in einem Isoliergehäuse ver­ schieblichen Steckbuchse einstückig ausgeführt. Damit ist bei der Material­ auswahl für dieses Teil stets ein Kompromiß zwischen hoher Leitfähigkeit einerseits und großer Federkraft andererseits zu schließen, denn die erste Bedingung erfüllen nur verhältnismäßig weiche Werkstoffe, die zweite jedoch nur harte. Für Anwendungsfälle, in denen hohe Ströme über die Steckverbin­ dung fließen und daher z. B. Elektrolytkupfer als Buchsenmaterial gewählt wird, ist keine ausreichende Federkraft erreichbar. Bei der beschriebenen bekannten Steckverbindung beträgt beispielsweise die maximale Strombelast­ barkeit nur etwa 25 A.

Außerdem ermüdet eine aus relativ weichem Leitermaterial hergestellte Feder auch bei hohen Temperaturen größer etwa 80°C, wie sie etwa in Motorräumen von Kraftfahrzeugen vorkommen, so daß die Verringerung nicht mehr ausrei­ chend funktioniert und die Steckverbindung sich bei Vibrationen und/oder Zug am Anschlußkabel lösen kann. Der eingangs genannte Zweck der Verriege­ lung ist damit nur in speziellen Anwendungsfällen erfüllt. Überdies ist die bekannte Steckverbindung auf den Einsatz von Flachsteckern und damit in ihrer Anwendungsbreite weiter wesentlich beschränkt. Schließlich hat die Steckbuchse durch die konstruktionsbedingte lange Aus­ nehmung zur Aufnahme der Gehäuserastnase ein großes Spiel, wodurch uner­ wünschte Geräusche erzeugt werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine einpolige Steckverbin­ dung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 auf möglichst einfache und ko­ stengünstige Weise derart weiterzubilden, daß sie für den Einsatz von Steckerstiften und Steckbuchsen mit grundsätzlich beliebigem Querschnitt geeignet ist, eine hohe Strombelastung bei zugleich großer Federkraft der Verriegelungsfeder auch bei hohen Temperaturen gewährleistet und möglichst ohne gegeneinander bewegliche Teile aufgebaut ist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des An­ spruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Durch die getrennte Ausführung von Steckbuchse und Verriegelungsfeder ist auf einfachste Weise erreicht, daß für beide Teile das jeweils optimale Ma­ terial gewählt werden kann, so daß auch bei hohen Strombelastungen und Tem­ peraturen eine unverändert sichere Verriegelung gegeben ist und damit selbst bei starkem Rütteln ein unerwünschtes selbsttätiges oder durch Zug anm Anschlußkabel verursachtes Lösen der Steckverbindung wirksam verhindert ist.

Außerdem können Steckerstift und Steckbuchse bei der erfindungsgemäßen Steckverbindung grundsätzlich einen beliebigen Querschnitt aufweisen und sind damit für diesbezügliche Verwendungsvarianten, insbesondere für den bei Starkstromübertragungen wichtigen Fall der zylindrischen Ausbildung, besonders geeignet.

Darüber hinaus ist sowohl der Steckerstift durch die Federverriegelung in axialer Richtung praktisch spielfrei gehalten, als auch durch die auf die Seitenflächen des zweckmäßigerweise einstückig an der Gehäuseinnenwand an­ geformten Keils wirkende Kraft der Federschenkel das Isoliergehäuse ohne axiales Spiel in der Ausgangslage fixiert, so daß insgesamt bei Vibrationen keine störende Geräuschentwicklung auftritt und ein Lösen der Steckverbin­ dung bei durch unbeabsichtigtes Ziehen am Isoliergehäuse verursachtem ge­ ringfügigen Herausziehen des Steckerstiftes aus der Steckbuchse weitgehend vermieden ist.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen bzw. eine vorteil­ hafte Anwendung der im Hauptanspruch angegebenen einpoligen Steckverbindung beschrieben.

So ist durch eine Ausführung gemäß Anspruch 2 auf einfache und kostengün­ stige Weise vermieden, daß die Steckverbindung unbeabsichtigt und unbemerkt nur teilweise in Auszugsrichtung bewegt werden kann, was dann - wie bereits erwähnt - zur vollständigen Trennung durch Rütteln oder unbeabsichtigten Zug am Anschlußkabel führen kann. Durch die angegebene Federbemessung ist nämlich zum Auslösen des Trennvorganges durch Ziehen am Isoliergehäuse eine erheblich größere Auslösekraft erforderlich als sie zur Überwindung der normalen Gleitreibung zwischen Buchseninnenwand und Stiftoberfläche nötig ist. Auf diese Weise kann der Abziehvorgang nicht vor seiner Beendigung ge­ stoppt werden, so daß eine Zwangstrennung erfolgt, sofern die Abziehkraft größer ist als die Auslösekraft und andererseits überhaupt keine, also auch keine teilweise axiale Verschiebung von Steckbuchse und Steckerstift rela­ tiv zueinander eintritt, wenn die Abziehkraft kleiner ist als die Auslöse­ kraft.

Voraussetzung dafür, daß der Trennvorgang tatsächlich erfolgen kann, ist selbstverständlich, daß die Kante der Aussparung und der Querschnitt der Verriegelungsfeder derart ausgebildet sind, daß beide gegeneinander grund­ sätzlich gleitfähig sind. Weist beispielsweise die Verriegelungsfeder einen runden Querschnitt (Draht) auf und die Aussparung des Steckerstifts eine Kante, so ist durch entsprechende Ausbildung dieser Kante die Größe der Auslösekraft auf einfache Weise den Bedürfnissen des Einzelfalles anpaßbar. Die auf die beschriebene Weise erzielte hohe Auslösekraft wird erst nach einer im Vergleich zum Stand der Technik sehr hohen Zahl von Steckvorgängen durch Materialabnutzung selbst an weicheren Steckerstiften spürbar geringer.

Die Aussparung im Steckerstift kann grundsätzlich eine beliebige Form haben. Besonders vorteilhaft ist jedoch eine Ausbildung als Ringnut (An­ spruch 3), weil diese sehr einfach herstellbar ist und der Steckerstift in­ soweit keiner Codierung der Einstecklage relativ zur Steckbuchse bedarf.

Durch eine Ausbildung der Steckverbindung gemäß Anspruch 4 sind unerwünsch­ te Relativbewegungen von Steckerstift und Steckbuchse in axialer Richtung einfach und wirksam vermieden. Dabei ist die Anpassung der Abmessungen selbstverständlich so durchzuführen, daß ein leichtes und damit sicheres Einschnappen der relevanten Federabschnitte in die Aussparung(en) gewähr­ leistet ist. Das bedeutet, daß bei einer Ausbildung nach Anspruch 3 die Breite der Nut geringfügig größer zu bemessen ist als die Stärke der Ver­ riegelungsfeder, also z. B. deren Durchmesser bei drahtförmiger Ausführung.

Die bereits durch den zwischen die freien Federschenkel eingreifenden Keil bewirkte Rückstellkraft, die das Isoliergehäuse in der Ausgangslage hält bzw. bei leichtem Verschieben in Abziehrichtung ohne erfolgte Trennung der Steckverbindung in diese Lage zurückdrückt, ist durch eine Ausführung der Verriegelungsfeder nach Anspruch 5 noch wesentlich vergrößert, so daß nun­ mehr auch bei stärksten Vibrationen eine unerwünschte Geräuschentwicklung durch axiales Spiel des Gehäuses verhindert und der Keil mit Sicherheit nicht unbeabsichtigt in den Raum zwischen den Federschenkeln eingreift, so daß ein ungewolltes Trennen der Steckverbindung auch dann noch vermieden ist, wenn - nach sehr vielen Steckvorgängen - durch Materialabnutzung die Auslösekraft geringer geworden ist.

Bei bekannten Glühkerzen für Dieselmotoren erfolgt der Kabelanschluß über einen mittels einer Schraubverbindung befestigten Kabelschuh, wozu die Glühkerzen anschlußseitig einen Gewindestutzen aufweisen. Der Kabelschuh und das daran angeschlossene Kabel ragen zwangsläufig, auch bei Kröpfung des Kabelschuhes, seitlich von der Glühkerze ab, so daß ein relativ großer Platzbedarf erforderlich ist, der bei modernen Motorkonzepten meist nicht zur Verfügung steht. Außerdem ist die Schraublösung relativ aufwendig in der Handhabung, wobei zudem häufig Muttern verloren gehen. Überdies ist auch die Sicherung der Muttern durch das ständige Rütteln im Fahrbetrieb langfristig ohne größeren Aufwand nicht ausreichend. Durch eine Stecklösung gemäß Anspruch 6 ist nicht nur ein äußerst einfacher Kabelanschluß ohne verlierbare Teile erzielt, sondern auch der Platzbedarf in radialer Richtung ohne Zusatzaufwand minimiert. Bei entsprechender Aus­ bildung in der bereits beschriebenen Art ist sie der bekannten Ausführung auch im Hinblick auf die Rüttelsicherheit deutlich überlegen.

Vorteilhafterweise ist das Stiftteil mit dem anschlußseitigen Endteil der Glühkerze einstückig ausgeführt (z. B. anstatt des Gewindestutzens vorge­ sehen), wodurch sich ein einfacher Aufbau ergibt. Außerdem eignet sich das Stiftteil hierzu besser als das Buchsenteil, weil letzteres schon wegen der erforderlichen Federhalterung ein Gehäuse benötigt, das zugleich als Schutz der unter Spannung stehenden Steckbuchse dient. Wäre die Steckbuchse Teil der Glühkerze, so müßte sowohl für diese als auch für den dann unter Span­ nung stehenden Steckerstift jeweils ein Gehäuse vorgesehen werden. Aus der DE-OS 26 23 635 ist zwar eine Feder zum Einsatz bei einer Zündkerze bekannt, die zwei freie Federschenkel, zwei sich daran anschließende, ein Teil der Zündkerze umfassende Abschnitte und einen diese verbindenden bo­ genförmigen Teil aufweisen. Diese Feder ist jedoch schon in anderer, eine gänzlich andere Wirkung erzielender Form aufgebaut (die beiden Schenkel verlaufen nicht auf einer Seite, sondern auf beiden Seiten des bogenförmi­ gen Teils) und erfüllt auch nicht die Aufgabe einer Steckverriegelung, son­ dern vielmehr einer Rüttelsicherung durch Anlage der Abschnitte am Gewin­ destutzen der mittels Schraubverbindung an das Kabel angeschlossenen Zünd­ kerze.

In den Fig. 2 bis 4 ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen einpoligen Steckverbindung in der Anwendung bei einer Glühkerze für Diesel­ motoren dargestellt. Dabei zeigt

- Fig. 2 eine teilweise geschnittene, seitlich zum Teil aufgebrochene An­ sicht der Steckverbindung mit Glühkerze,

- Fig. 3 einen Schnitt durch Fig. 2 auf Höhe der Federschenkel, und

- Fig. 4 eine ausschnittsweise Seitenansicht des seitlich aufgebrochenen Bereichs.

Die einpolige Steckverbindung besteht aus einem zylindrischen Buchsenteil 1 und einem zylindrischen Steckerstift 2, der das anschlußseitige Endteil ei­ ner Glühkerze 3 bildet, die mit einem Gewindeteil 4 mit Hilfe eines an ei­ ner Mutter 5 angreifenden Schlüssels in den Motorblock eines Dieselmotors einschraubbar ist und dabei mit einem Glührohr 6 in einen Motorzylinder hineinragt.

Der Steckerstift 2 trägt im Bereich des freien Endteils eine Ringnut 7. Das Buchsenteil 1 besteht aus einer gerollten Steckbuchse 8 und je einem diese umfassenden steckseitigen Gehäuseteil 9 und anschlußseitigen Gehäuse­ teil 10 aus Isolierstoff, die im montierten Zustand durch in Rastöffnungen 11 des steckseitigen Gehäuseteils 10 miteinander unlösbar verbunden sind. Beide Gehäuse­ teile 9, 10 zusammen dienen zugleich als Griffstück zum Zusammenstecken bzw. Trennen der Steckverbindung.

Die im Hinblick auf die hohen Glühkerzenströme aus hochleitfähigem Elektro­ lytkupfer hergestellte zylindrische Steckbuchse 8 ist am steckseitigen Ende zur sicheren, verkantungsfreien Aufnahme des Steckerstifts 2 tulpenförmig erweitert und weist zusätzlich zu dem durch die Herstellung als gerollte Buchse gebildeten durchgehenden Längsschlitz 13 drei weitere nicht durchge­ hende Längsschlitze 14 auf, die ein Auffedern der Steckbuchse 8 bei Einfüh­ rung des Steckerstifts 2 gestatten, so daß dieser unter Druck an der Buch­ seninnenwand anliegt und damit eine großflächig sichere Kontaktgabe mit ei­ ner im Vergleich zum bekannten Schraubanschluß großen Anzahl definierter Kontaktpunkte erreicht ist.

Diese Wirkung wird noch verstärkt und trotz des relativ weichen Buchsenma­ terials dauerhaft gewährleistet durch eine den steckseitigen Endabschnitt der Steckbuchse 8 umfassende Edelstahl-Federhülse 15.

Am anschlußseitigen Ende nimmt die Steckbuchse 8 ein Litzenkabel 16 auf, welches durch eine nicht dargestellte Zugentlastungseinrichtung gehalten und durch Verlöten mit der Steckbuchse 8 galvanisch verbunden wird. Damit bei der Montage das Litzenkabel 16 nicht zu weit in die Steckbuchse 8 ein­ geführt werden und kein Lötzinn in ihren steckseitigen Teil gelangen kann, ist eine in einem Ringwulst 17 der Steckbuchse 8 angeordnete Trennscheibe 18 vorgesehen. Bei montiertem Buchsenteil 1 liegt ein Anschlag 19 des anschlußseitigen Ge­ häuseteils 10 am anschlußseitigen Bund des Ringwulstes 17 an, so daß die beiden Gehäuseteile 9 und 10 nahezu spielfrei miteinander verbunden sind.

Im steckseitigen Teil weist die Steckbuchse 8 weiterhin zwei einander ge­ genüberliegende Ausnehmungen 20 auf. Eine aus temperaturbeständigem Feder­ draht mit hoher Federkontante hergestellte Verriegelungsfeder 21, die zwei freie Schenkel 22, zwei sich daran anschließende leicht gebogene Abschnitte 23 und einen diese miteinander verbindenden bogenförmigen Teil 24 aufweist, durchsetzt mit den Abschnitten 23 die Ausnehmungen 20 der Steckbuchse 8 und ragt damit in deren Innenraum hinein. Der die Steckbuchse 8 umfassende Fe­ derteil 24 ist unter einem spitzen Winkel von ca. 25° gegenüber der durch die Schenkel 22 und die Abschnitte 23 gebildeten Ebene geneigt und liegt bei montiertem Buchsenteil 1 unter Druck an einem Bund 25 an der Innenwand des steckseitigen Gehäuseteils 9 auf.

Dieses Gehäuseteil 9 weist einen, z. B. im Spritzgußverfahren an seiner In­ nenwand angeformten, in axialer Richtung konisch verlaufenden Keil 26 auf, der bei zusammengesteckter Steckverbindung mit einem schmalen Endabschnitt 27 zwischen die beiden Federschenkel 22 hineinragt und beim Abziehen des Buchsenteils 1 vom Steckerstift 2 durch Zug am gesamten Gehäuseteil 9, 10 entgegen der Kraft der Verriegelungsfeder 21 mit den keilförmigen Bereichen 28 die Federschenkel 22 aufweist, bis deren gegenseitiger lichter Abstand etwas kleiner ist als der Durchmesser des Steckerstifts 2. Wird der Zug am Buchsengehäuse 9, 10 weiter verstärkt, bis er die durch die Reibung des scharfkantigen Nutrandes an der im Querschnitt runden Verriegelungsfeder 21 bewirkte hohe Auslösekraft erreicht, so wird der Buchsenteil 1 zwangsläufig und damit sicher vom Steckerstift 2 abgezogen, weil die Gleitreibung zwi­ schen Steckbuchse 8 und Steckerstift 2 viel kleiner ist als die genannte Auslösekraft. Wird dagegen am Litzenkabel 16 gezogen, so bleibt die Steck­ verbindung verriegelt, weil der Eingriff der Verriegelungsfeder 21 in die Nut 7 nicht gelöst wird.

Damit beim Einführen der Steckbuchse 8 in das steckseitige Gehäuseteil 9 die Zuordnung der Positionen von Keil 26 und Federschenkeln 22 ohne langes Suchen stimmt, weist die Steckbuchse 8 eine Codiernase 29 auf, die in eine Führungsnut 30 des steckseitigen Gehäuseteils 9 einzuschieben ist. Damit ist die Montage vereinfacht und außerdem werden Beschädigungen durch fal­ sches Einstecken von vorneherein verhindert.

Beim Aufstecken des Buchsenteils 1 auf den Steckerstift 2 der Glühkerze 3 soll der Federdraht der Verriegelungsfeder 21 möglichst leicht und sicher in die Ringnut 7 hineingleiten. Dazu ist der Drahtdurchmesser der Verriege­ lungsfeder 21 etwas dünner als die Nutbreite gewählt.

Durch den Keil 26 und vor allem den unter Druck am Bund 25 aufliegenden bo­ genförmigen Teil 24 der Verriegelungsfeder 21 wird der steckseitige Ge­ häuseteil 9 stets zur Glühkerze hin gedrückt. Dadurch ist die Steckverbin­ dung nicht nur immer berührungs- und verschmutzungsgeschützt; bei unbeab­ sichtigtem Zurückschieben des Buchsengehäuses 9, 10 ohne Trennung der Steckverbindung erfolgt darüber hinaus auch eine Rückführung dieses Gehäuses in die Soll-Lage, wodurch eine optimale Verriegelungssicherheit erzielt ist, weil der Keil 26 nicht mit seinen konischen Seitenflächen 28 zwischen den Federschenkeln 22 verbleibt.

Die vorstehend beschriebene Ausführung einer erfindungsgemäßen Steckverbin­ dung weist sämtliche zu den Ansprüchen bereits im einzelnen aufgezählte Vorteile auf. Insbesondere sei nochmals hervorgehoben, daß sie durch die von einander unabhängige Bemessung von Verriegelungsfeder 21 und Steckbuch­ se 8 für die Übertragung der hohen, an Glühkerzen auftretenden Ströme (max. ca. 30 A) optimal geeignet und auch bei den am Motorblock auftretenden ho­ hen Temperaturen eine selbst bei starken Vibrationen dauerhaft sichere Ver­ riegelung bietet, und daß sie darüber hinaus eine minimale Geräuschentwick­ lung sowie einen außerordentlich geringen Platzbedarf und Montageaufwand aufweist.

Claims (7)

1. Einpolige Steckverbindung mit einem Stiftteil und einem Buchsenteil, welches ein Isoliergehäuse sowie, darin angeodnet, eine Steckbuchse und eine Verriegelungsfeder aufweist die beim Zusammenstecken der Steck­ verbindung selbsttätig in eine Aussparung des Steckerstifts eingreift, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungsfeder (21) ein separates Teil ist, das mit wenigstens einem Abschnitt (23) eine Ausnehmung (20) der Steckbuchse (8) durchsetzt, bei verriegelter Steckverbindung in die Aussparung (7) des Steckerstifts (2) ragt und zwei von der Steckbuchse (8) etwa radial nach außen abragende freie Schenkel (22) aufweist, zwi­ schen die beim Trennen der Steckverbindung zu deren Entriegelung ein mit dem Isoliergehäuse (9) verbundener Keil (26) eingeführt wird.

2. Steckverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der größte, durch die Aufweitung mittels des Keils (26) bewirkbare lichte Abstand der Federschenkel (22) voneinander etwas kleiner ist als der Außendurch­ messer des Steckerstifts (2).

3. Steckverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung des Steckerstifts (2) eine Ringnut (7) ist.

4. Steckverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Querschnittsabmessungen der Verriegelungsfeder (21) den Ab­ messungen der Aussparung (7) angepaßt sind.

5. Steckverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Verriegelungsfeder (21) zwei sich an die freien Schenkel (22) anschließende, Ausnehmungen (20) der Steckbuchse (8) durchsetzende Abschnitte (23) aufweist, welche über einen die Steckbuchse (8) mit Ab­ stand umfassenden, vorzugsweise bogenförmigen Teil (24) miteinander ver­ bunden sind, der unter einem Winkel von bis zu etwa 45° zu der durch die beiden Schenkel (22) und Abschnitte (23) gebildeten Ebene geneigt ist und unter Druck an einem Bund (25) der Innenwand des Isoliergehäuses (9) anliegt.

6. Steckverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich­ net, daß der Steckerstift (2) das Kabelanschlußteil einer Glühkerze (3) für Dieselmotoren bildet.

7. Steckverbindung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Steckerstift (2) mit dem anschlußseitigen Endteil der Glühkerze (3) ein­ stückig verbunden ist.