DE3940652A1 - Elektrische steckverbindung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Steckverbindung, insbesondere für den Einsatz im untertägigen Grubenbetrieb, gemäß den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merk­ malen.

Steckverbindungen dieser Art sind in zahlreichen Ausführun­ gen bekannt. Eine derartige Steckverbindung wird von der Firma Machaczek Elektrotechnik GmbH & Co. KG unter der Be­ zeichnung "Steckverbinder System ME" angeboten. Diese Steck­ verbindung, die insbesondere für den untertägigen Einsatz konzipiert ist, besteht einerseits aus einem Steckerteil, der in der Regel fest mit dem Ende einer elektrischen Leitung verbunden ist, und andererseits aus einem Buchsen­ teil, der in der Regel an dem anzuschließenden Gerät be­ festigt ist. Der Steckerteil besteht im wesentlichen aus einem aus Neopren bestehenden Isolierkörper, in den Kontakt­ stifte eingegliedert sind, die rückseitig jeweils durch eine Crimpverbindung oder eine Lötverbindung mit einem Leiter einer elektrischen Leitung verbunden sind und nach vorne aus dem Grundkörper des Isolierkörpers herausragen. Der gesamte Steckerteil ist durch ein stabiles Metallgehäuse geschützt. Der Buchsenteil hingegen besteht aus einem ebenfalls aus Neopren bestehenden Isolierkörper, in den fluchtend zur Stiftanordnung des Steckerteils Kontaktbuchsen eingelassen sind, die in bezug auf die Vorderseite des Isolierkörpers leicht zurückgesetzt angeordnet sind und die rückseitig durch eine Crimp- oder Lötverbindung mit den entsprechenden geräteseitigen Leitern verbunden sind. Auch der Buchsenteil ist in ein stabiles Metallgehäuse eingebettet, das die elek­ trische Steckverbindung in verbundenem Zustand hermetisch nach außen abschließt und schützt.

Sowohl die Stifte des Steckerteils als auch die Buchsen des Buchsenteils sind im Querschnitt gesehen jeweils im gleichen Abstand zueinander angeordnet. Dieser Abstand wird durch die je nach Anwendung vorgeschriebene zulässige Kriechstrecke bzw. Luftstrecke zwischen blanken leitfähigen Teilen benach­ barter Kontakte bestimmt. Die Luftstrecke wird regelmäßig durch den lichten Abstand benachbarter Stiftkontakte des Steckerteils bestimmt. Die Kriechstrecke wird häufig dadurch verlängert, daß die Kontaktbuchsen innerhalb des Buchsen­ teils nicht bündig mit der Stirnseite des Isolierkörpers abschließen, sondern zurückversetzt sind und die Kontakt­ stifte des Steckerteils nicht unmittelbar aus dem Grundkör­ per des Isolierkörpers nach vorne hin austreten, sondern einen den jeweiligen Kontaktstift umgebenden Kegelstumpf aufweisen, der Teil des Isolierkörpers ist und der über den Grundkörper hinausragt.

Insbesondere im untertägigen Bergbau existieren wegen der Schlagwettergefahr strenge Sicherheitsvorschriften, die festlegen, daß dann, wenn mit einer Steckverbindung z. B. verschiedene eigensichere Stromkreise verbunden werden, die Luftstrecken und die Kriechstrecken aus Sicherheitsgrün­ den etwa den doppelten Wert der sonst erforderlichen Strecke haben müssen. Dies bedingt, daß insbesondere bei Steckver­ bindungen, die mehrere unterschiedliche eigensichere Strom­ kreise verbinden, aus den konfektionierten Stecker- und Buchsenteilen regelmäßig einige Kontaktstifte und Kontakt­ buchsen entfernt und durch Isolierblindelemente ersetzt werden müssen, um die erforderlichen Abstände zu wahren. Wird hingegen der Abstand der Kontaktstifte bzw. der Kontakt­ buchsen im Hinblick auf diese sicherheitsbedingten erhöhten Abstände dimensioniert, so werden die Steckverbindungen immens groß und in der Praxis nur schwierig handhabbar.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße elektrische Steckverbindung so auszu­ bilden, daß die Kriechstrecken bei gleichem Kontaktabstand vergrößert werden, so daß die vorgenannten Nachteile ver­ mieden werden. In einer Weiterbildung der Erfindung sollen dann auch die Luftstrecken bei gleichem Kontaktabstand ver­ längert werden.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen elektrischen Steckverbindung mit den im kennzeichnenden Teil des An­ spruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Dadurch, daß in jedem Isolierkörper mindestens ein Kontakt­ stift und mindestens eine Kontaktbuchse eingegliedert sind, welche in Steckrichtung gesehen über den Grundkörper des Isolierkörpers vorragen und dadurch, daß die Buchse in dem über den Grundkörper vorragenden Bereich mit einem isolie­ renden Mantel versehen ist, wird die Kriechstrecke zwischen dem Kontaktstift und der Kontaktbuchse bei gleichem Kontakt­ abstand im Vergleich zu der Kriechstrecke bei zwei nebenein­ ander angeordneten Kontaktstiften (Stand der Technik) um die Länge des isolierenden Mantels, also mindestens die Länge der Kontaktbuchse verlängert.

Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, daß anstelle der unmittelbaren Isolierummantelung des freien Buchsenendes auch eine allerdings mit Abstand angeordnete isolierende Ummantelung des freien Stiftendes denkbar ist. In der Praxis hat eine solche Ausführung jedoch den Nachteil, daß wegen des begrenzten Platzangebots die Materialdicke der Ummante­ lung verhältnismäßig gering gestaltet werden muß, was erheb­ liche Nachteile bezüglich der Stabilität und der Robustheit eines solchen Steckteils mit sich bringt. Desweiteren haben Versuche ergeben, daß sich der Ringraum zwischen dem Kontakt­ stift und der Ummantelung verhältnismäßig leicht zusetzt, wodurch dieses Steckteil unbrauchbar wird, so daß die Steck­ verbindung nicht mehr zusammenfügbar ist. Diese Nachteile werden bei der isolierenden Ummantelung des freien Endes der Buchse vermieden, der Isoliermantel wird zudem durch die Buchse selbst gestützt.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung wird gemäß Anspruch 2 der isolierende Mantel der Kontaktbuchse nicht nur bis zum freien Ende dieser Buchse, sondern über dieses hinaus gezogen, so daß nicht nur die Kriechstrecke, sondern auch die Luftstrecke zwischen den benachbarten Kontakten (hier Kontaktstift und Kontaktbuchse) deutlich vergrößert wird. Vorteilhaft überragt die Kontaktbuchse den Grundkörper des Isolierkörpers nicht ganz so weit wie der Kontaktstift, so daß der isolierende Mantel ein ganzes Stück über das freie Ende des Kontaktbuchse hinausragen kann, um in der­ selben Querebene zu enden, in der auch der Kontaktstift endet. Durch eine Verlängerung des isolierenden Mantels nach vorne hin kann die Luftstrecke praktisch beliebig vergrößert werden, die Kriechstrecke wird dabei automatisch mit ver­ größert.

Eine besonders vorteilhafte und insbesondere in der Herstel­ lung wirtschaftliche Steckverbindung ist durch die in An­ spruch 3 gekennzeichnete Anordnung gegeben, bei der die Kontaktbuchse und der Kontaktstift in bezug auf die in Steck­ richtung liegende Längsmittelebene des Isolierkörpers in gleichem Abstand gegenüberliegend angeordnet sind. Eine solche Anordnung hat den großen Vorteil, daß die bisherige Unterscheidung zwischen Steckerteil und Buchsenteil völlig entfällt und das gleiche Steckteil an beiden Seiten der Steckverbindung eingesetzt werden kann. Jedes Steckteil ist sowohl Steckerteil als auch Buchsenteil. Die wirtschaft­ lichen Vorteile einer solchen Ausbildung sind enorm, da nur noch ein Steckteil hergestellt und gelagert werden muß. So werden anstelle der bisher zur Herstellung der Isolier­ körper erforderlichen zwei Spritzgießwerkzeuge nur noch ein Spritzgießwerkzeug benötigt.

Die erfindungsgemäße Steckverbindung ist nicht nur für Steck­ verbindungen zur Verbindung von zwei elektrischen Leitern geeignet, sondern kann durch den Einsatz mehrerer Kontakt­ buchsen und Kontaktstifte in einen Isolierkörper für prak­ tisch beliebig viele Leiterverbindungen ausgelegt werden. Voraussetzung hierbei ist, daß gemäß Anspruch 4 jedem Kon­ taktstift nächstbenachbart eine Buchse ist, so daß die vor­ teilhafte Verlängerung der Luft- und Kriechstrecken gewähr­ leistet wird. Bei einer derartigen Anordnung mehrerer Kon­ taktstifte und Kontaktbuchsen innerhalb eines Isolierkörpers wird aufgrund der erfindungsgemäßen Ummantelung der Buchsen die kürzeste Luft- und Kriechstrecke in der Regel durch den lichten Abstand der Kontaktstifte bestimmt. Diese Luft- und Kriechstrecken können in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung dadurch verlängert werden, daß der Isolierman­ tel der neben zwei benachbarten Kontaktstiften angeordneten Kontaktbuchse so ausgebildet wird, daß die freie Luftstrecke zwischen den beiden Kontaktstiften durch diesen Isolierman­ tel unterbrochen wird. Hierzu können vom Außenumfang des Isoliermantels Zwischenwände abgehen oder aber, was aus Stabilitätsgründen in der Regel günstiger ist, der Isolier­ mantel in seiner Querschnittsaußenkontur etwa dreieckig ausgebildet sein.

Anspruch 5 kennzeichnet eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung, die insbesondere dann zweckmäßig ist, wenn mit einer elektrischen Steckverbindung ohne Änderung der Ver­ drahtung nur durch Umstecken unterschiedliche elektrische Verbindungen hergestellt werden sollen. Bei der beschriebenen punktsymmetrischen Anordnung der Kontaktpaare kann dies durch entsprechendes Drehen des einen Teils der Steckver­ bindung in bezug auf das andere vor dem Zusammenstecken erfolgen.

Anspruch 6 beschreibt eine optimierte Anordnung der Kontakt­ buchsen und Kontaktstfite bei einem im Querschnitt kreisrun­ den Isolierkörper. Eine solche Anordnung gewährleistet bei vorgegebener Kriech- und/oder Luftstrecke eine maximale Anzahl von Kontakten auf einer vorgegebenen Kreisquer­ schnittsfläche. Eine maximale Belegung wird dann erreicht, wenn auch der Mittelpunkt dieser Kreisquerschnittsfläche durch einen Kontaktstift oder eine Kontaktbuchse belegt wird, dann sind jedoch die beiden Teile der Steckverbindung unterschiedlich ausgebildet. Bleibt hingegen der Mittelpunkt der Kreisquerschnittsfläche unbelegt, so können die beiden Teile der Leitungsverbindung identisch ausgebildet sein, wie dies anhand von Anspruch 3 beschrieben ist.

Eine entsprechende Optimierung in der Anordnung der Kontakt­ buchsen und Kontaktstifte bei einem im Querschnitt recht­ eckigen Isolierkörper beschreibt Anspruch 7. Hier liegen die Kontaktbuchsen und die Kontaktstifte im Querschnitt des Isolierkörpers gesehen jeweils abwechselnd auf den Eckpunk­ ten bzw. Kreuzpunkten eines durch Quadrate gebildeten Netzes.

Insbesondere bei den symmetrischen Ausführungen, bei denen Buchsenteil und Steckerteil identisch ausgebildet sind, kann in der Mitte der Steckverbindung ein Codiersystem vorgesehen sein, das eine eineindeutige Zuordnung zweier zueinander gehörender Steckteile gewährleistet. Weiterhin kann diese bei symmetrischer Anordnung nicht zur Kontaktierung nutzbare Mitte der Steckverbindung zur Durchführung von Lichtwellen­ leitern oder dergleichen genutzt werden.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in stark vereinfachter Darstellung einen Längs­ schnitt durch eine elektrische Steckverbindung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine Draufsicht auf ein Steckteil in Richtung des Pfeils II der in Fig. 1 dargestellten Steckverbindung;

Fig. 3 ein Belegungsbeispiel eines im Querschnitt kreisrunden Isolierkörpers und

Fig. 4 ein Belegungsbeispiel eines im Querschnitt rechteckigen Isolierkörpers.

Die anhand der Fig. 1 und 2 dargestellte Steckverbindung besteht aus zwei identischen Steckteilen 1, die jeweils einen Isolierkörper 2 sowie darin eingegliedert einen Kon­ taktstift 3 und eine Kontaktbuchse 4 aufweisen. Der Kontakt­ stift 3 und die Kontaktbuchse 4 sind in an sich bekannter Weise rückseitig zur Verbindung mit einem (nicht dargestell­ ten) elektrischen Leiter vorgesehen. Die Leiter sind durch eine Löt- oder Crimpverbindung elektrisch mit dem Kontakt­ stift 3 bzw. der Kontaktbuchse 4 verbunden.

Sowohl der Kontaktstift 3 als auch die Kontaktbuchse 4 ragen in Steckrichtung II (in Richtung auf das gegenüberliegende Steckteil 1) gesehen aus dem Grundkörper 5 des Isolierkör­ pers 2 nach vorne vor, wobei die Kontaktbuchse 4 umfangssei­ tig einen Isoliermantel 6 aufweist, der über das freie Ende der Kontaktbuchse 4 hervorragt. Der Isoliermantel 6 und der Kontaktstift 3 enden in derselben Querebene.

Der Kontaktstift 3 ist im unteren Bereich durch eine kegel­ stumpfförmige Isolierung 7 umgeben, welche sich an die vor­ dere Stirnseite des Grundkörpers 5 nahtlos anschließt und einstückig mit dem Isolierkörper 2 ausgebildet ist. Auch der Isoliermantel 6 schließt sich nahtlos an den Isolierkörper 2 an und ist einstückig mit diesem ausgebildet. Der vordere Teil des Isoliermantels 6, der das freie Ende der Kontakt­ buchse 4 nach vorne hin überragt, ist so ausgebildet, daß die Kontaktbuchse 4 stirnseitig vom Isoliermantel 6 über­ griffen ist. Im übrigen ist der Isoliermantel 6 in diesem Bereich zur Aufnahme der kegelstumpfförmigen, den Kontakt­ stift 3 nahe dem Grundkörper 5 umgebenden Isolierung 7 aus­ gebildet.

Der Grundkörper 5, der in Fig. 1 nur teilweise dargestellt ist, ist in der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausfüh­ rung etwa quaderförmig ausgebildet und ist je nach Anforde­ rung ggf. durch ein Metallgehäuse oder dergleichen geschützt, wie dies bei bekannten Steckverbindungen dieser Art üblich ist.

Das Steckteil 1, das anhand der Fig. 1 und 2 dargestellt ist, weist zwei Kontakte 3, 4 auf. Der Kontaktstift 3 ist im Querschnitt gesehen (Fig. 2) in bezug auf die Längsmit­ telebene 8 in gleichem Abstand und gegenüberliegend zur Kontaktbuchse 4 angeordnet, wodurch gewährleistet ist, daß die Steckverbindung aus zwei identischen Steckteilen 1 auf­ gebaut werden kann. Je nach Anzahl der mit einer solchen Steckverbindung zu verbindenden Leitungen können praktisch beliebig viele solcher Kontaktpaare, jeweils bestehend aus einem Kontaktstift 3 und einer Kontaktbuchse 4, die in glei­ chem Abstand und gegenüberliegend zur Längsmittelebene 8 angeordnet sind, vorgesehen sein. Der paarweise symmetrische Aufbau in bezug auf die Längsmittelebene garantiert iden­ tische Steckteile 1.

Um mit einer Steckverbindung ohne Änderung der Verdrahtung durch einfaches Umstecken der Steckteile 1 eine andere elek­ trische Verbindung zu erhalten, wird die paarweise Kontakt­ anordnung nicht in bezug auf die Längsmittelebene 8 symme­ trisch ausgebildet, sondern punktsymmetrisch in bezug auf den anhand der Fig. 2 dargestellten Querschnittsmittelpunkt 9 des Isolierkörpers. Dann können die zwei Steckteile einer Steckverhindung in unterschiedlichen Winkelstellungen zuein­ ander verbunden werden.

Anhand des in Fig. 1 dargestellten rechten Steckteils 1 sind die Luftstrecke 10 und die Kriechstrecke 11 darge­ stellt, die, wie aus der Zeichnung ersichtlich, deutlich länger als bei vergleichbaren bekannten Steckverbindungen sind.

Anhand der Fig. 3 ist eine Belegung eines im Querschnitt kreisrunden Steckteils 1a dargestellt, in dessen Isolierkör­ per 2a in der vorbeschriebenen Weise drei Kontaktstifte 3 und drei mantelisolierte Kontaktbuchsen 4 eingegliedert sind. Wie Fig. 3 zeigt, ist die Belegung nicht nur paar­ weise symmetrisch in bezug auf die Längsmittelebene 8a, sondern auch punktsymmetrisch in bezug auf den Querschnitts­ mittelpunkt 9a. Um die Luftstrecke 10a zwischen zwei benach­ barten Kontaktstiften 3 weiter zu verlängern, sind die Iso­ liermäntel 6a der Kontaktbuchsen 4 im Querschnitt etwa drei­ eckig ausgebildet, so daß der zum Querschnittsmittelpunkt 9a gerichtete Teil des Isoliermantels 6a zwischen zwei benach­ barte Kontaktstifte 3 ragt und dadurch die Luftstrecke 10a zwischen diesen beiden Kontakten 3 verlängert.

Bei dem anhand von Fig. 3 dargestellten im Querschnitt kreisrunden Steckteil 1a liegen die Kontakte 3, 4 auf den Eckpunkten eines gleichseitigen Sechsecks. Diese Anordnung gewährt bei Steckteilen mit kreisrundem Querschnitt eine dichtestmögliche Kontaktanordnung. Bei dem anhand von Fig. 3 dargestellten Belegungsbeispiel ist im Querschnittsmittel­ punkt 9a kein Kontakt angeordnet, um die Symmetrie des Steck­ teils 1a zu gewährleisten. Es versteht sich, daß zur Ausnut­ zung der höchstmöglichen Kontaktdichte auch im Querschnitts­ mittelpunkt 9a ein Kontakt vorgesehen sein muß, der dann jedoch aufgrund der fehlenden paarweisen Symmetrie ein Mutter- und ein Vatersteckteil bedingt.

In Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem das Steckteil 1b einen im Querschnitt rechteckigen Isolier­ körper 2b aufweist, der jedoch im Unterschied zu dem nach den Fig. 1 und 2 mehrere Kontaktpaare aufweist, die paarweise symmetrisch zur Längsmittelebene 8b angeordnet sind, so daß auch bei dieser Anordnung für eine Steckverbindung zwei identische Steckteile 1b eingesetzt werden können.

Bezugszeichenaufstellung

 1 Steckteil
 1a Steckteil Fig. 3
 1b Steckteil Fig. 4
 2 Isolierkörper
 2a Fig. 3
 2b Fig. 4
 3 Kontaktstift
 4 Kontaktbuchse
 5 Grundkörper
 6 Isoliermantel
 6a Isoliermantel Fig. 3
 7 Isolierung (Kegelstumpf)
 8 Längsmittelebene
 8a Längsmittelebene Fig. 3
 8b Längsmittelebene Fig. 4
 9 Querschnittsmittelpunkt Fig. 3
 9a Querschnittsmittelpunkt Fig. 3
10 Luftstrecke
10a Luftstrecke Fig. 3
11 Kriechstrecke

Claims (7)

1. Elektrische Steckverbindung, insbesondere für den Einsatz im untertägigen Grubenbetrieb, bestehend aus einem Isolier­ körper (2) mit mindestens einem darin eingegliederten Kon­ taktstift (3) und einem Isolierkörper (2) mit mindestens einer darin eingegliederten Kontaktbuchse (4), wobei der Kontaktstift (3) und die Kontaktbuchse (4) jeweils zum An­ schluß eines elektrischen Leiters vorgesehen sind und der Kontaktstift (3) zur elektrischen Verbindung in die Kontakt­ buchse (4) einsteckbar ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in jedem Isolierkörper (2) mindestens ein Kontaktstift (3) und mindestens eine Kontaktbuchse (4) eingegliedert sind, wobei Stift (3) und Buchse (4) in Steck­ richtung (II) über den Grundkörper (5) des Isolierkörpers (2) vorragen und die Kontaktbuchse in dem über den Grund­ körper (5) vorragenden Bereich mit einem isolierenden Mantel (6) versehen ist.

2. Steckverbindung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der isolierende Mantel (6) der Kontaktbuchse (4) über das freie Ende der Buchse (4) hinaus­ ragt.

3. Steckverbindung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Kontakt­ buchse (4) und der Kontaktstift (3) in bezug auf die in Steckrichtung (II) liegende Längsmittelebene (8) des Isolier­ körpers (2) in gleichem Abstand und gegenüberliegend ange­ ordnet sind.

4. Steckverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß mehrere Kon­ taktstifte (3) und Kontaktbuchsen (4) im Isolierkörper (2) eingegliedert sind, derart, daß jedem Stift (3) nächst be­ nachbart eine Buchse (4) ist und umgekehrt.

5. Steckverbindung nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß jedem Kontaktstift (3) eine Kontaktbuchse (4) innerhalb desselben Isolierkörpers (2) zugeordnet ist, und diese Kontaktpaare (Stift, Buchse) in bezug auf den Querschnittsmittelpunkt (9) punktsymmetrisch angeordnet sind.

6. Steckverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit im Querschnitt kreisrunden Isolierkörpern, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktbuchsen (4) und die Kontaktstifte (3) im Querschnitt des Isolierkörpers (2a) gesehen jeweils auf den Eckpunkten bzw. Kreuzpunkten eines durch gleichseitige Sechsecke gebildeten Netzes liegen (Fig. 3).

7. Steckverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit im Querschnitt rechteckigem Isolierkörper, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktbuchsen (4) und die Kontaktstifte (3) im Querschnitt des Isolierkörpers (2b) gesehen auf den Eckpunkten bzw. Kreuzpunkten eines durch Quadrate gebildeten Netzes liegen (Fig. 4).