DE4233288A1 - Elektrisches Multikontakt-Steckverbindersystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Multikontakt-Steckverbindersystem, insbesondere zur Anwendung in der Meß- und Regeltechnik. Besonders eignet sich das Steckverbindersystem für die Herstellung einer Verbindung einer sog. pH-Einstabmeßkette mit integriertem Temperaturmeßfühler mit einem Meßgerät für die exakte temperaturkompensierte pH-Wert-Messung einer Flüssigkeit.

Bei einer derartigen, aber lediglich nur zur Veranschaulichung genannten Anwendung kommen Kabel zum Einsatz, die einen sehr niederohmigen Abschirmleiter und einen oder mehrere im Inneren des Kabels verlaufenden, in einer Isolationsmasse eingebetteten Leiter aufweisen. An der Schnittstelle zwischen dem Kabel und der pH-Elektrode ergeben sich allerdings Probleme, da beispielsweise Übergangswiderstände bzw. deren unberechenbare Veränderung Meßfehler verursachen.

Ein aus der Praxis bekanntes Steckverbindungs-System für den Signal- und Schaltanlagenbau verfügt über einen Multikontaktstecker und eine ebensolche Buchse. Die Steckkontakte am Stecker sind ausgebildet als konzentrisch um die Steckerachse angeordnete Ringkontakte, die jeweils voneinander durch einen Abschnitt eines Isoliermaterials elektrisch getrennt sind. Die Buchse weist dementsprechend eine Innenhülse auf mit ebenfalls konzentrisch um die Buchsenachse angeordneten, elektrisch ebenfalls voneinander getrennten Ringkontakten. Dieses System weist verschiedene Nachteile auf, von denen nachfolgend zwei erläutert werden:

• - Beim Einführedes Steckers in die Buchse findet eine Bewegung der Ringkontakte auch über die zwischen den einzelnen Ringkontakten der Buchse vorgesehenen Isolierung statt, solange, bis der Stecker in seine Endstellung gebracht ist. Hierdurch werden Partikel des Isolationsmaterials abgerieben, wodurch nicht nur der Übergangswiderstand zwischen zwei benachbarten Ringkontakten reduziert wird, sondern die Partikel als solche können ebenfalls den Isolationswiderstand beeinflussen.
• - Wenn ein solcher Stecker beispielsweise bei der temperaturkompensierten pH-Messung eingesetzt wird, muß dem Temperaturfühler der Sonde eine Spannung zugeführt werden. Dementsprechend liegt an zumindest einem Ringkontakt der Buchse eine externe Spannung an. Wenn der spannungsführende Ringkontakt nicht der letzte Kontakt an der Buchse ist, so überstreicht er einen oder mehrere Ringkontakte des Steckers bzw. schließt diese kurzzeitig beim Überstreichen kurz. Bei der pH-Wertmessung liegt aber zwischen einem Paar von Ringkontakten des Steckers eine Spannung an, deren Höhe einen Rückschluß auf den pH-Wert der Flüssigkeit, in welche die Sonde getaucht ist, zuläßt. Diese Meßspannung würde durch die Kompensationsspannung gestört, das gesamte Meßsystem würde polarisiert. Für eine exakte Messung muß daher einige Minuten abgewartet werden, bis sich das System wieder stabilisiert hat. Um einen solchen Effekt zu vermeiden, bliebe die Möglichkeit der festen Zuordnung bestimmter Ringkontakte zu bestimmten Signalen. Dies schränkt freilich die Einsetzbarkeit eines derartigen Steckverbindungs-System erheblich und in unerwünschtem Maße ein.

Vor dem aufgezeigten Hintergrund ist es nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neuartiges Multikontakt-Steckverbindersystem anzugeben, das nicht nur extrem hochohmig und signaltreu ausgelegt werden kann, sondern dessen Kontakte auch in jeder beliebigen Anordnung belegt werden können durch die zu übertragenden Signale.

Gelöst wird diese Aufgabe durch das elektrische Multikontakt-Steckverbindersystem, wie es im Anspruch 1 angeben ist. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Demgemäß besteht das erfindungsgemäße Steckverbindersystem aus einem Stecker mit wenigstens zwei an seiner Kopplungsseite frei liegenden Kontaktstiften und einer diese umgebenden Abschirmhülse, sowie aus einer Buchse mit wenigstens ebenfalls zwei in ihrem Kopplungsende frei liegenden Kontaktfedern und einer diese umgebenden Abschirmhülse. Es ist vorgesehen, daß die Kontaktstifte zumindest an der Kopplungsseite des Steckers axial ausgerichtet auf der Peripherie eines in seiner Abschirmhülse gehaltenen Isolationskörpers für einen bestimmten Streckenabschnitt frei liegend angeordnet sind. Buchsenseitig sind Kontaktfedern axial ausgerichtet auf der Innenperipherie einer in der buchsenseitigen Abschirmhülse gehaltenen Isolationshülse frei liegend angeordnet an Stellen, die jenen der Kontaktstifte des Steckers entsprechen. Der Isolationskörper des Steckers und die Isolationshülse der Buchse sind zueinander komplementär ausgebildet, in dem Sinne, daß der Isolationskörper in die Isolationshülse schiebbar ist, wobei eine leitende Verbindung zwischen den Kontaktstiften und den Kontaktfedern hergestellt wird. Schließlich sind die Längen der Abschirmhülsen der Buchse über den Kontaktfedern so bemessen und aufeinander abgestimmt, daß sie sich nach Herstellung der leitenden Verbindung zwischen den Kontaktfedern und den Kontaktstiften kontaktieren und die Kontakte vollständig umgeben.

Wenigstens zwei Kontaktstifte liegen also am vorderen Ende des Steckers frei und verlaufen parallel zur Steckerachse. Entsprechend sind die Kontaktfedern in der Buchse ausgerichtet, also parallel zur Buchsenachse. Diese Anordnung bedeutet folgendes: bei Herstellung der elektrischen Verbindung streicht kein Kontakt des Steckers - wie im Falle des bekannten Verbindersystems - über Kontakte in der Buchse, mit denen keine Verbindung hergestellt werden soll bzw. über Isoliermaterial zwischen Kontakten der Buchse. Ein Abrieb des Kontaktmaterials der Buchse und auch des Steckers findet durch das Einführen des Steckers in die Buchse nicht statt. Demnach werden auch keine Partikel, die die elektrischen Eigenschaften der Steckverbindung verändern könnten, abgerieben und der Isolationswiderstand zwischen den Kontakten bleibt unverändert, auch nach häufigem Herstellen und Lösen der Steckverbindung. Beim Herstellen der Steckverbindung schleifen die Kontaktstifte mit selbstreinigender Wirkung über die Kontaktfedern in der Buchse. Hierdurch werden etwaige Oxidationsbeläge auf den Kontakten angeschliffen und der Übergangswiderstand reduziert. Die Verbindung zwischen den Kontaktstiften und den Kontaktfedern ist im übrigen nicht punktförmig, sondern flächenförmig, wodurch wiederum die elektrischen Eigenschaften der Steckerverbindung verbessert werden.

Die erfindungsgemäße Anordnung der Kontakte läßt im übrigen die freie Wahlmöglichkeit der Kontaktbelegung zu. Es spielt keine Rolle, an welchem Kontakt beispielsweise eine Spannung anliegt oder über welchen eine aufgenommene Spannung weitergeleitet wird, beispielsweise zu einem Meßgerät. Dies vor dem Hintergrund, daß kein Steckerkontakt beim Herstellen der Verbindung zur Buchse vorübergehend mit Kontakten der Buchse in Berührung kommen kann, an denen er nicht anliegen soll.

Beim Herstellen der Steckverbindung werden nicht nur die Kontakte des Steckers mit jenen der Buchse verbunden, sondern auch die jeweiligen Abschirmhülsen. Hierzu sind die Längen der Abschirmhülsen aufeinander abzustimmen. Beispielsweise kann die Abschirmhülse der Buchse die Federkontakte um eine bestimmte Länge überragen, während dann beim Stecker der Isolationskörper aus der Abschirmhülse des Steckers um die besagte Länge herausragt. Nach Herstellung der Steckverbindung sind die Kontakte des Steckers und der Buchse vollständig abgeschirmt durch die sie vollständig umgebenden Abschirmhülsen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Isolationskörper des Steckers ein Zylinderkörper mit einem auf der Kopplungsseite vorgesehenen Zapfen, auf dessen Peripherie die frei liegenden Abschnitte der Kontaktstifte angeordnet sind. Die Kontaktstifte treten weiter hinten durch die Stirnfläche des Zylinderkörpers hindurch und verlaufen durch diesen bis zum rückseitigen Ende des Steckers, an dem die Leiter eines Mehrfachkabels mit den Kontaktstiften verbunden werden können. Diese Ausführungsform ist relativ einfach herzustellen, die elektrischen Eigenschaften sind hervorragend sowie die mechanische Stabilität hinreichend groß, um einer großen Anzahl von Steckvorgängen standzuhalten.

Um eine Eindeutigkeit der Kontaktzuordnung von Stecker zu Buchse zu erzielen, ist der Isolationskörper des Steckers und die Isolationshülse der Buchse vorzugsweise komplementär zueinander mechanisch kodiert. Dies bedeutet im Einzelfall beispielsweise die Anordnung einer Nase auf dem Isolationskörper des Steckers und einer entsprechenden Nut in der Isolationshülse der Buchse. Eine große Anzahl von verschiedenen Kodierungen sind möglich. Eine besonders einfache Art, die eindeutige Kontaktzuordnung vorzugeben, ist in einer weiteren Ausführungsform realisiert, bei der der Isolationskörper und die Isolationshülse jeweils eine aufeinander passende Schlüsselfläche aufweisen. Durch die vorbeschriebenen Maßnahmen wird eine unbeabsichtigte Fehlkontaktierung wirksam unterbunden.

Mit dem Steckverbindersystem lassen sich im industriellen Bereich analoge und digitale Signale übertragen, beispielsweise im Bereich der Meß- und Regeltechnik (Schutzart IP 65). Es erfüllt die Merkmale für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen nach EN 50 020 für Spannungen bis 60 Volt. Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels gemäß den Zeichnungen näher erläutert:

Hierbei zeigt:

Fig. 1 ein Schnittbild des Steckers des Multikontakt-Steckerverbindersystems,

Fig. 2 eine dazugehörige Buchse im Schnitt,

Fig. 3 eine Schnittansicht des Steckers und der Buchse im zusammengesteckten Zustand.

Nachfolgend sind gleiche Teile mit dem Bezugszeichen versehen.

Fig. 1 zeigt das Schnittbild einer Ausführungsform des Steckers 1 des erfindungsgemäßen Steckverbindersystems. Als Kernstück weist der Stecker 1 einen Isolationskörper 4 auf, der am koppelseitigen Ende als Zapfen 6 auf einem ansonsten im wesentlichen zylindrischen Körper 7 ausgebildet ist. Der Stecker 1 weist wenigstens zwei Kontaktstifte 2 auf, von denen in Fig. 1 lediglich einer abgebildet ist. Der Kontaktstift 2 durchdringt den Isolationskörper 4 vom rückseitigen Ende des Steckers 1 in der Weise, daß er vom Zylinderkörper 7 vollständig umfaßt ist. An dessen Stirnfläche 7 hin zu dem Zapfen 6 tritt der Kontaktstift aus. Wie deutlich aus der Fig. 1 ersichtlich, ist der Kontaktstift 2 axial zum Isolationskörper 4 und damit zum Stecker 1 ausgerichtet. Wesentlich ist, daß der Kontaktstift 2 für einen Streckenabschnitt a frei liegend auf der Peripherie des Zapfens 6 angeordnet ist.

Der Isolationskörper 4 ist innerhalb einer Abschirmhülse gehalten. Diese umgibt ein Steckergewinde 9, welches mit einer Buchsenmutter 31 der Buchse 21 (Fig. 2) verschraubt werden kann zur Arretierung der Steckverbindung. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Stecker rückseitig noch mit einem Einbaugewinde 12 versehen. Im Inneren des Steckers 1 verläuft ein Kabelkanal 11, durch welchen ein Mehrfachkabel an die Steckkontakte 2 geführt werden kann, wobei dann an den rückseitigen Enden 10 der Kontaktstifte 2 eine elektrische Verbindung mit jeweils einem Leiter hergestellt wird. Zur Abdichtung ist im übrigen ein O-Ring 8 in die Abschirmhülse 3 eingelassen. Das Bezugszeichen 13 bezeichnet einen Anschlag für das Steckergewinde 9.

Fig. 2 zeigt eine Buchse 21 des Steckverbindersystems. In einem Buchsengehäuse 25 ist eine Isolationshülse 24 angeordnet. Sie trägt wenigstens zwei Kontaktfedern 22, von denen in Fig. 2 lediglich eine dargestellt ist. Diese sind axial ausgerichtet, derart, daß sie im Kontaktbereich auf der Innenperipherie der Isolationshülse 24 frei liegen. Mit diesen Kontaktfedern 22 werden die Kontakte mit den Kontaktstiften 2 des Steckers 1 hergestellt.

Die Isolationshülse 24 wird über eine Zwischenhülse 32 von der Abschirmhülse 23 gehalten. Das Bezugszeichen 27 bezeichnet eine Kontaktfeder für die Abschirmhülse, welche mit dem Abschirmleiter des Mehrfachkabels (nicht dargestellt) verbunden wird. Das Mehrfachkabel wird durch den Kabelkanal 29, gebildet in einer Gummitülle, aus der Buchse herausgeführt. Die einzelnen Kabel des Mehrfachleiters werden jeweils mit einer Kontaktfeder 22 an deren rückwärtigem Ende 28 elektrisch verbunden.

Der Isolationskörper 4 des Steckers 1 und die Isolationshülse 24 der Buchse 21 sind komplementär zueinander ausgebildet, in dem Sinne, daß der Zapfen 6 des Isolierkörpers 4 in die Öffnung 33 der Isolationshülse 24 geschoben werden kann, wobei gleichzeitig der elektrische Kontakt zwischen den Kontaktstiften 2 und den Kontaktfedern 22 hergestellt wird.

Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht des Steckers 1 und der Buchse 21 im zusammengesteckten Zustand. Wie aus dieser Figur ersichtlich, sind die Längen der Abschirmhülsen 3 und 23 so aufeinander abgestimmt, daß sie sich nach Verbindungsherstellung kontaktieren und die Kontaktstifte 2 und die Kontaktfedern 22 vollständig umgeben, so daß eine lückenlose Abschirmung gewährleistet ist. Beim Einführen des Steckers 1 in die Buchse 21 schleifen die Kontaktstifte 2 über die Kontaktfedern 22 mit selbstreinigender Wirkung, um schließlich eine flächige Verbindung miteinander zu bilden.

In Abweichung vom dargestellten Ausführungsbeispiel kann die Buchse oder der Stecker auch ein fester Bestandteil, beispielsweise einer Sonde sein, so daß dann lediglich eine Buchse bzw. ein Stecker an das fest installierte Verbindungselement geführt werden muß zur Verbindungsherstellung.

Claims (5)

1. Elektrisches Multikontakt-Steckverbindersystem, bestehend aus einem Stecker (1) mit wenigstens zwei an seiner Kopplungsseite frei liegenden Kontaktstiften (2) und einer diese umgebenden Abschirmhülse (3), sowie aus einer Buchse (21) mit wenigstens ebenfalls zwei in ihrem Kopplungsende frei liegenden Kontaktfedern (22) und einer diese umgebenden Abschirmhülse (23), bei dem

• - die Kontaktstifte (2) zumindest an der Kopplungsseite des Steckers (1) axial ausgerichtet auf der Peripherie eines in seiner Abschirmhülse (3) gehaltenen Isolationskörpers (4) für einen Streckenabschnitt (a) frei liegend angeordnet sind,
• - die Kontaktfedern (22) der Buchse (21) axial ausgerichtet auf der Innenperipherie einer in ihrer Abschirmhülse (23) gehaltenen Isolationshülse (24) freiliegend angeordnet sind an Stellen, die jenen der Kontaktstifte (2) des Steckers (1) entsprechen,

wobei

• - der Isolationskörper (4) des Steckers und die Isolationshülse (24) der Buchse komplementär zueinander ausgebildet sind, derart, daß der Isolationskörper (4) in die Isolationshülse (24) schiebbar ist unter gleichzeitiger Herstellung einer leitenden Verbindung zwischen den Kontaktstiften (2) und den Kontaktfedern (22), und
• - die Längen der Abschirmhülsen (3, 23) so bemessen sind, daß sie sich nach Herstellung der leitenden Verbindung zwischen den Kontaktfedern (22) und den Kontaktstiften (2) kontaktieren und die Kontakte (2, 22) vollständig umgeben.

2. Elektrisches Multikontakt-Steckverbindersystem nach Anspruch 1, bei dem der Isolationskörper (4) des Steckers (1) ein Zylinderkörper (5) mit einem auf der Kopplungsseite vorgesehenen Zapfen (6) ist, auf dessen Peripherie die freiliegenden Abschnitte der Kontaktstifte (2) angeordnet sind, die im weiter hinten liegenden Bereich durch die Stirnfläche (7) des Zylinderkörpers (5) treten und durch diesen hindurch verlaufen.

3. Elektrisches Multikontakt-Steckverbindersystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Isolationskörper (4) des Steckers (1) und die Isolationshülse (24) der Buchse (21) komplementär zueinander mechanisch kodiert sind.

4. Elektrisches Multikontakt-Steckverbindersystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Isolationskörper (4) und die Isolationshülse (24) jeweils eine aufeinander passende Schlüsselfläche aufweist.