DE4233288C2 - Elektrisches Multikontakt-Steckverbindersystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Multikontakt-Steckverbindersystem mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, speziell zur Anwendung in der pH-Wert Meßtechnik.

Dabei 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 Einführen des 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-Systems erheblich und in unerwünschtem Maße ein.

Aus der DE-OS 26 45 450 ist ein Stecksystem für Stereophoniekanäle bekannt geworden, welches die Merkmale gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufweist. Dieses Steckverbinder-System findet in der Audiotechnik Anwendung. Für den Einsatz allerdings in der pH-Wert-Meßtechnik ist dieses System allerdings völlig ungeeignet, da die die Ionen enthaltene Flüssigkeit die elektrische Isolation zwischen den Kontaktstiften maßgeblich beeinflußt, so daß eine zuverlässige Messung nicht möglich ist.

Ein Verbindersystem mit einer Abdichtung ist bekannt aus der US-PS 4,355,855. Ein O-Ring soll dafür sorgen, daß die elektrische Verbindung, welche mit diesem Steckverbinder-System hergestellt wird, wasserdicht sein soll. Darüber hinaus ist eine Verschraubung vorgesehen gegen eindringende Feuchtigkeit. Insofern könnte der Einsatz dieses Steckverbinder-Systems in der pH-Wert-Meßtechnik in Betracht kommen. Allerdings ist nur ein Teilaspekt bei diesem System verwirklicht. Beispielsweise ist in dieser Druckschrift ein Einfluß von elektromagnetischen Feldern nicht berücksichtigt, was auch nicht weiter verwundert, da dieses beschriebene Verbindungssystem für den Einsatz in tiefem Wasser konzipiert ist.

Zu diesem Problem läßt sich der US-PS 3,171,706 ein Steckverbinder entnehmen, welcher bei Herstellung der Steckverbindung eine Abschirmung gegen elektromagnetische Einflüsse aufweist, indem nämlich die Steckverbindung umgeben wird durch eine metallische Hülse. Dieses Steckverbinder-System läßt sich aber wiederum nicht in der pH-Wert-Meßtechnik einsetzen, da es offensichtlich gegenüber Feuchtigkeit äußerst empfindlich ist.

Weitere Steckverbindungen sind bekannt geworden aus der DE-OS 29 02 737, der DE-OS 14 65 414 und der FR-A-2276710. Diese betreffen Steckverbindungen bzw. Steckverbinder-Systeme, die sich jedoch sämtlich nicht für die pH-Wert- Meßtechnik eignen.

Vor dem aufgezeigten Hintergrund ist es nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein beispielsweise aus der DE-26 45 450 A1 bekanntes Steckverbinder-System so weiterzubilden, daß es in der pH-Wert-Meßtechnik eingesetzt werden kann, ohne daß nennenswerte Meßfehler in dieser speziellen Umgebung durch die Steckverbindung auftreten.

Gelöst wird diese Aufgabe durch das elektrische Multikontakt- Steckverbindersystem, wie es im Anspruch 1 angegeben ist. Eine vorteilhafte Weiterbildung ergibt sich aus dem Unteranspruch.

Wenigstens zwei Kontaktstifte liegen also - wie in der DE-A1-26 45 450 beschrieben - 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 Steckerverbindung 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.

Schließlich dichtet ein in die Abschirmhülse des Steckers eingelassener O-Ring die Steckverbindung ab und arretiert eine Buchsenmutter, die mit einem die Abschirmhülse des Steckers umgebenden Gewinde verschraubbar ist, die Verbindung.

Um eine Eindeutigkeit der Kontaktzuordnung von Stecker zu Buchse zu erzielen, sind der Stecker und die 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.

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.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnungen nachstehend 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 freiliegend 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 freiliegen. 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 (2)

1. Aus einem Stecker (1) und einer Buchse (21) bestehendes elektrisches Multikontakt-Steckverbindersystem,
bei dem der Stecker (1) und die Buchse (21) je einen Isolationskörper (4, 24), je mindestens zwei teilweise in diesem angeordnete Kontaktelemente (2, 22) und je eine Isolationskörper und Kontaktelemente umgebende Abschirmhülse (3, 23) aufweisen,
der Isolationskörper (4) des Steckers (1) die geometrische Grundform eines abgestuften Kreiszylinders aufweist,
wobei ein kopplungsseitiger (vorderer) Abschnitt des Isolationskörpers als Zapfen (6) mit einem kleineren Durchmesser als der Hauptdurchmesser ausgebildet ist,
die Kontaktelemente (2) des Steckers aus Kontaktstiften (2) bestehen, die in dem Isolationskörper (4) auf einem Teilkreis angeordnet sind, dessen Durchmesser in Abhängigkeit von dem Zapfendurchmesser und dem Stiftdurchmesser so gewählt ist, daß die vorderen Enden der Kontaktstifte (2) radial teilweise in dem Zapfen (6) eingebettet sind,
wobei die Länge der Kontaktstifte (2) so bemessen ist, daß der jeweils in den Zapfen hineinragende und an der Umfangsfläche desselben Kontaktflächen bildende Teil (a) kürzer ist als die Zapfenlänge,
und daß die Buchse (21) ein hohlzylinderförmiges Isolationselement (Hülse 32) aufweist,
wobei die Kontaktelemente (22) der Buchse als Kontaktfedern (22) ausgebildet sind, die sich an der Innenseite der Hülse (32) in radialer Richtung abstützen,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Abschirmhülsen (3, 23) in ihren Längen so aufeinander abgestimmt sind, daß sie die Kontaktstifte (2) des Steckers (1) und die Kontaktelemente (22) der Buchse (2) nach Herstellung der Steckverbindung vollständig umgeben und sich gegenseitig kontaktieren,
daß in die Abschirmhülse (3) des Steckers (1) ein O-Ring (8) zur Abdichtung der Steckverbindung eingelassen ist, und
daß die Steckverbindung mittels einer mit einem die Abschirmhülse (3) des Steckers (1) umgebenden Gewinde (9) verschraubbaren Buchsenmutter (31) arretierbar ist.

2. Elektrisches Multikontakt-Steckverbindersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stecker (1) und Buchse (21) komplementär zueinander mechanisch kodiert sind.