-
GEBIET DER ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein elektrische Verbinder und
im Besonderen einen abdichtbaren Verbinder, der einen verstellbaren
Rastmechanismus verwendet, um eine Abdichtung gegen Umwelteinflüsse aufrecht
zu erhalten.
-
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
-
Um
elektrische Verbinder vor schädlichen Umweltbedingungen
wie Feuchtigkeit, Insekten, Schmutz und Korrosionsablagerungen zu
schützen, müssen entsprechende
Dichtungen in ihren Aufbau integriert werden. Zu bekannten Verbinderdichtungen
gehören
Durchführungsdichtungen
oder ähnliche
Arten von Druckdichtungen, Schrumpfschläuche, Schmierfette, Epoxidharze
und Gele.
-
Dichtungsgele
weisen gegenüber
anderen bekannten Dichtungsvorrichtungen mehrere Vorteile auf und
ihre Verwendung in elektrischen Verbindern ist gut bekannt. Dichtungsgele
bilden auch eine Methode zum Abdichten eines Mehrleiterverbinders,
so dass der Verbinder zusammengebaut und abgedichtet werden kann,
bevor die elektrischen Kontakte in den Verbinder gesteckt werden,
der die Dichtung festhält.
Bei dieser Anordnung kann ein einzelner Verbinder mit verschiedenen
Anordnungen von elektrischen Kontakten verwendet werden.
-
Die
Verwendung eines Dichtungsgels in einem elektrischen Verbinder ermöglicht es
auch, dass die elektrischen Kontakte in dem Verbinder entfernt und
nach dem Abdichten des Verbinders wieder eingesetzt werden. Dies
kann ohne Beeinträchtigen
der Unversehrtheit der Dichtung und ohne bedeutende Verschlechterung
des Dichtungsmaterials erreicht werden. Ein elektrischer Kontakt
kann daher untersucht oder repariert werden und die Dichtung funktioniert
nach dem Wiedereinsetzen des Kontaktes weiterhin.
-
Die
Verwendung eines Dichtungsgels in einem elektrischen Verbinder lässt auch
zu, dass der elektrische Verbinder konstruiert wird, bevor die Zahl der
tatsächlich
benötigten
elektrischen Kontakte bekannt ist. Ein derartiger generischer Verbinder
kann benutzt werden, um diversen Produktversionen oder Kundenkonfigurationen
gerecht zu werden. Ein Verbinder kann daher gewählt werden, bevor die Spezifikationen
eines Kundens endgültig
festgelegt werden, und ermöglicht
die Verwendung einer einzigen Konstruktion für viele verschiedene kundenspezifische
Konfigurationen.
-
-
US 6095859 offenbart eine
Verbinderkonstruktion gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1, bei der in einem Gehäuse eine Mehrzahl von Lagerkammern
ausgebildet ist und ein Gel sich zwischen Anschlusslagerkammern
und Anschlusseinsteckkammern befindet.
-
Um
ordnungsgemäß zu funktionieren,
muss ein Dichtungsgel in den Verbinderkomponenten ausreichend zusammengedrückt werden.
Dieses Zusammendrücken
lässt das
Dichtungsgel, das fluidartige und elastische Eigenschaften hat,
Hohlräume oder
Spalten im Verbinder leicht füllen.
Beim Zusammendrücken
benetzt das Dichtungsgel die Oberflächen des Verbinders, wobei
es Feuchtigkeit oder Luft verdrängt,
und bildet mit den Verbinderflächen
eine Bindung.
-
Die
Erfahrung hat gezeigt, dass Dichtungsgele am besten funktionieren,
wenn ein Anfangspressdruck von etwa 1 bar auf sie ausgeübt wird.
Diese Anfangspressung sorgt für
den Ausgleich zwischen den viskosen und den elastischen Eigenschaften
des Gels, so dass das Gel alle Hohlräume und Spalten in dem Verbinder
leicht füllt,
und lässt
das Gel gleichzeitig an den Oberflächen des Verbinders kleben.
-
Im
typischen Fall haben das Verbindergehäuse und die Verbinderkappe
jeweils eine Anordnung von durchgehenden Löchern, die die elektrischen
Kontakte ausrichten. Da elektrische Kontaktstifte oder Verbinder
durch diese durchgehenden Löcher
gesteckt werden, muss das Dichtungsgel sie berühren. Da die Zahl der tatsächlich benutzten
durchgehenden Löcher
unterschiedlich sein kann, kann auch die Größe der vom Dichtungsgel berührten Fläche variieren
und der Druck, den die Durchführungsdichtung
am Gel benötigt,
um den Verbinder wirksam abzudichten, wechselt von Verbinder zu
Verbinder.
-
Es
wurden zwar Leitfäden
für den
Entwurf und Faustregeln zum Abschätzen des Drucks auf ein Dichtungsgel,
der zum Aufrechterhalten einer wirksamen Abdichtung erforderlich
ist, entwickelt, aber diese Schätzungen
sind bei weitem nicht genau. Aktuelle Verfahren geben an, dass ein
Verbinderprototyp herzustellen ist oder dass Stereolithographie
zu verwenden ist, damit ein tatsächlicher
Entwurf getestet werden kann. Die mit diesen Verfahren verbundene(n)
Zeit und Kosten sind in vielen Anwendungen untragbar.
-
Des
Weiteren ergeben die großen
Toleranzen, die bei der Herstellung von Dichtungsgelen vorliegen,
eine Schwankung der Geldicke von ±15%. Daher kann selbst nach
dem Entwurf eines neuen Verbinders und nach Bestimmen der Verbinderpositionen
eine Schwankung der Dicke des Dichtungsgels zu einem weiten Bereich
von Drücken
führen,
die zum ordnungsgemäßen Abdichten
des Verbinders erforderlich sind. Da bekannte Verbinder im Allgemeinen
in ihrer Positionierung relativ zum Dichtungsgel fixiert sind, kann
eventuell keine ordnungsgemäße Abdichtung
erfolgen, wenn die Geldicke zu stark variiert.
-
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
-
Ein
abdichtbarer Verbinder umfasst einen ersten Verbinderteil, einen
zweiten Verbinderteil, der für
den Eingriff mit dem ersten Verbinderteil ausgeführt ist, ein zwischen dem ersten
und dem zweiten Verbinderteil angeordnetes nachgiebiges Material und
einen Befestigungsmechanismus, der den ersten Verbinderteil am zweiten
Verbinderteil befestigt, dadurch gekennzeichnet, dass das nachgiebige
Material ein Dichtungsgel umfasst und der Befestigungsmechanismus
einstellbar ist und Mittel zum Einstellen einer Kraft aufweist,
wenn die genannte Kraft durch den jeweiligen ersten und zweiten
Verbinderteil auf das Dichtungsgel ausgeübt wird.
-
Vorzugsweise
ist der Befestigungsmechanismus ein Gesperre oder eine Einrastvorrichtung.
Die Einrastvorrichtung kann einen Zahn am ersten oder zweiten Verbinderteil
und eine Nut am zweiten bzw. ersten Verbinderteil umfassen. Der
Zahn ist zum Einrasten in der Nut ausgeführt. Alternativ umfasst das Befestigungselement
ein gefedertes Element.
-
In
einer weiteren Ausgestaltung umfasst ein abdichtbarer Verbinder
einen schalenförmigen
Körper,
der einen Hohlraum definiert, wobei der Körper eine Unterseite hat, eine
Kappe, die für
den Eingriff mit dem Körperhohlraum
ausgeführt
ist, eine Öffnung in
der Kappe, wobei die Öffnung
zum Aufnehmen eines Kontaktanschlusses ausgeführt ist, ein zwischen dem Körper und
der Kappe angeordnetes nachgiebiges Material und einen Befestigungsmechanismus, der
den Körper
so an der Kappe befestigt, dass eine von dem Körper und der Kappe auf das
nachgiebige Material ausgeübte
Kraft eingestellt werden kann.
-
In
einer anderen Ausgestaltung umfasst ein abdichtbarer Verbinder einen
schalenförmigen
Körper,
der einen Hohlraum definiert, wobei der Körper eine Unterseite hat, eine
Kappe, die für
den Eingriff mit dem Körperhohlraum
ausgeführt
ist, wobei die Kappe eine Öffnung
hat, einen Kontaktanschluss, der sich von der Unterseite des Körpers erstreckt,
wobei der Kontaktanschluss ausgeführt ist, um auf die Öffnung ausgerichtet
zu sein und durch sie zu verlaufen, ein zwischen dem Körper und
der Kappe angeordnetes nachgiebiges Material, und Mittel zum Aufrechterhalten
eines gleichmäßigen Drucks
auf das nachgiebige Material, so dass das nachgiebige Material eine wesentliche
Abdichtung zwischen der Kappe und dem Körper aufrecht erhält.
-
In
einer weiteren Ausgestaltung umfasst ein abdichtbarer Verbinder
einen schalenförmigen
Körper,
der einen Hohlraum definiert, wobei der Körper eine Unterseite hat, eine
Kappe, die für
den Eingriff mit dem Körperhohlraum
ausgeführt
ist, eine Mehrzahl von Öffnungen
in der Kappe, wobei die Öffnungen
zum Aufnehmen einer Mehrzahl von Kontaktanschlüssen ausgeführt sind, ein zwischen dem
Körper und
der Kappe angeordnetes nachgiebiges Material und einen Befestigungsmechanismus,
der den Körper
so an der Kappe befestigt, dass eine von dem Körper und der Kappe auf das
nachgiebige Material ausgeübte
Kraft eingestellt werden kann.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
Die
Zeichnungen illustrieren sowohl die Gestaltung als auch die Zweckmäßigkeit
der bevorzugten Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung, wobei
zur einfachen Veranschaulichung der Erfindung gleiche Elemente in
verschiedenen Ausgestaltungen mit den gleichen Bezugsnummern bezeichnet
werden.
-
Dabei
zeigt:
-
1 eine
perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäß aufgebauten, nicht zusammengebauten
Verbinders;
-
2 eine
perspektivische Ansicht einer gemäß der vorliegenden Erfindung
aufgebauten Verbinderkappe;
-
3 eine
perspektivische Ansicht eines gemäß der vorliegenden Erfindung
aufgebauten Verbindergehäuses;
-
4 einen
Seitenquerschnitt eines gemäß der vorliegenden
Erfindung aufgebauten zusammengebauten Verbinders;
-
5 einen
vergrößerten Querschnitt
eines einstellbaren Einrastmechanismus, der in einem gemäß der vorliegenden
Erfindung aufgebauten Verbinder verwendet wird;
-
6A und 6B in
einen gemäß der vorliegenden
Erfindung aufgebauten Verbinder integrierte elektrische Kontakte;
-
7 eine
perspektivische Ansicht einer weiteren Ausgestaltung eines gemäß der vorliegenden
Erfindung aufgebauten Verbinders und
-
8 eine
Schnittdarstellung des Verbinders von 7 von vom.
-
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSGESTALTUNGEN
-
1 bis 3 zeigen
verschiedene perspektivische Ansichten eines abdichtbaren Verbinders 20,
der gemäß der vorliegenden
Erfindung aufgebaut ist. Der abdichtbare Verbinder 20 hat
ein Gehäuse 22 und
eine Kappe 28. Das Gehäuse 22 hat
eine allgemein rechteckige Form mit vier Seitenwänden 23a, 23b, 23c und 23d und
eine innere Auflage 25 (in 3 am besten
zu sehen). Die Oberseite der Auflage 25 definiert zusammen
mit den vier Seitenwänden 23a, 23b, 23c und 23d einen
Hohlraum 24. Die Auflage 25 verläuft über eine
Zwischenposition entlang der Höhe
des Gehäuses 22 und
weist eine Anordnung von durchgehenden Löchern 21 auf, die
zu einer Unterseite 27 des Gehäuses 22 verlaufen.
-
Die
Kappe 28 hat eine allgemein rechteckige Form mit vier Seitenwänden 29a, 29b, 29c und 29d und
ist für
den Eingriff mit dem Gehäusehohlraum 24 ausgeführt. Wenn
sie im Gehäusehohlraum 24 in Eingriff
ist, sind die Seitenwände 29a–29d der
Kappe auf die Seitenwände 23a–23d des
Gehäuses
ausgerichtet, so dass ein kleiner Spalt zwischen den Seitenwänden 29a–29d der
Kappe und den Seitenwänden 23a–23d des
Gehäuses
verbleibt.
-
Die
Kappe 28 hat eine Anordnung von durchgehenden Löchern 30,
die von der Oberseite 33 der Kappe zu einer Unterseite 31 verlaufen.
Wenn sie in das Gehäuse 22 gesteckt
ist, fluchten die durchgehenden Löcher 30 in der Kappe 28 mit
den durchgehenden Löchern 21 im
Gehäuse 22.
-
Die
Kappe 28 hat Rastzähne 34,
die an den Seitenwänden
der Kappe angeordnet sind, und das Gehäuse 22 hat Rastrippen 32,
die an der Innenfläche
der Seitenwände
des Gehäuses
angeordnet sind. Wenn die Kappe 28 im Gehäuse 22 in
Eingriff ist, sind die Rastrippen 32 auf die Rastzähne 34 ausgerichtet
und befestigen die Kappe 28 im Gehäuse 22. Die Rastzähne 34 und
die Rastrippen 32 bilden zusammen einen Gesperremechanismus,
der das Befestigen der Kappe 28 an schrittweisen Positionen im
Gehäuse 22 zulässt. Dadurch
kann die Höhe
der Kappe 28 im Gehäusehohlraum 24 eingestellt
werden.
-
Beim
Hineinbewegen der Kappe 28 in das Gehäuse 22 wird das Dichtungsgel 36 zwischen
die Kappe 28 und die Auflage 25 gepresst, wobei
der Druck auf das Dichtungsgel allmählich zunimmt.
-
Außerdem kommen
beim Voranbewegen der Kappe
28 die Rastzähne
34 fortschreitend
an den Rastrippen
32 in Eingriff, bis der Druck auf das
Dichtungsgel einen vorherbestimmten Wert erreicht. Die Einstellbarkeit
des Verbinders ermöglicht
das Abdichten eines Verbinders mit einem Dichtungsgel, ungeachtet
der Dicke des Gels, weil die Höhe
der Kappe
28 relativ zum Gehäuse
22 und zum Hohlraum
24 eingestellt
werden kann, um Schwankungen der Geldicke auszugleichen. Das Dichtungsgel
36 ist
vorzugsweise eine Zusammensetzung von flüssigkeitsgestrecktem Polymer,
die eine Voland-Härte
zwischen 1 g und 525 g, vorzugsweise zwischen 5 g und 300 g und
bevorzugt zwischen 5 g und 100 g hat. Das Dichtungsgel hat vorzugsweise
auch eine spezifische Dehnung von wenigstens 50%, gemessen nach den
Verfahren von ASTM D 217. Vorzugsweise beträgt die Dehnung 100%. Die Voland-Härte wird
mit einem Voland-Stevens Textur-Analysegerät des Modells LFRA mit einer
1000-g-Messdose, einem 5-Gramm-Auslöser und
einer ¼-Zoll-(6,35
mm)-Kugelsonde gemessen. Zum Messen der Härte eines Gels wird ein 10
Gramm Gel enthaltendes 20-ml-Glas-Szintillationsfläschchen
in das Voland-Stevens Textur-Analysegerät gegeben
und die Edelstahlkugelsonde wird mit einer Geschwindigkeit von 2,0
mm/s eine Penetrationsentfernung von 4,0 mm weit in das Gel gezwungen.
Der Voland-Härtewert
des Gels ist die Kraft in Gramm, die benötigt wird, um die Kugelsonde
mit dieser Geschwindigkeit zu zwingen, die vorgeschriebenen 4,0
mm weit in die Oberfläche
des Gels einzudringen oder sie zu verformen. Die Voland-Härte eines Gels kann direkt
mit der Konuspenetrationshärte
nach ASTM D 217 korreliert werden. Diese Verfahren und eine Korrelation
werden in
3 von
US-Patent Nr. 4852646 gezeigt.
-
Außerdem ist
das Dichtungsgel
36 vorzugsweise ein vernetztes flüssigkeitsgestrecktes
Polymer. Die polymere Komponente kann zum Beispiel ein Silikon,
Polyorganosiloxan, Polyurethan, Polyurea, Styrolbutadien und/oder
Styrolisopren-Blockcopolymere sein. Das Dichtungsgel
36 kann
auch aus einem Gemisch derartiger Polymere hergestellt sein. Das
Dichtungsgel
36 kann alternativ eine(n) mit dem Gel imprägnierte(n)
Schaumstoff oder textile Ware sein. Beispiele für bevorzugte Dichtungsgele
sind in den
US-Patenten der Nummern
4600261 ,
4716183 ,
4777063 ,
4864725 und
4865905 , der veröffentlichten
europäischen
Patentanmeldung Nr. 204427 , den
internationalen veröffentlichten Patentanmeldungen Nr.
86/01634 und Nr.
WO
88/00603 und den mitanhängigen
US-Patentanmeldungen derselben Zessionarin mit den Seriennummern
317703, angemeldet am 1. März
1990, und 485686, angemeldet am 27. Feb. 1990, zu finden. In einer
Grundmasse imprägniertes
Gel ist in den
US-Patenten Nr.
4690831 und
4865905 offenbart.
-
Das
Dichtungsgel 36 ist vorzugsweise elastisch verformbar und
kann, wenn es zusammengedrückt
wird, um komplizierte Formen fließen und sich ihnen anpassen
und an festen Oberflächen
haften. Aufgrund ihrer extremen Weichheit und Nachgiebigkeit eignen
sich Gele dieses Typs besonders zum Abdichten von Artikeln, die
leicht verzogen, mit losen Toleranzen hergestellt, mit hoher Oberflächenrauheit hergestellt
oder aus Materialien wie z. B. Spritzgusskunststoffen hergestellt
sind, die einige oder alle der vorhergehenden Merkmale enthalten.
Derartige Gele fließen
zwischen die abzudichtenden Oberflächen, wobei sie die Hohlräume füllen und
an den Oberflächen
haften. Derartige Gele sind einzigartig zum Abdichten geeignet,
weil das Gel bei Kontakt mit einer Oberfläche ohne Ausüben einer
unmäßigen Druckkraft
auf es eine Abdichtung bildet, obwohl das Gel unter der Anwendung
einer beträchtlichen
Druckkraft weiterhin dichtet.
-
Das
Dichtungsgel hat selbstdichtende Eigenschaften, die es möglich machen,
dass ein gemäß der vorliegenden
Erfindung aufgebauter Verbinder entweder vor oder nach der Installation
eines elektrischen Kontaktes abgedichtet wird. Die selbstdichtenden
Eigenschaften des Dichtungsgels ermöglichen auch die Abdichtung
nach dem Entfernen des elektrischen Kontakts.
-
In 4 wird
die Kappe 28 durch die an den Rippen 32 einrastenden
Zähne 34 im
Gehäusehohlraum 24 befestigt.
Das Dichtungsgel 36 wird daher zwischen der Kappe 28 und
der Auflage 25 zusammengedrückt. Beim Hineinbewegen der
Kappe 28 in den Hohlraum 24 kommen die Zähne 34 mit
aufeinanderfolgenden Rastrippen 32 in Eingriff und befestigen
die Kappe in einer niedrigeren Position in dem Hohlraum 24,
wobei ein größerer Druck
auf das Dichtungsgel 36 ausgeübt wird. Die Abwärtskraft
der Rastrippen und -zähne
in Verbindung mit der Aufwärtskraft
des zusammengedrückten
Dichtungsgels 36 befestigt die Kappe 28 im Gehäuse 22.
Schwankungen der Geldicke kann somit entsprochen werden, ohne die
im Verbinder erhaltene Abdichtung zu opfern.
-
In
den 6A und 6B wird
eine Nahansicht des Verbinders 20 gezeigt und insbesondere dargestellt,
wie elektrische Kontakte 40 durch die Öffnungen 21 des Gehäuses 22 eingesetzt
werden. Bei in Solllage befindlichem Dichtungsgel 36 durchstechen
die elektrischen Kontakte 40 das Dichtungsgel 36 und
erstrecken sich in die Öffnung 30 (6B)
hinein. Aufgrund der physikalischen Eigenschaften des Dichtungsgels 36 wird
um die elektrischen Kontakte 40 herum eine Abdichtung gegen
Umwelteinflüsse gebildet,
so dass keine Schmutzstoffe in die unteren Regionen des Gehäuses 22 eindringen
können.
-
Die
Kappe 28 ist auf das Gehäuse 22 ausgerichtet
und die Öffnungen 21 fluchten
mit den elektrischen Kontakten 40, die sich in den Hohlraum 24 erstrecken.
Die Rastzähne 34 kommen
mit den Rastrippen 32 in Eingriff und bilden einen Gesperremechanismus,
der die Kappe 28 im Gehäusehohlraum 24 befestigt
und Druck auf das Dichtungsgel 36 ausübt, so dass eine Abdichtung
zwischen den verlängerten elektrischen
Kontakten 40 und dem unteren Teil des Gehäuses 22 aufrecht
erhalten wird. Wenn die elektrischen Kontakte 40 sich durch
die Öffnungen 30 erstrecken,
wird eine Verbindungsvorrichtung vom aufnehmenden Typ gebildet,
die eine Buchse für
einen anzubringenden Gegenstecker bereitstellt.
-
7 und 8 zeigen
eine alternative Ausgestaltung eines abdichtbaren Verbinders 60,
der eine Kappe 68 und ein Gehäuse 62 aufweist. Die Kappe 68 hat
Rastzähne 64,
die mit Rastrippen 66 in Eingriff kommen, wenn die Kappe
in das Gehäuse 62 gesteckt
wird. Ein Dichtungsgel 70 wird auf eine Unterseite des
Gehäuses
gegeben und bildet eine Abdichtung, wenn die Kappe 68 in
das Gehäuse 62 gesteckt
wird.
-
Die
Erfindung wird zwar in der obigen Beschreibung und den obigen Zeichnungen
beschrieben, es versteht sich aber, dass diese Beschreibung nur
beispielhaft ist und dass von fachkundigen Personen zahlreiche Änderungen
und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung
abzuweichen. Die Erfindung darf daher, ausgenommen durch die nachstehenden
Ansprüche, nicht
beschränkt
werden.