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Die
vorliegende Erfindung betrifft elektrische Verbinder. Im Spezielleren
betrifft diese Erfindung drehverriegelbare elektrische Verbinder.
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Elektrische
Verbinder sind z. B. in den
U.S.-Patenten
Nr.: 3,552,777 ;
3,786,396 ;
4,029,953 ;
4,070,080 ;
4,074,927 ;
4,148,542 ;
4,191,443 ;
4,284,313 ;
4,296,992 ;
4,431,244 ;
4,548,458 ;
4,703,988 ;
4,875,715 ;
5,082,454 ;
5,181,860 ;
5,192,219 ;
5,454,728 ;
5,569,053 ;
5,722,847 ;
5,823,811 ;
5,984,721 ;
6,087,918 ;
6,109,960 ;
6,143,983 ;
6,168,212 ;
6,176,746 ;
6,290,525 ;
6,299,473 und
6,350,139 offenbart. Drehverriegelbare
elektrische Verbinder sind z. B. in den
U.S.-Patenten Nr.: 3,552,777 ;
4,029,953 ;
4,703,988 ;
5,181,860 ;
5,722,847 ;
5,984,721 ;
6,087,918 ;
6,143,983 ;
6,168,212 ;
6,290,525 ; und
6,350,139 offenbart.
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Bei
drehverriegelbaren elektrischen Verbindern handelt es sich um mechanisch
unterstützte Verbinder,
die sich eine Drehbewegung zunutze machen. Solche Verbinder werden
typischerweise dazu benutzt, um ein unbeabsichtigtes Trennen von
Netzsteckern zu verhindern.
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Herkömmlicherweise
werden drehverriegelbare elektrische Verbinder durch separates Gießen eines
jeden Bestandteils des Verbinders und anschließendes Vereinigen der Bestandteile
in einem Montageprozess hergestellt. Bei manchen drehverriegelbaren
Verbindern werden die Bestandteile durch einen Teile-Haltering zusammengehalten.
Bei anderen drehverriegelbaren Verbindern werden die Bestandteile
durch einen integral mit dem Verbindergehäuse ausgebildeten Verriegelungsring
zusammengehalten. Bei Verbindern letzteren Typs wird der Verriegelungsring
unter großer Kraftaufwendung über dem
Verbindergehäuse
zum Einschnappen gebracht.
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Ein
Nachteil von herkömmlichen
drehverriegelbaren Verbindern besteht darin, dass zwei Werkzeuge
(d. h. Gießformen)
erforderlich sind, um die Bestandteile zu formen, wodurch es vermehrt
zu Problemen in Verbindung mit der Zuverlässigkeit und den Kosten kommt.
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Ein
anderer Nachteil von drehverriegelbaren Verbindern ist, dass die
einzelnen Bestandteile dazu neigen, auseinanderzufallen, was häufig zu
einem Verlust eines oder beider Bestandteile führt.
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Das
Dokument
EP-A-0562645 (D1)
offenbart einen drehverriegelbaren Verbinder, der umfasst: ein zylindrisches
Verbindergehäuse
das aufweist: (i) eine axiale Bohrung mit einem ersten offenen Ende
zur Aufnahme eines ersten rohrförmigen
Körpers
(des zugehörigen
Steckers) und einem gegenüberliegenden
zweiten offenen Ende zur Aufnahme eines zweiten rohrförmigen Körpers (eines
Kabels); (ii) eine Seitenwand, welche die axiale Bohrung definiert
und eine innere Oberfläche
und eine äußere Oberfläche aufweist,
wobei die Seitenwand derart ausgestaltet ist, dass sie mit dem ersten
und zweiten rohrförmigen Körper passgenau
in Eingriff tritt; und (iii) eine nach außen ragende Zunge, die an der äußeren Oberfläche der
Seitenwand ausgebildet ist; und
einen zylindrischen Verriegelungskranz,
der um einen Abschnitt des Verbindergehäuses herum konzentrisch angeordnet
ist, wobei der Verriegelungskranz aufweist: (i) ein erstes und ein
zweites offenes Ende; (ii) eine axiale Bohrung zur Aufnahme des
Abschnitts des Gehäuses,
und die durch das erste und zweite offene Ende definiert ist; (iii)
eine Seitenwand, welche die axiale Bohrung definiert und eine innere Oberfläche und
eine äußere Oberfläche aufweist, wobei
die innere Oberfläche
derart ausgestal tet ist, um mit der äußeren Oberfläche der
Seitenwand des Verbindergehäuses
passgenau in Eingriff zu treten; und (iv) einen sich umlaufend erstreckenden,
länglichen
Schlitz, der in der Seitenwand des Verriegelungskranzes ausgebildet
ist, wobei der Schlitz zu der an dem Verbindergehäuse ausgebildeten
Zunge komplementär
angeordnet ist und derart dimensioniert und gestaltet ist, um die
Zunge darin gleitfähig
in Eingriff zu bringen, wobei die Zunge in dem Schlitz gleitfähig beweglich
ist, um den Verriegelungskranz von einer unverriegelten Stellung
in eine verriegelte Stellung drehbar zu gestalten,
wobei sich
der Verbinder in einem unverriegelten Zustand befindet, wenn der
Verriegelungskranz in der unverriegelten Stellung angeordnet ist,
und in einem verriegelten Zustand befindet, wenn der Kranz in der verriegelten
Stellung angeordnet ist.
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Demgemäß besteht
ein Hauptziel dieser Erfindung darin, einen ineinandergreifenden,
drehverriegelbaren elektrischen Verbinder zu schaffen, der in einem
einzigen Gießvorgang
geformt wird, d. h. dessen Bestandteile oder Teile gleichzeitig
in demselben Gießvorgang
geformt werden und in einem ineinandergreifenden Zustand in dem
gegossenen Verbinder angeordnet sind.
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Ein
weiteres Ziel dieser Erfindung ist es, einen drehverriegelbaren
elektrischen Verbinder zu schaffen, der kostengünstig herzustellen ist.
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Noch
ein anderes Ziel dieser Erfindung ist es, einen drehverriegelbaren
elektrischen Verbinder zu schaffen, der einen dauerhaften und zuverlässigen Aufbau
aufweist, und bei dem die einzelnen Bestandteile nicht dazu neigen,
auseinanderzufallen.
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Noch
ein weiteres Ziel dieser Erfindung ist es, einen drehverriegelbaren
elektrischen Verbinder zu schaffen, der keinerlei Werkzeug erfordert,
um den Verriegelungsvorgang durchzuführen.
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Diese
und andere Ziele werden durch die vorliegende Erfindung erreicht.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung schafft einen gegossenen drehverriegelbaren
Verbinder, der umfasst:
ein zylindrisches Verbindergehäuse, das
aufweist: (i) eine axiale Bohrung mit einem ersten offenen Ende zur
Aufnahme eines ersten rohrförmigen
Körpers
und einem gegenüberliegenden
zweiten offenen Ende zur Aufnahme eines zweiten rohrförmigen Körpers; (ii)
eine Seitenwand, welche die axiale Bohrung definiert und eine innere
Oberfläche
und eine äußere Oberfläche aufweist,
wobei die Seitenwand derart ausgestaltet ist, um mit dem ersten
und zweiten rohrförmigen
Körper
passgenau in Eingriff zu treten; und (iii) eine Mehrzahl von nach
außen
ragenden Zungen, die an der äußeren Oberfläche der
Seitenwand ausgebildet sind; und
einen zylindrischen Verriegelungskranz,
der um einen Abschnitt des Verbindergehäuses herum konzentrisch angeordnet
ist, wobei der Verriegelungskranz aufweist: (i) ein erstes und ein
zweites offenes Ende; (ii) eine axiale Bohrung zur Aufnahme des
Gehäuseabschnitts,
die zwischen dem ersten und zweiten offenen Ende definiert ist;
iii) eine Seitenwand, welche die axiale Bohrung definiert und eine
innere Oberfläche
und eine äußere Oberfläche aufweist, wobei
die innere Oberfläche
derart ausgestaltet ist, um mit der äußeren Oberfläche der
Seitenwand des Verbindergehäuses
passgenau in Eingriff zu treten; und (iv) eine Mehrzahl von sich
umlaufend erstreckenden, länglichen
Schlitzen, die in der Seitenwand des Verriegelungskranzes ausgebildet
sind, wobei die Schlitze zu den an dem Verbindergehäuse ausgebildeten
Zungen komplementär
angeordnet sind und derart dimensioniert und gestaltet sind, um
die Zungen darin gleitfähig
in Eingriff zu bringen, wobei die Zungen in den Schlitzen gleitfähig beweglich
sind, um den Verriegelungskranz von einer unverriegelten Stellung
in eine verriegelte Stellung drehbar zu gestalten, wobei die unverriegelte
Stellung des Kranzes vorliegt, wenn die Zungen gegen eine erste
Querseite der Schlitze stoßen
und die verriegelte Stellung des Kranzes vorliegt, wenn die Zungen
gegen eine gegenüberliegende,
zweite Querseite der Schlitze stoßen;
wobei sich der Verbinder
in einem unverriegelten Zustand befindet, wenn der Verriegelungskranz
in der unverriegelten Stellung angeordnet ist, und in einem verriegelten
Zustand befindet, wenn der Kranz in der verriegelten Stellung angeordnet
ist.
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Bei
dem erfindungsgemäßen drehverriegelbaren
Verbinder können
das Verbindergehäuse
und der Verriegelungskranz in demselben Werkzeug (Gießform) als
ein Teil gegossen werden. Nachdem der Gießvorgang abgeschlossen ist,
werden das Verbindergehäuse
und der Verriegelungskranz zu ineinandergreifenden Teilen, die unabhängig voneinander beweglich
sind, jedoch durch Auslegungsgrenzen in der Bewegung eingeschränkt sind.
Das Zusammensetzen erübrigt
sich und es wird nur ein Gießwerkzeug
benötigt.
Außerdem
fallen die ineinandergreifenden Teile nicht auseinander oder können nicht verloren
gehen. Der Verbinder ist im Lieferzustand zur Benutzung bereit,
wodurch eine Zeitersparnis erreicht wird. Es werden keine Werkzeuge
benötigt,
um den Verriegelungsvorgang durchzuführen.
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Der
erfindungsgemäße Verbinder
ist zur Verwendung in einer Vielzahl von elektrischen Anwendungen,
insbesondere in der Kraftfahrzeugindustrie, geeignet.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen drehverriegelbaren Verbinders.
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2 ist
eine Vorderansicht des erfindungsgemäßen drehverriegelbaren Verbinders.
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3 ist
eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A des in 2 gezeigten
drehverriegelbaren Verbinders.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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Der
erfindungsgemäße drehverriegelbare Verbinder
wird nun unter Bezugnahme auf 1–3 beschrieben.
In den Figuren ist der Verbinder allgemein durch das Bezugszeichen 1 bezeichnet.
Der Begriff "rohrförmige Körper" wird verwendet,
um in großen
Zügen die
elektrischen Komponenten zu beschreiben, die unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verbinders
verbunden werden können.
Als nicht einschränkende
Beispiele für
rohrförmige
Körper
sind unter anderem z. B. komplementäre Verbinderkörper, Stecker,
Buchsen, Steckdosen und dergleichen zu nennen.
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Der
Verbinder 1 besteht aus zwei Hauptbestandteilen: einem
Verbindergehäuse 2 und
einem Verriegelungskranz 3.
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Bei
dem Verbindergehäuse 2 handelt
es sich um eine zylindrische Struktur mit einem ersten und einem
zweiten offenen Ende 4, 5 einer axialen Bohrung 6,
die sich zwischen dem ersten und dem zweite Ende erstreckt, sowie
einer Seitenwand 7, welche die axiale Bohrung definiert.
Ein erstes und ein zweites Ende 4, 5 sind derart
angeordnet, um einen ersten und einen zweiten rohrförmigen Körper (nicht
gezeigt) aufzunehmen.
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Eine
Mehrzahl von nach außen
ragenden Zungen 8 ist in einer äußeren Oberfläche 7A der
Verbindergehäuse-Seitenwand 7 ausgebildet.
Die äußere Oberfläche 7A weist
vorzugsweise zwei darin ausgebildete Zungen 8, mehr bevorzugt
zwei diagonal gegenüberliegende
Zungen 8 auf. Bei den Zungen 8 handelt es sich
vorzugsweise um flache Strukturen, die sich rechtwinklig von der äußeren Wandoberfläche 7A erstrecken.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
weist das Gehäuse 2 eine
stufenförmige Ausgestaltung
auf, die aus einem vorderen zylindrischen Abschnitt 9 und
einem hinteren zylindrischen Abschnitt 10 besteht. Der
Außendurchmesser
des Abschnitts 9 ist größer als
der Außendurchmesser des
Abschnitts 10, was zu dem Vorhandensein eines ringförmigen flachen
Vorsprungs 11 (gebildet durch eine ringförmige, hintere
Oberfläche
des Abschnitts 9) (siehe 2) führt, der
zwischen den Abschnitten 9 und 10 angeordnet ist.
In dieser Ausführungsform sind
die Zungen 8 vorzugsweise in dem vorderen Abschnitt 9 ausgebildet.
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Die
Seitenwand 7 des Gehäuses 2 ist
derart ausgelegt, um den ersten und den zweiten rohrförmigen Körper, die
mittels des erfindungsgemäßen Verbinders
verbunden sind, passgenau in Eingriff zu nehmen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
enthält
die äußere Oberfläche 7A der
Seitenwand 7 in einer vorderen Oberfläche 12 des vorderen
zylindrischen Abschnitts 9 derselben eine Mehrzahl von
Löchern 13,
die derart gestaltet und dimensioniert sind, um zugehörige Vorsprünge (nicht
gezeigt), die an einer äußeren Oberfläche eines
ersten rohrförmigen Elements
(nicht gezeigt) angeordnet sind, aufzunehmen. Vorzugsweise weist die
Oberfläche 12 drei
darin über
den Umfang in einer äquidistant
beabstandeten Weise ausgebildete Löcher 13 auf. Darüber hinaus
weist die innere Oberfläche 7B der
Seitenwand 7 vorzugsweise eine an einer hinteren Oberfläche 14 des
vorderen Abschnitts 9 ausgebildete Längsrippe 15 (siehe 3)
auf, um mit einer entsprechenden Längsrippe (nicht gezeigt), die
in einem ersten rohrförmigen
Element angeordnet ist, passgenau in Eingriff zu treten.
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Vorzugsweise
ist eine Mehrzahl von Längsrippen 16 an
der äußeren Oberfläche 7A an
dem hinteren zylindrischen Abschnitt 10 (siehe 1)
ausgebildet, um mit entsprechenden Längsrippen (nicht gezeigt),
die an einer inneren Oberfläche
eines zweiten rohrförmigen
Elements, z. B. eines komplementären
Verbinderkörpers
(nicht gezeigt) angeordnet sind, passgenau in Eingriff zu treten.
Vorzugsweise sind die Rippen 16 in einer über den
Umfang äquidistant
beabstandeten Weise an der äußeren Oberfläche 7A angeordnet.
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Bei
dem Verriegelungskranz 3 handelt es sich um eine zylindrische
Struktur, welche einen Abschnitt des Gehäuses 2 konzentrisch
umgibt. Der Kranz 3 besteht aus einem ersten und einem
zweiten offenen Ende 17, 18; einer axialen Bohrung 19,
um den Abschnitt des Gehäuses
aufzunehmen und zwischen den Enden 17 und 18 definiert
zu sein; einer Seitenwand 20, welche die axiale Bohrung
definiert; und einer Mehrzahl von sich umlaufend erstreckenden,
länglichen
Schlitzen 21, die in der Seitenwand 20 ausgebildet
sind. Die Seitenwand 20 weist eine innere Oberfläche 20A und
eine äußere Oberfläche 20B auf,
wobei die innere Oberfläche
derart ausgelegt ist, dass sie mit der äußeren Oberfläche 7A der Seitenwand 7 des
Verbindergehäuses 2 passgenau in
Eingriff tritt.
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Vorzugsweise
weist der Verriegelungskranz 3 eine stufenförmige Ausgestaltung
auf, die aus einem vorderen zylindrischen Abschnitt 22 und
einem hinteren zylindrischen Abschnitt 23 besteht. Der
Außendurchmesser
des vorderen Abschnitts 22 ist größer als der Außendurchmesser
des hinteren Abschnitts 23. Somit wird ein ringförmiger flacher
Vorsprung 24 (gebildet durch eine ringförmige, hintere Oberfläche des
vorderen Abschnitts 22) zwischen den Abschnitten 22 und 23 gebildet.
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Wie
weiter oben erwähnt,
umgibt die axiale Bohrung 19 des Kranzes 3 einen
Abschnitt des Verbindergehäuses 2 konzentrisch.
Vorzugsweise umgibt die Bohrung 19 das Gehäuse 2 dergestalt,
dass der vordere Abschnitt 22 des Kranzes 3 ein
hinteres Teilstück 25 des
vorderen Abschnitts 9 des Gehäuses 2 umgibt, und
der hintere Abschnitt 23 des Kranzes 3 den hinteren
Abschnitt 10 des Gehäuses 2 umgibt.
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Die
Schlitze 21 in dem Kranz 3 sind komplementär zu den
in dem Gehäuse 2 ausgebildeten
Zungen 8 positioniert und sind derart dimensioniert und gestaltet,
dass die Zungen 8 gleitfähig mit den Schlitzen 21 in
Eingriff stehen bzw. in diesen sitzen. Die Schlitze 21 weisen
eine im Allgemeinen rechteckige Auslegung mit zwei Querseiten 21A, 21B und
zwei Längsseiten 26A, 26B auf.
Zwei gegenüberliegende Materialausnehmungen 27A, 27B sind
jeweils entlang den Längsseiten 26A bzw. 26B eines
jeden Schlitzes ausgebildet. Vorzugsweise sind die Ausnehmungen 27A, 27B entlang
einem Mittelabschnitt der Längsseiten
der Schlitze 21 ausgebildet, wie dies in 1 gezeigt
ist.
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Die
Zungen 8 sind innerhalb der Schlitze 21 von einer
ersten Querseite 21A des Schlitzes 21 zu einer
gegenüberliegenden
Querseite 21B des Schlitzes gleitfähig beweglich. Somit haben
die Querseiten 21A und 21B die Funktion von "Anschlägen" für die Bewegung
der Zungen 8 innerhalb der Schlitze 21.
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Die
Fähigkeit
der Zungen 8, sich innerhalb der Schlitze 21 gleitfähig zu bewegen,
gestaltet den Verriegelungskranz 3 relativ zu dem Verbindergehäuse 2 teilweise
drehbar. Die Bewegung der Zungen 8 von der Querseite 21A zu
der Querseite 21B bewirkt, dass der Kranz sich von einer "unverriegelten" Stellung in eine "verriegelte" Stellung dreht.
Im Spezielleren ist der Kranz in seiner "unverriegelten" Stellung angeordnet, wenn die Zungen 8 gegen
die Querseite 21A stoßen
und er ist in seiner "verriegelten" Stellung angeordnet,
wenn die Zungen gegen die Querseite 21B stoßen.
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Wenn
der Kranz 3 in seiner "unverriegelten" Stellung angeordnet
ist, befindet der Verbinder 1 sich in einem "unverriegelten" Zustand, und wenn
der Kranz in seiner "verriegelten" Stellung angeordnet
ist, befindet der Verbinder sich in einem "verriegelten" Zustand.
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Der
Winkelabstand, über
den hinweg der Kranz 3 sich dreht, entspricht dem Abstand
zwischen den Querseiten 21A, 21B der Schlitze 21,
d. h. der Länge
der Schlitze 21. Vorzugsweise ist die Länge eines jeden Schlitzes 21 dergestalt,
dass der Winkel, um den der Kranz sich von seiner unverriegelten Stellung
in seine verriegelte Stellung dreht, in einem Bereich von ungefähr 30° bis ungefähr 45° liegt.
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In
dem Kranz 3 weist der vordere zylindrische Abschnitt 22 eine
Innenwand 22A und eine Außenwand 22B und der
hintere zylindrische Abschnitt 23 eine Innenwand 23A und
eine Außenwand 23B auf.
Die Innenwände 22A und 23A sind
derart ausgelegt, dass sie passgenau mit einer Außenwand
(nicht gezeigt) eines zweiten rohrförmigen Körpers, z. B. eines komplementären Verbinderkörpers (nicht
gezeigt) in Eingriff treten. Vor zugsweise weisen die Innenwände 22A und 23A mehrere
(vorzugsweise zwei, mehr bevorzugt zwei diagonal gegenüberliegend
angeordnete) darin ausgebildete, allmählich eingreifende Rampen (nicht
gezeigt) auf, die in stufenförmigen
Abschnitten 28 (siehe 1) enden,
wobei die Rampen dazu bestimmt sind, mit entsprechenden, den Eingriff
aufnehmenden Oberflächen (nicht
gezeigt) eines komplementären
Verbinderkörpers
(nicht gezeigt) oder eines anderen rohrförmigen Körpers in Eingriff zu treten.
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Weiterhin
weist die Außenwand 23B des
hinteren Abschnitts 23 des Kranzes 3 bevorzugt
mehrere (vorzugsweise drei) darin ausgebildete Löcher 29 auf, welche
dazu bestimmt sind, entsprechende Vorsprünge (nicht gezeigt) eines komplementären Verbinderkörpers (nicht
gezeigt) darin aufzunehmen.
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Vorzugsweise
weist die Außenwand 22B des vorderen
Abschnitts 22 des Kranzes 3 zumindest zwei darin
ausgebildete Paare von U-förmigen Längsrillen 30 (vorzugsweise
zwei diagonal gegenüberliegend
angeordnete Rillenpaare 30) auf, um ein Fassen und Drehen
des Kranzes 3 zu erleichtern.
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In
dem Herstellungsprozess des erfindungsgemäßen Verbinders werden das Verbindergehäuse und
der Verriegelungskranz gleichzeitig in einem einzigen Gießvorgang
geformt. Anders ausgedrückt, wird
der Verbinder als eine Einheit in einem einzigen Gießvorgang
geformt, wobei die Zungen bei der Formung des Verbinders innerhalb
der Schlitze in Eingriff stehen. Werkzeugstahl wird aus vier Richtungen eingebracht
und derart positioniert, dass der Gießhohlraumabschnitt, der zur
Formung des Verbindergehäuses
verwendet wird, von dem Gießhohlraumabschnitt,
der zur Formung des Verriegelungskranzes verwendet wird, getrennt
wird. Zwei Einspritzanschlüsse
sind in dem Werkzeug integriert, so dass Kunststoffmaterial in die
beiden isolierten Gießhohlraumabschnitte
eingespritzt werden kann. Jeder Gießhohlraumabschnitt verfügt über einen
eigenen Eingusskanal. Ungeachtet der getrennten Einläufe werden
die beiden Gießhohlraumabschnitte
gleichzeitig mit dem zur Formung der Teile verwendeten Kunststoff
befüllt.
Nachdem der Gießprozess
abgeschlossen ist, werden Verbindergehäuse und Verriegelungskranz
als eine einzige Vorrichtung aus dem Gusswerkzeug entnommen, wobei
das Gehäuse
und der Kranz auf Grund der Tatsache, dass die Haltezungen des Gehäuses in
den umlaufenden Schlitzen an dem Kranz sitzen, ineinandergreifen.
Obwohl sie ineinandergreifen, können
das Gehäuse
und der Kranz unabhängig
voneinander bewegt werden.
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Der
erfindungsgemäße Verbinder
eignet sich besonders gut für
Kraftfahrzeuganwendungen.