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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf elektrische
Verbinder. Insbesondere betrifft sie eine Art von
elektrischem Verbinder, der speziell in der Automobilindustrie,
z. B. für elektrische Verbindungen zwischen Rädern und
Radaufhängungen, anwendbar ist.
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Der Einbau von zur Überwachung der Reifen notwendigen
elektrischen Bauteilen an Fahrzeugrädern zwingt dazu,
elektrische Leitungen vorzusehen, die vom Reifen zum
Fahrzeug verlaufen. Egal ob die Verbindung zwischen Rad und
Fahrzeug durch gleitenden oder rotierenden galvanischen
Kontakt erfolgt, müssen am Rad elektrische Drähte und
manchmal Verbinder eingebaut werden, insbesondere wenn
die drehbewegliche Antenne nicht mehr am Rad, sondern
an der Nabe oder der Bremstrommel befestigt ist. In diesem
Fall müssen elektrische Verbinder zwischen dem Rad und
der Nabe eingebaut werden, um das Rad von der Nabe bei
jeder Demontage des Rads leicht trennen zu können.
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Es stellt sich dann das Problem, einen elektrischen
Verbinder zu entwickeln, der mit großer Zuverlässigkeit in
einer sehr aggressiven Umgebung arbeitet. Außerdem muß
die Anwendung dieses Verbinders so einfach wie möglich
sein und er darf durch aufeinanderfolgende Anschluß und
Lösevorgänge nicht verschlechtert werden. Schließlich
ist es günstig, wenn der Winkel, unter dem das Rad an
die Nabe bei jeder Montage herangeführt wird, nicht
geregelt werden muß, damit der Montagevorgang des Rads nicht
zu beschwerlich wird.
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Erfindungsgemäß umfaßt die Verbindungsvorrichtung
wenigstens zwei elektrische Verbinder, die dazu bestimmt sind,
einerseits dauerhaft mit einem Leitungsdraht parallel
verbunden zu werden und andererseits eine lösbare
galvanische Verbindung mit einem einzigen zugehörigen
Kontakt herzustellen, wobei der elektrische Verbinder zwei
Leitungsebenen umfaßt, von denen die erste dazu bestimmt
ist, mit dem Leitungsdraht verbunden zu werden und
galvanisch vom Äußeren des Verbinders isoliert ist und die
zweite Leitungsebene, die vom Äußeren des Verbinders her
zugänglich ist, dazu bestimmt ist, die lösbare galvanische
Verbindung zu bewirken, wobei die zweite Leitungsebene
von der ersten Leitungsebene galvanisch getrennt ist,
wenn Verbinder und zugehöriger Kontakt getrennt sind und
durch den zugehörigen Kontakt in galvanischen Kontakt
gebracht werden, wenn Verbinder und zugehöriger Kontakt
aneinander angeschlossen werden.
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Mit Hilfe dieser Konstruktion, die es ermöglicht, die
vom Äußeren des Verbinders her zugängliche Anschlußfläche
nur dann unter Spannung zu setzen, wenn der Verbinder
an seinen zugehörigen Kontakt angeschlossen ist, kann
man sehr leicht die Zahl der Verbinder dieser Art am Rad
oder an der Nabe erhöhen. Sie werden alle
parallelgeschlossen, doch nur die Anschlußfläche desjenigen Verbinders,
der an einen zugehörigen Kontakt angeschlossen ist, wird
unter Spannung gesetzt. Bei allen anderen Verbindern bleibt
die Anschlußfläche, die das einzige von außen her
zugängliche leitfähige Teil ist, von den angeschlossenen
elektrischen Schaltungen galvanisch isoliert. So kann die
Feuchtigkeit keine Funktionsstörungen durch Erzeugen eines
parasitischen Stromwegs zur Masse hin hervorrufen.
Natürlich
ist es sehr vorteilhaft, am verwendeten Verbinder
vollständige Dichtigkeit vorzusehen, z. B. indem am
zugehörigen Kontakt die nötigen Einrichtungen eingebaut
werden.
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Ferner sind zahlreiche andere Anwendungen des
erfindungsgemäßen Verbinders möglich. So lassen sich z. B.
Steckdosen für elektrische Verbindungen zwischen Zugfahrzeug
und Anhänger oder zwischen Anhängern herstellen. Wenn
eine Kupplungsvorrichtung nicht verwendet wird, weist
die am Zugfahrzeug angebrachte Steckdose keinen
spannungsführenden Kontakt auf. Daraus resultiert eine deutlich
größere Betriebszuverlässigkeit der elektrischen Anlage
des Zugfahrzeugs, da bei feuchter Atmosphäre kein von
außen zugänglicher Kontakt Spannung führt, wenn die
elektrische Steckdose unbenutzt bleibt. Die allein
spannungführenden Kontakte bleiben in einer vollständig dichten
Umhüllung eingeschlossen.
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Steckdosen zur Untersuchung von Fahrzeugen stellen ein
anderes Anwendungsbeispiel dar. Im allgemeinen kann die
Erfindung überall dort eine sinnvolle Anwendung finden,
wo sich das Problem stellt, einen elektrischen Verbinder
zu entwerfen, der in feuchter Umgebung unverbunden bleiben
kann.
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Die nachfolgende Beschreibung verdeutlicht nur die auf
die Herstellung eines Verbinders für Fahrzeugräder
angewandte Erfindung. Dabei handelt es sich natürlich um
ein nicht einschränkendes Beispiel. Die beigefügten
Figuren verdeutlichen die Beschreibung, zeigen
unterschiedliche Varianten und ermöglichen ein gutes Verständnis
aller Vorteile der Erfindung.
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Fig. 1 ist ein Schnitt durch den Verbinder;
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Fig. 2 zeigt den Einbau eines Systems zur Überwachung
eines Reifens;
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Fig. 3 ist ein Schnitt durch den an einen zugehörigen
Kontakt angeschlossenen Verbinder;
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Fig. 4 zeigt eine Verbesserung am zugehörigen Kontakt;
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Fig. 5 zeigt eine speziell an Zwillingsräder angepaßte
Variante des Verbinders.
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In Fig. 1 sieht man teilweise eine Radscheibe 10 für LKWs,
an der eine Bohrung 11 mit zwei Senkungen 12 vorgesehen
ist. Der Verbinder 2 umfaßt eine isolierende Halterung
20, die von außerhalb des Verbinders 2 sichtbar eine
Anschlußfläche 21 erscheinen läßt, die die von außerhalb
des Verbinders 2 zugängliche zweite Leitungsebene bildet.
Die Anschlußfläche 21 ist an der Halterung 20 durch eine
elastische dichte Membran 22 befestigt, die sowohl aus
leitfähigem als auch aus isolierendem Material hergestellt
sein kann. Es entsteht so ein Hohlraum 23, der durch die
Halterung 20, die Anschlußfläche 21 und die Membran 22
begrenzt ist. Der Pol 24 bildet die erste Leitungsebene;
er ist am Boden des Hohlraums 23 gegenüber der
Anschlußfläche 21 befestigt.
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Der Einbau am Rad 1 ist in Fig. 2 verdeutlicht, für eine
Montage an LKWs. Zu sehen ist eine Vorrichtung 3 mit
Aufnehmern
und Schaltungen, die zur Überwachung des Reifens
4 notwendig sind. Das Rad 1 ist montiert auf einer Nabe
5, die am Nabenhalter-6 montiert ist. Beim beschriebenen
Beispiel wird die Kopplung zwischen der drehbeweglichen
Anordnung (Rad 1, sein Reifen 4, Nabe 5) und dem
Fahrzeugchassis, das auch als "fester Raum" bezeichnet wird,
um es vom drehbeweglichen Abschnitt zu unterscheiden,
mittels konzentrischer Antennen durchgeführt, von denen
eine 50 rotiert und mit der Nabe 5 verbunden ist, die
andere 69 fest und am Nabenhalter 6 angebracht ist. Es
ist auch eine an der Nabe 5 befestigte Bremstrommel 7
zu sehen. Der erfindungsgemäße Verbinder 20 ist in die
Dicke der Scheibe 10 des Rads 1 im wesentlichen in Höhe
des Befestigungsabschnitts 13 des Rads 1 an der Nabe 5
eingebaut, radial innerhalb des Kreises, der von den
Durchgangslöchern der Stifte zur Befestigung des Rads an der
Nabe gebildet wird. Ein zugehöriger Kontakt 8,
nachfolgend genauer beschrieben, ist gegenüber in die Dicke der
Nabe 5 und der Bremstrommel 7 eingebaut. Der Verbinder
2 ist elektrisch mit einem Leitungsdraht 30 verbunden,
der zur Vorrichtung 3 führt und der zugehörige Kontakt
8 ist elektrisch mit einem Leitungsdraht 51 verbunden,
der zur Antenne 50 führt.
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In Fig. 3 ist detailliert eine Anordnung zu sehen, die
einen elektrischen Verbinder und einen zugehörigen
Kontakt 8 umfaßt, der aus einem leitenden spitzen Stift 80
besteht, der mechanisch über ein elastisches Element mit
einem leitenden Widerlager 81 verbunden ist, wobei spitzer
Stift 80 und Widerlager 81 elektrisch verbunden und in
einer isolierenden Kammer angeordnet sind, außerhalb derer
das Ende des spitzen Stifts unter Wirkung des elastischen
Elements vorspringt. Man sieht den leitenden spitzen Stift
80, der entworfen ist, um mit der Anschlußfläche 21
zusammenzuwirken, wobei der spitze Stift mit dem leitenden
Widerlager 81 über eine leitende Feder 82 verbunden ist.
Die Feder 82 hat eine elektrische Funktion, nämlich den
spitzen Stift 80 und das Widerlager 81 galvanisch zu
verbinden, sowie eine mechanische Funktion, nämlich auf den
spitzen Stift 80 eine parallel zur Achse der Nabe 5
orientierte Kraft auszuüben, die den spitzen Stift 80 vom
Widerlager 81 forttreibt. Die Anordnung aus Widerlager 81,
Feder 82 und Stift 80 ist in einem isolierenden Gehäuse
83 angeordnet, das zum Innern der Bremstrommel 7 und der
Nabe 5 hin versetzt ist. Der Leitungsdraht 51 ist mit
dem Widerlager 81 verbunden. Das Gehäuse 83 umfaßt an
der axial äußeren Seite der Bremstrommel eine Schulter
830, so daß die Basis 800 des Stifts 80 dessen Bewegung
nach außen begrenzt.
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An der Scheibe 10 des Rades 1 sind so viele Verbinder
2 angeordnet wie erforderlich, damit unter
Berücksichtigung der Zahl bzw. Position der Befestigungsschrauben
(nicht dargestellt) des Rads 1 an der Nabe 5, unabhängig
von der relativen Position, unter der das Rad 1 an die
Nabe 5 herangeführt wird, ein Verbinder 2 in Kontakt mit
dem an der Nabe 5 eingebauten zugehörigen Kontakt 8 kommt.
Die Feder 82 ist so bemessen, daß der Stift 80 die
Anschlußfläche 21 gegen den Pol 24 drückt und einen
ausgezeichneten elektrischen Kontakt zwischen dem Stift 80
und der Anschlußfläche 21 sowie zwischen der Anschlußfläche
21 und dem Pol 24 herstellt. Alle am Rad 1 eingebauten
Verbinder 2 sind untereinander elektrisch über ihre Pole
24 verbunden, die folglich während des Betriebs der
Überwachungsvorrichtung
3 alle unter Spannung stehen. Im
Gegensatz dazu bleiben die Anschlußflächen der Verbinder 2,
die nicht an den zugehörigen Kontakt 8 angeschlossen sind,
in der in Fig. 1 dargestellten Position und sind somit
galvanisch isoliert.
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Um einen möglichst geringen elektrischen Kontaktwiderstand
zwischen Verbinder und zugehörigem Kontakt sicherzustellen,
umfaßt der zugehörige Kontakt vorzugsweise Einrichtungen,
um eine Drehbewegung des Stifts begleitend zur
Translationsbewegung sicherzustellen, wenn das vorspringende Ende
des Stifts in Kontakt mit dem Verbinder kommt. Dies
ermöglicht eine Säuberung der leitenden Oberflächen, die
den galvanischen Kontakt sicherstellt.
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Ein zugehöriger Kontakt mit einer solchen Verbesserung
ist in Fig. 4 dargestellt. Man sieht, daß der Stift 80
eine Stange 801 umfaßt, die ihn an der der Basis 800
gegenüberliegenden Seite verlängert. Der Stift 801 umfaßt ein
Gewinde 802 mit sehr großer Steigung. Das isolierende
Gehäuse 83 umfaßt eine parallel zur Gehäuseachse
angeordnete Rille 831. Ein Verbindungsstück 84 umfaßt einen
Zahn 842, der in das Gewinde 802 eingreift und einen Zahn
841, der in die Rille 831 eingreift. Eine erste Feder
821 mit der Steife K&sub1; ist zwischen der Basis 800 des
Stifts und dem Verbindungsstück 84 angeordnet. Eine
zweite Feder 822 mit einer Steife K&sub2;, die deutlich größer
als K&sub1; ist, ist zwischen dem Verbindungsstück 84 und dem
Widerlager 81 angeordnet. Die galvanische Leitfähigkeit
zwischen dem Stift 80 und dem Widerlager 81 wird durch
eine beliebige geeignete Maßnahme sichergestellt. Z. B.
sind die Federn 821 und 822 und das Verbindungsteil
Leiter.
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Wenn man beim Anschließen des Kontakts 8 an den Verbinder
2 auf den Stift 80 drückt, bleibt das Verbindungsstück
84 unbeweglich, da die Steife K&sub2; der Feder 822 wesentlich
größer als die Steife K&sub1; der Feder 821 ist. Daraus folgt,
daß jede Eindringbewegung des Stifts 80 ins Innere des
Gehäuses 83 zwangsläufig von einer Drehung des Stifts
80 um sich selbst begleitet ist, eine Drehung, zu der
er durch die Zusammenwirkung des unbeweglichen Zahns 842
und des Gewindes 802 gezwungen wird. Wenn die von der
Feder 821 ausgeübte Kraft die von der Feder 822 ausgeübte
erreicht und übersteigt, oder wenn die Drehung des Stifts
80 um sich selbst verhindert wird, z. B. durch eine zu
groß gewordene Reibung zwischen der Anschlußfläche 21
und dem Stift 80, dann kann der Stift weiter ins Innere
des Gehäuses 83 eindringen, wobei er aufgrund der
Gleitbewegung des durch den Zahn 841 in die Rille 831
eingreifenden Verbindungsstücks 84 die Feder 822 zusammendrückt.
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Für die Montage von Zwillingsreifen wird eine auf demselben
Prinzip basierende Variante des Verbinders vorgeschlagen,
die die Verbindung an beiden Seiten der Radscheibe über
Anschlußflächen ermöglicht, die bei Fehlen eines Anschlusses
an einen zugehörigen Kontakt galvanisch isoliert bleiben.
In diesem Fall umfaßt der Verbinder zusätzlich eine dritte
Leitungsebene, die genau wie die zweite von außen zugänglich
ist.
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In Fig. 5 sieht man ein inneres Rad li, d. h. eines, das
dazu bestimmt ist, in Kontakt mit der Fahrzeugnabe zu
kommen, und ein äußeres Rad le. Jedes Rad li und le weist
einen identischen Verbinder 9 auf. Jeder Verbinder 9 besteht
aus einer isolierenden Halterung 90, die an einer Seite
eine leitende Anschlußfläche 91 erscheinen läßt, die die
zweite Leitungsebene bildet, und die auf der
gegenüberliegenden Seite eine zweite leitende Anschlußfläche 95
erscheinen läßt, die die dritte Leitungsebene bildet, wobei
die Anschlußflächen 91, 95 mittels elastischer dichter
Membranen 92 befestigt sind, und die Halterung 90 zusammen
mit den Anschlußflächen 91, 95 und den Membranen 92 einen
Hohlraum 93 definiert, in dessen Innerem ein Pol 94
befestigt ist, der die erste Leitungsebene bildet.
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Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel sind
die zweiten und dritten Leitungsebenen dauerhaft
miteinander elektrisch verbunden und bleiben bei Fehlen eines
zugehörigen Kontakts von der ersten Leitungsebene isoliert.
Man sieht, daß die Anschlußflächen 91 und 95 durch eine
Feder 97 verbunden sind, die den elektrischen Kontakt
zwischen ihnen sicherstellt und sie voneinander beabstandet
hält. Beim Anschluß an einen zugehörigen Kontakt wird
eine mit F bezeichnete Kraft auf die Anschlußfläche 91
des ins innere Rad li eingebauten Verbinders 9 ausgeübt.
Die in der Fig. 5 auftretenden Spiele J&sub1;, J&sub2; und J sind
so gewählt, daß J&sub1; + J&sub2; kleiner als J ist. Das Spiel J&sub1;
ist das nach der Zwillingskopplung zwischen den
Anschlußflächen 95 der Kontakte 9 verbleibende Spiel. Das Spiel
J&sub2; ist das im Innern jedes Kontakts 9 zwischen den
Anschlußflächen 95 und dem Pol 94 existierende Spiel und
das Spiel J ist das in jedem Kontakt 9 zwischen der
Anschlußfläche und dem Pol 94 existierende Spiel. Die
Wirkung des zugehörigen Kontakts muß es ermöglichen, durch
die Verformung der Feder 97 des inneren Rades li den Kontakt
zwischen dem Pol 94 und der Anschlußfläche 91 des
Innenrads, sowie den Kontakt zwischen derselben Anschlußfläche
91 und dem Pol 94 des äußeren Rads durch das Zurückweichen
der Anschlußflächen 95 herzustellen.
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Mit Hilfe eines solchen Verbinders kann man von Fertigungs-
und Montagetoleranzen der Räder unabhängig werden, und
trotzdem einen ausgezeichneten elektrischen Kontakt und
einen automatischen Anschluß herstellen. Die
Unterscheidung zwischen dem äußeren Rad und dem inneren Rad kann,
sofern erwünscht, durch die Elektronik der
Reifenüberwachungsvorrichtung sichergestellt werden. Auch kann der
Fachmann sehr leicht die Spiele sowie die Elastizitäten
der Federn und Membranen bemessen und eventuell Anschläge
vorsehen, die bestimmte Wege begrenzen, damit die
Unterscheidung zwischen dem äußeren Rad und dem inneren Rad
durch die Anschlüsse sichergestellt ist. Man kann auch
die Verbindung zwischen den Anschlußflächen 91 und 95
durch einen elastisch verformbaren Schieber ersetzen,
der die beiden Anschlußflächen 91 und 95 bei Fehlen eines
Anschlusses voneinander isoliert läßt und entworfen ist,
um den Kontakt zwischen den Anschlußflächen 91 und 95
des inneren Rades nach Anschluß an einen zugehörigen
Kontakt sicherzustellen, die Anschlußflächen 91 und 95 des
äußeren Rades aber voneinander isoliert zu lassen, unter
Sicherstellung des Kontakts mit den Polen 94.
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Nach Montage und Anschluß muß eine Isolierkappe (nicht
dargestellt) angepaßt werden, um die Kontaktfläche 91
des äußeren Rads wenigstens in Höhe des benutzten
Verbinders abzudecken. Auch kann man für das äußere Rad einen
Verbinder vom im ersten Beispiel dargestellten Typ verwenden,
indem die von außen zugänglichen Anschlußflächen 21 passend
orientiert werden, oder es kann der Verbinder 9 so
entworfen werden, daß er die Anschlußfläche 91 des äußeren
Rades isoliert läßt.
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Zahlreiche Varianten, Anpassungen oder Anwendungen der
Erfindung können anhand dieser Darstellung entworfen
werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, sofern
wie erläutert mehrere Leitungsebenen gebildet werden.
Insbesondere ist es durchaus möglich, daß die den
eigentlichen elektrischen Anschluß sicherstellenden Teile in
Form von Steckern oder Buchsen, wie allgemein geläufig,
verwirklicht werden; dieses Merkmal ist selbstverständlich
mit der vorliegenden Erfindung kompatibel.