EP1173903B1 - Steckverbindung für wassergekühlte, stromführende leitungen an werkzeugen - Google Patents

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EP1173903B1
EP1173903B1 EP00922547A EP00922547A EP1173903B1 EP 1173903 B1 EP1173903 B1 EP 1173903B1 EP 00922547 A EP00922547 A EP 00922547A EP 00922547 A EP00922547 A EP 00922547A EP 1173903 B1 EP1173903 B1 EP 1173903B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
plug connection
housing
cooling water
water
passages
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP00922547A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP1173903A1 (de
Inventor
Michel Gimbatti
Michel Bremont
Thomas Lubert
Christian Tischmacher
Yannick Nurdin
Christian Hengel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
A Raymond SARL
Original Assignee
A Raymond SARL
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
    • H01R13/646—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00 specially adapted for high-frequency, e.g. structures providing an impedance match or phase match
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
    • H01R13/46—Bases; Cases
    • H01R13/533—Bases, cases made for use in extreme conditions, e.g. high temperature, radiation, vibration, corrosive environment, pressure
    • H—ELECTRICITY
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    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
    • H01R13/005—Electrical coupling combined with fluidic coupling

Definitions

  • the invention relates to a connector for water-cooled, current-carrying Lines, especially for two-pole high-frequency power lines for Induction heating on tools.
  • induction coils are used to flow through AC induced induction energy used to be electrical Heating up conductive or ferromagnetic components.
  • An application example is the induction welding torch.
  • the inductive Warming required, the live cables to avoid overheating to cool continuously while the devices are operating. In addition to air cooling especially water cooling has prevailed.
  • each of the retaining bolts to be processed consists of a bolt shaft, the one end is firmly connected with a plate collar.
  • the front surface of the plate collar is with a dry, hot-reactivable hot melt adhesive coated.
  • the retaining bolts are brought to the tool from a supply a separating device fed through a laterally opening feed channel and when operating the tool from a kind of waiting position individually in whose mouthpiece conveys that the face of the
  • the collar of plates points to the front and the retaining bolt is actuated pneumatically Ram can be gripped, centered and loaded on the bolt shaft, if the mouthpiece of the tool is pressed flat against a support surface, with which the retaining bolt is to be connected.
  • the retaining bolt and in particular the plate collar surrounding the mouthpiece of the tool is an induction coil housed at the same time with the pneumatic loading of the plunger pressing the retaining pin against the support surface with a relative strong, high-frequency alternating current is fed.
  • a connector according to the preamble of claim 1 is known from US-A-4 223 969.
  • the object of the invention is to provide a connector for water-cooled, current-carrying Lines on tools and in particular on automated tools to create, which is able to the power conversion of the induction generator on Concentrate inductor that is quick and easy to operate and all requirements for safety, tightness and electrical Dielectric strength.
  • the plug connection thus ideally ensures that the coolant is guided the power lines in two separate ways, furthermore a close merging of the two poles to minimize harmful parasitic fields and use of the coolant for cooling the electrical connector to minimize the thermal load.
  • the incoming cooling water flows around the electrical lines and flows through them in the housing provided passages and the chambers, so that also in the housing Arranged electrical connectors are cooled before it is used Cooling the induction coil is passed on. As for the reflux for cooling provided chambers and passages are bridged, the backflow Cooling water is not in the connector with the incoming cooling water mix and can cool down quickly.
  • the chamber is in the mother part and father part each formed by a cup-shaped recess in the housing, the outside by a sealing piece sealed against the housing wall is locked; two openings are provided in the two metal sleeves are inserted sealingly, one of which, shorter, opens into the chamber and the other, longer through the chamber into one with the one in question Opening aligned bore in the housing section adjoining the chamber enough.
  • the metal sleeves protruding from the closure piece hoses for the inflow and outflow of the cooling water are pushed on and through Brackets held.
  • the longer metal sleeve extends into the one determined by a gradation inner bore section of the aligned bore and the longer part protrudes from the male part Metal sleeve from the smooth through hole by a certain amount out; this protruding end fits when the plug connection is put together sealing in the outer bore section determined by a gradation the aligned hole in the nut part and is against the wall by one Sealing ring sealed.
  • the inside of the water hoses that supply and transfer the cooling water and the shorter electrical sleeves that open into the chambers Lines preferably consist of six wires each, which are in height the chambers of the mother and father part each in two groups of three wires share, which are then connected to the contact sleeves or the contact pins.
  • connection between the mother and father part can be made using a locking ring Bayonet or screw lock can be secured.
  • both the The mother part and the father part each fit a mounting ring in an annular groove, with the help of which both parts can be securely mounted on carrier plates.
  • Fig. 1 shows a longitudinal section through the nut part 1 of a connector for water-cooled, current-carrying lines. It consists of a housing 2 , which is preferably made of plastic, for example polyamide, in which passage openings for the cooling water and bushings for the electrical lines 28 are created through stepped bores and cavities.
  • the housing 2 has a pot-shaped chamber 3 that extends approximately to half its depth, from the bottom of which three tubular passages 4 lead through the other (solid) half of the housing 2 at an angular distance of 120 ° (see also FIG. 3 ). Between the two upper passages 4 there is also a continuous bore 5 , which has an equally large gradation 6 , 6a in its interior in both directions, so that two approximately equal sections 5a and 5b of the bore 5 are formed.
  • the chamber 3 is covered by a closure piece 7 , which is screwed on a projecting collar 8 against the annular surface 9 of the housing wall 10 .
  • the closure piece 7 is sealed against the housing wall 10th
  • the closing piece 7 has two continuous round holes 12, 13, one of which 12 with the borehole 5 and the bore portions 5a, 5b is aligned in the housing. 2
  • a metal shell 14, 15, preferably made of a copper alloy, is inserted into each of the two openings 12, 13 , which are held therein at gradations 16 , 17 and are sealed by sealing rings 18 , 19 against the wall of the relevant opening 12 , 13 .
  • Both metal sleeves 14, 15 protrude with one end from the closure piece 7 to such an extent that hoses 20, 21 for the supply and discharge of cooling water can be pushed onto them and held thereon with clips 22 in a sealing manner.
  • the one metal sleeve 15 which forms the connection for the hose 21 supplying the cooling water in the direction of the induction coil, not shown, is flush with the inside of the closure piece 7 , while the other metal sleeve 14 is extended such that it passes through the chamber 3 through protrudes into the section 5a of the aligned bore 5 in the housing 2 and can abut the step 6a there .
  • the section 5b of the bore 5 serves, as will become clear further below, for the connection of the line leading the returning cooling water between the male part 1 ' and the female part 1 of the plug connection.
  • FIGS. 2 , 5 and 6 Corresponding to the mother part 1 in FIGS. 1 , 3 and 4 , the father part 1 'of the plug connection is shown in FIGS . 2 , 5 and 6 , which is largely constructed in a mirror image in the same way; The same parts are therefore labeled with the same reference numbers, which are deleted to distinguish them.
  • the housing 2 'of the male part 1' also has in its one half a pot-shaped chamber 3 ' , from the bottom of which three openings 4' for the cooling water extend through the other half of the housing 2 ' , offset by 120 ° (see also Fig. 5 ), which are arranged so that they are aligned with the passages 4 of the nut part 1 in the assembled state of the plug connection. Between two of the passages 4 'there is a bore 30 which in this case is smooth and which, in the assembled state of the plug connection, is aligned with the outwardly open section 5b of the bore 5 in the nut part 1 .
  • closure piece 7 ' Against the housing wall 10 'final annular surface 9' of the housing 2 'a closure piece is in turn 7' screwed and sealed by an O-ring 11 'against the housing wall 10'.
  • the closure piece 7 ' also has the two openings 12' , 13 ' , one of which 12' is aligned with the bore 30 .
  • In the openings 12 ', 13' sealingly inserted are two metal sleeves 31, 32, on the ends of which protrude from the closure piece 7 ' , hoses 20' and 21 ' for the inflow and outflow of the cooling water are pushed on and held by clips 22' .
  • the one shorter metal sleeve 32 in the opening 13 ' closes flush with the closure piece 7' on the inside, so that the passage for the cooling water determined by this metal sleeve 32 opens into the chamber 3 ' .
  • the longer metal sleeve 31 in the opening 12 ' protrudes through this chamber 3' and the bore 30 aligned with the opening 12 ' and out of the bore 30 by a certain amount.
  • the end of the metal sleeve 31 protruding from the bore 30 is provided with a sealing ring 33 inserted into an annular groove and thus fits sealingly into the section 5b of the bore 5 of the nut part 1 (see also FIG. 7 ).
  • the housing 2 ' has a tubular extension 34 projecting beyond the end of the metal sleeve 31 by a small amount, which fits onto the end section 35 of the housing 2 of the nut part 1 facing away from the closure piece 7 , the outer surface of the end section 35 of the housing 2 then countering the inner surface of the tubular extension 34 of the housing 2 ' is sealed by sealing rings 36 .
  • a gap 41 of approximately 2 mm remains between the opposing surfaces of the two parts.
  • the plug connection is preferably arranged between the power generator and a coaxial transformer of the power supply, and the electric power lines 28, 28 ' , as mentioned, are each guided inside the hoses 21, 21' of the cooling water circuit; they can also be embedded in the wall of the tubes 21, 21 ' . They preferably consist of six wires with a respective cross section of 0.5 mm 2 . At the level of the plug connection or within the chamber 3, 3 ' of the mother part 1 and the father part 1' , these wires are divided into two groups of three wires each, which are then connected to the contact sleeves 23 in the mother part 1 or the contact pins 38 in the father part 1 ' are connected.
  • the contact pins 38 make electrical contact with the spring-loaded contact sleeves 23 and, on the other hand, a circuit for the cooling water which is completely sealed off from the outside is closed (see FIG. 7, 8 and 9 ). 7 , the cooling water flows through the hose 21 and the metal sleeve 15 into the chamber 3 of the female part 1 and from there through the passages 4 , the gap 41 and the passages 4 ' into the chamber 3' of the male part 1 ' and on the hose 21 ' in the direction of the tool head or induction coil (not shown).
  • the electrical lines 28 , 28 ', and in particular the housing parts in which the electrical contact sleeves 23 and the contact pins 38 are located, are washed by the cooling water and thus continuously cooled.
  • the reflux of the heated cooling water from the likewise washed and cooled induction coil then takes place directly through the hose 20 ' , the metal sleeve 31, the bore 5 and the metal sleeve 14 in the nut part and through the hose 20 to the cooling water tank, not shown, without the chambers 3 again . 3 ' and the passages 4 , 4' to pass so that it can not mix with the incoming cooling water and can cool down quickly.
  • the connecting sockets and plugs for various supply lines are fixedly mounted, for example, in the carrier plate 42 on the consumer side there are approximately a number of connecting nipples 44, a pin housing 45 and two guide columns 46 and in the supply side Carrier plate 43 there are the corresponding connection sockets 47, a socket housing 48 and two guide sockets 49 .
  • a bore 50 is provided in both carrier plates 42 , 43 , into which, as indicated by dash-dotted lines in FIG.
  • the male part 1 'on the customer side and the female part 1 of a plug connection according to the invention can be installed on the supply side.
  • metal mounting rings 51 , 51 ' are provided on the circumference of the housings 2 and 2' in annular grooves, with the aid of which the parts in the bores 50 of the carrier plates 42 , 43 are held. The result is a compact and reliable multi-plug connection that can be operated easily and quickly by hand when the tool needs to be serviced or a tool replacement is required.

Landscapes

  • Connector Housings Or Holding Contact Members (AREA)
  • Quick-Acting Or Multi-Walled Pipe Joints (AREA)
  • General Induction Heating (AREA)

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steckverbindung für wassergekühlte, stromführende Leitungen, insbesondere für zweipolige Hochfrequenz-Stromleitungen für Induktionserwärmung an Werkzeugen.
In verschiedenen Industriezweigen wird die durch Induktionsspulen bei durchfließendem Wechselstrom hervorgerufene Induktionsenergie dazu benutzt, elektrisch leitende oder ferromagnetische Bauteile aufzuheizen. Ein Anwendungsbeispiel ist der Induktionsschweißbrenner. Allgemein ist es bei der Nutzung der induktiven Erwärmung erforderlich, die stromführenden Leitungen zur Vermeidung von Überhitzungen während des Betriebs der Geräte fortlaufend zu kühlen. Neben der Luftkühlung hat sich vor allem die Wasserkühlung durchgesetzt.
Es gibt auch automatisierte oder mit Hilfe von Robotern betätigte Werkzeuge, welche stromführende Leitungen aufweisen, die während des Betriebs ständig und vorzugsweise mit Wasser gekühlt werden müssen.
So ist in der DE 196 38 521 bzw. der PCT-Veröffentlichung WO 98/12016 ein Werkzeug zum automatisierten Setzen von Haltebolzen auf Trägerflächen beschrieben. Jeder der zu verarbeitenden Haltebolzen besteht aus einem Bolzenschaft, dessen eines Ende mit einem Tellerbund fest verbunden ist. Die Stirnfläche des Tellerbundes ist mit einem trockenen, durch Wärmeeinwirkung reaktivierbaren Schmelzklebstoff beschichtet. Die Haltebolzen werden dem Werkzeug aus einem Vorrat über eine Vereinzelungsvorrichtung durch einen seitlich einmündenden Zuführkanal zugeführt und bei Betätigung des Werkzeugs aus einer Art Wartestellung einzeln so in dessen Mundstück befördert, daß die den Schmelzklebstoff tragende Stirnfläche des Tellerbundes nach vorn weist und der Haltebolzen durch einen pneumatisch betätigbaren Stößel am Bolzenschaft erfaßt, zentriert und beaufschlagt werden kann, wenn das Mundstück des Werkzeugs flach gegen eine Trägerfläche gepreßt wird, mit der der Haltebolzen verbunden werden soll. In dem den Haltebolzen und insbesondere dessen Tellerbund umgebenden Mundstück des Werkzeugs ist eine Induktionsspule untergebracht, die gleichzeitig mit der pneumatischen Beaufschlagung des den Haltebolzen gegen die Trägerfläche pressenden Stößels mit einem verhältnismäßig starken, hochfrequenten Wechselstrom beschickt wird. Dadurch wird ein wechselndes Magnetfeld erzeugt, das auch den Haltebolzen durchdringt und diesen und insbesondere dessen Tellerbund in kurzer Zeit induktiv so stark erwärmt, daß die darauf befindliche Schicht Schmelzklebstoff rasch zum Schmelzen gebracht, also reaktiviert wird und so die Verbindung zwischen dem Tellerbund des Haltebolzens und der Trägerfläche hergestellt wird, wenn der Schmelzklebstoff anschließend wieder erstarrt. Die den starken, hochfrequenten Induktionsstrom führenden Leitungen müssen während des Betriebs ständig mit Wasser gekühlt werden.
Bei einem solchen Werkzeug liegt es in der Natur der Sache, daß nach einer gewissen Dauer des Betriebs gerade im Bereich des Mundstücks Verklebungen auftreten, die dann ein Wechsel des Werkzeugs erforderlich machen. Doch auch Störungen anderer Art können einen Austausch zumindest von Teilen notwendig machen. So erfordern solche Werkzeuge allgemein in regelmäßigen Zeitabständen eine Wartung, z.B. um Kalkablagerungen in den von dem Kühlwasser durchströmten Leitungen zu beseitigen. Bisher mußte dazu immer das ganze Werkzeug demontiert und gewartet oder durch ein anderes ersetzt werden, was entsprechend kostenintensiv und zeitaufwendig ist. Die Zufuhr des Kühlwassers und des hochfrequenten Wechselstrom erfolgten entweder über räumlich getrennte Anschlüsse oder es kamen sperrige, viel zu viel Raum einnehmende Verbindungskästen zur Anwendung, in denen die notwendigen Anschlüsse vorgesehen waren. Für die Wartung oder das Auswechseln bestimmter Teile waren dann zeitraubende und umständliche Arbeitsschritte unter Zuhilfenahme von speziellen Bedienungschlüsseln nötig. Wenn solche Werkzeuge an automatisierten Fertigungsstraßen eingesetzt werden, muß bei einem notwendigen Werkzeugaustausch oder einer notwendigen Wartung der Arbeitsablauf der gesamten Fertigungsstraße für diese zeitraubende Arbeit unterbrochen werden.
Bei Überlegungen, den Austauschvorgang an solchen Werkzeugen zu vereinfachen und zu beschleunigen und womöglich auf bestimmte Teile des jeweiligen Werkzeugs zu beschränken, haben sich immer wieder die wassergekühlten Stromleitungen der Induktionsspulen als besondere Problemstellen erwiesen. Denn diese müssen besonders hohe Anforderungen an Dichtigkeit und Durchschlagsfestigkeit erfüllen. Solche Werkzeuge sollen auch insgesamt eine hohe Schlagfestigkeit gegen äußere mechanische Einwirkungen ausweisen und starken Temperaturschwankungen standhalten, ohne daß sich Funktionsstörungen zeigen. Verbindungsstellen, die am Werkzeug vorgesehen werden sollen, müssen eine möglichst hohe Zahl von Werkzeugwechseln unbeschadet überstehen.
Eine Steckverbindung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der US-A-4 223 969 bekannt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Steckverbindung für wassergekühlte, stromführende Leitungen an Werkzeugen und insbesondere an automatisierten Werkzeugen zu schaffen, die in der Lage ist, den Leistungsumsatz des Induktionsgenerators am Induktor zu konzentrieren und die schnell und unkompliziert zu betätigen ist und dabei allen Anforderungen an Sicherheit, Dichtigkeit und elektrischer Durchschlagsfestigkeit gerecht wird.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß im Gehäuse des Mutterteils und des Vaterteils der Steckverbindung jeweils eine Kammer und in diese Kammer mündende Durchlässe für das zutretende Kühlwasser ausgebildet sind, die im zusammengesteckten Zustand der Steckverbindung miteinander in Verbindung stehen, wobei aus den Kammern jeweils eine direkte Verbindung zu einem das Kühlwasser zuführenden bzw. weiterführenden Wasserschlauch besteht, daß für den Rückfluß des Kühlwassers eine direkte, die Kammer jeweils überbrückende Verbindung zwischen einem das zurückfließende Kühlwasser dem Vaterteil der Steckverbindung zuführenden Wasserschlauch und einem das zurückfließende Kühlwasser vom Mutterteil aus weiter rückführenden Wasserschlauch besteht, daß im Gehäuse des Mutterteils in neben den Durchlässen vorgesehenen Bohrungen die zwei Kontakthülsen einer elektrischen bipolaren Steckverbindung befestigt sind und im Gehäuse des Vaterteils in neben den Durchlässen vorgesehenen Bohrungen den Kontakthülsen entsprechende, aus der Stirnfläche des Gehäuses vorstehende Kontaktstifte der elektrischen bipolaren Steckverbindung befestigt sind und daß die mit den Kontakthülsen bzw. den Kontaktstiften verbundenen elektrischen Leitungen für die Stromversorgung durch die das Kühlwasser zuführenden bzw. weiterleitenden, mit den Kammern in Verbindung stehenden Wasserschläuche geführt sind.
Damit ist eine Steckverbindung geschaffen, mit der sich gleichzeitig der elektrische Stromkreis für die Stromversorgung einer Induktionsspule und auch der Kreislauf für das Kühlwasser schließen oder unterbrechen läßt. Wartungsarbeiten an den zugehörigen Werkzeugen oder der Austausch eines Werkzeugs oder von Werkzeugteilen lassen sich so einfacher und in kürzerer Zeit durchführen. Die Steckverbindung gewährleistet damit in idealer Weise die Führung des Kühlmittels der Stromleitungen in zwei getrennten Wegen, ferner ein enges Zusammenführen der beiden Pole zur Minimierung von schädlichen Parasitärfeldern und die Nutzung des Kühlmittels zur Kühlung der elektrischen Steckverbindung zur Minimierung der thermischen Belastung.
Das zufließende Kühlwasser umspült die elektrischen Leitungen und durchströmt die im Gehäuse vorgesehenen Durchlässe und die Kammern, so daß auch die im Gehäuse angeordneten elektrischen Steckverbindungen gekühlt werden, bevor es zur Kühlung der Induktionsspule weitergeleitet wird. Da für den Rückfluß die zur Kühlung vorgesehenen Kammern und Durchlässe überbrückt sind, kann das rückfließende Kühlwasser sich in der Steckverbindung nicht mit dem zufließenden Kühlwasser mischen und kann so auch schnell wieder abkühlen.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Kammer im Mutterteil und Vaterteil jeweils durch eine topfförmige Ausnehmung im Gehäuse gebildet, die nach außen durch ein gegen die Gehäusewand abgedichtetes Verschlußstück verschlossen ist; in diesem sind zwei Öffnungen vorgesehen, in die zwei Metallhülsen dichtend eingeschoben sind, von denen die eine, kürzere in die Kammer mündet und die andere, längere durch die Kammer hindurch bis in eine mit der betreffenden Öffnung fluchtende Bohrung im an die Kammer anschließenden Gehäuseabschnitt reicht. Auf die aus dem Verschlußstück herausragenden Enden der Metallhülsen sind Schläuche für den Zu- und Rückfluß des Kühlwassers aufgeschoben und durch Klammern gehalten.
Im Mutterteil reicht die längere Metallhülse in den durch eine Abstufung bestimmten inneren Bohrungsabschnitt der fluchtenden Bohrung und am Vaterteil ragt die längere Metallhülse aus der glatt durchgehenden Bohrung um ein bestimmtes Maß heraus; dieses herausragende Ende paßt beim Zusammenfügen der Steckverbindung dichtend in den durch eine Abstufung bestimmten äußeren Bohrungsabschnitt der fluchtenden Bohrung im Mutterteil und ist darin gegen die Wand durch einen Dichtring abgedichtet.
Am Gehäuse des Vaterteils ist ein über das Ende der aus der Stirnfläche herausragenden Metallhülse und die ebenfalls aus der Stimfläche herausragenden Kontaktstifte um ein geringes Maß hinausragender, rohrförmiger Fortsatz angeformt, der beim Zusammenfügen der Steckverbindung auf den vom Verschlußstück abgewandten Endabschnitt des Gehäuses des Mutterteils paßt und dagegen durch Dichtringe abgedichtet ist. So kann eine sichere Verbindung zwischen Mutter- und Vaterteil der Steckverbindung erreicht werden, die auch absolut dicht ist.
Vorzugsweise sind im Gehäuse des Vaterteils und des Mutterteils jeweils drei Durchlässe für das zufließende Kühlwasser vorgesehen sind, die zueinander um 120° versetzt sind, wobei im zusammengefügten Zustand der Steckverbindung die Durchlässe des Mutterteils mit den Durchlässen des Vaterteils fluchten; zwischen den Durchlässen sind ebenfalls um 120° zueinander versetzt jeweils zwei Bohrungen für die elektrischen Kontakthülsen bzw. die elektrischen Kontaktstifte und jeweils eine Bohrung für die Anschlüsse des Wasserrücklaufs ausgeführt. So wird eine gute Kühlung der elektrischen Leitungen und Verbindungen erreicht.
Die innerhalb der das Kühlwasser zuführenden und weiterleitenden Wasserschläuche und der kürzeren, sich in die Kammern öffnenden Metallhülsen geführten elektrischen Leitungen bestehen bevorzugt aus jeweils sechs Drähten, die sich in Höhe der Kammern des Mutter- und Vaterteils jeweils in zwei Gruppen zu drei Drähten teilen, die dann mit den Kontakthülsen bzw. den Kontaktstiften verbunden sind.
Die Verbindung zwischen Mutter- und Vaterteil kann durch einen Schließring mit Bajonett- oder Schraubverschluß gesichert werden.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist am Umfang des Gehäuses sowohl des Mutterteils als auch des Vaterteils in einer Ringnut jeweils ein Montagering eingepaßt, mit dessen Hilfe beide Teile an Trägerplatten fest montiert werden können.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der anhängenden Zeichnungen beispielhaft genauer beschrieben; es zeigen
Fig. 1
das Mutterteil der erfindungsgemäßen Schnellkupplung, längs geschnitten,
Fig. 2
das Vaterteil der erfindungsgemäßen Schnellkupplung, längs geschnitten,
Fig. 3
die Ansicht des Mutterteils der erfindungsgemäßen Schnellkupplung in Richtung des Pfeiles P in Fig. 1,
Fig. 4
einen vor bzw. hinter der Schnittebene der Fig. 1 geführten Längsschnitt durch ein Detail des Mutterteils gemäß der Schnittlinie IV - IV in Fig. 3,
Fig. 5
die Ansicht des Vaterteils der erfindungsgemäßen Schnellkupplung in Richtung des Pfeiles Q in Fig. 2,
Fig. 6
einen vor bzw. hinter der Schnittebene der Fig. 2 geführten Längsschnitt durch eine Detail des Vaterteils gemäß der Schnittlinie VI -VI in Fig. 5,
Fig. 7
einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Schnellkupplung im zusammengefügten Zustand der Teile gemäß Fig. 1 und 2,
Fig. 8
einen vor bzw. hinter der Schnittebene der Fig. 7 entsprechend den Fig. 5 und 6 geführten Längsschnitt durch die betreffenden Details im zusammengefügten Zustand der Steckverbindung,
Fig. 9
einen Längsschnitt durch die Steckverbindung im zusammengefügten Zustand gemäß der abgeknickten Schnittlinie IX - IX in Fig. 3 bzw. 5 und
Fig. 10
die perspektivische Darstellung eines Werkzeugwechselsystems, in dem neben anderen Verbindungen auch eine Steckverbindung nach der Erfindung enthalten ist.
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch das Mutterteil 1 einer Steckverbindung für wassergekühlte, stromführende Leitungen. Es besteht aus einem vorzugsweise aus Kunststoff, z.B. Polyamid, gefertigten Gehäuse 2, in dem durch abgestufte Bohrungen und Hohlräume Durchtrittsmöglichkeiten für das Kühlwasser und Durchführungen für die elektrischen Leitungen 28 geschaffen sind. Das Gehäuse 2 weist eine sich etwa bis zu seiner halben Tiefe erstreckende topfförmige Kammer 3 auf, von deren Boden aus in einem Winkelabstand von jeweils 120° drei rohrförmige Durchlässe 4 durch die andere (massive) Hälfte des Gehäuses 2 hindurchführen (siehe auch Fig. 3). Zwischen den beiden oberen Durchlässen 4 ist außerdem eine durchgehende Bohrung 5 ausgeführt, die in ihrem Innern in beide Richtungen jeweils eine gleich große Abstufung 6, 6a aufweist, so daß zwei etwa gleich große Abschnitte 5a und 5b der Bohrung 5 entstehen.
Die Kammer 3 wird durch ein Verschlußstück 7 abgedeckt, das an einem überstehenden Bund 8 gegen die Ringfläche 9 der Gehäusewand 10 geschraubt ist. Durch eine Ringdichtung 11 ist das Verschlußstück 7 gegen die Gehäusewand 10 abgedichtet. Das Verschlußstück 7 weist zwei durchgehende runde Öffnungen 12, 13 auf, von denen die eine 12 mit der Bohrung 5 bzw. den Bohrungsabschnitten 5a, 5b im Gehäuse 2 fluchtet. In beide Öffnungen 12, 13 ist jeweils eine Metallhütse 14, 15, vorzugsweise aus einer Kupferlegierung, eingeschoben, die darin an Abstufungen 16, 17 gehalten und durch Dichtringe 18, 19 gegen die Wand der betreffenden Öffnung 12, 13 abgedichtet sind.
Beide Metallhülsen 14, 15 ragen mit ihrem einen Ende soweit aus dem Verschlußstück 7 heraus, daß auf diese Enden Schläuche 20, 21 für die Zu- und Abführung von Kühlwasser aufgeschoben und mit Klammem 22 dichtend darauf gehalten werden können. Die eine Metallhülse 15, die den Anschluß für den das Kühlwasser in Richtung der nicht dargestellten Induktionsspule zuführenden Schlauch 21 bildet, schließt im Inneren mit dem Verschlußstück 7 bündig ab, während die andere Metallhülse 14 derart verlängert ist, daß sie durch die Kammer 3 hindurch bis in den Abschnitt 5a der fluchtenden Bohrung 5 im Gehäuse 2 ragt und dort an der Abstufung 6a anstoßen kann. Der Abschnitt 5b der Bohrung 5 dient, wie weiter unten noch deutlich wird, der Verbindung der das zurückfließende Kühlwasser führenden Leitung zwischen Vaterteil 1' und Mutterteil 1 der Steckverbindung.
Wie aus Fig. 3 zu ersehen ist, sind in dem sich an die Ausnehmung 3 anschließenden (massiven) Abschnitt des Gehäuses 2 zur Bohrung 5 um jeweils 120° versetzt zwei weitere durchgehende, d. h. in die Kammer 3 mündende Bohrungen 24 ausgeführt, in denen die Kontakthülsen 23 einer bipolaren, elektrischen Steckverbindung an Abstufungen 25 mittels Bund 26 und Seegerring 27 (siehe auch Fig. 4) oder anderen geeigneten Mitteln gehalten sind. Mit den Kontakthülsen 23 entweder verlötet oder durch Quetschverbindungen 29 verbunden sind die elektrischen Leitungen 28, die der Versorgung der in den Zeichnungen nicht dargestellten Induktionsspule mit hochfrequentem Wechselstrom dienen und die durch die in die Kammer 3 einmündende Metallhülse 15 und den daran angeschlossenen Kühlmittelschlauch 21 weitergeführt sind.
Entsprechend dem Mutterteil 1 in den Fig. 1, 3 und 4 ist in den Fig. 2, 5 und 6 das Vaterteil 1' der Steckverbindung dargestellt, das weitgehend in spiegelbildlich gleicher Weise aufgebaut ist; gleiche Teile sind deshalb mit den gleichen, zur Unterscheidung aber gestrichenen Bezugszahlen bezeichnet.
Auch das Gehäuse 2' des Vaterteils 1' weist in seiner einen Hälfte eine topfförmige Kammer 3' auf, von deren Boden aus sich jeweils um 120° versetzt drei Durchlässe 4' für das Kühlwasser durch die andere Hälfte des Gehäuses 2' erstrecken (siehe auch Fig. 5), wobei diese so angeordnet sind, daß sie im zusammengesetzten Zustand der Steckverbindung mit den Durchlässen 4 des Mutterteils 1 fluchten. Zwischen zweien der Durchlässe 4' ist eine in diesem Fall glatt durchgehende Bohrung 30 vorgesehen, die im zusammengesetzten Zustand der Steckverbindung mit dem nach außen offenen Abschnitt 5b der Bohrung 5 im Mutterteil 1 fluchtet.
Gegen die die Gehäusewand 10' abschließende Ringfläche 9' des Gehäuses 2' ist wiederum ein Verschlußstück 7' geschraubt und durch eine Ringdichtung 11' gegen die Gehäusewand 10' abgedichtet. Das Verschlußstück 7' weist auch die zwei Öffnungen 12', 13' auf, von denen die eine 12' mit der Bohrung 30 fluchtet. In die Öffnungen 12', 13' dichtend eingeschoben sind zwei Metallhülsen 31, 32, auf deren aus dem Verschlußstück 7' hinausragende Enden Schläuche 20' und 21' für den Zuund Abfluß des Kühlwassers aufgeschoben und durch Klammern 22' gehalten sind.
Die eine kürzere Metallhülse 32 in der Öffnung 13' schließt im Innern bündig mit dem Verschlußstück 7' ab, so daß der durch diese Metallhülse 32 bestimmte Durchtritt für das Kühlwasser in die Kammer 3' mündet. Die längere Metallhülse 31 in der Öffnung 12' ragt durch diese Kammer 3' und die mit der Öffnung 12' fluchtende Bohrung 30 hindurch und um ein bestimmtes Maß aus der Bohrung 30 hinaus. Das aus der Bohrung 30 herausragende Ende der Metallhülse 31 ist mit einem in eine Ringnut eingelegten Dichtring 33 versehen und paßt so dichtend in den Abschnitt 5b der Bohrung 5 des Mutterteils 1 (siehe auch Fig. 7).
Das Gehäuse 2' weist einen über das Ende der Metallhülse 31 um eine geringes Maß hinausragenden rohrförmigen Fortsatz 34 auf, der auf den vom Verschlußstück 7 abgewandten Endabschnitt 35 des Gehäuses 2 des Mutterteils 1 paßt, wobei dann die Mantelfläche des Endabschnitts 35 des Gehäuses 2 gegen die Innenfläche des rohrförmigen Fortsatzes 34 des Gehäuses 2' durch Dichtringe 36 abgedichtet ist. Im zusammengesetzten Zustand der Steckverbindung bleibt, wie in Fig. 7 zu erkennen, zwischen den sich gegenüberstehenden Flächen der beiden Teile ein Spalt 41 von ca. 2 mm bestehen.
Korrespondierend zu den Kontakthülsen 23 im Mutterteil 1 sind im Vaterteil 1' zur Bohrung 30 um 120° versetzt (siehe Fig. 5 und 6) in durchgehenden Bohrungen 37 mittels Bund 26' und Seegerring 27' zwei Kontaktstifte 38 gehalten, die sich durch den von dem rohrförmigen Fortsatz 34 umgebenen Raum 39 erstrecken. Mit ihnen verlötet oder durch Quetschverbindungen 40 verbunden sind die elektrischen Leitungen 28' für die Stromversorgung der Induktionsspule, die durch den Kühlwasser-Schlauch 21', die kurze Metallhülse 32 und die Kammer 3' herangeführt sind.
Die Steckverbindung wird vorzugsweise zwischen dem Stromgenerator und einem Koaxiattransformator der Stromversorgung angeordnet, und die elektrischen Stromleitungen 28, 28' sind, wie erwähnt, jeweils innerhalb der Schläuche 21, 21' des Kühlwasserkreislaufs geführt; sie können auch in die Wandung der Schläuche 21, 21' eingebettet sein. Sie bestehen vorzugsweise aus sechs Drähten mit einem jeweiligen Querschnitt von 0,5 mm2 . Auf der Höhe der Steckverbindung oder innerhalb der Kammer 3, 3' von Mutterteil 1 und Vaterteil 1' teilen sich diese Drähte in zwei Gruppen von jeweils drei Drähten, die dann mit den Kontakthülsen 23 im Mutterteil 1 bzw. den Kontaktstiften 38 im Vaterteil 1' verbunden sind.
Wenn für den Betrieb des betreffenden Werkzeugs die beiden Teile der beschriebenen Steckverbindung zusammengesteckt sind, stellen einerseits die Kontaktstifte 38 den elektrischen Kontakt mit den an ihnen federnd anliegenden Kontakthülsen 23 her und andererseits ist ein nach außen vollkommen abgedichteter Kreislauf für das Kühlwasser geschlossen (siehe Fig. 7, 8 und 9). Gemäß Fig. 7 strömt das Kühlwasser durch den Schlauch 21 und die Metallhülse 15 in die Kammer 3 des Mutterteils 1 und von da durch die Durchlässe 4, den Spalt 41 und die Durchlässe 4' in die Kammer 3' des Vaterteils 1' und weiter durch den Schlauch 21' in Richtung Werkzeugkopf bzw. Induktionsspule (nicht dargestellt). Dabei werden die elektrischen Leitungen 28, 28' und besonders die Gehäuseteile, in denen sich die elektrischen Kontakthülsen 23 und die Kontaktstifte 38 befinden, vom Kühlwasser umspült und so fortlaufend gekühlt. Der Rückfluß des erwärmten Kühlwassers von der ebenfalls umspülten und gekühlten Induktionsspule erfolgt dann direkt durch den Schlauch 20', die Metallhülse 31, die Bohrung 5 und die Metallhülse 14 im Mutterteil und durch den Schlauch 20 zum nicht dargestellten Kühlwassertank, ohne nochmals die Kammern 3, 3' und die Durchlässe 4, 4' zu passieren, so daß es sich nicht mit dem zufließenden Kühlwasser mischen kann und sich dagegen schnell wieder abkühlen kann.
Damit ist eine schnell und einfach, ohne die Zuhilfenahme von Betätigungsschlüsseln zu betätigende Steckverbindung zugleich für den Kühlmittelkreislauf und den elektrischen Stromkreislauf geschaffen, die nach außen absolut dicht ist und auch allen anderen Anforderungen hinsichtlich Funktionssicherheit, Durchschlagfestigkeit, Langlebigkeit und Unempfindlichkeit gegen äußere mechanische Einwirkungen gerecht wird. Wenn es als erforderlich angesehen wird, kann die Verbindung der beiden Teile der Steckverbindung durch zusätzliche Maßnahmen gesichert werden, z.B. durch einen Schließring mit Bajonett- oder Schraubverschluß (nicht dargestellt), der dann vorteilhafterweise unverlierbar auf dem Umfang eines der Teile gehalten ist.
In Fig. 10 ist eine Montagemöglichkeit zusammen mit anderen Versorgungsanschlüssen für ein Werkzeug, z.B. ein Roboterwerkzeug der eingangs genannten Art, dargestellt. In korrespondierenden Ausnehmungen und Bohrungen zweier einander gegenüberstehender Trägerplatten 42 und 43 sind beispielhaft die Anschlußbuchsen und Anschlußstecker für verschiedene Versorgungsleitungen fest montiert, wobei sich in der abnehmerseitigen Trägerplatte 42 etwa eine Reihe von Anschlußnippeln 44, ein Stiftgehäuse 45 und zwei Führungssäulen 46 befinden und in der versorgerseitigen Trägerplatte 43 sich die korrespondierenden Anschlußbuchsen 47, ein Buchsengehäuse 48 und zwei Führungsbuchsen 49 befinden. Außerdem ist in beiden Trägerplatten 42, 43 eine Bohrung 50 vorgesehen, in die, wie in Fig. 10 mit strichpunktierten Linien angedeutet, abnehmerseitig das Vaterteil 1' und versorgerseitig das Mutterteil 1 einer erfindungsgemäßen Steckverbindung montiert werden können. Dazu sind, wie in den Fig. 1, 2, 7 und 9 zu erkennen, am Umfang der Gehäuse 2 und 2' in Ringnuten Montageringe 51, 51' aus Metall vorgesehen, mit deren Hilfe die Teile in den Bohrungen 50 der Trägerplatten 42, 43 gehalten sind. So ergibt sich eine kompakte und funktionssichere Multisteckverbindung , die von Hand leicht und schnell zu bedienen ist, wenn eine Wartung des Werkzeugs ansteht oder ein Werkzeugaustausch erforderlich ist.

Claims (8)

  1. Steckverbindung für wassergekühlte, stromführende Leitungen, insbesondere für zweipolige Hochfrequenz-Stromleitungen für Induktionserwärmung an Werkzeugen, mit einer Kammer (3') im Gehäuse (2') eines Vaterteils (1') der Steckverbindung,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß im Gehäuse (2) eines Mutterteils (1) der Steckverbindung ebenfalls eine Kammer (3) und in beide Kammern (3, 3') mündende Durchlässe (4, 4') für zufließendes Kühlwasser ausgebildet sind, die im zusammengesteckten Zustand der Steckverbindung miteinander in Verbindung stehen, wobei aus den Kammern (3, 3') jeweils eine direkte Verbindung zu einem das Kühlwasser zuführenden und zur Kühlung weiterführenden Wasserschlauch (21, 21') besteht,
    daß für den Rückfluß des Kühlwassers eine direkte, die Kammern (3, 3') jeweils überbrückende Verbindung (5) zwischen einem das Kühlwasser dem Vaterteil (1') zuführenden Wasserschlauch (20') und einem das Kühlwasser vom Mutterteil (1) aus weiter führenden Wasserschlauch (20) besteht,
    daß im Gehäuse (2) des Mutterteils (1) in neben den Durchlässen (4) vorgesehenen Bohrungen (24) zwei Kontakthülsen (23) einer elektrischen bipolaren Steckverbindung befestigt sind und im Gehäuse (2') des Vaterteils (1') in neben den Durchlässen (4') vorgesehenen Bohrungen (37) den Kontakthülsen (23) entsprechende, aus der Stirnfläche des Gehäuses (2') vorstehende Kontaktstifte (38) der elektrischen bipolaren Steckverbindung befestigt sind, und
    daß mit den Kontakthülsen (23) und den Kontaktstiften (38) verbundene elektrische Leitungen (28, 28') für die Stromversorgung innerhalb der das Kühlwasser zuführenden und weiterführenden Wasserschläuche (21, 21') geführt sind.
  2. Steckverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (3, 3') im Mutterteil (1) und Vaterteil (1') jeweils nach außen durch ein gegen die Gehäusewand (10, 10') abgedichtetes Verschlußstück (7, 7') verschlossen ist, in dem jeweils zwei Öffnungen (12, 13) und (12', 13') vorgesehen sind, in die je zwei Metallhülsen (14, 15) und (31, 32) dichtend eingeschoben sind, von denen die eine, jeweils kürzere (15, 32) in die Kammer (3, 3') mündet und die andere, jeweils längere (14, 31) durch die Kammer (3, 3') hindurch geführt ist und bis in eine mit der betreffenden Öffnung (12, 12') fluchtende Bohrung (5, 30) des an die Kammer (3, 3') anschließenden Gehäuseabschnitts reicht, und daß auf die aus dem Verschlußstück (7, 7') herausragenden Enden der Metallhülsen (14, 15) bzw. (31, 32) Schläuche (20, 21) bzw. (20', 21') für den Zu- und Rückfluß des Kühlwassers aufgeschoben und durch Klammem (22) gehalten sind.
  3. Steckverbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Mutterteil (1) die längere Metallhülse (14) in den durch eine Abstufung (6a) bestimmten inneren Bohrungsabschnitt (5a) der Bohrung (5) reicht und am Vaterteil (1') die längere Metallhülse (31) aus der glatt durchgehenden Bohrung (30) um ein bestimmtes Maß herausragt und dieses herausragende Ende beim Zusammenfügen der Steckverbindung dichtend in den durch eine Abstufung (6) bestimmten äußeren Bohrungsabschnitt (5b) der Bohrung (5) im Mutterteil (1) paßt und darin gegen die Wand durch einen Dichtring (33) abgedichtet ist.
  4. Steckverbindung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Gehäuse (2') des Vaterteils (1') ein über das Ende der aus der Stirnfläche herausragenden Metallhülse (31) und die ebenfalls aus der Stirnfläche herausragenden Kontaktstifte (38) um ein geringes Maß hinausragender, rohrförmiger Fortsatz (34) angeformt ist, der beim Zusammenfügen der Steckverbindung auf den Endabschnitt (35) des Gehäuses (2) des Mutterteils (1) paßt und dagegen durch Dichtringe (36) abgedichtet ist.
  5. Steckverbindungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (2, 2') des Vaterteils (1') und des Mutterteils (1) jeweils drei Durchlässe (4, 4') für das zufließende Kühlwasser vorgesehen sind, die zueinander um 120° versetzt sind, wobei im zusammengefügten Zustand der Steckverbindung die Durchlässe (4) des Mutterteils (1) mit den Durchlässen (4') des Vaterteils (1') fluchten und daß zwischen den Durchlässen (4; 4') ebenfalls um 120° zueinander versetzt jeweils zwei Bohrungen (24; 37) für die elektrischen Kontakthülsen (23) bzw. die elektrischen Kontaktstifte (38) und jeweils eine Bohrung (5;30) für die Anschlüsse des Wasserrücklaufs ausgeführt sind.
  6. Steckverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die innerhalb der das Kühlwasser zuführenden und weiterleitenden Wasserschläuche (21,21') und der daran anschließenden, kürzeren, sich in die Kammern (3, 3') öffnenden Metallhülsen (15, 32) geführten elektrischen Leitungen (28, 28') jeweils aus sechs Drähten bestehen, die sich in Höhe der Kammern (3, 3') des Mutter- und Vaterteils (1, 1') jeweils in zwei Gruppen zu drei Drähten teilen, die dann mit den Kontakthülsen (23) bzw. den Kontaktstiften (38) fest verbunden sind.
  7. Steckverbindung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, zur Sicherung der Verbindung zwischen Mutterteil (1) und Vaterteil (1') am Umfang ein Schließring mit Bajonett- oder Schraubverschluß vorgesehen ist.
  8. Steckverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß am Umfang des Gehäuses (2, 2') sowohl des Mutterteils (1) als auch des Vaterteils (1') in einer Ringnut jeweils ein Montagering (51, 51') eingepaßt ist, mit dessen Hilfe das Mutterteil (1) und das Vaterteil (1') an jeweils einer Trägerplatte (42, 43) fest montierbar sind.
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