EP1498991B1

EP1498991B1 - Wasserdichter Druckkontakt-Steckverbinder

Info

Publication number: EP1498991B1
Application number: EP04013498A
Authority: EP
Inventors: Josef Axenböck; Peter Auner
Original assignee: Schaltbau GmbH
Current assignee: Schaltbau GmbH
Priority date: 2003-07-16
Filing date: 2004-06-08
Publication date: 2008-01-02
Anticipated expiration: 2024-06-08
Also published as: US20050037651A1; DE502004005804D1; EP1498991A1; DE10332298B4; DE10332298A1; US7140897B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Kontaktelement für einen insbesondere wasserdichten Druckkontakt-Steckverbinder nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Bevorzugt umfasst ein solcher Druckkontakt-Steckverbinder zwei zusammensteckbaren Steckverbinderteile, von denen zumindestens ein erstes Steckverbinderteil, das in einem nicht zusammengesteckten Zustand wasserdicht ist, ein solches Kontaktelement für bevorzugt mehrere Druckkontaktstifte, die in der Führung des Kontaktelements gegen eine Rückstellkraft axial verschieblich gelagert sind, aufweist
Druckkontakt-Steckverbinder weisen auch unter schwierigen Umgebungsbedingungen eine gute Beständigkeit auf und werden beispielsweise in der Audio- und Nachrichtentechnik bei Polizei und Militär aber auch für medizinische Anwendungen eingesetzt. Die Steckverbinderteile des Druckkontakt-Steckverbinders weisen auch im nicht zusammengesteckten Zustand eine gute Dichtheit gegenüber Wasser und Witterungseinflüssen auf. Bei solchen gattungsgemäßen Steckverbindern richtet sich die Anzahl der Kontakte in den beiden Steckverbinderteilen nach dem jeweiligen Verwendungszweck. In den üblichen Anwendungen sind zumindestens zwei Druckkontaktstifte vorgesehen. Bei den meisten Ausführungen sind nur die Kontakte eines Steckverbinderteils als Druckkontaktstifte ausgeführt, während bei einigen Ausführungen die Kontakte auf beiden Steckverbinderteilen als Druckkontaktstifte ausgebildet sind. Die Kontakte der beiden Steckverbinderteile liegen sich in den jeweiligen Steckflächen der Steckverbinderteile gegenüber. Durch ihre Konstruktion können Druckkontakt-Steckverbinder während des Steckvorgangs keinen Kurzschluss zwischen den Kontakten der Steckverbinderteile erzeugen.
Durch die axial verschieblichen Druckkontaktstifte, die aufgrund der Rückstellkraft bei zusammengesteckten Steckverbinderteilen auf den zugehörigen Kontakt des anderen Steckverbinderteils drücken, wird eine sichere elektrische Verbindung erreicht. Diese Verbindungstechnik hat sich aufgrund ihrer Betriebssicherheit in vielen Anwendungsbereichen durchgesetzt. Durch solche gattungsgemäßen Druckkontakt-Steckverbinder kann in den Steckverbinderteilen auf lange, weit über die Berührungsebene der Gehäusekörper der Steckverbinderteile im zusammengesteckten Zustand hervorragende feste Kontaktstifte verzichtet werden, die im Gebrauch leicht verbiegen oder abbrechen können. Um in einem zusammengesteckten Zustand einen sicheren Kontakt herzustellen, stehen die Druckkontaktstifte im nicht zusammengesteckten Zustand leicht über die Berührungsebene des Steckverbinderteils vor und werden beim Zusammenstecken der beiden Steckverbinderteile durch die Kontakte des anderen Steckverbinderteils gegen die Rückstellkraft in das zugehörige Steckverbinderteil hineingedrückt. Die Druckkontakt-Steckverbinder ermöglichen somit eine hohe Zuverlässigkeit der Kontaktverbindung mit einer guten Schock- und Vibrationsfestigkeit.
Aus der DE 23 08 316 A1 sind mittels Bajonettverschluss lösbar verriegelte elektrische Steckverbinder bekannt, die mit Druckkontakten versehen sind. Die Druckkontakte sind in einer Steckverbinderhälfte gegen die Federkraft einer Schraubenfeder axial verschieblich angeordnet, wobei sich der an einem Ende als Hülse ausgebildete axial bewegliche Teil des Druckkontakts über den mit einem Stift versehenen starren Anschlussteil des Druckkontakts schiebt. Dabei ist der axial bewegliche Teil des Druckkontakts mit einem Dichtungsring versehen, der den Druckkontakt in der axialen Führung abdichtet.
Heutzutage werden üblicherweise Druckkontakt-Steckverbinder eingesetzt, bei denen die Dichtung direkt unterhalb der Kontaktflächen angeordnet ist, um ein Eindringen von Schmutz und Feuchtigkeit in den Bereich des Druckkontaktmechanismus zu vermeiden. Diese Dichtungen sind üblicherweise als Balgdichtung ausgeführt, die konstruktiv mit den Druckkontaktstiften verbunden ist und deren axiale Bewegung mit vollzieht.
Die US 3,080,544 zeigt einen Druckkontakt-Steckverbinder mit Druckkontaktstiften, die sich in einen Führungskörper und durch eine Dichtung erstrecken. Dabei sind die Druckkontaktstifte durch in der Führung aufgenommene Schraubenfedern vorgespannt und in der Führung verschieblich gelagert.
Ein weiterer elektrischer Steckverbinder wird in der DE 35 13 026 A1 beschrieben, bei dem die Steckkontaktstifte der Steckverbinderhälften unter dem Druck einer Feder mit ihren Stirnseiten aneinander anliegen. Auch hier ist die Dichtung im Bereich der Kontaktflächen angeordnet. Beim Zusammenstecken der Steckverbinderhälften wird die zwischen den Steckverbinderhälften befindliche Luft komprimiert. Der sich aufbauende Luftdruck kann zwischen den Steckkontaktstiften und der Dichtung in die Steckverbinderhälfte und darüber an die Umgebung entweichen. Im offenen und zusammengesteckten Zustand dichten zwei einander entgegengerichtete konische Teile des axial beweglichen Steckkontakts, die wechselweise an der Dichtung anliegen, die Steckverbinderhälfte ab.
Bedingt durch diese Konstruktion kann während des Steckvorgangs auch Feuchtigkeit durch die Dichtung hindurch dringen. Im geöffneten Zustand kann sich zwischen dem Kontaktstift und der Dichtung Feuchtigkeit und Dreck sammeln, die beim Zusammenstecken der Steckverbinderhälften durch die Dichtung hindurch in die Steckverbinderhälfte hineingedrückt werden und dort zu einer Beschädigung führen können.
Darüber hinaus beschreibt die EP 1 102 360 A1 einen weiteren Steckverbinder mit Druckkontakten, die in einem Gehäuse angeordnet sind, wobei eine Dichtung die beweglichen Druckkontakte mittels einer umlaufenden Dichtungslippe gegenüber dem Innenbereich des Gehäuses abdichtet.
Dahingegen zeigt die DE 201 19 352 U1 ein Anschlussstück für eine Fluidleitung in deren Steckaufnahme zwei Signalkontakte vorstehen, die fest mit einem Kontaktträger verbunden sind.
Demgegenüber zeigt die EP 1 150 393 A2 einen Steckverbinder mit Gehäuse und Buchse sowie einer dazwischen angeordneten Dichtungsplatte mit zwei Dichtungsringen, wobei jeweils ein Dichtungsring dem Stecker und die Buchse abdichtet und die Dichtungsringe gemeinsam mit der Platte hergestellt sind. Eine weitere mehrpolige Steckverbindung bekannt, bei der sich die Kontaktstifte gegen den Druck einer Druckfeder im Gehäuse des Steckers axial bewegen können, ist aus der DE 35 36 142 A1 .
Wasserdichte Druckkontakt-Steckverbinder weisen neben ihrer Beständigkeit bei rauen Umgebungsbedingungen auch eine gute Zuverlässigkeit des Kontaktsystems bei Erschütterungen, Vibrationen und extremen Temperaturen auf, die sie für viele Einsatzbereiche interessant machen. Leider führt die durch die Funktion bedingte komplizierte Konstruktion zu einer aufwändigen Herstellung und hohen Produktionskosten, wodurch sich die Nutzung solcher Steckverbinder wiederum auf Einsatzbereiche mit hohen Anforderungen an die Zuverlässigkeit reduziert.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, durch eine einfache Konstruktion den Herstellungsaufwand und die Produktionskosten gattungsgemäßer wasserdichter Druckkontakt-Steckverbinder zu verringern.
Diese Aufgabe wird für einen gattungsgemäßen Druckkontakt-Steckverbinder der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Dichtung als Gleitdichtung ausgestaltet ist und die Druckkontaktstifte relativ verschieblich in der Gleitdichtung geführt sind, so dass die Druckkontaktstifte beim Zusammenstecken der Steckverbinderteile abgedichtet an der Gleitdichtung entlanggleiten.
Die Ausbildung der Dichtung als stillstehende Gleitdichtung ermöglicht die Abdichtung des Druckkontaktmechanismus des ersten Steckverbinderteils mit einer einzigen im Wesentlichen flächigen Dichtung. Dabei dichtet die Gleitdichtung den Druckkontaktmechanismus über den gesamten Verschiebeweg der Druckkontaktstifte gegen das Eindringen von Wasser und weiteren Stiften aus der Umgebung ab. Neben der Kostenersparnis für die Dichtung ist durch die Gleitdichtung auch ein geringerer Aufwand bei der Montage der Steckverbinderteile möglich.
Bevorzugt kann die Gleitdichtung zusammen mit zumindest einem Teil des ersten Steckverbinderteils in einem 2-Komponenten-Spritzverfahren hergestellt sein. Dieses Herstellungsverfahren reduziert die Anteile der beim Zusammenbau der Druckkontakt-Steckverbinder benötigten Einzelteile. Das 2-Komponenten-Spritzverfahren führt dazu, dass die Gleitdichtung mit dem gemeinsam hergestellten Teil des ersten Steckverbinderteils verbunden sein kann, wodurch ein Eindringen von Feuchtigkeit zwischen den Gleitdichtung und dem gleichzeitig gespritzten Teil unmöglich gemacht wird.
Zur Verbesserung der Dichtwirkung zwischen den Druckkontaktstiften und der Gleitdichtung kann die Gleitdichtung mindestens einen ringförmig erhöht umlaufenden Steg zur Abdichtung der Druckkontaktstifte aufweisen. Diese Ausbildung der Dichtflächen zwischen Druckkontaktstiften und Gleitdichtung durch einen ringförmig erhöht umlaufenden Steg verringert neben der Reibung auch die wirksame Fläche der Dichtung, jedoch wird der Anpressdruck der Dichtflächen erhöht, was insgesamt zu einer höheren Flächenpressung und damit zu einer Verbesserung der Dichtwirkung führt. Dabei ist es auch möglich, mehrere ringförmig umlaufende Stege nacheinander anzuordnen, so dass sich z.B. eine im Schnitt wellenförmig ausgebildete Lamellendichtung ergibt, die die Funktionssicherheit und nochmals die Dichtwirkung der Gleitdichtung verbessert.
Eine Ausbildung der Erfindung sieht vor, dass die Gleitdichtung aus einem thermoplastischen Elastomer (TPE) hergestellt ist. Thermoplastische Elastomere weisen eine gute Verarbeitbarkeit auf, die sie insbesondere für Spritzverfahren geeignet machen. Auch sind die elastischen Eigenschaften, die Formbeständigkeit und der Abnutzungswiderstand thermoplastischer Elastomere gut, was eine gute, andauernde Dichtwirkung ermöglicht.
Zur Optimierung der Dichtwirkung der Gleitdichtung kann das thermoplastische Elastomer eine Härte von 50 bis 80 Shore A, insbesondere 65 Shore A aufweisen. Diese Ausgestaltung des thermoplastischen Elastomers ermöglicht eine Abstimmung der Eigenschaften des thermoplastischen Elastomers auf die Funktion als Gleitdichtung.
Eine zweckmäßige Ausführungsform sieht vor, dass die Gleitdichtung bis zu einem Überdruck von 1 bar wasserdicht ausgestaltet ist. Hierdurch sind die Steckverbinderteile in einem nicht zusammengesteckten Zustand auch unter Wasser bis Wassertiefen von 10 m wasserdicht. Dabei ist die Dichtwirkung der Gleitdichtung über den gesamten möglichen Betätigungsweg der Druckkontaktstifte gegeben, unabhängig davon, ob der Druckkontakt-Steckverbinder sich im zusammengesteckten oder offenen Zustand oder sich beim Zusammenstecken befindet. Diese Ausgestaltung reicht ebenfalls zum Schutz der Steckverbinderteile gegenüber einfacher Reinigungsmethoden aus.
Vorteilhafterweise kann die Gleitdichtung zu einem Überdruck größer 5 bar, bevorzugt größer 10 bar, wasserdicht ausgestaltet sein. Hierdurch lässt sich zum einen ein Schutz der offenen Steckverbinderteile gegen eine intensive Reinigung mittels Hochdruck und zum anderen bis zu Wassertiefen von über 50 m, bzw. über 100 m, eine Dichtwirkung gegen das Eindringen von Wasser bewirken.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass das erste Steckverbinderteil einen Verbindungsbereich zur Herstellung einer festen elektrischen Verbindungen, aufweist, wobei der Verbindungsbereich eine Ausgleichseinrichtung für den axialen Verschiebeweg der Druckkontaktstifte umfasst. Die Ausgleichseinrichtung kompensiert den axialen Verschiebeweg der Druckkontaktstifte und sichert dadurch die Funktion des Druckkontaktsteckverbinders sowie die Wiederholbarkeit des Zusammensteckvorgangs.
Günstigerweise können die Druckkontaktstifte im Verbindungsbereich mit flexiblen Anschlussleitungen verbunden sein, die in einem Hohlraum, den axialen Verschiebeweg der Druckkontaktstifte ausgleichend, bewegbar sind. Hierdurch wird eine einfache und preiswerte Kompensation des axialen Verschiebewegs der Druckkontaktstifte ermöglicht. Dabei werden die Druckkontaktstifte einschließlich der Verbindung zu den flexiblen Anschlussleitungen axial bewegt.
Um eine einfache Konstruktion der Druckkontakt-Steckverbinder zu ermöglichen, können die Druckkontaktstifte als starre Einheiten ausgebildet sein. Bisher werden Druckkontaktstifte als teleskopierbare Einheiten ausgeführt, wobei zumindest ein axial beweglicher Teil und ein fest im Gehäuse verankertes Teil derart zusammenwirken, dass sich ein als Buchse ausgebildetes Teil und ein als Stift ausgebildetes Teil des Druckkontaktstifts teleskopartig ineinander verschieben. Dabei kann eine für die Zurückstellung der Druckkontaktstifte notwendige Federeinrichtung sich an den ineinander teleskopierbaren Teilen der Druckkontaktstifte abstützen. Insbesondere in Kombination mit einer in dem Verbindungsbereich des ersten Steckverbinderteils angeordneten Ausgleichseinrichtung für den axialen Verschiebeweg ermöglichen die als starre Einheiten ausgebildeten Druckkontaktstifte eine deutlich einfachere Konstruktion der Druckkontakt-Steckverbinder.
Zur weiteren Verringerung der für die Herstellung der Druckkontakt-Steckverbinder notwendigen Bauteile können die Druckkontaktstifte einteilig ausgebildet sein. Hierdurch ist eine schnellere Montage und damit auch geringere Montagekosten möglich.
Eine bevorzugte Ausführung sieht vor, dass die Druckkontaktstifte aus einem elektrisch leitfähigen Material, insbesondere einer Kupfer-Zink-Legierung, hergestellt sind und eine korrosionsbeständige Oberflächenbeschichtung, insbesondere aus Gold, aufweisen. Solche Druckkontaktstifte weisen sehr niedrige Durchgangswiderstände und eine dauerhaft hohe Kontaktzuverlässigkeit auch bei kleinen Spannungen und Strömen auf. Dies ermöglicht auch unter extremen oder korrosiven Umgebungsbedingungen eine hohe Betriebssicherheit.
Eine einfache und kostengünstige konstruktive Lösung für die Bereitstellung der Rückstellkraft kann dadurch ermöglicht werden, dass die Rückstellkraft durch eine Federeinrichtung, insbesondere eine Schraubendruckfeder, aufbringbar ausgestaltet ist.
Ein Vorteil ist es weiter, wenn gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung die Steckverbinderteile Kontaktflächen und Führungseinrichtungen aufweisen, wobei die Führungseinrichtungen so ausgestaltet sind, dass beim Zusammenstecken der Steckverbinderteile jeweils zwei gegenüberliegende Kontaktflächen eine relative Wischbewegung zueinander ausführen. Durch die Führungseinrichtungen wird während des Steckvorganges der Steckverbinderteile ein Kurzschluss zwischen den Kontakten der Steckverbinderteile verhindert. Die relative Wischbewegung zwischen jeweils zwei gegenüberliegenden Kontaktflächen führt durch die Reibung zwischen diesen Flächen zu einer Säuberung der Kontaktflächen, wodurch sich die Kontaktzuverlässigkeit der Steckverbinder erhöht.
Eine Variante sieht vor, dass der Druckkontakt-Steckverbinder einen Bajonettverschluss aufweist. Der Bajonettverschluss ermöglicht auch unter schwierigen Umgebungsbedingungen eine hohe Funktionssicherheit des Verschlussmechanismus, die insbesondere bei militärischen oder Off-shore-Anwendungen gefordert wird.
Eine weitere Ausbildung sieht vor, dass der Druckkontakt-Steckverbinder einen Schraubverschluss aufweist. Steckverbinder mit Schraubverschluss ermöglichen ein sicheres und nachvollziehbar vollständiges Schließen des Verschlusses und werden insbesondere dort, wo es auf die sichere Kontaktverbindung ankommt, z.B. Medizin-, Nachrichten- und Weltraumtechnik, eingesetzt.
Eine Modifikation sieht vor, dass das erste Steckverbinderteil ein Kontaktelement aufweist, das die Gleitdichtung und die Druckkontaktstifte umfasst, und sowohl für Druckkontakt-Steckverbinder mit einem Bajonettverschluss als auch für Druckkontakt-Steckverbinder mit einem Schraubverschluss einsetzbar ausgestaltet ist. Ein solches, den Druckkontaktmechanismus aufweisendes Kontaktelement ermöglicht es, den Verschlussmechanismus unabhängig vom Kontaktelement frei zu wählen. Dabei kann das Kontaktelement als Einsatz ausgebildet sein, das in gleicher Weise in Gehäuse mit unterschiedlichen Verschlussmechanismen eingesetzt werden kann. Eine solche Konstruktion ermöglicht es, für unterschiedliche Baureihen gleiche Bauteile einzusetzen. Die höhere Stückzahl der Einzelbauteile ermöglichen eine Reduzierung der Bauteilkosten.
Weiter bezieht sich die Erfindung auf ein Kontaktelement für einen Druckkontakt-Steckverbinder mit mehreren gegen eine Rückstellkraft axial verschieblich gelagerten Druckkontaktstiften und einer die Druckkontaktstifte bereichsweise umgebende und abdichtende Dichtung, wobei die Dichtung als Gleitdichtung ausgestaltet ist und die Druckkontaktstifte relativ verschieblich in der Gleitdichtung geführt sind, so dass die Druckkontaktstifte bei einem Zusammenstecken des Druckkontaktsteckverbinders abgedichtet an der Gleitdichtung entlanggleiten. Die Gleitdichtung dichtet die im Kontaktelement angeordneten axial verschieblich gelagerten Druckkontaktstifte gegenüber der Umgebung ab, wobei die Druckkontaktstifte relativ verschieblich gegenüber der stillstehenden Gleitdichtung und dem Kontaktelement geführt sind.
Bevorzugt kann das Kontaktelement einen nicht elektrisch leitenden Führungskörper umfassen, der zusammen mit der Gleitdichtung in einem 2-Komponenten-Spritzverfahren hergestellt ist. Die gemeinsame Herstellung des Führungskörpers und der Gleitdichtung verhindert Ausrichtungsprobleme zwischen diesen Elementen und garantiert eine sichere Führung der Druckkontaktstifte in dem Kontaktelement. Dies verbessert zum einen die Dichtwirkung der Gleitdichtung und erhöht zum anderen deren Funktionssicherheit.
Um in einem 2-Komponenten-Spritzverfahren ein kombiniertes Kontaktelement aus Führungskörper und Gleitdichtung kostengünstig zu produzieren, kann der Führungskörper aus einem nicht elektrisch leitenden Thermoplast, insbesondere Polyamid, hergestellt sein.
Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines Kontaktelements für einen Druckkontakt-Steckverbinder, mit einem Führungskörper, mehreren in dem Führungskörper gegen eine Rückstellkraft axial verschieblich gelagerten Druckkontaktstiften und einer die Druckkontaktstifte bereichsweise umgebende und abdichtende Dichtung, wobei der Führungskörper und die als Gleitdichtung ausgebildete Dichtung des Kontaktelements unter Bildung einer gemeinsamen Lochmaske in einem 2-Komponenten-Spritzverfahren hergestellt werden und nachträglich die Druckkontaktstifte in die Lochmaske eingeschoben werden. Die Ausbildung des Führungskörpers und der Dichtung als ein Bauteil mit einer gemeinsamen Lochmaske, ermöglicht bei der Montage eine einfachere Handhabung, wobei auf eine Ausrichtung der Dichtung zum Führungskörper verzichtet werden kann.
Eine zweckmäßige Verfahrensvariante sieht vor, dass das Kontaktelement eine Steckseite und eine Anschlussseite zur Herstellung einer festen elektrischen Verbindung aufweist, und die Druckkontaktstifte von der Anschlussseite des Kontaktelements montiert werden. Hierbei müssen die Druckkontaktstifte nicht als Einsatzelement im Spritzverfahren in das Kontaktelement eingebracht werden, sondern können nachträglich von der Anschlussseite her in den Führungskörper und die mit dem Führungskörper verbundene Dichtung eingeschoben werden. Mit diesem Verfahren kann auf ein kostenintensives Einspritzen der Druckkontaktstifte während des Spritzverfahrens verzichtet werden.
Um die Druckkontaktstifte sicher in dem Kontaktelement zu führen, kann das Kontaktelement auf der Anschlussseite weiter mit einer Abstützplatte versehen werden, in der die Druckkontaktstifte relativ verschiebbar zur Abstützplatte durch die Abstützplatte hindurch geführt werden und wobei die Abstützplatte zur Abstützung einer die Rückstellkraft der Druckkontaktstifte aufbringenden Federeinrichtung dient. Durch das Anbringen der Abstützplatte werden die Druckkontaktstifte schon während der Montage auch im Bereich der Anschlussseite mit nur geringem Spiel in ihrer Position gehalten. Auch erhöht die Führung der Druckkontaktstifte in der Abstützplatte die Funktionssicherheit des Druckkontakt-Steckverbinders. Mit der Abstützung der Federeinrichtung zur Rückstellung der Druckkontaktstifte übernimmt die Abstützplatte neben der Führung der Druckkontaktstifte eine weitere Funktion, wodurch sich die notwendige Anzahl von Bauteilen reduziert.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Abstützplatte, die Druckkontaktstifte und die Federeinrichtung gemeinsam durch eine Montageeinheit von der Rückseite des Kontaktelements montiert werden. Die gleichzeitige Montage der Abstützplatte, der Druckkontaktstifte und der Federeinrichtung von der offenen Rückseite, verringert die notwendigen Montageschritte bei der Herstellung des Kontaktelements für einen Druckkontakt-Steckverbinder.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: eine Schnittansicht eines Druckkontakt-Steckverbinders mit Bajonettverschluss in einem nicht zusammengesteckten Zustand,
Fig. 2: den Druckkontakt-Steckverbinder aus Fig. 1 in einem zusammengesteckten Zustand,
Fig. 3: eine Schnittansicht eines Druckkontakt-Steckverbinder mit Schraubverschluss in einem zusammengesteckten Zustand, und
Fig. 4: die im 2-Komponenten-Spritzverfahren gemeinsam hergestellten Führungskörper und Gleitdichtung eines Kontaktelements in einer Schnittansicht.

Fig. 1 zeigt in schematischer Form einen erfindungsgemäßen Druckkontakt-Steckverbinder aus zwei zusammensteckbaren Steckverbinderteilen 1,2 im nichtzusammengesteckten Zustand. Dabei ist das auf der rechten Seite der Fig. 1 dargestellte erste Steckverbinderteil 1 als Stecker und das auf der linken Seite der Fig. 1 gezeigte Steckverbinderteil 2 als Flanschdose ausgeführt. Diese Steckverbinderteile 1,2 können mittels eines Bajonettverschlusses zusammengesteckt und verriegelt werden.
Das als Stecker ausgebildete erste Steckverbinderteil 1 besteht aus einem in einem Steckergehäuse 3 angeordneten Kontaktelement 4, in dem einteilige, zylinderförmige Druckkontaktstifte 5 gegen die Rückstellkraft von Schraubendruckfedern 6 axial verschieblich angeordnet sind. Das Steckergehäuse 3 weist eine innenliegende, umlaufende Nut 7 auf, in der ein Dichtungsring 8 zur Abdichtung des Innenraums 9 angeordnet ist. Das Kontaktelement 4 ist in einem Verbindungsbereich 10, der zwischen der umlaufenden Nut 7 und der zum zweiten Steckverbinderteil 2 gerichteten Stirnfläche 11 des Steckergehäuses 3 angeordnet ist, mit dem Steckergehäuse 3 verbunden, insbesondere geschraubt oder verklebt. Das Kontaktelement 4 besteht aus einem zylinderförmigen Führungskörper 12, der auf der dem Steckverbinderteil 2 zugewandten Steckseite des Kontaktelements 4 als ringförmig umlaufender Steg ausgebildet ist. Der ringförmig umlaufende Steg des Führungskörpers 12 weist an seiner Außenseite mehrere zunächst axial, dann radial zum Kontaktelement 4 verlaufende Bajonettbahnen 15 auf, die zum Zusammenstecken und zur Verriegelung der Steckverbindteile 1,2 dienen. Zwischen dem ringförmig umlaufenden Steg ist eine scheibenförmige Gleitdichtung 13 positioniert, die an ihrer Seitenfläche und der der Steckseite abgewandten Rückseite mit dem Führungskörper 12 in Kontakt steht. In dem Führungskörper 12 sind koaxial die Druckkontaktstifte 5 angeordnet, wobei die Druckkontaktstifte 5 durch die Gleitdichtung 13 hindurchgeführt sind und jeder Druckkontaktstift 5 einzeln in dem Führungskörper 12 bewegbar ist. Die Druckkontaktstifte 5 ragen auf der Steckseite über die Gleitdichtung 13 hinaus und weisen stirnseitige Kontaktflächen 14 auf. Weiter weisen die Druckkontaktstifte 5 in ihrem Mittelteil ringförmig umlaufende Anschlagschultern 16 auf, die an entsprechenden Anschlagflächen 17 im Führungskörper 12 anliegen und das Herausragen der Druckkontaktstifte 5 begrenzen. Auf der Rückseite der Anschlagschultern 16 sind koaxial um die Druckkontaktstifte 5 herum die Schraubendruckfedern 6 angeordnet. Die bevorzugt aus Nirosta-Federstahl hergestellten Schraubendruckfedern 6 stützen sich auf der der Steckseite abgewandten Kontaktseite des Kontaktelements 4 gegen eine Halteplatte 18 ab, die am Führungskörper 12 befestigt ist. Die Druckkontaktstifte 5 sind durch die Halteplatte 18 in den Innenraum 9 des Steckergehäuses 3 hindurchgeführt und im Innenraum 9 mit Anschlusshülsen 19 versehen. Die Anschlusshülsen 19 sind zum Herstellen eines elektrischen Kontakts mit Anschlusslitzen 20 verbunden, insbesondere durch eine Löt- oder Quetschverbindung. Die Gleitdichtung 13 dichtet an den Druckkontaktstiften 5 den inneren Teil des Kontaktelements 4 mit Führungskörper 12 und Schraubendruckfedern 6 sowie den Innenraum 9 des Steckergehäuses 3 gegenüber den Umgebungseinflüssen ab.
Das als Flanschdose ausgeführte Steckverbinderteil 2 weist mehrere Kontaktstifte 21, die in einem Isolierkörper 22 eingegossen oder eingespritzt sind, vorzugsweise aus Polybuthylenterephthalat (PBT) mit einem 30%-igen Glasfaseranteil, und einem Bajonettring, ebenfalls aus glasfaserverstärkten PBT, auf. Die Kontaktstifte 21 stehen auf der dem Steckverbinderteil 1 zugewandten Steckseite der Flanschdose aus dem Isolierkörper 22 hervor mit stirnseitigen Kontaktflächen 24, die beim Zusammenstecken mit den Kontaktflächen 14 der Druckkontaktstifte 5 des Steckers in Kontakt gebracht werden. Die Kontaktstifte 21 sind im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet, wobei sich im Isolierkörper 22 kleine und große Durchmesser stufenförmig abwechseln, zur Verbesserung der Verankerung der Kontaktstifte 21 im Isolierkörper 22 und zur Sicherstellung der Dichtigkeit zwischen Kontaktstiften 21 und Isolierkörper 22. An der der Steckseite entgegengesetzten Anschlussseite der Flanschdose enden die Kontaktstifte 21 in Anschlusshülsen 25. Der Isolierkörper 22 hat an seinem Außenumfang ein Gewinde 26 sowie einen auf der Steckseite angeordneten nach außen gerichteten Befestigungsflansch 27, wobei der innenliegende Bereich des Isolierkörpers 22 mit den Kontaktstiften 21 gegenüber dem Befestigungsflansch 27 zurückgesetzt ist. Die Flanschdose kann über das Gewinde 26 und den Befestigungsflansch 27 in einer Bohrung oder einem Gehäuse abgedichtet montiert werden. Der Bajonettring 23 ist in den auf der Steckseite als offener Zylinderhohlkörper ausgebildeten Isolierkörper 22 eingesetzt. Der Bajonettring 23 weist mehrere nach innen gerichtete Verschlussstifte 28 auf, die mit den Bajonettbahnen 15 im Führungskörper 12 zum Zusammenstecken und Verriegeln der zwei Steckverbinderteile 1,2 zusammenwirken.
Fig. 2 zeigt die beiden Steckverbinderteile 1,2 aus Fig. 1 in einem zusammengesteckten Zustand. Dabei ist das Kontaktelement 4 des Steckers in den hohlzylinderförmigen Bereich der Flanschdose eingeführt, wobei die Verschlussstifte 28 des Bajonetteinsatzes 23 in die Bajonettbahnen 15 des Führungskörpers 12 eingreifen. Die Kontaktflächen 24 der fest mit dem Isolierkörper 22 verbundenen Kontaktstifte 21 stehen in Kontakt mit der Kontaktfläche 14 der Druckkontaktstifte 5, die gegen die Rückstellkraft der Schraubendruckfedern 6 axial in Richtung des Innenraums 9 des kraft der Schraubendruckfedern 6 axial in Richtung des Innenraums 9 des Gehäuses 3 verschoben sind. Dabei stehen die steckseitigen Enden der Druckkontaktstifte 5 weiterhin aus der Gleitdichtung 13 hervor. Die Anschlagschultern 16 der Druckkontaktstifte 5 haben sich von den im Führungskörper 12 ausgebildeten Anschlagflächen 17 durch das Zusammenstecken der beiden Steckverbinderteile 1,2 abgehoben.
Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Druckkontakt-Steckverbinders im zusammengesteckten Zustand, wobei bei dieser Ausführung die Verbindung durch einen Schraubverschluss realisiert ist. Das erste als Stecker ausgebildete Steckverbinderteil 1 weist ein beweglich auf dem Steckergehäuse 3 angeordneten Verriegelungsring 31 auf, der radial um das Steckergehäuse 3 und das Kontaktelement 4 drehbar ist, jedoch sich nicht in axialer Richtung verschieben lässt. Der Verriegelungsring 31 überdeckt dabei den gesamten axial aus dem Steckergehäuse 3 hervorstehenden Teil des Kontaktelements 4, wobei dieser Teil des Verriegelungsrings 31 mit einem Außengewindeabschnitt 32 versehen ist. Der Außengewindeabschnitt 32 greift zum Zusammenstecken und Verriegelung der Steckverbinderteile 1,2 in ein Innengewinde 33 ein, das auf der Innenseite des als Hohlzylinder ausgebildeten Teils des Isolierkörpers 22 ausgebildet ist. Bei dieser Ausführung ist das als Flanschdose ausgeführte Steckverbinderteil 2 bis auf das Innengewinde 33 baugleich mit dem in Fig. 2 gezeigten Steckverbinderteil 2 mit Bajonetteinsatz 23.
Fig. 4 zeigt den Führungskörper 12 des Kontaktelements 4 zusammen mit der zwischen dem ringförmigen Teil des Führungskörpers 12 angeordneten Gleitdichtung 13. Die Gleitdichtung 13 und der Führungskörper 12 weisen Führungen 34 zur Aufnahme der Druckkontaktstifte 5 auf, wobei die Teile der Führungen 34 im Führungskörper 12 mit den Teilen der Führungen 34 in der Gleitdichtung 13 axial miteinander fluchten. Im Führungskörper 12 gehen die Führungen 34 in eine zylinderförmige Öffnung 35 über, die einen größeren Druckmesser als die Führungen 34 aufweisen und sich bis zur Kontaktseite erstrecken. Durch den Übergang der Führung 34 in die Öffnung 35 bilden sich Anschlagflächen 17 an denen die ringförmig umlaufenden Anschlagschultern 16 der Druckkontaktstifte 5 im geöffneten Zustand anliegen. Der Durchmesser der Öffnung 35 ist dabei so gewählt, dass er geeignet ist, die Anschlagschulter 16 und die Schraubendruckfedern 6 aufzunehmen.
Beim Zusammenstecken von zwei Steckverbinderteilen 1, 2 mit Schraubverschluss wird der Außengewindeabschnitt 32 des Verriegelungsrings 31 in das Innengewinde 33 des Isolierkörpers 22 eingeschraubt, so dass die beiden Steckverbinderteile 1, 2 sich in axialer Richtung aufeinander zu bewegen. Dabei kommen die Kontaktflächen 24 der Kontaktstifte 21 der Flanschdose mit den Kontaktflächen 14 der Druckkontaktstifte 5 des Steckers in Kontakt bevor die axiale Bewegung der beiden Steckverbinderteile 1, 2 aufeinander zu beendet ist, z.B. durch das Anstoßen der Stirnfläche des Führungskörpers 12 gegen den Isolierkörper 22. Die Druckkontaktstifte 5 beginnen nach der Berührung der Kontaktflächen 14, 24 sich axial in Richtung des Innenraums 9 des Steckergehäuses 3 zu verschieben. Dabei wirkt die Federkraft der Schraubendruckfedern 6, die sich an der Halteplatte 18 abstützen, über die Anschlagschulter 16 der Druckkontaktstifte 5 der axialen Bewegung in Richtung des Innenraums 9 entgegen. Beim weiteren Zusammenstecken der beiden Steckverbinderteile 1, 2 hebt sich infolge der axialen Bewegung die Anschlagschulter 16 von den Anschlagflächen 17 ab. Auch nach dem Erreichen einer Endstellung sind die Anschlagschultern 16 im zusammengesteckten Zustand weiter von den Anschlagflächen 17 abgehoben, wodurch die stirnseitigen Kontaktflächen 14 der Druckkontaktstifte 5 durch die Rückstellkraft der Schraubendruckfedern 6 auf die Kontaktflächen 24 der Kontaktstifte 21 gedrückt werden. Um einen sicheren Kontakt zwischen den Kontaktflächen 14, 24 zu gewähren ist ein minimaler Gleitweg der Druckkontaktstifte 5 in der Gleitdichtung 13 von 1 mm notwendig.
Bei einem Zusammenstecken zweier Steckverbinderteile 1, 2 mit einem Bajonettverschluss verläuft die Zusammensteckbewegung analog zu Druckkontaktsteckverbindem mit Schraubverschluss. Beim Erreichen der Endstellung werden die Steckverbinderteile 1, 2 zwischen 5° und 230° zueinander in radialer Richtung verdreht, wodurch sich die Verschlussstifte 28 des Bajonettrings 23 in den Bajonettbahnen 15 des Führungskörpers 12 in eine Arretierstellung bewegen. Bei dieser Drehbewegung entsteht zwischen den unter Druck aufeinander liegenden Kontaktflächen 14, 24 eine Reibbewegung, die die Kontaktflächen 14, 24 säubert und damit auch bei kleinen Spannungen und Strömen einen guten Kontakt zwischen den Kontaktflächen 14, 24 sicherstellt. Eine solche relative Wischbewegung zwischen den Kontaktflächen 14, 24 ist in gleicher Weise bei einer Schraubverbindung realisierbar.
Die in Fig. 4 dargestellten Führungskörper 12 und Gleitdichtung 13 werden gemeinsam in einem Zwei-Komponenten-Spritzverfahren hergestellt. Dazu wird in einer variablen Spritzform zunächst der Führungskörper 12 aus einem elektrisch isolierenden Material gespritzt, insbesondere aus Polyamid, z.B. PA6. In einem zweiten Schritt wird die Spritzform verändert, so dass sich auf der Steckseite des Führungskörpers 12 ein Hohlraum für die Gleitdichtung 13 ergibt. Im dritten Schritt wird in diesen Hohlraum ein thermoplastisches Elastomer (TPE) eingespritzt. Dabei haftet sich das TPE fest an den Kontaktflächen zum Führungskörper 12 an. So entsteht ein einzelnes Bauteil aus Führungskörper 12 und Gleitdichtung 13, das aus zwei Materialien besteht, aber eine gemeinsame Lochmaske zur Aufnahme der Druckkontaktstifte 5 aufweist. Die Gleitdichtung 13 kann dabei in der Führung 34 für die Druckkontaktstifte 5 Dichtlippen aufweisen, die die Dichtwirkung zu den Druckkontaktstiften 5 verbessert, wobei die Dichtlippen bereits beim Spritzen der Gleitdichtung 13 durch eine entsprechende Ausgestaltung der Spritzform entstehen. Ferner kann die Gleitdichtung 13 in der Führung 34 mit einer Überpressung zu den Druckkontaktstiften 5 versehen sein, wobei die Überpressung einen ca. 10 % kleineren Druckmesser als die Druckkontaktstifte 5 aufweist. Die Gleitdichtung 13 ist im Vergleich zu Dichtungen mit sich nicht relativ zueinander bewegenden Dichtflächen verschleißempfindlicher, weshalb der Gleitweg der Druckkontaktstifte 5 in der Gleitdichtung 13 möglichst gering gewählt werden sollte, wobei aber der minimale Gleitweg für eine sichere Kontaktübergabe eingehalten werden muss. Die Dichtwirkung der Gleitdichtung 13 ist auch für Anwendungen, die nur eine geringe Anzahl oder ein einmaliges Zusammenstecken der Steckverbinderteile 1, 2 erfordern, auf mindestens 50 Steckzyklen auszulegen.

Claims

Kontaktelement (4), für einen Druckkontaktsteckverbinder, mit einem Führungskörper (12), einer Gleitdichtung (13), einer Führung (34), die sich durch den Führungskörper (12) und die Gleitdichtung (13) erstreckt und einem in der Führung (34) aufgenommen Druckkontaktstift (5), wobei der Druckkontaktstift (5) in der Führung verschieblich gelagert ist, der Bereich der Führung (34) im Führungskörper (12) und der Bereich der Führung (34) in der Gleitdichtung (13) axial miteinander fluchten sowie mit einer Öffnung (35) zur Aufnahme einer Federeinrichtung, die einen größeren Durchmesser als die Führung (34) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass der Druckkontaktstift (5) in der Führung (34) axial verschieblich gelagert ist und der Führungskörper (12) und die Gleitdichtung (13) als ein einzelnes Bauteil ausgebildet sind, wobei der Führungskörper (12) aus einem ersten Material und die Gleitdichtung (13) aus einem zweiten Material besteht und Führungskörper (12) und Gleitdichtung (13) gemeinsam in einem 2-Komponenten-Spritzverfahren hergestellt sind.
Kontaktelement (4) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitdichtung (13) mindestens einen ringförmig erhöht umlaufenden Steg zur Abdichtung der Druckkontaktstifte (5) aufweist.
Kontaktelement (4) nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitdichtung (13) aus einem thermoplastischen Elastomer (TPE) hergestellt ist.
Kontaktelement (4) nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastische Elastomer eine Härte von 50 bis 80 Shore A aufweist.
Kontaktelement (4) nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastische Elastomer eine Härte von 65 Shore A aufweist.
Kontaktelement (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass der Führungskörper (12) aus einem nicht elektrisch leitenden Thermoplast, insbesondere Polyamid hergestellt ist.
Kontaktelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (4) sowohl für Druckkontakt-Steckverbinder mit einem Bajonettverschluss als auch für Druckkontakt-Steckverbinder mit einem Schraubverschluss einsetzbar ausgestaltet ist.
Druckkontakt-Steckverbinder mit zwei zusammensteckbaren Steckverbinderteilen (1,2), von denen zumindest ein erstes Steckverbinderteil (1), das in einem nicht zusammengesteckten Zustand wasserdicht ist, ein Kontaktelement (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und mehrere Druckkontaktstifte (5), die in der Führung (34) des Kontaktelements (4) gegen die Rückstellkraft einer in der Öffnung (35) des Kontaktelements (4) aufgenommene Federeinrichtung axial verschieblich gelagert sind, aufweist, wobei die Druckkontaktstifte (5) in der sie zumindest bereichsweise umgebende und abdichtende Gleitdichtung (13) relativ verschieblich geführt sind.
Druckkontakt-Steckverbinder nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass das erste Steckverbinderteil (1) ein Verbindungsbereich, zur Herstellung einer festen elektrischen Verbindung, aufweist, wobei der Verbindungsbereich eine Ausgleichseinrichtung für den axialen Verschiebeweg der Druckkontaktstifte (5) umfasst.
Druckkontakt-Steckverbinder nach Anspruch 9
dadurch gekennzeichnet, dass die Druckkontaktstifte (5) im Verbindungsbereich mit flexiblen Anschlussleitungen (20) verbunden sind, die in einem Hohlraum (9), den axialen Verschiebeweg der Druckkontaktstifte (5) ausgleichend, bewegbar sind.
Druckkontakt-Steckverbinder nach einem der Ansprüche 8 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass die Druckkontaktstifte (5) als starre Einheit ausgebildet sind.
Druckkontakt-Steckverbinder nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckkontaktstifte (5) einteilig ausgebildet sind.
Druckkontakt-Steckverbinder nach einem der Ansprüche 8 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, dass die Druckkontaktstifte (5) aus einem elektrisch leitfähigen Material, insbesondere einer Kupfer-Zink-Legierung, hergestellt sind und eine korrosionsbeständige Oberflächenbeschichtung, insbesondere aus Gold, aufweisen.
Druckkontakt-Steckverbinder nach einem der Ansprüche 8 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellkraft durch eine Schraubendruckfeder (6) aufbringbar ausgestaltet ist.
Druckkontakt-Steckverbinder nach einem der Ansprüche 8 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, dass der Druckkontakt-Steckverbinder einen Bajonettverschluss aufweist.
Druckkontakt-Steckverbinder nach einem der Ansprüche 8 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, dass der Druckkontakt-Steckverbinder einen Schraubverschluss aufweist.