EP2580815B1 - Elektrisches steckverbindungselement - Google Patents

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EP2580815B1
EP2580815B1 EP11724128.1A EP11724128A EP2580815B1 EP 2580815 B1 EP2580815 B1 EP 2580815B1 EP 11724128 A EP11724128 A EP 11724128A EP 2580815 B1 EP2580815 B1 EP 2580815B1
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EP
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plug connector
contact
connector element
tensioning
additional
Prior art date
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Erich Frank
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3M Innovative Properties Co
Original Assignee
3M Innovative Properties Co
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Publication date
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    • H01R13/18—Pins, blades or sockets having separate spring member for producing or increasing contact pressure with the spring member surrounding the socket
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    • H01R4/00—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation
    • H01R4/28—Clamped connections, spring connections
    • H01R4/30—Clamped connections, spring connections utilising a screw or nut clamping member
    • H01R4/36—Conductive members located under tip of screw

Definitions

  • the invention relates to a connector assembly, comprising an electrical connector element with a resiliently deformable contact member, by means of which the connector element is electrically connectable in a mating with an associated further connector element of the connector assembly.
  • Such connector elements are for example from the DE 10 2007 042 194 A1 known.
  • the contact member When mating the connector element with an associated further connector element, the contact member must optionally be bent against the action of a foreign spring, whereby an increased insertion force is required when mating. For many applications, this is not detrimental or even desirable because it signals the operator when mating that now the contact member is in contact-bearing system.
  • the EP 1 191 637 A1 shows a connector with a pin-like projection on a plug part, which is inserted into a socket of a female part.
  • the pin-like projection has a groove formed substantially transversely to its longitudinal extent.
  • the bushing has a latching means which projects at least partially into the interior of the bushing essentially transversely to its longitudinal direction. In the connected state of the plug part with the socket part, the latching means engages in the groove.
  • the DE 17 90 315 B1 shows an electrical connection terminal, in which a socket has two mutually bent to the contact legs, between which a force acting on the two legs torsion spring is arranged.
  • the US 2003/109181 A1 shows a connector assembly with a socket-shaped connector element whose contact spring is deflected by the manual displacement of a sliding sleeve, thereby clearing the way for a force-free insertion of a plug-shaped connector element. After mating the sliding sleeve is pushed back, whereby the contact spring can be brought into contact-bearing contact with the plug-shaped connector element.
  • the invention is based on the object To provide a connector assembly having further improved performance characteristics.
  • the required when mating the connector element with another connector element insertion force to be reduced and still be ensured a permanently reliable electrical connection.
  • the plug connection element has a tensioning element, by means of which the contact element and / or a foreign spring supporting the contact element in the contact is provided in such a way is elastically deformable, in particular in the initial state of the connector element is deformed before mating that the force required during mating of the connector element with the further connector element against the amount of force that is required without the clamping element is reduced. In any case, this reduced force is valid for a phase of joining together, in particular at the beginning of the joining together.
  • the effect of the tensioning element is automatically canceled and forcibly controlled by the mating.
  • the contact element with the intended contact force which is determined by the inherent resilience of the contact member, optionally in total with a force applied by a foreign spring force, can be brought into electrically connecting contact with the further connector element.
  • the insertion force required for mating the plug connection element with the further plug connection element is reduced, in particular at the beginning of the mating connection.
  • the full contact force is provided in fully assembled state.
  • a gap is present through the effective at the beginning of the mating clamping element between the contact member and the contact-making surface of the further connector element, which can be closed by canceling the action of the clamping element.
  • the gap may, for example, be less than 0.2 mm, in particular less than 0.05 mm and preferably less than 0.03 mm.
  • the clamping element when mating in the connector element is displaceable, in particular slidable in the insertion direction.
  • the displacement can occur only when the clamping element comes in preferably form-fitting contact with a provided for the other connector element for this purpose contact surface, and thereby the clamping element is displaceable in the insertion direction during further mating.
  • the fixing element during mating of the connector element with the other connector element is resiliently deformable.
  • the fixing element may be resiliently deflectable when plugged together.
  • the fixing element can engage in a recess provided for this purpose on the further plug connection element.
  • the recess can be designed such that a release of the fixation is possible only with a very high force and / or with a tool.
  • the latching recess may also have a self-locking flank which prevents non-destructive release of the mated condition.
  • the clamping element and the fixing element are arranged in such a manner in the plug connection element and / or the further plug connection element, that the tensioning element during Plugging together is effective until the fixing element has experienced more than 60%, in particular more than 80% and preferably more than 95% of its maximum deformation.
  • the tensioning element during Plugging together is effective until the fixing element has experienced more than 60%, in particular more than 80% and preferably more than 95% of its maximum deformation.
  • the plug connection element and / or the further plug connection element has a base body which has an opening for receiving a conductor, which is electrically and mechanically connectable to the base body by means of a clamping screw.
  • the main body may also have a plurality of openings for screwing a plurality of clamping screws.
  • the base body of the plug connection element and / or the further plug connection element is cylindrical and / or on the surface without sharp edges, so that an overlying, radially elastically expandable Muffenisolier emotions is protected from damage. In a Au enclosuresart the outer diameter of the body must therefore not exceed a certain level, for example, 37 mm.
  • the Fig. 1 shows a side view of an embodiment of a connector assembly with an electrical connector element 1 in the fully mated condition with another connector element 2.
  • Die Fig. 2 shows a plan view of the arrangement of Fig. 1
  • the Fig. 3 shows a section III-III through the arrangement of Fig. 2 ,
  • the longitudinal axis 4 of the electrical connector element 1 coincides in the assembled state with the longitudinal axis 6 of the further connector element 2.
  • the plugging direction is parallel to the longitudinal axis. 4
  • the main body 10 preferably integrally forms a contact member 16, which in the exemplary embodiment has contact tongues 18 arranged around the longitudinal axis 4, which are resiliently deflectable in the radial direction.
  • the contact member 16 forms a basket contact, which has a total of six contact tongues 18 in the embodiment, which can be arranged equidistantly in the circumferential direction.
  • the connector element 1 has a foreign spring 20th auf, which wraps around the contact tongues 18 near its free axial end in the embodiment as a wrap spring and biases in the direction radially inward.
  • the contact tongues 18 are held in contact-bearing contact with a contact-making surface 22 of a contact pin 24 of the further plug connection element 2.
  • the main body 30 preferably forms the contact pin 24 in one piece.
  • the fully assembled state is secured and can - if at all - be repealed only by an excessively high tensile force on the connector elements 1, 2.
  • the Fig. 7 shows the course of the force F in Newton over the distance s in mm when mating the two connector elements 1, 2.
  • the range s ⁇ 0 corresponds to the phase of the mating, until the conical end surface of the contact pin 24 comes into contact with the fixing element 26.
  • the fixing element is spread by the mating, until the shoulder 42 comes into abutment against the clamping element 40.
  • the diagram shows that during mating, the phase in which the fixing element is spread (0 ⁇ s ⁇ approx. 3 mm) and the phase in which the clamping element is displaced (approx. 3.5 mm ⁇ s ⁇ approx 6.5 mm), and / or the phase in which the contact tongues 18 are in contact with the contacting surface 22 (about 7 mm ⁇ s ⁇ about 9 mm), are clearly separated from each other, so that the in The plug-in forces required for the respective phases do not add up, but only have to be applied one after the other when plugged together.

Landscapes

  • Details Of Connecting Devices For Male And Female Coupling (AREA)
  • Connector Housings Or Holding Contact Members (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Steckverbindungsanordnung, aufweisend ein elektrisches Steckverbindungselement mit einem federelastisch verformbaren Kontaktorgan, mittels dem das Steckverbindungselement bei einem Zusammenstecken mit einem zugehörigen weiteren Steckverbindungselement der Steckverbindungsanordnung elektrisch verbindbar ist.
  • Derartige Steckverbindungselemente sind beispielsweise aus der DE 10 2007 042 194 A1 bekannt. Beim Zusammenstecken des Steckverbinderelements mit einem zugehörigen weiteren Steckverbinderelement muss das Kontaktorgan gegebenenfalls auch gegen die Wirkung einer Fremdfeder aufgebogen werden, wodurch beim Zusammenstecken eine erhöhte Steckkraft erforderlich ist. Für viele Anwendungsfälle ist dies nicht nachteilig oder sogar wünschenswert, weil dadurch der Bedienperson beim Zusammenstecken signalisiert wird, dass nun das Kontaktorgan in kontaktgebender Anlage ist.
  • In Anwendungsfällen, in denen die beim Zusammenstecken aufbringbare Kraft begrenzt ist, beispielsweise weil das Steckverbindungselement an einer schwer zugänglichen Stelle angeordnet ist, muss ein Kompromiss zwischen der aufzubringenden Steckkraft und der im zusammengesteckten Zustand wirksamen Kontaktkraft eingegangen werden.
  • Aus der DE 10 2005 043 694 A1 ist ein elektrischer Steckverbinder mit vorgespannten Kontaktlamellen bekannt, welche sich von einem Grundkörper entgegen der Einsteckrichtung eine Kontaktpins erstrecken. Der Steckverbinder weist außerdem ein elastisches Spreizelement auf, das sich im Ausgangszustand gegen eine Verschiebung in Einsteckrichtung des Kontaktpins durch mindestens eine Rastung abstützt und die Kontaktlamellen in einer elastisch gespannten geöffneten Stellung hält, wobei die mindestens eine Rastung durch Einführen des Kontaktpins über den Punkt der Berührung mit dem Spreizelement hinaus lösbar ist.
    Das Spreizelement ist im Wesentlichen eine federnd verformbare Platte, die in zugehörigen Rasten an den Innenflächen der Kontaktlamellen verankert ist.
  • Die US 4,591,222 und US 6,257,911 zeigen elektrische Steckverbinder mit einer reduzierten Einsteckkraft.
  • Die DE 10 2006 009 074 A1 zeigt einen elektrischen Steckverbinder mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1, insbesondere mit einer vorgespannten Kontaktlamelle, deren freies Ende in Einführrichtung des Kontaktpins gerichtet ist, und mit einem an einem Steckverbindergehäuse schwenkbar gelagerten Haltearm, der im einführbereiten Ausgangszustand des Steckverbinders sowohl mit seinem freien Ende in die Steckaufnahme hineinragt als auch die in die Steckaufnahme hinein vorgespannte Kontaktlamelle zurückhält.
  • Die EP 1 191 637 A1 zeigt einen Steckverbinder mit einem stiftartigen Vorsprung an einem Steckerteil, der in eine Buchse eines Buchsenteils einsteckbar ist. Der stiftartige Vorsprung weist eine im wesentlichen quer zu seiner Längsausdehnung ausgebildete Nut auf. Die Buchse weist ein im wesentlichen quer zu ihrer Längsrichtung in den Buchseninnenraum wenigstens teilweise hineinstehendes Rastmittel auf. Im verbundenen Zustand des Steckerteils mit dem Buchsenteil greift das Rastmittel in die Nut ein.
  • Die DE 10 2008 007 866 A1 zeigt einen sogenannten Bananenstecker, an dem mittels einer Klemmschraube ein Anschlusskabel anschließbar ist.
  • Die US 4,655,526 zeigt eine Steckverbindungsanordnung mit einem in einem ersten Steckverbindungselement angeordneten und durch eine Feder vorgespannten Spreizelement, das die Kontaktarme des ersten Steckverbindungselements spreizt, um dadurch die zum Einstecken eines zweiten Steckverbindungselements erforderliche Kraft zu reduzieren.
    Beim Zusammenstecken kommt ein Kontaktstift des zweiten Steckverbindungselements mit seinem vorderen Ende in Anlage an das ihm zugewandte flächige Ende des Spreizelements und verschiebt das Spreizelement beim weiteren Zusammenstecken gegen die Federkraft derart, dass die Wirkung des Spreizelements aufhebbar ist. Beim Lösen der Steckverbindung wird das Spreizelement aufgrund der Federkraft wieder in seine spreizende Ausgangsstellung verschoben.
  • Die DE 17 90 315 B1 zeigt eine elektrische Verbindungsklemme, bei der eine Steckbuchse zwei aufeinander zu gebogene Kontaktschenkel aufweist, zwischen denen eine auf die beiden Schenkel wirkende Torsionsfeder angeordnet ist. Beim Einstecken des Steckerelements kommt dessen Kontaktstift mit seinem vorderen Ende in Anlage an die Torsionsfeder und verschiebt diese beim weiteren Zusammenstecken in die Buchse hinein. Dadurch werden die Kontaktschenkel in federkraftbelastete Anlage an den Kontaktstift gebracht.
  • Die US 2003/109181 A1 zeigt eine Steckverbindungsanordnung mit einem buchsenförmigen Steckverbindungselement, dessen Kontaktfeder durch das manuelle Verschieben einer Schiebehülse auslenkbar ist, um dadurch den Weg für ein kräftefreies Einstecken eines steckerförmigen Steckverbindungselements freizugeben. Nach dem Zusammenstecken wird die Schiebehülse zurück geschoben, wodurch die Kontaktfeder in kontaktgebende Anlage an das steckerförmige Steckverbindungselement bringbar ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
    Steckverbindungsanordnung bereitzustellen, die weiter verbesserte Gebrauchseigenschaften aufweist. In einer Ausführungsart soll die beim Zusammenstecken des Steckverbindungselements mit einem weiteren Steckverbindungselement erforderliche Steckkraft reduziert sein und dennoch eine dauerhaft zuverlässige elektrische Verbindung gewährleistet sein.
  • Diese Aufgabe ist durch die im Anspruch 1 bestimmte Steckverbindungsanordnung gelöst. Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind in den Unteransprüchen bestimmt.
  • In einer Ausführungsart weist das Steckverbindungselement ein Spannelement auf, mittels dem das Kontaktorgan und/oder eine das Kontaktorgan bei der Kontaktgabe unterstützende Fremdfeder derart federelastisch verformbar ist, insbesondere im Ausgangszustand des Steckverbindungselements vor dem Zusammenstecken verformt ist, dass die beim Zusammenstecken des Steckverbindungselements mit dem weiteren Steckverbindungselement erforderliche Kraft gegenüber dem Betrag der Kraft, die ohne das Spannelement erforderlich ist, reduziert ist. Diese reduzierte Kraft gilt jedenfalls für eine Phase des Zusammensteckens, insbesondere zu Beginn des Zusammensteckens. Beim weiteren Zusammenstecken, insbesondere im Verlauf des vollständigen Zusammensteckens, ist die Wirkung des Spannelements automatisch und durch das Zusammenstecken zwangsgesteuert aufhebbar. Dadurch ist das Kontaktelement mit der vorgesehenen Kontaktkraft, die durch die Eigenfederung des Kontaktorgans bestimmt ist, gegebenenfalls in Summe mit einer von einer Fremdfeder aufgebrachten Kraft, in elektrisch verbindende Anlage an das weitere Steckverbindungselement bringbar.
  • Dadurch ist die zum Zusammenstecken des Steckverbindungselements mit dem weiteren Steckverbindungselement erforderliche Steckkraft insbesondere zu Beginn des Zusammensteckens reduziert. Gleichzeitig wird im vollständig zusammensteckten Zustand die volle Kontaktkraft bereitgestellt. Dies hat den Vorteil, dass jedenfalls zu Beginn des Zusammensteckens die Steckkraft reduziert ist, und erst nach Erreichen einer Zwischenposition, in welcher die beiden zusammensteckbaren Steckverbindungselemente bereits eine Führung beim weiteren Zusammenstecken erfahren, ist eine höhere Steckkraft erforderlich. Dabei kann auch bereits zu Beginn des Zusammensteckens das Kontaktorgan in Anlage, gegebenenfalls auch in elektrisch kontaktgebender Anlage, an dem zugehörigen weiteren Steckverbindungselement sein, allerdings ist die Anlagekraft aufgrund der Wirksamkeit des Spannelements reduziert.
  • In einer Ausführungsart ist durch das zu Beginn des Zusammensteckens wirksame Spannelement zwischen dem Kontaktorgan und der kontaktgebenden Oberfläche des weiteren Steckverbindungselements ein Spalt vorhanden, der durch das Aufheben der Wirkung des Spannelements schließbar ist. Der Spalt kann beispielsweise weniger als 0,2 mm betragen, insbesondere weniger als 0,05 mm und vorzugsweise weniger als 0,03 mm. Dadurch ist auch bereits zu Beginn des Zusammensteckens eine Führung zwischen den beiden Steckverbindungselementen gewährleistet, ohne dass die Steckkraft durch eine Anlage des Kontaktorgans an der kontaktgebenden Oberfläche erhöht ist.
  • In einer Ausführungsart ist das Spannelement beim Zusammenstecken in dem Steckverbindungselement verschiebbar, insbesondere in Steckrichtung verschiebbar. Das Verschieben kann dabei erst eintreten, wenn das Spannelement in vorzugsweise formschlüssige Anlage an eine bei dem weiteren Steckverbindungselement hierfür vorgesehene Anlagefläche kommt, und dadurch beim weiteren Zusammenstecken das Spannelement in Steckrichtung verschiebbar ist.
  • In einer Ausführungsart ist zwischen einem Grundkörper des Steckverbindungselements und dem Spannelement ein die Reibkraft reduzierendes Gleitmittel aufgebracht. Beispielsweise kann das Spannelement und/oder der Grundkörper an seiner entsprechenden Oberfläche eine die Reibungskraft reduzierende Beschichtung aufweisen und/oder das Spannelement kann geölt oder gefettet sein. Alternativ oder ergänzend kann das Spannelement, das im zusammengesteckten Zustand keine mechanische oder elektrisch leitende Funktion hat, aus einem Werkstoff hergestellt sein, der in Abstimmung auf den Werkstoff des Grundkörpers einen geringen Reibungskoeffizienten aufweist.
  • Durch den Spalt können die beiden Steckverbindungselemente jedenfalls zu Beginn des Zusammensteckens kraftlos oder sogar kraftfrei ineinander gesteckt werden, bis das weitere Steckverbindungselement in Anlage an das Spannelement kommt und dieses beim weiteren Zusammenstecken verschiebt, bis die Wirkung des Spannelements aufgehoben ist.
  • In einer Ausführungsart ist das Spannelement derart in dem Steckverbindungselement angeordnet, dass erst nach Erreichen von mehr als 40 % der Überdeckung der einander zugeordneten Kontaktflächen des Steckverbindungselements einerseits und des weiteren Steckverbindungselements andererseits, insbesondere erst nach Erreichen von mehr als 55 % der Überdeckung und vorzugsweise erst nach Erreichen von mehr als 65 % der Überdeckung, die Wirkung des Spannelements durch das weitere Zusammenstecken aufhebbar ist. Somit muss lediglich für den Rest der Wegstrecke des Zusammensteckens eine erhöhte Steckkraft aufgebracht werden. Dadurch ist auch der Abrieb auf der Oberfläche des Kontaktorgans und/oder der zugeordneten Kontaktfläche des weiteren Steckverbindungselements reduziert.
  • In einer Ausführungsart ist das Steckverbindungselement ein Buchsenelement. Das Spannelement kann als Spreizring ausgeführt sein, mittels dem das Kontaktorgan und/oder eine Fremdfeder auf ein Maß spreizbar ist, durch das die zum Zusammenstecken des Buchsenelements mit einem Steckerelement erforderliche Kraft reduziert ist. Beispielsweise kann die lichte Weite des Kontaktorgans des Buchsenelements unter der Wirkung des Spannelements größer sein als der Außendurchmesser eines Kontaktstiftes des Steckerelements.
  • In einer Ausführungsart kann das Steckverbindungselement ein Steckerelement sein, und das Spannelement kann den Außendurchmesser des Kontaktorgans reduzieren, beispielsweise durch einen Spannring, der beim Zusammenstecken abstreifbar ist und dadurch dessen Wirkung auf das Kontaktorgan aufhebbar ist.
  • In einer Ausführungsart weist das Steckverbindungselement und/oder das weitere Steckverbindungselement ein Fixierelement auf, mit dem der vollständig zusammengesteckte Zustand von Steckverbindungselement und weiterem Steckverbindungselement fixierbar ist. Dadurch ist auch beim Auftreten von weiteren Druck- und insbesondere Zugkräften gewährleistet, dass der zusammengesteckte Zustand und damit die elektrische Verbindung aufrechterhalten wird.
  • In einer Ausführungsart ist das Fixierelement beim Zusammenstecken des Steckverbindungselements mit dem weiteren Steckverbindungselement federelastisch verformbar. Beispielsweise kann das Fixierelement beim Zusammenstecken federelastisch auslenkbar sein. Nach Erreichen der zusammengesteckten Position kann das Fixierelement in eine dafür vorgesehene Rastausnehmung an dem weiteren Steckverbindungselement einrasten. Die Ausnehmung kann dabei derart ausgestaltet sein, dass ein Lösen der Fixierung nur mit einem sehr hohen Kraftaufwand und/oder mit einem Werkzeug möglich ist. In einer Ausführungsart kann die Rastausnehmung auch eine selbstsperrende Flanke aufweisen, die ein zerstörungsfreies Lösen des zusammengesteckten Zustands verhindert.
  • In einer Ausführungsart sind das Spannelement und das Fixierelement derart in dem Steckverbindungselement und/oder dem weiteren Steckverbindungselement angeordnet, dass das Spannelement beim Zusammenstecken so lange wirksam ist, bis das Fixierelement mehr als 60 %, insbesondere mehr als 80 % und vorzugsweise mehr als 95 % seiner maximalen Verformung erfahren hat. Dadurch kann in einer ersten Phase des Zusammensteckens lediglich das Fixierelement verformt werden, was mit einer vergleichsweise geringen Steckkraft möglich ist. Erst wenn das Fixierelement weitgehend oder auch vollständig seinen maximal verformte Zustand eingenommen hat, kann in einer zweiten Phase des Zusammensteckens das Spannelement verschoben werden und/oder die Wirkung des Spannelements aufgehoben werden. Dadurch wird verhindert, dass sich beim Zusammenstecken die Kräfte zum Verformen des Fixierelements einerseits und zum Verschieben des Spannelements andererseits addieren.
  • In einer Ausführungsart weist das Steckverbindungselement und/oder das weitere Steckverbindungselement einen Grundkörper auf, der eine Öffnung zur Aufnahme eines Leiters aufweist, der mittels einer Klemmschraube elektrisch und mechanisch mit dem Grundkörper verbindbar ist. Der Grundkörper kann auch mehrere Öffnungen für das Einschrauben mehrerer Klemmschrauben aufweisen. In einer Ausführungsart ist der Grundkörper des Steckverbindungselements und/oder des weiteren Steckverbindungselements zylindrisch und/oder an der Oberfläche ohne scharfe Kanten, damit ein darüber platzierter, radial elastisch aufdehnbarer Muffenisolierkörper vor Beschädigungen geschützt ist. In einer Auführungsart darf der Außendurchmesser des Grundkörpers deshalb auch ein bestimmtes Maß, beispielsweise 37 mm, nicht übersteigen.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen mehrere Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
    • Fig. 1
    zeigt eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer Steckverbindungsanordnung,
    Fig. 2
    zeigt eine Draufsicht auf die Anordnung der Fig. 1,
    Fig. 3
    zeigt einen Schnitt III-III durch die Anordnung der Fig. 2,
    Fign. 4 bis 6
    zeigen einen Querschnitt durch die beiden Steckverbindungselemente in verschiedenen Stadien des Zusammensteckens, und
    Fig. 7
    zeigt den Verlauf der Kraft F über dem Weg s beim Zusammenstecken der beiden Steckverbindungselemente.
  • Die Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer Steckverbindungsanordnung mit einem elektrischen Steckverbindungselement 1 im vollständig zusammengesteckten Zustand mit einem weiteren Steckverbindungselement 2. Die Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf die Anordnung der Fig. 1. Die Fig. 3 zeigt einen Schnitt III-III durch die Anordnung der Fig. 2.
  • Das Steckverbindungselement 1 weist einen Grundkörper 10 auf, der eine Öffnung 12 zur Aufnahme eines nicht dargestellten Leiters aufweist. Der Leiter ist durch zwei radial in Bezug auf eine Längsachse 4 des Steckverbinderelements 1 einschraubbare Klemmschrauben 14 elektrisch und mechanisch mit dem Grundkörper 10 verbindbar. Das weitere Steckverbindungselement 2 weist ebenfalls eine Öffnung 32 für einen anzuschließenden Leiter auf, der mittels radial in Bezug auf die Längsachse einschraubbaren Klemmschrauben 34 mit dem Grundkörper 30 des weiteren Steckverbindungselements 2 mechanisch und elektrisch verbindbar ist.
  • In der Öffnungen 12, 32 sind Kabelleiter mit unterschiedlichen Querschnitten einsteckbar. Insbesondere für Kabelleiter mit einem geringeren als dem maximal möglichen Leiterquerschnitt ist ein gegebenenfalls auch an den jeweiligen Leiterquerschnitt angepasster oder dem jeweiligen Leiterquerschnitt zugeordneter Zentrierring 8 einsetzbar, insbesondere in die Öffnung 12, 32 einsteckbar. Durch den Zentrierring 8 ist der Kabelleiter in Bezug auf die Öffnung 12, 32 zentrierbar, d.h. ein Versatz der Längsachse des Kabelleiters in Bezug auf die Längsachse der Öffnung 12, 32 kann minimiert oder sogar eliminiert werden.
    Im montierten Zustand kann dadurch die Längsachse des Kabelleiters mit der Längsachse der Öffnung 12, 32 zusammenfallen. Der Querversatz des Kabels in Bezug auf die Öffnung 12, 32 des Grundkörpers 10, 30 in dem Muffenisolationskörper kann dadurch minimiert oder eliminiert werden.
  • Die Längsachse 4 des elektrischen Steckverbinderelements 1 fällt im zusammengesteckten Zustand mit der Längsachse 6 des weiteren Steckverbindungselements 2 zusammen. Die Steckrichtung verläuft parallel zur Längsachse 4.
  • Der Grundkörper 10 bildet vorzugsweise einstückig ein Kontaktorgan 16 aus, das im Ausführungsbeispiel um die Längsachse 4 herum angeordnete Kontaktzungen 18 aufweist, die in Radialrichtung federelastisch auslenkbar sind. Das Kontaktorgan 16 bildet dabei einen Korbkontakt, der im Ausführungsbeispiel insgesamt sechs Kontaktzungen 18 aufweist, die in Umfangsrichtung äquidistant angeordnet sein können. Zur Unterstützung der Kontaktkraft weist das Steckverbindungselement 1 eine Fremdfeder 20 auf, die im Ausführungsbeispiel als Schlingfeder die Kontaktzungen 18 nahe ihrem freien axialen Ende umschlingt und in Richtung nach radial innen vorspannt. Dadurch werden im zusammengesteckten Zustand die Kontaktzungen 18 in kontaktgebender Anlage an einer kontaktgebenden Oberfläche 22 eines Kontaktstiftes 24 des weiteren Steckverbindungselements 2 gehalten. Der Grundkörper 30 bildet den Kontaktstift 24 vorzugsweise einstückig aus.
  • In dem vollständig zusammengesteckten Zustand ist ein als Rastring ausgebildetes Fixierelement 26, das in eine Innennut 28 in dem Grundkörper 10 des Steckverbindungselements 1 eingelegt ist, in eine an dem Kontaktstift 24 verlaufende Außennut 46 eingerastet. Dadurch ist der vollständig zusammengesteckte Zustand gesichert und kann - sofern überhaupt - nur durch eine übermäßig hohe Zugkraft auf die Steckverbindungselemente 1, 2 aufgehoben werden.
  • Die Figuren 4 bis 6 zeigen einen Querschnitt durch die beiden Steckverbindungselemente 1, 2 in verschiedenen Stadien des Zusammensteckens. In dem Steckverbindungselement 1 ist an dem Kontaktorgan 16, insbesondere an den Kontaktzungen 18, ein Spannelement 40 derart in Anlage, dass die Kontaktzungen 18 gegen die Kraft der Fremdfeder 20 radial nach außen gebogen sind. Dadurch ist die lichte Weite des von den Kontaktzungen 18 eingeschlossenen Umfangs größer oder gleich dem Außendurchmesser des Kontaktstiftes 24 des weiteren Steckverbindungselements 2 im Bereich der kontaktgebenden Oberfläche 22, und es bildet sich ein ringförmiger Spalt 48, der weniger als 0,2 mm betragen kann, insbesondere weniger als 0,5 mm und vorzugsweise weniger als 0,03 mm. Die lichte Weite kann in dem in der Fig. 4 dargestellten Zustand zwischen 0,01 mm und 0,4 mm, insbesondere zwischen 0,01 mm und 0,1 mm und vorzugsweise zwischen 0,01 mm und 0,06 mm größer sein als der Außendurchmesser des Kontaktstiftes 24 im Bereich der kontaktgebenden Oberfläche 22.
  • Der Innendurchmesser des Spannelements 40 kann dabei größer oder gleich dem Außendurchmesser eines Abschnitts des Kontaktstiftes 24 sein, der kleiner ist als der Außendurchmesser im Bereich der kontaktgebenden Oberfläche 22. Dadurch lassen sich die beiden Steckverbindungselemente 1, 2 in der in der Fig. 4 dargestellten Position kraftlos oder jedenfalls mit nur geringer Kraft entsprechend den Pfeilen zusammenstecken.
  • Der Grundkörper 10 weist eine Öffnung 36 auf, deren lichte Weite größer ist als der Endabschnitt des Kontaktstiftes 24 des weiteren Steckverbindungselements 2. Die Öffnung 36 ist dabei als Sacklochöffnung ausgeführt und von der Öffnung 24 zum Einsetzen des Leiters durch eine Wand 38 getrennt. Im Bereich der vorzugsweise mindestens abschnittsweise zylindrischen Öffnung 36 ist in der Innennut 28 das Fixierelement 26 eingelegt und anfänglich noch nicht in Anlage an dem Kontaktstift 24. Der Kontaktstift 24 ist an seinem axialen Ende verrundet und/oder weist einen mindestens teilweise kegelförmigen Abschnitt auf.
  • Beim weiteren Zusammenstecken (Fig. 5) kommt der kegelförmige Abschnitt des Kontaktstiftes 24 in Anlage an das Fixierelement 26 und spreizt dieses im Verlauf des Zusammensteckens. In dem in der Fig. 5 dargestellten Zustand ist das Fixierelement 26 nahezu maximal gespreizt. In diesem Zustand kommt eine von dem Kontaktstift 24 ausgebildete ringförmige Schulter 42, die durch den Übergang zu der kontaktgebenden Oberfläche 22 mit ihrem vergrößerten Außendurchmesser gebildet ist, in Anlage an das Spannelement 40; beim weiteren Zusammenschieben wird das Spannelement 40 in Richtung des Pfeils 44 innerhalb des Steckverbindungselements 1 verschoben. In dem in der Fig. 5 dargestellten Zustand beträgt die Überdeckung der einander zugeordneten Kontaktflächen des Steckverbindungselements 1 und des weiteren Steckverbindungselements 2 mehr als 40 % der Überdeckung im vollständig zusammengesteckten Zustand der Fig. 6, insbesondere mehr als 55 % und vorzugsweise mehr als 65 %.
  • Die Kontaktzungen 18 weisen einen Abschnitt mit reduzierter Wandstärke auf, durch den die lichte Weite des Grundkörpers 10 in diesem Bereich vergrößert ist. Der Übergang zu der erhöhten lichten Weite erfolgt in einem stumpfen Winkel von mehr als 90°, insbesondere mehr als 120° und vorzugsweise mehr als 145°. Sobald das Spannelement 40 in diesen Abschnitt hineinverschoben ist, ist die Wirkung des Spannelements 40 aufgehoben. Dieser Zustand ist in der Fig. 6 dargestellt. Dadurch kommen die Kontaktzungen 18 in kontaktgebende Anlage an die Oberfläche 22, unterstützt außerdem noch durch die Fremdfeder 20. In dem in der Fig. 6 dargestellten Zustand rastet außerdem das Fixierelement 26 in die Außennut 46 des Kontaktstiftes 24 und fixiert dadurch den zusammengesteckten Zustand.
  • Die Fig. 7 zeigt den Verlauf der Kraft F in Newton über dem Weg s in mm beim Zusammenstecken der beiden Steckverbindungselemente 1, 2. Der Bereich s < 0 entspricht dabei der Phase des Zusammensteckens, bis die konische Endfläche des Kontaktstiftes 24 in Anlage an das Fixierelement 26 kommt. Im Bereich 0 < s < ca. 3 mm wird durch das Zusammenstecken das Fixierelement gespreizt, bis die Schulter 42 in Anlage an das Spannelement 40 kommt. Bei etwa s = 3,5 mm setzt bei einem weiteren Zusammenstecken das Verschieben des Spannelements 40 ein, bis bei etwa s = 6,5 mm die Wirkung des Spannelements 40 aufgehoben wird und die Kontaktzungen 18 in Anlage an der Oberfläche 22 sind. Dadurch erhöht sich die für das weitere Zusammenstecken erforderliche Kraft, bleibt aber insgesamt unter einem Wert von etwa 100 N. Bei etwa s = 9 mm rastet das Fixierelement 26 in die Außennut 46, woraufhin der vollständig zusammengesteckte Zustand erreicht ist und die Kraft sehr stark ansteigt.
  • Aus dem Diagramm geht hervor, dass beim Zusammenstecken die Phase, in denen das Fixierelement gespreizt wird (0 ≤ s ≤ ca. 3 mm), und die Phase, in der das Spannelement verschoben wird (ca. 3,5 mm < s < ca. 6,5 mm), und/oder die Phase, in welcher die Kontaktzungen 18 in Anlage an der kontaktgebenden Oberfläche 22 sind (ca. 7 mm < s < ca. 9 mm), klar voneinander getrennt sind, so dass sich die in den jeweiligen Phasen erforderlichen Steckkräfte nicht addieren, sondern beim Zusammenstecken nur nacheinander aufgebracht werden müssen.

Claims (10)

  1. Steckverbindungsanordnung, aufweisend ein elektrisches Steckverbindungselement (1) mit einem federelastisch verformbaren Kontaktorgan (16), mit dem das Steckverbindungselement (1) bei einem Zusammenstecken mit einem weiteren Steckverbindungselement (2) der Steckverbindungsanordnung elektrisch verbindbar ist, wobei das Steckverbindungselement (1) ein Spannelement (40) aufweist, mittels dem das Kontaktorgan (16) und/oder eine das Kontaktorgan (16) bei der Kontaktgabe unterstützende Fremdfeder (20) derart federelastisch verformbar ist, dass die zum Zusammenstecken des Steckverbindungselements (1) mit dem weiteren Steckverbindungselement (2) erforderliche Kraft reduziert ist, und wobei durch das Zusammenstecken des Steckverbindungselements (1) mit dem weiteren Steckverbindungselement (2) die Wirkung des Spannelements (40) aufhebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (40) ringförmig ist, dass das weitere Steckverbindungselement (2) einen Kontaktstift (24) und eine von dem Kontaktstift (24) einstückig ausgebildete ringförmige Schulter (42) aufweist, dass beim Zusammenstecken des Steckverbindungselements (1) mit dem weiteren Steckverbindungselement (2) ein Abschnitt des Kontaktstiftes (24) das ringförmige Spannelement (40) durchgreift und die ringförmige Schulter (42) in Anlage an das Spannelement (40) bringbar ist und dadurch beim weiteren Zusammenstecken das Spannelement (40) unter Aufhebung seiner Wirkung gegenüber dem Kontaktorgan (16) verschiebbar ist und das Kontaktorgan (16) mit der vorgesehenen Kontaktkraft in elektrisch verbindende Anlage an das weitere Steckverbindungselement (2) bringbar ist.
  2. Steckverbindungsanordnung nach Anspruch 1 oder einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch das zu Beginn des Zusammensteckens wirksame Spannelement (40) zwischen dem Kontaktorgan (16) und einer kontaktgebenden Oberfläche (22) des weiteren Steckverbindungselements (2) ein Spalt (48) vorhanden ist, und dass durch das Aufheben der Wirkung des Spannelements (40) der Spalt (48) schließbar ist.
  3. Steckverbindungsanordnung nach Anspruch 1 oder einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Zusammenstecken das Spannelement (40) in dem Steckverbindungselement (1) in Steckrichtung verschiebbar ist.
  4. Steckverbindungsanordnung nach Anspruch 1 oder einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem Grundkörper (10) des Steckverbindungselements (1) und dem Spannelement (40) ein die Reibungskraft reduzierendes Gleitmittel aufgebracht ist.
  5. Steckverbindungsanordnung nach Anspruch 1 oder einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (40) derart in dem Steckverbindungselement (1) angeordnet ist, dass erst nach Erreichen von mehr als 40% der Überdeckung der einander zugeordneten Kontaktflächen des Steckverbindungselements (1) und des weiteren Steckverbindungselements (2), insbesondere erst nach Erreichen von mehr als 55 % der Überdeckung und vorzugsweise erst nach Erreichen von mehr als 65 % der Überdeckung, durch das weitere Zusammenstecken die Wirkung des Spannelements (40) aufhebbar ist.
  6. Steckverbindungsanordnung nach Anspruch 1 oder einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steckverbindungselement (1) ein Buchsenelement ist, und dass das Spannelement (40) ein Spreizring ist, mittels dem das Kontaktorgan (16) des Buchsenelements und/oder die Fremdfeder (20) auf ein Maß spreizbar ist, durch das die zum Zusammenstecken mit einem Steckerelement erforderliche Kraft reduziert ist.
  7. Steckverbindungsanordnung nach Anspruch 1 oder einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steckverbindungselement (1) und/oder das weitere Steckverbindungselement (2) ein Fixierelement (26) aufweist, mit dem der zusammengesteckte Zustand von Steckverbindungselement (1) und weiterem Steckverbindungselement (2) fixierbar ist.
  8. Steckverbindungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Fixierelement (26) beim Zusammenstecken des Steckverbindungselements (1) mit dem weiteren Steckverbindungselement (2) federelastisch verformbar ist.
  9. Steckverbindungsanordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (40) und das Fixierelement (26) derart in dem Steckverbindungselement (1) und/oder dem weiteren Steckverbindungselement (2) angeordnet sind, dass beim Zusammenstecken das Spannelement (40) solange wirksam ist, bis das Fixierelement (26) mehr als 60 %, insbesondere mehr als 80 % und vorzugsweise mehr als 95 % seiner maximalen Verformung erfahren hat.
  10. Steckverbindungsanordnung nach Anspruch 1 oder einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steckverbindungselement (1) und/oder das weitere Steckverbindungselement (2) einen Grundkörper (10, 30) aufweist, der eine Öffnung (12, 32) zur Aufnahme eines Leiters aufweist, der mittels einer Klemmschraube (14, 34) elektrisch und mechanisch mit dem Grundkörper (10, 30) verbindbar ist.
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