EP2580819B1

EP2580819B1 - Elektrisches gerät mit einem steckverbinder und elektrische steckverbindung

Info

Publication number: EP2580819B1
Application number: EP11729370.4A
Authority: EP
Inventors: Helmut Eusterholz; Frank Best
Original assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Current assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Priority date: 2010-06-08
Filing date: 2011-06-08
Publication date: 2015-03-18
Anticipated expiration: 2031-06-08
Also published as: CN102918719B; JP2013528309A; US8951055B2; DK2580819T3; CN102918719A; JP5744190B2; WO2011154127A1; EP2580819A1; DE102010022987A1; US20130078844A1; DE102010022987B4; ES2538008T3

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Gerät zur mechanischen und elektrischen Verbindung mit einem ortsfesten Basisteil, mit einem Steckverbinder, der mit einem am Basisteil befestigten korrespondierenden Gegensteckverbinder verbindbar ist, wobei der Steckverbinder ein Gehäuse mit mindestens einem Kontakteinsatz mit mehreren Kontaktelementen aufweist. Daneben betrifft die Erfindung auch eine elektrische Steckverbindung zur Herstellung der elektrischen Verbindung zwischen einem elektrischen Gerät und einem ortsfesten Basisteil, mit einem an einer Befestigungsplatte des Geräts schwimmend befestigbaren Steckverbinder und einem am Basisteil befestigbaren korrespondierenden Gegensteckverbinder, wobei der Steckverbinder ein Gehäuse mit mindestens einem Kontakteinsatz mit mehreren Kontaktelementen und mindestens ein erstes Führungselement aufweist und wobei der Gegensteckverbinder ein Gehäuse mit mindestens einem Gegenkontakteinsatz mit mehreren Gegenkontaktelementen und mindestens ein zweites Führungselement aufweist, das beim Fügen von Steckverbinder und Gegensteckverbinder mit dem ersten Führungselement zusammenwirkt.
Bei dem eingangs genannten elektrischen Gerät handelt es sich vorzugsweise um ein relativ großes und schweres elektrisches Gerät, das mit einem ortsfesten Basisteil mechanisch verbunden bzw. auf dem Basisteil befestigt wird. Bei der Fertigstellung der mechanischen Verbindung erfolgt eine elektrische Verbindung zwischen dem elektrischen Gerät und dem Basisteil über den am elektrischen Gerät befestigten Steckverbinder und den am Basisteil angeordneten Gegensteckverbinder. Bei dem elektrischen Gerät kann es sich beispielsweise um einen Parkscheinautomaten, einen Informationsterminal oder ein Drehkreuz eines Personenzugangs handeln, welches auf einem als Basisteil dienenden Montageuntergrund befestigt wird. Ebenso gut kann es sich bei dem elektrischen Gerät auch um eine Ladestation für Fahrzeuge, um einen Spielautomaten oder um einen Beleuchtungsmasten handeln. All diesen elektrischen Geräten ist gemeinsam, dass es sich hierbei um relativ große und schwere Geräte handelt, die nicht oder nur mit Mühe und ggf. mit mehreren Personen von Hand auf das Basisteil aufgesetzt werden können. Darüber hinaus können die Montage- bzw. Führungshilfen, die zwischen dem elektrischen Gerät und dem Basisteil-zum Aufstecken oder Aufschieben des elektrischen Geräts auf das Basisteil - ausgebildet sind, Montagetolleranzen aufweisen, die wesentlich größer sind als die Montage- bzw. Lagetolleranzen mit denen der Steckverbinder mit dem korrespondierenden Gegensteckverbinder verbunden werden kann. Dies führt dazu, dass die elektrische Verbindung bei derartigen großen und schweren elektrischen Geräten mit einem ortsfesten Basisteil nicht oder nur mit größeren Schwierigkeiten mittels Steckverbindungen, insbesondere hochpoliger Steckverbindungen erfolgen kann.
Aus der DE 38 09 605 C2 ist ein elektrisches Gerät bekannt, welches mehrere im Gehäuse untergebrachte Baugruppen in Form von Schaltungsplatinen, eine die Schaltungsplatinen elektrisch miteinander verbindende Rückverdrahtungsplatte sowie eine rückwärtige Frontplatte und eine vordere Frontplatte aufweist, wobei die Innenfläche der vorderen Frontplatte ebenfalls elektrische Baugruppen aufweist. Die elektrische Verbindung zwischen den Baugruppen der vorderen Frontplatte und den im eigentlichen Gehäuse des Geräts angeordneten Schaltungsplatinen erfolgt dabei über Steckverbinder mit Buchsen- und Stiftleisten, die an der Innenseite der Frontplatte bzw. den Schaltungsplatinen angeordnet sind. Zum Ausgleich von Toleranzen zwischen der Position der Buchsenleisten und der Position der korrespondierenden Stiftleisten sind die in der Frontplatte angeordneten Steckverbinder schwimmend gelagert. Der dadurch erreichbare Toleranzausgleich beträgt jedoch nur einige zehntel Millimeter, was bei dem bekannten elektrischen Gerät jedoch ausreichend ist, da aufgrund der relativ geringen Größe und des geringen Gewichts der Frontplatte ein sehr genaues manuelles Führen der Frontplatte beim Aufstecken auf das Gehäuse möglich ist.
Die DE 695 20 197 T2 offenbart eine Anordnung zur schwimmenden Montage eines elektrischen Verbinders an einer Platte, wobei der elektrische Steckverbinder neben einem Kontakteinsatz mit mehreren Kontaktelementen jeweils seitlich davon eine Einrasteinrichtung aufweist, die - ebenso wie der Kontakteinsatz - durch eine größere Öffnung in einer Montageplatte durchgesteckt werden können. Dadurch, dass die Öffnungen in der Montageplatte größer als die Abmessungen des Kontakteinsatzes und der Einrasteinrichtungen sind, ist ein beträchtliches Spiel zwischen dem Steckverbinder und den Öffnungen in der Montageplatte ausgebildet, so dass auch ein "blindes Zufügen" des Steckverbinders durch die Öffnungen in der Platte möglich ist. Um zu verhindern, dass der Steckverbinder wieder ungewollt aus der Befestigungsplatte gezogen werden kann, sind Festhaltekappen vorgesehen, die von der dem Steckverbinder gegenüberliegenden Seite der Befestigungsplatten auf die durch die Öffnungen in der Platte hindurchragenden Enden der Einrasteinrichtung aufgesteckt werden müssen.
Die aus der DE 695 20 197 T2 bekannt Anordnung zur schwimmenden Montage eines elektrischen Verbinders an einer Platte hat den Nachteil, dass sie nur dort eingesetzt werden kann, wo die Platte nach der Montage des Steckverbinders von der dem Steckverbinder abgewandten Rückseite der Platte zugänglich ist, damit die Festhaltekappen auf die Enden der Einrasteinrichtungen aufgesteckt werden können. Darüber hinaus ist die Verwendung der zusätzlichen Festhaltekappen sowohl bei der Herstellung als auch bei der Montage nachteilig, da die Gefahr besteht, dass die separaten Festhaltekappen herunterfallen oder verloren gehen.
Die DE 2 438 455 offenbart eine Anordnung nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 8.
Darüber hinaus sind schwimmend gelagerte Steckverbinder aus der Praxis bekannt, die flexible Befestigungselemente aufweisen, wodurch jedoch nur ein Ausgleich von Bauteil- und Montagetoleranzen im Bereich von einigen zehntel Millimetern möglich ist, was jedoch im üblichen Bereich der Elektronik, zumeist ausreichend ist. Montagetolleranzen von mehr als einem Millimeter können mit derartigen Steckverbindern nicht ausgeglichen werden, so dass derartige Steckverbinder bzw. Steckverbindungen dann nicht eingesetzt werden können, wenn relativ große und schwere elektrische Geräte mit ortsfesten Basisteilen verbunden werden sollen, bei denen ein manuelles Ausrichten der Steckverbinderhälften unmittelbar zueinander nicht möglich ist und bei denen die Montagetolleranzen des Geräts zum Basisteil mehr als ein Millimeter betragen können.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein eingangs beschriebenes elektrisches Gerät mit einem Steckverbinder sowie eine elektrische Steckverbindung bestehend aus einem Steckverbinder und einem korrespondierenden Gegensteckverbinder zur Verfügung zu stellen, bei dem die zuvor beschriebenen Probleme möglichst vermieden und ein Ausgleich auch von relativ großen Montagetolleranzen zwischen dem Steckverbinder und dem Gegensteckverbinder beim Zusammenfügen des elektrischen Geräts mit dem ortsfesten Basisteil ausgeglichen werden können.
Diese Aufgabe ist bei dem eingangs beschriebenen elektrischen Gerät dadurch gelöst, dass der Steckverbinder wenigstens ein erstes Führungselement aufweist, das beim Verbinden des elektrischen Geräts mit dem Basisteil mit einem im Gehäuse des Gegensteckverbinders ausgebildeten zweiten Führungselement zusammenwirkt und dass im Gehäuse des Steckverbinders mindestens ein Schraubenloch ausgebildet ist, wobei der Steckverbinder dadurch über mindestens eine das Schraubloch durchsetzende Befestigungsschraube schwimmend an einer Befestigungsplatte des Geräts befestigt ist, dass die Befestigungsschraube einen Schraubenkopf, einen Schraubenhals und ein Schraubenende mit einem Gewinde aufweist, wobei der Durchmesser des Schraubenkopfes größer als der Durchmesser des Schraubenlochs und der Durchmesser des Schraubenhalses wesentlich kleiner als der Durchmesser des Schraubenlochs ist.
Durch die schwimmende Befestigung des Steckverbinders an der Befestigungsplatte des elektrischen Geräts ist eine Toleranz ausgleichende Bewegung des Steckverbinders senkrecht zur Fügerichtung des elektrischen Geräts möglich, wobei der Steckverbinder um die Differenz des Durchmessers des Schraubenlochs zum Durchmessers des Schraubenhalses verschiebbar ist. Ist der Durchmesser des Schraubenhalses deutlich kleiner als der Durchmesser des Schraubenloches, so ist ein Toleranzausgleich von mehr als ein Millimeter, beispielsweise ± 2 mm in allen Richtungen senkrecht oder quer zur Fügerichtung möglich.
Die Führungselemente sind vorzugsweise als Führungszapfen und Führungslöcher ausgebildet, wobei bevorzugt am Gehäuse des Steckverbinders mindestens zwei Führungszapfen und im Gehäuse des Gegensteckverbinders zwei Führungslöcher ausgebildet sind. Bei der mechanischen Verbindung des elektrischen Geräts mit dem ortsfesten Basisteil greifen zunächst die Führungszapfen, deren freien Enden die Vorderseite des Steckverbinders überragen, in die im Gehäuse des Gegensteckverbinders ausgebildeten korrespondierenden Führungslöcher ein. Beim weiteren Zusammenfügen von elektrischem Gerät und ortsfestem Basisteil wird dann der Steckverbinder dadurch mit großer Genauigkeit zum Gegensteckverbinder ausgerichtet, dass der Steckverbinder senkrecht bzw. quer zur Fügerichtung schwimmend, d. h. innerhalb bestimmter Grenzen beweglich, an der Befestigungsplatte des elektrischen Geräts angeordnet ist. Beim Einstecken der Führungszapfen in die Führungslöcher wird das Gehäuse des Steckverbinders automatisch in die richtige Position verschoben, so dass der Kontakteinsatz des Steckverbinders mit dem Gegenkontakteinsatz des Gegensteckverbinders zusammen gesteckt werden kann. Anstelle der Ausbildung einer oder mehrerer Führungszapfen am Gehäuse des Steckverbinders und korrespondierender Führungslöcher im Gehäuse des Gegensteckverbinders kann auch der Gegensteckverbinder entsprechende Führungszapfen und der Steckverbinder korrespondierende Führungslöcher aufweisen.
Gemäß der Erfindung weist die Befestigungsschraube einen Schraubenanschlag auf, durch die der maximale Einschraubweg der Befestigungsschraube in die Befestigungsplatte des elektrischen Geräts begrenzt wird. Dadurch wird sichergestellt, dass der Schraubenkopf in axialer Richtung der Befestigungsschraube etwas Spiel zum Gehäuse des Steckverbinders hat, so dass die gewollte schwimmende Befestigung des Steckverbinders an der Befestigungsplatte nicht durch ein zu festes Anziehen der Befestigungsschraube zunichte gemacht wird. Hierzu ist der Schraubenanschlag derart zwischen dem Schraubenhals und dem Schraubenende angeordnet, dass der Abstand zwischen der dem Schraubenhals zugewandten Unterseite des Schraubenkopfes und der dem Schraubenende zugewandten Unterseite des Schraubenanschlags etwas größer ist als die Länge des Schraubenloches im Gehäuse des Steckverbinders. Anders ausgedrückt bedeutet dies, dass die Länge des Schraubenhalses und die Dicke des Schraubenanschlages zusammen größer sind als die Dicke des Gehäuses des Steckverbinders im Bereich des Schraubenloches.
Der Schraubenanschlag ist vorzugsweise ringförmig ausgebildet, so dass er den Schraubenhals vollständig nach Art eines Kragens umgibt, wobei der Schraubenanschlag einen Außendurchmesser aufweist, der deutlich größer als der Durchmesser des Schraubenhalses und nur etwas kleiner als der Durchmesser des Schraubenkopfes bzw. der Durchmesser des Schraubenloches ist. Dadurch wird eine relativ große Auflagefläche des Schraubenanschlags auf der Oberseite der Befestigungsplatte erreicht, so dass die Befestigungsschraube mit relativ großem Drehmoment angezogen werden kann. Hierdurch wird gewährleistet, dass der Steckverbinder auch bei relativ rauen Umgebungsbedingungen, insbesondere bei großen Temperaturschwankungen, dauerhaft und sicher an der Befestigungsplatte des elektrischen Gerätes befestigt ist.
Um zu verhindern, dass die maximal mögliche Beweglichkeit des Steckverbinders senkrecht zur Fügerichtung des elektrischen Geräts durch den größeren Außendurchmesser des zuvor beschriebenen Schraubenanschlags reduziert ist, ist, gemäß der Erfindung, im Gehäuse des Steckverbinders an dem der Befestigungsplatte des Geräts zugewandten Ende des Schraubenloches eine Öffnung ausgebildet, deren Durchmesser größer als der Durchmesser des Schraubenloches ist. Durch die Ausbildung einer derartigen, an das Schraubenloch anschließenden Öffnung mit einem größeren Durchmesser wird sichergestellt, dass die gewollte Beweglichkeit des Steckverbinders quer zur Fügerichtung durch die Differenz des Durchmessers des Schraubenloches zum Durchmesser des Schraubenhalses bestimmt wird und nicht vom Außendurchmesser des Schraubenanschlags abhängt.
Zuvor ist ausgeführt worden, dass das elektrische Gerät, bei dem es sich beispielsweise um einen Parkscheinautomaten, einen Informationsterminal oder eine Ladestation für Fahrzeuge handeln kann, mechanisch mit einem als Montageuntergrund dienen ortsfesten Basisteil verbunden wird. Um die Montage eines derartigen elektrischen Geräts mit dem Basisteil zu vereinfachen, weist das elektrische Gerät gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung mindestens zwei senkrecht zur Befestigungsplatte verlaufende Führungshilfen auf, die beim Verbinden des Geräts mit dem ortsfesten Basisteil mit korrespondierenden Führungshilfen zusammen wirken. Bei den am elektrischen Gerät vorgesehenen Führungshilfen kann es sich beispielsweise um Führungsstege und bei den am ortsfesten Basisteil ausgebildeten Führungshilfen um korrespondierende Führungsnuten handeln.
Die zuvor genannte Aufgabe ist bei einer eingangs beschriebenen elektrischen Steckverbindung gemäß den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 8 dadurch gelöst, dass im Gehäuse des Steckverbinders mindestens ein Schraubenloch ausgebildet ist, durch das eine das Schraubenloch durchsetzende Befestigungsschraube in eine Bohrung in einer Befestigungsplatte eines elektrischen Geräts einschraubbar ist, und dass die Befestigungsschraube einen Schraubenkopf, einen Schraubenhals und ein Schraubenende mit einem Gewinde aufweist, wobei der Durchmesser des Schraubenkopfs größer als der Durchmesser des Schraubenlochs und der Durchmesser des Schraubenhals wesentlich kleiner als der Durchmesser des Schraubenlochs ist.
Wie zuvor bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen elektrischen Gerät ausgeführt worden ist, ist ein Ausgleich von Montagetolleranzen zwischen dem an einem elektrischen Gerät befestigbaren Steckverbinder und dem an einem ortsfesten Basisteil befestigbaren Gegensteckverbinder durch eine schwimmende Lagerung des Steckverbinders an dem elektrischen Gerät bzw. an einer Befestigungsplatte des elektrischen Geräts realisiert. Durch die Ausbildung mindestens eines Schraubenloches und die besondere Ausgestaltung der Befestigungsschraube mit einem schmalen Schraubenhals ist eine Bewegung des Steckverbinders senkrecht oder quer zur Fügerichtung möglich, die durch die Differenz des Durchmessers des Schraubenloches zum Durchmesser des Schraubenhalses begrenzt ist. Je schmaler der Schraubenhals und je größer der Durchmesser des Schraubenloches ist, desto größer ist der maximal mögliche Versatz zwischen dem Steckverbinder und dem Gegensteckverbinder, der beim Fügen von Steckerverbinder und Gegensteckverbinder bzw. beim Aufstecken oder Aufschieben des elektrischen Geräts auf das Basisteil durch eine gewollt ermöglichte Querbewegung des Steckverbinders ausgeglichen werden kann.
Wie zuvor ebenfalls im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen elektrischen Gerät ausgeführt worden ist, weist die Befestigungsschraube einen Schraubenanschlag auf, durch den der maximale Einschraubweg der Befestigungsschraube begrenzt wird, so dass der Steckverbinder in axialer Richtung mit ausreichend Spiel mit der Befestigungsplatte verbindbar ist, so dass die gewollte schwimmende Lagerung des Steckverbinders nicht beeinträchtigt wird.
Um automatisch eine möglichst genaue Ausrichtung des Steckverbinders zum Gegensteckverbinder beim Fügevorgang zu erreichen, weist der Steckverbinder vorzugsweise zwei Führungszapfen und der Gegensteckverbinder zwei korrespondierende Führungslöcher auf, wobei die Führungszapfen und die Führungslöcher in der Ebene senkrecht zur Fügerichtung des Steckverbinders diagonal zueinander angeordnet sind. Das selbständige Eingreifen der Führungszapfen in die Führungslöcher wird vorzugsweise dadurch weiter verbessert, dass die Führungszapfen kegelförmige Spitzen aufweisen, so dass die Führungszapfen auch bei einem anfänglichen Versatz ihrer Längsachsen zu den Längsachsen der Führungslöcher über die kegelförmigen Spitzen in die Führungslöcher gleiten.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der elektrischen Steckverbindung weist der Steckverbinder mehrere Kontakteinsätze mit unterschiedlichen Kontaktelementen und der Gegensteckverbinder mehrere Gegenkontakteinsätze mit unterschiedlichen, jedoch zu den zugeordneten Kontaktelementen korrespondierenden Gegenkontaktelementen auf. Dabei dient vorzugsweise mindestens ein Kontakteinsatz und ein Gegenkontakteinsatz der Stromversorgung und mindestens ein Kontakteinsatz und ein Gegenkontakteinsatz der Datenübertragung vom elektrischen Gerät zum Basisteil und umgekehrt. Bei der erfindungsgemäßen elektrischen Steckverbindung handelt es sich somit vorzugsweise um eine Hybrid-Steckverbindung, d. h. eine Kombination von Steckverbindung für die Energieversorgung und Steckverbindung für die Datenübertragung. Gerade bei einer solchen elektrischen Steckverbindung, welche eine Vielzahl von Kontaktelementen und korrespondierenden Gegenkontaktelementen aufweist, sind zwischen dem Steckverbinder und dem Gegensteckverbinder nur sehr geringe Bauteil- und Montagetolleranzen zulässig. Ist ein Steckverbinder einer derartigen elektrischen Steckverbindung an einem relativen großen und schweren elektrischen Gerät befestigt, so müssen die zwischen dem ortsfesten Basisteil und dem elektrischen Gerät zulässigen, relativ großen Bauteil- und Montagetolleranzen durch die schwimmende Lagerung des Steckverbinders ausgeglichen werden, damit die einzelnen Kontakteinsätze des Steckverbinders mit den korrespondierenden Gegenkontakteinsätzen des Gegensteckverbinders einwandfrei zusammengesteckt werden können.
Bei einer derartigen elektrischen Steckverbindung weist gemäß einer letzten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung der Gegensteckverbinder neben den Gegenkontakteinsätzen zusätzlich noch eine Leiterplatte und mindestens ein Kodierelement auf, wobei das Kodierelement über die Leiterplatte mit Gegenkontaktelementen eines Kontakteinsatzes für die Datenübertragung verbunden ist.
Handelt es sich bei dem elektrischen Gerät, an dem der Steckverbinder befestigt ist, beispielsweise um einen Parkscheinautomat, der auf einem Montageuntergrund als Basisteil montiert wird, so kann es erforderlich sein, dass zur Kennzeichnung der genauen Position des Parkscheinautomats eine bestimmte Kodierung eingestellt wird, die dann zusammen mit den Daten des Parkscheinautomats über einen mit dem Basisteil verbundenen Busanschluss, beispielsweise einen Ethernet-Anschluss, an einen Zentralrechner übermittelt wird. Zur Einstellung der entsprechenden Kodierung vor Ort ist am Gegensteckverbinder mindestens ein Kodierelement vorgesehen, das vom Monteur vor dem Aufstecken des Parkscheinautomats auf das als Montageuntergrund dienende Basisteil entsprechend eingestellt wird. Bei dem Kodierelement kann es sich dabei vorzugsweise um mehrere Drehschalter handeln, die auf der im Gegensteckverbinder angeordneten Leiterplatte angebracht sind.
Im Einzelnen gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, das erfindungsgemäße elektrische Gerät und die erfindungsgemäße elektrische Steckverbindung auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen sowohl auf die den Patentansprüchen 1 und 8 nachgeordneten Patentansprüche als auch auf die nachfolgende Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1: eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Steckverbindung im noch nicht zusammengesteckten Zustand,
Fig. 2: die Steckverbindung gemäß Fig. 1, teilweise geschnitten,
Fig. 3: die Steckverbindung gemäß Fig. 2, in drei aufeinander folgenden Zeitpunkten beim Zusammenstecken, in Seitenansicht,
Fig. 4: einen Detailausschnitt des Steckverbinders,
Fig. 5: den Steckverbinder von unten, und
Fig. 6: eine perspektivische Draufsicht auf den Gegensteckverbinder, teilweise geschnitten.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen jeweils einen Ausschnitt eines elektrischen Geräts 1, das auf ein ortsfestes Basisteil 2 aufgesteckt werden kann, wobei auch von dem ortsfesten Basisteil 2 lediglich ein Ausschnitt dargestellt ist. Dargestellt sind in den Figuren insbesondere ein an dem elektrischen Gerät 1 befestigter Steckverbinder 3 und ein am Basisteil 2 befestigter korrespondierender Gegensteckverbinder 4, wobei dann, wenn das elektrische Gerät 1 vollständig mit dem ortsfesten Basisteil 2 verbunden ist, auch der Steckverbinder 3 und der Gegensteckverbinder 4 zusammengesteckt sind.
Der Steckverbinder 3 weist ein Gehäuse 5 mit zwei Kontakteinsätzen 6 auf, wobei die beiden Kontakteinsätze 6 jeweils eine Mehrzahl von Kontaktelementen 7 aufweisen. Darüber hinaus weist der Steckverbinder 3 noch zwei Führungszapfen 8 auf, die beim Verbinden des elektrischen Geräts 1 mit dem Basisteil 2 in zwei im Gehäuse 9 des Gegensteckverbinders 4 ausgebildete Führungslöcher 10 eingreifen. Da die Führungszapfen 8 die dem Gegensteckverbinder 4 zugewandte Stirnseite des Steckverbinders 3 bzw. der Kontakteinsätze 6 überragen, greifen beim Zusammenfügen von elektrischem Gerät 1 und Basisteil 2 zunächst die Führungszapfen 8 in die Führungslöcher 10 ein, wodurch eine Ausrichtung des schwimmend am Gerät 1 befestigten Steckverbinders 3 zum Gegensteckverbinder 4 erfolgt, wie dies insbesondere anhand der drei Darstellungen der Fig. 3 erkennbar ist und nachfolgend genauer erläutert wird.
Die schwimmende Befestigung des Steckverbinders 3 am elektrischen Gerät 1 wird dadurch realisiert, dass im Gehäuse 5 des Steckverbinders 3 zwei Schraubenlöcher 11 ausgebildet sind, die jeweils von einer Befestigungsschraube 12 durchsetzt sind, die in einer Befestigungsplatte 13 des Geräts 1 eingeschraubt sind. Die in Fig. 4 vergrößert dargestellte Befestigungsschraube 12 weist einen Schraubenkopf 14, einen Schraubenhals 15 und ein mit einem Gewinde versehenes Schraubenende 16 auf, das in eine korrespondierende Bohrung in der Befestigungsplatte 13 eingeschraubt ist. Während der Durchmesser des Schraubenkopfs 14 etwas größer als der Durchmesser des Schraubenlochs 11 ist, ist der Durchmesser des Schraubenhalses 15 deutlich kleiner als der Durchmesser des Schraubenlochs 11, vorzugsweise nur etwa halb so groß, was dazu führt, dass der Steckverbinder 3 um die Differenz des Durchmessers des Schraubenlochs 11 zum Durchmesser des Schraubenhalses 14 relativ zur Befestigungsplatte 13 und damit zum elektrischen Gerät 1 verschiebbar ist. Diese Differenz beträgt bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel etwa ± 2 mm in alle Richtungen senkrecht zur Längsachse der Befestigungsschraube 12.
Die Befestigungsschrauben 12 weisen neben dem Schraubenkopf 14, dem Schraubenhals 15 und dem Schraubenende 16 noch einen ringförmigen Schraubenanschlag 17 auf, der zwischen dem Schraubenhals 15 und dem Schraubenende 16 angeordnet ist und die maximale Einschraubtiefe der Befestigungsschraube 12 in die Befestigungsplatte 13 derart begrenzt, dass der Schraubenkopf 14 in axialer Richtung der Befestigungsschraube 12 etwas Spiel zum Gehäuse 4 des Steckverbinders 3 aufweist. Hierzu sind die Länge des Schraubenhalses 15 und die Dicke des Schraubenanschlags 17 so gewählt, dass der Abstand zwischen der dem Schraubenhals 15 zugewandten Unterseite 18 des Schraubenkopfes 14 und der dem Schraubenende 16 zugewandten Unterseite 19 des Schraubenanschlags 17 etwas größer ist als die Länge des Schraubenlochs 11. Wie aus Fig. 4 erkennbar ist, besteht dadurch auch im vollständig und fest eingeschraubten Zustand der Befestigungsschraube 12 in die Befestigungsplatte 13 zwischen der der Befestigungsplatte 13 zugewandten Unterseite 20 des Gehäuses 5 und der gegenüberliegenden Oberseite 21 der Befestigungsplatte 13 ein Spalt, so dass auch bei vollständig und fest eingeschraubter Befestigungsschraube 12 die gewollte schwimmende Lagerung des Steckverbinders 3 an der Befestigungsplatte 13 nicht zunichte gemacht wird.
Der ringförmige, das Schraubenende 16 nach Art eines Kragens umgebende Schraubenanschlag 17 weist einen Außendurchmesser auf, der deutlich größer als der Durchmesser des Schraubenendes 16 bzw. des Schraubenhalses 15 ist. Dadurch wird eine relativ große Auflagefläche des Schraubenanschlags 17 auf der Oberseite 21 der Befestigungsplatte 13 erreicht, so dass die Befestigungsschraube 12 mit einem relativ großen Drehmoment angezogen werden kann. Dies gewährleistet eine sichere und dauerhafte Befestigung des Steckverbinders 3 an dem elektrischen Gerät 1, auch wenn das elektrische Gerät 1 aufgrund relativ rauer Umgebungsbedingungen relativ großen Temperaturschwankungen ausgesetzt ist. Damit die gewollte maximal mögliche Verschiebbarkeit des Steckverbinders 3 senkrecht zur - in Fig. 3 eingezeichneten - Fügerichtung F des Steckverbinders 3 durch den größeren Außendurchmesser des Schraubenanschlags 17 nicht verringert wird, ist im Gehäuse 5 des Steckverbinders 3 an dem der Befestigungsplatte 13 zugewandten Ende des Schraubenlochs 11 eine Öffnung 22 ausgebildet, deren Durchmesser größer als der Durchmesser des Schraubenlochs 11 ist. Die maximale mögliche Verschiebbarkeit des Steckverbinders 3 wird dadurch durch die Differenz des Durchmessers des Schraubenlochs 11 zum Durchmesser des Schraubenhalses 15 und nicht durch den größeren Außendurchmesser des Schraubenanschlags 17 begrenzt.
Die automatische Ausrichtung des Steckverbinders 3 zum Gegensteckverbinder 4 beim Aufschieben bzw. Aufstecken des elektrischen Geräts 1 auf das Basisteil 2 wird nachfolgend im Zusammenhang mit der Fig. 3 erläutert, wobei die Fig. 3 drei aufeinander folgende Montageschritte zeigt.
Zu Beginn des Montagevorgangs (Fig. 3a) greifen die kegelförmigen Spitzen 23 der beiden Führungszapfen 8 in die am Gegensteckverbinder 4 ausgebildeten Führungslöcher 10 ein. Wie aus Fig. 3a ersichtlich ist, kann es dabei aufgrund von Montage- und Bauteiltoleranzen zwischen den am elektrischen Gerät 1 ausgebildeten Führungsstegen 24 und den am Basisteil 2 vorgesehenen Führungsnuten 25 zu einem Versatz V zwischen der Mittelachse der Führungszapfen 8 und der Mittelachse der Führungslöcher 10 kommen. Dies würde bei einer festen, nicht schwimmenden Befestigung des Steckverbinders 3 am elektrischen Gerät 1 dazu führen, dass der Steckverbinder 3 nicht mit dem Gegensteckverbinder 4 zusammen gesteckt werden kann, da die zulässigen Montagetoleranzen zwischen dem Steckverbinder 3 und dem Gegensteckverbinder 4 wesentlich geringer als die Montagetoleranzen zwischen dem elektrischen Gerät 1 und dem Basisteil 2 sind.
Aufgrund der kegelförmigen Spitze 23 der Führungszapfen 8 gelangen diese beim weiteren Einschieben der Führungsstege 24 des Geräts 1 in die Führungsnuten 25 des Basisteils 2 trotz des Versatzes in die Führungslöcher 10, was zu einer Querverschiebung des Steckverbinders 3 senkrecht zur Fügerichtung F führt. Die schwimmende Befestigung des Steckverbinders 3 an der Befestigungsplatte 13 des Geräts 1 ermöglicht es somit, dass der Steckverbinder 3 durch die selbst erfolgende Ausrichtung von Führungszapfen 8 und Führungslöchern 10 zueinander relativ zur Befestigungsplatte 13 verschoben wird, so dass der Steckverbinder 3 beim weiteren Aufschieben des Geräts 1 auf das Basisteil 2 mit dem Gegensteckverbinder 4 zusammengesteckt werden kann (Fig. 3c).
Der hierzu erforderliche Versatzausgleich des Steckverbinders 3 wird dadurch ermöglicht, dass der Schraubenhals 15 der Befestigungsschraube 12 wesentlich schmaler als das Befestigungsloch 11 ist, so dass der Steckverbinder 3 - in der Darstellung gemäß Fig. 3b - relativ zur fest in der Befestigungsplatte 13 eingeschraubten Befestigungsschraube 12 nach links verschoben wird. Damit wird der Steckverbinder 3 gleichzeitig so zum Gegensteckverbinder 4 ausgerichtet, dass die Kontakteinsätze 6 mit ihren Kontaktelementen 7 zu den im Gegensteckverbinder 4 angeordneten Gegenkontakteinsätzen 26 mit ihren Gegenkontaktelementen 27 ausgerichtet werden; ein Zusammenstecken von Steckverbinder 3 und Gegensteckverbinder 4 wird dadurch möglich.
Aus der Darstellung des Steckverbinders 3 gemäß Fig. 5 ist zunächst ersichtlich, dass die beiden im Gehäuse 5 des Steckverbinders 3 ausgebildeten Schraubenlöcher 11 diagonal versetzt zueinander im Gehäuse 5 angeordnet sind, sich insbesondere in zwei diagonal gegenüberliegenden Ecken des Gehäuses 5 befinden. Außerdem ist der Fig. 5 zu entnehmen, dass auch die beiden Führungszapfen 8 diagonal zueinander am Gehäuse 5 angeordnet sind, d. h. sowohl in Längsrichtung als auch in Querrichtung des Steckverbinders 3 versetzt zueinander angeordnet sind.
Bei dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektrischen Geräts 1 bzw. der erfindungsgemäßen elektrischen Steckverbindung weist der Steckverbinder 3 einen Kontakteinsatz 6 für die Stromversorgung des elektrischen Geräts 1 mit insgesamt fünf Kontaktelementen 7 und fünf Leiteranschlüssen und einen Kontakteinsatz 6 mit einer Mehrzahl von Kontaktelementen 7 - im vorliegenden Fall 24 Kontaktelementen 7 - für die Datenübertragung des elektrischen Geräts 1 auf. Korrespondierend dazu weist auch der Gegensteckverbinder 4 einen Gegenkontakteinsatz 26 für die Stromversorgung und einen Gegenkontakteinsatz 26 für die Datenübertragung auf. Der Steckverbinder 3 und der Gegensteckverbinder 4 bilden somit eine Hybrid-Steckverbindung, mit der sowohl die elektrische Versorgung des elektrischen Geräts 1 als auch die Datenübertragung von und zum elektrischen Gerät realisiert wird.
Wie sich aus Fig. 6 ergibt, weist der Gegensteckverbinder 4 neben den beiden Gegenkontakteinsätzen 26 für die Energieversorgung und die Datenübertragung zusätzlich noch eine Leiterplatte 28 und insgesamt drei Kodierelemente 29 auf, wobei die Kodierelemente 29 über die Leiterplatte 28 mit den Gegenkontaktelementen 27 des Kontakteinsatzes 26 für die Datenübertragung verbunden sind. Über die als Drehschalter ausgebildeten Kodierelemente 29 ist eine elektrische Kodierung vor Ort einstellbar, so dass die vom elektrischen Gerät 1 über den Steckverbinder 3 zum Gegensteckverbinder 4 übertragenen Daten, welche dann beispielsweise über einen Ethernet-Anschluss an eine zentrale Überwachungseinheit weitergeleitet werden, einem bestimmten elektrischen Gerät 1 zugeordnet werden können.
Bei dem in den Figuren dargestellten elektrischen Gerät 1, an dem der Steckverbinder 3 befestigt ist, handelt es sich um ein relativ großes und schweres Gerät, welches nicht ohne weiteres von Hand auf das ortsfeste Basisteil 2 als Montageuntergrund montiert werden kann. Bei dem elektrischen Gerät 1 kann es sich dabei beispielsweise um ein Drehkreuz eines Personenzugangs, einen Informationsterminal oder einen Parkscheinautomaten handeln. Handelt es sich bei dem elektrischen Gerät 1 beispielsweise um einen Parkscheinautomaten, so kann über die im Gegensteckverbinder 4 ausgebildeten Kodierelemente 29 vor der Montage des Parkscheinautomats eine der Position des Parkscheinautomats entsprechende Kodierung vom Monteur eingestellt werden, so dass die an eine zentrale Leitstelle übermittelten Daten dem "richtigen" Parkscheinautomaten zugeordnet werden können.

Claims

Elektrisches Gerät zur mechanischen und elektrischen Verbindung mit einem ortsfesten Basisteil (2), mit einem Steckverbinder (3), der mit einem am Basisteil (2) befestigten korrespondierenden Gegensteckverbinder (4) verbindbar ist, wobei der Steckverbinder (3) ein Gehäuse (5) mit mindestens einem Kontakteinsatz (6) mit mehreren Kontaktelementen (7) aufweist,
wobei der Steckverbinder (3) mindestens ein erstes Führungselement, insbesondere einen Führungszapfen (8) aufweist, das beim Verbinden des elektrische Geräts (1) mit dem Basisteil (2) mit einem im Gehäuse (9) des Gegensteckverbinders (4) ausgebildeten zweiten Führungselement, insbesondere einem Führungsloch (10) zusammenwirkt,
wobei im Gehäuse (5) des Steckverbinders (3) mindestens ein Schraubenloch (11) ausgebildet ist und der Steckverbinder (3) dadurch über mindestens eine das Schraubenloch (11) durchsetzende Befestigungsschraube (12) schwimmend an einer Befestigungsplatte (13) des Geräts (1) befestigt ist, und
wobei die Befestigungsschraube (12) einen Schraubenkopf (14), einen Schraubenhals (15) und ein Schraubenende (16) mit einem Gewinde aufweist, wobei der Durchmesser des Schraubenkopfs (14) größer als der Durchmesser des Schraubenlochs (11) ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Durchmesser des Schraubenhalses (15) wesentlich kleiner als der Durchmesser des Schraubenlochs (11) ist,
dass die Befestigungsschraube (12) einen Schraubenanschlag (17) aufweist, der zwischen dem Schraubenhals (15) und dem Schraubenende (16) angeordnet ist, wobei die Länge des Schraubenhalses (15) und/oder die Dicke des Schraubenanschlags (17) so gewählt ist, dass der Abstand zwischen der dem Schraubenhals (15) zugewandten Unterseite (18) des Schraubenkopfs (14) und der dem Schraubenende (16) zugewandten Unterseite (19) des Schraubenanschlags (17) etwas größer als die Länge des Schraubenlochs (11) im Gehäuse (5) des Steckverbinders (3) ist, und
dass im Gehäuse (5) des Steckverbinders (3) an dem der Befestigungsplatte (13) des Geräts (1) zugewandten Ende des Schraubenlochs (11) eine Öffnung (22) ausgebildet ist, deren Durchmesser größer als der Durchmesser des Schraubenlochs (11) ist.
Elektrisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schraubenanschlag (17) ringförmig ausgebildet ist und einen Außendurchmesser aufweist, der deutlich größer als der Durchmesser des Schraubenhalses (15) und nur etwas kleiner als der Durchmesser des Schraubenlochs (11) ist.
Elektrisches Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse (5) des Steckverbinders (3) zwei Schraubenlöcher (11) ausgebildet sind, die in der Ebene senkrecht zur Fügerichtung (F) des Geräts (1) vorzugsweise diagonale versetzt zueinander, insbesondere im Bereich zweier Ecken des Gehäuses (5), angeordnet sind.
Elektrisches Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungszapfen (8) eine kegelförmige Spitze (23) aufweisen und dass der Steckverbinder (3) vorzugsweise zwei Führungszapfen (8) aufweist, die in der Ebene senkrecht zur Fügerichtung (F) des Geräts (1) diagonale zueinander versetzt angeordnet sind.
Elektrisches Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei senkrecht zur Befestigungsplatte (13) verlaufende Führungshilfen, insbesondere Führungsstege (24) vorgesehen sind, die beim Verbindung des Geräts (1) mit einem ortsfesten Basisteil (2) mit korrespondierenden Führungshilfen, insbesondere Führungsnuten (25) am Basisteil (2) zusammenwirken.
Elektrisches Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Steckverbinder (3) mehrere Kontakteinsätze (6) mit unterschiedlichen Kontaktelementen (7) aufweist, wobei mindestens ein Kontakteinsatz (6) der Stromversorgung des Geräts (1) und mindestens ein Kontakteinsatz (6) der Datenübertragung dient.
Elektrisches Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Steckverbinder (3) derart am Gerät (1) bzw. an der Befestigungsplatte (13) des Geräts (1) befestigt ist, dass der Steckverbinder (3) beim Verbinden des Geräts (1) mit einem ortsfesten Basisteil (2) in Fügerichtung (F) von dem Gerät (1) verdeckt wird, so dass ein manuelles Ausrichten des Steckverbinders (3) zum Gegensteckverbinder (4) nicht möglich ist.
Elektrische Steckverbindung zur Herstellung der elektrischen Verbindung zwischen einem elektrischen Gerät (1) und einem ortsfesten Basisteil (2), mit einem an einer Befestigungsplatte (13) des Geräts (1) schwimmend befestigbaren Steckverbinder (3) und einem am Basisteil (2) befestigbaren korrespondierenden Gegensteckverbinder (4),
wobei der Steckverbinder (3) ein Gehäuse (5) mit mindestens einem Kontakteinsatz (6) mit mehreren Kontaktelementen (7) und mindestens ein erstes Führungselement, insbesondere einen Führungszapfen (8) aufweist,
wobei der Gegensteckverbinder (4) ein Gehäuse (9) mit mindestens einem Gegenkontakteinsatz (26) mit mehreren Gegenkontaktelementen (27) und mindestens ein zweites Führungselement, insbesondere ein Führungsloch (10) aufweist, das beim Fügen von Steckverbinder (3) und Gegensteckverbinder (5) mit dem ersten Führungselement zusammenwirkt,
wobei im Gehäuse (5) des Steckverbinders (3) mindestens ein Schraubenloch (11) ausgebildet ist, durch das eine das Schraubenloch (11) durchsetzende Befestigungsschraube (12) in eine Bohrung in einer Befestigungsplatte (13) eines elektrischen Geräts (1) einschraubbar ist, und
wobei die Befestigungsschraube (12) einen Schraubenkopf (14), einen Schraubenhals (15) und ein Schraubenende (16) mit einem Gewinde aufweist, wobei der Durchmesser des Schraubenkopfs (14) größer als der Durchmesser des Schraubenlochs (11) ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Durchmesser des Schraubenhalses (15) wesentlich kleiner als der Durchmesser des Schraubenlochs (11) ist,
dass die Befestigungsschraube (12) einen Schraubenanschlag (17) aufweist, der zwischen dem Schraubenhals (15) und dem Schraubenende (16) angeordnet ist, wobei die Länge des Schraubenhalses (15) und/oder die Dicke des Schraubenanschlags (17) so gewählt ist, dass der Abstand zwischen der dem Schraubenhals (15) zugewandten Unterseite (18) des Schraubenkopfs (14) und der dem Schraubenende (16) zugewandten Unterseite (19) des Schraubenanschlags (17) etwas größer als die Länge des Schraubenlochs (11) im Gehäuse (5) des Steckverbinders (3) ist, und
dass im Gehäuse (5) des Steckverbinders (3) an dem dem Schraubenkopf (14) abgewandten Ende des Schraubenlochs (11) eine Öffnung (22) ausgebildet ist, deren Durchmesser größer als der Durchmesser des Schraubenlochs (11) ist.
Elektrische Steckverbindung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schraubenanschlag (17) vorzugsweise ringförmig ausgebildet ist und einen Außendurchmesser aufweist, der deutlich größer als der Durchmesser des Schraubenhalses (15) und nur etwas kleiner als der Durchmesser des Schraubenloches (11) ist.
Elektrische Steckverbindung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Steckverbinder (3) zwei Führungszapfen (8) und der Gegensteckverbinder (4) zwei Führungslöcher (10) aufweist, wobei die Führungszapfen (8) und die Führungslöcher (10) in der Ebene senkrecht zur Fügerichtung (F) des Steckverbinders (3) diagonale zueinander versetzt angeordnet sind, und wobei die Führungszapfen (8) vorzugsweise jeweils eine kegelförmige Spitze (23) aufweisen.
Elektrische Steckverbindung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Steckverbinder (3) mehrere Kontakteinsätze (6) mit unterschiedlichen Kontaktelementen (7) und der Gegensteckverbinder (4) mehrere Gegenkontakteinsätze (26) mit unterschiedlichen, jedoch zu den zugeordneten Kontaktelementen (7) korrespondierenden Gegenkontaktelementen (27) aufweist, wobei mindestens ein Kontakteinsatz (6) und ein Gegenkontakteinsatz (26) der Stromversorgung und mindestens ein Kontakteinsatz (6) und ein Gegenkontakteinsatz (26) der Datenübertragung dient.
Elektrische Steckverbindung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegensteckverbinder (4) eine Leiterplatte (28) und mindestens ein Kodierelement (29) aufweist, und dass das Kodierelement (29) über die Leiterplatte (26) mit Gegenkontaktelementen (27) eines Gegenkontakteinsatzes (26) für die Datenübertragung verbunden ist.