DE4118696C2 - Steckverbinder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Steckverbinder gemäß dem Oberbegriff des An­ spruches 1.

Vorteilhaft bei solchen Steckverbindern ist insbesondere eine schwimmende Anordnung der Kontaktelemente (z. B. Steckbuchsen) weil dadurch ermöglicht ist, auch bei einer ungünstigen Summierung der unvermeidlichen Form- und Lagetoleranzen der Kontaktelemente selbst sowie der Fertigungstoleranzen des beispielsweise im Spritzgußverfahren hergestellten Kontaktträgers so­ genannte "Aufsitzer" der Steckerstifte auf oder gar neben den Buchsenwän­ den und damit Beschädigungen und/oder Fehlfunktionen der Kontaktelemente vermeidbar zu machen.

Für den erforderlichen Toleranzausgleich zwischen den Buchsen- und den zugehörigen Stiftkontakten sind konstruktive Lösungen bekannt, wie sie in den Fig. 2a bis 2c als Prinzipdarstellungen gezeigt sind.

Bei einer Ausführung gemäß Fig. 2a mit schwimmendem Kontaktelement weist dieses einen in einer erweiterten Ausnehmung 2 der Kontaktkammer 3 angeordneten Bund 4 auf, dessen Abmessungen in axialer und radialer Rich­ tung geringer sind als die der Ausnehmung 2; zur Sicherung des Kontakt­ elementes 1 gegen Herausfallen ist eine Abdeckplatte 5 vorgesehen. Der leiteranschlußseitige und der steckseitige Schaft 6 des Kontaktelementes durchsetzt eine Bohrung 7 der Abdeckplatte 5, deren lichte Weite ebenso wie die des steckseitigen Teils der Kontaktkammer 3 größer ist als der Schaftdurchmesser. Auf diese Weise ist das Kontaktelement 1 im Kontakt­ träger 5, 8 in radialer und axialer Richtung verschiebbar und gegen die Steckachse neigbar, so daß bei entsprechenden Abmessungen große Toleran­ zen ausgleichbar sind.

Andererseits ist die Herstellung des Kontaktträgers durch die erforderli­ che Abdeckplatte sowie ihre Befestigung zur Aufnahme des Steckdruckes teuer und zudem deren Montage insbesondere bei vielpoligen Steckverbin­ dern schwierig, deren anschlußseitige Kontaktteile ja nicht alle hin­ sichtlich der zugehörigen Ausnehmungen in der aufzusetzenden Abdeckplatte lagerichtig sind.

Überdies ist die Kontakteinbettung im Kontaktträger 5, 8 nicht wasser­ dicht und der Anwendungsbereich dieser Ausführung somit beschränkt.

Bei der bekannten Lösung gemäß Fig. 2b, bei der zur Sicherung des Kontaktelementes 9 gegen Herausfallen Rastlappen 10 vorgesehen sind, die bei in die Kontaktkammer 11 eingeführtem Kontaktelement 9 an der steck­ seitigen Schulter eines Bundes 12 anliegen, sind in gleicher Weise eben­ falls große Toleranzen ausgleichbar. Auch bei dieser Ausführung muß aber der Kontaktträger 13, 14 mit den beschriebenen Nachteilen zweiteilig aus­ geführt sein, damit er beim Spritzgußverfahren entformbar ist.

Als Alternative ist es weiterhin bekannt (Fig. 2c), das Kontaktelement 15 im steckseitigen Endbereich der Kontaktkammer 16 des einstückigen Kontaktträgers 17 mittels eines verdickten Abschnittes 18 mit Sicherungs­ bund 19 fest zu lagern. Bei dieser Anordnung wird die Beweglichkeit des Kontaktelements 15 durch eine dünne Biegezone 20 erreicht. Hierbei ist zwar der Kontaktträger einteilig, die Beweglichkeit des Kontaktelementes und damit der ausgleichbare Toleranzbereich jedoch gering, weil die Bie­ gezone aus Platzgründen nur relativ kurz und wegen des praktisch immer erforderlichen kleinen elektrischen Durchgangswiderstandes nicht beson­ ders dünn ausgeführt werden kann. Dadurch ist zum Ausbiegen des Kontakt­ elements beim Steckvorgang überdies eine hohe Steckkraft nötig, was bei hohen Polzahlen ein Einstecken sehr schwierig wenn nicht gar unmöglich machen kann und außerdem eine punktförmige Berührung von Stift- und Buch­ senkontakt mit zu hohem Durchgangswiderstand bewirkt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Steckverbinder nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 derart weiterzubilden, daß auf möglichst einfache und kostengünstige Weise eine hohe Beweglichkeit des Kontaktele­ ments in der Kontaktkammer gewährleistet ist.

Diese Aufgabe ist durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 ge­ löst.

Durch diese ohne besondere Herstellkosten einfachst realisierbare Ausbil­ dung des Kontaktelementes und der Kontaktkammer kann sowohl das Kontakt­ element als auch der Kontaktträger einstückig ausgeführt sein, wodurch die Herstell- und die Montagekosten minimiert sind. Die Kontaktelemente werden dabei lediglich in die Kontaktkammern eingedrückt und sind darin lösbar rastend gehalten. Die Festigkeit dieser Halterung ist sehr einfach durch die Wahl der Abmessungen insbesondere der gewölbten Bereiche den Erfordernissen des Einzelfalles anpaßbar. Darüberhinaus ist eine allsei­ tige Auslenkung des Kontaktelements gegenüber der Steckachse und somit ein optimaler Ausgleich von Lagetoleranzen der ineinanderzusteckenden Kontaktelemente ermöglicht, wobei dieser Bereich äußerst einfach durch die Kontaktkammerabmessungen dem jeweiligen Bedarf entsprechend wählbar ist.

Durch die leichte Auslenkbarkeit der Kontaktelemente sind auch bei großem Versatz der Steckachsen nur geringe Einsteckkräfte erforderlich. Darüber­ hinaus tritt auch keine punktförmige Kontaktgabe auf, vielmehr liegen die Steckerstifte gleichmäßig an den Buchsenwänden an, so daß ein geringer Durchgangswiderstand und eine hohe Kontaktsicherheit gewährleistet sind. Sofern der Steckverbinder nicht wasserdicht sein muß, ist sogar eine schwimmende Lagerung des Ringwulstes in der Ringnut möglich, so daß zum Auslenken des Kontaktelementes beim Einstecken eines nicht genau axial dazu ausgerichteten Gegenkontaktelementes überhaupt keine zusätzliche Steckkraft erforderlich ist, ein Vorteil, der insbesondere bei vielpoli­ gen Steckverbindern den Steckvorgang ganz wesentlich erleichtert.

Der erfindungsgemäße Steckverbinder ist aber bei Bedarf ohne weiteres und vor allem ohne zusätzliche Maßnahmen wasserdicht herstellbar, wobei die jeweils gewünschte Dichtheit sehr einfach durch die Bemessung der gewölb­ ten Flächen und ihrer Abstände sowie die Wahl eines hinsichtlich der Elastizität geeigneten Materials des Kontaktträgers realisierbar ist. Da­ bei bleibt auch bei hohen Anforderungen an die Dichtheit, also einem großen Anpreßdruck des Ringwulstes an die Wandung der Ringnut, das Kan­ taktelement leicht auslenkbar.

Die in Anspruch 2 angegebene Lösung ist äquivalent zu derjenigen gemäß dem Anspruch 1 mit allen hierzu bereits genannten Vorteilen. Sie eignet sich insbesondere für Ausführungen mit nicht allzu tiefer Ringnut bzw. nicht zu starkem Ringwulst, bei denen die Stärke der Kontaktelemente aus­ reichend und die Entformung des einstückigen Kontaktträgers noch unpro­ blematisch ist.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungs­ gemäßen Steckverbinders angegeben.

So sind zwar grundsätzlich alle möglichen Wölbungen (Konturen) von Ring­ wulst bzw. Ringnut denkbar; mit einer kugel- bzw. kugelschalenförmigen Ausbildung nach Anspruch 3 ist jedoch eine optimale Lagerung (Kugellager) erzielt, die einen großen allseitigen Auslenkbereich der Kontaktelemente in den Kontaktkammern, geringe Abmessungen und eine trotz leichter Ein­ führbarkeit der Kontaktelemente in die verrastete Einbaulage hohe Rast­ wirkung gewährleistet.

Eine weitere, sehr vorteilhafte Möglichkeit, die Haltekraft der Kontakt­ elemente in der Lagerung sowie den Lagerdruck und damit die Beweglichkeit der Kontaktelemente den Bedürfnissen des jeweiligen Anwendungsfalles optimal anzupassen, ist dem Fachmann durch die freistehenden anschluß­ seitigen Endbereiche der Kammerwände (Dome) gemäß Anspruch 4 an die Hand gegeben. Für diese Anpassung steht eine entsprechende Wahl des Materials des Kontaktträgers, der Wandstärke und Länge der Dome sowie der Größe der aneinanderliegenden Flächen von Ringwulst und Ringnut zur Verfügung.

Zur weiteren Verbesserung der Auslenkbarkeit des Kontaktelements und des­ sen möglichst genaue Ausrichtung in axialer Richtung des Gegenkontakt­ elements ist gemäß Anspruch 5 eine dünne Biegezone vorgesehen, die ihre Wirkung dann besonders entfaltet, wenn eine starke Verkantung von Kon­ taktelement und Gegenkontaktelement vorliegt.

Insgesamt ist mit der erfindungsgemäß ausgebildeten Steckkontakthalterung und -lagerung ein in Aufbau und Montage äußerst kostengünstiger Steckver­ binder geschaffen, der alle Vorteile der schwimmenden Kontaktelementan­ ordnung aufweist und überdies bei Bedarf ohne zusätzliche Maßnahmen was­ serdicht ausführbar ist. Diese Vorteile kommen insbesondere bei vielpoli­ gen Steckverbindern zum Tragen und sind gerade für Massenprodukte wie Steckverbinder von besonders weitreichender Bedeutung.

In Fig. 1 ist als Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Steckverbin­ ders ein Schnitt durch einen Kontaktträgerbereich eines zwanzigpoligen Steckverbinders mit einer Kontaktkammer und darin eingeführten Kontakt­ elementen gezeigt.

Der in einem der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellten Steckver­ bindergehäuse angeordnete Kontaktträger 21 weist zwanzig Kontaktkammern 22 auf, in deren jede von der Kabelanschlußseite her eine Kontaktbuchse 23 eingeführt und darin lösbar rastend gehalten wird. Die anschlußseiti­ gen Endbereiche der Kontaktkammern 22 sind als freistehende Dome 24 aus­ gebildet, die am Ende einen Einführungstrichter 25 und daran anschließend eine Ringnut 26 mit kugelschalenförmiger Kontur aufweisen. Die stecksei­ tigen Endbereiche der Kontaktkammern 22 weisen jeweils zur sicheren Ein­ führung eines an der Spitze verrundeten Steckerstiftes 27 eine Ein­ führungsschräge 28 und daran anschließend zu dessen Grobzentrierung einen verjüngten Abschnitt 29 auf. Die Kontaktbuchsen 23 bestehen aus einem rohrförmigen Kabelanschlußteil 30 zum Einlöten des abisolierten Endes ei­ ner Kabellitze, einem kugelförmigen Ringwulst 31, einem dünnen Biegeteil 32 sowie einer Steckbuchse 33, die aus zwei durch einen Längsschlitz 34 getrennten federnden Halbschalen 35 mit trichterförmiger Aufnahme 36 am freien Ende aufgebaut ist.

Die Montage des Steckverbinders besteht auf Grund des einteilig ausge­ führten Kontaktträgers 21 lediglich darin, daß die Kontaktbuchse 23 bis zum Einrasten der Kugelschnappverbindung, d. h. des kugelförmigen Ringwulstes 31 in die Ringnut 26 mit daran angepaßter kugelschalenförmi­ ger Kontur, in die Kontaktkammern 22 eingeführt werden. Der Steckverbin­ der ist somit in der Herstellung äußerst kostengünstig.

Bei montiertem Steckverbinder ist der kugelförmige Ringwulst 31 in der kugelschalenförmigen Ringnut 26 nach allen Seiten frei schwenkbar, die Kontaktbuchse 23 also aus der axialer Lage auslenkbar, wobei der Aus­ lenkbereich und damit der maximal ausgleichbare Steckachsenversatz von Kontaktbuchse 23 und Steckerstift 27 sehr einfach durch die Abmessungen der Kontaktkammer 22 bestimmbar ist.

Die Anordnung des Lagers 26, 31 am anschlußseitigen Endbereich der Kon­ taktkammern 22 bewirkt auch bei großer Auslenkung einen relativ kleinen Winkel zwischen der Buchsenachse 37 und der Stiftachse 38, so daß bereits dadurch eine geringe Einsteckkraft erforderlich ist. Diese wird noch wei­ ter vermindert durch das dünne Biegeteil 32, welches bei nicht fluchten­ den Achsen 37, 38 für eine zusätzliche Verkleinerung der genannten Win­ kels, d. h. Ausrichtung der Steckbuchse 33 in Richtung der Achse 38 des Steckerstiftes 27 sorgt.

In Fig. 1 ist der maximal mögliche Versatz der beiden Kontaktelement­ achsen 37, 38 dargestellt. Beim Zusammenstecken wird der Steckerstift 27 zunächst an der oberen Kante des verjüngten Abschnitts 29 der Kontaktkam­ mer 22 geführt und gleitet dann mit seiner verrundeten Spitze voran in die trichterförmige Aufnahme 36 der Steckbuchse 33, die dabei durch Aus­ lenkung, d. h. durch Drehung der Kontaktbuchse 23 im Lager 26, 31 und zu­ sätzlich durch leichtes Verbiegen des Biegeteils 32 in eine mit dem Steckerstift 27 fluchtende Lage gebracht wird. Durch diesen praktisch vollständig einer schwimmenden Anordnung entsprechenden Aufbau sind nicht nur "Aufsitzer" wirksam vermieden, sondern auch die Einsteckkräfte sehr gering, was insbesondere für vielpolige Steckverbinder ein äußerst wich­ tiger Vorteil ist.

Zweckmäßigerweise sind das Material des Kontaktträgers 21, die Länge und Wandstärke der Dome 24 sowie die Größe der aneinanderliegenden Lagerflä­ chen und der Durchmesser des Ringwulstes 31 so gewählt, daß einerseits eine leichte Einführbarkeit der Kontaktbuchsen 23 und zum anderen eine ausreichend hohe Abzugskraft der ohne besondere Mittel (z. B. Rastlappen) lösbar verrasteten Kontaktbuchsen 23 gewährleistet ist.

Zusätzlich ist mit diesen Parametern natürlich der Druck bestimmbar mit dem der Ringwulst 31 an der kugelschalenförmigen Fläche der Ringnut 26 anliegt. Für den Fall, daß keine Wasserdichtigkeit erforderlich ist, kann durch entsprechende Wahl der genannten Größen dieser Druck gleich Null sein, womit die Einsteckkräfte minimal sind, d. h. nur noch von dem erfor­ derlichen Kontaktdruck abhängen, den die vorgespannten Steckbuchsen-Halb­ schalen 35 auf den jeweils eingeführten Steckerstift 27 ausüben. Eine derartige Ausführung ist daher ganz besonders für hochpolige Steckverbin­ der geeignet.

Soll indessen der Steckverbinder wasserdicht sein, so ist dies durch ent­ sprechende Wahl der vorstehend aufgeführten Parameter für einen weiten Druckbereich möglich.

Claims (5)

1. Steckverbinder mit einem Kontaktträger aus Isolierstoff und wenig­ stens einem in einer Kontaktkammer des Kontaktträgers angeordneten Kontaktelement, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Kontaktelement (23) im Einbauzu­ stand mit einem nach außen gewölbten (konvexen) Ringwulst (31) in einer an dessen Kontur angepaßten konkaven Ringnut (26) in der Wand (24) des anschlußseitigen Endbereichs der zugeordneten Kon­ taktkammer (22) schwenkbar gelagert ist.

2. Steckverbinder mit einem Kontaktträger aus Isolierstoff und wenig­ stens einem in einer Kontaktkammer des Kontaktträgers angeordneten Kontaktelement, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Kontaktelement im Einbauzustand mit einer konkaven Ringnut in einem an deren Kontur angepaßten, von der Wand des anschlußseitigen Endbereichs der zugeordneten Kontaktkammer in das Kammerinnere vorgewölbten (konvexen) Ring­ wulst schwenkbar gelagert ist.

3. Steckverbinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringwulst (31) kugelförmig und die Ringnut (26) kugelschalen­ förmig ausgebildet sind.

4. Steckverbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der anschlußseitige Endbereich jeder Kontakt­ kammer (22) eine freistehende Wandung (24) aufweist, die in radia­ ler Richtung wenigstens etwas verformbar ist.

5. Steckverbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Kontaktelement (23) zwischen dem Ringwulst (31) und dem steckseitigen Ende eine dünne Biegezone (32) aufweist.