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Die Erfindung betrifft ein Steckverbinderelement mit einer Verriegelungseinrichtung zur lösbaren Verriegelung an einem Steckpartner, wobei die Verriegelungseinrichtung eine Anzahl von auf dem Umfang eines Grundkörpers verteilten Verriegelungshaken aufweist, die jeweils an einem in Steckrichtung vorderen Ende gekröpft sind und in radialer Richtung zwischen einer Verriegelungsstellung und einer Freigabestellung schwenkbar sind.
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Insbesondere befasst sich die Erfindung mit elektrischen Steckverbinderelementen.
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Der Begriff „Verriegelung“ ist hier in einem allgemeinen Sinne zu verstehen und soll sowohl formschlüssige Verriegelungen als auch kraftschlüssige Verriegelungen sowie Verrastungen einschließen.
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Bei elektrischen Steckverbindungen soll durch die Verriegelungseinrichtung verhindert werden, dass die Verbindung unabsichtlich gelöst wird, beispielsweise durch einen Zug am Kabel. Die Verriegelungshaken greifen in der Verriegelungsstellung hinter einen Hinterschnitt oder in eine Rastvertiefung des Steckpartners, so dass einer Relativbewegung in Löserichtung zumindest ein gewisser Widerstand entgegengesetzt wird.
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Bei den üblichen Steckverbindern, insbesondere bei kleinbauenden elektrischen Steckverbindern, sind die Verriegelungshaken als federnde Zungen ausgebildet, die aufgrund ihrer Eigenelastizität in der radialen Richtung schwenkbar sind. Die Zungen können unmittelbar an den Grundkörper angeformt sein oder sie sind einstückig an einer Hülse ausgebildet, die den Grundkörper umschließt und ihrerseits axialfest am Grundkörper gehalten ist.
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Man unterscheidet zwischen Innenverriegelungen, bei denen der Grundkörper in einen Steckpartner eingesteckt wird und die Verriegelungshaken auswärts gekröpft sind, und Außenverriegelungen, bei denen der Grundkörper auf den Steckpartner aufgesteckt wird und die Verriegelungshaken einwärts gekröpft sind. Bei elektrischen Steckverbindern sind die Verriegelungseinrichtungen häufig als Push-Pull-Mechanismen ausgebildet, bei denen die Verriegelung beim Herstellen der Steckverbindung selbsttätig einrastet und das Entriegeln dadurch bewirkt wird, das ein Betätigungselement, beispielsweise in der Form einer Hülse, in Löserichtung zurückgezogen wird.
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Es sind auch Steckverbinder bekannt, bei denen die Verriegelungseinrichtung ein Gewindeteil aufweist, das mit einem Gegengewinde des Steckpartners verschraubbar ist. Dabei können die Gewinde und Gegengewinde lediglich sektorweise ausgebildet sein, so dass sich die Gewindeteile in einer Stellung, in der die Gewindesektoren gegeneinander verdreht sind, axial ineinander stecken lassen und die Gewinde erst bei einer anschließenden Drehung des einen Gewindeteils relativ zu dem anderen miteinander in Eingriff kommen. In dem Fall können in den Zwischenräumen zwischen den Gewindesektoren auch Rasthaken vorgesehen sein, mit denen eine provisorische Verriegelung bereits in der Stellung erreicht wird, in der die Gewindeteile noch nicht miteinander in Eingriff sind.
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Aus
DE 10 2012 111 408 B3 ist eine Verriegelungseinrichtung für Steckverbinder bekannt, bei der die Verriegelungshaken als Kipphebel ausgebildet sind, die um einen Drehpunkt am Grundkörper schwenkbar sind. Die Kipphebel werden dadurch in die Verriegelungsstellung vorgespannt, dass verlängerte Arme der Kipphebel, die entgegen der Steckrichtung über das Schwenklager vorspringen, durch einen Federring nach innen gezogen werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Steckverbinder zu schaffen, bei dem die Verriegelungseinrichtung eine geringere Baulänge aufweist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Verriegelungshaken als voneinander und von dem Grundkörper getrennte Bauteile ausgebildet sind, die so am Grundkörper gelagert sind, dass sie jeweils um eine rechtwinklig zur Einsteckrichtung und rechtwinklig zur Radialrichtung verlaufende Achse kippbar sind, und die jeweils am der Kröpfung entgegengesetzten Ende in Axialrichtung federnd am Grundkörper abgestützt sind.
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Die radiale Schwenkbewegung der Verriegelungshaken zwischen der Verriegelungsstellung und der Freigabestellung wird nicht oder zumindest nicht allein durch die Eigenelastizität der Verriegelungshaken ermöglicht, sondern dadurch, dass sich der Verriegelungshaken als Ganzes um seine Kippachse dreht. Das ermöglicht nicht nur eine Verringerung der Länge der Verriegelungshaken, sondern hat auch den Vorteil, dass die Gefahr von Ermüdungsbrüchen verringert und damit die Haltbarkeit der Verriegelungseinrichtung verbessert wird, da keine oder allenfalls nur eine geringe elastische Verformung stattfindet. Da die Verriegelungshaken in Axialrichtung federnd am Grundkörper abgestützt sind, braucht die axiale Position der Kippachse nicht festzuliegen, so dass der Kippbewegung eine axiale Translationsbewegung des Verriegelungshakens überlagert sein kann. Die Verriegelungshaken sind dann gleichsam „schwimmend“ am Grundkörper gelagert. Durch die federnde Abstützung können die Verriegelungshaken in die Verriegelungsstellung oder wahlweise auch in die Freigabestellung vorgespannt sein, sei es dadurch, dass der Verriegelungshaken axial gegen eine in Radialrichtung ansteigende oder abfallende Rampe vorgespannt wird oder dadurch, dass die axiale Federkraft zusammen mit einem Anschlag oder Unterstützungspunkt für den Verriegelungshaken ein Drehmoment erzeugt.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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In einer Ausführungsform weist jeder Verriegelungshaken am der Kröpfung entgegengesetzten Ende einen radialen Vorsprung auf, an dem die axiale Federkraft angreift. Diese Federkraft kann durch Federelemente erzeugt werden, die unmittelbar an diesen radialen Vorsprung angeformt sind und sich an einer Schulter des Grundkörpers abstützen. Beispielsweise können die Federelemente als Flügel ausgebildet sein, die in Umfangsrichtung von den entgegengesetzten Seiten des radialen Vorsprungs ausgehen.
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In einer Ausführungsform weist nur jeder zweite Verriegelungshaken solche federnden Flügel auf, während die dazwischen angeordneten Verriegelungshaken anstelle der Flügel starre Stützarme aufweisen, die in Umfangsrichtung mit den radialen Vorsprüngen der gefederten Verriegelungshaken überlappen, so dass die federnde Abstützung indirekt über die federnden Flügel der benachbarten Verriegelungshaken erfolgt. Aufgrund dieser Bauweise können die federnden Flügel auch bei kleinbauenden Steckverbindern eine relativ große Länge in Umfangsrichtung haben, wodurch die elastische Beanspruchung und damit die Gefahr von Ermüdungsbrüchen verringert wird.
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Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 einen axialen Schnitt durch einen Umfangsbereich eines erfindungsgemäßen Steckverbinders;
- 2 und 3 perspektivische Ansichten von unterschiedlich gestalteten Verriegel ungshaken;
- 4 eine perspektivische Ansicht der Verriegelungshaken nach 2 und 3 in ihrer Montagestellung;
- 5 und 6 Schnittdarstellungen analog zu 1, für unterschiedliche Zustände einer Verriegelungseinrichtung;
- 7 eine Darstellung analog zu 4 für eine abgewandelte Ausführungsform
- 8 einen axialen Schnitt durch den Umfangsbereich eines Steckverbinders mit einer Verriegelungseinrichtung gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel;
- 9 einen Schnitt längs der Linie IX-IX in 8; und
- 10 die Verriegelungseinrichtung nach 8 im entriegelten Zustand.
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In 1 ist in einem axialen Schnitt ein Teil einer Umfangswand eines erfindungsgemäßen Steckverbinders gezeigt. Der Steckverbinder hat einen hülsenförmigen Grundkörper 10, der in eine Stecköffnung eines hier nur strichpunktiert angedeuteten Steckpartners 12 einsteckbar und mittels einer Verriegelungseinrichtung 14 an dem Steckpartner verriegelbar ist. Die Verriegelungseinrichtung weist eine Anzahl auf dem Umfang des Grundkörpers verteilter Verriegelungshaken 16, 18 auf, die in 2 und 3 gesondert dargestellt sind. Jeder Verriegelungshaken hat an seinem in Steckrichtung vorderen Ende (links in 1) eine radial nach außen weisende Kröpfung 20, die hier als Rastnase ausgebildet ist und in der in 1 gezeigten Verriegelungsstellung in eine Rastvertiefung des Steckpartners 12 eingreift. Am hinteren Ende weist jeder Verriegelungshaken einen radial nach außen weisenden Vorsprung 22 auf.
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Bei dem in 2 gezeigten Verriegelungshaken 16 schließen sich an den Vorsprung 22 seitlich zwei federnde Flügel 24 an, die sich kreisbogenförmig in Umfangsrichtung des Grundkörpers 10 erstrecken. Die Flügel 24 sind gegenüber dem Vorsprung 22 leicht angewinkelt und auf ihrer Länge leicht gekrümmt, so dass sie sich federnd an einer Schulter 26 des Grundkörpers 10 abstützen.
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Der in 3 gezeigte Verriegelungshaken 18 weist anstelle der Flügel 24 zwei starre Stützarme 28 auf, die in der gleichen Ebene liegen wie der Vorsprung 22.
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In 4 sind die insgesamt sechs Verriegelungshaken in der Konfiguration gezeigt, in der sie am Grundkörper 10 angeordnet sind. Die drei Verriegelungshaken 16 sind in Winkelabständen von 120° angeordnet. Die Flügel 24 erstrecken sich jeweils über einen Bogenwinkel von knapp 60°, so dass die freien Enden der Flügel zweier benachbarter Haken einander fast berühren. Die Verriegelungshaken 18 sind ebenfalls in Winkelabständen von 120° auf Lücke zwischen den Verriegelungshaken 16 angeordnet, und auch die Stützarme 28 erstrecken sich jeweils über einen Bogenwinkel von etwa 60°, so dass sie mit den Vorsprüngen 22 der beiden benachbarten Verriegelungshaken 16 überlappen. Durch die federnden Flügel 24 werden die Verriegelungshaken 16 in Steckrichtung nach vorn vorgespannt. Ihre Vorsprünge 22 drücken dabei auf die Enden der Stützarme 28, wodurch auch die Verriegelungshaken 18 in der gleichen Richtung vorgespannt werden.
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Wie in 1 zu erkennen ist, ist der Verriegelungshaken 16 mit seinem radial inneren (in 1 unteren) Teil in einer axialen Nut 30 des Grundkörpers 10 geführt. Die Flügel 24 liegen außerhalb dieser Nut 30 und stützen sich an den Stellen, an denen sie an den Vorsprung 22 angesetzt sind, auf dem Umfang des Grundkörpers 10 ab, so dass der Verriegelungshaken am hinteren Ende in Abstand zum Boden der Nut 30 gehalten wird. Das gleiche gilt sinngemäß auch für die mit den Stützarme 28 versehenen Verriegelungshaken 18.
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In 2 und 3 sind Kippachsen A und B eingezeichnet, um welche die Verriegelungshaken schwenkbar sind. Diese Kippachsen verlaufen rechtwinklig zur Steckrichtung durch Unterstützungspunkte, in denen die Flügel 24 bzw. die Stützarme 28 auf dem Rand der Nut 30 aufliegen.
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Am vorderen Ende wird jede Nut 30 durch eine schräg ansteigende Rampe 32 begrenzt, an der sich das vordere Ende des Verriegelungshakens so abstützt, dass der Verriegelungshaken auch am vorderen Ende im Abstand zum Boden der Nut 30 gehalten wird. In der Verriegelungsstellung gemäß 1 verhindert die Rampe 32 zugleich, dass die Kröpfung 20 aus der Rastvertiefung des Steckpartners 12 austritt.
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Auf einem durch die Schulter 24 begrenzten, im Durchmesser erweiterten Teil des Grundkörpers 10 ist ein Löseelement 34 angeordnet, das in diesem Beispiel als Hülse ausgebildet ist, die den Grundkörper 10 umgibt und axial verschiebbar auf diesem Grundkörper geführt ist. Am vorderen Ende weist das Löseelement 34 einen radial einwärts gerichteten Flansch 36 auf, der die Vorsprünge 22 der Verriegelungshaken 16, 18 übergreift. In 1 befindet sich das Löseelement 34 in einer vorderen Endlage, in der der Flansch 36 einen axialen Abstand zum Vorsprung des Verriegelungshakens 18 hat.
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Das Löseelement 34 kann beispielsweise durch eine nicht gezeigte Feder elastisch in dieser Endlage gehalten werden. Der Flansch 36 weist in diesem Beispiel am inneren Rand auf der den Vorsprüngen 22 zugewandten Seite eine Nase 38 auf, die am inneren Rand der Vorsprünge 22 der und der Stützarme 28 Verriegelungshaken 18 angreift, wenn das Löseelement 34 entgegen der Federkraft axial zurückgezogen wird. Da die Stellen, an denen die Flügel 24 an den Vorsprung 22 angesetzt sind, gegenüber der Nase 38 etwas radial nach außen versetzt ist, wirkt auf die aneinander anliegenden Vorsprünge 22 der Verriegelungshaken 16 und 18 ein Drehmoment, das die Tendenz hat, die Verriegelungshaken im Gegenuhrzeigersinn in 1 zu kippen. Gleichzeitig werden durch die axiale Bewegung des Löseelements 34 alle Verriegelungshaken 16 und 18 gleichmäßig zurückgezogen, so dass ihre freien Enden an den Rampen 32 entlang gleiten und tiefer in die Nut 30 eintreten, während die Kröpfung 20 aus der Rastvertiefung des Steckpartners 12 austritt. Auf diese Weise werden die Verriegelungshaken 16, 18 in eine in 5 gezeigte Freigabestellung überführt, in der die Verriegelung aufgehoben ist. Wenn der Benutzer den Zug auf das Löseelement 34 aufrecht erhält, wird somit das Steckverbinderelement aus der Stecköffnung des Steckpartners 12 herausgezogen.
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6 zeigt den Zustand, in dem die Steckverbindung wieder hergestellt wird, indem der Grundkörper 10 in die Stecköffnung des Steckpartners 12 eingeschoben wird. Die angeschrägten vorderen Flanken der Kröpfungen 20 laufen dabei auf eine Einlaufschräge des Steckpartners 12 auf, wodurch die Verriegelungshaken 16, 18 entgegen der Kraft der federnden Flügel 24 zurückgeschoben werden und die freien Enden der Verriegelungshaken wieder an den Rampen 32 entlang gleiten und die Verriegelungshaken wieder in die Freigabestellung gekippt werden, so dass der Grundkörper 10 und die Verriegelungshaken tiefer in die Stecköffnung eingeführt werden können. Wenn die Kröpfung 20 die axiale Position der Rastvertiefung des Steckpartners 12 erreicht, laufen die vorderen Enden der Verriegelungshaken 16, 18 unter der Kraft der federnden Flügel 24 auf die Rampen 32 auf, und in die Verriegelungshaken schwenken in die Verriegelungsstellung gemäß 1.
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In einer anderen Ausführungsform kann die Kippbewegung der Verriegelungshaken 16, 18 in die Freigabestellung auch dadurch gesteuert oder unterstützt werden, dass die hintere Flanke der Kröpfung 20 und die entsprechende Gegenfläche der Rastvertiefung stärker angeschrägt sind, so dass diese Schrägflächen beim Zurückziehen der Verriegelungshaken aneinander entlang gleiten und die Kröpfungen tiefer in die Nut 30 gedrückt werden.
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Die Verriegelungshaken 16, 18 mit der in 2 und 3 dargestellten Form können wahlweise aus Kunststoff oder auch aus Metallblech hergestellt werden. Bei der Herstellung aus Metallblech kann zunächst ein flacher Rohling ausgestanzt werden, bei dem der Vorsprung 22 und die Flügel 24 bzw. die Stützarme 28 in der gleichen Ebene liegen wie der übrige Teil des Verriegelungshakens. In einem weiteren Schritt wird dann der Vorsprung 22 mit den Flügeln bzw. Stützarmen rechtwinklig abgekantet. Die Kröpfung 20 kann beispielsweise dadurch hergestellt werden, dass das freie Ende des Verriegelungshakens in einer geeigneten Pressform axial gestaucht wird.
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Bei der in 4 gezeigten Anordnung der Verriegelungshaken 16, 18 haben die Flügel 24 im Vergleich zu dem Federweg, den die Verriegelungshaken zurücklegen müssen, eine sehr große Länge, so dass die Flügel nur eine geringe elastische Verformung erfahren und auch bei einer sehr großen Anzahl von Ver- und Entriegelungsvorgängen praktisch keine Materialermüdung eintritt.
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In einer anderen Ausführungsform, insbesondere bei relativ großem Durchmesser des Grundkörpers 10, können auch sämtliche Verriegelungshaken die Form haben, die in 2 für die Verriegelungshaken 16 gezeigt ist. In dem Fall werden die Verriegelungshaken so angeordnet, dass ihre Vorsprünge 22 alle in einer gemeinsamen Ebene liegen und sämtliche Verriegelungshaken sich über die Flügel 24 direkt an der Schulter 26 abstützen.
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7 zeigt eine weitere Variante, bei der alle Verriegelungshaken 18 wie in 3 ausgebildet sind und die federnde Abstützung mittels einer in der Zeichnung nur angedeuteten Schraubenfeder 24a erfolgt, die den im Durchmesser reduzierten Teil des Grundkörpers umgibt und sich an der (hier nicht gezeigten) Schulter 26 abstützt.
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8 bis 10 zeigen ein Beispiel für eine Verriegelungseinrichtung 14' an einem Steckverbinderelement mit einer anderen Bauform. Dieses Steckverbinderelement weist einen hülsenartigen Grundkörper 10', der auf einen als Zapfen ausgebildeten Steckpartner 12' aufsteckbar ist. Die Verriegelungseinrichtung 14 ist demgemäß als Außenverriegelung ausgebildet, mit Verriegelungshaken 16', die von außen in entsprechende Rastvertiefungen des Steckpartners 12' eingreifen.
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Die Verriegelungshaken 16' haben jeweils am hinteren Ende einen radialen Vorsprung 22', an dem eine den Grundkörper 10' umgebende Schraubenfeder 24' angreift, die sich mit ihrem entgegengesetzten Ende an einer Schulter 26' des Grundkörpers abstützt. Der hintere Teil jedes Verriegelungshakens 16' ist in einer axialen Nut 30' des Grundkörpers aufgenommen. Am hinteren Ende weist der Verriegelungshaken zwei seitlich vorspringende Achsstummel 40 auf, die jeweils in eine in der Flanke der Nut 30' gebildete Tasche 42 eingreifen. Auf diese Weise wird ein Schwenklager für den Verriegelungshaken 16' gebildet und zugleich der Verriegelungshaken sowohl in radialer als auch in axialer Richtung fixiert. Die Schraubenfeder 24' übt auf den Verriegelungshaken ein Drehmoment aus, durch das dieser elastisch in der in 8 gezeigten Eingriffsstellung gehalten wird.
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Die Verriegelung des Steckverbinderelements am Steckpartner 12' erfolgt bei dieser Ausführungsform ausschließlich durch Verrastung. Wenn der Grundkörper 10' mit hinreichend großer Kraft vom Steckpartner 12 abgezogen wird, so wird der Verriegelungshaken aus der V-förmig ausgebildeten Rastvertiefung des Steckpartners 12 herausgedrückt, wobei die Schraubenfeder 24' nachgibt, wie in 10 gezeigt ist.
