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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen losen oder schwimmenden Verbinder
vom elektrischen oder fluidischen Typ, und betrifft insbesondere
einen Verbinder, der für
Anwendungen in der Raumfahrt oder dergleichen dient.
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Es
ist bekannt, daß das
Material bei solchen Anwendungen extremen Umgebungsbedingungen unterworfen
wird. Was insbesondere die Verbindungselemente oder Verbinder betrifft,
gibt es einander entgegengesetzte Forderungen: Einerseits ist es notwendig,
einen losen oder schwimmenden Verbinder zu schaffen, um Montagetoleranzen,
Abmessungsveränderungen
aufgrund von Versetzungen und Fluchtungsunterschiede beim Koppeln
zu berücksichtigen;
andererseits ist es notwendig, die Vorrichtung beim Abschuß festzuhalten,
einer Phase während
der sie Vibrationshöhen
unterworfen wird, die sich in einem typischen Bereich von 15 bis
30 G (ungefähr
150 bis 300 m/s2) befinden.
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Bekanntermaßen sind
die losen Verbinder allgemein gebildet aus einer Steckerbasis oder
einem festen Stecker, der auf bewegliche oder schwimmende Weise
mit einer elastischen Rückhalteeinrichtung
in zentraler Stellung an einem festen Gehäuse oder Rahmen gehalten sind.
Um dies zu erreichen werden beispielsweise Federn verwendet.
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Der
Stecker weist an seinem Verbindungsabschnitt mit einem komplementären Steckverbinder einen
Einführ-
und Führungskonus
der Basis auf, die, in Verbindung oder Kombination mit der Vorrichtung zum
schwimmenden Halten der Basis, die Wiederausrichtung und effektive
Verbindung der fluidischen oder elektrischen Systeme der mit dem
Verbinder verbundenen Module ermöglicht.
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Beispielhaft
werden schwimmende Verbinder in den beiden nachfolgenden Patentanmeldungen
beschrieben:
- – DE-A1-3 903 839 (YAZAKI Corp.),
und
- – EP-A1-0
371 835 (AUTOMOBILES PEUGEOT).
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Für den Fall
der Anwendungen in der Raumfahrt, besteht aufgrund der oben genannten
widerstreitenden Bedingungen eine ernsthafte Gefahr, daß beim Abschuß das Rückhaltesystem
oder sogar der Verbinder selbst zerstört wird.
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Die
vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, einen Verbinder
vom losen oder schwimmenden Typ, insbesondere für die Verwendung in der Raumfahrt
zu schaffen, der nicht die Nachteile des Standes der Technik, von
denen einige oben genannt wurden, aufweist.
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Hierzu
wird der genannte Verbinder mit einer Vorrichtung zum zeitweisen
Verriegeln des schwimmenden Elements versehen, einer Vorrichtung,
die automatisch beim Koppeln ausgekuppelt ist.
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In
einer ersten bevorzugten Ausführungsform
weist diese Vorrichtung zwei stabile Zustände auf: einen ersten Zustand,
für den
die Vorrichtung zum zeitweiligen Verriegeln aktiv ist, und einen
zweiten Zustand, in dem diese Vorrichtung die beschriebene Basis
freigibt.
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In
einer zusätzlichen
Ausführungsvariante
ist die Vorrichtung zum zeitweiligen Verriegeln mit Einrichtungen
versehen, die ihre Wiederaufnahme im Hinblick auf das Durchführen von
Tests vor dem Abschuß ermöglichen.
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Die
Erfindung hat also einen losen oder schwimmenden Verbinder zum Gegenstand,
mit zwei zu verbindenden Bereichen oder Abschnitten, einem ersten
Bereich, der wenigstens eine lose oder schwimmende Stützbasis
wenigstens eines ersten Verbindungselements und einen zweiten, festen
Abschnitt aufweist, der ein zweites Verbindungselement für ein jedes
der ersten Verbindungselemente aufweist und mit diesem gepaart ist,
dadurch gekennzeichnet, daß er
eine Vorrichtung zum zeitweiligen Verriegeln einer jeden der losen
oder schwimmenden Basen aufweist, mit Blockierungseinrichtungen
von dieser vor dem Kuppeln, wobei Steuerungseinrichtungen dieser
Blockierungseinrichtungen einen ersten stabilen Zustand oder Verriegelungszustand
einer jeden der Basen und einen zweiten stabilen Zustand oder Lösezustand
aufweisen, und daß der zweite
Bereich Betätigungseinrichtungen
aufweist, die auf die Steuereinrichtungen beim Kuppeln derartig
wirken, daß sie
das Lösen
einer jeden Basis erzeugen, wenn das Kuppeln des ersten Bereichs
und des zweiten Bereichs beendet ist.
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Durch
diese Maßnahme
erreicht die Erfindung die Ziele, die sie sich gesteckt hat. Der
erfindungsgemäße Verbinder
weist eine Anzahl von Vorteilen auf, und insbesondere die folgenden:
- – einen
verringerten Platzbedarf;
- – das
Löse- oder
Entriegelungssystem ist vollkommen passiv: nur die für das Kuppeln
notwendige Energie ist notwendig;
- – da
die Befestigungsvorrichtung wiederladbar ist, können Tests vor dem Abschuß durchgeführt werden;
- – die
Vorrichtung wird automatisch am Beginn des Kuppelns freigesetzt;
- – sie
besitzt zwei stabile Zustände:
es ist sichergestellt, daß sie
im freien Zustand nach dem Kuppeln verbleibt.
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Die
Erfindung wird besser verstanden und weitere Eigenschaften und Vorteile
ergeben sich aus der Lektüre
der Beschreibung, die unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren
folgt, und in denen:
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die 1a, 1b und 1c ein
Ausführungsbeispiel
eines schwimmenden Verbinders zeigen, der mit einer Vorrichtung
zum zeitweiligen Festlegen gemäß der Erfindung
versehen ist, wobei die 1a, 1b und 1c entsprechende
Ansichten von vorne, der Seite und von oben sind;
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die 2a und 2b Detailfiguren
sind, die in Ansicht von der Seite, im Teilschnitt bzw. gesehen
von oben, ein Ausführungsbeispiel
der Vorrichtung mit zeitweiliger Verriegelung gemäß der Erfindung
zeigen;
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die 3a, 3b, 3c und 3d die Betriebsweise
der Vorrichtung zum zeitweiligen Verriegeln während vier aufeinanderfolgender
Phasen des Kuppelns eines Steckers und einer Steckerbasis eines
erfindungsgemäßen losen
oder schwimmenden Verbinders zeigen;
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die 4a und 4b den
Verbinder, gesehen von vorne, und die Steckerbasis dieses Verbinders,
gesehen von oben, am Anfang der Kupplungsphase zeigen;
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die 5a und 5b den
Verbinder, gesehen von vorne, und die Steckerbasis des Verbinders, gesehen
von oben, am Ende der Kupplungsphase zeigen.
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Die 1a, 1b und 1c zeigen
ein Ausführungsbeispiel
eines Verbinders 1 vom losen oder schwimmenden Typ gemäß der Erfindung
in Vorderansicht, Seitenansicht bzw. Draufsicht.
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Der
Verbinder 1 wird aus zwei zusammenzukuppelnden Abschnitten 2 und 3 gebildet.
Der untere Abschnitt (in den Figuren) weist eine Steckerbasis oder
Verbinderbasis 31 auf, die auf schwimmende Weise an einer
festen Stütze
bzw. einem festen Lager 6 durch herkömmliche elastische Einrichtungen (nicht
dargestellt) befestigt ist. Diese Anordnung, in an sich bekannter
Weise, steht im Wissen des Durchschnittsfachmanns, so daß es sich
erübrigt,
sie weiterhin zu beschreiben. Diese Basis 31 stützt ein
zu verkuppelndes Verbindungselement 30. Im Nachfolgenden
wird im Hinblick auf eine Vereinfachung der Beschreibung, ohne daß dies in
irgendeiner Weise die Tragweite der Erfindung einschränken würde, angenommen,
daß es
sich um einen elektrischen Verbinder handelt, und daß das Verbindungselement 30 ein
männlicher
Stecker ist.
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Der
obere Bereich (in den Figuren) weist eine Stütze 21 auf, an der
ein anzukoppelnder Stecker angehängt
ist, der im dargestellten Beispielsfalle weiblich bzw. buchsenförmig ausgebildet
ist.
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Die
Verbindungselemente weisen auf herkömmliche Weise gegenseitige
Führungseinrichtungen 200 bzw. 300 auf,
die beim Einführen
der einen in die andere derart zusammenwirken, daß sie eine gute
Ausrichtung gemäß einer
gemeinsamen Achse Δ1 möglich
machen.
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Gemäß einem
wichtigen Merkmal der Erfindung wird der Verbinder 1 mit
einer Vorrichtung 4-5 zum zeitweiligen Halten
der schwim menden Basis 31 versehen. Diese weist einerseits
ein paar von Klemmbacken 5 oder ähnliche Organe auf, die die Basis 31 und
das Verbindungselement 30 blockieren. Aus praktischen Gründen ist
es im allgemeinen das Verbindungselement 30, das von den
Klemmbacken 5 eingeklemmt wird. Diese sind beiderseits
des Verbindungselements 30 angeordnet und verlaufen entlang
einer Achse Δ2 senkrecht zur Achse Δ1. Die Klemmbacken 5 werden
von Steuereinrichtungen 4 betätigt, die auf detaillierte
Weise unter Bezugnahme auf die 2a und 2b beschrieben
werden.
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Die 1a bis 1c stellen
den Verbinder 1 vor dem Kuppeln dar. In diesem Zustand
wirken die Steuereinrichtungen 4 auf die Klemmenbacken 5 derart
ein, daß sie
die Basis 31-30 verriegelt halten. Wie es nachfolgend
beschrieben werden wird, weisen die Steuereinrichtungen 4 ein
Löseorgan
auf, das im dargestellten Beispielsfalle ein Pedal 42 oder
ein analoges bzw. ähnliches
Element aufweist. Dieses ist von außen zugänglich. Für ihren Teil weist die Stütze 21,
der obere Bereich 2 des Verbinders 1, zur Achse Δ1 parallele
Stangen 22 auf. Diese dienen dazu, durch Drücken auf
die Pedale 42 beim Einführen
zu wirken, die ihrerseits auf die Steuereinrichtungen 4 derart
wirken, daß sie
die Klemmbacken 5 lösen.
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Im
nachfolgenden tragen die identischen Zeichnungselemente oder wenigstens
die in den 1a bis 1c ähnlichen
oder gleichen Elemente dieselben Bezugsziffern und werden nur dann
erneut beschrieben, soweit es notwendig ist.
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Die 2a zeigt
auf detailliertere Weise im Teilschnitt und in Seitenansicht, die
Vorrichtung zum zeitweiligen Verriegeln 4 der beschriebenen
Steckerbasis 30-31. Sie weist ein Gehäuse 40 auf,
in dem ein Kolben oder ein Fach 41 gleitet. Dieses kann
sich entlang der Achse Δ2 bewegen. Hierzu sind zwei Öffnungen 400 und 401 in
den einander gegenüberliegenden
Seitenwänden
des Gehäuses
vorgesehen. Das Gehäuse 4 ist
mit der festen Stütze 6 (1a) verbunden,
die die lose oder schwimmende Steckerbasis (30-31)
stützt.
Der Kolben 41 bewegt einen der beiden Klemmbacken 5.
Genauer weist im dargestellten Beispielsfalle der Kolben 41 drei
Abschnitte auf: eine erste Stange 410, die in die Öffnung 400 eingeführt ist,
und deren Querschnitt das Gleiten in dieser ermöglicht, eine zweite Stange 411,
die in die Öffnung 401 eingeführt ist,
und deren Querschnitt das Gleiten in dieser ermöglicht, und einen Zentralabschnitt 412 von
größerem Querschnitt.
Natürlich können diese
zwei Bereiche körperlich
in einem einzigen mechanischen Teil ausgebildet sein. Der Mittenabschnitt
weist die Besonderheit auf, daß er
mit einer Mittenöffnung 4120 versehen
ist, deren Abmessungen so groß sind,
daß ein
Antriebsfinger 42 eindringen kann. Dieser ist mit einer
Welle 44 verbunden, die in Drehung um eine Achse Δ3 versetzt
werden kann, die senkrecht zur Achse Δ2 ist.
Die Welle 44 wird in Drehung um die Achse Δ3 durch
ein Pedal 43 oder ein ähnliches
Element versetzt, das normalerweise außerhalb des Gehäuses 4 angeordnet
ist. In seinem unteren Bereich oder Abschnitt (in 2a) weist
das zentrale Element 412 zwei Hacken oder Kerben 4121 und 4122 auf,
die gemäß einer
Richtung parallel zur Achse Δ2 angeordnet sind. Zur Vervollständigung
der Anordnung ist ein Nocken 45 vorgesehen, der von einem
ersten Ende am Gehäuse 4 gehalten
ist, und dessen freies Ende 450 mit einem Profil komplementär zu demjenigen
der Hacken oder Nasen 4121 oder 4122 ist. Der
Körper
des Nockens 45 ist ein flexibles Blatt oder eine Zunge
aus einem elastischen Material.
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In 2a entspricht
die Position der Gesamtanordnung der beweglichen Elemente der bis jetzt
beschriebenen Situation: Der Verbinder 1 befindet sich
im entkoppelten Zustand. Die Stangen 22, die mit der Stütze 21 verbunden
sind (1a und 1b) sind
in oberer Position und sind nicht im mechanischen Kontakt mit den
Pedalen 43. Diese sind in im wesentlichen horizontaler
Stellung dargestellt. Der Finger 42 ist angehoben und übt keinen
Druck auf den Nocken 45 aus. Es wird angenommen, daß im beschriebenen
Zustand die Klemmbacken 5 die Basis 30-31 blockieren,
d.h. daß sie
nach rechts (in 2a) durch den Kolben 41 und
genauer durch sein Ende 411 gedrückt werden. Der Mittenbereich 412 ist in
Anschlag gegen die vordere Seitenwand des Gehäuses 4. Das freie
Ende oder der Kopf 450 des Nockens 45 ist in die
Kerbe 4121 eingeklinkt, d.h. der in der Figur am weitesten
links vorhandenen Kerbe, und blockiert deshalb den Kolben in seiner
dargestellten Position, im Anschlag gegen die vordere Seitenwand des
Gehäuses 4.
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Die 2b stellt
die Vorrichtung zum zeitweiligen Verriegeln 4-5 dar,
die oben beschrieben wurde. Genauer kann man in dieser Figur die
Form der Klemmbacken 5 feststellen. Die Vorderseite 50, die
in Kontakt mit dem Verbindungselement 30 ist, muß natürlich am
besten die äußere Form
des Abschnitts von diesem annehmen, insbesondere für die Verbesserung
der Qualität
der Verriegelung. Bei den meisten Fällen handelt es sich um ein
Element von zylindrischer Form. Der Klemmbacken 5 ist somit
vorzugsweise in diesem Fall mit einer halbzylindrischen Form versehen.
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Man
stellt ebenfalls ein Rädchen 46 fest.
Dieses verlängert
die Welle 44 und ist fest mit dieser durch jegliche Art
geeigneter Mittel gekoppelt: Verschrauben, Verschweißen, etc.
Es erlaubt die Vorrichtung zum zeitweiligen Verriegeln 4-5 wieder
zu laden, wie das klarer aus dem nachfolgenden erscheint.
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Die 3a bis 3d stellen
die Betriebsweise der Vorrichtung zum zeitweiligen Verriegeln 4-5 unter
detaillierter Angabe von vier aufeinanderfolgenden Zuständen dar,
die von dieser angenommen werden.
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Die 3a zeigt
den Zustand, für
den die Klemmbacken 5 das Verbindungselement 30 blockieren,
d.h. jenen der durch die 1a bis 1c gezeigt
ist. In diesem Zustand wird der Kolben nach rechts gedrückt (im
dargestellten Beispielsfalle) und gegen die vordere Seitenwand des
Gehäuses 40 gehalten.
Hierzu ist das Ende 450 des Nockens 45 in Eingriff
mit der Kerbe 4121. Der Finger 42 ist in die zentrale
Ausnehmung 4120 der Mittenzone 412 des Kolbens 41 in
Eingriff, nimmt diesen jedoch nicht mit.
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Dieser
Zustand bildet einen ersten stabilen Zustand der Vorrichtung zum
zeitweiligen Verriegeln 4-5.
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Beim
Kuppeln oder Ankuppeln bewegen sich die Stangen 22 zur
Basis vor, wie das in 3b gezeigt ist (die Bewegung
wird durch einen Pfeil nach unten symbolisiert). Das untere Ende
der Stangen 22 kommt in Anlage unter Andruck auf das Pedal 43, das
seinerseits die welle 44 und dadurch den Finger 42 um
die Achse Δ3 in Drehung versetzt. Letzterer beginnt
eine Druckkraft auf die hintere Seitenwand 4123 der Mittenausnehmung 4120 und
auf den Körper
des Nockens 45 auszuüben.
Auf vorteilhafte Weise wird die Seitenwand 4123 mit einem
gerundeten Profil versehen. Durch Elastizitätseffekt biegt sich der durch
ein Ende in die hintere Seitenwand des Gehäuses 40 eingezwängte Nocken
nach unten, und sein Kopf beginnt sich von der Kerbe 4121 zu
lösen.
Der Kolben 41 beginnt sich nach links zu bewegen und die
Klemmbacken 5 beginnen die Klemmung zu lösen.
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Die
Stangen 22 setzen ihre Bemühungen nach unten fort, während die
Ankopplungsphase sich fortsetzt. Der Druck auf das Pedal 43 steigert
sich und der Finger 42 nimmt den Kolben 41 weiter
nach links mit. Das Ende 450 des Nockens löst sich
vollständig
von der Kerbe 4122.
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Schließlich, wenn
das Koppeln der beiden Abschnitte des Verbinders 1 beendet
wird, wie in 3d dargestellt, wird der Kolben 41 zur
hinteren Seitenwand des Gehäuses 40 gedrückt. Durch
erneuten elastischen Effekt drückt
der Körper
des Nockens 45 den Finger ebenfalls nach hinten zurück, und
der Kopf 450 greift in die zweite Kerbe 4122 ein. Demzufolge
wird der Kolben 41 definitiv in der neu erreichten Stellung
gehalten. In dieser Stellung sind die Klemmbacken 5 gelöst.
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Dieser
Zustand bildet einen zweiten stabilen Zustand der Vorrichtung zum
zeitweisen Verriegeln 4-5.
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Es
ist leicht verständlich
bei der nachfolgenden Beschreibung, daß die einzige Energie, die durch
die Vorrichtung zum zeitweisen Verriegeln 4-5, mit
der der schwimmende Verbinder 1 gemäß der Erfindung versehen ist,
durch herkömmliche
Kupplungssteuereinrichtungen (nicht dargestellt) geliefert wird.
Die Vorrichtung ist somit vollständig
passiv.
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Andererseits
kann man unter erneutem Bezug auf die 2b feststellen,
daß sie
vollständig
reversibel ist, und daß auf
nicht zerstörende
Weise ihr gutes Funktionieren vor der Betriebsphase des Abschusses
getestet werden kann. Tatsächlich
reicht es aus, mit Hilfe des Rädchens 46 den
Finger 42 in die gewünschte
Richtung anzutreiben, um vom zweiten stabilen Zustand zum ersten
zu gelangen, oder, um den umgekehrten Vorgang durchzuführen, und
dies auf extrem einfache Weise.
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Wie
es angegeben wurde, illustrieren die 1a bis 1c den
ersten stabilen Verriegelungszustand der Klemmbacken 5.
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Um
auf vollständigere
Weise die Betriebsweise des erfindungsgemäßen losen oder schwimmenden
Verbinders 1 darzustellen, werden nunmehr die 4a, 4b, 5a und 5b beschrieben.
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Die 4a und 4b stellen
den schwimmenden Verbinder 1 in einer Ansicht von der Seite bzw.
von oben bei einer Zwischenphase des Kuppelns der beiden Bereiche 2 und 3 dieses
Verbinders dar. Die 4a stellt genauer die Wirkung
der Stangen 22 auf die Pedale 43 dar, die im in
der Figur dargestellten Zwischenzustand beginnen, diese nach unten
zu drücken.
Die Klemmbacken 5 beginnen sich zu lösen und das Verbindungselement 30 loszulassen.
Dieser Zustand entspricht jenem, der in den 3b und 3c für die Vorrichtung
zum zeitweiligen Verriegeln 4-5 dargestellt ist.
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Die 5a und 5b stellen
den schwimmenden Verbinder 1 in Ansicht von der Seite bzw. von
oben dar, wenn das Ankoppeln der beiden Abschnitte des Verbinders 1 beendet
ist. Die 5a zeigt genauer die durch die
Stangen 22 und die Pedale 43 er reichten Positionen.
Letztere sind vollständig
eingetaucht. Die Klemmbacken 5 sind losgelöst und das
Verbindungselement 30 ist wieder freigegeben, d.h. schwimmend
oder lose. Dieser Zustand entspricht jenem, dargestellt durch die 3d für die Vorrichtung
zum zeitweiligen Verriegeln 4-5.
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Es
sollte klar sein, daß die
Erfindung nicht auf die genau beschriebenen, insbesondere unter Bezugnahme
auf die 1 bis 5b dargestellten Ausführungsbeispiele
beschränkt
ist.
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Wie
es bereits angegeben wurde, findet sie gleichermaßen auf
elektrische wie fluidische Verbinder Anwendung.
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Obwohl
besonders angepaßt
an Anwendungen in der Raumfahrt, wird die Erfindung nicht auf diesen
Typ Anwendungen beschränkt.
Sie findet Anwendung bei jeglicher Art eines losen oder schwimmenden
Verbinders, bei dem es notwendig ist, eine zeitweilige Verriegelung
vor dem Koppeln der beiden den Verbinder bildenden Abschnitte sicherzustellen.
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Schließlich wurde
implizit in der Beschreibung angenommen, daß es nur ein Paar von Verbindungselementen,
weiblich und männlich,
gibt. In einem Ausführungsbeispiel
des schwimmenden Verbinders gemäß der Erfindung
werden mehrere Verbindungselemente vorgesehen. Es kann somit eine Vorrichtung
zum zeitweiligen Verriegeln zugeordnet werden, die ähnlich ist
zu jener, wie vorstehend beschrieben zu einem jeden der schwimmenden
Verbindungselemente, oder im Gegensatz hierzu, wird eine einzige
Verriegelungsvorrichtung vorgesehen, die ein paar von Klemmbacken
antreibt, die alle Verbindungselemente einklemmen. Es genügt also,
daß die
Seitenwand eines jeden Klemmbackens, gegenüber den zu verriegelnden Verbindungselementen mit
einem geeigneten Profil versehen ist, das sich an die Außenabschnitte
dieser Verbindungselemente anschmiegt. In der Mehrzahl der Fälle weist
die vorgenannte Seitenwand halbkreisförmige Vertiefungen auf, die
in Eingriff mit den Verbindungselementen kommen.