DE4338765A1 - Vereinfachter lösbarer elektrischer Verbinder - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen ver­ einfachten lösbaren elektrischen Verbinder. Genauer bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen ver­ einfachten lösbaren elektrischen Verbinder, der anstelle aller gegenwärtig verwendeten Arten von elektrischen Ver­ bindern verwendet werden kann, der leicht mittels einer entfernt betätigten Einrichtung, d. h. einem Manipulator oder Betätiger, zu befestigen und zu lösen ist, und der zweckmäßig ist als ein elektrischer Verbinder für Ein­ richtungen, die in extremen Umgebungsbedingungen ver­ wendet werden sollen, einschließlich hoher Temperaturen, niedriger Temperaturen, hohem Druck, Vakuum, radioaktiven Strahlen und korrodierender Gasatmosphäre.

Stand der Technik und Probleme

Die herkömmlichen Standardverbinder zur elektrischen Verbindung umfassen diejenigen der Cannon-Steckerbauart, der Bandy-Bauart, und BNC-Stecker des Typs 1 und des Typs 2. Jedoch besitzen die Verfahren zum Befestigen dieser herkömmlichen Bauarten die folgenden Probleme:

• 1) Bei der Cannon-Steckerbauart ist die positionsmäßige Ausrichtung zwischen den negativen (weiblichen) und posi­ tiven (männlichen) Seiten schwierig und das Festziehen des Feingewindes nach der Ausrichtung ist aufwendig. Ferner erfordert das Festziehen ein Halten und eine Drehung des Steckers mit einer beträchtlichen Kraft.
• 2) Bei der Bandy-Bauart ist der Aufbau einfacher als bei der oben genannten Bauart. Im Gegensatz dazu ist zum Befestigen des Verbinders erforderlich, den Vorsprung auf der positiven (männlichen) Seite in die Nut auf der In­ nenoberfläche der negativen (weiblichen) Seite zu schrauben, während der Vorsprung in Kontakt mit der Nut kommen soll. Daher ist es notwendig, den Stecker zu dre­ hen, während man ihn mit einer beträchtlichen Kraft schiebt oder drückt.
• 3) Der BNC-Stecker des Typs 1 stellt ein Problem, das ähnlich ist zu dem des Cannon-Steckers.
• 4) Der BNC-Stecker des Typs 2 besitzt einen ähnlichen Aufbau zu dem der Bandy-Bauart und es ist sowohl zum Befestigen als auch zum Lösen notwendig, den Stecker zu drehen, während man die Federreaktion oder -Wirkung, die von dem positiven (männlichen) Stecker erzeugt wird, verhindert.

Bei allen herkömmlichen Bauarten sind die Befestigungs- und Lösevorgänge des Verbinders sehr aufwendig und schwierig. Wenn diese Verbinder entfernt bestätigt werden sollen, wäre diese Belastung auf die entfernt betätigende oder arbeitende Einrichtung, insbesondere einen Mani­ pulator, sehr groß, so daß es schwierig wäre, die Befestigungs- und Lösevorgänge der Verbinder mit einer entfernt betriebenen Ausrüstung durchzuführen. Es war daher schwierig, die herkömmlichen Verbinder für eine Vorrichtung zu verwenden, die sich in einer speziellen Atmosphäre befindet, d. h. in einer extremen Umgebung, wo ein Mensch kaum Zugang erhält.

Es wird angenommen, daß dies aus den folgenden Gründen so ist.

Erstens werden Befestigungs- und Lösevorgänge der elek­ trischen Verbinder, die in Vorrichtungen verwendet wer­ den, die sich in einer solchen speziellen Atmosphäre befinden, durch entfernt betätigte Vorrichtungen, d. h. einen Manipulator, ausgeführt.

Zweitens kann der Manipulator grundsätzlich nur einfache Tätigkeiten ausüben, so daß die Befestigungs- und Löse­ vorgänge des Verbinders unter Verwendung des Manipulators viel schlechter oder langsamer sind als menschliche Be­ tätigung und die betriebsmäßige Zuverlässigkeit vermin­ dert wird. Dies ist hauptsächlich auf die Tatsache zu­ rückzuführen, daß es zu viele Arten von herkömmlichen Steckern gibt und daß die Befestigungs- und Lösearten unterschiedlich sind und ferner kompliziert sind.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben genannten Probleme der herkömmlichen Verbinder zu lösen, die Befestigungs- und Lösevorgänge zu vereinfachen und zu erleichtern durch Vereinfachen der Wirkungsweise oder Betätigung des Steckers durch den Manipulator, und die Verwendung des Manipulators zu gestatten durch Ver­ bessern der Zuverlässigkeit der Befestigungs- und Löse­ vorgänge.

Der Verbinder der vorliegenden Erfindung weist folgendes auf: Ein Lager, das entweder am Außenumfang des Verbin­ deranschlusses des Steckers, d. h. einem Verbindungs­ stiftabschnitt, oder am Außenumfang eines Buchsenkon­ taktabschnitts vorgesehen ist, Gleitpositioniermittel mit einer Feder zum Zurücksetzen oder Zurückstellen einer Drehung, und zwar entweder in einem Steckergehäuse oder in einem Buchsengehäuse, das den Verbindungsstiftab­ schnitt oder den Buchsenkontaktabschnitt aufnimmt, Dreh- Befestigungs/Löse-Mittel, die auf einem Bajonettsatz basieren, der auf dem Steckergehäuse und dem Buchsenge­ häuse vorgesehen ist, einen Kugelkolben, der auf einem Steckerbajonettabschnitt vorgesehen ist, eine Ausnehmung, um den Kugelkolben aufzunehmen, wobei die Ausnehmung an dem Buchsenbajonettabschnitt vorgesehen ist, und Mittel zum Anlegen und Halten eines gewissen Drucks mittels des Kugelkolbens zwischen den Gehäusen. Der Verbindungs­ stiftabschnitt besitzt Verbindungsstifte, die auf einem Isolator oder Isolierkörper vorgesehen sind, sowie Füh­ rungsstifte, die auf einem Flansch auf der Innenseite des Verbinders vorgesehen sind. Der Buchsenkontaktabschnitt besitzt einen Buchsenkontakt, der auf einem Isolator oder Isolierkörper vorgesehen ist und elektrisch mit den Ver­ bindungstiften verbunden ist, sowie Löcher für die Füh­ rungsstifte, in die die Führungsstifte eingesetzt werden.

Diese Bauart minimiert die Drehkraft und den Drehbereich, die für den Verbinder beim Befestigen und Lösen erfor­ derlich sind, und gewährleistet glatten bzw. weichen Be­ trieb. In dem Zustand, wenn der Verbinder in Eingriff steht und durch den Kugelkolben oder ähnliches verbunden ist, ist es möglich, eine gewisse Haltekraft aufrecht­ zuerhalten und eine perfekte Verbindung des Verbinders zu erreichen.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Fig. 1 ist eine Ansicht, die den Verbinderstecker der vorliegenden Erfindung auf der positiven oder Steckseite zeigt: (a) ist eine Draufsicht; (b) ist eine Schnittansicht von (a) entlang der Linie X-X; und (c) ist eine Ansicht von hinten; und

Fig. 2 ist eine Ansicht, die die Verbinderbuchse der vorliegenden Erfindung auf der negativen oder Aufnahmeseite zeigt; (a) ist eine Draufsicht; und (b) ist eine Schnittansicht von (a) entlang der Linie Y-Y.

Genaue Beschreibung der Erfindung

Bei einer derartigen Bajonettbauart des elektrischen Verbinders wie bei der vorliegenden Erfindung wird zum Zwecke der Erleichterung der Verbindung die negative oder weibliche Seite in die positive oder männliche Seite eingefügt oder eingesetzt, und ein elektrisches Signal wird übertragen durch einen Kontakt zwischen Stiften und Buchsenkontakten, die ein Paar von elektrischen Leitern bilden. Zum Stabilisieren der elektrischen Verbindung ist es notwendig, einen Verriegelungsmechanismus zum Festle­ gen, einen Klemmechanismus und zusätzliche Mechanismen zum Einsetzen eines Verriegelungsstifts vorzusehen, oder ein Eingriff von Klauen ist notwendig, um die oben be­ schriebenen Ziele zu erreichen. Jedoch besitzen diese Mechanismen unvermeidbar einen komplizierten Aufbau und komplexere Vorgänge. Es ist auch notwendig, geeignete Mittel zu finden zum Anlegen einer beträchtlichen Kraft von außerhalb des Verbinders. Wenn ein solcher Verbinder in einer Umgebung eingebaut ist, wo ein Mensch schwer Zugriff erhält, müssen Befestigungs- und Lösevorgänge des Verbinders nach dem Einbau durch eine entfernt betätigte Einrichtung, d. h. einen Manipulator, erreicht werden. Um den Verbinder mit dem Manipulator zu betätigen, müssen die Vorgänge vereinfacht werden, damit sie innerhalb eines beschränkten Kraftbereichs leicht durchgeführt werden können.

Der Verbinder der vorliegenden Erfindung besitzt eine kombinierte Struktur, und zwar eine Struktur, in der eine Führung zum Einsetzen oder Einfügen vorgesehen ist und das Einfügen zu einer elektrischen Verbindung führt, und eine andere Struktur, die in eine Ausnehmung gedrückt werden kann durch Erzeugen einer Reaktionskraft von einem Federmechanismus und die verriegelt wird zur Festlegung oder Befestigung unter der Kraft eines Kugelkolbens ent­ sprechend der Drehung nach dem Einfügen oder Einsetzen. Insbesondere besitzt die vorliegende Erfindung ein Merk­ mal eines fest verriegelnden Mechanismus, der den Winkel ändern kann durch einen glatten oder weichen Drehvorgang und durch Verriegeln in einer vorgeschriebenen Position, wobei dies dadurch erreicht wird, daß die zu verbindenden Verbinderanschlüsse und ein Gehäuse durch ein Lager ge­ trennt sind, um beweglich zu sein.

Es wird nun ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnung beschrieben.

Beispiel

Fig. 1 zeigt eine Struktur eines Verbindersteckers, der eine positive oder männliche Seite der vorliegenden Er­ findung bildet. In Fig. 1 ist (a) eine Draufsicht des Verbindersteckers, (b) ist eine Schnittansicht von (a) entlang der Linie X-X, und (c) ist eine Ansicht des Ver­ bindersteckers von hinten. Ein elektrisches Signal wird von einer linken Seite zu einer rechten Seite von (b) oder in umgekehrter Richtung übertragen mittels einer Vielzahl von Verbindungsstiften 1, die aus Fe-Ni bestehen und an einem Isolator oder Isolierkörper 2 befestigt sind, der aus einer Aluminiumoxidkeramik besteht. Die Verbindungsstifte 1 im Inneren des Verbindersteckers, der Isolator oder Isolierkörper 2, ein Flansch 3 aus einer Fe-Ni-Legierung und ein Steckergehäuse 15 aus einer SUS- Legierung auf der Außenseite des Verbindersteckers sind in zwei Abschnitte geteilt durch ein drehbares Lager 10 aus einer Ferro-Legierung. Wenn die Vielzahl von Stiften 1 in der Mitte in eine Verbinderbuchse eingefügt wird, die eine negative oder weibliche Seite bildet, wie es in Fig. 2 gezeigt ist, bleiben sowohl die Stifte 1 als auch die Verbinderbuchse der negativen Seite von Fig. 2 bewe­ gungslos und nur das Steckergehäuse 15 der positiven Seite dreht sich in der Pfeilrichtung, die in der Drauf­ sicht (a) von Fig. 1 gezeigt ist. Diese Kraft wirkt in der Richtung der Ausdehnung einer Feder 13 zum Zurück­ setzen oder Zurückstellen einer Drehung, wobei die Feder 13 aus einer SUS-Legierung oder einer Ferro-Legierung besteht und zwischen einem Federbeschlag oder -fitting 8 aus einer SUS-Legierung auf der Innenseite des Verbin­ dersteckers und einem Federbeschlag oder -fitting 14 aus einer SUS-Legierung auf dem äußeren Gehäuse vorgesehen ist. Wenn diese Kraft entfernt wird, positioniert die Kombination eines positionierenden Führungsanschlags oder -stoppers 24, der auf der Innenseite des Steckergehäuses 15 vorgesehen ist, und einer Anschlags- oder Stopperklaue oder -kralle 25, die auf der Innenseite eines Lagerbefe­ stigungsflanschs 9 vorgesehen ist, automatisch den Füh­ rungsanschlag 24 und die Anschlagsklaue 25, die aus einer SUS-Legierung bestehen, unter der elastischen Kraft der Feder 13. Führungsstifte 4 und 5 aus einer SUS-Legierung, die an dem Lagerbefestigungsflansch 9 durch Führungs­ stiftbefestigungsmuttern 6 und 7 aus SUS befestigt sind, werden in das negative oder weibliche (Buchsen-)Gehäuse eingefügt zusammen mit Eingriffsvorsprüngen 26 auf der Seite des Steckergehäuses 15. Man muß von vornherein be­ rücksichtigen, daß das Positionieren mechanisch bestimmt ist durch Verändern oder Abweichen der Durchmesser der einzelnen Stifte und der Größe der Eingriffsvorsprünge 26, und zwar im Hinblick auf eine Führung der relativen Positionierung in der Richtung der Ebene. Ein Kugelkolben 16 aus SUS- oder SUJ2-Legierung ist an der Mitte der Eingriffsvorsprünge 26 des Steckergehäuses 15 vorgesehen. Durch Anlegen von Druck und Drehkraft gegen dieses werden die Vorsprünge der Eingriffsvorsprünge 26 in die Ausneh­ mungen an der Innenseite des Buchsengehäuses 20 einge­ paßt, um das Steckergehäuse und das Buchsengehäuse fest miteinander zu verriegeln. Ein Lagerbefestigungsflansch 11 aus einer SUS-Legierung ist an dem Steckergehäuse 15 mit einer Flanschbefestigungsschraube 12 aus einer SUS- Legierung befestigt. Eine Einsetzführung 27, die auch als Schutzabdeckung dient, und die das Einführen der Verbin­ dung führt und ein Eindringen von Fremdmaterial in den elektrischen Kontaktteil verhindert, ist an der Innen­ seite des Flanschs 3 vorgesehen.

Die oben genannte Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Struktur der Verbinderbuchse, die die negative oder weibliche Seite der vorliegenden Erfindung bildet. In Fig. 2 ist (a) eine Draufsicht der Verbinderbuchse und (b) ist eine Schnittansicht von (a) entlang der Linie X-X. Ein Buchsenkontakt 17 aus einer Kupferlegierung oder Inconel ist an einem Isolator oder Isolierkörper 18 aus einer Aluminiumoxidkeramik angebracht. Der Isolierkörper 18 ist durch einen Isolierkörperbeschlag oder -fitting 19 befestigt, der an einem Buchsengehäuse 20 aus einer SUS- Legierung durch einen Befestigungsbolzen bzw. eine Be­ festigungsschraube 21 aus einer SUS-Legierung und eine Befestigungsmutter 22 aus einer SUS-Legierung gesichert oder befestigt ist. Das Buchsengehäuse 20 ist mit einer Steckerpositionierkerbe oder -nut 28 und Ausnehmungen 29 zum Verriegeln sowie einem Steckergehäuse-Dreh-Einsetz- Gewinde versehen. Das Buchsengehäuse 20 besitzt einen Positionierungsanschlag oder -stopper 23 aus einer SUS- Legierung zum Bestimmen eines Drehwinkels. Die Begrenzung des Winkels ist im gezeigten Ausführungsbeispiel auf un­ gefähr 60° eingestellt.

Beim Verbinden der Verbinderbuchse der negativen Seite mit dem Verbinderstecker der positiven Seite, wie oben erwähnt, wird, wenn die Steckerseite als feststehend an­ gesehen wird, der gegenseitige Winkel der Stifte bestimmt durch die Eingriffsvorsprünge 26 des Steckergehäuses 15 und die Steckerpositionierkerben oder -ausnehmungen 28 des Buchsengehäuses 20. Die Führungsstifte 4 und 5 der Steckerseite werden in die Löcher 30 für die Führungs­ stifte auf der Buchsenseite eingesetzt und dann werden die Verbindungsstifte 1 der Steckerseite in den Buchsen­ kontakt 17 in der Schutzabdeckung 27 des Flanschs 3 ein­ gesetzt und damit in Kontakt gebracht, wodurch eine feste Verbindung erreicht wird. Ein weiteres Hineindrücken be­ wirkt, daß der Kugelkolben 16 der Steckerseite in das Buchsengehäuse eingefügt wird. Durch Drehen des Stecker­ gehäuses auf der Steckerseite in der Pfeilrichtung der Draufsicht von Fig. 1(a) kommen die Eingriffsvorsprünge 26 des Gehäuses 15 mit den Nuten der Ausnehmungsab­ schnitte 29 des Buchsengehäuses 20 in Eingriff. Beim Entfernen der Eindrückkraft an diesem Punkt drückt diese Kraft des Kugelkolbens 16 des Steckers die Eingriffsvor­ sprünge 26 des Steckergehäuses in die Nuten des Buchsen­ gehäuses. Um ein stabiles Verriegeln zu erreichen, sollte die Kontaktfläche vorzugsweise so groß wie möglich sein, um eine längere Eingriffslänge zu ergeben. In dem ver­ riegelten Zustand erstreckt sich die Feder 13 der Steckerseite über eine vorgeschriebene Länge, um eine Spannung zu erzeugen.

Wenn die Buchse und der Stecker gelöst werden, wird der Stecker hineingedrückt, um den Kugelkolben ein- oder niederzudrücken, und das Steckergehäuse, das mit der Nut in Eingriff steht, wird leicht gedreht. Dann dient die Spannung der Drehungsrückstellfeder 13 als Drehkraft, um das Steckergehäuse 15 auf der Außenseite durch das Lager zurück zu der ursprünglichen Position zu bringen. Eine Zugkraft wird in dem Zustand angelegt, in dem das äußere Steckergehäuse 15 wieder in der ursprünglichen Position ist; wenn diese Kraft die Einsetzdruckkraft der Stifte 1 und des Buchsenkontakts 17 überschreitet, lösen sich der Stecker und die Buchse.

Es braucht nicht erwähnt zu werden, daß das Lager, obwohl es in dem oben genannten Ausführungsbeispiel auf der Steckerseite vorgesehen ist, auf der Buchsenseite vorge­ sehen sein könnte und ähnlich ausgezeichnete Funktionen erreicht werden könnten.

Gemäß der vorliegenden Erfindung, wie sie in dem oben genannten Ausführungsbeispiel gezeigt ist, ist es mög­ lich, eine leichte und weiche oder glatte Versetzungs­ drehung zu erreichen zur Festlegung des Steckers und der Buchse durch Vorsehen einer Abweichung oder Veränderung zwischen den Verbindungsstiften und dem Außengehäuse entweder beim Stecker oder bei der Buchse der Steckverbindung.

Ein stabiler Verriegelungsmechanismus wird erreicht durch die Kombination des Kugelkolbens und der Ausnehmung, die auf dem Außengehäuse vorgesehen ist. Die Drehungsrück­ stellfeder gestattet zusammen mit der Wirkung des Lagers leichten Betrieb der Drehung nach dem Lösen der Verriege­ lung durch konstantes Anlegen der Rückstellkraft auf das Außengehäuse.

Durch Befestigen eines einfachen Mechanismus, der um das Lager zentriert ist, ist es daher möglich, den Verbinder leicht und sicher zu befestigen oder zu lösen mit einer geringen Kraft und einfachen Vorgängen, selbst bei Ver­ wendung einer entfernt betätigten Einrichtung, d. h. eines Manipulators.

Zusammenfassend sieht die Erfindung also einen lösbaren elektrischen Verbinder vor, der einen Verbinderstift­ abschnitt, ein Steckergehäuse, einen Buchsenkontakt­ abschnitt und ein Buchsengehäuse aufweist. Der Verbinder ist dadurch gekennzeichnet, daß Bajonettmittel zwischen dem Steckergehäuse und dem Buchsengehäuse vorgesehen sind, die ermöglichen, das Steckergehäuse und das Buchsengehäuse drehbar aneinander zu befestigen und zu lösen, und daß ein Lager vorgesehen ist entweder zwischen dem Verbindungsstiftabschnitt und dem Steckergehäuse an der Außenseite des Verbindungsstiftabschnitts oder zwischen dem Buchsenkontaktabschnitt und dem Buchsen­ gehäuse an der Außenseite des Buchsenkontaktabschnitts.

Claims (4)

1. Lösbarer elektrischer Verbinder, der folgendes auf­ weist: einen Verbinderstiftabschnitt, ein Stecker­ gehäuse, einen Buchsenkontaktabschnitt und ein Buchsengehäuse, dadurch gekennzeichnet, daß Bajonettmittel zwischen dem Steckergehäuse und dem Buchsengehäuse vorgesehen sind, die ermöglichen, das Steckergehäuse und das Buchsengehäuse drehbar aneinander zu befe­ stigen und zu lösen, und daß ein Lager vorgesehen ist entweder zwischen dem Verbindungsstiftabschnitt und dem Steckergehäuse an der Außenseite des Ver­ bindungsstiftabschnitts oder zwischen dem Buchsen­ kontaktabschnitt und dem Buchsengehäuse an der Außenseite des Buchsenkontaktabschnitts.

2. Lösbarer elektrischer Verbinder gemäß Anspruch 1, wobei Gleitpositioniermittel vorgesehen sind, und zwar durch ein Lager, entweder auf dem Steckerge­ häuse und radial an der Außenseite des Verbindungs­ stiftabschnitts angeordnet, oder auf dem Buchsenge­ häuse und radial an der Außenseite des Buchsenkon­ taktabschnitts angeordnet, sowie durch Federmittel zum konstanten Zurücksetzen oder Zurückstellen einer Drehung, wobei die Federmittel eine elastische Kraft entweder zwischen dem Verbindungsstiftabschnitt und dem Steckergehäuse oder zwischen dem Buchsenkon­ taktabschnitt und dem Buchsengehäuse anlegen.

3. Lösbarer elektrischer Verbinder gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei folgendes vorgesehen ist: Kerben oder Aus­ nehmungen aufweisende Führungsmittel am Außenumfang des Lagers, die am Außenumfang von entweder dem Verbindungsstiftabschnitt oder dem Buchsenstiftab­ schnitt angeordnet sind, eine Ausnehmung auf einem Buchsenbajonettabschnitt, in die ein in einem Steckerbajonettabschnitt vorgesehener Kugelkolben an einer vorgeschriebenen Position in Eingriff gebracht werden kann durch Bewirken, daß eine Führung der Führungsmittel geleitet, und Mittel zum Anlegen und Halten eines gewissen Drucks zwischen den Gehäusen mittels des Kugelkolbens.

4. Lösbarer elektrischer Verbinder nach einem der An­ sprüche 1 bis 3, wobei der Verbindungsstiftabschnitt Verbindungsstifte, die auf einem Isolator oder Isolierkörper vorgesehen sind, und Führungsstifte, die auf einem Flansch an der Innenseite des Verbinders vorgesehen sind, besitzt und wobei der Buchsenkontaktabschnitt einen Buchsenkontakt, der auf einem Isolator oder Isolierkörper vorgesehen ist und die Verbindungsstifte elektrisch verbindet, und Löcher besitzt, in die die Führungsstifte eingefügt werden.