DE7208075U

DE7208075U - Verbindungsvorrichtung

Info

Publication number: DE7208075U
Application number: DE19727208075
Authority: DE
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1971-03-04
Filing date: 1972-03-02
Publication date: 1972-06-22
Also published as: FR2127328A5; NL7202934A; ES400380A1; IT949786B; BE780156A

Description

Patentanwalt -^

Dipl. Phys. Leo THUL

Stuttgart

P. Lefort-2

INTERNATIONAL STANDARD ELECTRIC CORPORATION, New York Verbindungsvorrichtung

Die Neuerung betrifft eine Vorrichtung zum Verbinden der aus Stecker- und Buchsenteil bestehenden Hälften einer mehrpoligen elektrischen Kupplung, bei der eine Hälfte fest mit einem beweglichen Bauteilträger verbunden ist, während die andere Hälfte in einem festen Gestell beweglich lagert.

Aus der Fernsprech-Vermittlungstechnik sind Bauteilträger bekannt, die beispielsweise in der Ausführung als gedruckte Leiterplatte vielfältige Anwendung finden und bei denen an einem Plattenrand eine oder mehrere Steckverbinderhälften befestigt sind. Die zugehörigen Verbinderhälften sind in einem mit Führungsschienen versehenen Gestell montiert. Die Führungsschienen richten die Verbinderteile der Leiterplatte axial zu den entsprechenden Verbindungsteilen im Gestell aus.

Geringe nicht zu vermeidende Abweichungen von den fluchtend zueinander ausgerichteten Verbindungselementen versucht man durch die sogenannte schwimmende Befestigung jeweils eines Steckerverbinderteiies auszugleichen. Damit wird erreicht, ca3 die Zinführungsschrägen aufweisenden ü'-eckerstifte und Kontaktbuchse- sich vor der Verbindungsherstellung selbst zentrieren können. Immer häufiger v/erden aber Bauteileträger verwendet, die große Abmessungen und ein beträchtliones Gc-".-.'iclit aufweisen und die mit erheblichem Kraftaufwand in das Gestell eingeschoben werden müssen. Dabei geschieht es häufig, da3 sich die 3~eckerstifte bei dem Zusatnmenprall mit den

I.3.I972 Ka'Ml

P.Lefort-2 - 2 -

Kontaktbuchsen deformieren oder gar abbrechen, bevor die Zentrierwirkung einsetzt. Abhilfe könnte hier eine höhere mechanische Festigkeit der Kontaktelemente bringen, doch die damit verbundene Vergrößerung der Abmessungen steht den erforderlichen Miniaturisierungsbestrebungen der heutigen Zeit entgegen. Es ist deshalb Aufgabe der Neuerung hierlfür Abhilfe zu sorgen und eine Verbindungsvorrichtung zu schaffen, die ein beschädigungsloses Stecken von schweren Einschüben mit miniaturisierten Steckelementen gestattet.

Neuerungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß zwischen der Rückseite des Buchsenteiles und der Rückwand des Gestelles eine entgegen der Steckrichtung wirkende Federanordnung vorgesehen ist, deren Federweg der Eindringtiefe der Steckerstifte in die Kontaktbuhsen entspricht.

Mit der zwischen Buchsenteil und Gestell eingesetzten Federanordnung wird erreicht, daß das Buchsenteil beim Auftreffen der Steckerstifte während des Einsetzvorganges des Bauteileträgers zunächst in Steckrichtung elastisch ausweichen kann. Die Federanordnung wird dadurch gespannt und die sich so speichernde Kraft bewirkt nach dem Zusammenprall der Kontaktelemente die Verbindungsherstellung.

Nach einem Ausführungsbeispiel· der Verbindungsvorrichtung besteht dessen Federanordnung aus einer oder mehreren Schraubenfedern.

Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung der Verbindungsvorrichtung sind die Schraubenfedern auf Führungsbolzen zwischen zwei Ringscheiben gelagert.

Damit der Vorteil der selbst zentrierenden Wirkung in der Ebene quer zur Steckrichtung bei der Verbindungsvorrichtung Geltung kommt, sind die Führungsbolzen an der Rückwand

P.Lefort-2

des Gestelles in Bohrungen eingesetzt, deren Irmendurchdurchmesser größer ist als der Auße^durchmesser der Führungsbolzen.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Verbindungsvorrichtung besteht die Federanordnung aus einer an der Rückseite des Buchsenteiles befestigten und sich an der Rückwand des Gestelles abstützenden Blattfeder.

Diese Federausführung ist besonders dann vorteilhaft, wenn die Einbautiefe der Aufnahme für das Buchsenteil im Gestell IQ möglichst gering gehalten werden soll.

Damit das Buchsenteil dem mit überschüssiger Kraft in die Aufnahme des Gestelles eingeschobenen 3auteileträger keinen Widerstand entgegensetzt und die Verbindungsherstellung zwischen den Kontaktelementen sich dennoch mit Sicherheit vollzieht, entspricht die am Buchsenteil angreifende Kraft der Federanordnung der Mindestkraft, die zum Einsetzen de? Steckerteiles in das Buchsenteil e: forderlich ist.

Die Neuerung wird nun anhand ein^r Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 die Verbindungsvorrichtung bei der die Federanordnung als Blattfeder ausgebildet ist, in der Seitenansicht;

Fig. 2 das Buchsenteil der Steckerkupplung mit einer seitliches Spiel ermöglichenden Federausführung, von der Seite her gesehen;

Fig. j5 einen Bauteileträger vorbereitet zum Einschub in das Gestell, in dem das Buchsenteil mit einer anderen Federanordnung verbunden ist, in perspektivischer Ansicht und teilweise geschnitten dargestellt.

P.Lefort-2 - 4 - Q

Die ?ig. 1 zeigt in Seitenansicht ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung, v,^relche ein fest montiertes und ein beweglich gelagertes Steckerelement umfaßt. Eine Steckerhälfte ist hier fest an einen losen Bauteileträger 1 geschraubt, während die andere Steckerhälfte beweglich in einem Gestell 2 angeordnet ist. Die an dem Bauteiletrager 1 mitteis Schrauben befestigte Verbinderhälfte besteht vorzugsweise aus dem Steckerteil 3· Als Gegenstück ist im Gestell 2 das Buchsenteil 4 des elektrischen Verbinders gelagert. Die Rückseite 12 des Buchsenteiles 4 weist eine im Bereich der oberen Kante Q befestigte Blattfeder S .,auf, die gebogen ausgebildet ist und deren freies Ende lÖVfedernd gegen die Rückwand 11 des Gestells 2 abstützt. Wenn die Blattfeder 8 sich in der entspannten Ruhelage befindet, so weist die Rückseite 12 des Buchsenteiles 4 zur Rückwand 11 des Gestells 2 einen vorbestimmten, mit "L" bezeichneten Abstand auf. Ein kastenförmig ausgebildeter Rahmen 13 begrenzt die Verschiebbarkeit des Buchsenteiles 4 an der Vorderseite des Gestells 2. Dieser Rahmen 13 kann beispielsweise durch Schrauben oder andere bekannte Verbindungsarten an dem Gestell 2 befestigt sein.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Anordnung soll nun anhand dieser Ausführung näher erläutert werden.

Der elektrische Verbinder ist so beschaffen, daß dessen Steckerstifte 5 mit ihrer ganzen Länge sicher in die Kontaktbuchsen 5* eingeführt werden können und so ein Optimum an Kontaktqualität erreichen. Der in dem Gestell 2 angeordnete Buchsenteil 4 ist in der Lage, sich innerhalb des durch den Abstand L gebildeten Spielraumes zwischen Ausgangsposition (Fig. 1} und der Position zu bewegen, in der die Rückseite 12 bis nahe an die Rückwand 11 des Gestelles gebracht wird. In dieser Lage steht die Blattfeder 8 unter Druckspannung. Die Blattfeder 8 stützt sich dabei an der Rückwand 11 des Gestelles 2 ab. Um eine optimale Kontaktgabe zu erreichen ist es notwendig, da3 der Bewegungsspiel-

P.Lefort-2 - 5 -

raum ''L'' des Buchsenteiles 4 im Gestell 2 größer ist als
die Summe 51 A L aller Längentoleranzen der mechanischen
Teile sowohl im Gestell 2 als auch im Buchsenteil 4. Hieraus ergibt sich eine erste Bedingung:

^

In der oben erwähnten Ausgangsposition soll die Kraft FΌ der Blattfeder 8 so ausgelegt sein, daß sie größer ist als die zu überwindende Reibungskraft beim Einsetzen der Steckerstifte 5 in die Kontaktbuchsen 5'. Die Reibungskraft-Resultante sei mit "F" bezeichnet.

Die zweite Bedingung lautet:

F'o > f+f' (2)

f' ist der Wert, der möglichst klein gehalten werden soll
und der über dem Wert f der Reibungskräfte liegen muß, damit diese überwindbar sind. Wenn f' ein Minimum ist, dann
ergibt sich als minimale Einschubkraft

Fo = f+f" (?)

was übereinstimmt mit dem minimalen Kraftaufwand, der beim Einsetzen des Steckerteiles 3 in das Buchsenteil 4 zur optimalen Verbindung benötigt wird.

Im allgemeinen liegt die Kraft F über dem oben angegebenen Minimalwert Fo.

Damit läßt sich die Einschubkraft F in zwei Komponente! zerlegen. Die erste ist gegeben durch die Bedingung (3) und die zweite wird bestimmt durch den Kraftüberschuß, der für den Einsteckvorgang nötig ist.

F = Fo +Fl (4)

P.Lefort-2 - 6 -

Damit ist gezeigt, daß die Uberschußkraft Fl bei d<=n herkömmlichen Steckverbindern zu Beschädigungen führen kann.

Wenn das Steckerteil 3 auf das Buchsenteil 4 ausgerichtet ist, so sollen die Steckerstifte 5 mit den öffnungen der Kontaktbuchsen 5' fluchten, aber, so genau die Ausrichtung auch sein mag, geringe Abweichungen sind dennoch nicht zu vermeiden. So können z.B. ein oder mehrere Steckerstifte 5 die Buchsenöffnung nicht genau mittig, sondern am Rand treffen, was jedoch durch die schwimmende Befestigung des Buchsenteiles 4 ausgeglichen wird. In der Zeichnungsebene ist das Querspiel gegeben durch Hohlräume zwischen Seitenwand 14 des Buchsenteiles 4 und der Führung 7 im Gestell 2. Das Längsspiel ergibt sich durch die Beweglichkeit des Buchsenteiles 4 in Richtung gegen die Rückwand 11 des Gestells 2.

Wenn der Einsteckvorgang durchgeführt wird, können zwei Fälle auftreten, die vom Wert der Einschubkraft F abhängen.

Erster Fall: F = Fo + F

Die Einschubkraft sei viel größer als die anfangs entgegenwirkende Kraft F'o der Blattfeder 8. Daraus ergibt sich ein teilweises Zurückweichen des Buchsenteiles 4 gegen die Rückwand 11 des Gestelles 2. Das Ausweichen hat ein Anwachsen der Federkraft der Blattfeder 8 zur Folge. F'> F'o gibt die Federkraft wieder, die der Einschubbewegung entgegenwirkt und zwar in der Mittelstellung zwischen entspannter und gänzlieh gespannter Blattfeder 8. Das Gleichgewicht ist erreicht, wenn die Kraft F' gleich ist der Differenz zwischen Gesamtkraft">und der Reibungskraft Fo.

Das Gleichgewicht entspricht der Gleichung:

ρ - Fo = Fl = F¹ (4 )

I P.Lefort-ί¹ - 7 - I,

I Die Stellung, die der Gleichgewichtsbedingung dor Gleichung

entspricht, liegt gewöhnlich zwischen der Ausgangs- und der Endstellung. Wenn sie erreicht wird, kommt das Buchsenteil 4

t zum Stillstand, während sich das Eindringen der Steckerstifte

5 unter der Wirkung der Kraft Fo bis zur Einschubstellung mit vollständiger elektrischer Kontaktgabe fortsetzt. Es ist keine weitere zusätzliche Einschub!- ft erforderlich. Wird ■ trotzdem weiterhin Einschubkraft ai gewendet, so entstehen

daraus keine nachteiligen Folgen, weil dadurch nur das 10 Buchsenteil 4 weiter nach hinten gedrückt wird. Damit wächst ^:. aber die Reaktionskraft der Blattfeder 8. Abhängig von den

relativen Werten der Einschubkraft F und der Federkraft F'm,

I welche erreicht ist, wenn das Buchsenteil 4 bis an die Ruckle wand 11 gedrückt wird, stellt sich ein zweiter Gleichgewichts-

Ii 15 zustand ein, der zwischen der ersten und der Endstellung

\ liegt, nämlich, wenn F=F'm ist. Schädliche Effekte können

■: nur auftreten, wenn die Einschubkraft die Reaktionskräfte

:' der Blattfeder 8 noch übersteigt. Daher gilt eine dritte

i Bedingung:

;. 20 F' m y F (5)

Die drei ermittelten Bedingungen sind:

1.) eine freie Bewegungslänge f' r das bewegliche Buchsenteil 4 in der Einschub richtung, die größer ist als die Summe der Toleranzen der Teile, aus denen das Gestell 2 25 und der Bauteileträger 1 aufgebaut sind. Diese Bedingung wird durch die Ungleichung (1) wiedergegeben.

2.) Die schwimmende Befestigung enthält ein Federelement, das der Einschubkraft entgegenwirkt mit einer Kraft, die größer ist als die minimale Sinschubkraft in der Aus- J)O gangsstellung des Buchsenteiles 4. Diese Bedingung wird durch die Ungleichung (2) wiedergegeben.

P.Lefort-2

- 8 - j 0

5.) Die schwimmende Befestigung enthält ein Federelement, das der Einschubkraft entgegenwirkt mit einer Kraft, die größer ist als die gesamte Einschubkraft, die aufgewendet wird, wenn das Buchsenteil 4 in der Endstellung ist. Diese Bedingung wird durch die Ungleichung (5) wiedergegeben.

Zweiter Fall: Die Bedingungen F = Fo und P¹O^ Fo sind erfüllt. Die Einscht.bkr'-'fte reichen gerade aus, um die Reibungskräfte zu überwinden. Wenn die Steckerstifte 5 die Kontaktbuchsen 5' erreichen, werden Kleine axiale Abweichungen durch die schwimmende Befestigung des Buchsenteiles 4 ausgeglichen, Jedoch bewegt sich das Buchsenteil 4 nicht nach hinten, weil die Reaktionskraft F¹O höher ist als die Einschubkraft Fo. Nach voll- ständig eingeschobenem Steckerteil 3 und Herstellung des optimalen elektrischen Kontaktes, wird die Einschubkraft nicht langer zur Überwindung der Reibungskraft benötigt, kann aber andererseits das Buchsenteil 4 auch nicht nach hinten drücken, da sie kleiner ist als die Reaktionskraft ?'o der Blattfeder P.

Die Fig. 2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein weiteres Ausführbarsteispiel der Befestigung des Buchsenteiles 4. Hier sind in dem Raum jeweils zwischen der Seitenwand 14 und der Führung 7 bzw. 7' des Gestelles je eine Blattfeder 20, 21 angeordnet. Die Blattfeder 20 ist beispielsv.-eise bei 22 an der Seitenwand 14 befestigt. Durch die in dem Spielraun angeordneten Blattfedern 20, 21 werden senkrecht zur Zinschutrichtung der Steckerstifte 5 auftretende Abweichungen besser ausgeglichen, als bei der Ausführung nach rig. 1. Das Spiel in der Einschubrichtung wird durch uie Blattfeder S ausgeglichen.

720607522.6.72

P.Lefort-2 - 9 -

Bei anderen Ausführungen des Steckerkörpers ist die schwimmende Befestigung ebenso möglich, beispielsweise, wenn das Buchsenteil einen runden Querschnitt aufweist. Hierbei sind nur zwei Federelemente nötig, nämlich eine, die im Zwischenraum 7, 14 angeordnet ist und eine zweite, die an der Rückseite 12 angreift.

Die Blattfedern 8, 20, 21 können durch andere Federarten ersetzt werden, z.B. Spira"-·, Schrauben-, Konusfedern usw.

Die Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des federnd gelagerten Buchsenteiles 4. In dieser perspektivischen Darstellung werden im wesentlichen die bereits bei der Beschreibung der Fig. 1 genannten Bezugszeichen verwendet. Der Bauteileträger 1, mit dem durch Schrauben 6 daran befestigten Steckerteil 3 ist verschieblich auf zwei Lagerbolzen 15, 16 angeordnet, welche fest mit dem Gestell 2 verbunden sind. Das Buchsenteil der Steckverbindung ist in dem Gestell 2 wiederum beweglich befestigt. Die Befestigungsanordnung besteht aus vier Führungsbolzen 17 und der jedem Führungsbolzen 17 zugeordneten als Druckfeder 18 ausgebildeten Schraubenfeder, die zwischen zwei Ringscheiben 23, 24 montiert ist.

Die eine Ringscheibe 23 ist an der Rückseite 12 des Buchsenteiles 4 vorgesehen, während die andere Ringscheibe 24 an einer Mutter 19 anliegt. Die freien Enden der Lagerbolzen 15, Ii': sind in vorteilhafter Weise mit Gewinde versehen, auf welches je eine Mutter 28, 29 aufgedreht ist. Die Einschubkraft F des Bauteileträgers ist nun in Pfeilrichtung aufzuwenden und zwar in einer Höhe, welche die entgegenwirkende Federkaft F' der vier Druckfedern 18 übersteigt.

Wenn der Bauteileträger 1 mit dem Gestell P verbunden werden 3C soll, so wird auf ihn eine Einschubkraft ausgeübt, wodurch er auf den Lagerbolzen 15, 16 gleitend sich dem Gestell ? nähert. Wenn das Steckerteil 3 hierbei nicht genau mit dem Buchsenteil 4 fluchtet, so werden die Abweichungen automatisch durch das Spiel der vier Druckfedern 18 ausgeglichen. Zu diesem Zweck sind die Führungsbolzen 17 der Buchsenteilbefestigung in Bohrungen dos Gestells P ei npioset^t, deren

P.Lefort-2 - 10 -

Innendurchmesser größer ist als der Außendurchmesser der Führungsbolzen 17-

Wie bereits erwähnt, bewegt sich das Buchsenteil 4 nicht, wenn die Einschubkraft P gleich der minimalen Kraft Fo ist, bei der die Steckerstifte 5 in die Kontaktbuchsen 5' eindringen, denn die minimale Einschubkraft Fo steht im Gleichgewicht mit der Reaktionskraft FΌ der Druckfedern Ib.

Wenn die Einschubkraft F größer ist als die notwendige minimale Kraft Fo, so bewirkt die Überschußkraft Fl, daß das Buchsenteil 4 zunächst nach hinten zurückweicht, bis der Bauteileträger 1 seine Einschublage an dem Gestell 2 erreicht hat, danach dann schiebt sich das Buchsenteil 4 durch die Kraft der Druckfedern l8 bewegt, über die Steckerstifte 5 bis der optimale elektrische Kontakt hergestellt ist.

Mit der beschriebenen Vorrichtung werden verschiedene Vorteile erreicht. Einerseits ist durch die Art der schwimmenden Halterung sichergestellt, daß die Steckerteile genau fluchtend aufeinander ausgerichtet werden bevor sie in Eingriff kommen, andererseits ist es hierdurch möglich die Kontaktelemente so klein zu dimensionieren, daß sie im Durchmesser nur noch zehntel Bruchteile eines Millimeters betragen. Unter Beibehaltung der Vorteile einer guten elektrischen Kontaktgabe sind Beschädigungen, wie Verbiegen oder Abbrechen von Steckerstiften, ausgesdilossen.

Abweichend von den beschriebenen Ausführungen der schwimmenden Befestigung sind in Abhängigkeit von den Steckverbinder^querschnitten auch Anordnungen möglich, bei denen beispielsweise nur drei in einem Winkel von 120 versetz angeordnete Federelemente verwendet werden.

■.Lefcrt-2 - 11 -

Auch die Verwendung nur einer Schraubenfeder anstelle der Blattfeder 8 ist möglich. Ferner, daß abweichend von den vier an Ecken des Buchsenteiles vorgesehenen Pührungsbolzen mit Druckfedern, nur zwei diagonal angeordnete zur Anwendung kommen.

6 Schutzansprüche
1 Bl. Zeichnung

jefort-2

	_- e ζ u g ε ζ	e ι c π e η
ffr.	englisch	deutsch
1	rack	Bauteileträger
2	rack	Gestell
	male part	Steckerteil
4	female par-	Buchsenteil
5	pin	Steckerstift
5'	socket	Kontaktbuchse
e	sere .v	Schraube
7	guide	Führung
<■	guide	Führung
6	spring	Blattfeder
ο	point	Kante
10	end	Ende
11	rear woll	Rückwand
12	rear face	Rückseite
13	piece	Rahmen
14	lateral wall	Seitenwand
15	rail	Lagerbolzen
16	rail	Lagerbolzen
17	rod	Führungsbolζ en
18	spring	Druckfeder
19	nut	Mutter
20	spring	Blattfeder
21	spring	Flaυcfeder
22	--	--
23	ring	Ringscheibe
24	ring	Ringscheibe
2δ	nut	Mutter
29	nut	Mutter

Claims

r.Lefort-2 - 12 -

Ansprüche

I. 1.) Vorrichtung zum Verbinden der aus Stecker- und Buchsen

teil bestehenden Hälften eir^r mehrpoligen elektrischen

;, Kupplung, bei der eine Hai: fest mit einem beweglichen

;' Bauteileträger verbunden ist, während die andere Hälfte

in einem festen Gestell beweglich lagert, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Rückseite (12) des Buchsen-

'· teiles (4) und der Rückwand (11) des Gestelles (2) eine

entgegen der Steckrichfcung wirkende Federanordnung vorgesehen ist, deren Federweg der Eindringtiefe der Stecker-

;. stifte (5; in die Kontaktbuchsen (5) entspricht.

f 2.) Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn

zeichnet, daß die Federanordnung aus einer oder mehreren Schraubenfedern (18) besteht.

H 3·) Verbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder

]■ dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenfedern il8)

i auf Führungsbolzen (17' zwischen zwei Ringscheiben C23,

[;■ 24) gelagert sind.

I 4.) Verbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 eis 3

\ dadurch gekennzeichnet, da3 die rührungsbolzen (IT' an

|: der Rückwand des Gestelles (2) in Bohrungen eingesetzt

i sind, deren Innendurchmesser größer ist als der Au?en-

I durchmesser der Führungsbolzen (17'.

I 5. ) Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch geker.n-

J: zeichnet, daß die Federanordnung aus einer an der Rück-

I seite (12) des Buchsenteiles (4) befestigten und sich

an der Rückwand (11) des Gestelles -2' abstützender.

P.Lefort-2

Blattfeder 8 besteht.

6.) Vorbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche Ί r's 5> dadurch gekennzeichnet, daß die am Buchsenteil angreifende Kraft der Federanordnung d°r Mindestkraft entspricht, die zurr. Einsetzen des St ^'-erteiles (j5^Nl in das Buchsenteil ¹A) erforderlich is*:.