Die Erfindung betrifft eine mehrpolige Steckvorrichtung,
mit in einem Gehäuse angeordneten Kontaktelementen zur
elektrischen Leistungsübertragung, ferner mit Zusatzkontakteinheiten
zur Informationsübertragung, und mit einer
mit dem Gehäuse verbindbaren Kupplung mit Kontaktgegenelementen
und/oder Zusatzkontaktgegeneinheiten, wobei die
Zusatzkontakteinheiten in einem gegenüber dem Gehäuse im
Wesentlichen axial verschiebbaren Einsatz angeordnet sind.
Üblicherweise ist die mehrpolige Steckvorrichtung Bestandteil
einer Steckverbinderanordnung, wobei es sich bei der
mehrpoligen Steckvorrichtung wahlweise um einen Stecker
oder eine Buchse handeln kann. Dementsprechend ist das
Gehäuse als Steckergehäuse oder Buchsengehäuse ausgeführt.
Bei den Kontaktelementen handelt es sich regelmäßig um in
das Gehäuse eingesetzte Kontaktstifte oder Kontaktbuchsen.
Die Zusatzkontakteinheiten können als Blattfederkontakte
ausgebildet sein, wie sie im Rahmen der DE 196 13 793 A1
beschrieben werden. Daneben sind aber auch Zusatzkontakteinheiten
in Gestalt von Lichtwellenleiterkupplungen denkbar,
die optische Signale zur Informationsübertragung
befördern.
Über die Kontaktelemente werden zumeist elektrische Leistungen
übertragen, die im Kilowattbereich oder knapp darunter
liegen. Aufgrund der damit verbundenen Spannungen
(zumeist 220 V oder 380 V) sind die Kontaktelemente mit
entsprechendem Abstand zueinander angeordnet, um elektrische
Überschläge zu vermeiden. Solche Steckvorrichtungen
werden im Rahmen der europäischen Norm EN 60309-1 oder
60309-2 im Detail beschrieben.
Dagegen dienen die Zusatzkontakteinheiten bzw. Zusatzkontaktgegeneinheiten
üblicherweise dazu, Informationen elektrisch
und/oder optisch zu übertragen. Dazu genügen meistens
Niederspannungen (beispielsweise 9, 12 oder 18 V) bei
geringen Strömen. Die übertragenen elektrischen Leistungen
bewegen sich größtenteils im Milliwattbereich.
Der Stand der Technik hat sich grundsätzlich bewährt, ist
jedoch was die Auf- und Abwärtskompatibilität angeht, verbesserungsfähig.
Das gilt insbesondere mit Blick auf die DE
296 17 113 U1, die DE 34 28 922 C2 sowie die DE 35 37 944
C2. Denn in sämtlichen Fällen ist es erforderlich, spezielle
Anpassungen am Stecker und/oder einer zugehörigen
Buchse vorzunehmen, um die zusätzliche Informationsübertragung
überhaupt darstellen zu können.
Eine mehrpolige Steckvorrichtung des eingangs beschriebenen
Aufbaus wird im Rahmen der DE 195 42 166 A1 beschrieben.
Hier ist ein Gehäuse mit darin angeordneten Kontaktelementen
zur elektrischen Leistungsübertragung realisiert. Ferner
finden sich Zusatzkontakteinheiten in Gestalt von
Lichtleitern, welche der Informationsübertragung dienen.
Die Zusatzkontakteinheiten werden in einem gegenüber dem
Gehäuse im Wesentlichen axial verschiebbaren Einsatz aufgenommen.
Dieser Einsatz oder Lichtkopf kann im Vergleich zu dem
zugehörigen Stecker sogar einen Luftspalt definieren, ohne
dass die Funktionsweise beeinträchtigt werden soll (vgl.
Spalte 2, Zeilen 30 bis 43). Hinzu kommt, dass der Lichtkopf
bzw. Einsatz in seiner erhabenen Position bei der
Informationsübertragung keine Fixierung erfährt. Das mag
bei einer Übertragung von Lichtwellen unproblematisch sein,
führt jedoch zu Problemen bei einer drahtgebundenen Informationsübertragung.
- Hier will die Erfindung Abhilfe
schaffen.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine
derartige mehrpolige Steckvorrichtung so weiter zu entwickeln,
dass eine einwandfreie Informationsübertragung
gewährleistet ist, und zwar unabhängig von der Art dieser
Informationsübertragung. Außerdem soll die mehrpolige
Steckvorrichtung dazu geeignet sein, dass bei einem
entsprechend ausgerüsteten Stecker (zur zusätzlichen
Informationsübertragung) auch eine konventionelle Buchse
Verwendung finden kann und umgekehrt, das heißt eine Kompatibilität
in beiden Richtungen aufwärts und abwärts gegeben
ist. Das soll insbesondere mit Blick auf die Normen EN
60309-1 und 60309-2 gelten. Gleiches soll natürlich auch
für korrespondierend gestaltete Buchsen erfüllt sein.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung bei einer
gattungsgemäßen mehrpoligen Steckvorrichtung vor, dass der
Einsatz als kopfseitig offenes Gehäuse mit wenigstens einem
flexiblen Wandbereich ausgebildet ist. Zumeist kommen zwei
flexible Wandbereiche zum Einsatz.
In der Regel sind an diesen flexiblen Wandbereichen darüber
hinaus vorspringende Radialfortsätze angeordnet, so dass
der Einsatz bei einer Informationsübertragung unter Beibehaltung
seines Durchmessers in einer Halte- und Führungsöffnung
einer entsprechend modifizierten Kupplung aufgenommen
wird. Dabei taucht ein von der Halte- und Führungsöffnung
umschlossener Fortsatz vollständig ins Innere des Einsatzes
ein. Die Radialfortsätze an den flexiblen Wandbereichen
übergreifen einen die Axialöffnung umgebenden Kragen.
Dagegen werden die flexiblen Wandbereiche des Einsatzes bei
einer reinen Leistungsübertragung mittels einer Standardkupplung
von dem die Öffnung der Axialbohrung umgebenden
Kragen nach innen unter Durchmesserreduzierung des Einsatzes
an seinem Kopf gedrängt, so dass der Einsatz in der
Axialbohrung versenkt wird.
Mit dem Gehäuse lässt sich also die Standardkupplung oder
die modifizierte Kupplung verbinden. Der Einsatz nimmt bei
einer Informationsübertragung eine gegenüber einem Gehäuseboden
erhabene Stellung ein und taucht in die (modifizierte)
Kupplung ein. Gleichzeitig werden die Zusatzkontakteinheiten
mit den Zusatzkontaktgegeneinheiten verbunden.
Dagegen nimmt der Einsatz bei einer reinen Leistungsübertragung
ohne zusätzliche Informationsübertragung eine
gegenüber dem Gehäuseboden versenkte Stellung ein.
Vorzugsweise wird der Einsatz in einer Axialbohrung im
Gehäuseboden geführt. Die Öffnung dieser Axialbohrung deckt
sich mit dem Niveau des Gehäusebodens, also dem Gehäusebodenniveau.
In der Regel wird der betreffende Einsatz in der
erhabenen Stellung gehalten. Hierfür sorgt eine Feder, die
zwischen einem Fuß des Einsatzes und einem Grund der Axialbohrung
eingespannt ist.
Aus der Erkenntnis heraus, dass die Kontaktelemente bei
herkömmlichen mehrpoligen Steckvorrichtungen üblicherweise
in der Art eines Kreises angeordnet sind, schlägt die Erfindung
vor, den Einsatz und die Axialbohrung im Zentrum
des Gehäuses anzuordnen. Denn hier steht genügend Platz zur
Verfügung, um den betreffenden Einsatz und die Axialbohrung
aufnehmen zu können. Elektrische Isolationsprobleme sind
zudem an dieser Stelle nicht zu befürchten.
Bei dem Einsatz handelt es sich in der Regel um ein kopfseitig
offenes Zylindergehäuse mit als Boden ausgebildetem
Fuß, gegen den die eingespannte Feder anliegt. Ferner ist
der Einsatz - wie beschrieben - mit wenigstens einem flexiblen
Wandbereich ausgerüstet. Üblicherweise finden sich
jedoch zwei (oder mehr) gegenüberliegende flexible Wandbereiche,
welche beim Übergang von der erhabenen Stellung des
Einsatzes in dessen versenkte Stellung von einem die Öffnung
der Axialbohrung umgebenden Kragen unter Durchmesserverringerung
des Einsatzes nach innen gedrängt werden. Mit
anderen Worten sorgt der die Axialbohrung umgebende Kragen
dafür, dass der in die Axialbohrung eingeschobene Einsatz
bei diesem Vorgang seinen Durchmesser verringert.
Die entsprechenden Kräfte werden zumeist von einer als
Standardkupplung ausgeführten Kupplung zur reinen Leistungsübertragung
aufgebracht. Denn wenn diese Kupplung mit
dem zugehörigen Gehäuse vereinigt wird, stößt die bis auf
Einführungsöffnungen für die Kontaktelemente geschlossene
Frontfläche der Standardkupplung gegen den Kopf des Einsatzes
und schiebt den gesamten Einsatz axial in die Axialbohrung
ein. Solange die Standardkupplung in dieser Stellung
im Gehäuse verbleibt, wird auch der Einsatz in seiner versenkten
Stellung im Gehäuseboden festgelegt. Das erfolgt
gegen die Kraft der Feder zwischen dem Fuß des Einsatzes
und dem Grund der Axialbohrung.
Wenn jedoch die Standardkupplung aus dem Gehäuse entfernt
wird, so bewegt sich der Einsatz durch die Kraft der Feder
aus der Axialbohrung heraus und nimmt (wieder) seine erhabene
Stellung gegenüber dem Gehäuseboden ein. Hiermit einher
vergrößert sich der Durchmesser des Einsatzes wieder
auf sein normales Maß.
Kommt dagegen als Kupplung eine modifizierte Kupplung zur
kombinierten Leistungs- und Informationsübertragung zum
Einsatz, so verbleibt der Einsatz unverändert und durchgängig
in dieser erhabenen Stellung. Hierfür sorgen ein oder
mehrere Radialfortsätze an dem oder den flexiblen Wandbereichen,
welche den die Axialbohrung umgebenden Kragen
übergreifen. Gleichzeitig nimmt eine Halte- und Führungsöffnung
in der modifizierten Kupplung den Einsatz unter
Beibehaltung seines Durchmessers auf, und zwar vorzugsweise
formschlüssig.
Um den Einsatz vorteilhaft von seiner erhabenen in die versenkte
Stellung überführen zu können, sind sowohl der Einsatz
als auch der die Axialöffnung umgebende Kragen mit
jeweils aneinander angepassten und aneinander entlang gleitenden
Anlaufschrägen ausgerüstet. Darüber hinaus kann der
Einsatz im Bereich seines Bodens einen dem Gehäuseboden des
Gehäuses zugewandten außenseitigen Anschlagring aufweisen,
welcher in erhabener Stellung des Einsatzes gegen den Kragen
anschlägt und den Federweg der Feder zwischen dem Boden
des Einsatzes und dem Grund der Axialbohrung begrenzt bzw.
die erhabene Stellung des Einsatzes festlegt.
Immer wird eine mehrpolige Steckvorrichtung erfindungsgemäß
zur Verfügung gestellt, die jeweils auf- und abwärts kompatibel
gestaltet ist. Das heißt, ein mit dem erfindungsgemäßen
Einsatz ausgerüsteter Stecker kann sowohl eine Standardkupplung
als auch eine modifizierte Kupplung aufnehmen.
Genauso ist eine mit dem beschriebenen Einsatz ausgerüstete
Buchse in der Lage, eine Verbindung mit einer konventionellen
Kupplung in einem Stecker bzw. einer modifizierten
Kupplung eingehen zu können. Sobald die jeweils modifizierte
Kupplung Verwendung findet, wird der Einsatz automatisch
in seiner erhabenen Stellung gehalten und in der
Kupplung gleichsam verriegelt. Dieser Umstand stellt
sicher, dass die erforderlichen Gegenkräfte aufgebaut werden,
damit die Zusatzkontakteinheiten und Zusatzkontaktgegeneinheiten
problemlos miteinander verbunden werden können.
Üblicherweise kommen hier Stifte und zugehörige Einsteckhülsen
zum Einsatz. Daneben sind aber insbesondere
auch Lichtwellenleiterstecker und -kupplungen denkbar.
Sobald eine Standardkupplung mit der beschriebenen Steckvorrichtung
verbunden wird, geht der Einsatz in seine versenkte
Stellung über und kann somit keinerlei Wirkung auf
die dann (ausschließlich) stattfindende elektrische Leistungsübertragung
nehmen.
Dabei sollte betont werden, dass der Begriff der Informationsübertragung
ganz allgemein zu verstehen ist und im
Grunde jede Übertragung per Lichtwellenleiter an dieser
Stelle ebenso umfasst wie eine Übertragung elektrischer
Signale mit geringer Leistung. Dabei kann es sich auch um
Steuersignale, Ladeströme usw. handeln.
Im Rahmen der Erfindungslehre wird der besonders gestaltete
Einsatz also im Falle der Informationsübertragung gleichsam
fixiert, so dass eine einwandfreie und reproduzierbare Kontaktierung
zwischen den Zusatzkontakteinheiten und Zusatzkontaktgegeneinheiten
gegeben ist. Diese Kontaktierung ist
unabhängig davon, ob Lichtwellen, elektrische Ströme etc.
Träger dieser Informationen sind. In diesem Zusammenhang
kommt die beschriebene modifizierte Kupplung zur Verwendung.
Dennoch kann der bekannte Einsatz dann im Gehäuse versenkt
werden, wenn anstelle der zuvor beschriebenen modifizierten
Kupplung eine Standardkupplung Verwendung findet. Es wird
also eine praktisch doppelte Funktionalität des Einsatzes
bei gegebener Fixierungsmöglichkeit erreicht.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein
Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert;
es zeigen:
- Fig. 1a und 1b
- eine perspektivische Ansicht einer als
Stecker ausgeführten erfindungsgemäßen Steckvorrichtung
in Frontansicht (vgl. Fig. 1a) und in
Rückansicht (vgl. Fig. 1b),
- Fig. 2
- einen schematischen Längsschnitt durch die Fig.
1a, 1b mit eingesetzter Standardkupplung,
- Fig. 3a und 3b
- den Gegenstand nach Fig. 2 für den Fall,
dass eine modifizierte Kupplung eingesetzt wird,
- Fig. 4a, 4b
- den erfindungsgemäßen Einsatz in verschiedenen
Funktionsstellungen und
- Fig. 5
- eine Variante der Steckvorrichtung in Gestalt
einer Buchse mit erfindungsgemäßen Einsatz.
In den Figuren ist eine mehrpolige Steckvorrichtung dargestellt,
die in ihrem grundsätzlichen Aufbau über ein Gehäuse
1 verfügt, in welchem im Rahmen des Ausführungsbeispiels
fünf Kontaktelemente 2 zur elektrischen Leistungsübertragung
angeordnet sind. Bei diesen Kontaktelementen 2
handelt es sich im Rahmen der Darstellungen nach den Fig. 1
bis 4 um Kontaktstifte 2, während die Variante in Fig. 5 an
dieser Stelle Kontaktbuchsen 2' erkennen lässt. Der Aufbau
der dargestellten Steckvorrichtung folgt den Vorschriften
in der DIN EN 60309 und ist für Ströme von 60 Ampere bis
125 Ampere geeignet. Dabei handelt es sich bei dem Kontaktstift
2'' bzw. der Kontaktbuchse 2''', jeweils um einen
Erdkontakt.
Zusätzlich zu den Kontaktelementen 2 zur elektrischen Leistungsübertragung
sind Zusatzkontakteinheiten 3 zu erkennen,
die zur Informationsübertragung, zur Übertragung von Steuerimpulsen,
Codebefehlen usw. dienen. Grundsätzlich können
an dieser Stelle auch Stecker bzw. Kupplung von Lichtwellenleitern
zum Einsatz kommen.
Mit dem jeweiligen Gehäuse 1 lässt sich eine Kupplung 4
verbinden, die zu den Kontaktelementen 2 korrespondierende
Kontaktgegenelemente 5 aufnimmt. In gleicher Weise sind in
der Kupplung 4 Zusatzkontaktgegeneinheiten 6 vorgesehen,
die mit den Zusatzkontakteinheiten 3 im Rahmen des Ausführungsbeispiels
eine elektrische Verbindung eingehen. Bei
dieser Kupplung 4 handelt es sich folglich um eine modifizierte
Kupplung (vgl. Fig. 3a und 3b). Diese modifizierte
Kupplung 4 ist sowohl zur Übertragung elektrischer Leistungen
als auch von Informationen in der Lage. - Dagegen ist
die in Fig. 2 zu erkennende Kupplung 4' als Standardkupplung
4' ausgeführt und lässt lediglich Kontaktgegenelemente
5 erkennen. Denn es fehlen die Zusatzkontaktgegeneinheiten
6. Folglich dient die Standardkupplung 4' einzig der elektrischen
Leistungsübertragung.
Bei den Zusatzkontakteinheiten 3 handelt es sich um Stifte
3, während die Zusatzkontaktgegeneinheiten 6 als zugehörige
Steckhülsen 6 ausgeführt sind. Selbstverständlich kann die
Kupplung 4 bzw. 4' anstelle der Kontaktgegenelemente 5 in
Gestalt von Steckhülsen 5 auch mit Kontaktstiften ausgerüstet
sein. Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, die
jeweilige Kupplung 4, 4' mit Zusatzkontaktgegeneinheiten 6
in Gestalt von Stiften auszurüsten. Das macht ein Vergleich
der Fig. 3a, 3b mit der Darstellung in Fig. 5 unmittelbar
deutlich, wo exakt eine solche (nicht dargestellte) Kupplung
4, 4', mit Kontaktgegenelementen 5 in Gestalt von Kontaktstiften
sowie Zusatzkontaktgegeneinheiten 6 in Gestalt
von Stiften Verwendung findet.
Die Zusatzkontakteinheiten 3 sind in einem Einsatz 7 angeordnet,
der im Detail Gegenstand der Fig. 4a, 4b ist. Dieser
Einsatz 7 ist gegenüber dem Gehäuse 1 axial verschiebbar
und nimmt regelmäßig eine gegenüber einem Gehäuseboden
8 erhabene Stellung ein, wie sie insbesondere in den Fig.
1a und 3b zu erkennen ist. Der Einsatz 7 überragt kopfseitig
die in seinem Innern angeordneten Zusatzkontakteinheiten
bzw. Stifte 3, um elektrische Überschläge mit den Kontaktelementen
2 zu verhindern.
In der erhabenen Stellung kann der Einsatz 7 in die modifizierte
Kupplung 4 eintauchen wie ein Vergleich der Fig. 3a
und 3b unmittelbar deutlich macht. Zu diesem Zweck ist die
modifizierte Kupplung 4 mit einer Halte- und Führungsöffnung
9 ausgerüstet. Da der Einsatz 7 insgesamt zylindermantelförmig
ausgeführt ist, handelt es sich bei der Halte-
und Führungsöffnung 9 um eine Zylindermanteleinformung, die
den Einsatz 7 formschlüssig aufnimmt.
Kommt jedoch eine Standardkupplung 4' zur Verwendung, so
wird der Einsatz 7 in seine Axialbohrung 10 im Gehäuseboden
8 eingeschoben, und zwar in Axialrichtung A (vgl. Fig. 2).
Gleichzeitig erfährt eine zwischen einem Fuß bzw. Boden 11
des Einsatzes 7 und einem Grund 12 der Axialbohrung 10 eingespannte
Feder 13 eine Vorspannung.
Um den Einsatz 7 in die in Fig. 2 dargestellte versenkte
Stellung zu überführen, dient die Standardkupplung 4', welche
bis auf Einführöffnungen 14 für die Kontaktelemente 2
eine ansonsten geschlossene Frontfläche 15 aufweist. Gegen
diese geschlossene Frontfläche 15 kommt ein Kopf 16 des
Einsatzes 7 zur Anlage, so dass der Einsatz 7 insgesamt in
Axialrichtung A beim Einführen der Standardkupplung 4' in
die Axialbohrung 10 versenkt wird. Bei diesem Vorgang werden
flexible Wandbereiche 17 des Einsatzes 7 jeweils nach
innen gedrängt (vgl. den Übergang von Fig. 4a zu Fig. 4b).
Anhand der Fig. 4a, 4b erkennt man, dass zwei sich gegenüberliegende
flexible Wandbereiche 17 in Gestalt von an den
Boden 11 angeformten Längsfedern realisiert sind. Diese
flexiblen Wandbereiche bzw. Längsfedern 17 werden von einem
eine Öffnung der Axialbohrung 10 umgebenden Kragen 18 nach
innen gedrängt, wie dies in der Fig. 4b durch Pfeile angedeutet
ist. Damit geht eine Durchmesserreduzierung des Einsatzes
7 an seinem Kopf 16 einher. Auf diese Weise ist der
Einsatz 7 in der Lage, den Kragen 18 im Gehäuse 1 mit seinen
vorspringenden Radialvorsätzen 19 an den jeweils flexiblen
Wandbereichen 17 passieren zu können. Das erkennt
man besonders deutlich in der Fig. 2. Die dort gezeigte
Stellung wird solange beibehalten, wie die Standardkupplung
4' in das Gehäuse 1 eingesteckt ist.
Sobald jedoch die Standardkupplung 4' entfernt wird, kann
sich der Einsatz 7 unterstützt von der Kraft der Feder 13
wieder aus seiner versenkten Stellung in die erhabene Position
zurückbewegen. Folglich wird das Einstecken und
Herausziehen einer Standardkupplung 4' nicht behindert.
Findet dagegen eine modifizierte Kupplung 4 nach den Fig.
3a, 3b Verwendung, so verbleibt der Einsatz 7 in seiner erhabenen
Stellung gegenüber dem Gehäuseboden 8. Hierfür sorgen
nicht nur die Halte- und Führungsöffnung 9 in der modifizierten
Kupplung 4, sondern auch die Radialfortsätze 19
an den flexiblen Wandbereichen bzw. -federn 17 des Einsatzes
7. Denn diese Radialfortsätze 19 übergreifen den Kragen
18, welcher die endseitig der Axialbohrung 10 vorgesehene
Öffnung umschließt, die sich mit dem Gehäusebodenniveau
deckt.
Beim Einstecken der modifizierten Kupplung 4 verbleibt der
Einsatz 7 in seiner erhabenen Stellung ohne Durchmesserreduzierung,
weil insofern die Halte- und Führungsöffnung 9
den Einsatz 7 formschlüssig aufnimmt und ein von der Halte-
und Führungsöffnung 9 umschlossener Fortsatz 20 vollständig
ins Innere des Einsatzes 7 eintaucht. Zwischen diesem Fortsatz
20 und den Wandungen der Halte- und Führungsöffnung 9
wird der Einsatz 7 also gleichsam festgespannt und gehalten.
Gleichzeitig sorgen die im Fortsatz 20 befindlichen
Zusatzkontaktgegeneinheiten 6 bzw. Steckhülsen 6 für eine
elektrische Verbindung mit den Zusatzkontakteinheiten bzw.
Stiften 3. Da keine Durchmesserreduzierung stattfindet,
können die flexiblen Wandbereiche 17 mit ihren Radialfortsätzen
19 am Kragen 18 gehalten werden und bringen die erforderlichen
Gegenkräfte bei der Kontaktierung der Zusatzkontakteinheiten
3 mit den Zusatzkontaktgegeneinheiten 6
auf.
Damit der Einsatz 7 problemlos in seine versenkte Stellung
überführt werden kann, wenn eine Standardkupplung 4' in das
Gehäuse 1 eingeschoben wird, sind jeweils Anlaufschrägen
21, 22 einerseits am Einsatz 7 und andererseits im Bereich
des Kragens 18 vorgesehen. Schließlich sorgt ein außenseitiger
Anschlagring 23 im Bereich des Bodens 11 des Einsatzes
7 für die Definition der erhabenen Stellung des Einsatzes
7. Denn dieser Anschlagring 23 schlägt in eben dieser
Position von unten gegen den Kragen 18 an.