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Dokumentenidentifikation DE202006015982U1 11.01.2007
Titel Verriegelbare Steckkupplung
Anmelder Böllhoff Verbindungstechnik GmbH, 33649 Bielefeld, DE
Vertreter Patentanwälte Hauck, Graalfs, Wehnert, Döring, Siemons, Schildberg, 80339 München
DE-Aktenzeichen 202006015982
Date of advertisement in the Patentblatt (Patent Gazette) 11.01.2007
Registration date 07.12.2006
Application date from patent application 18.10.2006
IPC-Hauptklasse F16L 37/12(2006.01)A, F, I, 20061018, B, H, DE

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steckkupplung zum Verbinden zweier Bauteile.

Herkömmliche Steckkupplungen, wie sie zum Beispiel aus DE-GM 299 20 379, DE-GM 201 07 949, DE-GM 201 08 408 und DE-GM 20 2005 011 420 bekannt sind, bestehen aus einem Kugelbolzen mit einem Kugelkopf und einem Kupplungskörper mit einer Kugelpfanne. Sie haben schwingungsentkoppelnde Eigenschaften, so dass sie schwingungsentkoppelnde Ausgleichsbewegungen zwischen den zu verbindenden Bauteilen ermöglichen. Das Schließen und Lösen der Steckkupplung erfolgt durch einfache Relativbewegungen zwischen Kugelkopf und Kugelpfanne, was durch Verwendung von elastisch verformbarem Material und entsprechende Dimensionierung der Kugelpfanne und des Kugelkopfes ermöglicht wird. Bei diesen Steckkupplungen lässt sich die Gefahr eines unbeabsichtigten Lösens nicht mit absoluter Sicherheit verhindern.

Aus DE-GM 20 2004 006 969 ist eine Steckkupplung mit einer Abziehsicherung bekannt, bei der ein hülsenförmiger Sicherungsring auf dem Kupplungskörper verschiebbar gelagert ist zwischen einer entsicherten Stellung, in der er eine Aufweitung der Öffnung der Kugelpfanne zum Ein- und Ausstecken des Kugelkopfes zulässt, und eine Sicherungsstellung, in der er eine Aufweitung der Öffnung der Kugelpfanne zum Ein- und Ausstecken des Kugelkopfes verhindert. Zwischen dem Sicherungsring und dem Kupplungskörper ist eine Rastverbindung vorgesehen, die durch eine Einsteckbewegung des Kugelkopfes relativ zur Kugelpfanne gelöst und durch eine Aussteckbewegung des Kugelkopfes relativ zur Kugelpfanne eingerastet wird. Diese Funktionsweise muss allerdings mit einem relativ hohen konstruktiven Aufwand erkauft werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steckkupplung zum Verbinden zweier Bauteile zu schaffen, die bei möglichst geringem konstruktivem Aufwand auf einfache Weise verriegelbar und entriegelbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in Anspruch 1 definierte verriegelbare Steckkupplung gelöst.

Bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Steckkupplung sind der Kupplungskörper und der Kupplungsbolzen durch eine Rastverbindung kuppelbar, die durch eine vorgegebene Relativbewegung zwischen Kupplungskörper und Kupplungsbolzen eingerastet wird, um eine gegensinnige Relativbewegung zwischen Kupplungskörper und Kupplungsbolzen zu verhindern und dadurch die Steckkupplung zu verriegeln. Zum Entriegeln der Steckkupplung ist ein Entriegelungsknopf vorgesehen, der aus einer Neutralstellung in eine Entriegelungsstellung verstellbar ist, in der er die Rastverbindung löst, um die gegensinnige Relativbewegung zwischen Kupplungskörper und Kupplungsbolzen zu ermöglichen.

Die erfindungsgemäß ausgebildete Steckkupplung wird somit nicht durch ein zusätzliches Bauteil verriegelt, sondern vielmehr durch die zwischen Kupplungskörper und Kupplungsbolzen wirkende Rastverbindung, die auf einfache Weise durch eine entsprechende Relativbewegung zwischen Kupplungskörper und Kupplungsbolzen eingerastet wird. Der erfindungsgemäß vorgesehene Entriegelungsknopf dient lediglich zum Lösen der Rastverbindung, indem er – manuell – aus der Neutralstellung, in der er keinen Einfluss auf die Rastverbindung hat, in seine Entriegelungsstellung bewegt wird, in der er die Rastverbindung löst, so dass der Kupplungsbolzen vom Kupplungskörper abgezogen werden kann.

Die erfindungsgemäß ausgebildete verriegelbare Steckkupplung zeichnet sich durch konstruktive Einfachheit aus. Die Rastverbindung, die als Sperre gegen unbeabsichtigtes Lösen dient, erfordert zum Schließen der Steckkupplung nur eine geringe Einsteckkraft. Dennoch sorgt die Sperre in Form der Rastverbindung für eine hohe Sicherheit gegen unbeabsichtigtes Lösen. Das Lösen der Sperre wird durch eine einfache Betätigung, insbesondere eine axiale Druckbetätigung, des Entriegelungsknopfes ermöglicht.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung bilden der Kupplungskörper und der Entriegelungsknopf ein vormontierbares Zusammenbauteil (ZSB-Teil), das als Einheit an einem der zu verbindenden Bauteile anbringbar ist. Die Vormontage des ZSB-Teils kann beispielsweise beim Hersteller erfolgen, so dass dann der Endkunde lediglich das ZSB-Teil an dem zu verbindenden Bauteil anbringen muss.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.

Anhand der Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:

1 einen perspektivischen Axialschnitt durch einen Kupplungskörper einer erfindungsgemäß ausgebildeten verriegelbaren Steckkupplung;

2, 3 perspektivische Ansichten des Kupplungskörpers in 1 von oben bzw. unten;

4 eine perspektivische Ansicht eines Kupplungsbolzens der Steckkupplung;

5 eine um 90° gedrehte perspektivische Ansicht des Kupplungsbolzens in 4;

6 eine perspektivische Schnittdarstellung eines Entriegelungsknopfes der Steckkupplung;

7 eine Seitenansicht des Entriegelungsknopfes in 6;

8 eine perspektivische Schnittdarstellung einer Baueinheit aus dem Kupplungsteil der 1 bis 3 und dem Entriegelungsknopf der 6, 7;

9 einen Axialschnitt der Baueinheit der 8;

10 eine Seitenansicht des Kupplungsbolzens der 4, 5;

11 einen Axialschnitt der Steckkupplung im verriegelten Zustand;

12 einen um 90° gegenüber 11 gedrehten Axialschnitt der Steckkupplung im verriegelten Zustand;

13 eine der 11 entsprechende Schnittdarstellung der Steckkupplung im entriegelten Zustand.

Grundsätzlicher Aufbau der verriegelbaren Steckkupplung Die in den 11 bis 13 dargestellte Steckkupplung dient zum lösbaren Verbinden eines plattenförmigen Bauteils 2 mit einem (nicht dargestellten) zweiten Bauteil. Die Steckkupplung besteht aus drei Teilen, und zwar einem Kupplungskörper 4, der an dem Bauteil 2 befestigbar ist, einem Kupplungsbolzen 6, der an dem zweiten Bauteil befestigbar ist, und einem Entriegelungsknopf 8. Der Kupplungskörper 4 und der Entriegelungsknopf 8 sind zu einer Baueinheit 9 vormontierbar (8, 9), die beispielsweise von einem Hersteller als Zusammenbauteil (ZSB) an einen Kunden geliefert werden kann, um von diesem an dem Bauteil 2 befestigt zu werden.

Die Steckkupplung gelangt in ihren geschlossenen und verriegelten Zustand, indem das mit dem Kupplungskörper 4 versehene Bauteil 2 und das mit dem Kupplungsbolzen 6 versehene (nicht dargestellte) Bauteil längs einer zentralen Achse X der Steckkupplung relativ zueinander so bewegt werden, dass eine Rastverbindung R zwischen dem Kupplungsbolzen 6 und dem Kupplungskörper 4 einrastet. Die Rastverbindung R verhindert durch Formschluss eine die Steckkupplung öffnende entgegengesetzte Relativbewegung, so dass die Steckkupplung verriegelt ist. Zum Entriegeln der Steckkupplung dient der Entriegelungsknopf 8, wie anhand der 13 noch genauer erläutert wird.

Der Kupplungskörper 4 ist in den 1 bis 3, der Kupplungsbolzen 6 in den 4, 5 und der Entriegelungsknopf 8 in den 6, 7 genauer dargestellt.

Kupplungskörper 4

Der in den 1 bis 3 dargestellte Kupplungskörper 4 besteht aus einer radial inneren hülsenförmigen Wand 10, einer radial äußeren hülsenförmigen Wand 12, einer konisch verlaufenden Zwischenwand 14, die die Wand 10 mit der Wand 12 verbindet, und einem ringförmigen Flansch 16, der an dem einen axialen Ende der äußeren Wand 12 angeformt ist. Die innere Wand 10 und die äußere Wand 12 sind ferner durch tangential verlaufende Rippen 18 (3) miteinander verbunden, die zusammen mit der Zwischenwand 14 für eine Schwingungsentkopplung zwischen der inneren Wand 10 und äußeren Wand 12 sorgen, wie noch genauer erläutert wird.

Die innere Wand 10 hat eine kegelstumpfförmige Wandinnenfläche, die somit eine kegelstumpfförmige Aufnahmebohrung 20 bildet, und eine zylindrische Wandaußenfläche 22, dergestalt, dass die innere Wand 10 und die Zwischenwand 14 in einem Axialschnitt (1) einen ungefähr Y-förmigen Querschnitt haben. Die innere Wand 10 wird an ihren beiden axialen Enden von radial verlaufenden Stirnflächen 24 und 26 begrenzt, die mit dem Kupplungsbolzen 6 zusammenwirken, um den Kupplungsbolzen 6 axial zu fixieren, wie noch genauer erläutert wird.

Die äußere Wand 12 des Kupplungskörpers 4 setzt sich aus Zentrierbereichen 28 und Befestigungsbereichen 30 zusammen, die in Umfangsrichtung abwechselnd zueinander angeordnet sind (2). Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind drei Zentrierbereiche 28 und drei Befestigungsbereiche 30 vorgesehen; die Anzahl könnte jedoch auch anders gewählt werden. Die Zentrierbereiche 28 dienen zum Aufnehmen und Zentrieren des Kupplungskörpers 4 in einer Aufnahmebohrung A des Bauteils 2 (11, 12), während die Befestigungsabschnitte 30 zum Halten des Kupplungskörpers 4 am Bauteil 2 dienen.

In den Zentrierbereichen 28 setzt sich die Wandaußenfläche der äußeren Wand 12 aus einer kurzen Fase 32, einem zylindrischen Abschnitt 34, einem konischen Abschnitt 36 und einem kurzen zylindrischen Abschnitt 38 zusammen, wobei sich an den zylindrischen Abschnitt 38 der Flansch 16 anschließt. Der zylindrische Abschnitt 34 hat einen kleineren Durchmesser als der zylindrische Abschnitt 38, dessen Durchmesser an den Durchmesser der Aufnahmebohrung A des Bauteils 2 für einen spielfreien Sitz des Kupplungskörpers 4 in der Aufnahmebohrung A angepasst ist.

Der Flansch 16 ist in seinem radial äußeren Bereich mit einem umlaufenden Vorsprung 40 versehen, mit dem er im eingebauten Zustand an dem Bauteil 2 elastisch abgestützt ist.

In den Befestigungsbereichen 30 des Kupplungskörpers 4 hat die äußere Wand 12 eine Wandaußenfläche, die an einem axialen Ende mit der gleichen Fase 32 wie die Zentrierbereiche 28 versehen ist. Von der Fase 32 aus wird die Wand 12 von konisch verlaufenden Haltesegmenten 42 gebildet, deren Wandaußenflächen – gegebenenfalls über kurze zylindrische Abschnitte 34 – mit den Fasen 32 verbunden sind. Die Haltesegmente 42 sind an ihren seitlichen Rändern mit den Zentrierbereichen 28 verbunden, und zwar über Wandabschnitte, die durch axial verlaufende Hohlkehlen 44 eine deutlich verringerte Wandstärke haben. An ihren dem Flansch 16 benachbarten axialen Enden sind die Haltesegmente 42 freiliegend ausgebildet. Dies wird dadurch erreicht, dass der Flansch 16 benachbart zu den Haltesegmenten 42 mit Durchbrüchen 46 versehen ist, so dass die unteren Stirnflächen 48 der Haltesegmente 42 von dem Flansch 16 und somit von dem übrigen Bereich des Kupplungskörpers 4 getrennt sind.

Die äußere Wand 12 des Kupplungskörpers 4 hat eine Wandinnenfläche, die sich aus einer Fase 50 und einem zylindrischen Abschnitt 52 zusammensetzt, an den die Zwischenwand 14 angrenzt. Die Zwischenwand 14 ist im Bereich der Befestigungsbereiche 30 und somit im Bereich der Haltesegmente 42 mit axial verlaufenden Durchbrüchen 54 versehen. Wie insbesondere aus 3 hervorgeht, sind die tangential verlaufenden Rippen 18 in den Zentrierbereichen 28 und somit nicht in den Befestigungsbereichen 30 angeordnet.

Da somit die Haltesegmente 42 sowohl an ihren axialen Enden (Stirnflächen 48) wie auch an ihren Wandinnenflächen von dem übrigen Kupplungskörper 4 getrennt sind und zudem an ihren seitlichen Rändern nur über verdünnte Wandabschnitte mit den Zentrierbereichen 28 verbunden sind, sind die Haltesegmente elastisch verformbar, um an dem Bauteil 2 befestigt werden zu können, wie noch genauer erläutert wird.

Die in den Befestigungsbereichen 30 vorgesehenen Durchbrüche 54 der Zwischenwand 14 bieten die Möglichkeit, die Haltesegmente 42 mit kurzen radial verlaufenden Rastschultern 56 zu versehen, die den zylindrischen Abschnitt 52 der Wandinnenfläche der äußeren Wand 12 mit den konisch verlaufenden Wandinnenflächen der Haltesegmente 42 verbindet.

Kupplungsbolzen 6

Der in den 4 und 5 dargestellte Kupplungsbolzen 6 besteht im dargestellten Ausführungsbeispiel aus zwei Teilen 60 und 62, von denen das Teil 60 den eigentlichen Kupplungsbolzen darstellt und das Teil 62 ein Gewindebolzen zum Befestigen an dem (nicht dargestellten) zweiten Bauteil ist. Der Kupplungsbolzen 6 könnte jedoch auch einteilig ausgebildet sein und auf andere Weise mit dem zweiten Bauteil verbunden werden.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel hat das Teil 60 des Kupplungsbolzens 6 einen ungefähr scheibenförmigen Körperabschnitt 66, der mit einem Antriebsmerkmal in Form eines Sechskants versehen ist. Auch hier könnte ein anderes Antriebsmerkmal vorgesehen werden. Der Körperabschnitt 66 geht an seiner oberen Stirnseite in einen ringförmigen Abschnitt 68 über, der an seiner Oberseite mit einer ringförmigen Anlagefläche 70 versehen ist.

An dem ringförmigen Abschnitt 68 sind zwei axial verlaufende Rasthaken 72 angeformt, die in Umfangsrichtung sich mit zwei Bolzensegmenten 74 abwechseln. Die Anzahl der Rasthaken 72 und Bolzensegmente 74 könnte auch anders gewählt werden. Die Rasthaken 72 dienen zum Herstellen der Rastverbindung R (11), während die Bolzensegmente 74 zum Zentrieren und Sichern des Kupplungsbolzens 6 am Kupplungskörper 4 dienen (12), wie noch genauer erläutert wird.

Jeder der Rasthaken 72 setzt sich aus einem axial verlaufenden Rastarm 76 und einem daran angeformten Rastabschnitt 78 zusammen. Der Rastabschnitt 78 hat eine teilkegelstumpfförmige Schrägfläche 80 und eine radial verlaufende Rastfläche 82, die durch eine kurze teilzylindrische Außenfläche miteinander verbunden sind. Da die Rasthaken 72 nur an ihrem einen axialen Ende an dem übrigen Kupplungsbolzen angeformt sind, sind sie radial federnd verformbar, um ihre Rastfunktion ausüben zu können.

Die Bolzensegmente 74 des Rastbolzens 6 haben teilkegelstumpfförmige Außenflächen 84, die an die kegelstumpfförmige Aufnahmebohrung 20 des Kupplungskörpers 4 angepasst ist. Genauer gesagt, sind die teilkegelstumpfförmigen Außenflächen 84 der Bolzensegmente 74 gegenüber der kegelstumpfförmigen Wandinnenfläche der Aufnahmebohrung 20 des Kupplungskörpers 4 etwas überdimensioniert, um für einen spielfreien Sitz des Kupplungsbolzens 6 im Kupplungskörper 4 zu sorgen.

Wie insbesondere ein Vergleich der 11 und 12 zeigt, sind die Bolzensegmente 74 vergleichsweise massiv und steif im Vergleich zu den Rasthaken 72, wobei ihre axiale Länge auf ungefähr die Länge der Abschnitte 76 der Rasthaken 72 (also ohne die Rastabschnitte 78) beschränkt ist. Hierdurch wird die Stabilität des spielfreien Sitzes des Kupplungsbolzens 6 im Kupplungskörper 4 verstärkt.

Entriegelunsgknopf 8

Der in den 6 und 7 dargestellte Entriegelungsknopf 8 hat einen kreisförmigen Tastkopf 84, der an seiner Oberseite mit einer Tastfläche 86 zum manuellen Betätigen des Entriegelungsknopfes versehen ist. Der Tastkopf 84 geht an seiner Unterseite in einen ringförmigen Körperabschnitt 90 über, wobei zwischen dem Tastkopf 84 und dem Körperabschnitt 90 eine als Anlagefläche dienende radial verlaufende ringförmige Schulter 88 vorgesehen ist. Der Körperabschnitt 90 weist eine zentrale Sackbohrung 92 auf, deren Außenrand eine abgerundete Betätigungskante 94 bildet, deren Zweck noch genauer erläutert wird.

Der Körperabschnitt 90 ist zwecks Materialersparnis mit in Umfangsrichtung verteilten Ausnehmungen 96 versehen, wodurch axial verlaufende Rippen gebildet werden. Der Körperabschnitt 90 geht an seinem axial unteren Ende in drei die als relativ dünne Wandabschnitte ausgebildete Führungssegmente 98 über. Die Führungssegmente 98 haben in Umfangsrichtung eine solche Breite, dass sie in die Durchbrüche 54 in der Zwischenwand 14 des Kupplungskörpers 4 passen. Die Führungssegmente 98 können daher in die Durchbrüche 54 so eingesteckt werden, dass die Innenflächen der Führungssegmente 98 an der zylindrischen Wandaußenfläche 22 und die Außenflächen der Führungssegmente 98 an dem zylindrischen Abschnitt 52 der Wandinnenfläche des Kupplungskörpers 4 geführt werden. Die Führungssegmente 98 sind an ihren Außenseiten mit axialen Rastvorsprüngen 100 versehen, die mit den radialen Rastschultern 56 des Kupplungskörpers 4 zusammenwirken, um als Verliersicherung für den Entriegelungsknopf 8 zu dienen.

Werkstoff der Einzelteile der Steckkupplung

Die Einzelteile der Steckkupplung bestehen aus Kunststoff, abgesehen von dem Gewindeteil 62 des Kupplungsbolzens 6, der aus Stahl oder einem anderen metallischen Werkstoff bestehen kann.

Der Kupplungsbolzen 6 besteht zweckmäßigerweise aus einem Kunststoff mit guten Federeigenschaften und sehr hoher Schlagzähigkeit bei hoher mechanischer Festigkeit. Der Kunststoff kann – beispielsweise durch Glasfasern – zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit verstärkt sein.

Der Kupplungskörper 4 besteht beispielsweise aus einem thermoplastischen Elastomer auf Polyesterbasis. Das Elastomer auf Polyesterbasis ist beispielsweise ein Polybutylentherephtalat (PBT) oder Polyethylentherephtalat (PET). Der Kupplungskörper 4 kann jedoch auch aus einem vernetzten Elastomer, Gummi oder Kautschuk hergestellt werden.

Der Entriegelungsknopf 8 kann aus dem gleichen Kunststoff oder einem ähnlichen Kunststoff wie der Kupplungsbolzen 6 hergestellt werden.

Vormontage der Baueinheit 9

Wie bereits erwähnt und in 8 dargestellt ist, können der Kupplungskörper 4 und der Entriegelungsknopf 8 zu einer Baueinheit 9 vormontiert werden. Zu diesem Zweck wird der Entriegelungsknopf 8 mit dem Kupplungskörper 4 in der Weise zusammengefügt, dass die Führungsabschnitte 98 des Entriegelungsknopfes 8 in die maßlich hierzu abgestimmten Durchbrüche 54 des Kupplungskörpers 4 eingeführt werden. Hierbei können die Rastvorsprünge 100 aufgrund der elastischen Verformbarkeit der Führungssegmente 98 hinter den Rastschultern 56 des Kupplungskörpers 4 einrasten. Das Einrasten wird durch flach ansteigende Fasen 102 der Rastvorsprünge 100 begünstigt.

Die Führungssegmente 98 werden einerseits an der zylindrischen Wandaußenfläche 22 der radial inneren Wand 10 und andererseits an dem zylindrischen Abschnitt 52 der Wandinnenfläche der radial äußeren Wand 12 axial geführt. Eine Begrenzung der Axialbewegung des Entriegelungsknopfes 8 relativ zu dem Kupplungskörper 4 erfolgt in der einen Richtung durch Anschlagen des Rastvorsprunges 100 an der Rastschulter 56 und in der anderen Richtung durch Anschlagen der Schulter 88 an der oberen Stirnseite 49 des Kupplungskörpers 4. Der Entriegelungsknopf 8 ist somit verliersicher am Kupplungskörper 4 gehalten, so dass Entriegelungsknopf und Kupplungskörper die in 8 dargestellte Baueinheit 9 bilden, die als Einheit transportiert und „gehandled" werden kann.

Montage der Baueinheit 9 an dem Bauteil 2

Der Kupplungskörper 4 mit dem Entriegelungsknopf 8, die auf die beschriebene Weise zu der Baueinheit 9 vormontiert wurden, können nun an dem Bauteil 2 angebracht werden, wie in 9 dargestellt ist. Zu diesem Zweck wird die Baueinheit 9 mit dem Entriegelungsknopf 8 voraus in die Aufnahmebohrung A des Bauteils 2 eingesteckt (siehe 9). Hierbei wird der Kupplungskörper 4 zunächst über die Fase 32 und den zylindrischen Abschnitt 34 der radial äußeren Wand 12 des Kupplungskörpers 4 in der Aufnahmebohrung A des Bauteils 2 geführt. Mit zunehmender axial gerichteter Einsteckkraft werden die Haltesegmente 42 des Kupplungskörpers 4 radial nach innen verformt, was dadurch ermöglicht wird, dass die Haltesegmente 42 lediglich an ihren seitlichen Längsrändern mit dem übrigen Kupplungskörper 4 verbunden sind, wie vorstehend erläutert wurde. Wenn der Flansch 16 mit dem ringförmigen Vorsprung 40 an dem Bauteil 2 anschlägt, federn die Haltesegmente 42 radial nach außen in ihre Ausgangsstellung zurück, was durch die Elastizität des verwendeten Werkstoffes und die beschriebene Anbindung der Haltesegmente 42 an dem übrigen Kupplungskörper 4 ermöglicht wird.

Der Kupplungskörper 4 zusammen mit dem Entriegelungsknopf 8 ist nun an dem Bauteil 2 dadurch gehalten, dass das Bauteil 2 zwischen dem ringförmigen Vorsprung 40 des Ringflansches 16 und den Stirnflächen 48 der Haltesegmente 42 eingespannt ist. Hierdurch wird ein spielfreier Sitz des Kupplungskörpers 4 am Bauteil 2 in axialer Richtung sichergestellt, während ein spielfreier Sitz in radialer Richtung durch ein geringfügiges Übermaß des zylindrischen Abschnittes 38 der radial äußeren Wand 12 gegenüber der Aufnahmebohrung A des Bauteils 2 erzielt wird.

An dieser Stelle sei jedoch darauf hingewiesen, dass der Kupplungskörper 4 auch auf andere Weise an dem Bauteil 2 befestigt werden könnte. Entsprechende Befestigungsarten ähnlicher Kupplungskörper an plattenförmigen Bauteilen sind im Stand der Technik bekannt, wie dies beispielsweise aus den eingangs genannten Druckschriften hervorgeht.

Schließen und Öffnen der Steckkupplung

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Kupplungsbolzen 6 an dem mit dem ersten Bauteil 2 zu verbindenden zweiten Bauteil (nicht gezeigt) dadurch befestigt, dass der Gewindeabschnitt 62 in eine entsprechende Gewindebohrung (nicht gezeigt) des zweiten Bauteils eingeschraubt ist. Der Kupplungsbolzen kann jedoch auch auf beliebig andere Weise an dem zweiten Bauteil befestigt werden.

Um die Steckkupplung zu schließen und das Bauteil 2 mit dem anderen Bauteil zu verbinden, ist lediglich erforderlich, den Kupplungsbolzen 6 durch eine axial Relativbewegung zwischen den beiden zu verbindenden Bauteilen in den Kupplungskörper 4 einzuführen, bis die Rastverbindung R einrastet. Dieser Zustand ist in den 11, 12 dargestellt.

Beim Einführen des Kupplungsbolzens 6 in den Kupplungskörper 4 gleiten die äußeren Schrägflächen 80 der Rasthaken 72 an der kegelstumpfförmigen Wandfläche der kegelstumpfförmigen Aufnahmebohrung 20 des Kupplungskörpers 4 entlang, wodurch die Rasthaken 72 federnd radial nach innen verformt werden (11). Gleichzeitig treten die Bolzensegmente 74 mit ihren teilkegelstumpfförmigen Außenflächen 84 in die kegelstumpfförmige Aufnahmebohrung 20 des Kupplungskörpers 4 ein (12).

Wenn die ringförmige Anlagefläche 70 des Kupplungsbolzens 6 an der Stirnfläche 26 der radial inneren Wand 12 des Kupplungskörpers 4 anschlägt und die Rasthaken 72 radial nach außen in ihre Ausgangsstellung zurückgefedert sind, ist der verriegelte Zustand erreicht. Die radialen Rastschultern 82 der Rastabschnitte 80 der Rasthaken 72 liegen nun an der als Rastflächen dienenden ringförmigen Stirnseite 24 der radial inneren Wand 10 des Kupplungskörpers 4 an, so dass die Rastverbindung R durch Formschluss eine Ausziehbewegung des Kupplungsbolzens 6 relativ zum Kupplungskörper 4 verhindert. Gleichzeitig verhindert die Anschlagverbindung zwischen der Anlagefläche 70 des Kupplungsbolzens 6 und der Stirnfläche 26 der radial inneren Wand 10 des Kupplungskörpers 4 eine weitere axiale Einsteckbewegung des Kupplungsbolzens 6.

Der Kupplungsbolzen 6 ist somit in dem Kupplungskörper 4 axial fixiert, so dass die Steckkupplung im geschlossenen Zustand durch die als Sperre wirkende Rastverbindung R gegen ein unbeabsichtigtes Lösen gesichert ist. Gleichzeitig liegen die Bolzensegmente 74 des Kupplungsbolzens 6 an der Wandfläche der kegelstumpfförmigen Aufnahmebohrung 20 des Kupplungskörpers 4 an, wodurch der Kupplungsbolzen 6 im Kupplungskörper 4 radial fixiert wird.

Sowohl die axiale wie auch radiale Fixierung des Rastbolzens 6 im Kupplungskörper 4 erfolgt über einen spielfreien Sitz. Dies wird durch eine entsprechende Dimensionierung der beteiligten Elemente sowie die Elastizität der verwendeten Werkstoffe erreicht. So sind die relativ steif ausgeführten Bolzensegmente 74 gegenüber der kegelstumpfförmigen Aufnahmebohrung 20 etwas überdimensioniert, um einen entsprechenden Passsitz zu erreichen. In axialer Richtung wird ein spielfreier Sitz durch die gleichzeitige Anlage zwischen den Rastschultern 82 der Rasthaken 72 und der Stirnfläche 24 des Kupplungskörpers 4 einerseits und die Anlage zwischen der ringförmigen Anlagefläche 70 des Kupplungsbolzens 6 und der Stirnfläche 26 des Kupplungskörpers 4 andererseits erreicht. Ein gewisser Ausgleich von Fertigungstoleranzen der beteiligten Elemente wird in beiden Fällen durch die Federungseigenschaften des Werkstoffs und die Geometrie der beteiligten Elemente (z. B. Rasthaken) ermöglicht.

In den 11, 12 ist die Steckkupplung verriegelt. Um die Steckkupplung zu entriegeln, muss lediglich der Entriegelungsknopf 8 durch axialen Druck auf seine Oberseite 86 nach unten gedrückt werden (13). Bei diesem Vorgang gleitet die ringförmige Betätigungskante 94 des Entriegelungsknopfes 8 an den Schrägflächen 80 der Rasthaken 72 entlang, wodurch die Rasthaken 72 radial nach innen verformt werden. Der entriegelte Zustand, in dem die Rastverbindung R wieder gelöst ist, ist erreicht, wenn die Rasthaken 72 soweit radial nach innen verformt wurden, dass sie sich vollständig radial innerhalb der Stirnfläche 24 des Kupplungskörpers 4 befinden, wie dies in 13 zu sehen ist. In diesem Zustand werden die Rastabschnitte 78 der Rasthaken 72 von der zentralen Sackbohrung 92 des Entriegelungsknopfes 8 aufgenommen, wobei die Rasthaken 72 durch Anlage an der Bohrungswand der Sackbohrung 92 in ihrem entriegelten Zustand gehalten werden. Der Durchmesser der Sackbohrung 92 in dem Bereich, in dem die Rastabschnitte 78 an der Bohrungswand anliegen, ist so dimensioniert, dass er kleiner als oder höchstens gleich wie der Innendurchmesser eines zylindrischen Abschnittes der Aufnahmebohrung 20 im Bereich der Stirnfläche 24 ist.

Der Kupplungsbolzen 6 kann nun durch eine einfache axial gerichtete Ausziehbewegung aus dem Kupplungskörper 4 entfernt werden. Hierbei federn die Rasthaken 72 wieder in ihre Ausgangsstellung zurück. Die Steckkupplung ist gelöst, und die beiden Bauteile sind wieder getrennt voneinander.

Die teilkegelstumpfförmig ausgebildeten Schrägflächen 80 der Rasthaken 72 wirken sowohl beim Verriegeln wie auch Entriegeln der Steckkupplung mit der ringförmigen Betätigungskante 94 des Entriegelungsknopfes 8 zusammen: Wenn der Entriegelungsknopf 8 vor dem Schließen der Steckkupplung eine axial nach innen verschobene Ausgangsstellung relativ zu dem Kupplungskörper 4 einnimmt, muss er beim Verriegeln der Steckkupplung von dem Kupplungsbolzen 6 axial nach außen in seine Endstellung mitgenommen werden, in der die Rastvorsprünge 100 der Führungssegmente 98 an den Rastschultern 56 der Haltesegmente 42 angreifen. Dies wird dadurch erreicht, dass die Schrägflächen 80 der Rasthaken 72 an der Betätigungskante 94 des Entriegelungsknopfes 8 so angreifen, dass eine kraftschlüssige Verbindung entsteht, über die der Kupplungsbolzen 6 den Entriegelungsknopf 8 axial verschieben kann.

Zu diesem Zweck ist der Winkel &agr; (10), den die Schrägflächen 80 der Rasthaken 72 mit der Achse X einschließen, größer als der Selbsthemmungswinkel, der sich aus der Paarung der verwendeten Werkstoffe von Kupplungsbolzen und Entriegelungsknopf ergibt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel bestehen beide Elemente aus Kunststoff. Der Reibbeiwert dieser Werkstoffpaarung beträgt dann ungefähr 0,4. Hieraus lässt sich der Winkel &agr; der Selbsthemmung aus: INV tg 0,4 = 22° ableiten. Um die beschriebene Funktion ausüben zu können, muss daher der Winkel &agr; größer als 22° sein. Im dargestellten Ausführungsbeispiel liegt er in der Größenordnung von 25°.

Beim Entriegeln der Steckkupplung wirkt die Betätigungskante 94 des Entriegelungsknopfes 8 mit den Schrägflächen 80 der Rasthaken 72 in der Weise zusammen, dass die Betätigungskante 94 die Rasthaken 92 radial nach innen verformt. Dies soll mit möglichst geringer Axialkraft erfolgen. Aus diesem Grund sollte der Winkel &agr; nicht zu groß gewählt werden. Vorzugsweise sollte er kleiner als 40° sein.

Aus den genannten Gründen wird der Winkel &agr;, den die Schrägflächen 80 der Rasthaken 72 mit der Achse X einschließen, zweckmäßigerweise zwischen 25° und 40° gewählt.

Abgewandelte Ausführungsform der Steckkupplung

Bei dem dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die federnd ausgebildeten Rasthaken 72 am Kupplungsbolzen 6 vorgesehen, während die mit den Rasthaken zusammenwirkende unverformbare Rastfläche 24 am Kupplungskörper 4 vorgesehen ist. Grundsätzlich lässt sich diese Anordnung auch umkehren.

So könnten die elastisch verformbaren Rasthaken am Kupplungskörper und die unverformbare Rastfläche am Entriegelungsknopf vorgesehen werden. Eine entsprechende Ausführungsform empfiehlt sich insbesondere bei sehr kleinen Abmessungen der Steckkupplung, wenn die Rasthaken des Kupplungsbolzens aufgrund der kleinen Abmessungen aus Festigkeitsgründen nicht mehr federnd ausgebildet werden können.

Bei dieser abgewandelten Ausführungsform könnte der Kupplungsbolzen eine ähnliche Form wie bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel haben, wobei jedoch die Rasthaken nicht federnd ausgebildet wären. Der Kupplungskörper könnte ebenfalls eine ähnliche Form wie bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel haben, wäre jedoch durch axiale Schlitze in der radial inneren Wand 20 so geteilt, dass entsprechende Abschnitte der radial inneren Wand als federnde Rasthaken dienten. In diesem Fall müsste der Entriegelungsknopf so ausgebildet werden, dass er beim Entriegelungsvorgang die federnd ausgebildeten Rasthaken des Kupplungskörpers radial nach außen bewegt, um die Rastverbindung zu lösen und die Steckkupplung zu entriegeln.


Anspruch[de]
Verriegelbare Steckkupplung zum Verbinden eines ersten Bauteils mit einem zweiten Bauteil, mit

einem Kupplungskörper (4), der an dem ersten Bauteil (2) befestigbar ist,

einem Kupplungsbolzen (6), der an dem zweiten Bauteil befestigbar ist,

wobei der Kupplungskörper (4) und der Kupplungsbolzen (6) durch eine Rastverbindung (R) kuppelbar sind, die durch eine vorgegebene Relativbewegung zwischen Kupplungskörper und Kupplungsbolzen eingerastet wird, um eine gegensinnige Relativbewegung zwischen Kupplungskörper und Kupplungsbolzen zu verhindern und dadurch die Steckkupplung zu verriegeln, und

einem Entriegelungsknopf (8), der aus einer Neutralstellung in eine Entriegelungsstellung verstellbar ist, um die Rastverbindung (R) zu lösen und dadurch die Steckkupplung zu entriegeln.
Steckkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene und gegensinnige Relativbewegung zwischen dem Kupplungskörper (4) und dem Kupplungsbolzen (6) geradlinig längs einer zentralen Achse (X) der Steckkupplung verläuft. Steckkupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rastverbindung (R) mindestens zwei in Umfangsrichtung versetzt angeordnete Rasthaken (72) mit je einer radial verlaufenden Rastschulter (82) aufweist, die zum Schließen der Rastverbindung mit einer radial verlaufenden Rastfläche (24) zusammenwirkt. Steckkupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rasthaken (72) axial verlaufend angeordnet und radial federnd verformbar sind, wobei sie im Bereich ihrer freien Enden mit die Rastschultern (82) aufweisenden Rastabschnitten (78) versehen sind. Steckkupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die radial federnd verformbaren Rasthaken (72) am Kupplungsbolzen (6) und die Rastflächen (24) am Kupplungskörper (4) vorgesehen sind. Steckkupplung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupplungskörper (4) eine radial innere hülsenförmige Wand (10) und eine radial äußere hülsenförmige Wand (12) aufweist, die durch eine konisch verlaufende Zwischenwand (14) miteinander verbunden sind. Steckkupplung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die radial innere hülsenförmige Wand (10) des Kupplungskörpers (4) eine kegelstumpfförmige Aufnahmebohrung (20) aufweist, und dass der Kupplungsbolzen (6) mindestens zwei in Umfangsrichtung zu den Rasthaken (72) versetzt angeordnete Bolzensegmente (74) aufweist, die an die kegelstumpfförmige Aufnahmebohrung (20) angepasste teilkegelstumpfförmige Außenseiten (84) aufweist, um bei geschlossener Rastverbindung (R) den Kupplungsbolzen (6) bezüglich des Kupplungskörpers (4) radial zu fixieren. Steckkupplung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die radial innere hülsenförmige Wand (10) des Kupplungskörpers (4) axial entgegengerichtete Stirnflächen (24, 26) aufweist, von denen die eine Stirnfläche (24) mit den Rasthaken (72) und die andere Stirnfläche (26) mit einer umlaufenden Anschlagfläche (70) des Kupplungsbolzens (6) zusammenwirkt, um bei geschlossener Rastverbindung (R) den Kupplungsbolzen (6) bezüglich des Kupplungskörpers (4) axial zu fixieren. Steckkupplung nach den Ansprüchen 5 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rastabschnitte (78) der Rasthaken (72) radial äußere Schrägflächen (80) aufweisen, die beim Einstecken des Kupplungsbolzens (6) in den Kupplungskörper (4) mit der kegelstumpfförmigen Aufnahmebohrung (20) des Kupplungskörpers (4) zusammenwirken, um die Rastverbindung (R) einzurasten. Steckkupplung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Entriegelungsknopf (8) einen Tastkopf (84) mit einer inneren ringförmigen Betätigungskante (94) aufweist, die bei einer Verstellung des Entriegelungsknopfes (8) in die Entriegelungsstellung mit den Schrägflächen (80) der Rasthaken (72) zusammenwirkt, um die Rastverbindung (R) zu lösen. Steckkupplung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (&agr;), den die Schrägflächen (80) der Rasthaken (72) mit der zentralen Achse (X) der Steckkupplung einschließen, größer als der Selbsthemmungswinkel ist, der sich aus der Werkstoffpaarung von Kupplungskörper (4) und Entriegelungsknopf (8) ergibt. Steckkupplung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungskante (94) des Entriegelungsknopfes (8) von dem Außenrand einer zentralen Sackbohrung (92) des Entriegelungsknopfes (8) gebildet wird, die bei geschlossener Rastverbindung (R) die Rastabschnitte (78) der Rasthaken (72) aufnimmt. Steckkupplung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Entriegelungsknopf (8) mindestens zwei über den Umfang verteilte, axial verlaufende Führungssegmente (98) aufweist, die durch Durchbrüche (54) in der Zwischenwand (14) des Kupplungskörpers (4) hindurchsteckbar sind und an einer zylindrischen Außenfläche (22) der radial inneren Wand (10) des Kupplungskörpers (4) sowie an einer zylindrischen Innenfläche (52) der radial äußeren Wand (12) des Kupplungskörpers (4) axial geführt sind. Steckkupplung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungssegmente (98) des Entriegelungsknopfes (8) jeweils mit einem radialen Rastvorsprung (100) versehen sind, der mit einer Rastschulter (56) des Kupplungskörpers (4) zusammenwirkt, um den Entriegelungsknopf (8) verliersicher am Kupplungskörper (4) zu halten. Steckkupplung nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die radial äußere Wand (10) des Kupplungskörpers (4) in Umfangsrichtung abwechselnd angeordnete Zentrierbereiche (28) zum Zentrieren des Kupplungskörpers (4) in einer Aufnahmebohrung (A) des ersten Bauteils (2) und Befestigungsabschnitte (30) zum Halten des Kupplungskörpers (4) an dem ersten Bauteil (2) aufweist. Steckkupplung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierbereiche (28) der radial äußeren hülsenförmigen Wand (12) des Kupplungskörpers (4) mit der radial inneren hülsenförmigen Wand (10) des Kupplungskörpers (4) durch tangential verlaufende Rippen (18) zum Ermöglichen schwingungsentkoppelnder Ausgleichsbewegungen zwischen den beiden Bauteilen verbunden sind. Steckkupplung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierbereiche (28) des Kupplungskörpers (4) an einem Ringflansch (16) angeformt sind, der mit den Befestigungsbereichen (30) des Kupplungskörpers (4) zusammenwirkt, um den Kupplungskörper (4) an dem ersten Bauteil (2) zu halten. Steckkupplung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsbereiche (30) des Kupplungskörpers (4) aus konisch verlaufenden Haltesegmenten (42) bestehen, die an ihren seitlichen Längsrändern mit den Zentrierbereichen (28) verbunden sind, jedoch im Übrigen unverbunden sind, so dass sie radial federnd verformbar sind. Steckkupplung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Haltesegmenten (42) und den Zentrierbereichen (28) des Kupplungskörpers (4) Hohlkehlen (44) zum Verringern der Wandstärke der radial äußeren Wand (12) des Kupplungskörpers vorgesehen sind, um die radial federnde Verformbarkeit der Haltesegmente (42) zu erhöhen. Steckkupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die radial federnd verformbaren Rasthaken am Kupplungskörper und die Rastflächen am Kupplungsbolzen vorgesehen sind. Steckkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupplungskörper (4) aus einem Werkstoff besteht, der aus der Gruppe der folgenden Werkstoffe ausgewählt ist: thermoplastisches Elastomer auf Polyesterbasis, vernetztes Elastomer, Gummi, Kautschuk. Steckkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupplungsbolzen (6) und der Entriegelungsknopf (8) aus einem Kunststoff guter elastischer Verformbarkeit, sehr hoher Schlagzähigkeit und hoher mechanischer Festigkeit besteht. Baueinheit für eine Steckkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bestehend aus einem Kupplungskörper (4), der an dem ersten Bauteil (2) befestigbar ist, und einem Entriegelungsknopf (8), der aus einer Neutralstellung in eine Entriegelungsstellung verstellbar ist, in der er eine Rastverbindung zwischen dem Kupplungskörper (4) und einem Kupplungsbolzen (6) löst.






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