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Die
Erfindung betrifft einen Rundsteckverbinder für Industrieanwendungen
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus
der
DE 10 2005 056 563 ist
ein Rundsteckverbinder mit einer Rüttelsicherung bekannt. Steckverbinder
auch ohne Rüttelsicherung werden in verschiedenen Industriebereichen
eingesetzt. Sie bestehen üblicherweise aus einem elastischen
Griffkörper und einem Kontaktträger mit Anschlusskabel. Das
Anschlusskabel ist in Längsrichtung bzw. unter 90° zur
Steckrichtung positioniert. Der Griffkörper umschließt
abschnittsweise sowohl den Kontaktträger wie auch das Anschlusskabel.
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Bekannt
sind auch Bauformen, bei denen der Anwender das Kabel selbst an
das Stecksystem anklemmen kann. Hier ist der Griffkörper
als Gehäuse mit innen liegenden Kontaktklemmen ausgeführt.
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Zur
Verbindung mit einem entsprechenden Gegenstück, das z.
B. an einem Sensor, der industriellen Automatisierungstechnik, vorgesehen
sein kann, ist eine Überwurfmutter mit Innengewinde vorgesehen.
Es sind zwei Varianten des Steckverbinders möglich, male
(Stecker) bzw. female (Buchse).
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Im
Betriebszustand sind die Sensoren fest über das jeweilige
Anschlusskabel mit einer Steuer-/Auswerteeinheit verbunden. Häufig
werden in den Steuer-/Auswerteeinheiten nicht nur die Sensorsignale
ausgewertet sondern es wird von dort auch die Spannungsversorgung
der Sensoren bereitstellt.
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Häufig
werden derartige Steckverbinder in sehr rauen industriellen Umgebungen
eingesetzt. Ein Einsatzbereich dieser Steckverbinder ist der Lebensmittelbereich
(food), wo für die Anlagen strenge Hygienevorschriften
gelten. Zu deren Reinigung werden meist säurehaltige oder
basische Reinigungs-/Desinfektionsmittel eingesetzt.
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Ein
weiterer Einsatzbereich ist der Fertigungs-/Werkzeugbereich (non
food), wo die Anlagen andere Anforderungen erfüllen müssen.
Für Steckverbinder in diesem Bereich ist insbesondere die Kühl-
bzw. Schmiermittelbeständigkeit von großer Bedeutung.
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In
beiden Anwendungsbereichen (food/non food) können auch
Hochdruck-/Dampfstrahl-Reinigungsverfahren eingesetzt werden.
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Insgesamt
kann das Eindringen von Flüssigkeiten in den Innenbereich
eines eingebauten Steckverbinders zur Korrosion an leitenden Bauteilen
innerhalb des Steckverbinders (z. B. an dem Kontakträger)
führen.
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Ein
Ausfall eines Steckverbinders z. B. aufgrund von Korrosion, kann
je nach Anwendung unter Umständen zum Stillstand einer
ganzen Anlage führen und damit erhebliche Kosten verursachen.
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Für
kleine Steckverbinder d. h. ≤ M8 existiert eine Industrienorm
DIN EN 61076-2-104, die für M8 Rundsteckverbinder
u. a. die Bemaßung der Steckerteile mit den entsprechenden
Toleranzen angibt.
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Zur
Abdichtung bei solchen gegenüber M12-Stecken kleineren
Steckverbinder werden häufig O-Ringe eingesetzt. Da für
diese jedoch keine definierte Auflage- bzw. Anschlagfläche
vorgesehen sind, kann der O-Ring beim Schließen der Schraubverbindung
aus seiner vorgesehenen Position verschoben oder gequetscht werden,
weil zwischen Steckverbinder und Gegenstück ein gewisses
axiales Spiel vorgesehen sein muss. In beiden Fällen kann
die Dichtwirkung beeinträchtigt werden
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Das
Verquetschen des O-Rings erfolgt in verstärktem Maß,
wenn bei der Herstellung der Steckverbinder oder deren Gegenstücke
Normabweichungen auftreten, wie sie bei weltweiten Herstellern nicht
auszuschließen sind.
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Es
ist auch nicht auszuschließen, dass der O-Ring am Gegenstück
verklebt und deshalb unbemerkt vom Anwender beim Lösen
der Steckverbindung am eigentlichen Steckverbinder verloren geht. Beim
Schließen einer weiteren Steckverbindung fehlt dann das
Dichtelement und damit kann sehr leicht Flüssigkeit in
den Innenbereich des Steckverbinders gelangen. Insgesamt kann über
einen O-Ring als Dichtelement keine sichere Abdichtung bei Steckverbinder
gewährleistet werden.
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Aufgabe
der Erfindung ist es deshalb einen Rundsteckverbinder zu schaffen,
der die oben genannten Nachteile nicht aufweist, der insbesondere eine
dauerhafte und langzeitstabile Abdichtung einer Steckverbindung
ermöglicht.
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Gelöst
wird diese Aufgabe durch folgende im Anspruch 1 angeführten
Merkmale.
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Die
wesentliche Idee der Erfindung besteht darin, bei einem gattungsgemäßen
Rundsteckverbinder ein speziell geformtes Dichtelement vorzusehen, dessen
Dichtfläche in zwei Bereiche unterteilt ist, wobei ein
erster Dichtabschnitt vorwiegend für eine radiale Dichtwirkung
und ein zweiter Dichtabschnitt für eine vorwiegend axiale
Dichtwirkung ausgelegt ist.
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Durch
den ersten Dichtabschnitt werden radiale Verschiebungen beim Aufsetzen
des Rundsteckverbinders ausgeglichen, weil dieser Dichtabschnitt
quasi eine Zentrierfunktion übernimmt.
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Durch
den zweiten Dichtabschnitt können, falls die Zentrierfunktion
des ersten Dichtabschnitts nicht ausreichend oder unwirksam ist,
weil am Gegenstück (male) größere Normabweichungen
vorliegen, auch größere Abstände überbrückt
und dadurch axial abgedichtet werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Nachfolgend
ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1 perspektivische
Aufsicht eines Rundsteckverbinders teilweise geschnitten
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2 vergrößerte
Darstellung eines Kontaktträgers mit einem erfindungsgemäßen
Dichtelement gemäß 1 in senkrechter
Aufsicht
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3a Schnittdarstellung
eines Kontaktträgers mit dem erfindungsgemäßen
Dichtelement im eingebauten Zustand mit einem Norm-Gegenstück
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3b Schnittdarstellung
eines Dichtelements im eingebauten Zustand mit einem von der Norm
abweichenden Gegenstücks
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4 Schnittdarstellung
eines Kontaktträgers mit ein herkömmlich Dichtelement
im eingebauten Zustand mit einem Gegenstück
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In 1 ist
das Buchsenteil eines M8-Rundsteckverbinders (femal) dargestellt.
An seinem vorderen ersten Ende weist der Rundsteckverbinder 1 eine Überwurfmutter 3 mit
einem metrischen Innengewinde M8 aus Metall (vorzugsweise Edelstahl, Messing
oder Zink-Druckguß) und Schlüsselflächen 4a für
einen 6-Kant-Schlüssel sowie einer Rändelung 4b für
eine Handbedienung auf. Die Überwurfmutter 3 wird
von einer entsprechenden metallischen Anschlaghülse 5,
die einen zylindrischen Kontaktträger 7 umschließt,
drehbar gehalten. Im Kontaktträger 7 sind mehrere
Kontaktelemente 9a, 9b, 9c vorgesehen,
die als Buchsen ausgeführt sind und die an Einzelkabel 11b,
c eines Anschlusskabels 11 angeschlossen sind. Der Kontaktträger 7 und
das Anschlusskabel 11 sind von einem elastischen Griffkörper 13 zumindest
teilweise umgeben. Der Griffkörper 13 schließt
am vorderen Ende des Rundsteckverbinders im Bereich der Anschlaghülse 5 an
die Überwurfmutter 3 an und umgibt am hinteren
Ende des Rundsteckverbinders 1 formschlüssig den
Kabelmantel 15 des Anschlusskabels 11.
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Der
Griffkörper 13 ist als Spritzgussteil ausgeführt.
Durch die Verwendung eines Haftvermittlers im Überlappbereich
des Anschlusskabels 11 mit dem Griffkörper 13 und
am Umspritzbereich des Kontaktträgers 7 wird eine
dauerhafte flexible Verbindung zwischen dem Griffkörper 13 und
dem Anschlusskabel 11 erzielt, was im Hinblick auf die
Dichtwirkung insbesondere gegen Feuchte sehr vorteilhaft ist.
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Der
Haftvermittler wird bei der Fertigung im Überlappbereich
auf den Kabelmantel 15, die Einzelkabel 11 sowie
den Kontaktträger 7 aufgetragen.
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Der
Rundsteckverbinder 1 wird mit einem nicht dargestellten
Steckergegenstück, das passend ausgebildeten Kontaktelementen,
aufweist, verbunden.
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Ein
solches Gegenstück kann z. B. an einem Sensor, z. B. einem
induktiven Näherungsschalter M8 ifm IE5349 bzw. JAC200,
die für den Nassbereich zugelassen sind, vorgesehen sein.
Im Betriebszustand ist der Sensor dann mit einer Steuer-/Auswerteeinheit über
das Anschlusskabel 15 verbunden. Für die Anwendung
ist die zuverlässige Übertragung von Sensordaten
an die Steuer-/Auswerteeinheit von großer Bedeutung.
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Zur
Abdichtung des Kontaktträgers 7 hauptsächlich
gegen Flüssigkeiten ist ein elastisches Dichtelement 17 aus
FPM/FKM (Viton) vorgesehen.
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In 2 ist
eine vergrößerte Darstellung des Kontaktträgers 7 mit
einem erfindungsgemäßen Dichtelement 17 gemäß 1 in
senkrechter Aufsicht gezeigt und zwar einmal im aufgesetzten Zustand
und einmal als separates Teil.
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Das
Dichtelement 17 weist mehrere Nasen 17a auf, die
in entsprechende an einem Bund 40 des Kontaktträgers 7 vorgesehene
Durchbrüche 40a hineinragen und mit einem in 3 besser erkennbaren Wulst 8 verrasten.
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In
dieser Position wird durch das Aufschieben der Anschlaghülse 5 das
Dichtelement 17 unverlierbar fixiert. Insgesamt ist das
Dichtelement 17 also fest auf dem Kontakträger 7 fixiert.
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Der
Bund 40 bzw. die leicht überstehenden Nasen 17a dienen
als Anschlag für die Anschlaghülse 5.
Wobei der Überstand aufgrund der Elastizität des
gesamten Dichtelements 17 und damit auch der Nasen 17a federnd
auf die Anschlaghülse 5 wirkt.
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Die
Anschlaghülse
5 ist als Sicherungselement für
eine aus der
DE 10 2005
056 563 bekannten Rüttelsicherung ausgebildet
und weist deshalb an einer Seitenkante mehrere Schrägflächen
5a auf,
die mit entsprechenden an der Überwurfmutter
3 vorgesehenen
Gegenflächen, so wirken, dass die Überwurfmutter
3 relativ
leicht verschraubt aber nur entsprechend schwer gelöst
werden kann.
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Das
in 2 separat dargestellte Dichtelement 17 ist
als Schnittdarstellung gezeigt in der die Dichtfläche F
besser erkennbar ist. Deutlich sieht man, dass die Dichtfläche
in zwei unterschiedlich gekrümmte Abschnitte F1 (konusförmig)
und F2 (konvex) unterteilt ist. Die Dichtfläche zeigt im
eingebauten Zustand in Richtung der Vorderkante 72 des
Kontaktträgers 7.
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Nachfolgend
ist die Funktion des erfindungsgemäßen Dichtelements 17 näher
erläutert. 3a zeigt eine Schnittdarstellung
eines Kontaktträgers 7 mit dem erfindungsgemäßen
Dichtelement 17 im eingebauten Zustand mit einem angedeuteten Norm-Gegenstock
(male/Stecker). Dabei ist der Kontaktträger 7 des
Buchsenteils bereits in den hülsenförmigen Aufnahmebereich
des Steckerteils eingeführt.
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Beim
Aufschieben des Rundsteckverbinders 1 auf ein nach der Norm
EN DIN 61076-2-101 gefertigtes Gegenstück schiebt
sich die Vorderkante K des Dichtelements 17 unter die entsprechende
Kante K' an der Aufnahmeöffnung des Steckergegenstücks. Dabei
wird der Kontaktträger 7 im hülsenförmigen Aufnahmebereich
des Steckerteils automatisch zentriert. Normgemäß verbleibt
ein axialer Spalt zwischen der Vorderkante 72 des Kontaktträgers 7 und der
Grundfläche 54 der Aufnahmeöffnung des
Steckergegenstücks. Die Dichtwirkung des Dichtelements 17 erfolgt
im Wesentlichen durch den konusförmigen Dichtabschnitt
F1, wobei die Kraftwirkung an den Dichtflächen F überwiegend
in radialer Richtung erfolgt. Dadurch dass die Anschlaghülse 5 die Nasen 17a des
Dichtelements 17 im Bereich des Wulstes 8 übergreift,
dient es gleichzeitig als Sicherungselement für das Dichtelement 17.
Ein unbeabsichtigtes Lösen des Dichtelements 17 wird
dadurch ausgeschlossen.
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3b zeigt
eine Schnittdarstellung eines Kontaktträgers 7 mit
dem erfindungsgemäßen Dichtelement 17 im
eingebauten Zustand mit einem von der Norm abweichenden Steckergegenstück
(male). Hier ist der Durchmesser größer als bei
Normsteckern.
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In 3b ist
deutlich erkennbar, dass nun der konvex geformte Dichtabschnitt
F2 die Dichtwirkung übernimmt. Die Krafteinwirkung auf
den Dichtflächen ist dadurch mehr axial. Gleichzeitig stoßen die
Vorderkante des Kontaktträgers 7 und die Grundfläche 54 aneinander.
In beiden Fällen besteht jedoch eine ausreichende Dichtwirkung
um das Eindringen von Flüssigkeiten oder Stäuben
zu verhindern.
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Zum
Vergleich ist in 4 eine Steckerverbindung mit
einem herkömmlichen Buchsenteil mit einem O-Ring 100 als
Dichtelement dargestellt. Insbesondere bei Normabweichungen kann
es leicht zu einem Achsversatz zwischen den beiden Teilen Buches/Stecker
der Steckverbindung kommen, was unweigerlich eine Verquetschung
des O-Rings 100 zur Folge hat. Hierbei sind Beschädigungen
des O-Rings nicht auszuschließen. Solche Beschädigungen
sind meist mit bloßem Auge nicht erkennbar, so dass ein Anwender
bei einer Sichtprüfung diesen Fehler gar nicht erkennt.
Die Auswirkungen einer solchen, Beschädigung machen sich
häufig erst mit einem großen zeitlichen Verzug
bemerkbar.
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Da
der O-Ring 100 nur auf den Kontaktträger aufgeschoben
ist, kann er leicht verloren gehen, z. B. wenn er am Steckerteil
verklebt.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Rundsteckverbinder 1 für
industrielle Anwendungen ist eine sicher Abdichtung einer Steckverbindung
auch bei häufigem Lösender Steckverbindung gegeben.
Dies gilt insbesondere auch dann, wenn Normabweichungen am Gegenstück
des Rundsteckverbinders vorliegen. Das Dichtelement 17 ist
durch die Verrastung sicher am Kontaktträge 7 fixiert
und kann deshalb nicht unbeabsichtigt verloren gehen. Die erfindungsgemäße Lösung
ist bei allen bereits bestehenden M8-Steckverbindern/Geräten
einsetzbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005056563 [0002, 0037]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - Industrienorm
DIN EN 61076-2-104 [0011]
- - Norm EN DIN 61076-2-101 [0040]