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Die Erfindung betrifft allgemein ein modulares Baukastensystem zur Herstellung von Steckverbindereinheiten anhand von unterschiedlichen Steckverbindermodulen, insbesondere von Rechtecksteckverbindern für verschiedene Übertagungsarten, eine entsprechende Steckverbindereinheit. Die Erfindung betrifft speziell einen modularen Gehäuserahmen hierfür.
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Ein gattungsgemäßes Baukastensystem mit einer Vielzahl verschiedenster Steckverbindermodule wird bspw. von der
Fa. HARTING Deutschland GmbH & Co. KG, D-32427 Minden, unter der Handelsbezeichnung „Han-Modular® System" angeboten. Dieses System ist z.B. im Katalog „HARTING Selection Guide - Han-Modular® Steckverbinder" (Version 3, 2016-11-21) beschrieben. Auch andere Hersteller bieten vergleichbare Systeme an. Diese erlauben es, unterschiedliche Steckverbindermodule zu einer Einheit zu verbinden.
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Dies erfolgt z.B. beim System der Fa. HARTING anhand eines sog. Gelenkrahmens mit mehreren identischen Aufnahmen zum Aufnehmen mehrerer Steckverbindermodule im Gelenkrahmen. Der Gelenkrahmen hat zwei parallele Längsseitenwände, welche die Rahmenbreite definieren, und senkrecht dazu zwei parallele Schmalseitenwände, welche die Rahmenhöhe des Gehäuserahmens definieren. Bei diesem System sind in den Schmalseitenwänden Drehgelenke vorgesehen, die zum Auf- und Zuklappen der Längsseitenwände aus bzw. in eine Verriegelungsstellung dienen. Das Patent
DE 197 07 120 C1 beschreibt einen solchen Gelenkrahmen und seine Zusammenwirkung mit Steckverbindermodulen. Der Gelenkrahmen ermöglicht die mechanische Verbindung der mit entsprechenden modularen Befestigungsmitteln ausgeführten Steckverbindermodule.
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Mit einem gattungsgemäßen System können wahlweise eine Vielzahl unterschiedlicher Steckverbindermodule für verschiedene Übertragungsmedien wie Strom, Signale, Betriebsmedien usw. in einer Steckverbindereinheit kombiniert werden. Das Zusammenführen unterschiedlicher Steckverbindermodule in einer Einheit verkürzt Installations- und Wartungszeiten und verringert den Platzbedarf.
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Wie aus dem vorgenannten Katalog und aus
EP 1 398 853 B1 (vgl.
4) ersichtlich, wird im vorbekannten System nach Zusammenbau mit den gewünschten Steckverbindermodulen jeweils ein Gelenkrahmen mit einem separaten Stecker- oder Anbaugehäuse versehen, welcher als eigentliches Gehäuse der Steckverbindereinheit dient und z.B. die Kabeltüllen oder Befestigungen zum Anbau aufweist.
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Ein weiteres gattungsgemäßes System eines anderen Herstellers sowie weitere Steckverbindermodule beschreibt das Patent
EP 1 309 040 B1 (
5). Aus
6 der
EP 1 309 040 B1 ist zudem ein Prinzip ersichtlich, bei dem eine Anzahl identischer Gehäuserahmen in einer Erstreckungsrichtung nebeneinander als Einheit angeordnet sind, wobei jeder der Gehäuserahmen je nur ein einzelnes Steckverbindermodul aufnimmt.
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Ferner sind, wie z.B. im Patent
US 3 289 145 A beschrieben, nicht gattungsgemäße Systeme bekannt, bei denen Stecker- und Buchsen-Isolierkörper zur elektrischen Kontaktierung aneinandergereiht und durch Verbindungsmittel, die unmittelbar an den Steckern bzw. Buchsen vorgesehen sind, zu einer Einheit miteinander verbunden werden. Hierbei ist kein separater Halterahmen und kein eigentliches Stecker- bzw. Anbaugehäuse vorgesehen. Dieses alternative Baukasten-Prinzip für Stecker- und Buchsen-Körper als solche erlaubt nur geringe mechanische Belastungen, ermöglicht nur z.T. die Kombination verschiedener Übertragungsmedien und ist für viele Industrieanwendungen eher untauglich. Außerdem lassen sich damit die in der Industrie geforderten Dichtigkeitsklassen kaum realisieren.
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Das eingangs genannte gattungsgemäße Baukastensystem hat sich in der Praxis hingegen gut bewährt und bietet viele Vorteile. Es sind jedoch eine Vielzahl unterschiedlicher Bauteile erforderlich, z.B. unterschiedliche Breiten von Gelenkrahmen und eine Vielzahl von Stecker-, Buchsen-, oder Anbaugehäusen.
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Eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Modularität des Systems zu steigern, wobei vorzugsweise zugleich eine Reduzierung der insgesamt erforderlichen Anzahl von Bauteilen bzw. Bausteinen des Baukastensystems ermöglicht werden soll. Die hiermit aufgebaute Steckverbindereinheit soll insbesondere für Industrieanwendungen geeignet sein.
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Das gattungsgemäße Baukastensystem für Steckverbindermodule, insbesondere zur Herstellung von Rechtecksteckverbindern, umfasst eine Anzahl von Gehäuserahmen, aber jedenfalls mindestens einen ersten Gehäuserahmen mit mehreren identischen Aufnahmen zum Aufnehmen mehrerer Steckverbindermodule im Inneren des Gehäuserahmens, wobei der Gehäuserahmen zwei parallele Längsseitenwände, welche die Rahmenbreite des Gehäuserahmens definieren, und senkrecht dazu zwei parallele Schmalseitenwände, welche die Rahmenhöhe des Gehäuserahmens definieren, aufweist.
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Erfindungsgemäß ist bei diesem ersten Typ von Gehäuserahmen vorgesehen, dass
- - die Rahmenbreite im Wesentlichen ein ganzzahliges Vielfaches der Rahmenhöhe beträgt, nämlich exakt ein ganzzahliges Vielfaches plus ein erstes Fugenspiel (Herstellungstoleranz ausgenommen) beträgt, wobei dieses Spiel bestimmungsgemäß als vorbestimmtes Fugenspaltmaß eingeplant ist;
- - beide Längsseitenwände und beide Schmalseitenwände, d.h. alle Seitenwände, jeweils Verbindungselemente aufweisen, insbesondere zur lösbaren Verbindung anhand der Außenseiten und vorzugsweise zur formschlüssigen Verbindung bzw. Befestigung, wobei jeweils ein Verbindungselement einer Längsseitenwand mit einem Verbindungselement einer Schmalseitenwand korrespondiert bzw. beide eine zur Zusammenwirkung passende Gestaltung zwecks Befestigung an einem anderen Gehäuserahmen haben; und
- - an jeder Längsseitenwand mindestens zwei Verbindungselemente in einem Rasterabstand zueinander beabstandet angeordnet sind, wobei dieser Rasterabstand entlang der Rahmenbreite gemessen im Wesentlichen der Rahmenhöhe entspricht, d.h. exakt der Rahmenhöhe des Gehäuserahmens zzgl. einem zweiten vorbestimmten Fugenspiel (Herstellungstoleranz ausgenommen).
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Die vorstehende Kombination von Merkmalen ermöglicht, dass mehrere Gehäuserahmen - ggf. auch identische vom ersten Typ - anhand ihrer Verbindungselemente modular mechanisch miteinander verbunden werden können, um eine Steckverbindereinheit zu bilden.
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Dabei stellt der erste Typ Gehäuserahmen mit quasi N-facher Rahmenbreite in Bezug auf die als Grundeinheit gewählte Rahmenhöhe einen ersten Grundbaustein dar, welcher die Modularität des Verbindersystems um eine weitere zweite Stufe erweitert. Einerseits dienen die Gehäuserahmen dabei selbst, einzeln oder mit weiteren Gehäuserahmen, als eigentliches Gehäuse zur Aufnahme an sich bekannter Steckverbindermodule, die soz. die erste Modulstufe darstellen. Diese Steckverbindermodule bestehen im Wesentlichen aus einem modularen Isolierkörper und den elektrischen Kontakten oder sonstigen Medienverbindern, welche der Isolierkörper in einer vordefinierten Position hält. Ferner wird durch eine geringe Anzahl in Modulbauweise (als modulare Bausteine) zusammenwirkender Gehäuserahmen die Anzahl erforderlicher Bauteile reduziert. Es ist u.a. nicht mehr erforderlich für eine Vielzahl Verbindergrößen jeweils entsprechend passende dimensionierte Halterahmen, Steckergehäuse, Buchsengehäuse, Anbaugehäuse usw. vorrätig zu halten.
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Ein Kernaspekt dabei ist die rasterartig zusammenpassende Dimensionierung in den zwei zur Bautiefe des Gehäuserahmens senkrechten Erstreckungsrichtungen, d.h. in Breite und Höhe. In diesen beiden senkrechten Erstreckungsrichtungen der Verbindungs- bzw. Montageebene (senkrecht zur Bautiefe) sind die Abmessung von Längsseite und Schmalseite in einem zur Modularität geeigneten Seitenverhältnis modulo N gewählt. Mit anderen Worten beträgt die Abmessung in Erstreckungsrichtung der Längsseite - wenn man das geringfügige Fugenspiel vernachlässigt - stets ein N-faches der Abmessung in Erstreckungsrichtung der Schmalseite, wobei N eine ganze Zahl, insbesondere von 1 bis 4, darstellt.
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Ein weiterer Kernaspekt ist das Rastermaß entsprechend welchem die Verbinder modular zusammenpassend angeordnet sind, so dass die Gehäuserahmen wie Bausteine eines Baukastens wahlweise zusammengefügt werden können. An den schmalen Seitenwänden kann dabei mindestens ein Verbindungselement oder lediglich ein Verbindungselement vorgesehen sein, an den langen Seitenwänden sind stets mindestens Verbindungselemente, im Abstand des Rastermaß.
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Sowohl zur Dimensionierung der Seitenwände als auch zur Bestimmung des Rastermaß der Verbindungselemente sollte jeweils ein geeignetes Fugenspiel mit eingeplant sein, welches das leichte Zusammenfügen in jeder Richtung ermöglicht und Herstellungstoleranzen und ggf. auch leichte Verformungen der Gehäuserahmen berücksichtigt. Das erste Fugenspiel für die N-fache Dimensionierung der Längsseiten kann identisch zum zweiten Fugenspiel im Rastermaß sein. Beide betragen jeweils nur einen sehr kleinen Anteil, insbesondere <<5%, vorzugsweise <3%, der Abmessung in der Erstreckungsrichtung der Schmalseite (senkrecht zur Tiefe). Das erste und das zweite Fugenspiel können z.B. einige Zehntel Millimetern bis wenige Millimeter betragen, je nach Abmessung der Schmalseite in Erstreckungsrichtung der Montageebene. Dabei ist das Fugenspiel jeweils hinreichend klein eingestellt, um einen festen Sitz bzw. Verbund der miteinander verbundenen Gehäuserahmen zu gewährleisten. Die Befestigung der Gehäuserahmen sollte im Wesentlichen ohne Relativspiel ausgeführt sein.
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Die modularen Gehäuserahmen im Sinne der Erfindung vereinen dabei zumindest weitgehend die Funktion der vorbekannten Gelenkrahmen mit der Funktion der diese aufnehmenden Stecker-, Buchsen-, oder Anbaugehäusen in einem modularen Bauteil bzw. Baustein.
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Ein nennenswerter weiterer Aspekt ist die Gestaltung mit Verbindern an allen vier Außenseiten der Gehäuserahmens, d.h. an jeder Seitenwand. Hierdurch wird ein modularer Zusammenbau in beiden Erstreckungsrichtungen senkrecht zur Rahmentiefe bzw. Steckverbindungsrichtung (in der Montageebene) ermöglicht. Dies erlaubt eine in beiden Dimensionen relativ frei wählbare Gesamtabmessung der modular aufgebauten Steckverbindereinheit.
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Beim ersten Grundbaustein bzw. beim Gehäuserahmen vom ersten Typ kann die Rahmenbreite insbesondere exakt das Doppelte (2-fache Abmessung) der Rahmenhöhe plus Fugenspiel betragen.
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Ferner ist erfindungsgemäß als weiterer, mindestens ein zweiter Grundbaustein ein Gehäuserahmen von einem zweiten Typ vorgesehen, welcher die kleinste Einheit bzw. den kleinsten Baustein des Rahmenbaukastens darstellt. Dieser Gehäuserahmen hat mindestens zwei identische Aufnahmen zum Anbringen mehrerer Steckverbindermodule im Inneren des Gehäuserahmens, z.B. durch formschlüssige Befestigung.
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Erfindungsgemäß ist, ähnlich dem ersten Typ, beim zweiten Typ von Gehäuserahmen vorgesehen, dass
- - die Rahmenbreite gleich der Rahmenhöhe ist, d.h. das N-fache mit N = 1;
- - alle Seitenwände jeweils mindestens ein ggf. mehrere Verbindungselemente aufweisen, insbesondere zur formschlüssigen Verbindung, wobei ein Verbindungselement einer Seitenwand mit einem Verbindungselement der angrenzenden Seitenwand korrespondiert, und insbesondere auch jeweils mit einem Verbindungselement der Längs- oder Schmalseitenwand des ersten Gehäuserahmens korrespondiert.
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Somit können mehrere zweite Gehäuserahmen anhand ihrer Verbindungselemente modular mit weiteren Gehäuserahmen, insbesondere den Gehäuserahmen vom ersten Typ verbunden werden, um eine Steckverbindereinheit zu bilden.
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Das Korrespondieren der Verbindungselemente ist vorliegend allgemein zu verstehen. Miteinander korrespondierende Verbindungselemente können unmittelbar zueinander passend zusammenwirken oder zur Befestigung durch ein separates weiteres Verbindungselement ausgeführt sein, das passend zu den beiden korrespondierenden Verbindungselementen ausgeführt ist.
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Eine besonders einfache Ausführungsform des modular erweiterten Baukastensystems für Steckverbindereinheiten besteht aus nur den beiden vorgenannten Typen von Gehäuserahmen sowie hiermit kompatiblen Zusatzbauteilen, die selbst keine Steckverbindermodule aufnehmen, insbesondere passende Deckel bzw. rückseitige Verschlüsse und z.B. Montageplatten, Montageelement, Verriegelungen usw.
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Allein mit diesen beiden Gehäuserahmentypen lassen sich bereits einheitliche Steckverbinder mit relativ frei wählbarer Gesamtabmessungen in beide Erstreckungsrichtungen aufbauen.
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Sowohl am ersten Typ des Gehäuserahmens als auch am zweiten Typ sind jeweils paarweise korrespondierende bzw. zur Zusammenwirkung passende Verbindungselemente, vorzugsweise zur Formschlussverbindung, vorgesehen. Dabei ist grundsätzlich jede Art von form- und/oder kraftschlüssigem Verbinder geeignet, die eine mechanisch feste Verbindung in der Hauptebene der Seitenwände sowie eine Mindestfestigkeit gegen Zugkraft senkrecht hierzu aufweist. Für die Betätigung der Steckverbindung ist eine Festigkeit in Steckrichtung bedeutsam. Eine Mindestfestigkeit gegen Zugkraft kann ggf. durch weitere Bauteile wie z.B. Montageplatten, Deckel oder dgl. zur erforderlichen Befestigung ergänzt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass alle, zumindest aber ein Teil der Verbindungselemente zur formschlüssigen Verbindung ausgeführt sind. Korrespondierende Verbindungselemente können insbesondere identisch oder auch paarweise komplementär bzw. konjugiert ausgeführt sein.
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Die Verbindungselemente sind vorzugsweise außen an bzw. in den Seitenwänden vorgesehen. Es kommen alle geeignete Arten von Verbindungselementen zur form- und/oder kraftschlüssigen, insbesondere zur lösbaren, kraftschlüssigen Verbindung in Betracht, z.B. komplementär steckbar zusammenwirkende Noppen mit Ausnehmungen bzw. Stifte mit Löchern, Druckknopfverbinder mit Hinterschneidungen, Clipsverbinder mit Rasthaken und Rastkante, usw.
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In einer einfachen Ausführungsform sind ein Teil oder alle Verbindungselemente als in Richtung der Tiefe des Gehäuserahmens bzw. senkrecht zur Montageebene verlaufende Nuten mit einem für eine Feder-Nut-Verbindung geeigneten Querschnitt, z.B. T-förmig, in Schwalbenschwanzform oder dgl., in den Seitenwänden ausgeführt. Insbesondere wenn alle Verbindungselemente als Nuten ausgeführt sind, können als Federn separate, weitere Verbindungselemente in Form von Verriegelungsfedern zur Verbindung der Gehäuserahmen anhand der Nuten vorgesehen sein.
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Die Verbindungselemente können insbesondere im Querschnitt für eine Schwalbenschwanz-Verbindung gestaltet sein, wobei insbesondere die Verriegelungsfedern mit einem Querschnitt in Gestalt eines doppelten Schwalbenschwanzes, soz. mit entgegen gerichteten V-Keilen, ausgeführt sind.
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Bei Verwendung von Nuten zur Feder-Nut-Verbindung kann vorgesehen sein, dass diese in Richtung der Tiefe des Gehäuserahmens bzw. senkrecht zur Montageebene sacklochartig ausgeführt sind, was u.a. eine Arretierung der Feder in einer Soll-Lage ermöglicht. Zur stabilen Verbindung sollten sich die Nuten, vorzugsweise von der Rückseite ausgehend, über mindestens 33% der Tiefe des Gehäuserahmens erstrecken.
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Für das Einbauen von an sich bekannten Steckverbindermodulen ist vorzugsweise vorgesehen, dass zu jeder Aufnahme an beiden Innenseiten der Längsseitenwände jeweils gegenüberliegende erste und zweite Formschluss-Aussparungen vorgesehen sind, die zum Verrasten mit Gegenmitteln eines Steckverbindermoduls zusammenwirken. So können an sich bekannte Steckverbindermodule unmittelbar im Gehäuserahmen arretiert und ausgerichtet werden, ohne dass es eines weiteren Zwischenrahmens, wie z.B. dem üblichen bekannten Gelenkrahmen, bedarf.
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Zum Verschließen und ggf. auch zum dichten Durchführen der Leitungen ist an der Rückseite des Gehäuserahmens vorzugsweise jeweils ein passend dimensionierter Deckel befestigt. Vorzugsweise verriegelt der Deckel zugleich die separaten oder integrierten Verbindungselemente in Richtung der Tiefe bzw. in Steckrichtung.
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Die Erfindung ermöglich insbesondere, dass zwei im Wesentlichen aus Gehäuserahmen zusammengesetzte Steckverbindereinheiten, d.h. jeweils ohne ein weiteres die Gehäuserahmen umgebendes Steckergehäuse oder dgl., zur Steckverbindung der Steckverbindermodule zusammenwirken.
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Die Gehäuserahmen können aus Kunststoff, insbesondere aus faserverstärktem Kunststoff, vorzugsweise im Spritzgussverfahren hergestellt sein, wodurch zugleich zusätzliche elektrische Isolierung erzielt wird. Falls EMV-Abschirmung der Steckverbindereinheit erforderlich ist, kann dies z.B. über geeignete Beschichtungstechnik erzielt werden. Natürlich können die Gehäuserahmen je nach Anforderungen z.T. oder vollständig aus Metall gefertigt werden.
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Als zusätzliche Bauteile können insbesondere separate Montageteile, insbesondere Montagewinkel und/oder Montageplatten, vorgesehen sein, welche mit den Verbindungselementen der Seitenwände zusammenwirken, um die Steckverbindereinheit an der jeweiligen Anschlussstelle, wie einem Maschinenteil, einem Schaltschrank oder dgl., zu befestigen. Zusätzliche Bauteile sind im Prinzip nur für solche Funktionen erforderlich, welche die Gehäuserahmen oder geeignete Steckverbindermodule nicht selbst realisieren können.
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Es können z.B. an den Gehäuserahmen befestigbare Verriegelungsmittel, wie Verriegelungsbügel oder dgl., zur Sicherung von zwei verbundenen Steckverbindereinheiten vorgesehen sein. Diese können insbesondere auch an den Montageteilen vorgesehen werden.
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Vorzugsweise hat jeder erste Gehäuserahmen eine gerade Anzahl (2 x n, mit n ganzzahlig) identischer Aufnahmen für bis zu 2n Steckverbindermodule, insbesondere vier, sechs oder acht Aufnahmen, zur Befestigung von Steckverbindermodulen.
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Der Gehäuserahmen vom zweiten Typ kann insbesondere genau zwei Aufnahmen haben, insbesondere die halbe Anzahl im Vergleich zum Gehäuserahmen des ersten Typs.
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Die Abmessung in Erstreckungsrichtung der Breite bzw. der Längsseiten skaliert vorzugsweise mit der Abmessung der Schmalseiten der Steckverbindermodule, d.h. die Steckverbindermodule liegen mit ihrer Längsseite parallel zur Schmalseite des Gehäuserahmens.
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Neben dem Baukastensystem betrifft die Erfindung natürlich auch den einzelnen Gehäuserahmen als solches, da dieser die zweite Stufe Modularität im bereits modularen Baukastensystem erst ermöglicht. Jeder Gehäuserahmen hat dabei mindestens zwei identische Aufnahmen für jeweils ein Steckverbindermodul im Inneren des Gehäuserahmens, zwei parallele Seitenwände, welche die Rahmenbreite definieren und senkrecht dazu zwei parallele Seitenwände, welche die Rahmenhöhe definieren.
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Jeder modulartige Gehäuserahmen im Sinne der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass
- - die Rahmenbreite im Wesentlichen ein N-faches der Rahmenhöhe, ggf. zzgl. Fugenspiel, beträgt, mit N ganzzahlig, insbesondere von 1 bis 8, vorzugsweise mit 1 ≤ N ≤ 4;
- - alle Seitenwände Verbindungselemente aufweisen, insbesondere zur formschlüssigen Verbindung, wobei jeweils ein Verbindungselement einer Seitenwand mit einem Verbindungselement einer senkrecht dazu stehenden Seitenwand korrespondiert; und dass
- - die Verbindungselemente relativ zueinander entsprechend einem Rasterabstand so angeordnet sind, dass mehrere Gehäuserahmen anhand ihrer Verbindungselemente modular miteinander verbindbar sind, um eine Steckverbindereinheit zu bilden.
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Der Rasterabstand kann sich dabei für den kleinsten Gehäuserahmen als Grundeinheit auch aus dem doppelten des Abstands zur Begrenzungsfläche der angrenzenden Seitenwand ergeben. Dies gilt nämlich wenn jeweils nur ein Verbindungselement mittig in der Seitenwand angeordnet ist, welche die Rahmenhöhe definiert. Beim nächstgrößeren Rahmenbaustein entspricht dann der Rasterabstand dem Abstand zwischen zwei benachbarten Verbindungselementen an der Längsseitenwand.
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Die Erfindung betrifft auch eine Steckverbindereinheit umfassend eine Mehrzahl Steckverbindermodule für Leitungen wie Kabel, Schläuche oder dgl., ggf. auch für unterschiedliche Übertragungsmedien, wobei diese Einheit aus mindestens zwei Gehäuserahmen gemäß einer der vorstehenden Ausführungsformen zusammengesetzt ist. Mithin sind die bzw. alle Steckverbindermodule jeweils in einem der Gehäuserahmen aufgenommen und die Gehäuserahmen anhand ihrer Verbindungselemente aneinander befestigt und zu einer Einheit verbunden.
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Die Erfindung betrifft auch die Verwendung von Gehäuserahmen gemäß einer der vorstehenden Ausführungsformen zur Herstellung von Steckverbindereinheiten, insbesondere Rechtecksteckverbindern, für Leitungen, insbesondere elektrische Leitungen, aber auch für auch optische, flüssige, gasförmige oder andere Übertragungsmedien.
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Weitere vorteilhafte Merkmale und Wirkungen der Erfindung werden im Folgenden, ohne Beschränkung der Allgemeinheit der vorstehenden Beschreibung, anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1: eine Perspektivansicht einer beispielhaften Steckverbindereinheit, welche aus mehreren Gehäuserahmen eines ersten und eines zweiten Typs aufgebaut ist;
- 2: eine Explosionsansicht zu 1;
- 3A-3B: eine Frontansicht (3A) zur Veranschaulichung der Befestigung von zwei Gehäuserahmen aneinander anhand von Feder-Nut-Verbindungselementen, und eine Perspektivansicht einer hierfür geeigneten Verbindungsfeder (3B);
- 4: eine Explosionsansicht zur Veranschaulichung des Aufbaus eines Gehäuserahmens vom ersten Typ;
- 5: eine Längsschnitt-Ansicht entlang der Bautiefe eines Gehäuserahmens vom ersten oder zweiten Typ.
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In allen Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale bzw. Merkmale mit gleichwertiger Beschaffenheit oder Wirkung. Zur Erleichterung sind manche gleichbleibenden Merkmale nicht wiederholt bezeichnet.
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1-2 zeigen eine rein bespielhaft konfigurierte Steckverbindereinheit 10 vom Typ Rechtecksteckverbinder, die aus ersten Gehäuserahmen 11 und aus zweiten Gehäuserahmen 12 aufgebaut sowie zwei seitlichen Montageflanschen 13 aufgebaut ist. Bereits lediglich zwei Typen von Gehäuserahmen 11, 12 bieten hohe Modularität im Aufbau der Steckverbindereinheit 10.
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Jeder der Gehäuserahmen 11, 12 ist als Hohlrahmen ausgeführt mit vier quaderförmig angeordneten, im rechten Winkel aufeinander stehenden Seitenwänden 14, 16 und frontseitig sowie rückseitig offen. An der Frontseite erfolgt die Steckverbindung in der Montageebene (Ebene senkrecht zu 5) mit einer weiteren, nicht gezeigten Steckverbindereinheit. Zwei parallele Seitenwände 14 definieren die Rahmenbreite B1 bzw. B2 des Gehäuserahmens 11 bzw. 12 und die anderen zwei parallelen Seitenwände 16 die Rahmenhöhe H des Gehäuserahmens. Die senkrechten Erstreckungsrichtungen von Rahmenbreite B und Rahmenhöhe H spannen die Montageebene senkrecht zur Tiefe T des Gehäuserahmens 11, 12 auf.
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Bei beiden Gehäuserahmen 11, 12 beträgt die Rahmenbreite B1, B2 im Wesentlichen ein N-faches der Rahmenhöhe H mit N ganzzahlig. Mathematisch sind B1, B2 und H kongruent bzgl. der gewählten kleinsten Abmessungseinheit, hier H. Beim ersten Gehäuserahmen 11 beträgt die Rahmenbreite B1 technisch exakt das 2-fache der Rahmenhöhe H plus einem geringfügigen, vorbestimmten Fugenspiel von wenigen Zehnteln, um den Zusammenbau zu erleichtern. Beim zweiten Gehäuserahmen 12 ist die Rahmenbreite B2 technisch identisch (Herstellungstoleranz ausgenommen) zur Rahmenhöhe H, hier ist kein Fugenspiel vorzusehen. Die Rahmenhöhe H stellt dabei die Grundeinheit bzw. kleinste Einheit zur Dimensionierung dar und ist bei beiden Gehäuserahmen 11, 12 identisch.
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1-5 zeigen weiterhin beispielhaft bei jedem Gehäuserahmen 11, 12 zum modularen Zusammenbau geeignete Verbindungselemente 20, die außenseitig in allen vier Seitenwänden 12 vorgesehen sind. Hier sind als Verbindungselemente 20 Nuten zur formschlüssigen Verbindung vorgesehen. Grundsätzlich entspricht je ein Verbindungselement 29 einer Seitenwand 14 bzw. 16 einem zugeordneten Verbindungselement einer senkrecht dazu stehenden Seitenwand 16 bzw. 14, so dass beide zusammenpassen bzw. zusammenwirken können ggf. unter Verwendung eines separaten Verbinderteils. Im Beispiel gemäß 1-5 sind alle Nuten als Verbindungselemente 20 identisch ausgeführt.
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Die Verbindungselemente 20 sind entlang des Umfangs bzw. beider Erstreckungsrichtungen der Breite B1, B2 und der Höhe relativ zueinander entsprechend einem Rastermaß R so angeordnet, dass mehrere Gehäuserahmen 11, 12 anhand ihrer Verbindungselemente modular und in jeder von vier räumlichen Ausrichtungen bzw. an jeder Seitenwand 14, 16 miteinander verbindbar sind. So kann der Nutzer die Gehäuserahmen 11, 12 als Bausteine eines Baukastens nutzen, um eine Steckverbindereinheit in quasi beliebiger Gestaltung zu bilden. Auch die weiteren Anbauteile wie z.B. die Montageflansche 13 können mit Verbindern 23 für den modularen Aufbau ausgestattet sein.
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Beim ersten Gehäuserahmen 11 sind im gezeigten Beispiel an den Längsseitenwänden 14 je zwei Verbindungselemente 20 im Rasterabstand R zueinander vorgesehen. In den Schmalseiten 16 ist exakt mittig je ein Verbindungselement 20 angebracht bzw. eingearbeitet. Die Verbindungselemente 20 haben dabei zur Begrenzungsfläche der senkrecht angrenzenden Seitenwand 14 bzw. 16 den Abstand des halben Rasterabstands, d.h. 1/2 R. Nicht gezeigt, aber möglich, ist eine größere Anzahl modular angeordneter Verbindungselemente 20 an jeder Seitenwand 14, 16, z.B. bei kleinerem Rasterabstand oder größeren Gehäuserahmen 11, 12. Die Längsseitenwände 14 haben dabei eine Anzahl m x n Verbindungselemente 20, vorzugsweise mit m gerade, wobei n der Anzahl Verbindungselemente 20 an den Schmalseitenwänden entspricht. Der ganzzahlige Wert m entspricht dabei dem Abmessungsverhältnis B1:H bzw. B1:B2 (da B1=H).
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Durch geeignet passende Dimensionierung der Seitenwände 14, 16 mit Abmessungen B1, B2 Modulo H (ggf. zzgl. Spiel) in Kombination mit den rasterartig bzw. modular angeordneten Verbindungselementen 20, wird das Baukastenprinzip bzw. die Modularität zum Zusammenbau der Gehäuserahmen 11, 12 erzielt, wie in 2 an einem Beispiel veranschaulicht. Alle vier Seitenwände 14, 16 können dabei jeweils zur Verbindung bzw. zum Zusammenbau genutzt werden, so dass die Gestaltung in beide Erstreckungsrichtungen der Montageebene frei wählbar ist, mit jeder Gesamtbreite Modulo H und jeder Gesamthöhe Modulo H (mit H bzw. B2 als kleinster Einheit).
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Die in 1-2 nicht näher gezeigte Verbindungstechnik ist in 3-5 veranschaulicht. Die Verbindungselemente 20 erstrecken sich stets parallel in Richtung der Tiefe T bzw. in Steckrichtung der Steckverbindereinheit 10 und sind als Nuten für eine Schwalbenschwanz-Verbindung bzw. -Spundung ausgeführt. Zum Befestigen von zwei Gehäuserahmen 11; 12 sind eine passende Anzahl Verriegelungsfedern 22 vorgesehen, welche im Querschnitt formschlüssig je hälftig in die nutenartigen Verbindungselemente 20 in den Seitenwänden 14, 16 passen, so dass die andere Hälfte in der gegenüberliegenden Nut bzw. Verbindungselement 20 des zu verbindenden Gehäuserahmens 11; 12 aufgenommen wird. Die Verriegelungsfedern 22 sind dementsprechend als längliche Formstifte bzw. Passstifte ausgeführt mit einem etwa ¦ >< ¦ - förmigen Querschnitt. Somit haben die Verriegelungsfedern 22 beidseitig gegenüberliegende parallele etwa V-förmige Einschnürungen 24 in Längsrichtung, welche durch die Schwalbenschwanz-Form des Querschnitts der Verbindungselemente 20 (nicht gezeigt) hintergriffen werden, um den Formschluss zu erzielen.
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Die Verriegelungsfedern 22 werden gegen Verschiebung in Tiefenrichtung gesichert. Dies erfolgt einerseits jeweils durch einen rückseitigen Deckel 40 bzw. Verschluss und andererseits durch die sacklochartige Gestaltung der Nuten, die als Verbindungselemente 20 dienen und vom rückseitigen Ende über ca. 40% der Tiefe erstreckt innerhalb der jeweiligen Seitenwand 14, 16 enden, d.h. nicht über die gesamte Tiefe durchgehen. Zur Verriegelung anhand des Deckels 40 ist an einer Seite der Verriegelungsfeder 22 ein Arretiervorsprung 25 vorgesehen, der in einer passenden Aufnahme 42 mit Spiel im Deckel festgelegt wird. Die Befestigung des Deckels kann z.B. mittels Schraubverbindung durch entsprechende Löcher 44 mit den Ecken der Gehäuserahmen 11, 12 erfolgen. An der Innenseite des Deckels 40 kann eine umlaufende Dichtung (nicht gezeigt) für die Stirnkanten der Seitenwände 14, 16 vorgesehen werden. In der Wand des Deckels 40 können verschiedenste Kabeleinlassmittel (nicht gezeigt) realisiert sein. Hierzu und für die eigentlichen Leitungen ist entsprechender Freiraum 46 im Inneren der Gehäuserahmen 11, 12 eingeplant.
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3-5 zeigen mehrere identische Aufnahmen, z.B. vier Aufnahmen 30a, 30b, 30c, 30d im ersten Gehäuserahmen 11 für jeweils ein Steckverbindermodul 18 im Inneren des Gehäuserahmens 11. (In 1-5 ist nur aus Darstellungsgründen stets dasselbe Steckverbindermodul 18 gezeigt, wobei in der Praxis natürlich eine Vielzahl an sich bekannter und unterschiedlicher Steckverbindermodule 18 zum Einsatz kommen.) Alle Steckverbindermodule 18 haben dabei, z.B. an ihren Schmalseiten, außen an den Kunststoff-Isolierkörpern identisch angeordnete Befestigungsschnittstellen. Diese modularen Befestigungsschnittstellen sind zum Verrasten mit vorbekannten Halterahmen (nicht gezeigt) bestimmt und können bspw. mehrere Rastvorsprünge 19A; 19B, Rasthaken oder dgl. umfassen. In jeder Aufnahme 30a, 30b, 30c, 30d der beiden Gehäuserahmen 11, 12, sind jeweils mit der Befestigungsschnittstelle des Steckverbindermoduls 18 kompatible Mittel zur formschlüssigen Befestigung vorgesehen. 5 zeigt z.B. erste und zweite Formschlussaussparungen 31, 32 mit zwischenliegendem Rastvorsprung 33. Die hier rechteckigen Formschlussaussparungen 31, 32 liegen sich parallel gegenüber und sind in der Innenwand der in Breitenerstreckung verlaufenden Seitenwände 14, 16 vorgesehen. Die ersten Formschlussaussparungen 31 münden rückseitig nach außen, um das Einschieben des Steckverbindermoduls 18 zu erlauben, dessen frontseitige Rasthaken 19B in die zweite Formschlussaussparung 32 eingreifen und durch den Rastvorsprung 33 gegen Verschiebung in Steckrichtung gesichert sind. Durch die Formschlussaussparungen 31, 32 werden die Steckverbindermodule 18 unmittelbar im Gehäuserahmen 11, 12 gegen Verschieben entgegen der Steckrichtung arretiert, passend ausgerichtet und mit dem Gehäuserahmen lösbar verbunden. Die Anzahl der Aufnahmen 30a, 30b, 30c, 30d ist in beiden Gehäuserahmen 11, 12 vorzugsweise eine gerade Zahl.
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Alle Bausteine des Baukastensystems, insbesondere die Gehäuserahmen 11, 12, können kostengünstig aus Kunststoff hergestellt sein, wobei ein technischer Kunststoff mit hoher Biegefestigkeit, insbesondere faserverstärkter Kunststoff, zwecks Steifigkeit gegen Verwindung bevorzugt wird. Weitere Bausteine des Systems, wie Montageteile mit diversen Verriegelungsmitteln für die Steckverbindereinheit 10, Montageplatten zum Anbau an Geräte oder Maschinen usw. sind nicht gezeigt aber für den Fachmann ersichtlich.
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In dem in 1-5 gezeigten Beispiel sind nur zwei Grundtypen von Gehäuserahmen 11, 12 dargestellt, wobei das System natürlich weiter skalierbar ist, z.B. mit einem in Höhenrichtung im Vergleich zum ersten Gehäuserahmen „aufgedoppelten“ dritten Typ Gehäuserahmen mit quadratischem Querschnitt mit doppelter Höhe 2H und gleicher Breite B1 usw.. Alle Gehäuserahmen sind dabei miteinander modular kompatibel und beliebig kombinierbar.
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Durch das erfindungsgemäß um eine weitere Ebene der Modularität erweiterte Baukastensystem lassen sich mit wenigen Typen von Gehäuserahmen 11, 12 variable alle denkbaren Geometrien von Steckverbinder-Einheiten 10, schnell, einfach und kostensparend herstellen.
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Die so aufgebauten Steckverbinder-Einheiten 10 können in allen Gebieten Anwendung finden, insbesondere in Industrieanwendungen, z.B. als zentrale Steckereinheit zur Versorgung und Steuerung einer Maschine, als Trennstelle zwischen relativbewegten Teilen, etwa an Anschlusselementen für Energieführungskette, an Schaltschränken und sonstigen Geräten, usw.
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Bezugszeichenliste
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- 1-3:
- B1, B2
- Breite
- H
- Höhe
- R
- Rastermaß bzw. Rasterabstand
- T
- Tiefe
- 10
- Steckverbindereinheit
- 11
- Gehäuserahmen (erster Typ)
- 12
- Gehäuserahmen (zweiter Typ)
- 13
- Montageteile
- 14
- Seitenwände (Breite)
- 16
- Seitenwände (Höhe)
- 18
- Steckverbindermodul
- 19A; 19B
- Rastvorsprünge
- 20
- Verbindungselement
- 22
- Verriegelungsfeder
- 23
- Verriegelungsfeder
- 24
- Einschnürung
- 25
- Arretiervorsprung
- 30a, 30b, 30c, 30d
- Aufnahme (für Steckverbindermodul)
- 31, 32
- Formschlussaussparungen
- 33
- Rastvorsprung
- 4-5
- 40
- Deckel
- 42
- Aufnahme (für Arretiervorsprung)
- 44
- Löcher (für Schrauben)
- 46
- Freiraum
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19707120 C1 [0003, 0004]
- EP 1398853 B1 [0004, 0006]
- EP 1309040 B1 [0007]
- US 3289145 A [0008]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Fa. HARTING Deutschland GmbH & Co. KG, D-32427 Minden, unter der Handelsbezeichnung „Han-Modular® System“ angeboten. Dieses System ist z.B. im Katalog „HARTING Selection Guide - Han-Modular® Steckverbinder“ (Version 3, 2016-11-21) [0002]
