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Die Erfindung betrifft eine Kabeldurchführung zur Durchführung eines an einem elektrischen oder elektronischen Bauteil, welches in einem dickwandigen Gehäuseteil untergebracht ist, angebrachten Anschlusskabels durch eine abgestufte Bohrung der Wandung des Gehäuseteils und zur Befestigung in der Wandung. Sie betrifft des Weiteren ein Kabelanschlusssystem, welches eine derartige Durchführung aufweist, ein Werkzeug zur Montage der Kabeldurchführung sowie schließlich einen Hydraulikzylinder eines Hydrauliksystems, in dem das vorgeschlagene Kabelanschlusssystem eingesetzt ist.
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Kabeldurchführungen und Kabelanschlusssysteme der in Rede stehenden Art sind bekannt und werden praktisch eingesetzt. Zu druckschriftlichem Stand der Technik wird verwiesen auf die
US 4,454,381 , die
US 7,552,803 B2 und die
US 8,695,764 B2 .
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Gegenwärtig werden hauptsächlich Kabelverschraubungen zum Abdichten und zur Zugentlastung von Anschlussleitungen elektrischer Geräte verwendet, welche in Gehäusen installiert sind. Kabelverschraubungen, die IP69 entsprechen sind teuer und haben den Nachteil, dass Kunststoffe wie beispielsweise Kabelmantel schrumpfen bzw. kriechen und somit über einen gewissen Zeitraum undicht werden. Außerdem können Kabelverschraubungen unsachgemäß angezogen werden, wodurch Kunststoff- und Dichtungsteile beschädigt werden können, was ebenfalls zu Fehlfunktionen führt.
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Systeme mit Kabelverschraubungen besitzen zudem den gravierenden Nachteil, dass mittels ringförmiger Pressung eines Gummi- oder Elastomer-Ringes zwar eine Dichtheit bzw. Schutzklasse bis IP 69 erzielt werden kann, jedoch an der Dichtstelle auch der Mantel der Anschlussleitung stark eingeschnürt wird. Da der Werkstoff des Mantels, häufig Kunststoff PVC oder PUR, mit der Zeit vor der Kraft der Einschnürung ‚wegfließt‘, kommt es über den Zeitverlauf zwangsläufig zu Undichtigkeiten.
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Bei einem weiteren marktgängigen System ist ein Flanschteil, mit dem das Anschlusskabel durch die Wandung des Gehäuseteils geführt wird, mit einer quadratischen Montageplatte versehen, die an den Ecken jeweils eine Bohrung zur Aufnahme einer Befestigungsschraube zum Verschrauben des Flanschteils mit dem Gehäuseteil hat. Zur Anbringung dieser Kabeldurchführung sind, neben der Bohrung zur Aufnahme eines zylindrischen Grundkörpers der Durchführung, vier zusätzliche Gewindebohrungen erforderlich, und zur Montage sind vier Schrauben in die Kabeldurchführung und das Gehäuseteil einzudrehen. Diese Lösung erfordert also insgesamt erheblichen Arbeits- und entsprechenden Zeitaufwand.
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Derzeit gibt es kein Verbindungssystem für Anschlussleitungen von elektrischen Geräten oder Sensoren, welches es ermöglicht, auf einfache und sichere Weise durch Wandungen oder Gehäuse hindurch, ohne Schrauben, Gewinde oder Klebstoffe prozesssicher zu installieren.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein konstruktiv einfaches und vor allem mit verringertem Montage- und entsprechendem Zeitaufwand montierbare Kabeldurchführung und ein entsprechendes Kabelanschlusssystem bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Kabeldurchführung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. ein Kabelanschlusssystem gemäß Anspruch 8 gelöst. Weiterhin wird ein geeignetes Werkzeug gemäß Anspruch 9 bereitgestellt, und die Erfindung betrifft auch einen Hydraulikzylinder gemäß Anspruch 11. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Erfindung schließt den Gedanken ein, das funktionsmäßig bewährte, aber herstellungsseitig aufwändige und teure Konzept einer in die Gehäusewandung eingeschraubten Kabeldurchführung zu verlassen. Sie schließt weiterhin den Gedanken ein, zu einer gesteckten und durch ein Sicherungselement in der Bohrung der Gehäusewandung lösbar fixierten Kabeldurchführung überzugehen. Die vorgeschlagene Kabeldurchführung bzw. das entsprechende Kabelanschlusssystem eignet sich zum Einsatz mit elektrischen oder elektronischen Baugruppen oder Geräten (etwa Sensoren), die in dickwandige Gehäuse - wie etwa Hydraulik- oder Pneumatik-Zylinder - eingesetzt sind und deren Anschlusskabel nach außerhalb des Gehäuses geführt werden müssen.
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Zumindest in Ausführungen der Erfindung erbringt diese einen oder mehrere der folgenden Vorteile:
- - Dauerhafte Abdichtung durch thermoplastisch angespritzten Dichtstopfen am Anschlusskabel, ferner O-Ringe oder Dichtlippen;
- - Abdichtung bis IP69k, die hochdruckreiniger-geeignet ist;
- - Prozesssichere und einfache steck-Montage; keine Schrauben, Gewinde oder Klebstoffe notwendig;
- - Nur eine rotationssymmetrische Bohrung; keine Gewindebohrungen oder Schrauben erforderlich;
- - Dauerhafte Fixierung des Flanschteils durch eingepresste Kronenscheibe;
- - Dauerhafte Fixierung von Kabel / Stecker über formschlüssige Geometrien;
- - Frei wählbare Ausrichtung des Flanschteils bei der Montage, der Kabelauslass kann in jedem Winkel erfolgen.
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In einer Ausführung der Erfindung ist der Kabelumlenkungsstutzen des Flanschteils im wesentlichen viertelkreisförmig gekrümmt. Grundsätzlich ist die Form des Kabelumlenkungsstutzens aber hierauf und auch auf eine Kreissegmentform nicht beschränkt, sondern sie kann etwa auch einem Abschnitt einer Ellipse entsprechen oder geradlinig verlaufende Abschnitte einschließen.
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In einer weiteren Ausführung hat der Kabelumlenkungsstutzen des Flanschteils einen im wesentlichen halbkreisförmigen Querschnitt. Grundsätzlich kann die Querschnittsgestalt des Kabelumlenkungsstutzens aber hiervon abweichen und etwa einen kleineren oder größeren Teil eines Kreises (bis hin zu einer geschlossenen Kreisform) oder auch einer Ellipse o.ä. beschreiben.
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In einer weiteren Ausführung verjüngt der Kabelumlenkungsstutzen des Flanschteils sich von seinem an den zweiten zylindrischen Abschnitt des Grundkörpers angrenzenden Ende zu seinem freien Ende hin. Die lichte Weite des Kabelumlenkungsstutzens kann aber auch über seine gesamte Erstreckung konstant sein.
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In weiteren Ausführungen sind am Außenumfang und/oder Innenumfang des Flanschteils mindestens eine Dichtlippe oder ein Dichtring vorgesehen. Hierbei ist insbesondere die oder eine Dichtlippe oder der oder ein Dichtring am ersten zylindrischen Abschnitt des Flanschteils angeordnet. Je nach Anforderungen des Einsatzfalles können auch mehrere Dichtlippen oder -ringe, gegebenenfalls aus unterschiedlichen Materialien, vorgesehen sein. Die Abdichtung zwischen dem Anschlusskabel und dem Flanschteil kann auch weitgehend oder vollständig durch Dichtmittel erfolgen, die am Anschlusskabel oder an einem auf dieses aufgesetzten oder aufgespritzten Dichtstopfen angebracht oder angeformt sind.
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In einer weiteren Ausführung der Kabeldurchführung ist die Fixierungsscheibe als Federmetall-Kronenscheibe ausgeführt. Grundsätzlich sind aber zur Fixierung des Flanschteils auch andersartige Sicherungsscheiben oder auch gänzlich andere Fixierungs- bzw. Sicherungsmittel einsetzbar, wobei es sich - je nach Anwendungsfall - auch um solche handeln kann, die nicht ohne weiteres lösbar sind, beispielsweise eine Verklebung.
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Das vorgeschlagene Kabelanschlusssystem umfasst neben einer Kabeldurchführung der oben erläuterten Art ein Anschlusskabel mit einem aufgesetzten, insbesondere aufgespritzten, Dichtstopfen, dessen Außendurchmesser an den Innendurchmesser der Durchgangsbohrung des Flanschteils der Kabeldurchführung angepasst ist.
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Ein geeignetes Werkzeug zur Montage der vorgeschlagenen Kabeldurchführung hat einen hohlzylindrischen Grundkörper mit einem an den Außendurchmesser der Fixierungsscheibe der Kabeldurchführung angepassten Außendurchmesser und mindestens eine seitliche Öffnung, bevorzugt zwei gegenüberliegende gleichartige Öffnungen, im Zylinderumfang, deren Abmessungen den Außendurchmesser des Kabelumlenkungsstutzens des Flanschteils derart übersteigen, dass ein Einfädeln des Werkzeugs über diesen zum Aufsetzen auf die in die abgestufte Bohrung der Wandung eingesetzte Fixierungsscheibe ermöglicht ist.
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In Ausführungen des Werkzeugs ist der Grundkörper nicht notwendigerweise über seine gesamte Erstreckung hohlzylindrisch, sondern kann abschnittsweise auch lediglich ein Hohlzylinder-Segment umfassen oder auch eine von einem Hohlzylinder abweichende Grundform haben.
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Der vorgeschlagene Hydraulikzylinder zeichnet sich dadurch aus, dass in der Wandung des Kopfteils des Hydraulikzylinders eine abgestufte Bohrung mit einem inneren Bohrungsabschnitt mit einem ersten Durchmesser und einem äußeren Bohrungsabschnitt mit einem zweiten Durchmesser, der größer als der erste Durchmesser ist, vorgesehen und die Kabeldurchführung des Kabelanschlusssystems mit dem eingefügten Anschlusskabel in der abgestuften Bohrung fixiert ist.
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Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich im Übrigen aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren. Von diesen zeigen:
- 1A - 1D die wesentlichen Komponenten eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Kabelanschlusssystems in perspektivischer Darstellung,
- 2 eine Detailansicht des Kabelanschlusssystems im montierten Zustand, in einer Längsschnittdarstellung,
- 3 eine Längsschnittdarstellung eines Hydraulikzylinders, in dem das erfindungsgemäße Kabelanschlusssystem verbaut ist, und
- 4A - 4J Herstellungsschritte des in 3 gezeigten Hydraulikzylinders in einer perspektivischen Darstellung (4A) bzw. Längsschnittdarstellungen ( 4B - 4J).
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1A zeigt ein Anschlusskabel 1 einer Positionssensor-Baugruppe 2, die zum Einbau in einen (nicht dargestellten) Hydraulikzylinder eines Hydrauliksystems vorgesehen ist. Es ist zu erkennen, dass nahe dem an der Positionssensor-Baugruppe 2 befestigten Ende des Anschlusskabels 1 auf dieses ein Dichtstopfen 3 aufgespritzt ist.
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1B zeigt ein Flanschteil 4 der erfindungsgemäßen Kabeldurchführung. Das Flanschteil 4 hat einen ersten Grundkörperabschnitt 4a mit einem ersten Außendurchmesser und einen sich hieran anschließenden zweiten zylindrischen Grundkörperabschnitt 4b mit einem zweiten, größeren, Außendurchmesser. Aus dem durch die zylindrischen Grundkörperabschnitte 4, 4b gebildeten abgestuft zylindrischen Grundkörper ragt ein gekrümmter Kabelumlenkungsstutzen 4c nach oben heraus. In der Figur ist auch zu erkennen, dass die Grundkörperabschnitte 4a, 4b eine Durchgangsbohrung 4d haben. Es ist zu erkennen, dass der Kabelumlenkungsstutzen 4c sich in Form eines Viertelkreises aus dem Grundkörper heraus erstreckt und einen annähernd halbkreisförmigen Querschnitt hat.
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1C zeigt eine Kronenscheibe 5, die als Fixierungsscheibe der erfindungsgemäßen Kabeldurchführung dient. Die Kronenscheibe 5 hat eine kreisförmige zentrale Öffnung 5a, deren lichte Weite etwas größer als der Außenumfang des Kabelumlenkungsstutzens 4c ist, und einen gezahnten Außenumfang 5b, der derart an den Außendurchmesser des zweiten zylindrischen Abschnitts 4b des Flanschteils 4 (und somit zugleich an den Durchmesser einer weiter unten erwähnten Bohrung) angepasst ist, dass die Kronenscheibe bei entsprechender Kraftbeaufschlagung (siehe dazu ebenfalls weiter unten) sich in der besagten Bohrung verrastet.
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1D zeigt ein zur Montage der Kronenscheibe 5 in der besagten Bohrung geeignetes Werkzeug 6. Dieses hat einen rohrförmigen bzw. hohlzylindrischen Grundkörper 6a, dessen Außendurchmesser ebenso wie die vorstehend erwähnte Außenkontur der Kronenscheibe auf den Durchmesser des äußeren, weiteren Teils der o.g. Bohrung abgestimmt ist. Ein Ende des Rohrstücks 6a hat eine Abschrägung bzw. Abfasung 6b. Im Rohrstück 6a sind, einander gegenüberliegend, zwei annähernd rechteckig geformte Öffnungen 6c vorgesehen. Der Zweck des hier kurz skizzierten Aufbaus des Werkzeugs 6 und dessen Handhabung bei der Montage der Kabeldurchführung und speziell der Kronenscheibe 5 werden weiter unten erläutert.
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2 zeigt in einer Längsschnittdarstellung das Kabelanschlusssystem mit den oben erläuterten Teilen im Einbauzustand in ein Gehäuseteil 7. In der dicken Wandung des Gehäuseteils 7 ist eine abgestufte Bohrung 8 erzeugt, die einen inneren Abschnitt 8a mit einem ersten Durchmesser und einen äußeren Abschnitt 8b mit einem zweiten, größeren Durchmesser hat. Bei dem Gehäuse kann es sich zum Beispiel um den Hydraulikzylinder eines Hydrauliksystems handeln; siehe dazu 3 und die Erläuterung weiter unten.
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Wie in 2 zu erkennen ist, sitzt das Flanschteil 4 derart in der Bohrung 8 des Gehäuses 7, dass sein erster Grundkörperabschnitt 4a (siehe 1B) im Inneren Abschnitt 8a der Bohrung 8 und der zweite Grundkörperabschnitt 4b im äußeren Bohrungsabschnitt 8b steckt und auf der ringförmigen Stirnseite des äußeren Bohrungsabschnitts aufliegt. In dieser Stellung wird das Flanschteil durch die eingerastete Kronenscheibe 5 gehalten. In der Durchgangsbohrung 4d des Flanschteils 4 wiederum steckt der Dichtstopfen 3 und in diesem das Anschlusskabel 1, dessen Enden innerhalb des Gehäuses 7 umgelenkt und mit der Positionssensor-Baugruppe 2 verlötet sind. Es ist auch zu erkennen, dass der gehäuse-äußere Teil des Anschlusskabels durch den Kabelumlenkungsstutzen 4c des Flanschteils 4 in eine annähernd zur Längserstreckung des Gehäuses parallele Richtung umgelenkt wird.
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Sowohl der Außenumfang des Dichtstopfens 3 als auch der Außenumfang des ersten Grundkörperabschnitts 4a des Flanschteils 4 umfassen jeweils eine Ringnut (nicht gesondert bezeichnet), in der ein Dichtring 3a bzw. 4e liegt. Mittels dieser Dichtringe wird eine hochgradige Dichtigkeit der Kabeldurchführung entsprechend einschlägigen Normen erreicht.
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3 zeigt, ebenfalls in einer Längsschnittdarstellung, eine Gesamtansicht eines Hydraulikzylinders 7 als Ausführung eines dickwandigen Gehäuseteils, in dem das erfindungsgemäße Kabelanschlusssystem eingesetzt ist. Die bereits in 2 gezeigten Teile sind hier mit den gleichen Bezugsziffern wie dort bezeichnet und werden nicht nochmals erläutert. Der Hydraulikzylinder 7 hat einen Zylinderboden 7a und einen Zylinderverschluss 7b, durch den eine Kolbenstange 9a eines Hydraulikkolbens 9 mittig hindurch geht. Die Positionssensor-Baugruppe 2 dient zur Bestimmung der Position des Hydraulikkolbens 9 bezüglich des Hydraulikzylinders 7 und wirkt hierzu mit einem Positionsmagneten 9b zusammen, der in die Innenwand der Kolbenstange 9a eingesetzt ist.
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In 4A - 4J sind in einer an die vorstehend erläuterten 1A - 3 angelehnten Darstellungsweise die Schritte der Herstellung der erfindungsgemäßen Kabeldurchführung gezeigt. In diesen Figuren sind jeweils nur noch einige Bezugsziffern eingefügt; hinsichtlich der übrigen Teile/Abschnitte der dargestellten Komponenten wird auf 1A - 3 und die obigen Erläuterungen verwiesen.
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4A und 4B zeigen, wie die Positionssensor-Baugruppe 2 mit daran angelötetem Anschlusskabel 1 axial mit dem Hydraulikzylinder 7 ausgerichtet und mittig in diesen eingeschoben wird. In 4C ist gezeigt, dass die Positionssensor-Baugruppe 2 am Zielort am Zylinderboden 7a des Hydraulikzylinders angekommen ist, wo sie in einer an ihre Außenform angepassten abgestuften axialen Bohrung sitzt. Beim Einsetzen wird zugleich das Anschlusskabel 1 mit dem Dichtstopfen 3 durch die abgestufte radiale Bohrung 8 radial durch die Wandung des Zylinderbodens nach außen geführt.
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4D zeigt schematisch, dass dann das Flanschteil 4 in die Bohrung eingesetzt wird, wobei das freie Ende des Anschlusskabels 1 durch die Durchgangsbohrung des Flanschteils und längs des Kabelumlenkungsstutzens geführt wird, so dass es bei aufgesetztem Flanschteil im Wesentlichen parallel zur Wand des Hydraulikzylinders 7 verläuft. Zugleich wird hierbei der Dichtstopfen 3 am Anschlusskabel 1 in die Durchgangsbohrung des Flanschteils 4 gedrückt. Dieser Zustand ist in 4E gezeigt. Es ist darauf hinzuweisen, dass die freie Drehbarkeit des Flanschteils 4 in der Bohrung 8 auch beliebige andere Ausrichtungen des Kabelverlaufs, schräg oder senkrecht zur Längsachse des Hydraulikzylinders, erlaubt.
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Wie 4F zeigt, wird dann durch „Auffädeln“ der Kronenscheibe 5 über das Ende des Anschlusskabels 1 und über den Kabelumlenkungsstutzen des Flanschteils 4 die Kronenscheibe in die Bohrung 8 gebracht. 4G zeigt den Zustand, dass sie auf der Bohrung 8 aufliegt.
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Die 4H bis 4J zeigen, wie dann das Montagewerkzeug über das freie Ende des Anschlusskabels 1 und den Kabelumlenkungsstutzen des Flanschteils 4 geführt und radial auf die Kronenscheibe 5 aufgesetzt wird. Aus diesen Figuren ist der Zweck der seitlichen Ausnehmungen 6b im Werkzeug-Grundkörper 6a zu erkennen. Schließlich wird das korrekt ausgerichtete Werkzeug 6 radial auf die Kronenscheibe 5 geschlagen und presst diese in die Bohrung 8 ein, wodurch sie mit deren Wandung verrastet (4J). In letzterer Figur ist auch zu erkennen, dass die seitlichen Öffnungen 6b des Werkzeugs 6 so groß bemessen sein müssen, dass sie das Einschlagen des Werkzeugs 6 in die Bohrung 8 bis zum Aufliegen der Kronenscheibe 5 auf der freien Oberfläche des zweiten Grundkörperabschnitts des Flanschteils 4 erlauben, ohne dass der Grundkörper des Werkzeugs auf den Kabelumlenkungsstutzen des Flanschteils auftrifft.
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Im Übrigen ist die Ausführung der Erfindung auch in einer Vielzahl von Abwandlungen der hier gezeigten Beispiele und weiter oben hervorgehobenen Aspekte der Erfindung möglich.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 4454381 [0002]
- US 7552803 B2 [0002]
- US 8695764 B2 [0002]
