EP3364504B1 - Rundsteckverbinder - Google Patents

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EP3364504B1
EP3364504B1 EP18020066.9A EP18020066A EP3364504B1 EP 3364504 B1 EP3364504 B1 EP 3364504B1 EP 18020066 A EP18020066 A EP 18020066A EP 3364504 B1 EP3364504 B1 EP 3364504B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
plug connector
round plug
section
sleeve
insulating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
EP18020066.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP3364504A1 (de
Inventor
Urs-Uwe Viehböck
Christoph Bartonek
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NSK Ltd
Original Assignee
Bruel and Kjaer Vibro GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bruel and Kjaer Vibro GmbH filed Critical Bruel and Kjaer Vibro GmbH
Publication of EP3364504A1 publication Critical patent/EP3364504A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3364504B1 publication Critical patent/EP3364504B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
    • H01R13/46—Bases; Cases
    • H01R13/52—Dustproof, splashproof, drip-proof, waterproof, or flameproof cases
    • H01R13/527—Flameproof cases
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
    • H01R13/46—Bases; Cases
    • H01R13/53—Bases or cases for heavy duty; Bases or cases for high voltage with means for preventing corona or arcing

Definitions

  • the present invention relates to a circular connector in which an air and creepage distance of at least 2 mm is formed to achieve a high protection class for potentially explosive areas.
  • Circular connectors for potentially explosive areas are known per se from the prior art.
  • minimum values for air and creepage distances between intrinsically safe circuits and grounded metal parts are required for device protection through intrinsic safety.
  • an air and creepage distance of at least 2.0 mm applies to the protection levels "ia” and "ib" at voltage values below 30 V (cf. IEC 60079-11, Chapter 6.3.1.1, Table 5).
  • IEC 60079 specifies the design and testing of intrinsically safe equipment intended for use in potentially explosive atmospheres and related equipment intended for connection to intrinsically safe circuits that lead into such atmospheres.
  • IEC 61076 describes M12 circular connectors that are used industrially for process control. These circular connectors consist of fixed, free connectors with a screw fastening. The male connectors typically have round contacts with diameters of 0.6 mm, 0.76 mm, 0.8 mm and 1.0 mm.
  • connectors with the dimension M12 are generally not used in applications in potentially explosive areas. Rather, either physically larger plugs (e.g. MILC-5015 or MIL-DTL-5015) are used, which have a corresponding clearance and creepage distance, or a plug connection is completely omitted and the connection of the corresponding cable is realized directly in the device .
  • physically larger plugs e.g. MILC-5015 or MIL-DTL-5015
  • connectors with size M12 or smaller which are a standard for data and signal transmission as well as power supply, is therefore often restricted to areas that are not at risk of explosion.
  • this prevents the inexpensive use of standardized cables for connecting technical devices.
  • M12 connectors with so-called S-coding e.g. from Phoenix Contact or Escha
  • S-coding e.g. from Phoenix Contact or Escha
  • M12 connectors with so-called S-coding which have the necessary clearances and creepage distances, but at a maximum application temperature of 90 ° C these can at most Achieve protection class IP69K.
  • this protection class is not sufficient for many applications in the field of sensors and automation.
  • US 3 146 054 A mentions a circular connector with a housing which has a sleeve section and a base section, and with a sleeve which has a coding means and is positively positioned in the sleeve section, the housing having a recess for a sealing ring in a transition region between the sleeve section and the base section, which forms an annulus by positioning the sleeve.
  • the present invention is based on the technical problem of modifying connectors of the type mentioned at the outset in a simple and cost-effective manner in such a way that an air and creepage distance of at least 2 mm is maintained, and thus the protection levels "ia” and "ib" in the hazardous area (IEC 60079-11) can be reached.
  • a first aspect of the present invention relates to a circular connector (1), which first comprises a housing (101) with a sleeve section (1011) and a base section (1013).
  • Preferred materials for the housing (101) are, for example, stainless steel 1.4404.
  • At least one current-carrying contact pin (103) is guided through the base section (1013) and protrudes freely into the sleeve section (1011).
  • This at least one contact pin (103) represents the male part of the circular connector (1), which is designed to be received in the female part of an (external) cable to be connected.
  • Preferably two or more contact pins (103) are provided.
  • the circular connector (1) further comprises an insulating element (105) in the base section (1013), which positively isolates the at least one current-carrying contact pin (103) from the base section (1013) and positions it in the base section (1013).
  • the insulating element (105) is preferably formed from a glass-like material. According to the invention, glass, glass ceramic or ceramic are used in particular. This makes the hermetic seal possible.
  • the expression "positively rigid insulated” means that the insulating element (105) completely surrounds the at least one current-carrying contact pin (103) and closes without gaps with the base section (1013).
  • the circular connector (1) comprises an insulating sleeve (107), which is positioned in a form-fitting manner in the sleeve section (1011) and connects with its end to the base section (1013).
  • the insulating sleeve (107) provides additional insulation between the sleeve section (1011) and the at least one current-carrying contact pin (103).
  • Preferred materials for the insulating sleeve (107) are polyether ether ketone (PEEK), polytetrafluoroethylene (PTFE; "Teflon”), silicones or other temperature-stable plastics. Alternatively, ceramic materials can also be used.
  • the expression “positively positioned” means that the insulating sleeve (107) terminates seamlessly with the sleeve section (1011).
  • the circular connector (1) is characterized in that the housing (101) has a recess (1015) in a transition region between the sleeve section (1011) and the base section (1013), which forms an annular space through the positioning of the insulating sleeve (107), so that an air and creepage distance (3) of at least 2 mm is formed between the at least one current-carrying contact pin (103) and the sleeve section (1011) due to the positioning of the insulating sleeve (107).
  • the recess (1015) provided according to the invention is filled with air and, together with the additionally provided insulating sleeve (107), forms the necessary structural requirements for the clearance and creepage distance of at least 2 mm. This clearance and creepage distance is required to meet the insulation distances according to IEC 60079-11 (explosion protection).
  • air-filled means that the recess (1015) provided according to the invention is not provided with a material or element, for example a seal, but remains empty and is therefore filled with the surrounding atmosphere, ie air.
  • the housing (101) has an inner diameter which is enlarged compared to the sleeve section (1011) and in which the insulating element (105) is arranged essentially flush with the rear surface of the circular connector (1). This is not formed up to the sleeve section (1011), but leaves a free space open, which is delimited on two sides by the housing (101) and on one side by the insulating element (105). This free space is then at least partially closed on its fourth side by introducing the insulating sleeve (107) into the housing (101) and forms the recess (1015) according to the invention.
  • the phrase "at least partially” means that the insulating sleeve (107) is not necessarily inserted into the sleeve section (1011) until it lies against the insulating element (105).
  • the insulating sleeve (107) will generally not touch the insulating element (105). Rather, an air gap is generally formed between the insulating sleeve (107) and the insulating element (105), but this can be very small.
  • the circular connector (1) according to the invention represents a hermetically sealed connector housing (male side) which, through the constructional measures according to the invention, in particular through the provision of the insulating sleeve (107) and the annular recess (1015), the approval for use in potentially explosive areas ( Protection levels "ia” and "ib") reached.
  • protection levels "ia” and "ib" Protection levels "ia" and "ib"
  • M12 the dimension of the dimension M12
  • the circular connector (1) according to the invention can be used to use M12 and smaller connectors in explosion-protected areas.
  • the circular connector (1) according to the invention has the further advantage that the potting (or bonding) according to the invention, which is filled with air, means that such a potting (or bonding) can be dispensed with.
  • the circular connector (1) according to the invention no longer has to prove that the potting is free of voids and that the adhesive surface forms an intimate connection between the insulating sleeve and the insulating element, so that the desired clearance and creepage distance of at least 2 mm is ensured.
  • the clearance and creepage distance (3) has a rectilinear portion (3d) and / or an angled portion (3a, 3b, 3c), each of which is at least 2 mm.
  • the second angled portion (3b) runs between the insulating element (105) and the interior of the insulating sleeve (107).
  • the insulating sleeve (107) does not touch the insulating element (105), so that an air gap is created between them.
  • the second angled portion (3b) runs as an air gap through the interior of the insulating sleeve (107).
  • the second angled portion (3b) runs as a creepage distance between them along the insulating element (105).
  • the third angled portion (3c) runs between the insulating element (105) and the insulating sleeve (107) as a creepage distance. This creepage distance runs only in the relatively small area, which corresponds to the thickness of the insulating sleeve (107).
  • the sum of the angular portion (3a, 3b, 3c) is greater than / equal to 2 mm.
  • the insulating element (105) is a glass-metal bushing, so that the circular connector (1) is hermetically sealed. Together with the base section (1013) and the at least one current-carrying contact pin (103), the insulating element (105) is a glass-metal composite. In addition to being hermetically sealed, the insulating element (105) is also chemically resistant and temperature-stable.
  • the invention provides that the operating temperature of the circular connector (1) is -55 ° C. to 260 ° C. This comparatively high operating temperature is achieved through the selection of the material for the insulating sleeve (107), for example PTFE, polyimide or silicones. It is preferred according to the invention if the operating temperature of the circular connector (1) is - 55 ° C to 180 ° C, in particular up to 150 ° C.
  • the circular connector (1) according to the invention corresponds to the dimensions for M12 connectors, particularly preferably dimensions for M12 connectors and smaller.
  • M16 With larger connectors such as M16, an air and creepage distance of 2 mm is basically known and can be achieved trivially. With smaller dimensions like M8 there is a significantly higher effort to achieve an air and Creepage distance of 2 mm is necessary, but in principle possible with the measures according to the invention.
  • the circular connector (1) forms the male part of a circular connector and can be positively and / or non-positively connected to a female part of an M12 circular connector.
  • Such female parts are known as female circular connectors (5) from the prior art and form standardized standard connections in many areas of electronics.
  • the (male) circular connector (1) according to the invention can thus be used universally with commercially available (female) connections.
  • the invention is independent of the connector coding used or the number of poles.
  • the base section (1013) of the circular connector (1) according to the invention is flange-shaped, so that it can be mechanically connected to housings of devices in a simple manner.
  • the circular connector (1) according to the invention is part of a vibration sensor.
  • the advantage here is that the use of the circular connector (1) according to the invention creates a cost-effective way of using M12 connectors even in potentially explosive areas.
  • the circular connector 1 is shown in one embodiment of the invention with four current-carrying contact pins 103, only three current-carrying contact pins 103 being recognizable by the illustration.
  • the housing 101 is divided into a sleeve section 1011 and a base section 1013, the sleeve section being directed in the direction of a female plug connector 5 to be connected and surrounding the contact pins 103 protruding freely into it in a protective manner.
  • the base section 1013 forms the base of the circular connector 1 and can, for example, be glued or welded on the device side or alternatively have a cable connection.
  • the current-carrying contact pins 103 are insulated from the base section 1013 by the insulating element 105. At the same time, the insulating element 105 takes over the exact positioning of the contact pins 103 within the circular connector 1.
  • the insulating element 105 is preferably made of a glass or a glass-ceramic.
  • an insulating sleeve 107 is introduced into the sleeve section 1011, which protrudes in the interior of the housing 101 up to the base section 1013, but does not necessarily have to terminate with the latter.
  • a recess (area with a larger inner diameter) is provided within the base section 1013 and, together with the insulating element 105, forms the basis for the recess 1015 according to the invention.
  • the recess 1015 according to the invention is formed when the insulating sleeve 107 is inserted into the sleeve section 1011 and thus at least partially forms the fourth side of the recess 1015. As already described above, this recess 1015 is filled with air.
  • a straight-line clearance and creepage distance 3d is formed in a direct line between the contact pin 103 and the base section 1013, and can take up a sufficiently large creepage distance of at least 2 mm due to the available installation space at the base of the circular connector 1.
  • the contact pins 103 are less than 2 mm away from the plug housing, which is often made of metal, due to the spatial constriction.
  • the required clearance and creepage distance of 2 mm is therefore not reached with plug connections (eg from M12) according to the state of the art.
  • the clearance and creepage distance is designed as an alternative to the straight-line clearance and creepage distance 3d as an angled portion 3a, 3b, 3c.
  • Figure 3 is the area around the recess 1015 according to the invention in greater detail (from Figure 1 ) to represent the angular portion 3a, 3b, 3c of the clearances and creepage distances.
  • the second angled portion 3b (shown here in dashed lines) runs between the insulating element 105 and the insulating sleeve 107 either as a creepage distance when the insulating sleeve 107 and the insulating element 105 touch, or as an air gap when the insulating sleeve 107 and the insulating element 105 do not touch.
  • the third angled portion 3c (shown here with dots), which runs as a creepage distance between the insulating element 105 and the insulating sleeve 107.
  • the first angled portion 3a adjoins more or less at a right angle (shown here in dash-dot lines).
  • This first angled portion 3a is shown in FIG Figure 3 an air gap from the insulating sleeve 107 through the recess 1015 to the housing 101, wherein the insulating sleeve 107 and the housing 101 do not touch.
  • the sum of the three angular portions 3a, 3b, 3c is at least 2 mm, so that the required clearance and creepage distance is maintained.
  • Figure 4 represents an insulating sleeve 107 in plan view and in section along the line A - A.
  • the insulating sleeve 107 has at one end a projection 1071 which rests on the free end of the sleeve section 1011 and supports this against a section 501 of a female connector 5 and isolated at the same time.
  • Figure 5 represents a conventional female connector 5. It has a base body which in its front part has a section 501 with a reduced diameter, which corresponds to the inside diameter of the circular connector 1 according to the invention, that is to say the inside diameter of the insulating sleeve 107.
  • a clamp fit is first achieved between the female connector 5 and the circular connector 1 according to the invention, which is then secured in the inserted state by an M12 union nut.
  • the current-carrying contact pins 103 of the circular connector 1 according to the invention rest in corresponding receiving sleeves 503 in the female connector 5, to which cable connections are connected.
  • the female connector 5 is usually connected to a corresponding cable.
  • Figure 6 is shown in section the inserted state between the circular connector 1 of the invention and the conventional female connector 5 according to the prior art
  • the circular connector 1 according to the invention has been described in particular in relation to the dimension M12 in a four-pole version.
  • the principle according to the invention of expanding the clearance and creepage distance 3 is independent of the number of poles and independent of the connector coding and can be extended to other connector dimensions and other geometrical arrangements.

Landscapes

  • Connector Housings Or Holding Contact Members (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Rundsteckverbinder, bei dem zum Erreichen einer hohen Schutzklasse für explosionsgefährdete Bereiche eine Luft- und Kriechstrecke von mindestens 2 mm ausgebildet ist.
  • Rundsteckverbinder für explosionsgefährdete Bereiche sind aus dem Stand der Technik an sich bekannt. Für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen (vgl. IEC 60079-11) werden für den Geräteschutz durch Eigensicherheit Mindestwerte für Luft- und Kriechstrecken zwischen eigensicheren Stromkreisen und geerdeten Metallteilen verlangt. So gilt beispielsweise für die Schutzniveaus "ia" und "ib" bei Spannungswerten unter 30 V eine Luft- und Kriechstrecke von mindestens 2,0 mm (vgl. IEC 60079-11, Kapitel 6.3.1.1, Tabelle 5). In IEC 60079 wird die Bestimmung für die Konstruktion und Prüfung eigensicherer Betriebsmittel, die für die Verwendung in explosionsfähigen Atmosphären bestimmt sind, sowie für zugehörige Betriebsmittel festgelegt, die für den Anschluss an eigensichere Stromkreise, die in solche Atmosphären hineinführen, vorgesehen sind.
  • Bei Steckverbindern mit dem Maß M12 (vgl. IEC 61076-2-101) und kleiner liegen die Pole (Pins) weniger als 2 mm von dem Steckergehäuse entfernt, so dass die vorstehend genannte Norm nicht eingehalten werden kann und zusätzliche Maßnahmen zum Erreichen der geforderten Luft- und Kriechstrecke erforderlich sind, sobald als Material für das Gehäuse bzw. das Gewinde Metall zum Einsatz kommt. IEC 61076 beschreibt M12 Rundsteckverbinder, die industriell für die Prozesskontrolle verwendet werden. Diese Rundsteckverbinder bestehen aus fixierten, freien Verbindern mit einer Schraubbefestigung. Die männlichen Verbinder haben typischerweise runde Kontakte mit Durchmessern von 0,6 mm, 0,76 mm, 0,8 mm und 1,0 mm.
  • Nach dem Stand der Technik werden in der Regel bei Anwendungen in explosionsgefährdeten Bereichen Steckverbinder mit dem Maß M12 nicht eingesetzt. Vielmehr werden entweder physikalisch größere Stecker (z.B. MILC-5015, bzw. MIL-DTL-5015) verwendet, die eine entsprechende Luft- und Kriechstrecke aufweisen, oder es wird auf eine Steckverbindung komplett verzichtet und die Anbindung des entsprechenden Kabels direkt in der Vorrichtung realisiert.
  • Ferner ist ein Sensor der Firma Meggitt Sensing Systems bekannt, der eine M12 Verbindung und Ex-Zulassung aufweist (MEGGIT 786-500-M12-IS). Die Trennabstände und Kriechstrecken werden bei diesem Sensor offensichtlich durch einen Verguss und/oder feste Isolierung auf 0,5 mm bzw. 0,7 mm reduziert. Der große Nachteil bei der Realisierung mit Hilfe von Verguss ist, dass jedes gefertigte Teil einer Stückprüfung unterzogen werden muss, das ist aufwendig und damit teuer.
  • Der Einsatz von Steckverbindern mit dem Maß M12 oder kleiner, die einen Standard für die Daten- und Signalübertragung sowie der Leistungsversorgung darstellen, wird daher häufig auf Bereiche beschränkt, die nicht explosionsgefährdet sind. Damit wird jedoch die kostengünstige Verwendung von genormten Kabeln zum Anschluss technischer Geräte verhindert.
  • Aus dem Stand der Technik sind darüber hinaus Stecker im Maß M12 mit sogenannter S-Kodierung bekannt (z.B. der Firmen Phönix Contact oder Escha), welche die nötigen Luft- und Kriechstrecken aufweisen, allerdings können diese bei einer maximalen Anwendungstemperatur von 90 °C höchstens die Schutzklasse IP69K erreichen. Diese Schutzklasse ist jedoch für viele Anwendungen aus dem Bereich der Sensorik und Automatisierung nicht ausreichend.
  • US 3 146 054 A erwähnt einen Rundsteckverbinder mit einem Gehäuse, das einen Hülsenabschnitt und einen Sockelabschnitt aufweist, sowie mit einer, ein Kodiermittel aufweisenden, Hülse, die formschlüssig in dem Hülsenabschnitt positioniert ist, wobei das Gehäuse in einem Übergangsbereich zwischen Hülsenabschnitt und Sockelabschnitt eine Ausnehmung für einen Dichtring aufweist, die durch die Positionierung der Hülse einen Ringraum bildet.
  • DE 44 04 260 A1 offenbart einen Rundsteckverbinder gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Angesichts der Nachteile des Standes der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die technische Aufgabe zugrunde, Steckverbinder der eingangs genannten Art in einfacher Weise und kostengünstig so zu modifizieren, dass eine Luft- und Kriechstrecke von mindestens 2 mm eingehalten wird und dadurch die Schutzniveaus "ia" und "ib" im explosionsgefährdeten Bereich (IEC 60079-11) erreichbar sind.
  • Diese Aufgabe wird in der vorliegenden Erfindung durch einen Rundsteckverbinder (1) gelöst, umfassend
    • ein Gehäuse (101) mit einem Hülsenabschnitt (1011) und einem Sockelabschnitt (1013),
    • zumindest einen durch den Sockelabschnitt (1013) geführten stromführenden Kontaktstift (103), der frei in den Hülsenabschnitt (1011) hineinragt,
    • ein Isolierelement (105) in dem Sockelabschnitt (1013), das den zumindest einen stromführenden Kontaktstift (103) formschlüssig gegen den Sockelabschnitt (1013) isoliert und in dem Sockelabschnitt (1013) positioniert, und
    • eine Isolierhülse (107), die formschlüssig in dem Hülsenabschnitt (1011) positioniert ist,
      dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (101) in einem Übergangsbereich zwischen Hülsenabschnitt (1011) und Sockelabschnitt (1013) eine Ausnehmung (1015) aufweist, die durch die Positionierung der Isolierhülse (107) einen Ringraum bildet, so dass zwischen dem zumindest einen stromführenden Kontaktstift (103) und dem Hülsenabschnitt (1011) durch die Positionierung der Isolierhülse (107) eine Luft- und Kriechstrecke (3) von mindestens 2 mm ausgebildet ist.
  • Durch die Modifikation eines gattungsgemäßen Rundsteckverbinders mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen ist es möglich, eine Luft- und Kriechstrecke (3) von mindestens 2 mm auszubilden und gleichzeitig eine hermetisch dichte Durchführung für den Einsatz des Rundsteckverbinders (1) in explosionsgefährdeten Bereichen zu realisieren.
  • Nachfolgend wird die Erfindung im Detail beschrieben.
  • Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf einen Rundsteckverbinder (1), der zunächst ein Gehäuse (101) mit einem Hülsenabschnitt (1011) und einen Sockelabschnitt (1013) umfasst. Bevorzugte Materialien für das Gehäuse (101) sind beispielsweise Edelstahl 1.4404.
  • Durch den Sockelabschnitt (1013) wird zumindest ein stromführender Kontaktstift (103) geführt, der frei in den Hülsenabschnitt (1011) hinein ragt. Dieser zumindest eine Kontaktstift (103) stellt den männlichen Teil des Rundsteckverbinders (1) dar, der zur Aufnahme in den weiblichen Teil eines anzuschließenden (externen) Kabels ausgelegt ist. Vorzugsweise sind 2 oder mehr Kontaktstifte (103) vorgesehen.
  • Der Rundsteckverbinder (1) umfasst ferner ein Isolierelement (105) in dem Sockelabschnitt (1013), das den zumindest einen stromführenden Kontaktstift (103) formschlüssig gegen den Sockelabschnitt (1013) isoliert und diesen in dem Sockelabschnitt (1013) positioniert. Das Isolierelement (105) ist vorzugsweise aus einem glasartigen Material gebildet. Erfindungsgemäß finden insbesondere Glas, Glaskeramik oder Keramik Anwendung. Hierdurch wird die hermetische Dichtigkeit möglich gemacht. Der Ausdruck "formschlüssig (...) isoliert" bedeutet im Rahmen der vorliegenden Beschreibung, dass das Isolierelement (105) den zumindest einen stromführenden Kontaktstift (103) vollständig umgibt und lückenlos mit dem Sockelabschnitt (1013) abschließt.
  • Schließlich umfasst der erfindungsgemäße Rundsteckverbinder (1) eine Isolierhülse (107), die formschlüssig in dem Hülsenabschnitt (1011) positioniert ist und mit ihrem einen Ende an den Sockelabschnitt (1013) anschließt. Die Isolierhülse (107) stellt eine zusätzliche Isolierung zwischen dem Hülsenabschnitt (1011) und dem zumindest einen stromführenden Kontaktstift (103) dar. Bevorzugte Materialien für die Isolierhülse (107) sind Polyetheretherketon (PEEK), Polytetrafluorethylen (PTFE; "Teflon"), Silikone oder andere temperaturstabile Kunststoffe. Alternativ können auch keramische Werkstoffe eingesetzt werden.
  • Der Ausdruck "formschlüssig (...) positioniert" bedeutet im Rahmen der vorliegenden Beschreibung, dass die Isolierhülse (107) lückenlos mit dem Hülsenabschnitt (1011) abschließt.
  • Der erfindungsgemäße Rundsteckverbinder (1) zeichnet sich dadurch aus, dass das Gehäuse (101) in einem Übergangsbereich zwischen Hülsenabschnitt (1011) und Sockelabschnitt (1013) eine Ausnehmung (1015) aufweist, die durch die Positionierung der Isolierhülse (107) einen Ringraum bildet, so dass zwischen dem zumindest einen stromführenden Kontaktstift (103) und dem Hülsenabschnitt (1011) durch die Positionierung der Isolierhülse (107) eine Luft- und Kriechstrecke (3) von mindestens 2 mm ausgebildet ist.
  • Die erfindungsgemäß vorgesehene Ausnehmung (1015) ist luftgefüllt und bildet zusammen mit der zusätzlich vorgesehenen Isolierhülse (107) die notwendigen baulichen Voraussetzungen für die Luft- und Kriechstrecke von mindestens 2 mm. Diese Luft- und Kriechstrecke wird benötigt, um die Isolationsstrecken nach der IEC 60079-11 (Ex-Schutz) zu erfüllen.
  • Unter "luftgefüllt" wird vorliegende verstanden, dass die erfindungsgemäß vorgesehene Ausnehmung (1015) nicht mit einem Material oder einem Element, beispielsweise einer Dichtung, versehen wird, sondern leer bleibt und daher mit der umgebenden Atmosphäre, d.h. Luft, gefüllt ist.
  • Das Gehäuse (101) weist im Bereich des Sockelabschnitts (1013) einen gegenüber dem Hülsenabschnitt (1011) erweiterten Innendurchmesser auf, in dem im Wesentlichen bündig mit der hinteren Fläche des Rundsteckverbinders (1) das Isolierelement (105) angeordnet wird. Dabei ist dieses nicht bis an den Hülsenabschnitt (1011) heran ausgebildet, sondern lässt einen Freiraum offen, der an zwei Seiten von dem Gehäuse (101) und an einer Seite von dem Isolierelement (105) begrenzt wird. Dieser Freiraum wird dann durch das Einbringen der Isolierhülse (107) in das Gehäuse (101) an seiner vierten Seite zumindest teilweise geschlossen und bildet die erfindungsgemäße Ausnehmung (1015).
  • Die Formulierung "zumindest teilweise" bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Isolierhülse (107) nicht zwingend bis zum Anliegen an dem Isolierelement (105) in den Hülsenabschnitt (1011) eingeführt wird. Die Isolierhülse (107) wird das Isolierelement (105) in der Regel nicht berühren. Es wird vielmehr in der Regel ein Luftspalt zwischen Isolierhülse (107) und Isolierelement (105) gebildet, der jedoch sehr klein sein kann.
  • Der erfindungsgemäße Rundsteckverbinder (1) stellt ein hermetisch dichtes Steckergehäuse (männliche Seite) dar, das durch die erfindungsgemäßen konstruktiven Maßnahmen, insbesondere durch das Vorsehen der Isolierhülse (107) und der ringraumförmigen Ausnehmung (1015), die Zulassung für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen (Schutzniveaus "ia" und "ib") erreicht. Dadurch wird im Vergleich zum Stand der Technik eine wenig aufwändige und damit kostengünstige Verkleinerung der Steckverbindung bei gleichzeitiger Beibehaltung ihrer Robustheit ermöglicht. Die im Bereich der Sensorik und Automatisierung als Standard verbreiteten Steckverbindungen mit dem Maß M12 können durch den erfindungsgemäßen Rundsteckverbinder (1) daher in explosionsgeschützten Bereichen zum Einsatz kommen. Insbesondere können durch den erfindungsgemäßen Rundsteckverbinder (1) Steckverbindungen mit dem Maß M12 und kleiner in explosionsgeschützten Bereichen zum Einsatz kommen.
  • Die Realisierung dieses Einsatzes wird insbesondere ohne eine Einschränkung des Verschmutzungsgrades erreicht, wie der beispielsweise in der Norm IEC 60079-11, Anhang F, beschrieben ist. Es gibt grundsätzlich die Möglichkeit, die Isolierstrecken zu verkleinern, wenn bestimmte Anforderungen an Materialien (Kriechstromzahl (CTI) und Verschmutzungsgrad) erfüllt werden. Bei einer Luft- und Kriechstecke von mind. 2 mm gibt es bezüglich Material und Verschmutzung jedoch keine solchen Einschränkungen mehr.
  • Gegenüber gattungsgemäßen Rundsteckverbindern, bei welchen die Isolierstrecke durch Verguss (oder Verklebung) realisiert wird, weist der erfindungsgemäße Rundsteckverbinder (1) den weiteren Vorteil auf, dass durch die erfindungsgemäße Ausnehmung (1015), welche luftgefüllt ist, auf einen solchen Verguss (oder Verklebung) verzichtet werden kann. Damit entfällt für den erfindungsgemäßen Rundsteckverbinder (1) die Nachweispflicht, dass der Verguss lunkerfrei ist und die Klebefläche eine innige Verbindung zwischen Isolierhülse und Isolierelement bildet, so dass die gewünschte Luft- und Kriechstecke von mind. 2 mm sichergestellt ist.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Luft- und Kriechstrecke (3) einen geradlinigen Anteil (3d) und/oder einen winkligen Anteil (3a, 3b, 3c) auf, die jeweils mindestens 2 mm betragen. Durch diese erfindungsgemäße konstruktive Maßnahme wird auch bei kleineren Stecker-Maßen die erforderliche Luft- und Kriechstrecke (3) von mindestens 2 mm sichergestellt, d.h. bei Stecker-Maßen von M12 und kleiner.
  • Diese Weiterbildung kann vorteilhafterweise so ausgeführt sein, dass
    • der erste winklige Anteil (3a) in der Ausnehmung (1015) verläuft,
    • der zweite winklige Anteil (3b) zwischen Isolierelement (105) und dem Innenraum der Isolierhülse (107) verläuft und
    • der dritte winklige Anteil (3c) zwischen Isolierelement (105) und Isolierhülse (107) verläuft.
  • Besonders ist bei dieser Weiterbildung das Aufteilen der Luft- und Kriechstrecke (3) in einen winkligen Anteil (3a, 3b, 3c), wobei der erste winklige Anteil (3a) in der erfindungsgemäß vorgesehenen Ausnehmung (1015) verläuft, die einen luftgefüllten ringförmigen Hohlraum darstellt. Die Formulierung "in der (...) Ausnehmung (1015) verläuft" bedeutet dabei, dass abhängig davon, ob die Isolierhülse (107) das Gehäuse (101) berührt oder nicht, der erste winklige Anteil (3a) als Kriechstrecke entlang der Isolierhülse (107) am Rande der Ausnehmung (1015) zum Gehäuse (101) (berührt) oder als Luftstrecke durch die Ausnehmung (1015) von der Isolierhülse (107) zum Gehäuse (101) (berührt nicht) verläuft.
  • Zudem verläuft der zweite winklige Anteil (3b) zwischen Isolierelement (105) und dem Innenraum der Isolierhülse (107). In der Regel berührt gemäß der vorliegenden Erfindung die Isolierhülse (107) das Isolierelement (105) nicht, so dass ein Luftspalt zwischen diesen entsteht. In diesem Fall verläuft der zweite winklige Anteil (3b) als Luftstrecke durch den Innenraum der Isolierhülse (107). Für den Fall, dass sich Isolierhülse (107) und Isolierelement (105) berühren, verläuft der zweite winklige Anteil (3b) als Kriechstrecke zwischen diesen entlang des Isolierelements (105).
  • Ferner verläuft der dritte winklige Anteil (3c) zwischen dem Isolierelement (105) und der Isolierhülse (107) als Kriechstrecke. Diese Kriechstrecke verläuft nur in dem relativ kleinen Bereich, welcher der Dicke der Isolierhülse (107) entspricht.
  • Die Summe des winkligen Anteils (3a, 3b, 3c) ist dabei erfindungsgemäß größer/gleich 2 mm.
  • Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn das Isolierelement (105) eine Glas-Metall-Durchführung ist, so dass der Rundsteckverbinder (1) hermetisch dicht ausgebildet ist. Zusammen mit dem Sockelabschnitt (1013) und dem zumindest einen stromführenden Kontaktstift (103) stellt das Isolierelement (105) einen Glas-Metall-Verbund dar. Neben der Eigenschaft hermetisch dicht ist das Isolierelement (105) auch chemisch resistent und temperaturstabil.
  • Für das Erreichen einer im Vergleich zum Stand der Technik erweiterten Anforderung an die Umweltbedingungen ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Einsatztemperatur des Rundsteckverbinders (1) - 55 °C bis 260 °C beträgt. Diese vergleichsweise hohe Einsatztemperatur wird durch die Auswahl des Materials für die Isolierhülse (107), beispielsweise PTFE, Polyimid oder Silikone, erreicht. Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, wenn die Einsatztemperatur des Rundsteckverbinders (1) - 55 °C bis 180 °C, insbesondere bis 150 °C beträgt.
  • Es ist insbesondere bevorzugt, wenn der erfindungsgemäße Rundsteckverbinder (1) den Maßen für M12 Steckverbinder entspricht, speziell bevorzugt Maßen für M12 Steckverbinder und kleiner. Bei größeren Steckverbindern wie z.B. M16 ist eine Luft- und Kriechstecke von 2 mm grundsätzlich bekannt und trivial zu erreichen. Bei kleineren Maßen wie M8 ist ein deutlich höherer Aufwand zum Erreichen einer Luft- und Kriechstecke von 2 mm notwendig, grundsätzlich aber mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen möglich.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung bildet der Rundsteckverbinder (1) den männlichen Teil einer Rundsteckverbindung und ist mit einem weiblichen Teil eines M12 Rundsteckverbinders formschlüssig und/oder kraftschlüssig verbindbar. Solche weiblichen Teile sind als weibliche Rundsteckverbinder (5) aus dem Stand der Technik bekannt und bilden genormte Standard-Anschlüsse in vielen Gebieten der Elektronik. Der erfindungsgemäße (männliche) Rundsteckverbinder (1) ist somit mit handelsüblichen (weiblichen) Anschlüssen universell einsetzbar. Dabei ist die Erfindung unabhängig von der verwendeten Steckerkodierung oder der Polzahl.
  • In einer Weiterbildung ist der Sockelabschnitt (1013) des erfindungsgemäßen Rundsteckverbinders (1) flanschartig ausgebildet, so dass dieser in einfacher Art und Weise mit Gehäusen von Geräten mechanisch verbunden werden kann.
  • In einer speziellen Ausführungsform ist der erfindungsgemäße Rundsteckverbinder (1) Teil eines Schwingungsaufnehmers. Der Vorteil dabei ist, dass die Verwendung des erfindungsgemäßen Rundsteckverbinders (1) eine kostengünstige Möglichkeit schafft, M12 Steckverbinder auch in explosionsgefährdeten Bereichen einsetzen zu können.
  • Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von die Erfindung nicht einschränkenden Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Es zeigen:
    • Fig. 1:
    eine schematische Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Rundsteckverbinders 1 in einer Ausführungsform der Erfindung,
    Fig. 2:
    eine erste Detailansicht des in Fig. 1 gezeigten erfindungsgemäßen Rundsteckverbinders 1,
    Fig. 3
    eine zweite Detailansicht des in Fig. 1 gezeigten erfindungsgemäßen Rundsteckverbinders 1,
    Fig. 4:
    eine schematische Darstellung einer Isolierhülse 107 in einer Ausführungsform der Erfindung,
    Fig. 5:
    einen weiblichen Steckverbinder 5 (Standard) zur Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Rundsteckverbinder 1, und
    Fig. 6:
    den in Fig. 1 dargestellten erfindungsgemäßen Rundsteckverbinder 1 in gestecktem Zustand mit dem in Fig. 5 dargestellten weiblichen Steckverbinder 5.
  • In Figur 1 ist der erfindungsgemäße Rundsteckverbinder 1 in einer Ausführungsform der Erfindung mit vier stromführenden Kontaktstiften 103 dargestellt, wobei durch die Darstellung nur drei stromführende Kontaktstifte 103 zu erkennen sind. Das Gehäuse 101 teilt sich in einen Hülsenabschnitt 1011 und einen Sockelabschnitt 1013 auf, wobei der Hülsenabschnitt in Richtung eines zu verbindenden weiblichen Steckverbinders 5 gerichtet ist und die frei in ihn hineinragenden Kontaktstifte 103 schützend umgibt. Der Sockelabschnitt 1013 bildet die Basis des Rundsteckverbinders 1 und kann beispielsweise geräteseitig verklebt oder verschweißt sein oder alternativ einen Kabelanschluss besitzen. Die stromführenden Kontaktstifte 103 werden durch das Isolierelement 105 gegenüber dem Sockelabschnitt 1013 isoliert. Gleichzeitig übernimmt das Isolierelement 105 die exakte Positionierung der Kontaktstifte 103 innerhalb des Rundsteckverbinders 1. Das Isolierelement 105 ist vorzugsweise aus einem Glas oder einer Glas-Keramik gefertigt.
  • In den Hülsenabschnitt 1011 ist erfindungsgemäß eine Isolierhülse 107 eingebracht, die im Innern des Gehäuses 101 bis an den Sockelabschnitt 1013 ragt, aber nicht zwingend mit diesem abschließen muss. Innerhalb des Sockelabschnitts 1013 ist ein Rücksprung (Bereich mit größerem Innendurchmesser) vorgesehen, der zusammen mit dem Isolierelement 105 die Grundlage für die erfindungsgemäße Ausnehmung 1015 bildet. Die erfindungsgemäße Ausnehmung 1015 wird gebildet, wenn die Isolierhülse 107 in den Hülsenabschnitt 1011 eingeführt ist und damit zumindest teilweise die vierte Seite der Ausnehmung 1015 bildet. Diese Ausnehmung 1015 ist, wie vorstehend bereits beschrieben, luftgefüllt.
  • In Figur 2 ist dieser Bereich im Detail dargestellt. Zwischen dem Kontaktstift 103 und dem Sockelabschnitt 1013 ist in direkter Linie eine geradlinige Luft- und Kriechstrecke 3d ausgebildet, welche durch den vorhandenen Bauraum an der Basis des Rundsteckverbinders 1 eine ausreichend große Kriechstrecke von mindestens 2 mm einnehmen kann.
  • Gewöhnlicherweise liegen bei Steckverbindern nach dem Stand der Technik, welche das Maß M12 (oder kleiner) aufweisen, die Kontaktstifte 103 aufgrund der räumlichen Enge weniger als 2 mm von dem Steckgehäuse entfernt, welches häufig aus Metall hergestellt ist. Die erforderliche Luft- und Kriechstrecke von 2 mm wird daher bei Steckverbindungen (z.B. von M12) nach dem Stand der Technik unterschritten. In Figur 2 ist dargestellt, dass erfindungsgemäß die Luft- und Kriechstrecke alternativ zu der geradlinigen Luft- und Kriechstrecke 3d als ein winkliger Anteil 3a, 3b, 3c ausgestaltet ist.
  • In Figur 3 ist der Bereich um die erfindungsgemäße Ausnehmung 1015 herum im größeren Detail (aus Figur 1) zur Darstellung des winkligen Anteils 3a, 3b, 3c der Luft- und Kriechstrecken abgebildet. Der zweite winklige Anteil 3b (hier gestrichelt dargestellt) verläuft zwischen Isolierelement 105 und Isolierhülse 107 entweder als Kriechstrecke, wenn sich Isolierhülse 107 und Isolierelement 105 berühren, oder als Luftstrecke, wenn sich Isolierhülse 107 und Isolierelement 105 nicht berühren. Erfindungsgemäß schließt sich daran in der dargestellten Ausführungsform der dritte winklige Anteil 3c an (hier gepunktet dargestellt), der als Kriechstrecke zwischen Isolierelement 105 und Isolierhülse 107 verläuft. Mehr oder weniger im rechten Winkel schließt sich der erste winklige Anteil 3a an (hier strichgepunktet dargestellt). Dieser erste winklige Anteil 3a ist in der Darstellung der Figur 3 eine Luftstrecke von der Isolierhülse 107 durch die Ausnehmung 1015 zum Gehäuse 101, wobei sich Isolierhülse 107 und Gehäuse 101 nicht berühren. Die Summe der drei winkligen Anteile 3a, 3b, 3c beträgt mindestens 2 mm, so dass die erforderliche Luft- und Kriechstrecke eingehalten wird.
  • Figur 4 stellt eine Isolierhülse 107 in der Draufsicht und im Schnitt entlang der Linie A - A dar. Die Isolierhülse 107 weist an ihrem einen Ende eine Auskragung 1071 auf, die am freien Ende des Hülsenabschnitts 1011 aufliegt und diesen gegen einen Abschnitt 501 eines weiblichen Steckverbinders 5 abstützt und gleichzeitig isoliert.
  • Figur 5 stellt einen herkömmlichen weiblichen Steckverbinder 5 dar. Er weist einen Grundkörper auf, der in seinem vorderen Teil einen im Durchmesser verringerten Abschnitt 501 aufweist, welcher dem Innendurchmesser des erfindungsgemäßen Rundsteckverbinders 1, das heißt dem Innendurchmesser der Isolierhülse 107 entspricht. Beim Einführen wird zwischen dem weiblichen Steckverbinder 5 und dem erfindungsgemäßen Rundsteckverbinder 1 zunächst ein Klemmsitz erreicht, der anschließend im gesteckten Zustand durch eine M12 Überwurfmutter gesichert wird. Die stromführenden Kontaktstifte 103 des erfindungsgemäßen Rundsteckverbinders 1 ruhen in entsprechenden Aufnahmehülsen 503 in dem weiblichen Steckverbinder 5, an die sich Kabelanschlüsse anschließen. Der weibliche Steckverbinder 5 ist üblicherweise an ein entsprechendes Kabel angeschlossen.
  • In Figur 6 ist im Schnitt der gesteckte Zustand zwischen dem erfindungsgemäßen Rundsteckverbinder 1 und dem herkömmlichen weiblichen Steckverbinder 5 nach dem Stand der Technik dargestellt
  • Der erfindungsgemäße Rundsteckverbinder 1 wurde insbesondere in Bezug auf das Maß M12 in einer vierpoligen Ausführung beschrieben. Das erfindungsgemäße Prinzip der Erweiterung der Luft- und Kriechstrecke 3 ist jedoch unabhängig von der Polzahl und unabhängig von der Steckerkodierung und kann auf andere Steckermaße und andere geometrische Anordnungen ausgeweitet werden.
    • Bezugszeichen
    • 1
    Rundsteckverbinder
    101
    Gehäuse
    1011
    Hülsenabschnitt des Gehäuses 101
    1013
    Sockelabschnitt des Gehäuses 101
    1015
    Ausnehmung
    103
    Kontaktstift
    105
    Isolierelement
    107
    Isolierhülse
    1071
    Auskragung der Isolierhülse 107
    3
    Luft- und Kriechstrecke
    3a
    erster winkliger Anteil der Luft- und Kriechstrecke 3
    3b
    zweiter winkliger Anteil der Luft- und Kriechstrecke 3
    3c
    dritter winkliger Anteil der Luft- und Kriechstrecke 3
    3d
    geradliniger Anteil der Luft- und Kriechstrecke 3
    5
    weiblicher Steckverbinder
    501
    im Durchmesser verringerter Abschnitt des weiblichen Steckverbinders 5
    503
    Aufnahmehülse

Claims (9)

  1. Rundsteckverbinder (1), umfassend
    - ein Gehäuse (101) mit einem Hülsenabschnitt (1011) und einem Sockelabschnitt (1013),
    - zumindest einen durch den Sockelabschnitt (1013) geführten stromführenden Kontaktstift (103), der frei in den Hülsenabschnitt (1011) hineinragt,
    - ein Isolierelement (105) in dem Sockelabschnitt (1013), das den zumindest einen stromführenden Kontaktstift (103) formschlüssig gegen den Sockelabschnitt (1013) isoliert und in dem Sockelabschnitt (1013) positioniert, und
    - eine Isolierhülse (107), die formschlüssig in dem Hülsenabschnitt (1011) positioniert ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (101) in einem Übergangsbereich zwischen Hülsenabschnitt (1011) und Sockelabschnitt (1013) eine Ausnehmung (1015) aufweist, die durch die Positionierung der Isolierhülse (107) einen Ringraum bildet, so dass zwischen dem zumindest einen stromführenden Kontaktstift (103) und dem Gehäuse (101) durch die Positionierung der Isolierhülse (107) eine Luft- und Kriechstrecke (3) von mindestens 2 mm ausgebildet ist.
  2. Rundsteckverbinder (1) nach Anspruch 1, wobei die Luft- und Kriechstrecke (3) einen geradlinigen Anteil (3d) und/oder einen winkligen Anteil (3a, 3b, 3c) aufweist, die jeweils mindestens 2 mm betragen.
  3. Rundsteckverbinder (1) nach Anspruch 2, wobei
    - der erste winklige Anteil (3a) in der Ausnehmung (1015) verläuft,
    - der zweite winklige Anteil (3b) zwischen Isolierelement (105) und dem Innenraum der Isolierhülse (107) verläuft und
    - der dritte winklige Anteil (3c) zwischen Isolierelement (105) und Isolierhülse (107) verläuft.
  4. Rundsteckverbinder (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Isolierelement (105) eine Glas-Metall-Durchführung ist, so dass der Rundsteckverbinder (1) hermetisch dicht ausgebildet ist.
  5. Rundsteckverbinder (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Einsatztemperatur des Rundsteckverbinders (1) - 55 °C bis 260 °C beträgt.
  6. Rundsteckverbinder (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Rundsteckverbinder (1) den Maßen für M12 Steckverbinder entspricht.
  7. Rundsteckverbinder (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Rundsteckverbinder (1) den männlichen Teil einer Rundsteckverbindung bildet und mit einem weiblichen Teil eines M12 Rundsteckverbinders formschlüssig und/oder kraftschlüssig verbindbar ist.
  8. Rundsteckverbinder (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Sockelabschnitt (1013) flanschartig ausgebildet ist.
  9. Rundsteckverbinder (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Rundsteckverbinder (1) Teil eines Schwingungsaufnehmers ist.
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