DE102006022713A1

DE102006022713A1 - Steckverbinder zur Übertragung von Signalen, insbesondere zur kontaktlosen induktiven Übertragung von Messsignalen

Info

Publication number: DE102006022713A1
Application number: DE102006022713A
Authority: DE
Inventors: Jens Dipl.-Ing. Schiffer; Wolfgang Dipl.-Ing. Feucht
Original assignee: Knick Elektronische Messgeraete GmbH and Co KG
Current assignee: Knick Elektronische Messgeraete GmbH and Co KG
Priority date: 2006-05-12
Filing date: 2006-05-12
Publication date: 2007-11-15
Anticipated expiration: 2026-05-13
Also published as: DE102006022713B4; US20070264880A1; WO2007131597A1; EP2018685A1

Abstract

Ein Steckverbinder zur Übertragung von Signalen umfasst: - ein Buchsenteil (6), ein damit in Eingriff bringbares Steckerteil (5), - ein ringartiges Verriegelungselement (7) zwischen Buchsen- und Steckerteil (5, 6) zur Fixierung der Eingriffsstellung des Steckerteils (5) im Buchsenteil (6), und - jeweils eine Dichtung (28, 32) im Bereich der Stirnenden (29, 30) des ringartigen Verriegelungselements (7) zur Abdichtung der Eingriffszone zwischen Stecker- und Buchsenteil (5, 6) gegen Eindringen von Substanzen von außen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Steckverbinder zur Übertragung von Signalen, insbesondere zur kontaktlosen induktiven Übertragung von Messsignalen mit den im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmalen.
Derartige Steckverbinder weisen ein Buchsenteil, ein damit in Eingriff bringbares Steckerteil und ein ringartiges Verriegelungselement zwischen Buchsen- und Steckerteil auf, die die Eingriffsstellung der beiden Steckverbindungselemente fixiert.
Eine ähnliche, dort so bezeichnete Steckverbinderkupplung ist aus der DE 103 52 159 A1 bekannt, bei der zwei Kupplungskörper mit einem gegeneinander verrastbaren Bajonettverschluss aneinander fixierbar sind. Diese Steckverbinderkupplung dient dabei zur kontaktlosen induktiven Übertragung von Messsignalen, wozu in jedem Kupplungskörper induktive Schnittstellen angeordnet sind. Die beiden Kupplungskörper weisen zwar jeweils ein hermetisch dichtes Gehäuse auf, doch ist der Druckschrift nicht entnehmbar, inwieweit eine Abdichtung der Eingriffszone der beiden Kupplungskörper nach außen hin erfolgt. Die Kupplungskörper bestehen aus einem steckerartigen Kupplungskörper und einem buchsenartigen Kupplungskörper, der nach Art einer Überwurfmutter mit einem Teil des Bajonettverschlusses über den Steckkupplungskörper geschoben und verdreht wird.
Bei der bekannten Steckverbinderkupplung besteht die Problematik, dass in die nicht abgedichtete Eingriffszone zwischen den beiden Kupplungskörpern Substanzen eindringen können. Hinsichtlich der induktiven, kontakt losen Signalübertragung spielt dies zwar keine nachteilige Rolle, allerdings werden derartige Steckverbinderkupplungen oftmals zur Signalverbindung zwischen Messsensoren und sogenannten Feldgeräten in Produktionsanlagen der Lebensmittel-, Pharma-, biotechnologischen und anderweitigen chemischen Industrie eingesetzt, wo hohe Anforderungen an die Hygiene und Reinigbarkeit der beteiligten Gerätschaften gestellt werden. In dieser Hinsicht sind die bekannten Steckverbinder problematisch, da zwischen die Verbinderteile Substanzen eindringen können. Dies ist auf dem Gebiet der hier vorliegenden Steckverbinder besonders problematisch, da aufgrund der vorhandenen Stecker- und Buchsenteile tiefe, sehr schmale Ringspalten beteiligt sind.
Ausgehend von der geschilderten Problematik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Steckverbinder der gattungsgemäßen Art so auszugestalten, dass er in hygienetechnischer Hinsicht verbessert und problemlos zu reinigen ist.
Die Lösung der Aufgabe ist durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gegeben. Demnach ist der Steckverbinder jeweils mit Dichtungen im Bereich der Stirnenden eines ringartigen Verriegelungselementes versehen, die für eine komplette Abdichtung der Eingriffszone zwischen Stecker- und Buchsenteil gegen ein Eindringen von Substanzen von außen her sorgen. Damit sind die hygienisch problematischen Spaltzonen zwischen Stecker- und Buchsenteil hermetisch abgeschlossen, der gesamte Steckverbinder wirkt durch die Abdichtung im Bereich des Verriegelungselementes wie ein einheitliches Ganzes. Somit kann er auch beispielsweise mit einem Hochdruckwasserstrahl gereinigt werden, ohne dass Wasser in den Steckverbinder eindringt.
Die grundsätzliche Dichtkonstruktion ist in bevorzugten Ausführungsformen dahingehend noch so optimiert, dass durch die Abstützung mindestens einer der Dichtungen an einer Ringschulter an Stecker- bzw. Buchsenteil sowie eine trichterförmige, nach innen gerichtete Fase an den die Dichtungen beaufschlagenden Stirnkanten des Verriegelungselementes eine Art Kammerung der Dichtringe gebildet wird, wodurch letztere frontbündig an den Mantelflächen des Stecker- bzw. Buchsenteils abschließen. Damit werden die Spaltmaße und Unebenheiten in der Außenkontur des Steckverbinders weiter minimiert und einer Ansammlung von Verschmutzungen vorgebeugt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Verriegelungselement als Überwurfmutter ausgelegt und über ein bajonettartiges Kurzgewinde mit dem Stecker- bzw. Buchsenteil verschraubbar. Gegenüber einem eigentlichen Bajonettverschluss hat dieses Kurzgewinde den Vorteil, dass die längsaxiale Bewegung der Überwurfmutter beim Verschrauben eine erhebliche Presskraft auf die von der Überwurfmutter beaufschlagte Dichtung erzielt, was dem hermetischen Abschluss des abgedichteten Raumes weiter zu Gute kommt.
In dem bajonettartigen Kurzgewinde ist ferner eine Arretierung der Überwurfmutter in ihrer verschraubten Position realisiert, was durch in den wechselseitig sich hintergreifenden Gewindestegen angeordnete Arretiervorsprünge bzw. Arretierausnehmungen erzielt wird. Dabei wirkt die beim Verschrauben der Überwurfmutter beaufschlagte Dichtung aufgrund der ihr innewohnenden Rückstellkräfte wie eine Federbeauschlagung der gegenseitigen Verrastung von Arretiervorsprung und Arretierausnehmung im Kurzgewinde, so dass die geschlossene Stellung der Überwurfmutter zu sätzlich gesichert ist. Die Dichtung erfüllt also insgesamt eine Doppelfunktion.
Gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist eine Drehindexierung zwischen Stecker- und Buchsenteil vorgesehen, wonach die beiden Teile in mehreren definierten Drehstellungen zueinander in Eingriff bringbar sind. Im ineinander geführten Zustand ist dann gleichzeitig eine Dreharretierung von Stecker- und Buchsenteil erreicht, so dass die Überwurfmutter auf das mit ihr kooperierende Teil des Steckverbinders aufgeschraubt werden kann, ohne dass Letzteres von Hand gegen eine Drehung festgehalten werden muss.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgen Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert wird. Es zeigen:
1 eine Seitenansicht eines Steckverbinders zwischen einem Messsensor und einem Messsignalkabel in geschlossenem Zustand,
2 eine perspektivische Ansicht des Steckverbinders gemäß 1 in geöffnetem Zustand, und
3 einen Axialschnitt durch den Steckverbinder gemäß Schnittlinie III-III nach 1.
Wie aus 1 deutlich wird, dient der als Ganzes mit 1 bezeichnete Steckverbinder zur signaltechnischen Ankopplung eines elektrochemischen Messsensors 2, wie beispielsweise eines pH-Sensors, an ein Signalkabel 3, das zu einem hier nicht näher dargestellten Feldgerät führt.
Der Steckverbinder 1 weist drei Hauptkomponenten auf, nämlich den direkt auf den Elektrodenkörper 4 des Messsensors 2 sitzenden Elektrodenstecker 5, je mit dem Signalkabel 3 verbundene Kabelbuchse 6 und die Elektrodenstecker 5 und Kabelbuchse 6 verbindende Überwurfmutter 7.
Wie insbesondere aus 3 deutlich wird, ist der Elektrodenstecker 5 durch mehrere einzelne, hermetisch miteinander verbundene und abgedichtete Hülsenelemente 8, 9, 10 gebildet, die in ihrer detaillierten Ausgestaltung für die vorliegende Erfindung nicht wichtig sind und daher keiner näheren Erörterung bedürfen. Dies trifft auch für die entsprechenden Hülsenteile 11, 12 der Kabelbuchse 6 zu.
Der Elektrodenstecker 5 weist an seinem freien Ende ein Steckkragenteil 13 auf, in dem ein Spulenkörper 14 mit nicht im Detail dargestellten Spulenwindungen einer ersten Induktionsspule angeordnet ist. Letztere wirkt mit einer zentrisch in der hülsenförmigen Aufnahme 15 der Kabelbuchse 6 angeordneten zweiten Induktionsspule zusammen, die mit ihrem Spulenkörper 16 auf einem zentrisch im Spulenkörper 16 sitzenden Feritkern 17 angeordnet ist. Die beiden (nicht näher dargestellten) Induktionsspulen bilden eine kontaktlose induktive Übertragungsstrecke für die vom Messsensor gelieferten Messsignale. Letztere werden durch eine im Einzelnen nicht näher dargestellte Signalaufbereitungsschaltung auf der Leiterplatte 18 so umgesetzt, dass sie über die induktive Übertragungsstrecker zwischen Elektrodenstecker 5 und Kabelbuchse 6 übertragen werden können. Die von der Induktionsspule in der Kabelbuchse 6 aufgenommenen Signale werden in einer ebenfalls nicht dargestellten Schaltung auf der Leiterplatte 19 in der Kabelbuchse 6 wiederum extrahiert und über das Signalkabel 3 weitergeleitet.
Die Schaltungen auf beiden Leiterplatten 18, 19 von Elektrodenstecker 5 und Kabelbuchse 6 werden durch Schirmungen 20, 21 abgeschirmt. In der Schaltung der Kabelbuchse 6 sind Leuchtdioden 22 vorhanden, die den Betriebszustand der Signalübertragungsstrecke zwischen Elektrodenstecker 5 und Kabelbuchse 6 wiedergeben. Über einen Lichtleiter 23 wird das Leuchtsignal der Leuchtdioden 22 nach außen geführt und für eine Bedienungsperson erkennbar gemacht.
Wie aus 3 deutlich wird, ist die hülsenförmige Überwurfmutter 7 in einer umlaufenden Ringnut 24 der Kabelbuchse 6 mit Hilfe eines darin eingreifenden Ringvorsprunges 25 in längsaxialer Richtung festgelegt, dabei jedoch gegenüber der Kabelbuchse 6 noch drehbar. Mit ihrem freien Ende greift die Überwurfmutter 7 über den Steckkragen 13 des Elektrodensteckers 5 über und kann dort über ein noch näher zu erläuterndes bajonettartiges Kurzgewinde 26 mit dem Elektrodenstecker 5 verschraubt werden.
Der Elektrodenstecker 5 weist im Bereich des rückwärtigen Endes seines Steckkragens 13 eine Ringschulter 27 auf, vor der eine O-Ring-Dichtung 28 sitzt. Diese wird in der in 3 gezeigten Fixierstellung von Elektrodenstecker 5 und Kabelbuchse 6 zueinander von dem zugewandten Stirnende 29 der Überwurfmutter 7 beaufschlagt. Damit ist der Spalt zwischen Überwurfmutter und Elektrodenstecker 5 hermetisch nach außen gegen ein Eindringen von Substanzen abgedichtet.
Gleichermaßen ist am rückwärtigen Ende der Aufnahme 15 der Kabelbuchse 6 eine umlaufende Ringschulter 31 vorgesehen, vor der eine weitere O-Ring-Dichtung 32 sitzt. Diese kommt in einer trichterförmig nach innen gerichteten Fase 33 der Stirnkante 34 am kabelbuchsenseitigen Stirnende 30 der Überwurfmutter 7 zu liegen. Die O-Ring-Dichtung 32 ist damit zwi schen Überwurfmutter 7 und Kabelbuchse 6 gekammert und dichtet beide Bauteile auch auf dieser Seite hermetisch gegen ein Eindringen von Substanzen von außen ab.
Wie aus 3 im Übrigen deutlich wird, weist auch die Stirnkante 35 am elektrodensteckerseitigen Stirnende 29 der Überwurfmutter 7 eine etwas weniger ausgeprägte, trichterförmig nach innen gerichtete Fase 36 auf, so dass auch hier eine Art Kammerung der O-Ring-Dichtung 28 beim Ineinandergreifen und Verschrauben der Bauteile des Steckverbinders 1 erfolgt.
Das oben erwähnte Kurzgewinde 26 ist anhand von 2 zu erläutern. Dieses ist zum Einen durch kurze Gewindestege 38 gebildet, die über den Innenumfang 37 am elektrodensteckerseitigen Rand der Überwurfmutter 7 gleichmäßig verteilt sind. Diese Gewindestege 38 kooperieren mit in Anzahl und Länge darauf abgestimmten Gewindestegen 39, die sich zum Anderen über den Außenumfang 40 des Steckkragens 13 des Elektrodensteckers 5 verteilen. In der in 3 gezeigten Fixierstellung hintergreifen sich die Gewindestege 38, 39 jeweils wechselseitig und sorgen durch die Relativdrehung zwischen Überwurfmutter 7 und Elektrodenstecker 5 für eine Fixierung von Elektrodenstecker 5 und Kabelbuchse 6 in der in 3 gezeigten Stellung zueinander.
Wie aus 2 deutlich wird, weisen die Gewindestege 38 an der Überwurfmutter 7 auf ihrer vom Elektrodenstecker 5 wegweisenden Seitenflanke eine Arretierausnehmung 41 auf, die mit entsprechenden, von der Kabelbuchse 6 wegweisenden Arretiervorsprüngen 42 an den Gewindestegen 39 am Elektrodenstecker 5 zusammen arbeiten. In der in 1 und 3 gezeigten verschraubten Endstellung der Steckverbinderkomponenten rasten die Arretiervorsprünge 42 jeweils in die Arretierausnehmungen 41 der Ge windestege 38, 39 ein. Dieser Rastengriff wird durch die der O-Ring-Dichtung 28 am Elektrodenstecker 5 innewohnenden Rückstellkräfte zusätzlich unterstützt, so dass die geschlossene Stellung des Steckverbinders 1 zuverlässig gehalten wird. Ein Aufschrauben der Überwurfmutter 7 erfolgt nur unter Überwinden eines spürbaren Anfangswiderstandes.
Wie ferner aus 2 hervorgeht, sind Stecker- und Buchsenteil mit einer Drehindexierung versehen, die durch längsaxiale, gleichmäßig über den Außenumfang des Steckkragens 13 verteilte Stege 43 und eine in der Kabelbuchse 6 angelegte Innenverzahnung 44 gebildet ist. Die Innenverzahnung 44 weist dabei 24 Längsrillen auf, die mit den acht Längsstegen 43 kooperieren. Insoweit können Elektrodenstecker 5 und Kabelbuchse 6 jeweils in um 15° versetzten Drehstellungen zueinander fixiert ineinander geschoben werden. Sobald beide Teile ineinander geschoben sind, können sie sich relativ zueinander nicht mehr verdrehen, so dass mit einer Schraubbewegung der Überwurfmutter 7 der Steckverbinder 1 geschlossen und arretiert wird.
Elektrodenstecker 5, Kabelbuchse 6 und Überwurfmutter 7 sind im Übrigen aus säure- und laugebeständigen Kunststoffmaterialien hergestellt, die zudem lebensmittelecht und von heller Farbe sind. Ferner ist empfehlenswert, die Oberflächen der Bauteile mit einer möglichst glatten Oberfläche auszuführen, um das Anhaften von Substanzen zu erschweren.

Claims

Steckverbinder zur Übertragung von Signalen, insbesondere zur kontaktlosen induktiven Übertragung von Messignalen, umfassend – ein Buchsenteil (6), – ein damit in Eingriff bringbares Steckerteil (5), und – ein ringartiges Verriegelungselement (7) insbesondere zwischen Buchsen- und Steckerteil (5, 6) zur Fixierung der Eingriffsstellung des Steckerteils (5) im Buchsenteil (6), gekennzeichnet durch – jeweils eine Dichtung (28, 32) im Bereich der Stirnenden (29, 34) dem ringartigen Verriegelungselement (7) zur Abdichtung der Eingriffszone zwischen Stecker- und Buchsenteil (5, 6) gegen Eindringen von Substanzen von außen.
Steckverbinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Dichtungen (28) auf dem Stecker- oder Buchsenteil (5, 6) sitzt und sich unter Beaufschlagung durch das ringartige Verriegelungselement (7) beim Fixieren gegen eine Ringschulter (27) an Buchsen- oder Steckerteil (5, 6) abstützt.
Steckverbinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die die Dichtungen (28, 32) jeweils beaufschlagenden Stirnkanten (34, 35) des ringartigen Verriegelungselementes (7) eine trichterförmige, nach innen gerichtete Fase (33, 36) aufweisen.
Steckverbinder nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das als ringartiges Verriegelungselement (7) ausgelegte auf dem Buchsen- oder Steckerteil (5, 6) drehbar festgelegt und über ein bajonettartiges Kurzgewinde (26) mit dem Stecker- oder Buchsenteil (5, 6) verschraubbar ist.
Steckverbinder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kurzgewinde (26) aus jeweils über den Innenumfang (37) des ringartigen Verriegelungselementes (7) und den Außenumfang (40) von Stecker- oder Buchsenteil (5, 6) verteilte Gewindestege (38, 39) gebildet ist, die sich beim Verschrauben von dem ringartigen Verriegelungselement (7) und Stecker- oder Buchsenteil (5, 6) jeweils wechselseitig hintergreifen.
Steckverbinder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die sich wechselseitig hintergreifenden Gewindestege (38, 39) jeweils einerseits mit einem Arretiervorsprung (42) und andrerseits mit einer Arretierausnehmung (41) versehen ist, die zur Sicherung der Verschraubung von dem ringartigen Verriegelungselement (7) und Stecker- oder Buchsenteil (5, 6) in Schraubendstellung ineinander eingreifen.
Steckverbinder nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der gegenseitige Eingriff von Arretiervorsprung (42) und Arretierausnehmung (41) durch die Rückstellkräfte der beim Verschrauben des ringartigen Verriegelungselementes (7) beaufschlagten Dichtung (28) zusätzlich gesichert ist.
Steckverbinder nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Stecker- und Buchsenteil (5, 6) mit einer Drehindexierung (43, 44) zum Ineinanderführen beider Teile (5, 6) nur in definierten Drehstellungen zueinander und zur Dreharretierung beider Teile (5, 6) im ineinandergeführten Zustand versehen ist.
Steckverbinder nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehindexierung durch längsaxiale Stege (43) auf dem Außenumfang (40) des Steckerteils (5) und eine Innenverzahnung (44) am Innenumfang (37) des Buchsenteils (6) gebildet ist.
Steckverbinder nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Stecker-, Buchsenteil (5, 6) und/oder ringartiges Verriegelungselement (7) aus lebensmittelechten, beständigen Kunststoffmaterialien heller Farbe bestehen.