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Die Erfindung betrifft eine atmungsaktive Kabelsteckverbindung zur mechanisch und einseitig hydroskopisch dichten Durchführung eines geschirmten oder ungeschirmten elektrischen Kabels oder eines Leitungsbündels oder von Leitungen mit oder ohne Zugentlastung und mit oder ohne Biegeschutz für diese Kabel oder Leitungen nach Hauptpatent 'Kabeldurchführung mit Membranventil', Patentanmeldung Nr.
DE 10 2005 035 210 .
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Kabelsteckverbindungen für Kabel- oder Leitungseinführungen in geschlossene Gehäuse, mit und ohne Zugentlastung, auch wasser- und explosionsgeschützter Art und mit oder ohne elektromagnetischer Abschirmung mit oder ohne Biegeschutz nach Schutzart klassifiziert, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Derartige Kabeldurchführungen sind auch bekannt unter anderen technischen und kommerziellen Begriffen, wie Kabel- oder Leitungs-Durchführung, -Durchführungseinrichtung, -Durchführungsverschraubung, -Durchführungsvorrichtung, -Einführung, -Einführungseinrichtung, -Einführungsverschraubung, Einführungsvorrichtung, -Verschraubung, Schlauchverschraubung, etc.
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Derartige Kabelsteckverbindungen werden für unterschiedlichste Anwendungen benötigt und sind entsprechend vielfältig ausgeformt. Sie werden je Verwendungszweck aus Kunststoff oder Metall hergestellt, enthalten zusätzliche Scheiben oder Dichtungen oder Dichtringe oder Tüllen und unterschiedliche Zugentlastungen nach Anforderung, wie Quetschung oder Schelle. Kabeldurchführungen und/oder ihre Einzelteile sind genormt; in der Installationstechnik werden Kabeldurchführungen alter Bauart unter der Bezeichnung Panzerrohrgewinde(Pg)-Verschraubung mit nichtmetrischem Gewinde, Pg7 ... Pg48, entsprechend neuer Bauart mit metrischem Gewinde M12 ... M63, gehandelt.
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Kabelsteckverbindungen bestehen aus einem Doppelnippel mit einem Anschlag, der den dichtenden Abschluß zu einer Wandung bildet. Zur Befestigung wird entweder der Abschluß mit der Wandung verschraubt – der Abschluß enthält umlaufend Bohrungen – oder der Zylinder wird wandungsrück- oder gehäuseseitig mit einer Gegen- oder Kontermutter verschraubt. Auf der Seite der Kabeleinführung gibt es entweder eine Kabeltülle mit Dichtung und Scheibe oder eine angespritzte oder lose Kabelkralle, wobei das Kabel durch eine Druckschraube dichtend gequetscht wird, oder auch eine Schraubschelle mit Dichtung und angespritztem Kabelbiegeschutz. Zubehörteile sind bekannt als Dichtungs- oder Würgenippel und Blindstopfen oder Verschlußschrauben.
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Die Anwendungen erstrecken sich von Anschluß-, Schalt- und Verteilerkästen der Installations- oder Gerätetechnik der Gebäudesystem- und Anlagentechnik bis zu Anwendungen der Luft- und Raumfahrt, der Verkehrstechnik sowie maritimen Anwendungen. Aufgrund der Vielfältigkeit der Applikationen wird die obige, grobe Beschreibung nicht vertieft.
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Bezüglich der Würdigung des Stands der Technik wird auf die ausführliche Darstellung in der Hauptanmeldung verwiesen und sich im folgenden auf die Beschreibung von atmungsaktiven Kabelsteckverbindungen beschränkt.
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Gemäß Hauptpatent 'Kabeldurchführung mit Membranventil', Patentanmeldung Nr.
DE 10 2005 035 210 , wird eine solche atmungsaktive Kabelführung zur mechanisch und einseitig hydroskopisch dichten Durchführung eines geschirmten oder ungeschirmten elektrischen Kabels mit oder ohne Zugentlastung mit oder ohne Biegeschutz für dieses Kabel vorgestellt. Es wurde beschrieben, daß Kabeldurchführungen bauartklassifiziert werden, nach alter Bauart mit nichtmetrischem Gewinde Pg7 ... Pg48 und nach neuer Bauart mit metrischem Gewinde M12 ... M63, wobei das Maß für die Befestigungsbohrung für die Kabeldurchführung – Maß des Gewindestutzens, unten – und der Kabeldurchmesser für diese Kabeldurchführung aufeinander abgestimmt sind.
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Beim Hauptpatent wird angenommen, daß sich beim Einsatz von Kabeldurchführungen mit Membranventil bei festgelegtem Kabeldurchmesser das Maß für die Befestigungsbohrung wegen des Luftkanals um eine Klasse erhöht. Da bei handelsüblichen Installationsgehäusen bereits Ausbruchhilfen und Vorstanzungen für Kabeldurchführungen vorgesehen sind, die nach Anzahl und Größe dem Verwendungszweck des Gehäuses angemessen wurden, könnte sich der Einsatz derartiger Kabeldurchführungen nachteilig auswirken.
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In einer weiteren Anmeldung 'Kabeldurchführung mit Membranventil 2', Patentanmeldung Nr.
DE 10 2006 034 224 , wird vorgeschlagen, daß die Führung des Luftkanals der Kabeldurchführung so ausgeprägt ist, daß die bekannte handelsübliche Relation durchführbarer Kabeldurchmesser zum Maß für die Befestigungsbohrung der Kabeldurchführung erhalten bleibt.
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Gemäß deutscher Patentanmeldung
DE 10 2006 062 690 wird eine atmungsaktive Schlauch- oder Rohrverschraubung zur mechanisch und einseitig hydroskopisch dichten Durchführung eines geschirmten oder ungeschirmten elektrischen Kabels oder eines Leitungsbündels oder von Leitungen mit oder ohne Zugentlastung und mit oder ohne Biegeschutz für diese Kabel oder Leitungen vorgestellt. Die mehrteilige Schlauch- oder Rohrverschraubung weist einen im hohlzylinderförmigen Unterteil ungeordneten Lüftungskanal auf, der vom Innern des Unterteils an die mechanische Schnittstelle zum Mittelteil führt, hier durch ein semipermeables Filter- oder Membranventil abschließt, sich im Mittelteil nach außen öffnet und im Oberteil eine zylinderförmige Schlauch- oder Rohrkralle mit einem Dicht- oder Klemmelement die Schlauch- oder Rohraufnahme bildet.
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Gemäß dem Stand der Technik werden eine Anzahl von Neuerungen bei Kabelsteckverbindern vorgestellt.
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In der deutschen Offenlegung
DE 196 36 119 wird mit hohem Aufwand versucht, eine Steckverbindung durch eine feuchtigkeitsdichte Isolierung der elektrischen Kontaktierung einer Leiterplatte mit massivem Anschlußdraht herzustellen, in dem unterhalb der Leiterplatte eine von dem Anschlußdraht durchzustoßende Folie aufgebracht ist, der Anschlußdraht durch eine Öffnung in der Leiterplatte geführt wird und oberhalb der Leiterplatte durch ein Halteelement elektrisch kontaktiert. Ein unterhalb der Folie geschaffener Hohlraum um den Anschlußdraht wird mit einer Vergußmasse dauerelastisch versiegelt.
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Die Offenlegung beschreibt ein Verfahren, Feuchtigkeit von elektrisch empfindlichen Apparaten fernzuhalten.
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Gemäß der deutschen Offenlegung
DE 100 57 912 wird ein Druckausgleichselement für Steckverbinder vorgestellt, die über einen großen Innenraum verfügen, eine grosse Anzahl von Kontakten aufweisen und die bei erheblichen Temperaturunterschieden Feuchtigkeit im Steckverbinderinnern bilden. Zur Abhilfe schlägt die Erfindung vor, den Innenraum über eine Membran zu entlüften, wobei die Membran für Luft aber nicht für Wasser durchlässig ist. Vorgeschlagen wird die Einbringung eines Druckausgleichselements – eine Membran in einem Gehäuse – mit und ohne Anschlag in eine Kontaktöffnung oder in eine Durchgangsbohrung des Steckergehäuses.
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Vorgeschlagen wird ein Druckausgleichselement für ein Gehäuse – in diesem speziellen Fall ein großvolumiges Steckergehäuse.
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Die deutsche Patentschrift
DE 42 10 979 offenbart ein feinporöses Belüftungselement für ein wasserdichtes Gehäuse für elektrische oder optische Bauelemente, wobei ein mit einem Kontaktelement versehener Verbinder eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den Bauelementen und den Kontaktelementen herstellt. Das Belüftungselement wird aus einer textilen Membran aus gasdurchlässigem und flüssigkeitsdichtem Polytetrafluorethylene (PTFE) hergestellt. Die Poren des Membranwerkstoffs gewährleisten einen genügenden Luftaustausch, da einerseits das flüssige Wasser aufgrund seiner hohen Oberflächenspannung nicht durch die Poren in das Gehäuse eindringen kann und andererseits viele Poren offen und nicht mit Flüssigkeit benetzt sind.
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Vorgestellt wird ein wasserdichtes Gehäuse für elektrische oder optische Bauelemente mit einem feinporösen Belüftungselement, einem Verbinder und mindestens einem Kontaktelement.
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In einer Reihe von Veröffentlichungen, wie die deutsche Offenlegung
DE 10 2005 022 118 , die deutsche Patentschrift
DE 102 30 946 , das österreichische Gebrauchsmuster
AT 1 638 oder das Gebrauchsmuster
DE 296 04 440 , die Offenlegung
DE 44 27 012 , die Patentschrift
DE 44 04 112 und die Offenlegung
DE 29 00 915 , werden wasserdichte elektrische Steckverbindungen vorgestellt, wobei der Schutz in den meisten Fällen vor Spritzwasser erfolgen soll, in dem unterschiedlichste Dichtungsmaterialien und verschiedene mechanische Verriegelungsmethoden angewendet werden. Der Verhinderung von Bildung von Kondenswasser im Innern der Anordnungen wird wenig Rechnung getragen, es sei denn durch vollständigen Verguß der Apparate.
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Alle vorgestellten oder aufgezeigten Lösungen eignen sich nicht oder nur bedingt zum Einsatz als atmungsaktive Kabelsteckverbindung mit Membranventil; nach dem Stand der Technik sind keine direkten Be- und Entlüftungen geschlossener dichter Gehäuse über die atmungsaktive Kabelsteckverbindung vorgesehen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Einrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, eine atmungsaktive Kabelsteckverbindung zur mechanisch und hydroskopisch dichten Durchführung eines geschirmten oder ungeschirmten elektrischen Kabels oder eines Leitungsbündels oder von Leitungen mit oder ohne Zugentlastung mit oder ohne Biegeschutz für dieses Kabel oder diese Leitung schaffen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die mehrteilige Kabelsteckverbindung einen im hohlzylinderförmigen Unterteil angeordneten Lüftungskanal aufweist, der vom Innern des Unterteils an die mechanische Schnittstelle zum Mittelteil führt, hier durch ein semipermeables Filter- oder Membranventil abschließt und im Mittelteil der Lüftungskanal sich nach außen öffnet und sich ein Gewindestutzen zur Aufnahme des Steckers des Oberteils der Kabelsteckverbindung anschließt, gefolgt von einem Buchsenteil mit der zylinderförmigen Kabelaufnahme und dem Schraubverschluß.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen – neben der Verhinderung der Bildung von Feuchtigkeitsniederschlag innerhalb geschlossener Räume – insbesondere darin, daß handelsübliche, auf dem Installationsmarkt bekannte Teile vom Installateur verbaut werden und keine zusätzlichen Vorkehrungen getroffen werden müssen, da derartige Anwendungen oft auf minimale räumliche und gewichtsmäßige Abmessungen ausgelegt sind.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstands sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen
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1 Atmungsaktive Kabelsteckverbindung in Perspektive
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2 Teilzerlegte Kabelsteckverbindung in Perspektive
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3 Kabelsteckverbindung in Perspektive, hälftig längsgeschnitten
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4 Teilzerlegte Kabelsteckverbindung in Perspektive, hälftig längsgeschnitten
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5 Detailansicht der Kabelsteckverbindung, Ober-, Mittel-, Unterteil.
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Gleiche und gleichwirkende Bestandteile der Ausführungsbeispiele sind in den Figuren jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Die Beschreibung der erfindungsgemäßen Einrichtung wird fortgesetzt anhand der Erläuterungen der Bilder.
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1 zeigt die atmungsaktive Kabelsteckverbindung in Perspektive; sämtliche Teile der Verbindung – Ober- – Steckerteil 5 und Buchsenteil 6 – Mittel- 2, Unterteil 3 und Kabel 4 – sind beispielhaft zusammengefügt.
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2 zeigt eine teilzerlegte Kabelsteckverbindung in Perspektive. Die Druckschraube oder der Schraubverschluß 64 ist mit dem Kabel 4 verbunden, Ober- – Steckerteil 5 und Buchsenteil 6 – Mittel- 2 und Unterteil 3 sind separiert und das semipermeable Filter- oder Membranventil 21 mit Stütz- und Dichtring 22 sind dargestellt.
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3 zeigt die hälftig längsgeschnittene Kabelsteckverbindung in perspektivischer Darstellung.
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4 zeigt die teilzerlegte Kabelsteckverbindung in Perspektive, hälftig längsgeschnitten. Die Druckschraube oder der Schraubverschluß 64 ist mit dem Kabel 4 verbunden, Ober- – Steckerteil 5 und Buchsenteil 6 – Mittel- 2 und Unterteil 3 sind separiert und das semipermeable Filter- oder Membranventil 21 mit Stütz- und Dichtring 22 sind dargestellt.
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5 zeigt eine detaillierte Ansicht der Kabelsteckverbindung aus Ober-, Mittel-, Unterteil. Gemäß der Darstellung besteht die mehrstöckige, atmungsaktive Kabelsteckverbindung aus Oberteil – Steckerteil 5 und Buchenteil 6 – Mittelteil 2 und Unterteil 3. Das im Bild gezeigte Oberteil 1 mit der Kabelkralle entfällt; der Gewindestutzen 26 nimmt das Steckerteil 5 auf.
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Das Oberteil der Kabelsteckverbindung besteht, wie in 4 dargestellt, aus dem Buchsenteil 6 und dem Steckerteil 5. Das zu verbindende Kabel 4 ist über eine Tülle 65 mit der Buchsenaufnahme 62 – z. B. durch Verklebung oder Verguß – dicht und zugentlastet verbunden, wo die Litzen des Kabels auf die Kontaktbuchsen 61 aufgelegt sind. Buchsenteil 6 und Steckerteil 5 sind über die Kodierung 56, 67 stets lagegerecht über die Kontaktbuchsen 61 und die Steckkontakte 54 miteinander verbunden.
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Die äußere Dichtigkeit wird über die Druckschraube oder den Schraubverschluß 64, den Anschlag 63, den O- oder den Flach-Dichtring 66 und den Anschlag mit gewinde 55 durch Verschrauben hergestellt, nachdem zuvor das Steckerteil 5, bestehend aus dem die Steckkontakte 54 aufnehmenden Kontaktkörper 52 mit Stiftgehäuse 53 durch Ringnut 59 und O-Ring 591 gedichtet, dicht im Gewindestutzen 26 des Mittelteils 2 der Kabelsteckverbindung verschraubt wurde und der gehäuseseitige elektrische Kontakt über die Lötkontakte 51 hergestellt wird.
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Weiterhin wird das zwischen Ober- und Unterteil, im Mittelteil 2, fest gefügte semipermeable Filter- oder Membranventil 21 in Form eines Zylinderrings gezeigt. Bei derartigen Filtern oder Membranen handelt es sich meist um Kunststoffmaterial aus Polymer oder Polypropylene (PP) oder expandierte Polytetrafluorethylene (PTFE), welches durch seine symmetrische Porenstruktur hydrophobischen Charakter aufweist, eine weite chemische Verträglichkeit besitzt, für Temperaturen zwischen –40°C ... +125°C anwendbar ist und bei einer Temperatur von 23°C eine Filter- oder Membrandurchlässigkeit von >10 ml/[min × cm2 × bar] aufweist.
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Die das Filter- oder Membranventil 21 haltenden Teile – Stütz- und Dichtring 22 – zwischen Mittel- 2 und Unterteil 3 können auch so ausgeprägt sein, daß das semipermeable Filter- oder Membranventil austauschbar gestaltet ist.
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Filter- und Membranventil 21 und Stütz- und Dichtring 2 können auch eine fest gefügte Baugruppe bilden.
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Die Formgebung des Filter- oder Membranventils 21 ist mit der Formgebung des zu dichtenden Lüftungskanals 25, 32 in Übereinstimmung.
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Weiterhin besteht das Mitteteil 2 aus der Kabelführung 23, den Bohrungen des Lüftungskanals Außensechskant 24 sowie dem innen umlaufenden Lüftungskanal 25. Nach oben, zum Oberteil hin, schließt das Mittelteil mit dem Gewindestutzen 26 zur Aufnahme des Stecker- oder Buchsenteils 5, 6 mit der Druckschraube oder dem Schraubverschluß 64 ab.
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Darüber hinaus ist eine Ausführungsform des Unterteils 3 der semipermeablen Kabelsteckverbindung dargestellt. Diese besteht aus einem hohlzylinderförmigen Gewindestutzen 31, der innen mit dem Innenzylinder 34 abschließt. Das Unterteil schließt zum Mittelteil durch einen Flansch 36 ab, dessen schräg sitzende Bohrungen 32 den Luftkanal oder den Lüftungsweg ins Gehäuseinnere fortsetzen.
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Die dichte Metallverbindung zwischen Unter- 3 und Mittelteil 2 kann durch Verpressen oder Stauchen der über den Flansch hinausragenden zylinderförmigen Ränder des Mittelteils erfolgen (Variante A).
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Auch kann die Dichtigkeit der beiden Teile durch eine Schraubverbindung hergestellt werden. Für den Fall, daß die Kabelsteckverbindung aus Kunststoff gefertigt ist, können Unter- und Mittelteil miteinander verklebt oder verschweißt werden (Variante B).
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Die Dichtung des Unterteils 3 in der Gehäusewandung erfolgt üblicherweise durch einen über den Gewindestutzen 31 gestülpten O- oder Flach-Dichtring 35 und Verschraubung in Gewinde oder mit Gegen- oder Kontermutter 37.
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Der Zusammenbau der Teile 2, 3, 5 bzw. 4 und 6 kann unterschiedlich erfolgen, wie z. B. durch Klebung, Ultraschall-Schweißung, Rastung, als Einlegeteil umspritzt, etc. Weiterhin können auch Unter- und Mittelteil durch entsprechende Vormontage und -behandlung einstückig werden.
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Kabellose Kabelsteckverbindungen schließen mit dem Steckerteil 5 dicht nach aussen ab und wirken wie Dichtungs- oder Würgenippel und Blindstopfen oder Verschlußschraube, so daß diese Kabelsteckverbindung auch ohne Kabelanschluß ausserdem als semipermeable Gehäuselüftung mit Membranventil – wie ein Druckausgleichselement (DAE) – genutzt werden kann.
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Die räumliche Fläche des Innenzylinders 34, der Außenmantel durchgeführter Kabel oder Leitungen, abgelöst von den Bohrungen des Lüftungskanals 32 des Flanschs 36 des Unterteils 3, mündend in dem semipermeablen Filter- oder Membranventil 21 mit Stütz- und Dichtring 22, dem umlaufenden innenliegenden Lüftungskanal 25 sowie die Bohrungslöcher des Außensechskants 24 des Mittelteils 2 bilden die Entlüftung der Kabelsteckverbindung und bestimmen deren Volumendurchsatz in Abhängigkeit von Druck, Feuchte und Temperatur.
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Kabelsteckverbindungen werden üblicherweise nach dem metrischen Gewinde des Befestigungsstutzens 31 gehandelt unter Angabe des möglichen Kabeldurchmessers 4 und der Schlüsselweite des Außensechskants 24. Vorteilhaft gegenüber der Kabeldurchführung des Hauptpatents ist bei der vorgestellten atmungsaktiven Kabelsteckverbindung neuer Bauart die Berücksichtigung der Querschnittsfläche des Luftkanals, so daß für einen gegebenen Kabeldurchmesser kein größeres Stutzenmaß 31 anzusetzen ist, das von dem geforderten Volumen oder Abmessung des Lüftungskanals abhängig ist.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß es sich bei dem Gewinde des Gewindestutzens 31 nicht zwingend um metrisches Gewinde handeln muß – berücksichtigt ist Panzerrohrgewinde (Pg) – so daß die erfinderische Neuheit auch als Ersatz- oder Ergänzungsbauteil zur Verfügung steht.
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Eine weitere Ausprägungsform der erfinderischen Neuheit ist dadurch gegeben, daß der Gewindestutzen 31 des Unterteils 3 nicht geschraubt, sondern rastbar haltend, durch einen zusätzlichen O- oder Flach-Dichtring 35 dichtend mit der Wandung des Gehäuses verbunden wird.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann der Lüftungskanal 24, 25, 32 auch unsymmetrisch ausgeprägt und angeordnet sein, entsprechend auch das semipermeable Filter- oder Membranventil 21.
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Eine weitere Ausprägung der Erfindung sieht vor, daß der Lüftungskanal 24, 25, 32 der atmungsaktiven Kabelsteckverbindung mehrfach angelegt sein kann und entsprechend durch Mehrfachfilterung 21 abgeschlossen ist.
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Ein weiterer Anwendungsbezug der mehrkanaligen Lüftung 24, 25, 32 liegt darin, daß die semipermeablen Filter oder Membranen 21 unterschiedliche Porosität oder Durchgangszahlen aufweisen und damit für unterschiedliche Stoffe wirksam werden.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich dadurch, daß die atmungsaktive Kabelsteckverbindung in ihrer Montage keiner Lageeinbauvorschrift unterliegt. Schutz vor dem Eindringen von Schmutzpartikeln oder Wasser ist gegeben; auch bei Über-Kopf-Montage ist durch abgeschrägte Kanten der Ablauf von Wasser möglich.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die atmungsaktive Kabelsteckverbindung als aneinanderreihbares Kabelsteckmodul im Schaltschrankbau Verwendung findet.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Mittelteil Kabelsteckverbindung
- 21
- Semipermeables Filter- oder Membranventil
- 22
- Stütz- und Dichtring
- 23
- Kabel- oder Leitungsführung
- 24
- Lüftungskanal Außensechskant
- 25
- Lüftungskanal, innen
- 26
- Gewindestutzen, oben
- 3
- Unterteil Kabelsteckverbindung
- 31
- Gewindestutzen, unten
- 32
- Bohrung Lüftungskanal
- 34
- Innenzylinder
- 35
- O- oder Flach-Dichtring (nicht dargestellt)
- 36
- Flansch, durchbohrt
- 37
- Gegen- oder Kontermutter (nicht dargestellt)
- 4
- Kabel
- 5
- Oberteil Kabelsteckverbindung, Steckerteil oder Stecker
- 51
- Lötkontakt
- 52
- Kontaktkörper
- 53
- Stiftgehäuse
- 54
- Steckkontakt
- 55
- Anschlag
- 56
- Kodierung
- 59
- Ringnut
- 591
- O-Ring (nicht dargestellt)
- 6
- Oberteil Kabelsteckverbindung, Kupplung
- 61
- Kontaktbuchse
- 62
- Buchsenaufnahme
- 63
- Anschlag
- 64
- Druckschraube oder Schraubverschluß
- 65
- Kabeltülle
- 66
- O- oder Flach-Dichtring
- 67
- Kodierung
