DE102009001360B4 - Rundsteckverbinder und Verfahren zur Herstellung eines Rundsteckverbinders - Google Patents
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Abstract
Rundsteckverbinder (1) aufweisend einen Kontaktträger (7) mit mehreren Kontaktwelementen (9a, 9b,9c,9d), einen elastischen Griffkörper (13), eine Anschlaghülse (5), eine Überwurfmutter (3), ein Anschlusskabel (11) und einen Haftvermittler, wobei der elastische Griffkörper (13) an einemersten Ende (E1) den Kontaktträger (7) teilweiseumgibt und an einem zweiten Ende (E2) einen Abschnitt desAnschlusskabels (11) formschlüssig umgibt, wobei am Kontaktträger (7) die Anschlaghülse (5) angeordnet ist, auf der die Überwurfmutter (3) drehbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktträger (7) aus einem ersten Kunststoff besteht und der Griffkörper (13) aus einemweicheren zweiten Kunststoff besteht,wobei der erste Kunststoff ein glasfaserverstärkter Thermoplast aufPolyamidbasis mit einem Glasfaseranteil von mindestens 50% vorzugsweise 50-60% ist,wobei der weichere zweite Kunststoff eine Härte von vorzugsweise 70-95 Shore A aufweist undwobei in einem Überlappbereich (H), in dem das Anschlusskabel (11) und der Kontaktträger (7) mit dem Material des Griffkörpers (13) umspritzt sind der Haftvermittler auf das Anschlusskabel (11) und den Kontaktträger (7) aufgetragen ist.
Description
- Die Erfindung betrifft einen Rundsteckverbinder gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Rundsteckverbinders gemäß Anspruch 8.
- Aus der
DE102005056563B3 ist ein gattungsgemäßer Rundsteckverbinder bekannt. - Derartige Steckverbinder werden in verschiedenen Industriebereichen eingesetzt. Sie bestehen üblicherweise aus einem elastischen Griffkörper und einem Kontaktträger mit Anschlusskabel. Das Anschlusskabel ist in Längsrichtung bzw. unter 90° zur Steckrichtung positioniert. Der Griffkörper umschließt abschnittsweise sowohl den Kontaktträger wie auch das Anschlusskabel. Zur Verbindung mit einem entsprechenden Steckergegenstück, das z. B. an einem Sensor, der industriellen Automatisierungstechnik, vorgesehen sein kann, ist eine Überwurfmutter mit Innengewinde vorgesehen. Es sind zwei Varianten des Steckverbinders möglich, male (Pin) bzw. female (Buchse).
- Im Betriebszustand sind die Sensoren fest über das jeweilige Anschlusskabel mit einer Steuer-/Auswerteeinheit verbunden. Häufig werden in den Steuer-/Auswerteeinheiten nicht nur die Sensorsignale ausgewertet sondern es wird von dort auch die Spannungsversorgung der Sensoren bereitstellt.
- Teilweise werden derartige Steckverbinder in sehr rauen industriellen Umgebungen eingesetzt. Ein weiter Einsatzbereich ist der Lebensmittelbereich (food), wo für die Anlagen strenge Hygienevorschriften gelten. Zur Reinigung werden hier säurehaltige oder basische Reinigungs-/Desinfektionsmittel eingesetzt.
- Ein weiterer großer Einsatzbereich ist der Fertigungs-/Werkzeugbereich (non food), wo die Anlagen andere Anforderungen erfüllen müssen. Für Steckverbinder ist insbesondere die Ölbeständigkeit von großer Bedeutung. Außerdem müssen sie hohen Schock- und Schwingungsbelastungen standhalten.
- In beiden Bereichen (food/non food) werden auch Hochdruck-/Dampfstrahl-Reinigungsverfahren eingesetzt werden.
- Bisher bekannte Steckverbinder sind in der Regel immer nur für einen dieser Anwendungsbereiche ausgelegt und meist im Hinblick auf Hochdruck-/Dampfstrahl-Reinigungsverfahren nur bedingt geeignet, da die Abdichtung nicht ausreichend ist.
- Bei sicherheitskritischen Anwendungen müssen Anlagen bzw. Anlageteile weitere Anforderungen erfüllen, die in der Regel in entsprechenden Normen/Richtlinien festgeschrieben sind. So schreibt die ATEX-Norm (IEC60079-0) einen Schlagtest vor, bei dem eine Stahlkugel mit 4 Joule auf einen Steckverbinder einwirkt.
- Konfektionierbare Steckverbinder, die diese Norm erfüllen, sind nur aus dem Ventilbereich bekannt. Sie weisen ein sehr stabiles voluminöses Gehäuse auf, das im Lebensmittelbereich aus Edelstahl sein muss. Solche Steckverbinder sind deshalb teuer und sehr aufwendig in der Herstellung.
- Außerdem können über das starre Gehäuse, Hebelkräfte unmittelbar auf das Steckergegenstück übertragen werden, was bei einer nicht sachgerechten Handhabung, zu Beschädigungen des Steckergegenstücks bzw. des Teils an dem das Steckergegenstück vorgesehen ist führen kann. Um das Eindringen von Flüssigkeiten zu verhindern sind bei Metallgehäusen zusätzliche Schutzmaßnahmen zu dem Anschlusskabel hin notwendig.
- Für herkömmliche Steckverbinder sind zum Schutz gegen mechanische Einwirkungen auch zusätzliche Schutzelemente (Protektoren) bekannt. Diese Schutzelemente weisen als Zusatzteile jedoch eine Vielzahl von Nachteilen auf. Sie bilden Schmutzfallen und können insbesondere bei einer Reinigungsprozedur unter Hochdruck bzw. bei einer mechanischen Reinigung z. B. mit einer Reinigungsbürste unbeabsichtigt gelöst werden.
Aus derDE2925853 ist ein Stecker bekannt, dessen Griffkörper aus zwei unterschiedlich harten Materialien besteht. Dieser Stecker ist jedoch für den industriellen Einsatz nicht geeignet. - Aus den Dokumenten
DE 10 2004 028 254 A1 ,US 5 152 944 A ,DE29 26 918 A1 ,US 4 655 536 A ,DE 693 04 107 T2 ,DE 101 41 052 A1 ,DE 27 18 844 A1 undDE 30 34 415 A1 sowie -
DE 27 44 949 B2 undDE 34 17 811 C1 sind Steckverbinder bekannt, die Nachteile aufweisen, so dass sie nicht für den erfindungsgemäßen Einsatz geeignet sind.
Aus derDE 41 21 261 A1 sind verschiedene Kunststoffe mit Polyamid-Anteilen bekannt. Der aus derDE 27 44 949 A1 bekannte Steckverbinder weist einen Griffkörper aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff (z. B. Polyamid) auf, der keine ausreichende Schlagfestigkeit gewährleistet. Aus derDE 34 17 811 C1 ist ein Steckverbinder mit einem Haftvermittler bekannt. - Aufgabe der Erfindung ist es deshalb einen Rundsteckverbinder zu schaffen, der die oben genannten Nachteile nicht aufweist, der insbesondere eine ausreichende Schlagfestigkeit besitzt, der in unterschiedlichen Einsatzbereichen eingesetzt werden kann, der trotzdem eine ausreichende Flexibilität besitzt, der einfach in der Handhabung ist und der außerdem einfach und kostengünstig herstellbar ist.
- Gelöst wird diese Aufgabe durch folgende im Anspruch 1 angeführten Merkmale bzw. den im Anspruch 7 angegebenen Verfahrensmerkmalen zur Herstellung eines solchen Rundsteckverbinders.
- Die wesentliche Idee der Erfindung besteht darin, bei einem Rundsteckverbinder für den Kontaktträger und den Griffkörper glasfaserverstärkten Kunststoffe vorzusehen, deren Festigkeit bzw. Elastizität entsprechend aufeinander abgestimmt sind. Dabei bestehen der Kontaktträger aus einem hochfesten ersten Kunststoff und der Griffkörper aus einem weicheren zweiten Kunststoff.
- Dadurch weist der Griffkörper eine ausreichende Elastizität auf und der gesamte Rundsteckverbinder ist ausreichend schlagfest.
- Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
- Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
- Es zeigen:
-
1 perspektivische Aufsicht eines Rundsteckverbinders teilweise geschnitten -
2 Schnittdarstellung eines Rundsteckverbinders nach1 -
2 a Anschlaghülse in zwei perspektivischen Darstellungen -
3 a perspektivische Darstellung eines Rundsteckverbinders gemäß1 (gerade Ausführung) im eingeschraubten Zustand mit einem durch einen Pfeil angedeuteten Schlagpunkt -
3 b, c perspektivische Darstellung eines Rundsteckverbinders gemäß1 (gewinkelte Ausführung) im eingeschraubten Zustand mit durch Pfeile angedeuteten Schlagpunkten4 Rundsteckverbinder mit einem zusätzlichen mechanischen Stützelement - In
1 ist ein M12-Rundsteckverbinder dargestellt. An seinem vorderen ersten Ende E1 weist der Rundsteckverbinder 1 eine Überwurfmutter 3 mit einem metrischen Innengewinde M12 aus Metall (vorzugsweise Edelstahl) und Schlüsselflächen 4 für einen 6-Kant-Schlüssel auf. Die Überwurfmutter 3 wird von einer entsprechenden metallischen Anschlaghülse 5, die einen Kontaktträger 7 umschließt, drehbar gehalten. Im Kontaktträger 7 sind mehrere Kontaktelemente 9a„ 9b, 9c, 9d vorgesehen, die als Buchsen (female Variante) ausgeführt sind und die an Einzelkabel 11a, b, c, d eines Anschlusskabels 11 angeschlossen sind. Der Kontaktträger 7 und - das Anschlusskabel 11 sind von einem elastischen Griffkörper 13 zumindest teilweise umgeben. Der Griffkörper 13 schließt am vorderen Ende E1 des Rundsteckverbinders im Bereich der Anschlaghülse 5 an die Überwurfmutter 3 an und liegt am hinteren zweiten Ende E2 des Rundsteckverbinders 1 formschlüssig am Kabelmantel 15 des Anschlusskabel 11 an. Bei der male Variante weist der Kontaktträger 7 anstatt 7 Buchsen Pins auf.
- Der Griffkörper 13 ist als Spritzgussteil ausgeführt. Durch die Verwendung eines Haftvermittlers im Überlappbereich des Anschlusskabels 11 mit dem Griffkörper 13 und am Umspritzbereich des Kontakt- und Pinträger (in
1 mit H bezeichnet) wird eine dauerhafte flexible Verbindung zwischen dem Griffkörper 13 und dem Anschlusskabel 11 erzielt, was im Hinblick auf die Dichtwirkung insbesondere gegen Feuchte sehr vorteilhaft ist. - Der Haftvermittler wird bei der Fertigung im Überlappbereich H auf den Kabelmantel 15 Litzen und Kontakt- und Pinträger aufgetragen.
- Der Rundsteckverbinder 1 wird mit einem nicht dargestellten Steckergegenstück, das passend ausgebildeten Kontaktelementen, aufweist, verbunden. Ein solches Steckergegenstück kann z. B. an einem Sensor, z. B. Näherungsschalter ifm IGT20A bzw. IGT21A, die für den Ex-Bereich zugelassen sind, vorgesehen sein. Im Betriebszustand ist der Sensor dann mit einer Steuer-/Auswerteeinheit über das Anschlusskabel 11 verbunden. Für die Anwendung ist die zuverlässige Übertragung von Sensordaten an die Steuer-/Auswerteeinheit von großer Bedeutung. Zur Abdichtung des Kontaktträgers 7 ist ein in eine Nut 18 eingesetztes elastisches Dichtelement 17 (z. B. O-Ring) vorgesehen. Um eine Beschädigung des Dichtelements 17 beim Herstellen der Steckverbindung zu vermeiden ist die äußere Nutkante 18a der Nut 18 als Festanschlag ausgebildet. Die Nutkante 18a sorgt auch dafür, dass das Dichtelement 17 unter der für die Dichtwirkung optimale Spannung steht.
- Damit ist wird eine dauerhafte zuverlässige Abdichtung des Kontaktträgerbereichs im Betriebszustand des Rundsteckverbinders 1 erzielt.
- In
2 ist eine Schnittdarstellung des Rundsteckverbinders 1 nach1 dargestellt. Zu sehen sind die Überwurfmutter 3, der Kontaktträger 7 mit als Buchsen ausgeführten Kontaktelementen 9 a, b, c, d und die Anschlaghülse 5. - Die Überwurfmutter 3 weist eine nach innen ragende Verzahnung 32 auf. Jeweils zwei Zähne der Verzahnung 32 bilden Zwischenräume 35. Die Verzahnung 32 wirkt mit einer entsprechenden an der Anschlaghülse 5 vorgesehenen, in
2a näher dargestellten, Gegenverzahnung 29 zusammen. Die Gegenverzahnung 29 ist an der Hinterkante eines Bunds 28 vorgesehen. Die Gegenverzahnung 29 weist unterschiedliche steile Flanken auf, so dass unterschiedliche Kräfte zum Schließen bzw. Lösen einer Steckverbindung notwendig sind. Beide Teile bilden durch die entsprechenden Sicherungsmittel (Verzahnung/Gegenverzahnung) somit im Betriebszustand eine sägezahnförmige Verrastung, die ein einfaches Lösen der Verbindung verhindert. - Da eine Rändelung an der Überwurfmutter 3 beabsichtig fehlt, kann eine mit einem Werkzeug (6-Kant-Schlüssel) hergestellte Steckerverbindung nur mit einem entsprechenden Werkzeug wieder gelöst werden, was bei sicherheitskritischen Anwendungen von großer Bedeutung ist.
- In eine Ausnehmung 30 ragt ein am Kontaktträger 7 vorgesehener Vorsprung 30a. Dadurch wird eine Verdrehsicherung erzielt.
- Wesentlich für die Erfindung ist, dass als Material für den Kontaktträger 7 ein relativ harter hoch glasfaserverstärkter Kunststoff verwendet wird, der auch bei tiefen Temperaturen insbesondere bei -25° ausreichend schlagzäh ist. Vorzugsweise wird als Kunststoff ein glasfaserverstärkten Thermoplast auf Polyamidbasis mit einem hohen Glasfaseranteil von 50 - 60 % eingesetzt. Ein derartiger Kunststoff wird unter der Bezeichnung Grivory GV-6H schwarz 9915 von der Fa. Grivory® EMS (Domat/Schweiz) angeboten. Dieser Kunststoff weist eine ausreichende Härte 315 MPa (Trockenzustand) bzw. 290 MPa im konditionierten Zustand (nach einer Feuchteaufnahme) auf. Kunststoffe, die in diesem Anwendungsgebiet eingesetzt werden, weisen üblicherweise einen Glasfaseranteil von 15-20% auf.
- Es können auch andere teilaromatische Polyamide verwendet werden.
- Als Material für den Griffkörper wird ein thermoplastisches Polyurethan-Elastomer verwendet, z. B. Elastollan. Die Härte sollte bevorzugt im Bereich zwischen 70-95 Shore A liegen. Über entsprechende Zusätze lässt sich Griffkörper 13 farblich einfach gestalten.
- Durch die abgestimmten Härten von Griffkörper 13 und Kontaktträger 7 können Beschädigungen des Rundsteckverbinders 1 durch mechanische Schlageinwirkungen vermieden bzw. erheblich minimiert werden. Auch bildet die metallische Anschlaghülse 5 einen Schutz des Kontaktträgers 7 gegen mechanische Einwirkungen.
- In den
3 a, b ,c sind zwei unterschiedliche Steckerformen dargestellt. Eine gerade Ausführungsform, die in den1 und2 beschrieben ist, und eine gewinkelte Ausführungsform. In der Regel werden Rundsteckverbinder in beiden Ausführungsformen angeboten. - Dargestellt sind in diesen Figuren durch Pfeile angedeutet Auftreffpunkte, für einen Schlagtest. Es gibt sicherheitskritische Anwendungen, wo gewährleistet werden muss, dass eine Steckverbindung, bestehend aus einem Rundsteckverbinder 1 und einem Steckergegenstück, eine mechanische Belastung (Schlagtest) ohne gravierende Beschädigungen übersteht.
- In
4 ist ein Rundtseckverbinder 1 gemäß einer der1 bis3 mit einem zusätzlichen Stützelement 40 dargestellt, der die Stabilität gegen mechanische Einwirkungen zusätzlich erhöht. Bei dem Stützelement 40 kann es sich um einen gekröpften Federdraht, um einen Metallstift mit Kopf (elektrisch isoliert), oder einen Glasfiberstab handeln. Zur besseren Verankerung in der Elastomerumspritzung des Griffkörpers 13 weist der Metallstift eine Riffelung oder Rillen oder ein Gewinde auf. Bei einem Glasfiberstab ist eine raue Oberflächen von Vorteil. - Nachfolgend ist das Herstellungsverfahren für den erfindungsgemäßen Rundsteckverbinders 1 näher erläutert. Es ist für beide Varianten male bzw. female identisch.
- In einem ersten Verfahrensschritt wird die Anschlaghülse 5 auf den Kontaktträger 7 aufgeschoben. Anschließend werden die freigelegten Litzen/Drähte der Einzelkabel 1 1a, 11b, 11c, 11d mit den entsprechenden Kontaktelementen 9a, 9b, 9c, 9d gecrimpt. In einem dritten Verfahrensschritt wird im Überlappbereich H der Umspritzung, d. h. auf dem Kabelmantel 15 dem zugängliche Bereich der Litzen und dem hinteren Teil des Kontaktträger 7 bzw. Pinträgers ein Haftvermittler, ein so genannter Primer aufgetragen. Anschließend wird der vorgefertigte Rundsteckverbinder 1 in eine Spritzgusseinheit eingesetzt, wo der Griffkörper 13 angespritzt wird.
- Wenn ein zusätzliches Stützelement vorgesehen ist, muss dieses in den Kontaktträger 7 vor dem Spritzvorgang eingesetzt werden.
- Nach kurzer Aushärtezeit ist der Rundsteckverbinder 1 fertig. Das Herstellungsverfahren ist für die Großserie geeignet.
- Der erfindungsgemäße Rundsteckverbinder ist so ausgebildet, dass sogar folgende Testprozedur erfolgreich überstanden wird.
- • Konditionierung der Rundsteckverbinder 4 Wochen bei 90° Lufttemperatur und 90% Feuchte
- • Abkühlung in Luftkammer auf -28°, 24 h
- • IP Test (IP67, 2,7 kV)
- • Abkühlung in Luftkammer: -28° mind. 4 h
- • Umgehender Schlagtest: 4 Joule
- Durch den elastischen Griffkörper 13 des Rundsteckverbinders 1, der kabelseitig sehr biegsam ist, werden auch Beschädigungen an einer geschlossenen Steckverbindung durch Zugbelastungen des Anschlusskabels 11 verhindert. Hier reicht der Haftvermittler, um die Dichtigkeit auch nach einer solchen Belastung abzusichern.
- Die Erfindung stellt einen Rundsteckverbinder bereit, der insgesamt für sicherheitskritische Anwendungen geeignet ist. Er erfüllt insbesondere die IEC 60079-0. Eine solche Steckverbindung kann aufgrund der Sicherungsmittel im Betriebszustand nur mit einem Werkzeug gelöst werden und das Dichtelement 18 wird auch bei mehrmaligen Öffnen und Schließen der Steckverbindung nicht beschädigt. Der Rundsteckverbinder ist für unterschiedliche Industrie-Bereiche (food, non food) geeignet, er erfüllt die Schutzart IP67, er ist gut reinigbar und insbesondere auch für Hochdruck- bzw. Dampfreinigungsverfahren geeignet. Die Handhabung ist für den Anwender sehr angenehm, weil das flexible Kunststoffmaterial des Griffkörpers 13 eine ausreichende Griffigkeit besitzt. Beschädigungen durch Querzugkräfte am Anschlusskabel werden durch den flexiblen Griffkörper aufgefangen. Der Rundsteckverbinder kann auch in schneller Serienfertigung hergestellt werden.
- Durch das zusätzliche Stützelement können Schläge noch besser abgefedert werden. Insbesondere bei der geraden Ausführungsform des Rundsteckverbinders ist das Stützelement von erhöhter Bedeutung. Es kann aber auch in der gewinkelten Version die Stabilität verbessern.
Claims (7)
- Rundsteckverbinder (1) aufweisend einen Kontaktträger (7) mit mehreren Kontaktwelementen (9a, 9b,9c,9d), einen elastischen Griffkörper (13), eine Anschlaghülse (5), eine Überwurfmutter (3), ein Anschlusskabel (11) und einen Haftvermittler, wobei der elastische Griffkörper (13) an einem ersten Ende (E1) den Kontaktträger (7) teilweise umgibt und an einem zweiten Ende (E2) einen Abschnitt des Anschlusskabels (11) formschlüssig umgibt, wobei am Kontaktträger (7) die Anschlaghülse (5) angeordnet ist, auf der die Überwurfmutter (3) drehbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktträger (7) aus einem ersten Kunststoff besteht und der Griffkörper (13) aus einem weicheren zweiten Kunststoff besteht, wobei der erste Kunststoff ein glasfaserverstärkter Thermoplast auf Polyamidbasis mit einem Glasfaseranteil von mindestens 50% vorzugsweise 50-60% ist, wobei der weichere zweite Kunststoff eine Härte von vorzugsweise 70-95 Shore A aufweist und wobei in einem Überlappbereich (H), in dem das Anschlusskabel (11) und der Kontaktträger (7) mit dem Material des Griffkörpers (13) umspritzt sind der Haftvermittler auf das Anschlusskabel (11) und den Kontaktträger (7) aufgetragen ist.
- Rundsteckverbinder (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktträger (7) und/oder die Überwurfmutter (3) als Sicherungsmittel ausgebildet sind, so dass ein Lösen einer Schraubverbindung der Überwurfmutter (3) mit einem Steckergegenstück zum Rundsteckverbinder (1) im Betriebszustand des Rundsteckverbinders (1) von Hand nicht mehr möglich ist.
- Rundsteckverbinder (1) nach
Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, dass Kontaktträger (7) und Überwurfmutter (3) im Betriebszustand als Sicherungsmittel eine sägezahnförmige Verrastung aufweisen. - Rundsteckverbinder (1) nach einem der
Ansprüche 2 oder3 , dadurch gekennzeichnet, dass die Überwurfmutter (3) keine Rändelung, sondern Schlüsselflächen für ein Werkzeug aufweist. - Rundsteckverbinder (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einem offenen Ende der Anschlaghülse (5) eine O-Ring-Nut (18) mit einer Nutkante (18a) vorgesehen ist, wobei die Nutkante (18a) als Festanschlag für ein Steckergegenstück dient.
- Rundsteckverbinder (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Kontaktträger (7) ein zusätzliches Stützelement (40) vorgesehen ist.
- Verfahren zur Herstellung eines Rundsteckverbinders (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit folgenden Verfahrensschritten: a. Aufsetzen der Anschlaghülse (5) auf den Kontaktträger (7) b. Verbinden von Einzelkabeln (11a, 11b, 11c) des Anschlusskabels (11) mit Anschlüssen am Kontaktträger (7) c. Aufbringen des Haftvermittlers auf einen die Einzelkabel (11a, 11b, 11c) umgebenden Kabelmantel (15) des Anschlusskabels (11) d. Herstellung des Griffkörpers (13) in einer Spritzgussmaschine e. Aushärten des Rundsteckverbinders (1)
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