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Die Erfindung betrifft ein elektronisches Gerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Bei derartigen elektronischen Geräten handelt es sich allgemein um in industriellen Umgebungen eingesetzte Geräte wie zum Beispiel Sensoren, insbesondere optische Sensoren wie Barcodelesegeräte, oder um Anschlusseinheit zum Anschluss derartiger Sensoren an externe Geräte wie Steuerungen oder dergleichen.
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Bei derartigen elektronischen Geräten besteht eine wesentliche Aufgabe darin, diese gegen elektromagnetische Störeinflüsse zu schützen. Hierzu ist es insbesondere erforderlich, einen niederimpedanten, das heißt niederohmigen Schirmanschluss für Kabelanschlüsse oder in den elektronischen Geräten auf Platinen angeordnete Elektronikkomponenten als zu schützende Komponenten des elektronischen Geräts bereitzustellen.
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Für den Fall, dass die Komponenten des elektronischen Geräts in einem elektrisch leitfähigen Metallgehäuse integriert sind, ist dieser niederimpedanter Schirmanschluss relativ einfach zu realisieren. Eine im elektronischen Gerät integrierte Platine kann beispielweise über eine elektrisch leitfähige Verschraubung, und der Kabelschirm eines Kabels kann über eine metallische Kabelschelle des Kabelanschlusses leitend mit dem Metallgehäuse verbunden sein, das einerseits mit einem externen leitfähigen Körper wie einem Maschinenbett verbunden ist. Dadurch ist für die Elektronikkomponente und das oder die Kabel am Kabelanschluss eine sogenannte FE(Funktionserde-)Verbindung zum Maschinenbett gegeben, wodurch diese Komponenten gegen elektromagnetische Störeinflüsse geschützt sind.
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Bei elektronischen Geräten mit Kunststoffgehäusen ist diese Bereitstellung eines niederimpedanten Schirmanschlusses erschwert, da das Kunststoffgehäuse nicht elektrisch leitfähig ist. Bei derartigen elektronischen Geräten muss der niederimpedante Schirmanschluss über einzelne Litzen bereitgestellt werden. Bei einem auf einem Kabelanschluss des elektronischen Geräts geführten Kabel wird eine sogenannte Beilauflitze im Kabel für den niederimpedanten Schirmanschluss verwendet. Auch der niederimpedante Schirmanschluss für eine Platine innerhalb des elektronischen Geräts wird über eine Litze bereitgestellt, wobei die Litze mit einem Ende an der Platine und mit dem anderen Ende an einer metallisch leitfähigen Schraube mit der eine Verbindung zum Maschinenbett hergestellt wird, befestigt ist.
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Nachteilig hierbei ist, dass derartige Litzen aufgrund ihres geringen Querschnitts nur einen unvollständigen Schutz gegen elektromagnetische Störungen bieten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für ein elektronisches Gerät der eingangs genannten Art mit möglichst geringem konstruktivem Aufwand einen möglichst effizienten Schutz gegen elektromagnetische Störeinflüsse bereitzustellen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Das erfindungsgemäße elektronische Gerät umfasst eine in einem Kunststoffgehäuse integrierte, auf wenigstens einer Platine angeordnete Elektronikkomponente sowie wenigstens einen Kabelanschluss. Weiterhin ist wenigstens ein flächiges, aus elektrisch leitfähigem Material bestehendes Kontaktierungselement vorgesehen, welches einen außerhalb des Kunststoffgehäuses liegenden Abschnitt zur elektrischen Kontaktierung an einem externen leitfähigen Körper aufweist, und welches wenigstens einen in das Kunststoffgehäuse geführten Abschnitt aufweist, der direkt oder überleitend mit diesem verbundenen Kontaktierungselementen ist mit der Elektronik und der Kabelschirmung eines Kabels am Kabelanschluss leitend verbunden.
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Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass ein effektiver niederimpedanter Schirmanschluss für die Elektronikkomponenten und Kabelanschlüsse des elektronischen Gerätesystems an einen externen leitfähigen Körper bereitgestellt wird, wodurch ein wirksamer Schutz gegen elektromagnetische Störeinflüsse erhalten wird. Dabei wird diese Schutzwirkung erhalten, obwohl das Gehäuse des elektronischen Gerätesystems aus Kunststoff, also aus nicht leitendem Material besteht.
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Der Grundgedanke der Erfindung besteht dabei darin, für die Ausbildung des niederimpedanten Schirmanschlusses ein elektrisch leitfähiges, flächiges und massives Kontaktierungselement vorzusehen, das einen außerhalb des Kunststoffgehäuses liegenden Abschnitt aufweist, an welchen ein in das Kunststoffgehäuse hineingeführter Abschnitt anschließt, der zum elektrischen Anschluss an die Elektronikkomponenten und Kabel an den Kabelanschlüssen dient.
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Mit diesem Kontaktierungselement wird somit die vorteilhafte Wirkung eines Metallgehäuses nachgebildet, da an den außerhalb des Kunststoffgehäuses liegenden Abschnitt direkt ein auf Massepotential liegender elektrisch leitfähiger Körper angeschossen werden kann. Beispielsweise ist der außen am elektronischen Gerät frei liegende Abschnitt des Kontaktierungselements so ausgebildet, dass dieser mittels einer leitfähigen Verschraubung mit einem Maschinenbett leitend verbunden werden kann.
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Durch die massive, flächige Ausbildung des Kontaktierungselements wird dann ein wirksamer niederimpedanter Schirmanschluss zu den Kabelschirmungen eines oder mehrerer Kabel an den Kabelanschlüssen und zu den Elektronikkomponenten des elektronischen Geräts erhalten.
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Das Kontaktierungselement besteht hierzu bevorzugt aus einem elektrisch leitfähigen Formteil, insbesondere einem Blechteil.
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Dieses insbesondere als Formteil ausgebildete Kontaktierungselement kann eine geometrische Ausgestaltung derart aufweisen, dass dieses Kontaktierungselement sowohl mit der die Elektronikkomponenten tragenden Platine als auch mit den Kabelschirmungen der Kabel, die auf das elektronische Gerät geführt sind, verbunden ist. Damit wird allein durch das Kontaktierungselement der niederimpedante Schirmanschluss für diese Komponenten des elektronischen Geräts ein niederimpedanter Schirmanschluss bereitgestellt.
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Dieser niederimpedante Schirmanschluss bildet eine FE(Funktionserde-)Verbindung für die genannten Komponenten aus, das heißt diese Komponenten werden auf ein definiertes Massepotential geführt, wodurch ein effektiver Schutz gegen elektromagnetische Störungen erhalten wird.
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Dieser niederimpedante Schirmanschluss ist weiterhin geeignet zur Ausbildung einer PE(Protection Earth-)Verbindung. Derartige PE-Verbindungen erfüllen gegenüber einer FE-Verbindung zusätzlich Sicherheitsanforderungen für elektronische Geräte, die bei Spannungen größer als 60 Volt arbeiten. In diesen Fällen muss ein Schutz für Personen gegen Stromschläge bei Berühren des elektronischen Geräts gegeben sein. Die hierfür geeigneten PE-Verbindungen müssen dergestalt ausgebildet sein, dass diese keine Montageelemente wie Montageverschraubungen des elektronischen Geräts enthalten, was bei der genannten Ausführungsform der Fall ist.
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Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung sind zur Ausbildung des niederimpedanten Schirmanschlusses neben einem Kontaktierungselement ein oder mehrere mit dem Kontaktierungselement elektrisch leitend verbundende Kontaktierungssegmente, die bevorzugt als elektrisch leitende Formteile, insbesondere Blechteile ausgebildet sind, vorgesehen. Dieses Kontaktierungssegmente sind allgemein vom im Kunststoffgehäuse liegenden Abschnitt des Kontaktierungselement zu der Platine mit den Elektronikkomponenten und zu den Kabelschirmungen der an das elektronische Gerät angeschlossenen Kabel geführt.
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Gemäß einer ersten Variante können die Kontaktierungssegmente mit dem Kontaktierungselement über Verschraubungen im Kunststoffgehäuse leitend verbunden sein. In diesem Fall bildet der niederimpedante Schirmanschluss nur eine FE-Verbindung, jedoch keine PE-Verbindung aus, da in diesem Verschraubungen integriert sind. Gemäß einer zweiten Variante können die Kontaktierungssegmente auch direkt mit den Kontaktierungselementen leitend verbunden sein. In diesem Fall ist der niederimpedante Schirmanschluss zur Ausbildung einer PE-Verbindung geeignet.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung bilden die Kontaktierungssegmente Kabelschellen, wobei vorteilhaft Kabel einzeln an den Kabelschellen ausschließbar sind, und wobei bevorzugt Kabel mit unterschiedlichen Durchmessern an den Kabelschellen anschließbar sind.
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Der so ausgebildete niederimpedante Schirmanschluss ist besonders benutzerfreundlich, da die Bedienperson nicht gleichzeitig mehrere Kabel in einer Aufnahme justieren, festhalten und dann fixieren muss. Vielmehr kann die Bedienperson jedes Kabel einzeln in einer hierfür vorgesehenen Kabelschelle montieren. Eine Ausbildung mit unterschiedlich dimensionierten Kabelschellen ermöglicht auch den Anschluss unterschiedlicher Kabel mit verschiedenen Kabeldurchmessern, wodurch die Funktionalität des niederimpedanten Schirmanschlusses erhöht wird.
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Das erfindungsgemäße elektronische Gerät wird bevorzugt in industriellen Umgebungen eingesetzt, wobei das elektronische Gerät besonders vorteilhaft als Sensor, insbesondere als optischer Sensor, wie zum Beispiel ein Barcodelesegerät, oder als Anschlusseinheit für derartige Sensoren ausgebildet ist.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
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1: Querschnittsdarstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen elektronischen Geräts.
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2: Erste Schnittdarstellung der Anordnung gemäß 1.
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3: Zweite Schnittdarstellung der Anordnung gemäß 1.
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4, b: Einzeldarstellung von Komponenten zur Ausbildung eines niederimepdanten Schirmanschlusses für das elektronische Gerät gemäß den 1 bis 3.
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Die 1 bis 3 zeigen ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektronischen Geräts 1, welches im vorliegenden Fall von einer Anschlusseinheit gebildet ist, mittels derer nicht dargestellte optische Sensoren, insbesondere Barcodelesegeräte, an eine Steuerung oder dergleichen angeschlossen werden können. Dabei zeigt 1 einen Querschnitt durch das elektronische Gerät 1. 2 zeigt einen Schnitt des elektronischen Geräts 1 in der in 1 mit A bezeichneten Ebene. 3 zeigt einen Schnitt des elektronischen Geräts 1 in der in 1 mit B bezeichneten Ebene.
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Das elektronische Gerät 1 weist ein Kunststoffgehäuse 2 bestehend aus nicht leitfähigem Kunststoff auf, in dessen Innenraum eine Platine 3 mit darauf angeordneten, nicht gesondert dargestellten Elektronikkomponenten mit Verschraubungen fest gelagert ist.
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Das Kabelgehäuse 2 weist ein Bodenteil 4, darauf aufsitzende Seitenwände 5 sowie einen Deckel 6 auf. die Seitenwände verlaufen derart, dass an den Schmalseiten des elektronischen Geräts 1 jeweils ein Bodensegment 4a des Bodenteils 4 außerhalb des von den Seitenwänden begrenzten Innenraums des elektronischen Geräts 1 angeordnet ist und damit an der Außenseite des Kunststoffgehäuses 2 freiliegt. Jedes Bodensegment 4a weist eine Aussparung 7 auf, in welche eine nicht dargestellte Befestigungsschraube eingeführt werden kann um das elektronische Gerät 1 an einem Maschinenbett zu fixieren, welches einen elektrisch leitfähigen Körper bildet.
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In einer Seitenwand 5 des Kunststoffgehäuses 2 sind mehrere Kabelanschlüsse in Form von Kabelverbindungen 8a–8e vorgesehen. Drei dieser Kabelverbindungen 8a–8c dienen zum Anschluss von Kabeln, die zur Signalübertragung mit den angeschlossenen Barcodelesegeräten und der Steuerung dienen. Zwei weitere Kabelverbindungen 8d, 8e dienen als Anschlüsse für eine Versorgungsspannung.
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Erfindungsgemäß ist für die erstgenannten Kabelverbindungen 8a–8c sowie für die Elektronikkomponenten auf der Platine 3 ein niederimpedanter Schirmanschluss zum Maschinenbett vorgesehen, wodurch eine FE-Verbindung dieser Komponenten auf ein definiertes Massepotential hergestellt wird.
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Die einzelnen Komponenten zur Ausbildung des niederimpedanten Schirmanschlusses zeigen die 4a–c.
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4a zeigt ein Kontaktierungselement 9, das aus einem elektrisch leitenden Formteil besteht, das im vorliegenden Fall als Blechteil ausgebildet ist. Das Kontaktierungselement 9 weist als ersten Abschnitt ein klammerförmiges Segment 9a auf, dessen Kontur an das Bodensegment 4a des Kunststoffgehäuses 2 angepasst ist. Das klammerförmige Segment 9a weist zwei Teilsegmente mit einander entsprechenden Geometrien auf, wobei die in parallelen Ebenen verlaufenden Teilsegmente an ihren Enden über jeweils ein Stegsegment verbunden sind.
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An das klammerförmige Segment 9a schließen als weitere Abschnitte des Kontaktierungselements 9 zwei Arme 9b an, an deren Enden jeweils eine Bohrung 9c vorgesehen ist. Die Enden mit den Bohrungen 9c sind durch eine Biegung im Bleichteil gegenüber den restlichen Teilen der Arme 9b nach oben versetzt.
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4b zeigt ein Kontaktierungssegment 10a, welches wie das Kontaktierungselement 9 gemäß 4a aus einem elektrisch leitenden Formteil, insbesondere einem Blechteil, besteht. Das Kontaktierungssegment 10a weist ein längs einer Geraden verlaufendes Schienensegment 11 auf, in welchem zwei Bohrungen 12 vorgesehen sind. Das Schienensegment 11 ist über einen Steg 13 mit einer Anschlussschiene 14 verbunden, wobei der Steg 13 mit einer Anschlussschiene 14 verbunden ist, wobei der Steg 13 und die Anschlussschiene 14 wie auch das Schienensegment 11 Bestandteil des Blechteils sind, das heißt einstückig ausgebildet sind. Der Steg 13 ist gegenüber der Ebene des Schienensegments 11 nach unten abgebogen. Die Anschlussschiene 14 verläuft längs einer Geraden, die senkrecht zur Längsachse des Schienensegments 11 verläuft. In die Anschlussschiene 14 sind Einbuchtungen 15a–c eingeformt, die Bestandteile von Kabelschellen bilden. Dabei ist eine erste Einbuchtung 15a größer als die beiden weiteren, identisch ausgebildeten Einbuchtungen 15b, 15c. Jeder Einbuchtung 15a–c ist ein Langloch 16 in der Anschlussschiene 14 zugeordnet.
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Die Kabelschellen werden komplett durch zweite Kontaktierungssegmente 10b, wie sie exemplarisch in 4c dargestellt sind. Auch dieses Kontaktierungssegment 10b besteht aus einem elektrisch leitfähigen Formteil, insbesondere einem Blechteil. Dieses Kontaktierungssegment 10b ist im Wesentlichen plattenförmig ausgebildet und weist eine Ausbuchtung 17 auf, die zu einer der Einbuchtungen 15a–c des Kontaktierungssegments 10b gemäß 4b komplementär ausgebildet ist. Das Kontaktierungssegment 10a gemäß 4c weist weiterhin ein der Ausbuchtung 17 zugeordnetes Langloch 18 auf.
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Ein Kontaktierungssegment 10b gemäß 4c kann so auf die Anschlussschiene 14 des Kontaktierungssegments 10a gemäß 4b aufgesetzt werden, dass dessen Ausbuchtung 17 exakt oberhalb der Einbuchtung 15a–c liegt, so dass sich die beiden Elemente zu einer vollständigen Kabelschelle ergänzen. Dabei liegen die Langlöcher 16, 18 des Kontaktierungssegments 10a und der Anschlussschiene 14 exakt übereinander, so dass über diese die Kontaktierungssegmente 10a, 10b miteinander verschraubt werden können. Insbesondere sind drei derartige Kontaktierungssegmente 10b vorgesehen, so dass mit diesen und der Anschlussschiene 14 drei unabhängig voneinander betätigbare Kabelschellen gebildet werden.
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Die 1 bis 3 zeigen die Integration des Kontaktierungselements 9 und der Kontaktierungssegmente 10a, 10b zur Herstellung des niederimpedanten Schirmanschlusses von Kabeln und Elektronikkomponenten zum Maschinenbett. Wie aus 1 ersichtlich, ist das Kontaktierungselement 9 mit dem klammerförmigen Segment 9a auf eines der außen am Kunststoffgehäuse 2 zugänglich angeordneten Bodensegment 4a aufgesetzt. Prinzipiell kann auch auf jedes der Bodensegmente 4a ein Kontaktierungselement 9 aufgesetzt werden.
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Wie aus 1 ersichtlich, ist die Geometrie des klammerförmigen Segments 9a so ausgebildet, dass dieses die gesamte Ober- und Unterseite des Bodensegments 4a abdeckt, wobei die Aussparung 7 frei bleibt.
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Durch Einführen einer metallischen, elektrisch leitfähigen Befestigungsschraube in die Aussparung 7 kann das Kunststoffgehäuse 2 nicht nur an einem Maschinenbett festgeschraubt werden. Vielmehr wird dadurch auch eine niederohmige, leitfähige Verbindung zwischen dem Kontaktierungselement 9 und dem Maschinenbett geschaffen.
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Wie insbesondere aus 3 ersichtlich, verlaufen das untere Teilsegment des klammerförmigen Segments 9a und die Arme 9b des Kontaktierungselements 9 an der Unterseite des Bodens des Kunststoffgehäuses 2. In die Bohrungen 9c, 12 an den Enden der Arme 9b, die in das Innere des Kunststoffgehäuses 2 ragen, ist jeweils eine Schraube 19 von insgesamt vier Schrauben 19, die zur Fixierung der Platine 3 auf dem Boden des Kunststoffgehäuses 2 dienen, geführt. Die Schrauben 19 bestehen jeweils aus metallischen, elektrisch leitfähigen Werkstoffen. Die an die Bohrungen 9c, 12 der Arme 9b des Kontaktierungselements 9 greifenden Schrauben 19 durchsetzen metallische, elektrisch leitfähige Distanzbolzen 20. Die Köpfe der Schrauben 19 sitzen auf der Oberseite der Platine 3 auf. Durch diese Ausbildung des Kontaktierungselements 9 und der zugeordneten Schrauben 19 mit den Distanzbolzen 20 wird eine niederohmige Verbindung der Elektronikkomponenten auf der Platine 3 zum Maschinenbett geschaffen, das heißt es wird so ein niederimpedanter Schirmanschluss von den Elektronikkomponenten zum Maschinenbett geschaffen, wodurch die Elektronikkomponenten gegen elektromagnetische Störeinflüsse geschützt sind.
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Wie insbesondere aus den 1 und 3 ersichtlich, liegt das Schienensegment 11 des Kontaktierungssegments 10a auf der Oberseite der Platine 3 auf und wird durch die Schrauben 19 an dieser Platine 3 fixiert. Hierzu durchsetzen die Schrauben 19 die Bohrungen 12 des schienenförmigen Segments 9a.
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Dadurch wird die niederohmige Verbindung von Maschinenbett über das Kontaktierungselement 9 und die Schrauben 19 mit den zugeordneten Distanzbolzen 20 auf das Kontaktierungssegment 10a weitergeführt.
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Das Kontaktierungssegment 10a ist so im Kunststoffgehäuse 2 angeordnet, dass die Anschlussschiene 14 entlang der Innenseiten der Kabelverbindungen 8a–8c verläuft, und zwar so, dass die Einbuchtungen 15a–c exakt im Bereich der an den Kabelverbindungen 8a–c ausmündenden Kabel liegen. Bei der Herstellung der Kabelanschlüsse an den Kabelverbindungen 8a–c wird jeweils der Mantel am vorderen Ende des Kabels entfernt, so dass die darunter liegende Kabelschirmung des Kabels freiliegt. Die freiliegende Kabelschirmung wird dann in eine der Einbuchtungen 15a–c eingeführt. Dazu wird darauf ein Kontaktierungssegment 10b aufgesetzt, so dass dessen Ausbuchtung 17 mit der zugeordneten Einbuchtung 15a–c der Anschlussschiene 14 eine den Kabelschirm fest umschließende Kabelschelle bildet. Diese Kabelschelle wird dadurch fixiert, dass eine Schraube 21 in die übereinander liegenden Langlöcher 16, 18 der Anschlussschiene 14 und des Kontaktierungssegments 10b eingeführt wird. 2 zeigt die fertig ausgebildeten Kabelschellen, welche zur Aufnahme von nicht gesondert dargestellten Kabeln, die in den Kabelverbindungen 8a–8c geführt sind, dienen.
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Mit den Kontaktierungssegmenten 10a, 10b wird ein niederimpedanter Schirmanschluss für die Kabel in den Kabelverbindungen 8a–8c zum Maschinenbett bereitgestellt, der über das Kontaktierungssegment 10a, die Schrauben 19 mit zugeordneten Distanzbolzen 20 und das Kontaktierungselement 9 führt. Durch diesen niederimpedanten Schirmanschluss sind die Kabel in den Kabelverbindungen 8a–8c gegen elektromagnetische Störeinflüsse geschützt.
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Die Kabelverbindungen 8d, 8e dienen zum Anschluss der Versorgungsspannung und benötigen daher keinen niederimpedanten Schirmanschluss an das Maschinenbett.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Elektronisches Gerät
- 2
- Kunststoffgehäuse
- 3
- Platine
- 4
- Bodenteil
- 4a
- Bodensegment
- 5
- Seitenwand
- 6
- Deckel
- 7
- Aussparung
- 8a–e
- Kabelverbindung
- 9
- Kontaktierungselement
- 9a
- Segment
- 9b
- Arme
- 9c
- Bohrung
- 10a
- Kontaktierungssegment
- 10b
- Kontaktierungssegment
- 11
- Schienensegment
- 12
- Bohrung
- 13
- Steg
- 14
- Anschlussschiene
- 15a–c
- Einbuchtung
- 16
- Langloch
- 17
- Ausbuchtung
- 18
- Langloch
- 19
- Schraube
- 20
- Distanzbolzen
- 21
- Schraube
