DE102011078622A1

DE102011078622A1 - Rundsteckverbinder mit abgeschirmtem Anschlusskabel

Info

Publication number: DE102011078622A1
Application number: DE102011078622A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Mehnert; Bernd FROESE
Original assignee: IFM Electronic GmbH
Current assignee: IFM Electronic GmbH
Priority date: 2011-07-04
Filing date: 2011-07-04
Publication date: 2013-01-10
Anticipated expiration: 2031-07-05
Also published as: US8979591B2; DE102011078622B4; WO2013004761A1; DE112012002827A5; DE112012002827B4; US20140113488A1

Abstract

Bei einem Rundsteckverbinder endet die Schirmung am steckerseitigen Ende des Griffkörpers. An einem Schraubelement ist ein axial bewegliches Kontaktierungselement angeordnet das zwei Positionen annehmen kann. Ersten Position „Schirm aufgelegt”. Zweiten Position „Schirm nicht aufgelegt”.

Description

Die Erfindung betrifft einen Rundsteckverbinder mit abgeschirmtem Anschlusskabel gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Anschlusskabel mit genormten Rundsteckverbinder z. B. M12 gerade bzw. gewinkelt 90° werden in automatisierungstechnischen Anlagen häufig verwendet um Sensoren bzw. Aktoren mit Steuerungen bzw. Netzteilen zu verbinden. Über die Anschlusskabel erfolgt Versorgung der Sensoren bzw. Aktoren, gleichzeitig werden analoge Schaltsignale und/oder Daten übertragen.
Zur sicheren Verbindung eines Rundsteckverbinders (male/female) mit einem entsprechenden Gegenstück dient ein Schraubelement, das entweder als Überwurfmutter (female) bzw. als Gewindehülse (male) ausgebildet ist.
Durch unerwünschte elektromagnetische Störeinflüsse wie induktive Näherungsschalter können Funktionsstörungen der Anlage auftreten. Dabei werden z. B. von Sensoren falsche Schaltsignale ausgegeben.
Bei den Störeinflüssen kann es sich um induktive bzw. kapazitive oder galvanische Störeinflüsse handeln. Insbesondere in der Nähe von leistungsstarken Elektromotoren können erhebliche Störungen auftreten.
Um eine Beeinträchtigung einzelner Komponenten in einer Anlage durch elektromagnetische Störeinflüsse zu verhindern werden häufig abgeschirmte Anschlusskabel eingesetzt, die erheblich teurer sind als nicht abgeschirmte Kabel.
Die abgeschirmten Anschlusskabel weisen in der Regel Leitungsschirme aus einem nichtmagnetischen Material wie Kupfer oder Aluminium auf. Häufig bestehen die Leitungsschirme aus geflochtenen Einzelschirmen, die aus im Gegensinn laufenden miteinander verwobenen Sätzen von Drähten aufgebaut sind. Die Dichte und die Stärke des Drahtgeflechts entscheiden wesentlich über die Qualität der Abschirmung.
Häufig wird die Abschirmung nur an einem Kabelende mit Masse (Bezugspotential) verbunden. Um magnetische Störung zu unterdrücken muss die Abschirmung an beiden Kabelenden aufgelegt werden. Hierbei besteht jedoch die Gefahr einer Erdschleife. Erdschleifen entstehen insbesondere dann, wenn zwei Punkte der Erdung über unterschiedliche elektrisch leitende Pfade miteinander verbunden sind. Die Masseverbindung ist in diesem Fall eine geschlossene Schleife. Erdschleifen können dazu führen, dass auf der Abschirmung unter Umstände sehr große Ströme entstehen, die zu Störungen auf den Signalleitungen beitragen.
Im Industriebereich haben sich zwei Erdungskonzepte etabliert. Bei der Baumstruktur werden alle Erdverbindungen zu einem definierten Sammelpunkt separat geführt. Bei der Maschenstruktur gibt es mehrere Erdungspunkte, die miteinander verbunden sind. Die einzelnen Abschirmkonzepte sind für bestimmte Störeinflüsse optimiert.
Um verschiedene Abschirmkonzepte realisieren zu können, werden von den Anbietern abgeschirmter Anschlusskabel verschiedene Kabelvarianten angeboten. Bei einer ersten Kabelvariante ist der Schirm nicht aufgelegt. Bei einer zweiten Kabelvariante ist der Schirm beidseitig aufgelegt, d. h. die jeweilige Überwurfmutter bzw. die Gewindehülse des Rundsteckverbinders liegt auf Bezugspotential.
In einer dritten Variante ist der Schirm aufgelegt und zusätzlich mit dem Pin 5 des Rundsteckverbinders verbunden.
Bei der Planung einer Anlage muss sich der Anwender für ein bestimmtes Abschirmkonzept entscheiden und die einzelnen Anlagekomponenten anschließend entsprechend miteinander verkabeln. Erst bei der Inbetriebnahme einer Anlage zeigt sich jedoch, ob das gewählte Abschirmkonzept tatsächlich den gewünschten Erfolg bringt. Wird die Funktion der Anlage weiterhin durch elektromagnetische Störeinflüsse beeinträchtigt, so muss in aufwendiger Weise die Verkabelung ausgetauscht werden oder andere kostenintensiven Maßnahmen getroffen werden, um die Störeinflüsse zu beseitigen.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb einen Rundsteckverbinder mit abgeschirmten Anschlusskabel zur Verfügung zu stellen, der für unterschiedliche Abschirmkonzepte verwendbar ist, der sowohl für eine gerade wie auch für eine gewinkelte Steckervariante geeignet ist und der kostengünstig und einfach herstellbar ist, was Modifikationen bestehender Rundsteckverbinder nur im geringen Umfang zur Folge haben darf.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale.
Die wesentliche Idee der Erfindung besteht bei einem Rundsteckverbinder mit abgeschirmten Anschlusskabel darin, die Abschirmung an der vorderen Kante des Griffkörpers (Isolator) enden zu lassen und ein bewegliches leitendes Kontaktierungselement vorzusehen, das in einer ersten Stellung nur mit der Überwurfmutter elektrisch leitend verbunden ist und in einer zweiten Stellung eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Abschirmung und dem Schraubelement herstellt.
Dadurch kann das Abschirmkonzept im Betrieb der Anlage einfach variiert werden indem mit Hilfe des beweglichen Kontaktierungselement an den einzelnen Rundsteckverbinder zwischen den beiden Varianten „Schirm aufgelegt” bzw. „Schirm nicht aufgelegt” gewählt wird um eine Beeinträchtigung der Anlage durch Störeinflüsse bestmöglich zu vermeiden.
Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand verschiedener Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigen:
1 Rundsteckverbinder (gewinkelt) mit abgeschirmten Anschlusskabel gemäß dem Stand der Technik
2 Rundsteckverbinder (gewinkelt) mit abgeschirmten Anschlusskabel gemäß der Erfindung Kontaktierungselement in Position „Schirm aufgelegt”
3 Rundsteckverbinder nach 2 jedoch mit Kontaktierungselement in Position „Schirm nicht aufgelegt”
4 und 5 erfindungsgemäße Rundsteckverbinder in nicht gewinkelter Form mit Kontaktierungselement in Position „Schirm aufgelegt” bzw. „Schirm nicht aufgelegt”
6 erfindungsgemäßer Rundsteckverbinder gewinkelt male Variante
7 erfindungsgemäßer Rundsteckverbinder mit Hakenelement in perspektivischer Darstellung
8 Schirmhülse mit Federelement
9 Schirmhülse mit Noppen
1 zeigt einen herkömmlichen geschirmten M12 Rundsteckverbinder 100 in gewinkelter Form mit einem mehradrigen abgeschirmten Anschlusskabel 11. Die Adern 11a, 11b, 11c, 11d, des Anschlusskabels 11 bestehen jeweils aus einer Aderisolierung 12a–12d, die einen Leiter (Litze bzw. Draht) 13a–13d umgibt.
Zum Verbinden mit einem entsprechenden Gegenstück weist der Rundsteckverbinder 100 eine Überwurfmutter 3 auf, die drehbar auf einem Kontaktträger 7 aus Kunststoff gelagert ist. Der hintere Teil des Kontaktträgers 7 ist von einer metallischen Kontakthülse 25 umgeben. An die Kontakte des Kontaktträgers 7 sind die vier Adern 11a, 11b, 11c, 11d angeschlossen.
Die vier Adern 11a–11c sind von einem Abschirmgeflecht 62 und einem äußeren Kabelmantel 15 umgeben. Das abisolierte Ende des Abschirmgeflechts 62 steht in direktem Kontakt mit einer Schirmhülse 60, die sich bis zur Kontakthülse 25 hin erstreckt. Der Innenraum der Schirmhülse 60 bildet mit der Kontakthülse 25 einen Faradayschen Käfig, der mit einer Vergussmasse 27 gefüllt ist, die zur Abdichtung und zur Fixierung der Litzen dient. Zum Einbringen der Vergussmasse 27 ist am Schirmhülse 60 eine Öffnung 64 vorgesehen.
Die Schirmhülse 60 und das Anschlusskabel 11 sind von einem Griffkörper 14 aus Kunststoff umgeben, der bis zur Kontakthülse 25 reicht.
Zur Abdichtung einer Steckverbindung ist ein O-Ring 17 vorgesehen, der verhindert dass Feuchtigkeit im verbundenen Zustand mit einem Gegenstück in den Steckerraum vordringen kann.
Der geschirmte Rundsteckverbinder 100 ist so ausgebildet, dass möglichst wenig Störstrahlung aufgenommen wird und in das angeschlossene Gerät (Sensor/Aktor) bzw. an eine am anderen Ende des Anschlusskabels 11 angeschlossene Steuereinheit (SPS) oder Netzteil geleitet werden.
In 2 ist ein erfindungsgemäßer Rundsteckverbinder dargestellt. Der wesentliche Unterschied zu dem in 1 dargestellten Rundsteckverbinder besteht darin, dass an der Überwurfmutter 3 zusätzlich ein Kontaktierungselement 3a vorgesehen ist, dass die Kontakthülse 25 weggelassen wurde und die Schirmhülse 60 am steckerseitigen Ende des Griffkörpers 14 endet. Im Innern des Rundsteckverbinders besteht die Schirmung 61 somit aus der Schirmhülse 60 und dem Schirmgeflecht 62. Das Kontaktierungselement 3a steht in Gewindeeingriff (Feingewinde) mit der Überwurfmutter 3 und kann relativ zu dieser verfahren werden. Im dargestellten Fall „Schirm aufgelegt” ist die Schirmhülse 60 mit dem Kontaktierungselement 3a und damit auch mit der Überwurfmutter 3 leitend verbunden. Die Überwurfmutter 3 sitzt dabei im verschraubten Zustand fest auf einem nicht dargestellten Gegenstück. Im verschraubten Zustand des Rundsteckverbinders kann nur die axiale Lage des Kontaktierungselement 3a verändert werden.
3 zeigt den Rundsteckverbinder nach 2 in der Variante Schirm nicht aufgelegt. Dabei ist das Kontaktierungselement 3 auf der Überwurfmutter 3 nach vorne verschoben, so dass zwischen dem Kontaktierungselement 3a und dem vorderen Ende der Schirmhülse 60 die mit der Vorderkante des Griffkörpers 14 abschließt, ein isolierender Spalt entsteht, wodurch die elektrische Verbindung zwischen Überwurfmutter 3 und Schirmung 61 unterbrochen ist.
Durch diesen Spalt ist eine auf dem Kontaktträger 7 vorgesehene Farbmarkierung sichtbar.
Die 4 und 5 zeigen jeweils einen erfindungsgemäßen Rundsteckverbinder in nicht gewinkelter Ausführung.
Für die gewinkelte 90° Form und die nicht gewinkelte Form des Rundsteckverbinders ist jeweils nur die female Ausführung gezeigt.
Die Erfindung ist genauso bei der male Ausführung des Rundsteckverbinders realisierbar.
Beispielhaft ist in 6 die male Ausführung in gewinkelter Form dargestellt. Der wesentliche Unterschied zur female Form besteht darin, dass die Überwurfmutter 3 durch eine Gewindehülse 3b ersetzt ist und der Kontaktträger 7 nach vorne verlängert ist. Die Überwurfmutter 3 bzw. die Gewindehülse 3b dienen jeweils als Schraubelement eines Rundsteckverbinders auf dem das Kontaktierungselement 3a axial verschiebbar angeordnet ist.
7 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Erfindung. Mit Hilfe des beweglichen Kontaktierungselements 3a kann ein Hakenelement 4 am Kontaktträger 7 eingehakt und sicher fixiert werden.
Über das Hakenelement 4 kann die Schirmung 61 einfach in den Außenraum geführt werden und dort entsprechend dem Bezugspotential verbunden werden.
Das Hakenelement 4 kann vollständig leitend ausgeführt sein oder aber auch nur halbseitig leitend. Wie aus 7 ersichtlich ist das Kontaktierungselement 3a gerändelt, damit es ohne Werkzeug von Hand betätigt werden kann. Die Überwurfmutter 3 weist dagegen einen Außensechskant auf.
Nachfolgend ist die Funktion der Erfindung näher erläutert.
Der Anwender kann im Betrieb einer Anlage sehr einfach zwischen den beiden Varianten „Schirm aufgelegt” bzw. „Schirm nicht aufgelegt” wählen. Damit kann eine Anlage im Betrieb im Hinblick auf Störeinflüsse einfach optimiert werden. Hierfür dient das bewegliche Kontaktierungselement 3a. Durch die Verschraubung ist das Kontaktierungselement in beide Varianten sicher fixiert, so dass auch Vibrationen wie sie an Anlagenteilen häufig auftreten nicht zu einem unerwünschten Lösen des Kontaktierungselements führen können.
Für den Anwender ist durch die Farbmarkierung, die nur im Fall „Schirm nicht aufgelegt” sichtbar ist, sofort erkennbar an welchem Rundsteckverbinder die Schirmung aufgelegt bzw. nicht aufgelegt ist.
Das Schraubelement kann als Überwurfmutter 3 bzw. als Gewindehülse 3b ausgebildet sein. Die Erfindung ist somit für die male und für die female Ausführung einsetzbar.
Aufgrund des geringen Platzbedarfs insbesondere des Kontaktierungselements 3a kann die Erfindung sowohl bei geraden wie auch bei 90° Rundsteckverbinder realisiert werden.
Da sich der erfindungsgemäße Rundsteckverbinder nur relativ wenig von herkömmlichen Rundsteckverbinder unterscheidet, kann dieser sehr kostengünstig und einfach hergestellt werden.
In einer Weiterentwicklung der Erfindung weist die Schirmhülse 60 an der Vorderkante Federelemente (8) bzw. Noppen (9) auf, die entweder axial bzw. radial an der Hinterkante des Kontaktierungselements 3a anliegen. Damit ist auch bei einer thermischen Relaxation eine sichere Kontaktierung gegeben.
Ein weiterer Vorteil ist darin zusehen, dass das Kontaktierungselement 3a unverlierbar und auch nicht demontierbar ist.
Mittels des Hakenelements 4 können auch Störungen, wie sie bei Windkraftanlagen durch Blitzeinschläge auftreten können, sicher über einen separaten Erdanschluss abgeleitet werden, ohne dass es zu Schädigungen insbesondere der angeschlossenen Sensoren bzw. Aktoren kommt.
Insgesamt erlaubt die Erfindung eine Optimierung einer Anlage im Hinblick auf externe Störquellen (z. B. Funkeinrichtungen, Hochspannungsleitungen, starke Elektromotoren etc.) und eine einfache Anpassung an regionale, betriebliche Verordnungen bzw. Regeln zu Abschirmkonzepten.
Die Erfindung lässt sich einfach bei normierten Rundsteckverbinder z. B. M12 bzw. M8 insbesondere bei der Reihe ecolink der Fa. ifm electronic realisieren.

Claims

Rundsteckverbinder (100) mit einem abgeschirmten Anschlusskabel (11), mit einem elektrisch leitenden Schraubelement (Überwurfmutter (3)/Gewindehülse (3b)) zur Verschraubung mit einem Gegenstück, das auf einem Kontaktträger (7) aus Kunststoff beweglich angeordnet ist, wobei die Kontakte des Kontaktträgers (7) mit den Adern 11a) des Anschlusskabels (11) verbunden sind, mit einem Griffkörper (14) aus Kunststoff, der einen Endabschnitt des Anschlusskabels (11) umgibt, wobei im verschraubten Zustand des Rundsteckverbinders (100) ein axialer Abstand zwischen Griffkörper (14) und Schraubelement besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Schirmung (61) am steckerseitigen Ende des Griffkörpers (14) endet und an dem Schraubelement ein axial bewegliches Kontaktierungselement (3a) angeordnet ist, das im verschraubten Zustand zwischen einer ersten Position „Schirm aufgelegt” und einer zweiten Position „Schirm nicht aufgelegt” bewegbar ist, wobei in der ersten Position zwischen Schraubelement und Abschirmung eine elektrische Verbindung besteht und in der zweiten Position die elektrische Verbindung unterbrochen ist.
Rundsteckverbinder (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktierungselement (3a) auf das Schraubelement aufgeschraubt ist
Rundsteckverbinder (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass in der zweiten Position zwischen Schraubelement und Griffkörper (14) ein Spalt sichtbar ist, der den Blick auf eine farbliche Signalisierung freigibt.
Rundsteckverbinder (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schraubelement x eine Überwurfmutter (3) bzw. eine Gewindehülse (3b) ist.
Rundsteckverbinder (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rundsteckverbinder (100) ein M12 Industrie-Steckverbinder ist.
Rundsteckverbinder (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schirmhülse (60) an ihrer Vorderkante Federelemente aufweist, die in der ersten Position an der Hinterkante des Kontaktierungselements (3a) anliegen.
Rundsteckverbinder (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hakenelement (4) vorgesehen ist, das in den Spalt zwischen Kontaktierungselement (3a) und Griffkörper (14) einsetzbar ist und darin fixierbar ist.