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Die Erfindung betrifft einen elektrischer Rundsteckverbinder für die Automatisierungstechnik, insbesondere zur Energieversorgung von automatisierungstechnischen Geräten, mit Schlagschutz gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Derartige elektrische Rundsteckverbinder werden in verschiedenen Industriebereichen eingesetzt, z. B. als Steckverbinder M12 in gerader bzw. abgewinkelter 90° Ausführung. Sie werden in der Automatisierungstechnik eingesetzt und versorgen die automatisierungstechnischen Geräte, beispielsweise Sensoren, Aktoren und Verteilerboxen, mit Energie. Sie bestehen üblicherweise aus einem Griffkörper mit Anschlusskabel und einem an dem Anschlusskabel angebrachten Kontaktträger. Der Griffkörper umschließt abschnittsweise sowohl den Kontaktträger wie auch das Anschlusskabel. Es sind zwei Varianten des Rundsteckverbinders möglich, male (Pin) bzw. female (Buchse). Zur sicheren Verbindung eines Rundsteckverbinders (male/female) mit einem entsprechenden Gegenstück dient ein Schraubelement, das entweder als Überwurfmutter mit Innengewinde (female) bzw. als Gewindehülse (male) ausgebildet ist.
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Im Betriebszustand sind die automatisierungstechnischen Geräte, z.B. 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.
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Teilweise werden derartige Rundsteckverbinder in sehr rauen industriellen Umgebungen eingesetzt. Ein weiterer Einsatzbereich ist der Lebensmittelbereich (food), wo für die Anlagen strenge Hygienevorschriften gelten. Zur Reinigung werden hier säurehaltige oder basische Reinigungs-/Desinfektionsmittel eingesetzt.
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Ein weiterer großer Einsatzbereich ist der Fertigungs-/Werkzeugbereich (non food), wo die Anlagen andere Anforderungen erfüllen müssen. Für Rundsteckverbinder ist insbesondere die Ölbeständigkeit von großer Bedeutung. Außerdem müssen sie hohen Schock- und Schwingungsbelastungen standhalten.
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In beiden Bereichen (food/non food) werden auch Hochdruck-/Dampfstrahl-Reinigungsverfahren eingesetzt.
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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 Rundsteckverbinder einwirkt. Konfektionierbare Rundsteckverbinder, die diese Norm erfüllen, sind aus dem Ventilbereich bekannt. Sie weisen ein sehr stabiles voluminöses Gehäuse auf, das im Lebensmittelbereich aus Edelstahl sein muss. Solche Rundsteckverbinder sind deshalb teuer und sehr aufwendig in der Herstellung.
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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.
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Der abgewinkelte Rundsteckverbinder ifm EVC08A, als Stecker oder Kabeldose ausgebildet, erfüllt diese Norm und weißt dabei ein handliches flexibles Gehäuse auf.
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Für herkömmliche elektr. Rundsteckverbinder sind zum Schutz gegen mechanische Einwirkungen auch zusätzliche Schlagschutzelemente (Protektoren) bekannt. Diese Schlagschutzelemente weisen als Zusatzteile jedoch eine Vielzahl von Nachteilen auf. Sie können insbesondere bei einer Reinigungsprozedur unter Hochdruck bzw. bei einer mechanischen Reinigung, z.B. mit einer Reinigungsbürste, unbeabsichtigt gelöst werden. Ein Einsatz in sicherheitskritischen Anwendungen ist dadurch nicht möglich.
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Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen elektrischen Rundsteckverbinder für die Automatisierungstechnik, insbesondere zur Energieversorgung von automatisierungstechnischen Geräten, mit Schlagschutz zu schaffen, der die oben genannten Nachteile nicht aufweist, der insbesondere eine sehr hohe Schlagfestigkeit besitzt, der in unterschiedlichen Einsatzbereichen, insbesondere in sicherheitskritischen Anwendungen, eingesetzt werden kann, der trotzdem eine ausreichende Flexibilität besitzt, der einfach in der Handhabung ist und der außerdem einfach und kostengünstig herstellbar ist.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch folgende im Anspruch 1 angeführten Merkmale. Die Unteransprüche betreffen die vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung.
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Die wesentliche Idee der Erfindung besteht darin, bei einem elektrischen Rundsteckverbinder für die Automatisierungstechnik, insbesondere zur Energieversorgung von automatisierungstechnischen Geräten, ein speziell geformtes Schlagschutzelement vorzusehen, welches den Rundsteckverbinder auch bei hoher Krafteinwirkung optimal schützt. Die Energieversorgung befindet sich im Bereich von 10–36V und bis 4A maximal. Unter automatisierungstechnischen Geräten sind Sensoren, Aktoren und Verteilerboxen zu verstehen. Das Schlagschutzelement ist als Spritzteil aus Kunststoff, vorzugsweise aus einem Thermoplast oder Elastomer mit einer Härte von bis zu 80° Shore (D), ausgebildet. An seiner Innenseite weist es längsverlaufende Rippen zur Bildung einer Knautschzone auf. Dadurch wird die Bruchgefahr des Kontaktträgers zwischen Überwurfmutter und Griffkörper minimiert. Das Schlagschutzelement wird dabei vorzugsweise kabelseitig über den Griffkörper geschoben und verrastet bzw. verkantet sich an diesem. Dadurch wird ein versehentliches Ablösen des Schlagschutzelements vom Griffkörper verhindert, somit ist eine werkzeuglose Demontage nicht mehr möglich, beispielsweise bei Reinigungsarbeiten am Stecker oder beim An- oder Abschrauben des Steckergegenstücks.
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In einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich das Schlagschutzelement über die gesamte Länge des Griffkörpers. Dadurch werden einwirkende Kräfte optimal über den gesamten Schlagschutz aufgenommen und abgeleitet. Das Schlagschutzelement kann sowohl aus einem Metall, beispielsweise als Dreh- und/oder Tiefziehteil, als auch aus einem Kunststoffspritzteil geformt sein.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform erstreckt sich das Schlagschutzelement über den gesamten Rundsteckverbinder und umgibt den Griffkörper samt Überwurfmutter. Hierdurch wird ein noch wesentlich höherer Schlagschutz erreicht.
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Weiter vorteilhaft ist es, wenn das Schlagschutzelement und die Überwurfmutter beziehungsweise Gewindehülse einstückig ausgebildet sind.
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Insbesondere bei elektr. Rundsteckverbinder, die als gerade Stecker beziehungsweise Dosen ausgebildet sind, ist der Hebelarm gegenüber den gewinkelten Varianten verlängert und es wirken höhere Kräfte am Kontaktträger. Die Bruchgefahr des Kontaktträgers zwischen Überwurfmutter und Griffkörper nimmt erheblich zu. Das Schlagschutzelement verhindert durch Absorbation eines möglichen Schlages besonders gut ein Abbrechen des Kontaktträgers vom Griffkörper.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 Perspektivische Darstellung eines geraden Rundsteckverbinders mit einem Schlagschutzelement als Spritzteil am Griffkörper.
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2 Perspektivische Darstellung eines geraden Rundsteckverbinders mit einem Schlagschutzelement aus Metall am Griffkörper und über der Überwurfmutter.
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3 Perspektivische Darstellung eines geraden Rundsteckverbinders mit einem einstückigen metallenen Schlagschutzelement aus der Überwurfmutter hervorgehend.
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4 Frontansicht auf einen geraden Rundsteckverbinders gemäß 1
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5 Einen Schnitt durch den Rundsteckverbinder gemäß 4 längs der Linie A-A
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6 Einen Schnitt durch den Rundsteckverbinder gemäß 4 längs der Linie B-B
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In 1 ist ein gerader elektrischer Rundsteckverbinder mit Schlagschutz 1 mit einem über einem Griffkörper 13 angebrachten Schlagschutzelement 2 dargestellt. An seinem vorderen ersten Ende E1 weist der Rundsteckverbinder 1 eine Überwurfmutter 3 mit einem metrischen Innengewinde aus Metall (vorzugsweise Edelstahl, nicht dargestellt) und Schlüsselflächen für einen Maulschlüssel auf. Die Überwurfmutter 3 wird von einer entsprechenden metallischen Anschlaghülse (nicht dargestellt), 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 die Einzeladern (nicht dargestellt) eines Anschlusskabels 11 angeschlossen sind. Der Kontaktträger 7 und das Anschlusskabel 11 sind von dem Griffkörper 13, der vorzugsweise elastisch ist, zumindest teilweise umgeben. Der Griffkörper 13 schließt am vorderen ersten Ende E1 des Rundsteckverbinders 1 im Bereich der Anschlaghülse an die Überwurfmutter 3 an und liegt am hinteren zweiten Ende E2 des Rundsteckverbinders 1 formschlüssig am Kabelmantel des Anschlusskabels 11 an. Bei der male Variante weist der Kontaktträger 7 anstatt Buchsen Pins auf.
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Der Griffkörper 13 ist als Spritzgussteil ausgeführt.
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Der Rundsteckverbinder 1 wird mit einem nicht dargestellten Steckergegenstück, das passend ausgebildete Kontaktelemente 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.
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Um den Rundsteckverbinder 1 insbesondere als gerade Stecker- bzw. Dosenvariante im Ex-Bereich zu verwenden, wird dieser zusätzlich mit dem Schlagschutzelement 2 ausgestattet. Das Schlagschutzelement 2 ist rotationssymmetrisch aufgebaut und somit für die male- und female-Variante eines Steckers 1 bzw. Dose einsetzbar. Dabei kann das Schlagschutzelement 2, als Weichteil, vorzugsweise liegt die Härte bei 75 Shore A, oder als Hartteil, mit einer bevorzugten Härte von 80 Shore D, als ein Spritzteil aus einem Thermoplast oder Elastomer ausgebildet werden. Es wird vorzugsweise vom hinteren zweiten Ende E2 über den Griffkörper 13 in Richtung Überwurfmutter 3 aufgezogen.
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Das Schlagschutzelement 2 bildet durch innenliegende, in Axialrichtung zum Griffkörper 13 ausgebildete Dreieckslängsrippen 40, die vorzugsweise durchgängig sind, eine Knautschzone 45 zwischen jeweils zwei Dreieckslängsrippen 40. Über diese Knautschzone 45 kann mindestens ein 4 Joule-Stoß absorbiert werden. Hierdurch wird eine Beschädigung des Steckers 1, beispielsweise Bruch des Kontaktträgers 7 zwischen Überwurfmutter 3 und Griffkörper 13, bei Krafteinwirkung in dieser Größenordnung, verhindert. Zusätzlich erlauben die Dreieckslängsrippen 40 einem eindringenden Medium über die Knautschzone 45 abzufließen.
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Die Sicherung gegen eine werkzeuglose Demontage des Schlagschutzelements 2 erfolgt mittels Formschluss auf dem Griffkörper 13. Am hinteren zweiten Ende E2 des Griffkörpers 13 rastet der hintere Teil des Schlagschutzelements 2 ein und verhindert ein Abrutschen des Schlagschutzelements 2 in Richtung Anschlusskabel 11. Da der Griffkörper 13 sich vom vorderen ersten Ende E1 zum hinteren zweiten Ende E2 im Durchmesser verjüngt und das Schlagschutzelement 2 ebenfalls, verhindert dies ein Abrutschen des Schlagschutzelements 2 in Richtung Kontaktträger 7 bzw. in Richtung vorderes erstes Ende E1.
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Für die abgewinkelte Variante des Rundsteckverbinders 1 (male-/female-Variante) ist ein der abgewinkelten Griffkörpergeometrie angepasstes identisches Schlagschutzelement 2 mit gleichem Funktionsprinzip einsetzbar.
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Die Überwurfmutter 3 weist für alle Varianten des elektr. Rundsteckverbinders 1 (1–5) eine nach innen ragende Verzahnung auf (nicht dargestellt). Jeweils zwei Zähne der Verzahnung bilden Zwischenräume. Die Verzahnung wirkt mit einer entsprechenden an der Anschlaghülse vorgesehenen Gegenverzahnung (nicht dargestellt) zusammen. Die Gegenverzahnung ist an der Hinterkante eines Bunds vorgesehen. Die Gegenverzahnung 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.
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In 2 ist das Schlagschutzelement 2 aus Metall, insbesondere aus Edelstahl, beispielsweise als Tiefziehteil, dünnwandig geformt. Es erstreckt sich über die gesamte Länge des Rundsteckverbinders 1, d.h. bis über die Überwurfmutter 3. Durch die am vorderen ersten Ende E1 exakte Anpassung des Schlagschutzelements 2 an die äußere Kontur der Überwurfmutter 3, kann die eingeleitete Stossenergie direkt auf die Überwurfmutter 3 und den Griffkörper 13 abgeleitet werden. Dadurch wird ein hoher Schlagschutz gewährleistet, da insbesondere der sensible Bereich des Kontaktträgers 7 zwischen Überwurfmutter 3 und Griffkörper 13 mit abgesichert ist. Entgegen zur 1 ist das Schlagschutzelement 2 durch den Formschluss an die Überwurfmutter 3 drehbar gelagert. Mit einem Maulschlüssel kann der Rundsteckverbinder 1 wie gewohnt an das Steckergegenstück an- oder abgeschraubt werden.
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Vorzugsweise weist das Schlagschutzelement 2 an seinem hinteren zweiten Ende E2 Schlagschutzelementeinschnitte 41 auf, um ein leichteres Aufbringen an den Griffkörper 13 zu ermöglichen. Zusätzlich kann hierüber eindringendes Medium abfließen. Das Schlagschutzelement 2 wird vom hinteren zweiten Ende E2 über den Griffkörper 13 und über die Überwurfmutter 3 aufgeschoben und verkantet sich an der Griffkörpereinrastkante 42 und zusätzlich an der Überwurfmutteranschlagkante 43 (1). Ein versehentliches Ablösen des Schlagschutzelements 2 vom Griffkörper 13 in Richtung Anschlusskabel 11 oder in Richtung Kontaktträger 7 wird dadurch verhindert.
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Das Schlagschutzelement 2 liegt zwischen Überwurfmutter 3 und Griffkörpereinrastkante 42 nicht formschlüssig am Griffkörper 13 an und bildet dadurch eine Knautschzone.
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Zusätzlich hat das Schlagschutzelement 2 am hinteren zweiten Ende E2, in Längsrichtung des Griffkörpers 13, ein axiales Spiel im Bereich zwischen Griffkörpereinrastkante 42 und dem Schlagschutzelement 2. Ebenso hat das Schlagschutzelement 2 am oberen ersten Ende E1, in Längsrichtung des Griffkörpers 13, ein axiales Spiel im Bereich zwischen der Überwurfmutteranschlagkante 43 (1) und dem Griffkörper 13. Dieses axiale Spiel ist bedingt aufgrund der Verzahnung (nicht dargestellt) zwischen der Anschlaghülse (nicht dargestellt) und der Überwurfmutter 3.
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In einer gekürzten Variante des Schlagschutzelements 2 am vorderen ersten Ende E1 lässt sich dieses auch für die male-Variante des Rundsteckverbinders 1 verwenden.
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In 3 ist eine besondere Ausführungsform des geraden elektr. Rundsteckverbinders 1 dargestellt, der einen besonders hohen Schlagschutz gewährleistet. Dadurch wird ein Schlagtest nach ATEX-Norm (IEC60079-0) von mindestens 7 Joule erfüllt. Die Überwurfmutter 3 wird zusammen mit dem Schlagschutzelement 2 als einstückige Schlagschutzüberwurfmutter 44 ausgebildet. Die Schlagschutzüberwurfmutter 44 kann hierfür als einteiliges Drehteil oder zweiteilig aus Drehteil und angeschweißtem Tiefziehteil, beispielsweise aus Edelstahl, ausgebildet sein.
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Die Schlagschutzüberwurfmutter 44 wird direkt nach der Griffkörperumspritzung montiert und wird am vorderen ersten Ende E1 an einer entsprechenden metallischen Anschlaghülse (nicht dargestellt), die einen Kontaktträger 7 umschließt, drehbar gehalten und verkantet sich am hinteren zweiten Ende E2 an der Griffkörpereinrastkante 42. Der Griffkörper 13 kann in diesem Fall kürzer gehalten werden, was außerdem eine Reduzierung der Hebelwirkung bei Krafteinwirkung zur Folge hat. Gleichzeitig wird dadurch weniger Material für die Schlagschutzüberwurfmutter 44 benötigt.
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Zusätzlich sind am Griffkörper 13 Rippen (nicht dargestellt) in Längsrichtung des Rundsteckverbinders 1 angebracht, die die Anbindung an den Kontaktträger 7 erhöhen. Bohrungen (nicht dargestellt) in der Schlagschutzüberwurfmutter 44 im Bereich des Griffkörpers 13 ermöglichen einem eindringenden Medium abzufließen.
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Zusätzlich besitzt die Schlagschutzüberwurfmutter 44, am hinteren zweiten Ende E2, ein axiales Spiel in Längsrichtung des Griffkörpers 13 im Bereich zwischen Griffkörpereinrastkante 42 und der Schlagschutzüberwurfmutter 44. Dieses axiale Spiel ist bedingt aufgrund der Verzahnung (nicht dargestellt) zwischen der Anschlaghülse (nicht dargestellt) und der Schlagschutzüberwurfmutter 44.
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Die Schlagschutzüberwurfmutter 44 wird beim Anziehen über einen Maulschlüssel zusätzlich am hinteren Ende E2 des Griffkörpers 13 im Bereich der Griffkörpereinrastkante 42 verpresst. Somit wird das Öffnungsdrehmoment erhöht und eine werkzeuglose Demontage verhindert. Werden zudem die Schlüsselflächen an der Schlagschutzüberwurfmutter 44 verkleinert, wird eine werkzeuglose Demontage noch zusätzlich erschwert.
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In einer gekürzten und modifizierten Variante der Schlagschutzüberwurfmutter 44 als Gewindehülse an ihrem vorderen ersten Ende E1 lässt sich diese auch für die male-Variante des Rundsteckverbinders 1 verwenden.
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Die 4 zeigt den elektr. Rundsteckverbinder von 1 von vorne. Das Schlagschutzelement 2 bildet durch innenliegende, in Axialrichtung zum Griffkörper 13 ausgebildete Dreieckslängsrippen 40, die vorzugsweise durchgängig sind, eine Knautschzone 45 zwischen jeweils zwei Dreieckslängsrippen 40.
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Die 5 zeigt den Schnitt durch den Rundsteckverbinder gemäß 4 längs der Linie A-A. Die Knautschzone 45 erstreckt sich über die gesamte Länge des Schlagschutzelements 2. Auch an der Griffkörpereinrastkante 42 bildet es noch eine Knautschzone, die mindestens so groß ist, dass Flüssigkeiten wie Wasser ungehindert abfließen können.
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Die 6 zeigt den Schnitt durch den Rundsteckverbinder gemäß 4 längs der Linie B-B. Die an der Innenseite längsverlaufenden Rippen 40, vorzugsweise als Dreiecksrippen 40 ausgebildet, verlaufen bis zur Griffkörpereinrastkante 42 und liegen mindestens teilweise am Griffkörper 13 an.
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Nachfolgend ist die Funktion der Erfindung nochmals erläutert. Die Erfindung stellt einen elektrischen Rundsteckverbinder 1 für die Automatisierungstechnik, insbesondere zur Energieversorgung von automatisierungstechnischen Geräten, mit Schlagschutz 2 bereit, der insgesamt für sicherheitskritische Anwendungen geeignet ist, besonders durch die Ausgestaltung des Schlagschutzelements 2 und bevorzugt für gerade Steckervarianten. Das Schlagschutzelement 2 ist aus Kunststoff, dass auf seiner Innenseite längsverlaufende Rippen 40 aufweist. Der Innenraum zwischen den Rippen 40 bildet eine Knautschzone 45. Er erfüllt insbesondere die Norm IEC 60079-0. Eine solche Steckverbindung kann aufgrund der Sicherungsmittel im Betriebszustand nur mit einem Werkzeug gelöst werden. Der Rundsteckverbinder 1 ist für unterschiedliche Industriebereiche (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, da das Schlagschutzelement 2 den Griffkörper 13 schlank umgibt und daher platzsparend ist. Beschädigungen durch Querzugkräfte am Anschlusskabel 11 werden durch den flexiblen Griffkörper 13 und das Schlagschutzelement 2 aufgefangen. Der Rundsteckverbinder 1 kann auch in schneller Serienfertigung hergestellt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Elektr. Rundsteckverbinder mit Schlagschutz
- E1
- Erstes Ende
- E2
- Zweites Ende
- 2
- Schlagschutzelement
- 3
- Überwurfmutter
- 7
- Kontaktträger
- 9a–d
- Kontaktelemente
- 11
- Anschlusskabel
- 13
- Griffkörper
- 40
- Dreieckslängsrippe
- 41
- Schlagschutzelementeinschnitte
- 42
- Griffkörpereinrastkante
- 43
- Überwurfmutteranschlagkante
- 44
- Schlagschutzüberwurfmutter
- 45
- Knautschzone
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- ATEX-Norm (IEC60079-0) [0008]
- ATEX-Norm (IEC60079-0) [0039]
- Norm IEC 60079-0 [0048]
