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Die Erfindung betrifft einen Rundsteckverbinder für Industrieanwendungen mit einem Schraubelement.
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Aus der
DE 10 2005 056 563 ist ein Rundsteckverbinder für Industrieanwendungen mit einem Schraubelement bekannt, das eine Außenkontur aufweist, die als regelmäßiges Polygon mit einer 6-zähligen Symmetrie ausgebildet ist. Zur sicheren mechanischen und elektrischen Verbindung mit einem entsprechenden Gegenstück ist eine Rüttelsicherung vorgesehen.
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In verschiedenen Industriebereichen werden Rundsteckverbinder auch ohne eine spezielle Rüttelsicherung vielfach eingesetzt. Diese Rundsteckverbinder 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 dabei abschnittsweise sowohl den Kontaktträger wie auch das Anschlusskabel.
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Bekannt sind auch Bauformen, bei denen der Anwender das Kabel selbst an das Stecksystem anklemmen kann. Hier ist der Griffkörper als Gehäuse mit innen liegenden Kontaktklemmen ausgeführt.
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Zur Verbindung mit einem entsprechenden Gegenstück, das z. B. an einem Sensor/Aktor oder einer Verteilerbox, vorgesehen sein kann, ist das Schraubelement mit einem Gewinde vorgesehen. Es gibt zwei Varianten des Rundsteckverbinders male (Stecker) bzw. female (Buchse), wobei das Schraubelement einmal als Gewindehülse mit einem Außengewinde oder als Überwurfmutter mit einem Innengewinde ausgebildet ist.
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Im Betriebszustand sind z. B. 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 Spannungs- bzw. Stromversorgung der Sensoren bereitstellt.
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Zum Teil werden derartige Rundsteckverbinder in sehr rauen industriellen Umgebungen eingesetzt.
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Ein Einsatzbereich dieser Rundsteckverbinder ist der Lebensmittelbereich (food). In diesen Anlagen gelten strenge Hygienevorschriften. Zur Reinigung werden hier meist säurehaltige oder basische Reinigungs-/Desinfektionsmittel eingesetzt.
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Ein weiterer Einsatzbereich ist der Fertigungs-/Werkzeugbereich (non food), wo die Anlagen andere Anforderungen erfüllen müssen. Für Steckverbinder in diesem Bereich ist insbesondere die Kühl- bzw. Schmiermittelbeständigkeit von großer Bedeutung.
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In beiden Anwendungsbereichen (food/non food) können auch Hochdruck-/Dampfstrahl-Reinigungsverfahren eingesetzt werden.
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Das Eindringen von Flüssigkeiten in den Innenbereich eines Steckverbinders kann zur Korrosion an leitenden Bauteilen innerhalb des Steckverbinders führen und unter Umständen zum Ausfall der durch den Steckverbinder hergestellten elektrischen Verbindung.
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Je nach Anwendung kann der Ausfall einer einzigen Steckverbindung unter Umständen zum Stillstand einer ganzen Anlage führen und damit erhebliche Kosten verursachen.
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Bei einem Großteil der Rundsteckverbinder handelt es sich um M12 oder M8 Rundsteckverbinder, deren Spezifikationen mit Bemaßungen und Toleranzen in den Industrienormen DIN EN 61076-2-102 bzw. DIN EN 61076-2-104 definiert sind
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Das Schraubelement kann für eine Werkzeugbetätigung bzw. für eine werkzeuglose Handbetätigung ausgelegt sein.
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Im ersten Fall weist das Schraubelement eine 6-Kant oder 8-Kant-Außenkontur für einen Standardgabelschlüssel auf. Die Außenkontur stellt idealisiert im Schnitt ein regelmäßiges Polygon mit einer 6 oder 8-fachen Rotationssymmetrie dar. Die mathematisch richtige Bezeichnung der äußeren Form des Schraubelements ist „gerades Prisma mit einem regelmäßigen Polygon als Grundfläche“. Die sechs Mantelflächen sind idealisiert Rechtecke.
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Im zweiten Fall kann eine Rändelung für die werkzeuglose Betätigung notwendig sein, um das erforderliche Drehmoment zum sicheren Anziehen des Schraubelements händisch erzeugen zu können.
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Es gibt auch Rundsteckverbinder die sowohl ein Kantprofil für eine Werkzeugbetätigung wie auch eine Rändelung für eine Handbetätigung aufweisen.
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Steckverbinder mit Rändelungen sind aber insbesondere im Lebensmittelbereich (food) aus hygienischen Gründen nicht erwünscht.
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Das Anzugsmoment des Schraubelements muss für eine sichere, dichte und dauerhafte mechanische Verbindung und elektrische Kontaktierung bei einem M12 Rundsteckverbinder zwischen 0.6 Nm und 1.6 Nm betragen. Bei einem zu kleinen Anzugsmoment kann sich die Steckverbindung u. U. lösen, bei einem zu großen Anzugsmoment besteht die Gefahr, dass eine im Rundsteckverbinder vorgesehene Dichtung beschädigt wird.
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Insbesondere in Nassapplikation (Käsereien etc.), wo häufig auch Handschuhe getragen werden, ist es für den Anwender teilweise nicht möglich das erforderliche Mindestanzugsmoment von Hand zu erzeugen.
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Rundsteckverbinder werden auch in explosionsgefährdeten Bereichen (Ex-Bereich) eingesetzt.
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Gemäß der für den EX-Bereich geltenden EU-Vorschrift (ATEX) müssen Steckverbinder, die diese Anforderungen erfüllen folgenden Normen genügen EN 60079-15: 2010, EN 60079-0: 2009 bzw. EN 60079-31: 2009.
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Im Ex-Bereich besteht die Anforderung, dass eine stromführende Steckverbindung nicht werkzeuglos gelöst werden kann. Es sind deshalb Steckverbindungen bekannt, bei denen die Schraubelemente mittels aufklippsbarer Protektoren gesichert sind. Diese Protektoren können nur mit einem Werkzeug geöffnet werden. Nach dem Öffnen durch das Werkzeug kann der Anwender das Schraubelement auch von Hand lösen.
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Aus der
US 2010/0130061 ist Steckverbinder für ein Coax-Kabel bekannt, der eine Riffelung aufweist. Dieser Steckverbinder ist nur für eine Handbetätigung ausgelegt. Aufgrund der Oberflächenstruktur ist dieser Steckverbinder für Hygieneanwendungen nicht geeignet.
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Aufgabe der Erfindung ist es deshalb einen Rundsteckverbinder für Industrieanwendungen mit einem Schraubelement anzugeben, der zum einen gewährleistet, dass insbesondere in Nassapplikation das erforderliche Mindestdrehmoment von Hand erzeugbar ist und zum anderen gewährleistet, dass ein werkzeugloses Lösen eines sicher verschraubten Rundsteckverbinders, wie für den EX-Bereich gefordert, nicht möglich ist, der auch mit einem Standardgabelschlüssel betätigt werden kann und der außerdem einfach und kostengünstig herstellbar ist
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Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale.
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Die wesentliche Idee der Erfindung besteht darin, bei einem gattungsgemäßen Rundsteckverbinder die Außenkontur des Schraubelements nicht als regelmäßiges Polygon, wie bei herkömmlichen Schraubelementen sondern als asymmetrisches Polygon auszubilden, wobei einzelne Polygonseiten unterschiedlich stark geneigt sind.
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Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 herkömmlicher M12 Rundsteckverbinder für Industrieanwendungen in perspektiver Ansicht.
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2 erfindungsgemäßer M12 Rundsteckverbinder für Industrieanwendungen in perspektiver Ansicht
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3 Schraubelement eines erfindungsgemäßen Rundsteckverbinders nach 2 in Schnitt- und perspektivischer Darstellung
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4 Aufsicht und perspektivische Darstellung eines Schraubelements eines Rundsteckverbinders nach 2 mit einem Standardgabelschlüssel
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5 Aufsicht und perspektivische Darstellung eines Schraubelements eines Rundsteckverbinders nach 1 mit einem Standardgabelschlüssel
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In 1 ist ein herkömmlicher M12-Rundsteckverbinder (femal) dargestellt. An seinem vorderen ersten Ende weist der Rundsteckverbinder 1 als Schraubelement eine Überwurfmutter 3 mit einem metrischen Innengewinde M12 aus Metall (vorzugsweise Edelstahl, Messing oder Zink-Druckguß) und Schlüsselflächen 4a für einen Standard 6-Kant-Gabelschlüssel auf.
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Die Außenkontur der Überwurfmutter 3 gleicht im Schnitt einem regelmäßigen Polygon.
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Die Polygonseiten sind den Schlüsselflächen 4a zugeordnet.
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Die Überwurfmutter 3 wird von einer entsprechenden metallischen Anschlaghülse 5, die einen zylindrischen Kontaktträger 7 umschließt, drehbar gehalten. Im Kontaktträger 7 sind mehrere Kontaktelemente 9a,, 9b, 9c vorgesehen, die als Buchsen
ausgeführt sind und die an Einzelkabel 11b, c 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 des Rundsteckverbinders im Bereich der Anschlaghülse 5 an die Überwurfmutter 3 an und umgibt am hinteren Ende des Rundsteckverbinders 1 formschlüssig den Kabelmantel 15 des Anschlusskabels 11.
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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 Kontaktträgers 7 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.
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Der Haftvermittler wird bei der Fertigung im Überlappbereich auf den Kabelmantel 15, die Einzelkabel 11 sowie den Kontaktträger 7 aufgetragen.
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Der Rundsteckverbinder 1 wird mit einem nicht dargestellten Steckergegenstück, das passend ausgebildeten Kontaktelementen, aufweist, verbunden.
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Ein solches Gegenstück kann z. B. an einem Sensor, z. B. einem induktiven Näherungsschalter M12 IGT201 oder ein Drucksensor PN2020 beide Fa. ifm electronic gmbh, die für den Nassbereich zugelassen sind, vorgesehen sein. Im Betriebszustand ist der Sensor dann mit einer Steuer-/Auswerteeinheit über das Anschlusskabel 15 verbunden. Für die Anwendung ist die zuverlässige Übertragung von Sensordaten an die Steuer-/Auswerteeinheit von großer Bedeutung.
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Zur Abdichtung des Kontaktträgers 7 hauptsächlich gegen Flüssigkeiten ist ein elastisches Dichtelement 17 aus FPM/FKM (Viton) vorgesehen.
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Die Anschlaghülse
5 ist als Sicherungselement für eine aus der
DE 10 2005 056 563 bekannten Rüttelsicherung ausgebildet und weist deshalb an einer Seitenkante mehrere Schrägflächen
5a auf, die mit entsprechenden an der Überwurfmutter
3 vorgesehenen überstehende Zähne als Gegenflächen, so wirken, dass die Überwurfmutter
3 relativ leicht verschraubt aber nur entsprechend schwer gelöst werden kann.
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In 2 ist ein erfindungsgemäßer Rundsteckverbinder dargestellt. Im Unterschied zu dem in 1 dargestellten Rundsteckverbinder ist hier die Außenkontur des Schraubelements 3´ erfindungsgemäß gestaltet.
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Die genaue Form der Außenkontur des Schraubelements 3´ ist 3 aufgrund der vergrößerten Schnittdarstellung bzw. perspektivischen Ansicht besser erkennbar.
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Die Außenkontur des Schraubelements 3´ gleicht im Schnitt einem nichtregelmäßigen Polygon, das wie dargestellt eine 6-zählige Rotationssymmetrie aufweist. Der sich wiederholende Abschnitt der Außenkontur, der einen Winkelbereich von 360°/6 überdeckt ist mit AA bezeichnet. Dieser Abschnitt AA weist eine längere Polygonseite S1 und eine kürzere Polygonseite S2 auf. Diese beiden Seiten S1 bzw. S2 schneiden einen gedachten Mittelkreis MK unter einem Winkel α < 30° bzw. β > 60°.
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Die Figuren 4 + 5 zeigen in Aufsicht und perspektivische Darstellung einen Standardgabelschlüssel SG mit einem herkömmlichen bzw. erfindungsgemäßen Schraubelement. Der Bereich des Schraubelements an dem ein Werkzeugschlüssel bzw. die Finger des Anwenders angreifen wird auch als Betätigungsabschnitt BA bezeichnet. Bei einer Überwurfmutter erstreckt sich der Betätigungsabschnitt fast über die ganze des Schraubelements, bei einer Gewindehülse nur über einen kleineren Abschnitt der Gewindehülse.
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Nachfolgend ist die Funktion des erfindungsgemäßen Rundsteckverbinders näher erläutert. Durch die asymmetrische Außenkontur des Schraubelements kann ein Anwender auch in Nassbereichen von Hand ein ausreichendes Drehmoment aufbringen, um eine sichere elektrische und mechanische Verbindung mit dem Gegenstück zu gewährleisten. Die Kraft, die der Anwender mit seinem Daumen und seinem Zeigefinger erzeugen kann, steht quasi senkrecht auf die die Polygonseite S2 zugeordnete Eintragsfläche F2. Die Abrutschgefahr ist auch bei einer feuchten Oberfläche relativ gering.
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Nach der Handbetätigung ist die Steckverbindung ausreichend dicht, damit keine Flüssigkeit in den Innenbereich des Rundsteckverbinders gelangen kann. Durch die Rüttelsicherung erhält der Anwender in vorteilhafter Weise ein haptisches Signal (2-Klicks), das ihm die sichere Verbindung anzeigt.
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Die Steckverbindung kann auch mit einem Schutzhandschuh sicher getätigt werden.
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Zum Lösen dieser getätigten Schraubverbindung benötigt der Anwender ein Werkzeug, da er aufgrund der Asymmetrie der Eintragsflächen über die der Polygonseite S1 zugeordnete Eintragsfläche F1 weniger Drehmoment erzeugen kann, da diese Eintragsfläche F1 relativ flach verläuft. Nur die Reibungskraft die senkrecht zur Normalkraft steht, trägt zum Drehmoment bei.
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Ähnliche Überlegungen gelten auch für den Einsatz von Steckverbindern im EX-Bereich.
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Wird eine Steckverbindung mit dem entsprechenden Drehmoment getätigt z. B. mit einem Drehmomentschlüssel, so darf sie werkzeuglos nicht mehr lösbar sein. Auch durch die leicht abgeschrägte Eintragsfläche F1 kann ein Anwender von Hand nicht das für das Lösen notwendige Drehmoment erzeugen.
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Protektoren, wie sie für Schraubelemente herkömmlicher Steckverbindern im EX-Bereich erforderlich sind, werden bei dem erfindungsgemäßen Rundsteckverbinder nicht mehr benötigt.
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Die Erfindung kann relativ kostengünstig realisiert werden, weil bei einem bereits vorhandenen Rundsteckverbinder nur das Schraubelement abgeändert werden muss.
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In vorteilhafter Weise ist das Schraubelement einstückig ausgebildet.
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Zur Betätigung des Schraubelements 3´ wird kein Spezialwerkzeug benötigt, weil die Außenkontur AK des Schraubelements zu einem Standardgabelschlüssel passt.
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Die Erfindung ist besonders für M8 und M12 Rundsteckverbinder geeignet. Durch eine am Rundsteckverbinder vorgesehene Rüttelsicherung wird der vorteilhafte Effekt der Erfindung noch verstärkt.
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Die asymmetrische Kontur ist sowohl bei einer Gewindehülse mit Außengewinde, wie auch bei einer Überwurfmutter mit Innengewinde als Schraubelemente realisierbar. Wobei der Betätigungsabschnitt im Falle einer Gewindehülse nur auf den Endabschnitt beschränkt ist.
