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Die Erfindung betrifft einen mechanischen Gerätestecker, insbesondere einen Niederspannungs-Steckverbinder als Kupplung oder als Stecker mit wahlfreiem Kabelgang.
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Umgangssprachlich werden solche Gerätestecker als Kabelkupplungen beziehungsweise Kabelbuchsen für Netzspannung im Niederspannungsnetz bezeichnet, die direkt in die Endgeräte – wie elektrische Haushaltsgeräte und Kleinverbraucher – eingesteckt werden und der Stromversorgung dieser elektrischen Geräte dienen. Die korrekte technische Bezeichnung für den
- – Steckverbinder mit Buchsen lautet Kupplung und den
- – Steckverbinder mit Stiften lautet Stecker.
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Gerätestecker und -steckdosen unterliegen einer internationalen Normung durch die International Electrotechnical Commission (IEC); einphasige Ausführungen sind in der Norm IEC 60320 definiert und Gerätestecker und -steckdosen für Dreiphasenwechselstrom sind in der Norm IEC 60309 festgelegt. Solche Netzanschlußleitungen bestehen aus einer flexiblen Netzzuleitung mit einem länderspezifischen Stecker für Niederspannungsanschluß sowie einer berührungsgeschützten Geräte-Kabelkupplung als Gerätestecker oder -dose an dem anderen Leitungsende. Die ggf. spannungsführenden Kontakte sind durch Isolierung einer entsprechenden Bauform berührungsgeschützt; die Buchsen sind isoliert, die Stifte sind im nichtgesteckten Zustand spannungslos.
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Die einphasigen IEC 60320-Verbindungen sind gekennzeichnet durch den Buchstaben C gefolgt von einer ungeraden Zahl für die Buchse und von der folgenden geraden Zahl für den Stecker gleichen Typs. Klassifiziert werden die Steckverbindungen neben Buchse oder Stecker nach
- – mit/ohne Erdungsanschluß
- – Schutzklasse I oder II
- – Höhe der Strombelastbarkeit 0,2 A, 2,5 A, 6 A, 10 A, 10 A/15 A, 16 A/20 A
- – Höhe der maximalen Temperatur 70°C, 120°C, 155°C
- – Ausführung mit
+ runden (rd.) Stiften/Buchsen
+ senkrechten (sk.) Flach-(fl.)stiften/buchsen
+ waagerechten (wg.) Flach-(fl.)stiften/buchsen
- – Kontaktabstand 6,6 mm, 8,6 mm, 10 mm, 13 mm, 14 mm
- – Kabelgang mittig, rechts, links.
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Der Kabelgang ist definiert durch die Lage des Kabelausgangs bei gesteckter Verbindung mit Blick auf die gesteckte Verbindung.
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Bekannte einphasige Typen sind
- – Rasiererstecker nach IEC 60320-C01 – rd., ohne Erde, SK II, 0,2 A, 70°C
- – Kleeblattkupplung nach IEC 60320-C05/C06 – rd., mit Erde, SK I, 2,5 A, 70°C
- – Kleingerätestecker nach IEC 60320-C07 – rd., ohne Erde, SK II, 2,5 A, 70°C
- – Kaltgerätestecker nach IEC 60320-C13/C14 – fl./sk., mit Erde, SK I, 10 A/15 A, 70°C
- – Warmgerätestecker nach IEC 60320-C15/C16 – fl./sk., mit Erde, SK I, 10 A/15 A, 120°C
- – Heißgerätestecker nach IEC 60320-C15A/C16A – fl./sk., mit Erde, SK I, 10 A/15 A, 155°C
- – Kaltgerätestecker nach IEC 60320-C19/C20 – fl./wg., mit Erde, SK I, 16 A/20 A, 70°C.
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Die hier vorgestellte Entwicklung betrifft insbesondere IEC 60320-Steckverbindungen der Typen C09/C10...C23/C24. Häufig werden fertig konfektionierte Netzanschlußleitungen aus einer flexiblen Netzzuleitung mit einem länderspezifischen Stecker für Niederspannungsanschluß sowie einer berührungsgeschützten Geräte-Kabelkupplung als Gerätestecker oder -dose an dem anderen Leitungsende den Elektrogeräten mit korrespondierendem Einbaustecker beigefügt, wobei der Kabelgang keine Berücksichtigung findet.
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Ein mittiger Kabelgang erhöht bei gesteckter Verbindung die Einstelltiefe eines Elektrogeräts erheblich; ein linker Kabelgang benötigt bei einem linksseitig verbauten korrespondierenden Geräte-Einbaustecker – mit Blick auf die Situation – einen Freiraum, den die Einbausituation nicht unbedingt hergibt. Entsprechendes gilt für den rechten Kabelgang einer Steckverbindung bei einem rechtsseitig verbauten Geräte-Einbaustecker. Weist der abgewinkelte linke oder rechte Kabelgang nicht nach außen sondern nach innen, wird ein erheblicher Gerätefreiraum benötigt, der üblicherweise weiteren sonstigen Geräte-Steckplätzen vorbehalten ist.
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Durch die mechanische Kodierung der Steckverbindung – außer bei C01-/C02-, C07-/C08- und C09-/C10-Verbindungen – ist die 180°-Drehung eines Verbindungsteils durch den Anwender nicht möglich, vor allem nicht des verbauten Geräte-Einbausteckers. Die Fertigungsvorbereitung und die Lagerhaltung der hier vorgestellten 14 Steckverbinder sind schon ohne die Kabelgang-Variation erheblich und erhöhen sich im Extremfall um den Kabelgang-Faktor 3.
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Im folgenden wird der Stand der Technik von mechanischen Gerätesteckern, insbesondere von Niederspannungs-Steckverbindern als Kupplung oder als Stecker mit wahlfreiem Kabelgang gewürdigt; gemäß dem Stand der Technik sind, je nach Anwendungsbezug, eine Vielzahl von Typen von mechanischen Gerätesteckern, insbesondere von Niederspannungs-Steckverbindern als Kupplung oder als Stecker mit wahlfreiem Kabelgang im Einsatz.
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Die internationale Anmeldung
WO 2010/145 702 stellt eine elektrische Einbaudose mit Steckerstiften als Geräte-Steckverbindung für Netzanschlüsse vor, wobei die Steckkontakte jeweils mit einer Faltenbalgdichtung versehen sind. Dadurch wird erreicht, daß der Gerätestecker eine Dichtheit gegen Staub und Wasser von einem hohen International Protection/Ingress Protection(IP)-Schutzgrad gegen ein elektrisches Gerät und gegen die Kontakte des Gerätesteckers erzielt und vor Staubablagerung und vor Eindringen von Staub oder Wasser geschützt ist. Die Faltenbalgdichtung ist ringförmig oder eckig ausgebildet, weist mindestens eine Rippe auf und kann auf handelsübliche Steckkontakte – wie Steckerstifte von Leiter (L)/Neutral (N)/Erde (E)-Anschlüssen – aufgebracht werden. Die Rippe bzw. der Balg knickt beim Einsetzen der Gerätesteckdose in den Gerätestecker ein und stellt so den gewünschten IP-Schutzgrad sicher. Der Kabelgang ist beispielhaft mittig ausgeführt; er ist nicht Gegenstand der Betrachtung.
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Das deutsche Gebrauchsmuster
DE 299 17 687 /europäische Patentanmeldung
EP 1 142 071 /internationale Anmeldung
WO 2001/026 188 sieht einen Gerätestecker/-dose zum Anschließen eines elektrischen Geräts an ein Stromnetz vor. Der Gerätestecker besteht dazu aus einer Basiseinheit zum elektrischen Verbinden der Gerätestecker mit dem Stromnetz, einer Anschlußeinheit zum Verbinden des elektrischen Geräts mit dem Gerätestecker und mindestens einer Schutzeinheit, die zwischen der Basiseinheit und der Anschlußeinheit angeordnet ist, wobei die Basiseinheit, die Anschlußeinheit und die Schutzeinheit modular aufgebaut und steckbar angeordnet sind. Durch den modularen Aufbau können für verschiedene Anwendungen gleiche Einheiten verwendet werden, zwischen Basiseinheit und Anschlußeinheit können unterschiedliche Schutzeinheiten angeordnet werden; auch läßt sich eine Schutzfunktion durch Kombination verschiedener Schutzeinheiten baukastenmäßig zusammenstellen. Kabelgang ist keiner vorgesehen, da die Gerätedose für rückwärtige Platinen-Lötbefestigung und -kontaktierung ausgelegt ist.
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Die slowakische Patentanmeldung
SK 11 62-97 stellt eine elektrische geräte-/herstellerspezifische Netzanschlußleitung für einen elektrischen Verbraucher vor, deren eines Ende mit einem genormten Schutzkontakt(Schuko)-Stecker versehen ist und deren zweites Ende einen nichtgenormten, etwa oval ausgeformten Gerätestecker mit Geräte-Kabelkupplung aufweist, die außen zwei Vierkant- und innen eine Rundstift-Verbindungsaufnahme vorsieht. Der Kabelgang ist mittig vorgesehen. Neben der Vielzahl von genormten IEC-Steckverbindungen gibt es noch weitere geräte-/herstellerspezifische Lösungen.
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Die schweizerische Patentanmeldung
CH 3 05/94 /europäische Anmeldung
EP 666 617 beschreibt einen Gerätestecker mit Sicherung derart, daß die Sicherung auf der dem Geräteinnern zugewandten Seite des Gerätesteckers bzw. der -dose vorgesehen ist und das Auswechseln des Sicherungseinsatzes nur bei geöffnetem Gerät von innen erfolgt. Es entfällt der Aufwand eines zusätzlichen Bauteils, das separat montiert und angeschlossen werden muß. Es ist der Einsatz sehr einfach gehaltener Sicherungshalter möglich, wegen der geschützten Lage sind keine besonderen Vorkehrungen bezüglich zusätzlicher Isolierung zu treffen – weder Berührungsschutz noch besondere Abdichtungen des Sicherungshalters sind vorzusehen. Vorteilhaft kann die Sicherung zwischen dem nach außen ragenden Steckstift und dem inneren Anschluß des Steckers plaziert werden; Kabelgang ist keiner vorgesehen, da die Gerätedose für Platinen-Lötbefestigung und -kontaktierung ausgelegt ist.
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Gemäß der deutschen Patentanmeldung
DE 43 16 962 /europäische Anmeldung
EP 625 806 wird ein elektrischer Gerätestecker mit einem angespritzten Steckerteil und einer Halteplatte für die Kontaktfedern vorgestellt, bei dem zwecks der Erhöhung der elektrischen Spannungsfestigkeit und der Sicherheit eine Schutzkappe vor dem Anspritzen des Steckerteils auf die Halteplatte bzw. deren Trennstege gesteckt wird, um den Raum um die Kontaktstellen zwischen den Anschlußstiften bzw. Kontaktfedern und den Leiterenden der Versorgungsleitungen nach außen hin und gegeneinander abzusichern bzw. abzudecken. Dis Schutzkappe ist der Kontur des Gerätesteckers entsprechend ausgebildet und überkragt den gesamten Raum über den genannten Kontaktstellen; der Kabelgang ist mittig ausgebildet, eine Varianz ist nicht beansprucht.
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Die deutsche Patentanmeldung
DE 42 00 301 /europäische Anmeldung
EP 551 068 offenbart einen modularen elektrischen Gerätestecker mit einem mittigem Kabelgang, der aus einem Isolier-Kunststoffgehäuse mit nach außen offenen Federkammern für jeweils ein Kontaktelement besteht und wobei sich das Isolier-Kunststoffgehäuse aus einem die Federkammern aufweisenden Kopfteil und einem die Kontaktstellen zwischen den Kontaktfedern und der Versorgungsleitung isolierenden und partiell den Kopfteil übergreifenden angespritzten Steckerteil und eine vor dem Anspritzen des Steckerteils partiell in den Kopfteil eingeführte Halterung zusammensetzt, wobei die aus den Kontaktfedern und den Anschlußbuchsen bestehenden einstückigen Kontaktelemente in die Halterung eingespritzt sind. Damit entsteht ein Gerätestecker, bei dem während der stufenweisen Herstellung die Kontaktelemente fest in der Halterung fixiert sind; ein variabler Kabelgang ist nicht vorgesehen.
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Die deutsche Patentanmeldung
DE 38 07 717 /europäische Anmeldung
EP 332 035 stellt einen elektrischen Gerätestecker mit einem Isolierstoffgehäuse mit nach außen offenen Federkammern vor, in die jeweils eine Kontaktfeder eingesetzt ist, wobei eine vor dem Anspritzen des Steckerteils auf das inelastische Formteil aufgesetzte Halteplatte vorgesehen ist, die der Anordnung der Federkammern entsprechend die Kontaktfedern trägt und an zwei sich gegenüberliegenden Kanten jeweils einen in Richtung der Anschlußstifte gerichteten Steg aufweist, wobei die Stege an ihrer freien Seite mit einer parallel zur Haltplatte liegenden Deckplatte miteinander verbunden sind, in der koaxial zu den Anschlußstiften je ein konisches Durchgangsloch vorgesehen ist.
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Die Maßnahme dient der Vereinfachung der Steckerfertigung und verbessert gleichzeitig die elektrische Sicherheit; ein wahlfreier Kabelgang ist nicht angesprochen.
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Mit dem deutschen Gebrauchsmuster
DE 87 15 003 wird ein dreistiftiger elektrischer Gerätestecker bekannt, der – mit einer Anschlußleitung an den Federstiften versehen – automatisch gefertigt wird. Dazu werden die Federstifte in einer Halteplatte einstückig geführt und in die Federkammern eines hohzylinderförmigen inelastischen Kunststoff-Formteils eingeführt, wobei die Halteplatte über einen Ansatz und eine komplementäre Hinterschneidung in der Stirnseite formschlüssig eingesetzt wird. Dadurch wird erreicht, daß beim folgenden Umspritzen des inelastischen Formteils für das elastische, zum Teil überlappend aufgespritzte Steckerteil mit der Anschlußleitung und den Kontaktfedern in die die Federkontakte aufnehmenden Federkammern kein Kunststoffmaterial eindringen kann. Der Kabelgang ist beispielhaft mittig ausgeführt; er ist nicht Gegenstand der Betrachtung.
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Die deutsche Offenlegungsschrift
DE 31 56 503 betrifft einen Gerätestecker mit einem Gehäuse und mit elektrischen Anschlüssen im Innern des Gehäuses, bei dem das Gehäuse mindestens einen lichtdurchlässigen Bereich aufweist, bei dem im Innern des Steckergehäuses eine Lichtquelle derart angeordnet ist, daß sie aufleuchtet, wenn an mindestens einem der elektrischen Anschlüsse eine Speisespannung anliegt, und bei dem das Aufleuchten der Lichtquelle durch den lichtdurchlässigen Bereich hindurch auf der Außenseite des Gehäuses sichtbar ist. Der Benutzer soll durch das Aufleuchten der Lichtquelle deutlich darauf aufmerksam gemacht werden, daß auch der vom Gerät getrennte Gerätestecker über die Anschlußleitung noch mit dem Anschlußnetz in Verbindung steht und spannungsführend ist. Für den Gerätestecker ist ein mittiger Kabelgang vorgesehen; eine Varianz des Kabelgangs ist nicht thematisiert.
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Alle vorgestellten Veröffentlichungen eignen sich nur bedingt oder gar nicht für den spezifischen Einsatz eines mechanischen Gerätesteckers, insbesondere nicht für einen Niederspannungs-Steckverbinder als Kupplung oder als Stecker mit wahlfreiem Kabelgang. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Einrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, einen mechanischen Gerätestecker, insbesondere einen Niederspannungs-Steckverbinder als Kupplung oder als Stecker mit wahlfreiem Kabelgang zu schaffen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst; auf vorteilhafte Ausgestaltungen nehmen die Unteransprüche Bezug.
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Ziel ist der Aufbau eines mechanischen Gerätesteckers – insbesondere eines Niederspannungs-Steckverbinders als Kupplung oder als Stecker mit wahlfreiem Kabelgang – vorzugsweise die IEC 60320-Steckverbindungen der Typen C9/C10...C23/C24 betreffend. Jedoch ist die Lösung für einen ausgewählten Steckverbinder auf andere Steckverbinder der Kategorie übertragbar. Der entwicklungsgegenständliche Gerätesteckverbinder als Stecker oder als Kupplung besteht aus einem Kunststoff-Steckerteil mit innenliegenden elektrischen Kontakten – Buchsen oder Stiften – wobei dieses Steckerteil mechanische Abmessungen aufweist, die der Norm IEC 60230 entsprechen.
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Dem Steckerteil schließt sich an dem der Steckrichtung abgewandten Ende eine Kabelaufnahme-, -anschluß- und -verbindungsdose an, die
- – mehrere Kabelgänge vorsieht
- – das Anschlußkabel aufnimmt
- – das Kabel zugentlastend befestigt
- – die abgemantelten Aderenden aufnimmt
- – die ggf. elektrische Schraub-, Löt- oder Steckkontakte plaziert
- – die abisolierten Aderenden den elektrischen Kontakten zuführt
- – eine stete elektrisch niederohmige Verbindung ermöglicht.
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In einer weiteren Ausprägungsform der erfinderischen Neuheit ist ein solcher Dosenteil vorzugsweise im wesentlichen als flacher geschlossener Kunststoff-Hohlzylinder ausgeführt, der einstückig mit dem Steckerteil verbunden ist, wobei die Zylinderwand ab der Verbindungsstelle Steckerteil im Bereich des Steckerteils offen unterbrochen ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Steckverbinder aus Stecker- und Dosenteil aus fertigungstechnischer Sicht aus zwei, in axialer Richtung geschnittenen Halbschalen hergestellt, die an geeigneter Stelle durch eine Schraub- oder Rastverbindung haltend verbunden sind. Bekanntermaßen sind – bezogen auf die elektrische Sicherheit
- – die sogenannten Luft- und Kriechstrecken einerseits einzuhalten sowie
- – andererseits darf der elektrische Zugang nur mittels Werkzeug möglich sein.
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Luft- und Kriechstrecken sind definiert als die kürzeste mögliche geometrische Strekke zwischen elektrische Spannung führenden Teilen, wobei die Strecke eine spannungsabhängige Mindestlänge aufweisen muß.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Deckelflächen des hohlzylinderförmigen Dosenteils entgegen der Steckrichtung in radialer Richtung entsprechend der Flächennormalen leicht gewölbt sind, was den Dosenteil wie einen Griff aussehen und ergonomisch wirken läßt, um dem Steckverbinder eine verbesserte Handhabbarkeit – vor allem in der Abzugsrichtung – zu verleihen.
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Gemäß einer weiteren Ausprägung der Erfindung sind – um der Steckverbindung ihre charakteristischen Eigenschaften zu verleihen – auf den Seitenflächen der hohlzylinderförmigen Dose – je hälftig auf die obere und untere Halbschale des Anschluß-Dosenteils verteilt – kreisförmige Aussparungen vorgesehen, die – sauber entfernt – als mögliche Kabeleinführungen wirken. Gegenüber diesen Aussparungen befindet sich im Dosen-Innenraum je eine Kabelaufnahme, die aus einer bodenverstärkenden Stütze als Auflage besteht, die beidseitig durch je einen axial angeordneten zylindrischen Gewindedom begrenzt wird.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform trägt eine zusätzliche Fixierung der Gewindedome mit der Dosen-Innenwand der entsprechenden Halbschale durch einen angespritzten Steg zur Stabilisierung des Steckverbinderaufbaus bei. Eine weitere Verbindung der Gewindedome stellt eine leicht konvex gebogene Kabelschelle dar, deren durchbohrte Enden abstandsmaßlich mit den Gewindesackbohrungen zweier stützverstärkter Dome übereinstimmt, und die in Verbindung mit einem eingeführten und schraubbefestigten Kabel eine nötige Zugentlastung für dasselbe bildet.
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Eine weitere Ausprägungsform der erfinderischen Neuheit ist dadurch gegeben, daß der Durchmesser der sich durch Auflagenstütze und Kabelschelle ergebenden Kabelöffnung sich nach der Strombelastbarkeit der Steckverbindung und dem hierfür zu verwendenden Kabel und dessen Mantel-Durchmesser richtet. Der maximale Kabelmantel-Durchmesser sowie die damit korrespondierende Dimensionierung der Kabelaufnahme und deren Anzahl bestimmen – neben den Luft- und Kriechstrecken – das Volumen des Anschluß-Dosenteils, während die Abmessungen des Steckerteils durch den Steckertyp Cxx und die damit vorgegebene Steckernorm fixiert sind.
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Eine weitere Ausprägungsform der erfinderischen Neuheit ist dadurch gegeben, daß die Gestaltung – rund oder flach – und die Anordnung – senkrecht oder waagerecht – der elektrisch leitenden Kontaktfedern durch den gewählten Steckertyp Cxx vorgegeben ist und die Abmessungen desselben weitestgehend genormt sind. Die Kontaktfedern – ausgeprägt als Buchse für Kupplungen oder als Stifte für Stecker – sind meist in dafür passend bemessenen freigeschnittenen Räumen selbsthaltend eingelegt und eingedrückt und sind nach dem Zusammenfügen von Ober- und Unterschale des Steckerteils unverlierbar fixiert.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die ggf. vorhandene Schutzkontaktfeder oft an ihrem steckerabgewandten Ende mit einer eingepreßten Mutter versehen und zusätzlich am Boden der Halbschale der Dose fixiert, wobei die Preßmutter die Schraube für die Schraubbefestigung der anderen Halbschale der Dose aufnimmt. Andere Verbindungstechniken zwischen Dosenober- und -unterschale – wie werkzeugunterstützte Rastverbindungen – sind gegeben. Die Enden der Kontaktfedern bilden meist auf diesen aufgeschweißte metallische aderendenaufnehmende Schraubkontakte, deren Abmessungen in Abhängigkeit des vorgesehenen Steckertyps Cxx mit seiner Strombelastbarkeit stehen. Auch an dieser Stelle sind statt der Schraubkontakte elektrische Federsteckverbindungen möglich. Der Doseninnenraum bietet ausreichend Platz für die Aufnahme der Enden des mantelbefreiten Kabels.
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Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß für eine mögliche Steckverbindung als Kupplung oder Stecker mit m 360°/n-versetzten Kabelgängen – mit n = m + 1 – neben den m Gehäuseaussparungen m Kabelaufnahmen vorzusehen sind, deren seitliche, in Summe n = m + 1 Gewindedome als regelmäßiges n-Eck angeordnet werden, so daß für die m Kabelgänge stets nur eine Kabelschelle und zwei Befestigungsschrauben benötigt werden. Entsprechende Lösungen ergeben sich für m = 3, 4, 5, 6, ..., bzw n = 4, 5, 6, 7, ..., wenn der – beispielhaft – kreisförmige Umfang des Dosen-teils ohne die genormte Abmessung des Steckerteils symmetrisch aufgeteilt wird. Statt eines zylinderförmigen Dosenteils ist auch die Wahl und Ausprägung eines in der Grundfläche polygonartigen n-Ecken-Dosenteils – den Anordnungen der Kabelaufnahmen folgend – gegeben. Weiterhin können auch die beispielhaft schraubbefestigten Kabelaufnahmen und Zugentlastungen durch andere haltende – wie rastende – Verbindungstechniken ersetzt werden.
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Während der Steckerteil der Steckverbindung als Kupplung oder Stecker maßlich einer IEC-Norm unterliegt, orientiert sich die Entwicklung des Dosenteils an den Kundenanforderungen – wie z. B. die Anzahl und die Lage der möglichen Kabelgänge. Dafür sind in dem Dosenteil entsprechende Aussparungen und anzahlmäßig passende Kabelaufnahmen vorgesehen, bestehend je aus einer Zugentlastung mit Stütze, seitlichen Gewindedomen, Kabelschelle und Befestigungsschrauben. Die geometrische Gestaltung des Doseninnern orientiert sich in einer Ersatzanordnung an einem regelmäßigen n-Sehnen-Vieleck – mit n gleichen Innenwinkeln und n gleichen Seiten- oder Kantenlängen – bei dem die Anzahl und die Position der Gewindedome die Eckpunkte des Vielecks oder Polygons positionieren, die Stützen und die Schellen die Seitenlängen und die Seitenwand des hohlzylinderförmigen Dosenteils den Umkreis des Vielecks.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausprägung der Entwicklung benötigt ein Dosenteil mit m Kabelgängen n = m + 1 Gewindedome, m Stützen, stets 1 Schelle und 2 Befestigungsschrauben. Der die Schellenabmessungen bestimmende Kabeldurchmesser beträgt d = 7 mm...9 mm; die Breite des Steckerteils der Steckverbindung als Stecker mißt ca. b = 23 mm, die Höhe ca. h = 16 mm, und als Kupplung ca. b = 28 mm und die Höhe etwa h = 21 mm, wobei diese Maße Einfluß auf den Entwurf des Dosenteils – insbesondere den Durchmesser des hohlzylinderförmigen Dosenteils – haben.
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In einer weiteren Ausgestaltung der erfinderischen Neuheit in der Nutzung der Ersatzanordnung des regelmäßigen n-Sehnen-Vielecks für den Anschlußdosen-Entwurf, ergeben sich für n = 3...6 Ecken bzw. m = n – 1 Kabelgänge für
- – den Zentrierwinkel α
- – den Außenwinkel β
- – den Innenwinkel γ
- – den Umkreisdurchmesser D
- – den Umkreisradius r
- – die Seitenlänge a
- – den Flächeninhalt A
folgende Werte für den/die b | h | n | m | α | β | γ | D | r | a | A |
[mm] | [mm] | | | [°] | [°] | [°] | [mm] | [ mm ] | [mm] | [mm2] |
Stecker | | | | | | | | | | |
23 | 16 | 3 | 2 | 360 | 120 | 60 | 23 | 11,5 | 19,9 | 172 |
23 | 16 | 4 | 3 | 360 | 90 | 90 | 23 | 11,5 | 16,3 | 265 |
23 | 16 | 5 | 4 | 360 | 72 | 108 | 23 | 11,5 | 13,5 | 315 |
23 | 16 | 6 | 5 | 360 | 60 | 120 | 23 | 11,5 | 11,5 | 344 |
Kupplung | | | | | | | | | | |
28 | 21 | 3 | 2 | 360 | 120 | 60 | 28 | 14 | 24,2 | 255 |
28 | 21 | 4 | 3 | 360 | 90 | 90 | 28 | 14 | 19,8 | 392 |
28 | 21 | 5 | 4 | 360 | 72 | 108 | 28 | 14 | 16,5 | 466 |
28 | 21 | 6 | 5 | 360 | 60 | 120 | 28 | 14 | 14 | 509 |
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Wie die Tabellenwerte für den Steckverbinder als Stecker zeigen, ist ein Dosenteil mit dem Durchmesser D = 23 mm ab einer n = 5 Vieleck-Innengestaltung nicht mehr sinnvoll herstellbar, da bei einer Seitenlänge a = 13,5 mm eine entsprechende Kabelschelle für einen Kabeldurchmesser d = 7 mm...9 mm eine Befestigungslänge von 2 × 3,25 mm...2,25 mm aufweist; der Durchmesser des Dosenteils ist zu vergrößern. Die Seitenlänge a zwischen zwei Gewindedomen bestimmt auch das Maß des mechanischen und elektrischen Übergangs vom Steckerteil zum Dosenteil. Wie die Tabellenwerte für den Steckverbinder als Kupplung zeigen, ist ein Dosenteil mit dem Durchmesser D = 28 mm ab einer n = 6 Vieleck-Innengestaltung nicht mehr sinnvoll herstellbar, da bei einer Seitenlänge a = 14 mm eine entsprechende Kabelschelle für einen Kabeldurchmesser d = 7 mm...9 mm eine Befestigungslänge von 2 × 3,5 mm...2,5 mm aufweist; der Durchmesser des Dosenteils ist zu vergrößern. Die Seitenlänge a zwischen zwei Gewindedomen bestimmt auch das Maß des mechanischen und elektrischen Übergangs vom Kupplungsteil zum Dosenteil.
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Orientiert sich eine Seitenlänge a des Sehnen-Vielecks an dem Breitenmaß b des Steckers oder der Kupplung und die restlichen Seitenlängen und Eckpunkte unterliegen der oben aufgezeigten Innenraumgestaltung des Dosenteils, erfolgt die Wertebestimmung nach den Regeln für ein nicht regelmäßiges Sehnen-Vieleck.
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Statt der äußeren Gestaltung des Dosenteils als Hohlzylinder mit dem Durchmesser D des Sehnen-Vieleck-Umkreises, ist das Dosenteil auch als regelmäßiges oder nicht regelmäßiges Prisma mit polygonartiger Grundfläche abbildbar.
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Der Gegenstand der Erfindung wird nachfolgend anhand der als Anlage beigefügten Zeichnungen von Ausführungsbeispielen weiter verdeutlicht. Es zeigen
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1 Gerätestecker mit Kabelgang, rechts
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1b) ohne Deckel, als Kupplung, flache Kontaktfedern, senkrechte Anordnung
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2 Gerätestecker mit Kabelgang, links, Deckel abgesetzt, als Kupplung, flache Kontaktfedern, senkrechte Anordnung, in Perspektive
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3 Gerätestecker, ohne Deckel, Kabelgang mittig (angedeutet), als Kupplung, flache Kontaktfedern, senkrechte Anordnung, in Perspektive
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4 Gerätestecker, ohne Deckel, Kabelgang mittig (angedeutet), als Kupplung, flache Kontaktfedern, senkrechte Anordnung, in
- a) Seitenansicht
- b) Vorderansicht
- c) Draufsicht.
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Gleiche und gleichwirkende Bestandteile der Ausführungsbeispiele sind in den Figuren jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Die Beschreibung der erfindungsgemäßen Einrichtung wird fortgesetzt anhand der Erläuterung der Figuren.
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1 zeigt den Aufbau des erfindungsgemäßen Gerätesteckers 1 – insbesondere eines Niederspannungs-Steckverbinders als Kupplung oder als Stecker mit Kabelgang rechts 80 in perspektivischer Darstellung, 1a) – vorzugsweise eine IEC 60320-Steckverbindung der Typen C13/C14..., C17/C18, C21/C22 betreffend, nicht zuletzt durch die Schräge 12 gekennzeichnet und die Seite 22 begrenzt. Jedoch ist die Lösung für einen ausgewählten Steckverbinder auf andere Steckverbinder der Kategorie Cxx übertragbar. Der entwicklungsgegenständliche Gerätesteckverbinder als Stecker oder als Kupplung besteht aus einem Kunststoff-Steckerteil 10, 20 mit innenliegenden elektrischen Kontakten – Buchsen oder Stiften – wobei dieses Steckerteil mechanische Abmessungen aufweist, die der Norm IEC 60230 entsprechen.
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Dem Steckerteil schließt sich an dem der Steckrichtung abgewandten Ende eine Kabelaufnahme-, -anschluß- und -verbindungsdose 40, 60 an, die
- – mehrere Kabelgänge vorsieht 45
- – das Anschlußkabel aufnimmt 80
- – das Kabel zugentlastend befestigt 68, 70
- – die abgemantelten Aderenden aufnimmt 82, 83
- – ggf. elektrische Schraub-, Löt- oder Steckkontakte plaziert 28, 31
- – die abisolierten Aderenden den elektrischen Kontakten zuführt 83
- – eine stete elektrisch niederohmige Verbindung ermöglicht 26, 27.
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Ein solcher Dosenteil 40, 60 ist vorzugsweise im wesentlichen als flacher geschlossener Kunststoff-Hohlzylinder 41, 61 ausgeführt, der einstückig mit dem Steckerteil 11, 21 verbunden ist, wobei die Zylinderwand 44, 64 ab der Verbindungsstelle Steckerteil im Bereich des Steckerteils für den elektrischen Anschluß 26, 27 offen unterbrochen ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Steckverbinder 1 aus Stecker- und Dosenteil 10, 20, 40, 60 aus fertigungstechnischer Sicht aus zwei, in axialer Richtung geschnittenen Halbschalen 11, 41 und 21, 61 hergestellt, die an geeigneter Stelle durch eine Schraub- oder Rastverbindung 30, 46, 90 haltend verbunden sind, 1b).
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Die Deckel-/Bodenfläche 42, 43, 62 des hohlzylinderförmigen Dosenteils 41, 61 ist entgegen der Steckrichtung in radialer Richtung entsprechend der Flächennormalen leicht gewölbt, was den Dosenteil wie einen Griff aussehen und ergonomisch wirken läßt. Um der Steckverbindung ihre charakteristischen Eigenschaften zu verleihen, sind – auf den Seitenflächen 44, 64 der hohlzylinderförmigen Dose 40, 60 – je hälftig auf die obere und untere Halbschale 41, 61 des Anschluß-Dosenteils verteilt – kreisförmige Aussparungen 45, 65 vorgesehen, die – sauber entfernt – als mögliche Kabeleinführungen wirken. Gegenüber diesen Aussparungen befindet sich im Dosen-Innenraum je eine Kabelaufnahme 70, die aus einer bodenverstärkenden Stütze 66 als Auflage besteht, die beidseitig durch je einen axial angeordneten zylindrischen Gewindedom 63 begrenzt wird.
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2 zeigt den Gerätestecker 1 mit Kabelgang 80, links, mit abgesetztem Dekkel-Oberteil 11, 41 und Deckelschraube 90, als Kupplung, mit flachen Kontaktfedern 26, 27, in senkrechter Anordnung 23, 24, in perspektivischer Darstellung.
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Weiterhin sieht eine zusätzliche Fixierung der Gewindedome 63 mit der Dosen-Innenwand 64 der entsprechenden Halbschale 61 durch einen angespritzten Steg 67 vor, die zur Stabilisierung des Steckverbinderaufbaus 1 beiträgt. Eine weitere Verbindung der Gewindedome 63 stellt eine leicht konvex gebogene Kabelschelle 68 dar, deren durchbohrte Enden 71 abstandsmaßlich mit den Gewindesackbohrungen 72 zweier stützverstärkter Dome übereinstimmt, und die in Verbindung mit einem eingeführten und schraubbefestigten 69 doppelt-isolierten Kabel 80 eine nötige Zugentlastung für dasselbe bildet.
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Der Durchmesser der sich durch Auflagenstütze 66 und Kabelschelle 68 ergebenden Kabelöffnung richtet sich nach der Strombelastbarkeit der Steckverbindung 1 und dem hierfür zu verwendenden doppelt-isolierten Kabel 80 und dessen Mantel-Durchmesser 81. Der maximale Kabelmantel-Durchmesser sowie die damit korrespondierende Dimensionierung der Kabelaufnahme 70 und deren Anzahl bestimmen – neben den Luft- und Kriechstrecken – das Volumen des Anschluß-Dosenteils 40, 60, während die Abmessungen des Steckerteils 10, 20 durch den Steckertyp Cxx und die damit vorgegebene IEC-Steckernorm fixiert sind.
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3 zeigt den Gerätestecker 1, ohne Deckel 11, 41, mit angedeutetem, mittigem Kabelgang, als Kupplung, mit flachen Kontaktfedern 26, 27, in senkrechter Anordnung 23, 24, in perspektivischer Darstellung.
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Für eine mögliche Steckverbindung 1 als Kupplung oder Stecker mit m 360°/n-versetzten Kabelgängen – mit n = m + 1 – sind neben den m Gehäuseaussparungen 45, 65 m Kabelaufnahmen 70 vorzusehen, deren seitliche, in Summe n = m + 1 Gewindedome 63 als regelmäßiges n-Eck angeordnet werden, so daß für die m Kabelgänge stets nur eine Kabelschelle 68 und zwei Befestigungsschrauben 69 benötigt werden. Entsprechende Lösungen ergeben sich für die Vervielfachungen m = 3, 4, 5, 6, ..., bzw. n = 4, 5, 6, 7, ..., wenn der – beispielhaft – kreisförmige Umfang 44, 64 des Dosenteils 41, 61 ohne die genormte Abmessung des Steckerteils 10, 20 symmetrisch aufgeteilt wird. Statt eines zylinderförmigen Dosenteils 40, 60 ist auch die Wahl und Ausprägung eines in der Grundfläche polygonartigen n-Ecken-Dosenteils – den Anordnungen der Kabelaufnahmen 70 folgend – gegeben.
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Die Gestaltung – rund oder flach – und die Anordnung – senkrecht oder waagerecht – der elektrisch leitenden Kontaktfedern 26, 27 ist durch den gewählten Steckertyp Cxx vorgegeben und die Abmessungen desselben sind weitestgehend IEC-genormt. Die Kontaktfedern – ausgeprägt als Buchse für Kupplungen oder als Stifte für Stecker – sind meist in dafür passend bemessenen freigeschnittenen Räumen 25 selbsthaltend eingelegt und eingedrückt und sind nach dem Zusammenfügen von Ober- 11 und Unterschale 21 des Steckerteils 10, 20 unverlierbar fixiert.
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4 zeigt den Gerätestecker 1, ohne Deckel 11, 41, mit angedeutetem, mittigem Kabelgang, als Kupplung, mit flachen Kontaktfedern 26, 27, in senkrechter Anordnung 23, 24, in 4a) als Seitenansicht, in 4b) als Vorderansicht und in 4c) als Draufsicht.
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Die ggf. vorhandene Schutzkontaktfeder 27 ist oft an ihrem steckerabgewandten Ende mit einer eingepreßtem Gewindebolzen 30 versehen und zusätzlich am Boden 62 der Halbschale 61 der Dose 60 fixiert, wobei der Gewindebolzen die Schraube 90 für die Schraubbefestigung der anderen Halbschale 41 der Dose 40 aufnimmt. Andere Verbindungstechniken zwischen Dosenober- 41 und -unterschale 61 – wie werkzeugunterstützte Rastverbindungen – sind gegeben. Die Enden der Kontaktfedern 26, 27 bilden meist auf diesen aufgeschweißte metallische aderendenaufnehmende Schraubkontakte 28, 29, 31, 32 deren Abmessungen in Abhängigkeit des vorgesehenen Steckertyps Cxx mit seiner Strombelastbarkeit stehen. Auch an dieser Stelle sind statt der Schraubkontakte elektrische Federsteckverbindungen möglich. Der Doseninnenraum bietet ausreichend Platz für die Aufnahme der Enden 82, 83 des mantelbefreiten doppelt-isolierten Kabels 80.
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Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche; die zahlreichen Möglichkeiten und Vorteile der Ausgestaltung der Erfindung spiegeln sich in der Anzahl der Schutzrechtsansprüche wider.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gerätestecker mit wahlweisem Kabelgang
- 10
- Steckerteil, oben
- 11
- Oberteil
- 12
- Schräge
- 13
- Führung SE
- 14
- Führung Kontakt
- 15
- Aufnahme Kontakt
- 16
- Seitenteil
- 20
- Steckerteil, unten
- 21
- Unterteil
- 22
- Seitenteil
- 23
- Führung SE
- 24
- Führung Kontakt
- 25
- Aufnahme Kontakt
- 26
- Kontakt
- 27
- Kontakt SE
- 28
- Schraubkontakt
- 29
- Kontaktschraube
- 30
- Gewindebolzen
- 31
- Schraubkontakt SE
- 32
- Kontaktschraube SE
- 40
- Anschlußdose, oben
- 41
- Dosenteil
- 42
- Oberteil
- 43
- Oberteil 2
- 44
- Seitenwand
- 45
- Aussparung
- 46
- Aufnahme
- 60
- Anschlußdose, unten
- 61
- Unterteil
- 62
- Boden
- 63
- Gewindedom
- 64
- Seitenwand
- 65
- Aussparung
- 66
- Stütze
- 67
- Steg
- 68
- Schelle
- 69
- Schraube
- 70
- Kabelaufnahme
- 71
- Bohrung
- 72
- Gewindebohrung
- 80
- Anschlußkabel
- 81
- Kabelmantel
- 82
- Leiterisolation
- 83
- Leiter
- 90
- Deckelschraube
- a
- Seitenlänge
- A
- Flächeninhalt
- b
- Breite
- d
- Durchmesser
- D
- Umkreisdurchmesser
- h
- Höhe
- r
- Umkreisradius
- α
- Zentrierwinkel
- β
- Außenwinkel
- γ
- Innenwinkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2010/145702 [0011]
- DE 29917687 U [0012]
- EP 1142071 [0012]
- WO 2001/026188 [0012]
- SK 1162-97 [0013]
- CH 305/94 [0014]
- EP 666617 [0014]
- DE 4316962 [0015]
- EP 625806 [0015]
- DE 4200301 [0016]
- EP 551068 [0016]
- DE 3807717 [0017]
- EP 332035 [0017]
- DE 8715003 U [0019]
- DE 3156503 A [0020]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- Norm IEC 60320 [0003]
- Norm IEC 60309 [0003]
- IEC 60320-Verbindungen [0004]
- IEC 60320-C01 [0006]
- IEC 60320-C05/C06 [0006]
- IEC 60320-C07 [0006]
- IEC 60320-C13/C14 [0006]
- IEC 60320-C15/C16 [0006]
- IEC 60320-C15A/C16A [0006]
- IEC 60320-C19/C20 [0006]
- IEC 60320-Steckverbindungen der Typen C09/C10...C23/C24 [0007]
- IEC 60320-Steckverbindungen der Typen C9/C10...C23/C24 [0022]
- Norm IEC 60230 [0022]
- IEC 60320-Steckverbindung der Typen C13/C14..., C17/C18, C21/C22 [0047]
- Norm IEC 60230 [0047]