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Die Erfindung betrifft ein mehrpoliges Steckverbindermodul gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Verteilerbox gemäß Patentanspruch 5.
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Steckverbindermodule weisen vorzugsweise einen mehrpoligen Portanschluss für einen Rundsteckverbinder auf und sind für industrielle Anwendungen, insbesondere in der Automatisierungstechnik in den Bauformen M8 und M12 weit verbreitet. Steckverbindermodule für den Leiterplattenanschluss weisen eine elektrische und eine mechanische Schnittstelle auf, um auf einer Leiterplatte positionsgenau montiert und mit einer Schaltung elektrisch verbunden zu werden. Neben der händischen Montage werden Steckverbindermodule häufig automatisiert durch Bestückautomaten auf eine Leiterplatte aufgebracht und in einem weiteren Prozessschritt z.B. in einem Wellen-, THR- oder SMD-Lötprozess schaltungstechnisch mit der Leiterplatte verbunden.
Über Steckverbinder (Stecker, Dose, male, female) können Sensoren oder Aktoren zur Leistungs-, Signal- oder Datenübertragung an Steckverbindermodule angeschlossen werden.
Aus dem Stand der Technik sind Verteiler bekannt die eine Anordnung von Steckverbindermodulen zum Anschluss von Sensoren oder Aktoren aufweisen, bspw. um eine Punkt-zu Punkt-Verbindungen wie IO-Link zu realisieren.
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Derartige Zentralverteiler werden auch vor der Anmelderin hergestellt und unter anderem als Busverteiler mit der Serienbezeichnung EBCXXX, z. B. EBC138, oder als IO-Link Master AL1102 vertrieben.
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Die
DE 199 59 476 B4 beschreibt eine Verteilerbox mit räumlich von den Steckverbinder-Anschlüssen getrennten Statusanzeigen, wobei das Licht entweder durch transparente Gehäuseteile oder mit Hilfe von Lichtleitern nach außen gelenkt wird. Diese räumliche Trennung wird als nachteilig angesehen, weil die Anordnung der Statusanzeigen viel Platz auf der Frontseite benötigt und einen zusätzlichen Verdrahtungsaufwand erfordert.
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Die
DE 10 2013 002 852 B4 zeigt eine Verteilerbox, insbesondere eine Sensor-Aktor-Box mit einem Gehäuse und mit mehreren Kontakteinsätzen zum elektrischen Anschluss von Sensoren oder Aktoren, wobei die Kontakteinsätze in Gehäuseöffnungen befestigt sind und jeweils einen Kontaktträger mit mehreren darin angeordneten Kontaktelementen und eine Führungshülse aufweisen. Die Kontakteinsätze sind aus Kunststoff und sind mittels einer Rastverbindung befestigt. Darüber hinaus wird vorgeschlagen, ein transparentes Material für die Kontakteinsätze zu verwenden, und unter den Kontakteinsätze ein Leuchtmittel (LED) anzuordnen. Diese Anordnung wird als aufwändig angesehen, denn die Kontakteinsätze sind kompliziert aufgebaut und müssen eingepresst werden. Als problematisch wird die räumliche Trennung und der große Abstand der Leuchtmittel zu den Kontakteinsätzen angesehen, denn optische Grenzflächen führen sowohl zu Helligkeitsverlusten als auch zu Justierproblemen. Um eine Sichtbarkeit aus unterschiedlichen Richtungen zu gewährleisten, müssen die Kontaktträger das Licht stark streuen, was zu weiteren Helligkeitsverlusten, aber auch zu optischem Übersprechen bei zwei oder mehreren Lichtquellen führen kann, was sich nachteilig auswirkt
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Weiter ist aus der
DE 102013105518 A1 ein Signalverteiler mit mittig am Verteiler angeordneten lichtdurchlässigen Weichkunststoffkomponenten welche als Lichtleiter fungieren bekannt. Es sind Ringauskleidungen gezeigt, welche über Stege miteinander verbunden sind. Als nachteilig wird die aufwändige Lichtleitung gesehen, die ein Übersprechen der LEDs nicht unterbindet.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, den Stand der Technik nochmals zu verbessern und ein Steckverbindermodul mit integrierter Statusanzeige bereitzustellen, das direkt auf eine Leiterplatte bestückt werden kann, um die Herstellung einer Verteilerbox zu vereinfachen.
Der Aufbau soll vereinfacht, und die Herstellung effizienter gestaltet werden. Außerdem soll die Sichtbarkeit als auch die Unterscheidbarkeit der Statusanzeige verbessert werden, so dass die Statusanzeige auch bei schwierigen Lichtverhältnissen von einem Benutzer eindeutig wahrnehmbar ist. Um Anzeigen voneinander unterscheiden zu können soll ein Übersprechen von einer Anzeige auf eine weitere Anzeige vermindert werden.
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Es soll ein Steckverbindermodul für industrielle Anwendungen angegeben werden, das trotz hoher Variantenvielfalt einfach herstellbar und vielseitig einsetzbar ist, insbesondere um kundenspezifische Verteilerboxen nach dem Baukastenprinzip realisieren zu können.
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Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie des Anspruchs 5 gelöst. Die weiteren Ansprüche betreffen die vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung.
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Der wesentliche Erfindungsgedanke besteht darin, ein Steckverbindermodul modular aufzubauen, so dass eine Statusanzeige nebst ihren Zuleitungen als eine quasi selbständige Elektronikeinheit in das Steckverbindermodul integriert ist. Damit wird mit dem Steckverbindermodul eine Schnittstelle geschaffen, mit welcher Verteilerboxen leichter und universeller erstellt werden können. Durch die in das Steckverbindermodul integrierte Statusanzeige muss vorteilhafterweise kein Platz für eine Beleuchtung auf der Verteilerplatine vorgehalten werden. Die Verteilerplatine und somit der Verteiler kann kleiner ausgeführt werden, oder der Platz kann für andere Elektronikbauteile genutzt werden.
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Weitere Vorteile ergeben sich durch den modularen Aufbau des Steckverbindermoduls. Als modulare Einheit kann das Steckverbindermodul vorgefertigt werden, kann dann auf eine Leiterplatte (Verteilerplatine) bestückt und mittels eines Umspritzvorgangs zu einem Verteiler (Verteilerbox) geformt werden. Der Vorteil dieses modularen Aufbaus ist, dass mit einem Werkzeug und einer oder einmaliger Umspritzung sehr viele mechanische und elektrische Varianten (unterschiedliche Stecker-/Dosen-Varianten, z.B. 4-Pin, 3-Pin) erzeugen werden können.
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Vorteilhafterweise ist nur eine Umspritzung (und keine Mehrfachumspritzung) notwendig. Damit kann die Kunststoffauswahl spezifischer erfolgen, z.B. im Hinblick auf eine verbesserte die Temperaturbeständigkeit, bessere Flammwidrigkeit und höhere Wärmeableitfähigkeit.
Durch eigenständige Module mit eigenständiger Anzeigeeinheit muss keine Beleuchtung mehr auf der Platine vorgesehen werden. Aufwändige Lichtleiter entfallen, da keine Lichtleitung mehr benötigt wird. Ein Übersprechen von LEDs wie sie im Stand der Technik häufig vorkommt, ist mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung nicht mehr möglich.
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Schließlich kann das Gehäuse des Steckverbindermoduls gemäß einer Weiterentwicklung der auf die Anmelderin zurückgehenden
DE 10 200 6006 726 A1 schwarztransparent ausgeführt sein, was die Sichtbarkeit der Statusanzeige durch die Kontrasterhöhung deutlich verbessert. Weiter können die Steckverbindermodule auf einer Trägerplatte (Leiterplatte) aneinandergereiht werden und durch einen Umspritzvorgang eine Verteilerbox bilden.
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Die Module sind sowohl in der Gerätefamilie der umspritzten Industrieverteilerboxen, oder aber auch in konventionellen Gerätekonzepten (ohne Umspritzung) einsetzbar.
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Die erfindungsgemäßen Steckverbindermodule weisen einen mehrpoligen Port zum Anschluss eines Steckverbinders (mit einem Kontakt- und Verriegelungsteil) auf. Weiter weist das Steckverbindermodul eine Elektronikeinheit mit Elektronikbauteilen (bspw. auf einem einseitig bestückten Leiterfilm), sowie ein hülsenförmiges, abdichtendes Gehäuse mit einem Montagezapfen zur genauen Positionierung auf einem Träger, z.B. einer Leiterplatte, auf.
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Dabei weisen die Steckverbindermodule sowohl eine (definierte) Schnittstelle zu den inneren Gerätekomponenten, z. B. zu einem Träger, vorzugsweise einer Leiterplatte, oder zu einem (darauf befestigten) Leiterfilm auf, als auch nach außen einen Port für marktübliche Industriesteckverbinder bspw. der Bauform M12 oder M8 auf.
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Darüber hinaus weisen die Steckverbindemodule einheitliche Schnittstellen zu den Fertigungsmitteln, beispielsweise einem Umspritzwerkzeug auf. So können unterschiedliche Module derselben Bauart mit dem selben Betriebsmittel hergestellt (und zu einem Gesamtgerät, z.B. einem Verteiler verarbeitet) werden. Durch Montage- bzw. Positionierzapfen an den Modulen sind diese ohne Zusatzbetriebsmittel in auf einem Träger (Leiterplatte) vorgesehenen Bohrungen genau positionierbar.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert, ohne die Erfindung auf diese zu beschränken.
- 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Steckverbindermodul auf einer Leiterplatte montiert,
- 2 zeigt das erfindungsgemäße Steckverbindermodul gemäß 1 in einem Ausschnitt als Schnittbild.
- Die 3 bis 6 zeigen erfindungsgemäße Verteilerboxen in verschieden Ausführungen.
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Bei der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.
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1 zeigt ein auf einem Träger 7 angeordnetes M12-Rundsteckverbindermodul 1 mit einem als Port 2 bezeichneten mehrpoligen Kontakt- und Verriegelungsteil zur Kontaktierung eines handelsüblichen (Industrie-) Gegensteckverbinders und einem nach außen abdichtenden Gehäuse 3 mit vier Montagezapfen 8 zur Positionierung auf dem Träger 7. Sichtbar ist nur ein Montagezapfen 8, aber anhand der vier Bohrungen im Träger 7 für das benachbarte Modul kann man auf diese Zahl schließen, wobei jede Zahl größer zwei sinnvoll ist. Steckverbindermodule sind meist vielpolig, und als Stecker oder Dose ausgeführt. Auch andere Kombinationen und Sonderformen, z.B. dreipolig, oder dreipolig mit einem vierten abgestuften Blindpin sind möglich. Die äußere Form eines Rundsteckers ist im Wesentlichen rund und rotationssymmetrisch und zu jedem Stecker gibt es eine korrespondierende, passende Dose.
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Das hülsenförmige Gehäuse 3 umschließt den zentrisch in das Gehäuse 3 eingebrachten Port 2. Die ringförmig um den Port 2 angeordnete optische Statusanzeige 4 kann sowohl einteilig als auch mehrteilig ausgeführt sein. Weiter kann das Gehäuse 3 einen transparenten Werkstoff oder den oben genannten schwarztransparenten Kunststoff aufweisen. Das Steckverbindermodul 1 weist außerdem eine Elektronikeinheit 5 mit einer elektrischen Schnittstelle 6 auf, die zur Versorgung und (An-) Steuerung einer hier nicht sichtbaren, in das Gehäuse 3 (in einem Spalt zwischen Port 2 und Gehäuse 3) eingebetteten Lichtquelle eingerichtet ist. Als Lichtquelle wird eine LED und/oder ein flexibel biegsames OLED-Display zur graphischen Darstellung verwendet.
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2 zeigt das Rundsteckverbindermodul 1 auf einer Leiterplatte 7 bestückt bzw. montiert als Schnittbild. Der Port 2 ist zentrisch in das hüsenförmige Gehäuse 3 eingebracht und im Gehäuse 3 abgestützt. Das Gehäuse 3 ist zumindest im Bereich der Statusanzeige 4 lichtdurchlässig ausgeführt. Weiter weist das Steckverbindermodul 1 Dichtungen 11, 12, 13 auf, wobei eine äußere Dichtung 11 das Gehäuse 3 nach außen hin abdichtet, eine weitere Dichtungen 12 den Port 2 gegen das Gehäuse 3 abdichtet und eine im Inneren des Ports 2 liegende Dichtung 13, den Port 2 bzw. das Modul 1 nach innen hin abdichtet. So ist der Port 2 im Gehäuse 3 abgedichtet und das Gehäuse 3 des Moduls 1 kann z.B. umspritzt werden und dichtet mit dem umspritzten Körper nach außen hin mit der Dichtung 11 ab. Die Kontakte des Ports 2 sind verlötet oder eingepresst und mit dem Träger 7 elektrisch und mechanisch verbunden. Das Steckverbindermodul 1 weist neben der optischen Statusanzeige 4, die in einem Spalt zwischen Port 2 und Gehäuse ringförmig angeordnet ist, eine Elektronikeinheit 5 auf. Zur Versorgung der Elektronikeinheit 5 ist eine elektrische Schnittstelle 6 vorgesehen, deren Stiftkontakte mit der Trägerplatte 7 (Leiterplatte) und einer darauf befindlichen Schaltung verbunden sind.
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Die 3 zeigt eine Verteilerbox 9 mit Steckverbindermodulen 1 gemäß 2 in unterschiedlichen Variationen. Industrieverteiler oder Verteilermodule werden häufig als Verteilerboxen 9 bezeichnet, weil der Verteiler einer zentrale Einheit (eine Box) ist, an der Sensoren oder Aktoren zur Steuerung und zur Energieaufnahme angeschlossen werden. Der in 3 gezeigte Ausschnitt einer Verteilerbox 9 weist drei Steckverbindermodule 1 auf, die sich einerseits durch ihre Ports 2 (Stecker = male, Dose = female) und andererseits durch ihr Gehäuse 3 unterscheiden. Zur besseren Übersicht wurde nur ein Steckverbindermodul 1 vollständig referenziert, wobei die Referenzen auf die beiden anderen Steckverbindermodule 1 übertragbar sind. Das Gehäuse 3 der beiden Female-Ports unterscheidet sich dadurch, dass ein Gehäuse 3 mit einer strukturierten Anzeigeeinheit 4 dargestellt ist, und das andere Gehäuse 3 keine Struktur aufweist. Das Gehäuse ohne Struktur ist vollständig lichtdurchlässig. Das Gehäuse, das eine durchgängige, durch das Gehäuse verlaufende Struktur aufweist, ist im Bereich der Struktur (schwarzer Bereich) lichtundurchlässig und im Bereich ohne Struktur (weißer Bereich) lichtdurchlässig, so dass die Zustände von einzelnen Pins des Steckverbindermoduls 1 über den Umfang der Anzeigeeinheit 4 sowohl orts- als auch pinbezogen angezeigt werden können, ohne dass ein Übersprechen von Lichtsignale auftritt. Mit der Struktur ist der hülsenförmige Gehäusekörper um den Umfang in Abschnitte aufgeteilt, die lichtdurchlässig (weißer Bereich) und lichtundurchlässig (schwarzer Bereich) sind. Ein Mischen der Lichtsignale von einem lichtdurchlässigen Bereich in einen anderen lichtdurchlässigen Bereich wird durch die dazwischen liegende lichtundurchlässige Struktur wirksam unterbunden. Selbstverständlich sind die Variationen untereinander so austauschbar, dass anstatt eines female-Ports auch ein male-Port erzeugt werden kann und ein Steckverbindermodul mit male-Port auch ein Gehäuse 3 mit einer strukturierten Anzeigeeinheit 4 (analog zum female-Port) aufweisen kann.
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Die 4 zeigt eine vollständige Verteilerbox 9 in einer typischen Ausführungsvariante mit Steckverbindermodulen 1 in einer Reihenanordnung. Der Male-Port dient in der Regel zur Versorgung mit Energie und wird in manchen Fällen durch einen Kabelanschluss ersetzt. Die Referenzen entsprechen denen in der 3. Das Gehäuse 3 der Steckverbindermodule ist vollständig lichtdurchlässig ausgeführt.
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Die 5 zeigt eine vollständige Verteilerbox 9 mit Steckverbindermodulen 1 ähnlich zu 4, jedoch mit einem Gehäuse 3 mit strukturierten Anzeigeeinheiten 4. Die Referenzen sind auch hier der 3 zu entnehmen.
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Die
6 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verteilerbox 9 gemäß
3 mit Steckverbindermodulen 1 mit einem schwarztransparent ausgeführten Gehäuse 3. Durch die Verwendung des aus der
DE 10 200 6006 726 A1 bekannten schwarztransparenten Materials für das Gehäuse 3 ist keine Strukturierung (wie oben zu
3 beschrieben) notwendig. Durch das schwarztransparente Material sind einzelne Lichtpunkte, wie sie über den Umfang verteilt von der Statusanzeige 4 im Innern des Gehäuses 3 erzeugt werden räumlich auf der Oberfläche des Gehäuses 3 sichtbar. So können mehrere räumlich voneinander getrennte Lichtquellen L auch ohne Struktur an der Statusanzeige 4 räumlich voneinander unterschieden werden.
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Der entscheidende Vorteil gegenüber herkömmlichen modularen Steckverbindermodulen für den Leiterplattenanschluss ist, dass das erfindungsgemäße Steckverbindermodul 1 eine integrierte, über die Elektronikeinheit 5 steuerbare Statusanzeige 4 aufweist, mit der Lichtsignale räumlich auf die Gehäuseoberfläche in einer Ringform um den Port übertragen werden können, so dass die Lichtsignale voneinander unterscheidbar sind und der Polzustand und/oder Arbeitszustand des Steckverbindermoduls 1 über die Statusanzeige 4 anzeigbar und auf die Gehäuseoberfläche übertragbar ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Steckverbindermodul
- 2
- Port für marktübliche Industriesteckverbinder
- 3
- Gehäuse
- 4
- Optische Statusanzeige
- 5
- Elektronikeinheit
- 6
- Elektrische Schnittstelle
- 7
- Träger, Leiterplatte, Verteilerplatine
- 8
- Montagezapfen zur Positionierung auf dem Träger
- 9
- Verteilerbox (Industrieverteiler)
- 11
- äußere Dichtung, Gehäuseabdichtung
- 12
- innere Dichtung, Portabdichtung gegen das Gehäuse
- 13
- innere Dichtung, Portabdichtung innen
- L
- Lichtquelle für die optische Statusanzeige
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19959476 B4 [0004]
- DE 102013002852 B4 [0005]
- DE 102013105518 A1 [0006]
- DE 102006006726 A1 [0013, 0026]
