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Die
Erfindung betrifft eine atmungsaktive Kabelsteckverbindung zur mechanisch
und hydroskopisch dichten Durchführung
eines geschirmten oder ungeschirmten elektrischen Kabels oder eines
Leitungsbündels
oder von Leitungen mit/ohne Zugentlastung mit/ohne Biegeschutz für diese
Kabel/Leitungen nach Hauptpatent 'Kabeldurchführung mit Membranventil", Patentanmeldung
Nr.
DE 10 2005 035 210 .
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Kabelsteckverbindungen
für Kabel-/Leitungseinführungen
in geschlossene Gehäuse,
mit und ohne Zugentlastung, auch wasser- und explosionsgeschützter Art
und mit/ohne elektromagnetischer Abschirmung mit/ohne Biegeschutz
nach Schutzart klassifiziert, sind aus dem Stand der Technik bekannt.
Derartige Kabelsteckverbindungen sind auch bekannt unter anderen
technischen und kommerziellen Begriffen, wie Kabel-/Leitungs-Durchführung, -Durchführungseinrichtung,
-Durchführungsverschraubung,
-Durchführungsvorrichtung,
-Einführung,
-Einführungseinrichtung,
-Einführungsverschraubung,
-Einführungsvorrichtung,
-Verschraubung, Schlauchverschraubung, etc.
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Derartige
Kabelsteckverbindungen werden für
unterschiedlichste Anwendungen benötigt und sind entsprechend
vielfältig
ausgeformt. Sie werden je Verwendungszweck aus Kunststoff und/oder
Metall hergestellt, enthalten zusätzliche Scheiben und/oder Dichtungen/Dichtringe/Tüllen und
unterschiedliche Zugentlastungen nach Anforderung, wie Quetschung
oder Schelle. Kabeldurchführungen und/oder
ihre Einzelteile sind genormt; in der Installationstechnik werden
Kabeldurchführungen
alter Bauart unter der Bezeichnung Panzerrohrgewinde (Pg)-Verschraubung
mit nichtmetrischem Gewinde, Pg7 ... Pg48, entsprechend neuer Bauart
mit metrischem Gewinde M12 ... M63, gehandelt.
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Kabelsteckverbindungen
bestehen aus einem Doppelnippel mit einem Anschlag, der den dichtenden
Abschluß zu
einer Wandung bildet. Zur Befestigung wird entweder der Abschluß mit der
Wandung verschraubt – der
Abschluß enthält umlaufend Bohrungen – oder der
Zylinder wird wandungsrück-/gehäuseseitig
mit einer Gegen-/Kontermutter verschraubt. Auf der Seite der Kabeleinführung gibt es
entweder eine Kabeltülle
mit Dichtung und Scheibe und/oder eine angespritzte oder lose Kabelkralle, wobei
das Kabel durch eine Druckschraube dichtend gequetscht wird, oder
auch eine Schraubschelle mit Dichtung und angespritztem Kabelbiegeschutz.
Zubehörteile
sind bekannt als Dichtungs-/Würgenippel und
Blindstopfen/Verschlußschrauben.
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Die
Anwendungen erstrecken sich von Anschluß-, Schalt- und Verteilerkästen der
Installations-/Gerätetechnik
der Gebäudesystem-
und Anlagentechnik bis zu Anwendungen der Luft- und Raumfahrt, der
Verkehrstechnik sowie maritimen Anwendungen. Aufgrund der Vielfältigkeit
der Applikationen wird die obige, grobe Beschreibung nicht vertieft.
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Bezüglich der
Würdigung
des Stands der Technik wird auf die ausführliche Darstellung in der Hauptanmeldung
verwiesen und sich im folgenden auf die Beschreibung von atmungsaktiven
Kabelsteckverbindungen beschränkt.
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Gemäß Hauptpatent "Kabeldurchführung mit Membranventil", Patentanmeldung
Nr.
DE 10 2005 035 210 ,
wird eine solche atmungsaktive Kabeldurchführung zur mechanisch und einseitig
hydroskopisch dichten Durchführung
eines geschirmten oder ungeschirmten elektrischen Kabels mit/ohne Zugentlastung
mit/ohne Biegeschutz für
dieses Kabel vorgestellt. Es wurde beschrieben, daß Kabeldurchführungen
bauartklassifiziert werden, nach alter Bauart mit nichtmetrischem
Gewinde Pg7 ... Pg48 und nach neuer Bauart mit metrischem Gewinde
M12 ... M63, wobei das Maß für die Befestigungsbohrung für die Kabeldurchführung – Maß des Gewindestutzens,
unten – und
der Kabeldurchmesser für
diese Kabeldurchführung
aufeinander abgestimmt sind.
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Beim
Hauptpatent wird angenommen, daß sich
beim Einsatz von Kabeldurchführungen
mit Membranventil bei festgelegtem Kabeldurchmesser das Maß für die Befestigungsbohrung
wegen des Luftkanals um eine Klasse erhöht. Da bei handelsüblichen
Installationsgehäusen
bereits Ausbruchhilfen und Vorstanzungen für Kabeldurchführungen
vorgesehen sind, die nach Anzahl und Größe dem Verwendungszweck des
Gehäuses
angemessen wurden, könnte
sich der Einsatz derartiger Kabeldurchführungen nachteilig auswirken.
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In
einer weiteren Anmeldung "Kabeldurchführung mit
Membranventil
2',
Patentanmeldung Nr.
DE 10
2006 034 224 , wird vorgeschlagen, daß die Führung des Luftkanals der Kabeldurchführung so ausgeprägt ist,
daß die
bekannte handelsübliche
Relation durchführbarer
Kabeldurchmesser zum Maß für die Befestigungsbohrung
der Kabeldurchführung erhalten
bleibt.
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Gemäß dem Stand
der Technik werden eine Anzahl von Neuerungen bei Kabelsteckverbindern vorgestellt.
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In
der deutschen Offenlegung
DE
196 36 119 wird mit hohem Aufwand versucht, eine Steckverbindung
durch eine feuchtigkeitsdichte Isolierung der elektrischen Kontaktierung
einer Leiterplatte mit massivem Anschlußdraht herzustellen, in dem
unterhalb der Leiterplatte eine von dem Anschlußdraht durchzustoßende Folie
aufgebracht ist, der Anschlußdraht
durch eine Öffnung
in der Leiterplatte geführt
wird und oberhalb der Leiterplatte durch ein Halteelement elektrisch
kontaktiert. Ein unterhalb der Folie geschaffener Hohlraum um den
Anschlußdraht wird
mit einer Vergußmasse
dauerelastisch versiegelt.
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Die
Offenlegung beschreibt ein Verfahren, Feuchtigkeit von elektrisch
empfindlichen Apparaten ferzuhalten.
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Gemäß der deutschen
Offenlegung
DE 100 57 912 wird
ein Druckausgleichselement für
Steckverbinder vorgestellt, die über
einen großen
Innenraum verfügen,
eine große
Anzahl von Kontakten aufweisen und die bei erheblichen Temperaturunterschieden
Feuchtigkeit im Steckverbinderinnern bilden. Zur Abhilfe schlägt die Erfindung
vor, den Innenraum über
eine Membran zu belüften,
wobei die Membran für
Luft aber nicht für
Wasser durchlässig ist.
Vorgeschlagen wird die Einbringung eines Druckausgleichselements – eine Membran
in einem Gehäuse – mit und
ohne Anschlag in eine Kontaktöffnung
oder in eine Durchgangsbohrung des Steckergehäuses. Vorgeschlagen wird ein
Druckausgleichselement für
ein Gehäuse – in diesem
speziellen Fall ein großvolumiges
Steckergehäuse.
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Die
deutsche Patentschrift
DE 42
10 979 offenbart ein feinporöses Belüftungselement für ein wasserdichtes
Gehäuse
für elektrische
und/oder optische Bauelemente, wobei ein mit einem Kontaktelement
versehener Verbinder eine elektrisch leitende Verbindung zwischen
den Bauelementen und den Kontaktelementen herstellt. Das Belüftungselement wird
aus einer textilen Membran aus gasdurchlässigem und flüssigkeitsdichtem
Polytetrafluorethylene (PTFE) hergestellt. Die Poren des Membranwerkstoffs
gewährleisten
einen genügenden
Luftaustausch, da einerseits das flüssige Wasser aufgrund seiner
hohen Oberflächenspannung
nicht durch die Poren in das Gehäuse
eindringen kann und andererseits viele Poren offen und nicht mit
Flüssigkeit
benetzt sind.
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Vorgestellt
wird ein wasserdichtes Gehäuse für elektrische
und/oder optische Bauelemente mit einem feinporösen Belüftungselement, einem Verbinder
und mindestens einem Kontaktelement.
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In
einer Reihe von Veröffentlichungen,
wie die deutsche Offenlegung
DE
10 2005 022 118 , die deutsche Patentschrift
DE 102 30 946 , das österreichische
Gebrauchsmuster AT 1 638/das Gebrauchsmuster
DE 296 04 440 , die Offenlegung
DE 44 27 012 , die Patentschrift
DE 44 04 112 und die Offenlegung
DE 29 00 915 , werden wasserdichte
elektrische Steckverbindungen vorgestellt, wobei der Schutz in den
meisten Fällen
vor Spritzwasser erfolgen soll, in dem unterschiedlichste Dichtungsmaterialien
und verschiedene mechanische Verriegelungsmethoden angewendet werden.
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Der
Verhinderung von Bildung von Kondenswasser im Innern der Anordnungen
wird wenig Rechnung getragen, es sei denn durch vollständigen Verguß der Apparate.
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Alle
vorgestellten und/oder aufgezeigten Lösungen eignen sich nicht oder
nur bedingt zum Einsatz als atmungsaktive Kabelsteckverbindung mit Membranventil;
nach dem Stand der Technik sind keine direkten Be- und -entlüftungen
geschlossener dichter Gehäuse über die
atmungsaktive Kabelsteckverbindung vorgesehen.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Einrichtung nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1, eine atmungsaktive Kabelsteckverbindung
zur mechanisch und hydroskopisch dichten Durchführung eines geschirmten oder
ungeschirmten elektrischen Kabels oder eines Leitungsbündels oder
von Leitungen mit/ohne Zugentlastung mit/ohne Biegeschutz für diese
Kabel/Leitungen zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
daß die
mehrteilige Kabelsteckverbindung einen im hohlzylinderförmigen Unterteil
angeordneten Lüftungskanal
aufweist, der vom Innern des Unterteils an die mechanische Schnittstelle
zum Mittelteil führt,
hier durch ein semipermeables Filter/Membranventil abschließt und im
Mittelteil der Lüftungskanal
sich nach außen öffnet und
sich ein Gewindestutzen zur Aufnahme des Steckers des Oberteils
der Kabelsteckverbindung anschließt, gefolgt von dem Buchsenteil
mit der zylinderförmigen Kabelaufnahme
und dem Schraubverschluß.
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Die
mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen – neben der Verhinderung der
Bildung von Feuchtigkeitsniederschlag innerhalb geschlossener Räume – insbesondere
darin, daß handelsübliche, auf
dem Installationsmarkt bekannte Teile vom Installateur verbaut werden
und keine zusätzlichen
Vorkehrungen getroffen werden müssen,
da derartige Anwendungen oft auf minimale räumliche und gewichtsmäßige Abmessungen
ausgelegt sind.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
des Erfindungsgegenstands sind in den Zeichnungen dargestellt und
werden im folgenden näher
beschrieben. Es zeigen
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1 Atmungsaktive
Kabelsteckverbindung in Perspektive
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2 Teilzerlegte
Kabelsteckverbindung in Perspektive
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3 Kabelsteckverbindung
in Perspektive, hälftig
längsgeschnitten
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4 Teilzerlegte
Kabelsteckverbindung in Perspektive, hälftig längsgeschnitten
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5 Detailansicht
der Kabelsteckverbindung, Ober-, Mittel-, Unterteil.
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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 Erläuterungen
der Bilder.
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1 zeigt
die atmungsaktive Kabelsteckverbindung in Perspektive; sämtliche
Teile der Verschraubung – Ober- – Steckerteil 5 und
Buchsenteil 6 – Mittel- 2,
Unterteil 3 und Kabel 4 – sind beispielhaft zusammengefügt.
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2 zeigt
eine teilzerlegte Kabelsteckverbindung in Perspektive. Die Druckschraube/der Schraubverschluß 64 ist
mit dem Kabel 4 verbunden, Ober- – Steckerteil 5 und Buchsenteil 6 – Mittel- 2 und Unterteil 3 sind
separiert und das semipermeable Filter/Membranventil 21 mit
Stütz-
und Dichtring 22 sind dargestellt.
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3 zeigt
die hälftig
längsgeschnittene
Kabelsteckverbindung in perspektivischer Darstellung.
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4 zeigt
die teilzerlegte Kabelsteckverbindung in Perspektive, hälftig längsgeschnitten.
Die Druckschraube/der Schraubverschluß 64 ist mit dem Kabel 4 verbunden,
Ober- – Steckerteil 5 und Buchsenteil 6 –, Mittel- 2 und
Unterteil 3 sind separiert und das semipermeable Filter/Membranventil 21 mit
Stütz-
und Dichtring 22 sind dargestellt.
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5 zeigt
eine detaillierte Ansicht der Kabelsteckverbindung aus Ober-, Mittel-,
Unterteil. Gemäß der Darstellung,
besteht die mehrstückige,
atmungsaktive Kabelsteckverbindung aus Oberteil – Steckerteil 5 und
Buchsenteil 6 – Mittelteil 2 und
Unterteil 3. Das im Bild gezeigte Oberteil 1 mit
der Kabelkralle entfällt;
der Gewindestutzen 26 nimmt das Steckerteil 5 auf.
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Das
Oberteil der Kabelsteckverbindung besteht aus dem Buchsenteil 6 und
dem Steckerteil 5. Das zu verbindende Kabel 4 ist über eine
Tülle 65 mit der
Buchsenaufnahme 62 – z.B.
durch Verklebung oder Verguß – dicht
und zugentlastet verbunden, wo die Litzen des Kabels auf die Kontaktbuchsen 61 aufgelegt
sind. Buchsenteil 6 und Steckerteil 5 sind über die
Kodierung 56, 67 stets lagegerecht über die
Kontaktbuchsen 61 und Steckkontakte 54 miteinander verbunden.
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Die äußere Dichtigkeit
wird über
die Druckschraube/den Schraubverschluß 64, den Anschlag 63,
den O-/Flach-Dichtring 66 und den Anschlag mit Gewinde 55 durch
Verschrauben hergestellt, nachdem zuvor das Steckerteil 5,
bestehend aus dem die Steckkontakte 54 aufnehmenden Kontaktkörper 52 mit
Stiftgehäuse 53 durch
Ringnut 59 und O-Ring 591 gedichtet, dicht im
Gewindestutzen 26 des Mittelteils 2 der Kabelsteckverbindung
verschraubt wurde und der gehäuseseitige
elektrische Kontakt über
die Lötkontakte 51 hergestellt
wird.
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Weiterhin
wird das zwischen Ober- und Unterteil, im Mittelteil 2,
fest gefügte
semipermeable Filter/Membranventil 21 in Form eines Zylinderrings
gezeigt. Bei derartigen Filtern/Membranen handelt es sich meist
um ein Kunststoffmaterial aus Polymer/Polypropylene (PP) oder expandierte
Polytetrafluorethylene (PTFE), welches durch seine symmetrische Porenstruktur
hydrophobischen Charakter aufweist, eine weite chemische Verträglichkeit
besitzt, für
Temperaturen zwischen –40°C ... +125°C anwendbar
ist und bei einer Temperatur von 23°C eine Filter-/Membrandurchlässigkeit
von > 10 ml/[min × cm2 × bar) aufweist.
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Die
das Filter/Membranventil 21 haltenden Teile – Stütz- und
Dichtring 22 – zwischen
Mittel- 2 und Unterteil 3 können auch so ausgeprägt sein,
daß das
semipermeable Filter-/Membranventil austauschbar gestaltet ist.
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Filter/Membranventil 21 und
Stütz-
und Dichtring 22 können
auch eine fest gefügte
Baugruppe bilden.
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Die
Formgebung des Filter-/Membranventils 21 ist mit der Formgebung
des zu dichtenden Lüftungskanals 25, 32 in Übereinstimmung.
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Weiterhin
besteht das Mittelteil 2 aus der Kabelführung 23, den Bohrungen
des Lüftungskanals Außensechskant 24 sowie
dem innen umlaufenden Lüftungskanal 25.
Nach oben, zum Oberteil hin, schließt das Mittelteil mit dem Gewindestutzen 26 zur Aufnahme
des Stecker-/Buchsenteils 5, 6 mit der Druckschraube/dem
Schraubverschluß 64 ab.
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Darüber hinaus
ist eine Ausführungsform des
Unterteils 3 der semipermeablen Kabeldurchführung dargestellt.
Diese besteht aus einem hohlzylinderförmigen Gewindestutzen 31,
der innen mit dem Innenzylinder 34 abschließt. Das
Unterteil schließt zum
Mittelteil durch einen Flansch 36 ab, dessen schräg sitzende
Bohrungen 32 den Luftkanal/Lüftungsweg ins Gehäuseinnere
fortsetzen.
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Die
dichte Metallverbindung zwischen Unter- 3 und Mittelteil 2 kann
durch Verpressen oder Stauchen der über den Flansch hinausragenden
zylinderförmigen
Ränder
des Mittelteils erfolgen (Variante A). Auch kann die Dichtheit der
beiden Teile durch eine Schraubverbindung hergestellt werden. Für den Fall, daß die Kabeldurchführung aus
Kunststoff gefertigt ist, können
Unter- und Mittelteil miteinander verklebt oder verschweißt werden
(Variante B).
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Die
Dichtung des Unterteils 3 in der Gehäusewandung erfolgt üblicherweise
durch einen über den
Gewindestutzen 31 gestülpten
O-/Flach-Dichtring 35 und Verschraubung in Gewinde oder
mit Gegen-/Kontermutter 37.
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Der
Zusammenbau der Teile 2, 3, 5 bzw. 4 und 6 kann
unterschiedlich erfolgen, wie z.B. durch Klebung, Ultraschall-Schweißung, Rastung,
als Einlegeteil umspritzt, etc. Weiterhin kann auch Unter- und Mittelteil
durch entsprechende Vormontage und -behandlung einstückig werden.
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Kabellose
Kabelsteckverbindungen schließen
mit dem Steckerteil 5 dicht nach außen ab und wirken wie Dichtungs-/Würgenippel
und/oder Blindstopfen/Verschlußschraube,
so daß diese
Kabelsteckverbindung auch ohne Kabelanschluß außerdem als semipermeable Gehäuselüftung mit
Membranventil – wie
ein Druckausgleichselement (DAE) – genutzt werden kann.
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Die
räumliche
Fläche
des Innenzylinders 34, der Außenmantel durchgeführter Kabel/Leitungen, abgelöst von den
Bohrungen des Lüftungskanals 32 des
Flanschs 36 des Unterteils 3, mündend in
dem semipermeablen Filter/Membranventil 21 mit Stütz- und
Dichtring 22, dem umlaufenden innenliegenden Lüftungskanal 25 sowie
die Bohrungslöcher
des Außensechskants 24 des
Mittelteils 2 bilden die Entlüftung der Kabeldurchführung und
bestimmen dessen Volumendurchsatz in Abhängigkeit von Druck und Temperatur.
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Kabelsteckverbindungen
werden üblicherweise
nach dem metrischen Gewinde des Befestigungsstutzens 31 gehandelt
unter Angabe des möglichen
Kabeldurchmessers 4 und der Schlüsselweite des Außensechskants 24.
Vorteilhaft gegenüber
der Kabeldurchführung
des Hauptpatents ist bei der vorgestellten atmungsaktiven Kabelsteckverbindung neuer
Bauart die Berücksichtigung
der Querschnittsfläche
des Luftkanals, so daß für einen
gegebenen Kabeldurchmesser 4 kein größeres Stutzenmaß 31 anzusetzen
ist, das von dem geforderten Volumen/Abmessung des Lüftungskanals
abhängig
ist.
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Eine
weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß es sich
bei dem Gewinde des Gewindestutzens 31, nicht zwingend
um metrisches Gewinde handeln muß – berücksichtigt ist Panzerrohrgewinde
(Pg) – so
daß die
erfinderische Neuheit auch als Ersatz-/Ergänzungs-Bauteil Verwendung findet.
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Eine
weitere Ausprägungsform
der erfinderischen Neuheit ist dadurch gegeben, daß der Gewindestutzen 31 des
Unterteils 3 nicht geschraubt, sondern rastbar haltend,
durch zusätzlichen O-/Flach-Dichtring 35 dichtend
mit der Wandung des Gehäuses
verbunden wird.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann der Lüftungskanal 24, 25, 32 auch
unsymmetrisch ausgeprägt
und angeordnet sein, entsprechend auch das semipermeable Filter/Membranventil 21.
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Eine
weitere Ausprägung
der Erfindung sieht vor, daß der
Lüftungskanal 24, 25, 32 der
atmungsaktiven Kabelsteckverbindung mehrfach angelegt sein kann
und entsprechend durch Mehrfachfilterung 21 abgeschlossen
ist.
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Ein
weiterer Anwendungsbezug der mehrkanaligen Lüftung 24, 25, 32 liegt
darin, daß die
semipermeablen Filter/Membranen 21 unterschiedliche Porosität/Durchgangszahlen
aufweisen und damit für unterschiedliche
Stoffe wirksam werden.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich dadurch,
daß die
atmungsaktive Kabelsteckverbindung in ihrer Montage keiner Lageeinbauvorschrift
unterliegt. Schutz vor dem Eindringen von Schmutzpartikeln oder
Wasser ist gegeben; auch bei Über-Kopf-Montage
ist durch abgeschrägte Kanten
der Ablauf von Wasser möglich.
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Eine
weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die atmungsaktive
Kabelsteckverbindung als aneinanderreihbares Kabelsteckmodul im Schaltschrankbau
Verwendung findet.
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Die
zahlreichen Möglichkeiten
und Vorteile der Ausgestaltung der Erfindung spiegeln sich in der Anzahl
der Schutzrechtsansprüche
wider.
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- 2
- Mittelteil
Kabelsteckverbindung
- 21
- Semipermeables
Filter/Membranventil
- 22
- Stütz- und
Dichtring
- 23
- Kabel-/Leitungsführung
- 24
- Lüftungskanal
Außensechskant
- 25
- Lüftungskanal,
innen
- 26
- Gewindestutzen,
oben
- 3
- Unterteil
Kabelsteckverbindung
- 31
- Gewindestutzen,
unten
- 32
- Bohrung
Lüftungskanal
- 34
- Innenzylinder
- 35
- O-/Flach-Dichtring
(nicht dargestellt)
- 36
- Flansch,
durchbohrt
- 37
- Gegen-/Kontermutter
(nicht dargestellt)
- 4
- Kabel
- 5
- Oberteil
Kabelsteckverbindung, Steckerteil/Stecker
- 51
- Lötkontakt
- 52
- Kontaktkörper
- 53
- Stiftgehäuse
- 54
- Steckkontakt
- 55
- Anschlag
- 56
- Kodierung
- 59
- Ringnut
- 591
- O-Ring
(nicht dargestellt)
- 6
- Oberteil
Kabelsteckverbindung Buchsenteil, Kupplung
- 61
- Kontaktbuchse
- 62
- Buchsenaufnahme
- 63
- Anschlag
- 64
- Druckschraube/Schraubverschluß
- 65
- Kabeltülle
- 66
- O-/Flach-Dichtring
- 67
- Kodierung