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Die Erfindung betrifft eine Industrial Ethernet Leitung mit endseitig einer abgeschirmten Signalleitung angeordneten schraubbaren Steckverbindern nach der Gattung des Anspruchs 1.
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Stand der Technik
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Mit neuen Kommunikationsmechanismen wie beispielsweise Industrial Ethernet entstehen auch neue Probleme in Maschinen und Anlagen. Eine der Herausforderungen ist dabei, eine Vermaschung von Erdpotentialen zu vermeiden. Diese Vermaschungen, sogenannte „Erdschleifen“, führen zu erheblichen Störungen durch die direkte Überlagerung des Nutzsignals mit einem Störsignal, das über die Abschirmung der Datenleitung fließt.
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Das Problem mit den Vermaschungen ist zwar nicht neu, bekommt allerdings bei Ethernet Übertragungen mit 100 MBit und mehr und einer dort geforderten Sternstruktur von Geräten eine ganz neue Bedeutung.
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Durch die Sternstruktur können unter ungünstigen Verhältnissen mehrere Erdpotentiale über einen für die Kommunikation wichtigen Ethernet Switch verkoppelt werden, so dass es nahezu unmöglich ist, eine fehlerfreie Kommunikation aufzubauen.
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Bei aus dem Stand der Technik bekannter Feldbustechnik wird den Vermaschungen durch ein Verlegen von Potentialausgleichsleitern oder durch das Auftrennen des Schirmes an einem Ende begegnet. Durch das Verlegen von Potentialausgleichsleitern werden Vermaschungen zwar vermieden, jedoch wird aufgrund der enormen Kosten hiervon meist abgesehen. Dies kann beispielsweise dazu führen, dass lackierte Maschinenteile oft eigene Potentialinseln bilden, die durch die Isolation gegenüber Maschinenteilen Spannungsdifferenzen von 60 V und mehr hervorrufen können.
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Ein Auftrennen der Abschirmung muss durch das Verkabelungskonzept möglich sein. Da insbesondere die Industrial Ethernet Leitungen, die für 100 MBit und mehr ausgelegt sind, sehr sensibel auf eine Veränderung der Kabelimpedanz reagieren, werden jedoch oft mehr Probleme erzeugt als gelöst. Dies gilt insbesondere bei Installationen von Industrial Ethernet Leitungen gemäß der Schutzklasse IP67. Dies sind vorkonfektionierte, fest umspritzte Kabel. Hier kommt ein weiterer Nachteil zum Tragen. Wird bei einem umspritzten Kabel ein Ende nicht geerdet, so ist dies später nicht mehr von außen erkennbar. Für ein sauberes Erdungskonzept ist es aber notwendig, dass alle Abschirmleitungen an einem Punkt zusammen geführt werden.
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Die
DE 10 2012 022 748 A1 offenbart eine Vorrichtung zur galvanischen Kabelschirme-Verbindung von mehreren Kabelsteckverbindern. Gegenstand dieses Dokuments ist eine Schirmleiter- und/oder Erd- bzw. Funktionserdverbindung von einem bzw. mehreren Kabelsteckverbindern und/oder eines elektronischen Gerätes mit derartigen anschließbaren oder angeschlossenen Kabel(rund)steckverbindern bzw. (Rund)Steckverbinderkabeln, insbesondere Feldbus-Slavegerätes, für die Auswertung und/oder Steuerung der Signale mindestens eines internen oder externen Sensors und/oder Aktors, vor allem eines Profibus-, Profinet-, Industrial-Ethernet- und EtherCat-(Slave)Gerätes mit zwei Kabelsteckverbinder-basierten (Feldbus-)Anschlüssen als (Feldbus-)Ein- bzw. Ausgang. Die Erdung der Abschirmung ist auf unterschiedliche Weisen möglich. Es kann eine beidseitige harte Erdung der Abschirmung vorgesehen sein. Die harte Erdung bedeutet eine leitende Verbindung zwischen der Abschirmung und einem Potentialausgleichsleiter. Darüber hinaus sind eine kapazitive Erdung an einem Ende der Abschirmung, das heißt ein Anschluss der Abschirmung an den Potentialausgleichsleiter über einen Kondensator, und eine harte Erdung am anderen Ende vorstellbar. Schließlich sind auch eine harte Erdung an einem Ende der Abschirmung und keine Erdung am anderen Ende beschrieben. Gewöhnlich wird die Abschirmung eines Kabelsteckverbinders über eine leitende Mutter mit Außengewinde des Kabelsteckverbinders, die in eine leitende Innenwandgewindehülse einer Wandrundsteckbuchse des Gehäuses des Gerätes eingeschraubt wird, hergestellt. Bei dieser Art der Erdung können sich nun allerdings die vorbeschriebenen Erdschleifen ausbilden, die zu Störungen im übertragenen Signal führen können und daher unterbrochen werden sollten. Die Unterbrechung der Erdschleife und hierdurch die Unterbrechung dieser Verbindung der Abschirmung des Kabelsteckverbinders mit der Abschirmung des Gerätes erfolgt, indem die in der Wandung ausgebildete Innengewindehülse der Wandrundsteckbuchse, an die der Kabelsteckverbinder angeschlossen wird, aus isolierendem Material, insbesondere Kunststoff, hergestellt wird. Dies erfordert den Einbau entsprechender Wandrundsteckbuchsen in sämtliche Geräte und damit die Umrüstung sämtlicher Geräte.
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Die Umrüstung oder der Austausch aller Geräte ist allerdings ein sehr großer Aufwand, der vermieden werden sollte. Aufgabe der Erfindung ist nun, die Vermeidung von Erdschleifen bei derartigen Industrial Ethernet Leitungen wirkungsvoll und mit geringerem Aufwand zu realisieren.
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Offenbarung der Erfindung
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Bei der erfindungsgemäßen Industrial Ethernet Leitung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 wird eine Mutter eines schraubbaren Steckverbinders, die aus einem nichtleitenden Material besteht, vorgesehen. Durch diese Mutter aus nichtleitendem Material wird eine Verbindung zwischen der Abschirmung des Steckverbinders und der Abschirmung des Gerätes unterbrochen. Dadurch wird die Industrial Ethernet Leitung an diesem Ende nicht geerdet und es kann sich keine Erdschleife ausbilden. Der Vorteil gegenüber dem Stand der Technik besteht darin, dass die Geräte zur Vermeidung der Erdschleifen nicht ausgetauscht oder umgerüstet werden müssen, sondern lediglich die Industrial Ethernet Leitungen mit den schraubbaren Steckverbindern. Darüber hinaus sind für die Herstellung der Industrial Ethernet Leitung mit der Mutter aus nichtleitendem Material keine zusätzlichen Fertigungsschritte notwendig. Es ist lediglich an einem Ende der Industrial Ethernet Leitung die herkömmliche metallische Mutter, die auf herkömmliche Weise die Abschirmung der Signalleitung mit der Abschirmung eines Geräts verbindet, durch eine nichtleitende Mutter zu ersetzten. Darüber hinaus kann das nichtgeerdete Ende der Industrial Ethernet Leitung sehr vorteilhaft an der Mutter aus nichtleitendem Material erkannt werden.
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Bevorzugt umschließt die Mutter der erfindungsgemäßen Leitung ein Innenteil des schraubbaren Steckverbinders, wobei die Mutter an einem Verbindungsteil drehbar gelagert und befestigt ist. Mittels der drehbar gelagerten Mutter kann die Industrial Ethernet Leitung beispielsweise an einem Gehäuse eines Geräts während einer Herstellung der Steckverbindung angeschraubt werden. Die Mutter ist mit der Abschirmung der Leitung verbunden.
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Vorzugsweise weist die Mutter der erfindungsgemäßen Leitung ein Außengewinde einer der üblichen Größen M5, M8, M12 auf. Hierdurch ist eine Montage der Leitung an herkömmlichen Geräten ohne weiteres möglich.
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Die erfindungsgemäße Mutter weist ganz besonders bevorzugt einen gerändelten Bereich, einen geriffelten Bereich oder einen Außenvier- oder Außensechskant zum Drehen der Mutter auf. Hierdurch kann die Leitung besonders einfach mit einem Gerät verschraubt werden.
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Vorteilhafterweise besteht die Mutter aus Kunststoff oder Keramik. Dies ermöglicht eine besonders einfache Herstellung der Mutter. Darüber hinaus ist Keramik ein besonders robuster Werkstoff.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Signalleitung ein Buskabel.
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Die erfindungsgemäße Mutter weist vorzugsweise eine Codierung auf. Dadurch wird ein Verpolungsschutz der schraubbaren Steckverbinder realisiert.
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Die Mutter der erfindungsgemäßen Leitung weist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung eine Kennzeichnung auf. Hierdurch kann das nichtgeerdete Ende der Leitung besonders leicht von außen erkannt werden. Damit wird einem Anwender sofort signalisiert, dass die Abschirmung dieses Endes der Signalleitung keine leitende Verbindung mit einem Gehäuse und damit der Abschirmung eines Gerätes aufweist. Hiermit kann durch eine einfache oder auch automatisierte optische Kontrolle die Richtigkeit einer Installation der Industrial Ethernet Leitung überprüft werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Figur dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Die Figur zeigt eine Schnittaussicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Industrial Ethernet Leitung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Eine Industrial Ethernet Leitung 10, deren eines Ende in der Figur dargestellt ist, weist endseitig einer abgeschirmten Signalleitung 11 schraubbare Steckverbinder 12 auf. Die schraubbaren Steckverbinder 12 sind mit einer Abschirmung 13 der abgeschirmten Signalleitung 11 über ein Verbindungsteil 14, welches in eine Abdeckung 18 eingebettet ist und ein isolierendes Innenteil 15 teilweise umschließt, elektrisch leitend verbunden. Die an den Enden der Signalleitung 11 angeordneten schraubbaren Steckverbinder 12 weisen jeweils eine Mutter auf, die das Innenteil 15 drehbeweglich umschließt. Einer der beiden schraubbaren Steckverbinder 12 weist eine Mutter 16 aus einem nichtleitenden Material auf. Der an dem anderen Ende der Signalleitung 11 angeordnete schraubbare Steckverbinder (nicht dargestellt) weist ebenfalls ein isolierendes Innenteil, jedoch eine Mutter aus leitendem Material auf. Die einzelnen Leiter der Signalleitung 11 (nicht dargestellt) sind auf an sich bekannte Weise elektrisch leitend mit den Kontaktstiften 17 beispielsweise durch Crimpverbindungen verbunden. Die elektrisch leitenden Kontaktstifte 17 sind durch das isolierende Innenteil 15 gegenüber dem elektrisch leitenden Verbindungsteil 14 isoliert. Das Verbindungsteil 14 und die Signalleitung 11 werden von der Abdeckung 18 teilweise ummantelt. Diese Abdeckung 18 dient unter anderem auch der leichten Handhabung sowie der Zugentlastung.
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Die Mutter 16 umschließt das Innenteil 15 weitestgehend und ist an dem Verbindungsteil 14 drehbar und gleichzeitig axial unverschieblich gelagert. Die Mutter 16 weist ein Außengewinde 19 beispielsweise der Größe M5, M8 oder M12 auf. Die Mutter 16 weist ferner einen Ring 20 mit einer Rändelung, Riffelung oder einem Außenvier- oder Außensechskant zum Drehen der Mutter 16 auf. Dieser Ring 20 ist in Axialrichtung dem Außengewinde 19 folgend angeordnet. Die nichtleitende Mutter 16 besteht aus Kunststoff oder Keramik. Hierdurch wird die Erdung der Abschirmung 13 und des leitenden Verbindungsteils 14 an diesem Ende der Signalleitung 11 durch die isolierende Mutter 16 unterbrochen. Die Signalleitung 11 mit der isolierenden Mutter 16 an ihrem einen Ende und der leitfähigen Mutter an ihrem anderen Ende verhindert wirkungsvoll die Bildung von Erdschleifen. Die Abschirmung 13 wird anders ausgedrückt nur einseitig geerdet. Hierzu wird nicht die Abschirmung 13 und das Verbindungsteil 14 von dem schraubbaren Steckverbinder 12 getrennt, sondern das nichtgeerdete Ende der Signalleitung 11 wird durch die eine Isolation darstellende Mutter 16 erzeugt. Die Mutter 16 unterbricht somit das elektrische Potential zwischen der Abschirmung 13 der Signalleitung 11 und einer Abschirmung eines (nicht gezeigten) Gerätes, mit welchem die Signalleitung 11 durch den schraubbaren Steckverbinder 12 verbunden ist.
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Der schraubbare Steckverbinder 12 kann für jegliche geschirmte Signalleitung 11 verwendet werden, die ein analoges Gerät, zum Beispiel ein Sensor, mit einer Anschaltbox verbindet. Hierbei kommen Außengewinde M5, M8, M12 in verschiedenen Codierungen, welche der Verstecksicherheit dienen, zur Anwendung. Auch 7/8 Zoll Außengewinde sind möglich.
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Die Mutter 16 weißt eine eindeutige Kennzeichnung auf, so dass das Ende der Singalleitung 11, dessen Abschirmung aufgrund der Mutter 16 nicht geerdet ist, sofort erkennbar ist. Die Mutter 16 wird hierzu beispielsweise in einer deutlichen und auffälligen Farbe gefertigt. Damit wird dem Anwender oder einem Handhabungsautomaten sofort signalisiert, dass die Abschirmung 13 dieses Endes der Signalleitung 11 keine elektrisch leitende Verbindung zur Abschirmung des Gerätes aufweist. So kann durch eine einfache (auch automatisierte) Sichtkontrolle die Richtigkeit der Installation überprüft werden.
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Die Signalleitung 11 kann ein Buskabel sein, welches in der Ausführung mit M12 Außengewinde und D-Kodierung für Ethernet Anwendungen eingesetzt wird. Die D-Kodierung wird hierbei als Verpolungsschutz verwendet. Das Buskabel entspricht der europäischen Norm IP67. Diese Norm dient der Klassifizierung des Schutzes, den elektronische Bauteile bieten. Die erste Ziffer zeigt den Schutzgrad gegen Fremdkörper an. Hierbei bedeutet die Ziffer 6, dass das Buskabel vollständig umspritzt und somit sicher vor Staub geschützt ist. Die zweite Ziffer gibt Auskunft über den Schutz gegenüber Wasser. Die Ziffer 7 bedeutet, dass das Buskabel gegen zeitweiliges Untertauchen geschützt ist. Zeitweilig bedeutet, dass das Kabel bis zu 30 Minuten in maximal ein Meter Tiefe eingetaucht werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Industrial Ethernet Leitung
- 11
- Signalleitung
- 12
- Schraubbarer Steckverbinder
- 13
- Abschirmung
- 14
- Verbindungsteil
- 15
- Innenteil
- 16
- Mutter
- 17
- Stifte
- 18
- Abdeckung
- 19
- Außengewinde
- 20
- Ring
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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 102012022748 A1 [0007]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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