DE3623403A1

DE3623403A1 - Explosionssicheres buchsenteil

Info

Publication number: DE3623403A1
Application number: DE19863623403
Authority: DE
Inventors: Karl Kapfer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-07-11
Filing date: 1986-07-11
Publication date: 1988-01-21
Also published as: DE3623403C2

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die Erfindung betrifft ein explosionssicheres Buchsenteil, das Bestandteil einer aus ihm und einem Steckerteil bestehen den Steckvorrichtung ist.

STAND DER TECHNIK

Ein explosionssicheres Buchsenteil muß so beschaffen sein, daß nicht nur die gesamte Steckvorrichtung bei mit dem Buchsenteil zusammengestecktem Steckerteil explosionssicher ist, sondern daß auch das Buchsenteil für sich explosions sicher ist. Diese Bedingung wird herkömmlich dadurch erfüllt, daß das Buchsenteil über einen Schalter verfügt, der die Buchsen dann, wenn der Stecker nicht eingeführt ist, span nungslos schaltet. In nicht gestecktem Zustand ist es nicht möglich, den Schalter zu betätigen. Beim Zusammenstecken der beiden Teile der Steckvorrichtung wird jedoch der Schalter entarretiert, so daß es nun möglich ist die Buchsen, damit die Stecker des Steckerteils und folglich auch ein an das Steckerteil angeschlossenes Gerät mit Spannung zu versorgen. Zugleich mit dem Entarretieren des Schalters wird das Stecker teil im Buchsenteil arretiert. Es ist also nicht möglich, das Steckerteil vom Buchsenteil zu trennen, so lange das Buchsen teil über den Schalter mit Spannung versorgt wird. Vielmehr ist es erst erforderlich, das Buchsenteil mit Hilfe des Schalters wieder spannungslos zu schalten, bevor die beiden Teile der Steckvorrichtung getrennt werden können.

Derartige Steckvorrichtungen sind sehr platzaufwendig. Raum sparender sind demgegenüber Steckvorrichtungen, bei denen das Steckerteil durch eine Drehbewegung den Schalter betätigt. Nachdem das Steckerteil in das Buchsenteil eingeführt ist, sind die beiden Teile entlang ihrer gemeinsamen Längsachse gegeneinander zu verdrehen, wodurch das Arretieren erfolgt. Gleichzeitig werden die Buchsen mit Spannung versorgt. Ein Trennen der beiden Teile ist erst nach einer gegenseitigen Drehung entgegen der ursprünglichen Drehrichtung möglich. Dabei werden zunächst die Buchsen wieder spannungslos geschal tet und dann werden die beiden Teile entarretiert, so daß sie wieder voneinander getrennt werden können.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein explosionssiche res Buchsenteil anzugeben, das raumsparender aufgebaut werden kann als bisher bekannte derartige Buchsenteile.

Ein erfindungsgemäßes explosionssicheres Buchsenteil weist eine Begrenzerschaltung auf, die den Anforderungen der Zünd schutzart "Eigensicherheit" genügt, und die im Gehäuse des Buchsenteils angeordnet und in Kunststoff vergossen oder mit Kunststoff umspritzt ist.

Aufgrund dieses Aufbaus entfällt jede Notwendigkeit, eine Arretiervorrichtung und eine Schalteinrichtung zu verwenden. Die Erfindung macht sich vielmehr die Erkenntnis zunutze, daß es nicht erforderlich ist, die Buchsen des Buchsenteiles im nicht gesteckten Zustand spannungslos zu schalten, sondern daß es ausreicht, daß die Energie derart bemessen ist, daß sie nicht zum Zünden eines explosionsfähigen Gasgemisches führen kann. Diese Bedingung entspricht der Zündschutzart "Eigensicherheit".

Man könnte zwar auch daran denken, bereits dem Buchsenteil Spannung eigensicher zuzuführen, was möglicherweise in eigen sicher angesteuerten Anlagen auch bereits praktiziert wurde, jedoch ist hierbei zu beachten, daß Kabel, die eigensichere Stromkreise führen, getrennt zu verlegen sind und durch die vorgeschriebene Kennzeichnung ein Mehrfaches im Vergleich zu üblichen Kabeln kosten. Das erfindungsgemäße Buchsenteil kann demgegenüber genauso einfach wie herkömmliche Buchsenteile mit Schalter angesteuert werden, und weist zudem einen einfa chen, äußerst raumsparenden Aufbau auf.

Ein ganz besonders kompaktes explosionssicheres Buchsenteil ergibt sich dann, wenn es zweipolig ist, die Begrenzerschal tung nur für einen der Pole wirkt, eine Schutzisolierung vor liegt und die Anschlüsse des Anschlußkabels an die Begrenzer schaltung mit letzterer zusammen vergossen oder mit Kunst stoff umspritzt sind.

Da es in der Praxis wünschenswert ist, Buchsenteil und Stek kerteil mit Hilfe einer Überwurfmutter miteinander zu verbin den, ist es zweckmäßig, das Gehäuse des Buchsenteils mit kreisrundem Querschnitt auszubilden. In diesem Fall ist es weiter von Vorteil, die Begrenzerschaltung räumlich so aufzu bauen, daß die Bauteile der Schaltung zu beiden Seiten einer Leiterplatte liegen. Die Leiterplatte mit Bauteilen ist dann in ihrer Umfangsform besonders gut an den runden 1nnendurch messer des Gehäuses angepaßt.

Zum Erzielen hoher Sicherheit und für eine einfache Herstell barkeit ist es von Vorteil, die Begrenzerschaltung mit einer isolierenden Kunststoffolie zu umgeben, diese Anordnung mit samt Buchsen und angeschlossenem Anschlußkabel in das Gehäuse einzuführen und die verbleibenden Hohlräume dann mit isolie rendem Kunststoff auszugießen. Wird als Folie z.B. eine Polyimidfolie verwendet, so ist schon bei einer Folienstärke von einigen wenigen zehntel Millimeter Durchschlagssicherheit gegenüber einer Prüfspannung von 5 kV erzielt. Diese Sicher heit wird durch den Kunststoffverguß noch weiter erhöht, ohne daß hierzu großer Platzaufwand getrieben werden müßte. Sicher heit, daß die Folie und die Kunststoffvergußschicht nicht durchgescheuert werden, ist dadurch gegeben, daß die gesamte Anordnung mit dem Gehäuse vergossen ist. Als Gehäuse kann auch ein festes Metallgehäuse verwendet werden, ohne daß zu befürchten ist, daß einmal Spannung am Gehäuse anliegen könnte.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

Fig. 1 Längsschnitt durch eine Ausführungsform eines explosionssicheren Buchsenteils mit Metallge häuse, eingegossener Begrenzerschaltung und mit vergossenem Anschlußkabel;

Fig. 2 Schaltbild einer Begrenzerschaltung;

Fig. 3 Draufsicht auf eine Leiterplatte mit Begrenzer schaltungsbauteilen; und

Fig. 4 Querschnitt durch das Gehäuse des Buchsenteils gemäß Fig. 1 mit eingeführter Leiterplatte ge mäß Fig. 3.

WEGE ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG

Das explosionssichere Buchsenteil 10 gemäß Fig. 1 weist ein Gehäuse 11 in Form einer Metallhülse, eine Überwurfmutter 12 am vorderen Ende des Gehäuses, ein Isolierteil 13 mit zwei eingesetzten Buchsen 14.1 und 14.2, ebenfalls am vorderen Ende des Gehäuses, ein Anschlußkabel 15 mit zwei Adern 16.1 und 16.2 und ein in einen Kunststoffverguß 17 im Inneren des Gehäuses 11 eingebetteten Begrenzerschaltungsteil 18 auf, das mit den Adern 16.1 und 16.2 sowie Kontaktstiften 19.1 und 19.2 an den Buchsen 14.1 bzw. 14.2 verbunden ist. Die Seite mit den Anschlüssen für die Adern 16.1 und 16.2 ist die nichteigensichere, die Seite mit den Anschlüssen für die Kon taktstifte 19.1 und 19.2 die eigensichere Seite der Begrenzer schaltung.

Die Überwurfmutter 12 dient zum sicheren Zusammenhalten von Buchsenteil 10 und eingestecktem Steckerteil, welch letzteres aber nicht dargestellt ist.

Ein Begrenzerschaltungsteil 18 benötigt selbst dann, wenn es ohne besondere weitere Vorkehrungen hergestellt und eingebaut wird, weniger Raum als eine herkömmliche Schalt- und Arretier einrichtung an einem Buchsenteil. Beim Buchsenteil gemäß Fig. 1 sind jedoch weitere Vorkehrungen getroffen, so daß ein besonders kompaktes Teil erzielt ist. Bei der dargestellten Ausführungsform sind Außendurchmesser bis herab zur Normgröße von zwölf Millimetern möglich. Ein Buchsenteil mit dem darge stellten und im folgenden näher beschriebenen Aufbau wurde mit einem Außendurchmesser des hülsenförmigen Gehäuses 11 von 16 Millimetern und einer Gesamtlänge von etwa 55 Millimetern versuchsweise hergestellt.

Anhand der Fig. 2 bis 4 wird zunächst das Begrenzerschal tungsteil 18 näher erläutert, das in Draufsicht in Fig. 3, in Frontansicht als Teil von Fig. 4 und im schaltungsmäßigen Auf bau in Fig. 2 dargestellt ist. Das Begrenzerschaltungsteil 18 verfügt über eine rechteckige Leiterplatte 20 auf deren einer Oberfläche in Längsrichtung eine Sicherung 21 angeordnet ist. Auf der Gegenseite der Leiterplatte 20 sind ein Begrenzer widerstand 22, ein Sicherungswiderstand 23 und zwei Zener dioden 24 angeordnet. Diese Bauteile sind gemäß der Schaltung von Fig. 2 miteinander verbunden. Diese weist eine durchgehen de Leitung 25 zwischen dem Anschlußpunkt mit der Ader 16.2 und dem Anschlußpunkt mit dem Kontaktstift 19.2 auf. Der An schlußpunkt mit der anderen Ader 16.1 und der Anschluß punkt mit dem anderen Kontaktstift 19.1 sind dagegen nicht über eine durchgehende Leitung, sondern über die Sicherung 21, den Sicherungswiderstand 23 und den Begrenzerwiderstand 22 miteinander verbunden. Zwischen die durchgehende Leitung 25 und die Leitung zwischen den beiden Widerständen 22 und 23 sind die zwei Zenerdioden 24 parallel zueinander geschaltet. Der Sicherungswiderstand 23 kann entfallen, wenn die Siche rung 21 entsprechend bemessen ist. Daher ist der Sicherungs widerstand 23 nur gestrichelt eingezeichnet. Aus Raumgründen ist es jedoch vorteilhafter, eine relativ kleine Sicherung 21 zusammen mit einem Sicherungswiderstand 23 zu verwenden als nur eine größere Sicherung 21 allein. Die Begrenzerschaltung arbeitet auf übliche Art und Weise, so daß auf ihre Funktion nicht näher eingegangen wird.

Bei dieser einpolig ausgeführten Begrenzerschaltung besteht das Problem, daß in der durchgehenden Ader 25 keine Strom begrenzung mit Hilfe eines Widerstandes erfolgt. Da diese durchgehende Ader 25 in einem außerhalb des Ex-Bereiches er richteten Gerät geerdet sein kann, muß ein leitendes Gehäuse 11 schutzisoliert sein, da sonst bei ortsabhängigem Erdpoten tial nichtbegrenzte, und somit nicht-eigensichere Energie im Ex-Bereich zwischen dem Gehäuse und einem an einer anderen Stelle geerdeten Leiter fließen könnte. Um diese Gefahren quelle auszuschließen, ohne daß nochmals alle genannten Bau teile für das Begrenzerschaltungsteil 18 auch für den zweiten Pol erforderlich sind, ist der Aufbau des Buchsenteils 10 ge mäß den Fig. 1 und 4 schutzisoliert ausgeführt. Die Schutz isolierung ist dabei durch zwei unabhängig voneinander wirken de Isolierschichten erzielt, kann aber z. B. auch durch einen relativ voluminösen Verguß, wie z. B. bei üblichen Geräte steckern, gebildet sein.

Die eine Isolierschicht besteht aus dem bereits oben erwähn ten Kunststoffverguß 17. Die andere Isolierschicht ist durch eine Kunststoffolie 26 gegeben, die die Leiterplatte 20 mit den drauf angeordneten Bauteilen umschließt. Die Kunststoff folie 26 besteht vorzugsweise aus Polyimid, da eine solche Fo lie bereits bei einer Stärke von wenigen zehntel Millimetern, also bei geringstem Raumbedarf, einer Prüfspannung von 5 kV standhält. Es können jedoch auch andere Folien verwendet wer den, z. B. aus Teflon oder Schrumpffolien aus Polyolefinen.

Das Buchsenteil 10 wird wie folgt hergestellt. Nachdem die Leiterplatte 20 mit Bauteilen bestückt ist, werden die Kontaktstifte 19.1 und 19.2 sowie die Adern 16.1 und 16.2 an ihr festgelötet. Danach wird die Leiterplatte 20 mit allen Bauteilen und Lötstellen mit der Kunststoffolie 26 umschlos sen. Die so gebildete Anordnung wird dann in das hülsenför mige Gehäuse 11 eingeführt. Das Isolierteil 13 ist dabei so bemessen, daß zwischen ihm und dem Gehäuse 11 ein möglichst geringer Spalt besteht. Das ganze Gehäuse wird dann mit einem üblichen isolierenden Harz, z.B. Epoxyharz, ausgegossen. Da durch werden das Isolierteil 13 mit den Buchsen 14.1 und 14.2, das Begrenzerschaltungsteil 18 und das Anschlußkabel 15 mit den Anschlußadern 16.1 und 16.2 im Gehäuse 11 fi xiert. Diese Fixierung wird dann besonders sicher, wenn in der Innenwand des Gehäuses 11 ein Einstich vorhanden ist, in den das Gießharz einfließt, so daß ein Verhaken der Gießmasse und der in ihr eingeschlossenen Bauteile mit dem Gehäuse 11 erzielt ist.

Auch wenn ein mehr als zweipoliges Buchsenteil verwendet wird, ist es von Vorteil, die Begrenzerschaltung so auszubil den, daß nicht der Strom zu allen Buchsen begrenzt wird, son dern nur für alle Buchsen bis auf eine. Dies bringt eine Ein sparung einiger Bauteile mit sich. Die statt dessen anzubrin gende Schutzisolierung ist demgegenüber erheblich raumsparen der.

Die Leiterplatte 20 kann so ausgebildet sein, daß sie über die äußersten Leiterbahnen einige Millimeter übersteht und mit ihren Längsrändern dicht an der Innenwand des Gehäuses 11 anliegt, um so das Begrenzerschaltungsteil 18 mechanisch fest und elektrisch isolierend im Gehäuse 11 zu halten; dadurch kann die Isolierfolie entfallen. Der aus Gründen der Explo sionssicherheit der Begrenzerschaltung selbst bereits notwen dige Verguß sichert zudem die Schaltung gegen die hohe Prüf spannung.

Weder aus isoliertechnischen noch explosionssicherheittechni schen Gründen ist es erforderlich, den ganzen, nicht von Bau gruppen eingenommenen Raum im Gehäuse 11 mit dem Kunststoff verguß 17 auszufüllen. Es würde auch ausreichen, nur die Bau gruppen zu vergießen und den so gebildeten Vergußkörper im Gehäuse anzuordnen. Dies würde jedoch eine gesonderte Befesti gung benötigen und darüber hinaus bestünde die Möglichkeit, daß das Vergußteil an der Innenwand des Gehäuses scheuert, was im Lauf der Zeit zum Zerstören einer Isolierschicht füh ren könnte. Dieser Gefahr müßte durch eine besonders sichere Befestigung begegnet werden. Insgesamt ist daher der Gesamt verguß von besonderem Vorteil.

Bei der bisher beschriebenen Ausführungsform, bei der das Ende des Anschlußkabels 15 mit in den Kunststoffverguß 17 ein gebettet ist, sind Buchsenteile 10 mit unterschiedlich langen Anschlußkabeln 15 auf Lager zu halten. Diese Lagerhaltung kann dann vereinfacht sein, wenn die Anschlußdrähte zum Be grenzerschaltungsteil 18 mit Klemmen am hinteren Ende des Ge häuses 11 verbunden sind, die in Zündschutzart "erhöhte Si cherheit" ausgeführt sind. Der Raum zwischen den Klemmen und dem Begrenzerschaltungsteil 18 wäre auch bei einer derartigen Ausführungsform zweckmäßigerweise ausgegossen oder mit Kunst stoff umspritzt. Die Ausführungsart mit den genannten Klemmen ist aber unter dem Gesichtspunkt des geringen Raumbedarfs weniger vorteilhaft als die Ausführungsform mit einem einge gossenen Anschlußkabel 15, da die Klemmen relativ groß bauen und relativ große Mindestabstände zwischen den Klemmen einzu halten sind.

Im Vorstehenden wurde mehrfach erwähnt, daß statt einer in Kunststoff vergossenen Begrenzerschaltung auch eine mit Kunst stoff umspritzte Begrenzerschaltung vorliegen kann. Unter letzterer Ausführungsform ist eine solche zu verstehen, bei der der die Begrenzerschaltung vergießende Kunststoff zu gleich das Gehäuse des Buchsenteiles bildet. Unter einer le diglich vergossenen Begrenzerschaltung ist dagegen eine sol che zu verstehen, die in ein gesondertes Gehäuse, sei es aus Kunststoff oder Metall, eingesetzt wird. Wie der Verguß herge stellt wird, ob z. B. durch Einfüllen eines flüssigen Gießhar zes in eine von einer Kunststoffolie ummantelte Begrenzer schaltung, oder z. B. durch Spritzguß in eine Form, in der sich die Begrenzerschaltung befindet, ist unerheblich.

Ist die Begrenzerschaltung umspritzt, so ist es zweckmäßig, statt einer Überwurfmutter 12 einen Spannbügel zum sicheren Verbinden von Stecker- und Buchsenteil vorzusehen. Es kann jeder beliebige Gehäusequerschnitt auf einfache Art und Weise hergestellt werden, z. B. auch ein rechteckiger statt eines runden Querschnitts. Die Bauteile werden jeweils so angeord net, daß der innere Raum optimal genutzt wird und daß die ge ringste Dicke der Umspritzungsmasse zwischen einem Bauteil der Begrenzerschaltung und der Außenwand noch so groß ist, daß die Schutzisolierungsbedingungen erfüllt sind.

Claims

1. Explosionssicheres Buchsenteil, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (11) des Buchsenteils (10) eine in Kunststoff vergossene oder mit Kunststoff umspritzte Begrenzer schaltung (18) angeordnet ist, die den Anforderungen der Zündschutzart "Eigensicherheit" genügt und die durch den Kunststoffverguß oder die Kunststoffumspritzung selbst explosionssicher ausgeführt ist.

2. Explosionssicheres Buchsenteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzerschaltung (18) für alle Pole bis auf einen ausgebildet ist und das Buchsenteil (10) schutzisoliert ist.

3. Explosionssicheres Buchsenteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es zweipolig ist.

4. Explosionssicheres Buchsenteil nach einem der An sprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzisolierung dadurch gegeben ist, daß das Ge häuse (11) aus Kunststoff ist, in das die durch den Kunststoffverguß (17) isolierte Begrenzerschaltung (18) eingesetzt ist.

5. Explosionssicheres Buchsenteil nach einem der An sprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzisolierung dadurch gegeben ist, daß die mit Kunststoff vergossene Begrenzerschaltung (18) von einer Kunststoffolie (26) umschlossen ist.

6. Explosionssicheres Buchsenteil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffolie (26) eine Polyimidfolie ist.

7. Eigensicheres Buchsenteil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauteile der Begrenzerschaltung (18) zu beiden Seiten einer Leiterplatte (20) angeordnet sind.

8. Explosionssicheres Buchsenteil nach einem der vor stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlüsse des Anschlußkabels (15) an die Begrenzer schaltung (18) mit letzterer zusammen vergossen oder mit Kunststoff umspritzt sind.