DE102009003016B4

DE102009003016B4 - Rundsteckverbinder für Industrieanwendungen

Info

Publication number: DE102009003016B4
Application number: DE102009003016.6A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Mehnert; Bernd FROESE
Original assignee: IFM Electronic GmbH
Current assignee: IFM Electronic GmbH
Priority date: 2009-05-11
Filing date: 2009-05-11
Publication date: 2019-11-21
Anticipated expiration: 2029-05-12
Also published as: US20120058659A1; CN102598426A; DE102009003016A1; WO2010130400A1; PL398074A1; SG175397A1; PL221833B1; US9130304B2

Abstract

Rundsteckverbinder für Industrieanwendungen bestehend aus einem Buchsenteil, das einen Griffkörper (13) und einen zylinderförmigen Kontaktträger (7) aufweist,
der in einen, an einem, als Gegenstück ausgebildeten, Steckerteil vorgesehenen, hülsenförmigen Aufnahmebereich einschiebbar ist,
wobei am Kontaktträger (7) ein Dichtelement (17)
vorgesehen ist, das den
Kontaktträger (7) umschließt und das in Richtung der Vorderkante (72) des Kontaktträgers (7) eine Dichtfläche F aufweist, die in einen ersten Dichtabschnitt F1 und einen zweiten Dichtabschnitt F2 unterteilt ist, wobei der erste Dichtabschnitt F1 eine vorwiegend radiale Dichtwirkung und der zweite Dichtabschnitt F2 eine vorwiegend axiale Dichtwirkung erzeugt und wobei das Dichtelement (17) an der der Dichtfläche F gegenüberliegenden Seite Nasen (17a) aufweist, an denen eine Anschlaghülse (5), die als Sicherungselement einer Rüttelsicherung dient, federnd anliegt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Rundsteckverbinder für Industrieanwendungen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE102005056563B3 ist ein Rundsteckverbinder mit einer Rüttelsicherung bekannt. Steckverbinder auch ohne Rüttelsicherung, wie z.B. aus den Druckschriften WO2006/131140A1 , US 4 917 620 A , EP1727242A2 und JP2003-249297A bekannt, werden in verschiedenen Industriebereichen eingesetzt. Sie bestehen üblicherweise aus einem elastischen Griffkörper und einem Kontaktträger mit Anschlusskabel. Das Anschlusskabel ist in Längsrichtung bzw. unter 90° zur Steckrichtung positioniert. Der Griffkörper umschließt abschnittsweise sowohl den Kontaktträger wie auch das Anschlusskabel.
Bekannt sind auch Bauformen, bei denen der Anwender das Kabel selbst an das Stecksystem anklemmen kann. Hier ist der Griffkörper als Gehäuse mit innen liegenden Kontaktklemmen ausgeführt.
Zur Verbindung mit einem entsprechenden Gegenstück, das z. B. an einem Sensor, der industriellen Automatisierungstechnik, vorgesehen sein kann, ist eine Überwurfmutter mit Innengewinde vorgesehen. Es sind zwei Varianten des Steckverbinders möglich, male (Stecker) bzw. female (Buchse).
Im Betriebszustand sind die Sensoren fest über das jeweilige Anschlusskabel mit einer Steuer-/Auswerteeinheit verbunden. Häufig werden in den Steuer-/Auswerteeinheiten nicht nur die Sensorsignale ausgewertet, sondern es wird von dort auch die Spannungsversorgung der Sensoren bereitstellt.
Häufig werden derartige Steckverbinder in sehr rauen industriellen Umgebungen eingesetzt. Ein Einsatzbereich dieser Steckverbinder ist der Lebensmittelbereich (food), wo für die Anlagen strenge Hygienevorschriften gelten. Zu deren Reinigung werden meist säurehaltige oder basische Reinigungs-/Desinfektionsmittel eingesetzt.
Ein weiterer Einsatzbereich ist der Fertigungs-/Werkzeugbereich (non food), wo die Anlagen andere Anforderungen erfüllen müssen. Für Steckverbinder in diesem Bereich ist insbesondere die Kühl- bzw. Schmiermittelbeständigkeit von großer Bedeutung.
In beiden Anwendungsbereichen (food/non food) können auch Hochdruck-/Dampfstrahl-Reinigungsverfahren eingesetzt werden.
Insgesamt kann das Eindringen von Flüssigkeiten in den Innenbereich eines eingebauten Steckverbinders zur Korrosion an leitenden Bauteilen innerhalb des Steckverbinders (z. B. an dem Kontakträger) führen.
Ein Ausfall eines Steckverbinders z. B. aufgrund von Korrosion, kann je nach Anwendung unter Umständen zum Stillstand einer ganzen Anlage führen und damit erhebliche Kosten verursachen.
Für kleine Steckverbinder d. h. ≤ M8 existiert eine Industrienorm DIN EN 61076-2-104, die für M8 Rundsteckverbinder u. a. die Bemaßung der Steckerteile mit den entsprechenden Toleranzen angibt.
Zur Abdichtung bei solchen gegenüber M12-Stecken kleineren Steckverbinder werden häufig O-Ringe eingesetzt. Da für diese jedoch keine definierte Auflage- bzw. Anschlagfläche vorgesehen sind, kann der O-Ring beim Schließen der Schraubverbindung aus seiner vorgesehenen Position verschoben oder gequetscht werden, weil zwischen Steckverbinder und Gegenstück ein gewisses axiales Spiel vorgesehen sein muss. In beiden Fällen kann die Dichtwirkung beeinträchtigt werden
Das Verquetschen des O-Rings erfolgt in verstärktem Maß, wenn bei der Herstellung der Steckverbinder oder deren Gegenstücke Normabweichungen auftreten, wie sie bei weltweiten Herstellern nicht auszuschließen sind.
Es ist auch nicht auszuschließen, dass der O-Ring am Gegenstück verklebt und deshalb unbemerkt vom Anwender beim Lösen der Steckverbindung am eigentlichen Steckverbinder verloren geht. Beim Schließen einer weiteren Steckverbindung fehlt dann das Dichtelement und damit kann sehr leicht Flüssigkeit in den Innenbereich des Steckverbinders gelangen. Insgesamt kann über einen O-Ring als Dichtelement keine sichere Abdichtung bei Steckverbinder gewährleistet werden.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb einen Rundsteckverbinder zu schaffen, der die oben genannten Nachteile nicht aufweist, der insbesondere eine dauerhafte und langzeitstabile Abdichtung einer Steckverbindung ermöglicht.
Gelöst wird diese Aufgabe durch folgende im Anspruch 1 angeführten Merkmale.
Die wesentliche Idee der Erfindung besteht darin, bei einem gattungsgemäßen Rundsteckverbinder ein speziell geformtes Dichtelement vorzusehen, dessen Dichtfläche in zwei Bereiche unterteilt ist, wobei ein erster Dichtabschnitt vorwiegend für eine radiale Dichtwirkung und ein zweiter Dichtabschnitt für eine vorwiegend axiale Dichtwirkung ausgelegt ist.
Durch den ersten Dichtabschnitt werden radiale Verschiebungen beim Aufsetzen des Rundsteckverbinders ausgeglichen, weil dieser Dichtabschnitt quasi eine Zentrierfunktion übernimmt.
Durch den zweiten Dichtabschnitt können, falls die Zentrierfunktion des ersten Dichtabschnitts nicht ausreichend oder unwirksam ist, weil am Gegenstück (male) größere Normabweichungen vorliegen, auch größere Abstände überbrückt und dadurch axial abgedichtet werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen:

1 perspektivische Aufsicht eines Rundsteckverbinders teilweise geschnitten
2 vergrößerte Darstellung eines Kontaktträgers mit einem erfindungsgemäßen Dichtelement gemäß 1 in senkrechter Aufsicht
3 a Schnittdarstellung eines Kontaktträgers mit dem erfindungsgemäßen Dichtelement im eingebauten Zustand mit einem Norm-Gegenstück
3 b Schnittdarstellung eines Dichtelements im eingebauten Zustand mit einem von der Norm abweichenden Gegenstücks
4 Schnittdarstellung eines Kontaktträgers mit ein herkömmlich Dichtelement im eingebauten Zustand mit einem Gegenstück

In 1 ist das Buchsenteil eines M8-Rundsteckverbinders (femal) dargestellt. An seinem vorderen ersten Ende weist der Rundsteckverbinder 1 eine Überwurfmutter 3 mit einem metrischen Innengewinde M8 aus Metall (vorzugsweise Edelstahl, Messing oder Zink-Druckguß) und Schlüsselflächen 4a für einen 6-Kant-Schlüssel sowie einer Rändelung 4b für eine Handbedienung auf. Die Überwurfmutter 3 wird von einer entsprechenden metallischen Anschlaghülse 5, die einen zylindrischen Kontaktträger 7 umschließt, drehbar gehalten. Im Kontaktträger 7 sind mehrere Kontaktelemente 9a, 9b, 9c vorgesehen, die als Buchsen ausgeführt sind und die an Einzelkabel 11 b, c eines Anschlusskabels 11 angeschlossen sind. Der Kontaktträger 7 und das Anschlusskabel 11 sind von einem elastischen Griffkörper 13 zumindest teilweise umgeben. Der Griffkörper 13 schließt am vorderen Ende des Rundsteckverbinders im Bereich der Anschlaghülse 5 an die Überwurfmutter 3 an und umgibt am hinteren Ende des Rundsteckverbinders 1 formschlüssig den Kabelmantel 15 des Anschlusskabels 11.
Der Griffkörper 13 ist als Spritzgussteil ausgeführt. Durch die Verwendung eines Haftvermittlers im Überlappbereich des Anschlusskabels 11 mit dem Griffkörper 13 und am Umspritzbereich des Kontaktträgers 7 wird eine dauerhafte flexible Verbindung zwischen dem Griffkörper 13 und dem Anschlusskabel 11 erzielt, was im Hinblick auf die Dichtwirkung insbesondere gegen Feuchte sehr vorteilhaft ist.
Der Haftvermittler wird bei der Fertigung im Überlappbereich auf den Kabelmantel 15, die Einzelkabel 11 sowie den Kontaktträger 7 aufgetragen.
Der Rundsteckverbinder 1 wird mit einem nicht dargestellten Steckergegenstück, das passend ausgebildeten Kontaktelementen, aufweist, verbunden.
Ein solches Gegenstück kann z. B. an einem Sensor, z. B. einem induktiven Näherungsschalter M8 ifm IE5349 bzw. JAC200, die für den Nassbereich zugelassen sind, vorgesehen sein. Im Betriebszustand ist der Sensor dann mit einer Steuer-/Auswerteeinheit über das Anschlusskabel 15 verbunden. Für die Anwendung ist die zuverlässige Übertragung von Sensordaten an die Steuer-/Auswerteeinheit von großer Bedeutung.
Zur Abdichtung des Kontaktträgers 7 hauptsächlich gegen Flüssigkeiten ist ein elastisches Dichtelement 17 aus FPM/FKM (Viton) vorgesehen.
In 2 ist eine vergrößerte Darstellung des Kontaktträgers 7 mit einem erfindungsgemäßen Dichtelement 17 gemäß 1 in senkrechter Aufsicht gezeigt und zwar einmal im aufgesetzten Zustand und einmal als separates Teil.
Das Dichtelement 17 weist mehrere Nasen 17 a auf, die in entsprechende an einem Bund 40 des Kontaktträgers 7 vorgesehene Durchbrüche 40 a hineinragen und mit einem in 3 besser erkennbaren Wulst 8 verrasten.
In dieser Position wird durch das Aufschieben der Anschlaghülse 5 das Dichtelement 17 unverlierbar fixiert. Insgesamt ist das Dichtelement 17 also fest auf dem Kontakträger 7 fixiert.
Der Bund 40 bzw. die leicht überstehenden Nasen 17a dienen als Anschlag für die Anschlaghülse 5. Wobei der Überstand aufgrund der Elastizität des gesamten Dichtelements 17 und damit auch der Nasen 17a federnd auf die Anschlaghülse 5 wirkt.
Die Anschlaghülse 5 ist als Sicherungselement für eine aus der DE102005056563B3 bekannten Rüttelsicherung ausgebildet und weist deshalb an einer Seitenkante mehrere Schrägflächen 5a auf, die mit entsprechenden an der Überwurfmutter 3 vorgesehenen Gegenflächen, so wirken, dass die Überwurfmutter 3 relativ leicht verschraubt aber nur entsprechend schwer gelöst werden kann.
Das in 2 separat dargestellte Dichtelement 17 ist als Schnittdarstellung gezeigt in der die Dichtfläche F besser erkennbar ist. Deutlich sieht man, dass die Dichtfläche in zwei unterschiedlich gekrümmte Abschnitte F1 (konusförmig) und F2 (konvex) unterteilt ist.
Die Dichtfläche zeigt im eingebauten Zustand in Richtung der Vorderkante 72 des Kontaktträgers 7.
Nachfolgend ist die Funktion des erfindungsgemäßen Dichtelements 17 näher erläutert.
3 a zeigt eine Schnittdarstellung eines Kontaktträgers 7 mit dem erfindungsgemäßen Dichtelement 17 im eingebauten Zustand mit einem angedeuteten Norm-Gegenstück (male/Stecker). Dabei ist der Kontaktträger 7 des Buchsenteils bereits in den hülsenförmigen Aufnahmebereich des Steckerteils eingeführt.
Beim Aufschieben des Rundsteckverbinders 1 auf ein nach der Norm EN DIN 61076-2-101 gefertigtes Gegenstück schiebt sich die Vorderkante K des Dichtelements 17 unter die entsprechende Kante K' an der Aufnahmeöffnung des Steckergegenstücks. Dabei wird der Kontaktträger 7 im hülsenförmigen Aufnahmebereich des Steckerteils automatisch zentriert. Normgemäß verbleibt ein axialer Spalt zwischen der Vorderkante 72 des Kontaktträgers 7 und der Grundfläche 54 der Aufnahmeöffnung des Steckergegenstücks. Die Dichtwirkung des Dichtelements 17 erfolgt im Wesentlichen durch den konusförmigen Dichtabschnitt F1, wobei die Kraftwirkung an den Dichtflächen F überwiegend in radialer Richtung erfolgt.
Dadurch dass die Anschlaghülse 5 die Nasen 17a des Dichtelements 17 im Bereich des Wulstes 8 übergreift, dient es gleichzeitig als Sicherungselement für das Dichtelement 17. Ein unbeabsichtigtes Lösen des Dichtelements 17 wird dadurch ausgeschlossen.
3 b zeigt eine Schnittdarstellung eines Kontaktträgers 7 mit dem erfindungsgemäßen Dichtelement 17 im eingebauten Zustand mit einem von der Norm abweichenden Steckergegenstück (male). Hier ist der Durchmesser größer als bei Normsteckern.
In 3 b ist deutlich erkennbar, dass nun der konvex geformte Dichtabschnitt F2 die Dichtwirkung übernimmt. Die Krafteinwirkung auf den Dichtflächen ist dadurch mehr axial. Gleichzeitig stoßen die Vorderkante des Kontaktträgers 7 und die Grundfläche 54 aneinander. In beiden Fällen besteht jedoch eine ausreichende Dichtwirkung um das Eindringen von Flüssigkeiten oder Stäuben zu verhindern.
Zum Vergleich ist in 4 eine Steckerverbindung mit einem herkömmlichen Buchsenteil mit einem O-Ring 100 als Dichtelement dargestellt. Insbesondere bei Normabweichungen kann es leicht zu einem Achsversatz zwischen den beiden Teilen Buches/Stecker der Steckverbindung kommen, was unweigerlich eine Verquetschung des O-Rings 100 zur Folge hat. Hierbei sind Beschädigungen des O-Rings nicht auszuschließen. Solche Beschädigungen sind meist mit bloßem Auge nicht erkennbar, so dass ein Anwender bei einer Sichtprüfung diesen Fehler gar nicht erkennt. Die Auswirkungen einer solchen, Beschädigung machen sich häufig erst mit einem großen zeitlichen Verzug bemerkbar.
Da der O-Ring 100 nur auf den Kontaktträger aufgeschoben ist, kann er leicht verloren gehen, z. B. wenn er am Steckerteil verklebt.
Mit dem erfindungsgemäßen Rundsteckverbinder 1 für industrielle Anwendungen ist eine sichere Abdichtung einer Steckverbindung auch bei häufigem Lösen der Steckverbindung gegeben. Dies gilt insbesondere auch dann, wenn Normabweichungen am Gegenstück des Rundsteckverbinders vorliegen. Das Dichtelement 17 ist durch die Verrastung sicher am Kontaktträge 7 fixiert und kann deshalb nicht unbeabsichtigt verloren gehen.
Die erfindungsgemäße Lösung ist bei allen bereits bestehenden M8-Steckverbindern/Geräten einsetzbar.

Claims

Rundsteckverbinder für Industrieanwendungen bestehend aus einem Buchsenteil, das einen Griffkörper (13) und einen zylinderförmigen Kontaktträger (7) aufweist, der in einen, an einem, als Gegenstück ausgebildeten, Steckerteil vorgesehenen, hülsenförmigen Aufnahmebereich einschiebbar ist, wobei am Kontaktträger (7) ein Dichtelement (17) vorgesehen ist, das den Kontaktträger (7) umschließt und das in Richtung der Vorderkante (72) des Kontaktträgers (7) eine Dichtfläche F aufweist, die in einen ersten Dichtabschnitt F1 und einen zweiten Dichtabschnitt F2 unterteilt ist, wobei der erste Dichtabschnitt F1 eine vorwiegend radiale Dichtwirkung und der zweite Dichtabschnitt F2 eine vorwiegend axiale Dichtwirkung erzeugt und wobei das Dichtelement (17) an der der Dichtfläche F gegenüberliegenden Seite Nasen (17a) aufweist, an denen eine Anschlaghülse (5), die als Sicherungselement einer Rüttelsicherung dient, federnd anliegt.
Rundsteckverbinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Dichtabschnitt F1 konusförmig ausgebildet ist.
Rundsteckverbinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (17) auf den Kontaktträger (7) verrastbar ist.