Beschreibung

Die Erfindung geht aus von einen Elektrischer Steckverbinder mit Zugentlastung nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs 1.

Derartige Steckverbinder werden benötigt, um Leitungen, insbesondere Kabel zur Übertragung von elektrischen Strömen, Signalen und Daten, mit Geräteanschlüssen oder korrespondierenden Steckverbindern zu verbinden.

Stand der Technik

Üblicherweise werden im Stand der Technik verschiedenartige Biegeschutze, auch als Knickschutz bezeichnet, eingesetzt, um während des Betriebseinsatzes zu verhindern, dass die durch den Steckverbinder angeschlossenen Leitungen verdreht oder übermäßig gebogen und schlimmstenfalls geknickt werden. Diese Belastungen können Beschädigungen an der Leitung, den Kontaktelementen des Steckverbinders, dem Steckverbinder als Einheit oder schlimmstenfalls des damit verbundenen Gerätes zur Folge haben. Darüber hinaus werden Biegeschutze oftmals zusätzlich derart ausgeformt, dass sie als Zugentlastung dienen. Zugentlastungen sorgen für eine Entlastung der Steckverbinder, der Leitungen im Kabel und der damit verbundenen Kontaktelemente während einer Belastung auf Zug, welche beispielsweise ungewollt durch bewegte Elemente, wie Flurförderzeugen, Personen oder vergleichbare Umstände auftreten können, oder auch durch normale betriebsbedingte Bewegungsabläufe eines mit dem Steckverbinder gekoppelten Geräts, beispielsweise einer angeschlossenen Arbeitsmaschine.

Zumeist werden im Stand der Technik zur Realisierung eines Biegeschutzes, ein entsprechendes Element an den Kabelabgang eines Steckverbinders angeformt, üblicherweise durch ein Umspritzungsverfahren. Diese Verfahren sind jedoch verhältnismäßig kostspielig und Aufwändig. Darüber hinaus kann ein entsprechendes Kabel, beziehungsweise der benötigte Steckverbinder, nicht vom Benutzer/ Kunden aufgebracht werden.

Der Stand der Technik eröffnet im Falle von feldkonfektionierbaren Steckverbindern zumeist Kabelverschraubungen. Dabei werden Dichtelemente, beispielsweise Kunststoffdichtungen oder Gummidichtungen zwischen Kabel und Gehäuse des elektrischen Steckverbinders mittels einer Mutter mit Ausnehmung für das Kabel eingeklemmt.

Die EP 3 132506 B1 zeigt einen Kabelabgang zur Montage auf einem Kabelabgangsstutzen eines Gerätes, Gehäuses oder Steckverbinders. Dabei ist auf der Innenseite des Kabelabgangs ein aushärtbares Polymer vorgesehen, welches den Kabelabgang, sowie den Steckerbinder und ein einzuführendes Kabel miteinander mechanisch verbindet.

Die US 2,027,962 A beansprucht ein Verfahren zur Herstellung von Gegenständen mit einer Kunststoffzusammensetzung, zumindest teilweise bestehend aus thermoplastischem Harzmaterial, umfassend das Herstellen eines Vorformlings aus der Kunststoffzusammensetzung und das Aussetzen des Vorformlings einer Wärmebehandlung, um zu bewirken, dass er seine physikalische Form ändert und seine endgültige Form anzunehmen und hitzestabil zu machen.

Der Stand der Technik ermöglicht grundsätzlich zur Feldkonfektionierung von Steckverbindern mit zu verbindenden Kabeln entweder eine professionell aussehende Verbindung, jedoch nur für vorbestimmte Kabelquerschnitte, oder eine weniger professionell aussehende Verbindung, welche hingegen für unterschiedliche Kabelquerschnitte eingesetzt werden kann. Die bekannten Schraubverbindungen, beziehungsweise Schraubdichtungen hingegen können bei unsachgemäßem oder unvorsichtigem Einsatz das Kabel, beziehungsweise die darin enthaltenen Adern verletzten.

Das Deutsche Patent- und Markenamt hat in der Prioritätsanmeldung zu vorliegender Anmeldung den folgenden Stand der Technik recherchiert:

DE 10 2014 105442 A1. CN 108 321 653 A, US 2017/0227401 A1 ,

CN 2 842 794 Y, DE 10 2015 219 654 A1 und DE 10 2015221 898 A1 .

Aufgabenstellung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine feldkonfektionierbare und optisch ansprechende Kabelanbindung an einen Steckverbinder zu eröffnen, welche verschiedene Kabelquerschnitte aufnehmen und abdichten kann.

Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung angegeben.

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Steckverbinder, bestehend aus einem Verriegelungselement zur lösbaren Verbindung mit einem Gegensteckverbinder, einem Gehäuse zur Aufnahme zumindest eines Kabels, zumindest einem Kontaktelement und einem Biegeschutz. Der Biegeschutz ist aus einem elastischen Werkstoff gefertigt und verhindert ein übermäßiges Verbiegen des angeschlossenen Kabels. Dabei ist zwischen dem Gehäuse und dem Biegeschutz ein Verbindungselement angeordnet, wobei das Verbindungselement zumindest einen ersten Zustand und einen zweiten Zustand annehmen kann, wobei zumindest der zweite Zustand irreversibel ist. Der Biegeschutz ist durch das Verbindungselement unlösbar am kabelseitigen Ende des Gehäuses fixiert, wobei sich das Verbindungselement zum Fixieren im zweiten Zustand befindet. Alternativ wird der Biegeschutz durch das Verbindungselement irreversibel am Kabel fixiert, sodass der Biegeschutz in direkter Verbindung mit dem Gehäuse des Steckverbinders steht.

Anders gesagt werden während eines Montagevorgangs der Biegeschutz und das Verbindungselement auf das Kabel aufgeschoben. Dabei befindet sich das Verbindungselement in seinem ersten Zustand, dem Montagezustand. Das Kabel, beziehungsweise zumindest eine in dem Kabel befindliche Ader wird anschließend mit zumindest einem Kontaktelement versehen und in das Gehäuse eingebracht. Die Verbindung des Kabels mit dem Kontaktelement kann selbstverständlich auch vor dem Aufbringen des Biegeschutzes und/ oder des Verbindungselementes vorgenommen werden. Das Verbindungselement wird nun an das kabelseitige Ende des Gehäuses herangeführt und der Biegeschutz wird über das Verbindungselement und an das kabelseitige Ende des Gehäuses geschoben. Das Verbindungselement ist vorteilhafterweise einteilig ausgeführt. Der Biegeschutz ist ebenfalls idealerweise einteilig ausgeführt. Nachdem der Biegeschutz an dem kabelseitigen Ende des Gehäuses angeordnet ist, wird das Verbindungselement von einem ersten Zustand, dem Montagezustand, in einen zweiten Zustand, dem Betriebszustand überführt. Im Betriebszustand, also dem zweiten Zustand des Verbindungselements sorgt das Verbindungselement für eine irreversible Verbindung von Biegeschutz, Kabel und dem Gehäuse des elektrischen Steckverbinders.

In einer sinnvollen Ausführungsform wird eine Zustandsänderung des Verbindungselementes durch eine mehr als 50°C veränderte Temperatur ausgelöst. Besonders sinnvoll scheint dabei die Wahl zumindest einer Komponente für das Verbindungselement, welche die Zustandsänderung durch Erhitzen des Verbindungselements auf eine Temperatur von über 100°C ausgelöst. Durch diese Temperaturwechsel soll insbesondere ein unerwünschtes Aktivieren der Komponente des Verbindungselements verhindert werden. Erreicht wird die gewünschte Temperaturbeständigkeit vor allem durch den Einsatz thermoplastischer Kunststoffe. Grundsätzlich kann die Temperatur zur Aktivierung der Zustandsänderung des Verbindungselements durch die Zusammensetzung des Kunststoffes beeinflusst werden. Um die Feldkonfektionierbarkeit zu gewährleisten, sollte eine Temperatur gewählt werden, welche sich mit wenig Aufwand, beispielsweise durch einen Heißluftfön erreichen lässt. Darüber hinaus scheint es logisch, sowohl das Gehäuse, als auch den Biegeschutz aus Material zu fertigen, welche zumindest die Temperatur für die Aktivierung des Verbindungselements schadlos überstehen.

Eine weitere Ausführungsform sieht vor, das Verbindungselement aus zumindest zwei Komponenten anzufertigen, welche durch Hitze aktiviert werden und den zweiten Zustand, also den Betriebszustand, einnehmen. Geschickter Weise entfaltet dabei zumindest eine der Komponenten des Verbindungselements eine adhäsive Wirkung, sobald die Zustandsänderung von dem zumindest ersten Zustand in den zumindest zweiten Zustand ausgelöst wird. Auf diese Weise kann zusätzlich zu einer mechanischen Verbindung des Gehäuses mit dem Biegeschutz und dem Kabel durch das Verbindungselement eine stoffschlüssige Verbindung hergestellt werden. Eine zusätzliche stoffschlüssige Verbindung hätte den besonderen Vorteil, einen sichereren Schutz bezüglich dem Eindringen von Fremdstoffen, beispielsweise Staub und/ oder Wasser, zu gewährleisten.

Eine Ausführungsform sieht dazu vor, die Zustandsveränderung des Verbindungselements von dem ersten Zustand zu dem zweiten Zustand in Form als eine irreversible Expansion auszuführen. Dazu wird das Verbindungselement beispielsweise in Form eines O-Rings aus einem expandierenden Kunststoff ausgeführt, beispielweise einem Polyurethan. Vergleichbar mit Anwendungen aus dem Baugewerbe wird beispielsweise ein schaumbildendes Polyurethan gewählt, welches eine besonders vorteilhafte Verbindung zwischen den Bauteilen des elektrischen Steckverbinders, also dem Gehäuse, dem Kabel und dem Biegeschutz herstellt. Besonders interessant erscheint diese Ausführungsform als Nachrüstlösung, in der ein erfindungsgemäßer Biegeschutz auf ein bereits gefertigtes, korrespondierendes Gehäuse eines elektrischen Steckverbinders aufgebracht wird, wobei das Gehäuse kabelseitig über ein Gewinde verfügt. Sobald der Schaum, oder ein ähnlich expandierender Werkstoff des Verbindungselements aktiviert wird, kann dieser zwischen den Gewindegängen und dem Biegeschutz expandieren, um auf diese Weise eine besonders Vorteilhafte Verbindung mit abdichtender Funktion auszuformen.

Eine alternative Ausführungsform der Erfindung schlägt einen elektrischen Steckverbinder vor, bestehend aus einem Verriegelungselement zur lösbaren Verbindung mit einem Gegensteckverbinder, einem Gehäuse zur Aufnahme zumindest eines Kabels und zumindest einem Kontaktelement und einem Biegeschutz. Der Biegeschutz ist aus einem elastischen Werkstoff gefertigt und verhindert ein übermäßiges Verbiegen des angeschlossenen Kabels. Dabei nimmt der Biegeschutz zumindest einen ersten Zustand und einen zweiten Zustand an, wobei zumindest der zweite Zustand irreversibel ist. Während des zweiten Zustandes ist der Biegeschutz unlösbar am kabelseitigen Ende des Gehäuses fixiert. Um einen derartigen Biegeschutz auszuformen wird vorgeschlagen, einen Kunststoff zunächst in einer gewünschten und sinnvollen Form zu vernetzen. Flierzu wird üblicherweise das Verfahren der Elektronenstrahlvernetzung eingesetzt. Nach der Vernetzung wird der Werkstoff, beispielsweise ein Thermoplast wie Polyethylen oder Polybuten, unter Wärmeeinwirkung geweitet. Der geweitete Zustand wird in diesem Zusammenhang als erster Zustand des Biegeschutzes aufgefasst. Anschließend wird der so gefertigte Biegeschutz an das Gehäuse des elektrischen Steckverbinders geführt und in seinen Betriebszustand, also dem erfindungsgemäß zweiten Zustand überführt.

In einer logischen Ausführungsform wird diese Zustandsänderung des Biegeschutzes durch eine mehr als 50°C veränderte Temperatur ausgelöst. Besonders sinnvoll scheint dabei die Wahl zumindest eines Werkstoffs für den Biegeschutz des elektrischen Steckverbinders, dessen Zustandsänderung durch Erhitzen des Biegeschutzes auf eine Temperatur von über 100°C ausgelöst wird. Durch diese Temperaturwechsel soll insbesondere ein unerwünschtes Aktivieren des Werkstoffes des Biegeschutzes verhindert werden. Erreicht wird diese Temperaturbeständigkeit vor allem durch den Einsatz, beziehungsweise die Zusammenstellung thermoplastischer Kunststoffe. Grundsätzlich kann die Temperatur zur Aktivierung der Zustandsänderung des Verbindungselements durch die Zusammensetzung des Kunststoffes beeinflusst werden. Um die Feldkonfektionierbarkeit zu gewährleisten, sollte eine Temperatur gewählt werden, welche sich mit wenig Aufwand, beispielsweise durch einen Heißluftfön erreichen lässt. Darüber hinaus scheint es logisch das Gehäuse aus zumindest einem Material zu fertigen, welche zumindest die Temperatur für die Aktivierung des Biegeelements schadlos übersteht.

Eine andere Ausführungsform des elektrischen Steckverbinders mit erfindungsgemäßem Biegeschutz sieht vor, den Biegeschutz aus zumindest zwei Komponenten zu fertigen, welche durch Hitze aktiviert werden und den zweiten Zustand einnehmen. Dabei scheint es besonders vorteilhaft, dass zumindest eine der Komponenten des Biegeschutzes eine adhäsive Wirkung entfaltet, sobald die Zustandsänderung vom zumindest ersten Zustand in den zumindest zweiten Zustand ausgelöst wird. Auf diese Weise kann zusätzlich zu einer mechanischen Verbindung des Gehäuses mit dem Biegeschutz und dem Kabel durch die zweite Komponente eine stoffschlüssige Verbindung hergestellt werden. Eine zusätzliche stoffschlüssige Verbindung hätte den besonderen Vorteil, einen sichereren Schutz bezüglich dem Eindringen von Fremdstoffen, beispielsweise Staub und/ oder Wasser, zu gewährleisten. Weiterhin wird neben dem Effekt der Abdichtung und des Biegeschutzes eine Zugentlastung erreicht. Damit ist gemeint, das eingesetzte Kabel und der elektrische Steckverbinder sind weniger Anfällig bezüglich Beschädigung durch Belastung auf Zug. Diese Belastungen auf Zug können sowohl ungewollt, beispielsweise durch einen Unfall auftreten. Ebenfalls können derartige Belastungen auf Zug gewollt auftreten, beispielsweise durch Bewegungsabläufe im Betrieb einer Arbeitsmaschine.

Eine clevere Ausführungsform sieht dabei vor, dass der Biegeschutz eine grundsätzlich hohlzylindrische Form aufweist, welche sich verlaufend vom kabelseitigen Ende des Gehäuses zum Kabel hin konisch verjüngt. Dabei ist der Biegeschutz mit Ausnehmungen versehen, welche ein schadloses Biegen des Kabels begrenzt erlauben und/oder ermöglichen. Durch diese Ausnehmungen kann generell eine optisch ansprechende Form erreicht werden, welche beispielsweise einem angespritzten Biegeschutz ähnelt. Darüber hinaus wird ein ähnlich positiver Biegeschutz, beziehungsweise Knickschutz erreicht, wie im Falle eines angespritzten Biegeschutzes, jedoch mit der dichtenden Wirkung eines Schrumpfschlauches.

Darüber hinaus sieht eine sinnvolle Ausführungsform vor, den Biegeschutz in einer Form auszuführen, welche einen Winkel bildet. Besonders geschickt sind hierbei Winkel von grundsätzlich 45°. Geschickt ist weiterhin ein Winkel von zumindest 90°. Auch weitere Winkel können, je nach Einsatzfeld des elektrischen Steckverbinders, gewünscht sein.

Ausführungsbeispiel

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1a eine Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßen elektrischen Steckverbinders mit Biegeschutz;

Fig. 1 b eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen elektrischen Steckverbinders mit expandiertem Verbindungselement;

Fig. 2a eine Explosionsdarstellung eines alternativen, erfindungsgemäßen elektrischen Steckverbinders mit Biegeschutz;

Fig. 2b eine perspektivische Ansicht eines alternativen, erfindungsgemäßen elektrischen Steckverbinders mit expandiertem Verbindungselement;

Fig. 3a eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen elektrischen Steckverbinders mit erfindungsgemäßem Biegeschutz in einem ersten Zustand;

Fig. 3b eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen elektrischen Steckverbinders mit erfindungsgemäßem Biegeschutz in einem zweiten Zustand.

Die Figuren enthalten teilweise vereinfachte, schematische Darstellungen. Zum Teil werden für gleiche, aber gegebenenfalls nicht identische Elemente identische Bezugszeichen verwendet. Verschiedene Ansichten gleicher Elemente könnten unterschiedlich skaliert sein.

Richtungsangaben wie „oben“, „unten“, „links“, „rechts“, „vorne“ und „hinten“ beziehen sich auf die jeweiligen Darstellungen und können in Bezug auf die dargestellten Elemente variieren. Die Fig. 1a zeigt einen erfindungsgemäßen elektrischen Steckverbinder 1 in einer teilweisen Explosionsdarstellung. Dabei wird der elektrische Steckverbinder 1 in der Figur 1a mit einem Verriegelungselement 2, einem Gehäuse 3 und einigen darin angeordneten Kontaktelementen 4 im Verbund dargestellt. Das Gehäuse 3 ist dabei an seinem kabelseitigen Ende mit einem Gewinde 5 ausgeführt, sodass im Stand der Technik üblicherweise eingesetzte Kabelverschraubungen eingesetzt werden können. Ein erfindungsgemäßes Verbindungselement 6 in Form eines O-Rings wird zwischen kabelseitigem Ende des Gehäuses 3 und einem erfindungsgemäßen Biegeschutz 7 angeordnet. Der Biegeschutz 7 ist dabei als hohlzylindrischer Körper mit einem gehäuseseitigen Innendurchmesser ausgeführt, welcher über das außenliegende Gewinde 5 des Gehäuses 3 geführt werden kann. Das Verbindungselement 6 befindet sich in der Darstellung in einem ersten Zustand.

In der Fig. 1 b wird der Erfindungsgemäße elektrische Steckverbinder 1 in einer endmontierten Darstellung gezeigt. Dabei ist der Biegeschutz 7 über ein Kabel 9 geführt worden welches im Gehäuse 3 mit den Kontaktelementen 4 verbunden ist. Der Biegeschutz 7 ist über das Gewinde 5 geführt und durch Aktivierung des Kunststoffes des Verbindungselements 6 ist dieser expandiert dargestellt. Die Aktivierung erfolgt erfindungsgemäß durch Flitzezufuhr, beispielsweise durch einen Fleißluftfön. Alternativ kann eine weitere Komponente zur Aktivierung eingesetzt werden, welche beispielsweise in einem Reservoir im Biegeschutz 7 angeordnet ist oder durch die kabelseitige Öffnung des Biegeschutzes 7 eingeführt wird. Die Aktivierung bedingt erfindungsgemäß eine irreversible Expansion des Verbindungselements 6, sodass das Verbindungselement 6 sich in Fig. 1b in einem zweiten Zustand, dem Betriebszustand befindet. Vorteilhaft expandiert das Verbindungselement 6 derart, dass zumindest ein Teil des Gewindes 5 ebenfalls von dem Verbindungselement 6 abgedichtet ist. In der Fig.2 wird durch das expandierte Verbindungselement 6 eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Gehäuse 3 und dem Biegeschutz 7 hergestellt.

Die Fig. 2a und die Fig. 2b zeigen einen vergleichbaren Aufbau wie in den zuvor erwähnten Fig. 1 a und Fig. 1 b, jedoch wird anstelle eines O-Ring förmigen Verbindungselementes 6 ein hohlzylindrisches Verbindungselement 6‘ eingesetzt. Vergleichbar dem Verbindungselement 6 kann das Verbindungselement 6‘ durch eine Expansion sowohl eine dichtende Wirkung entfalten, als auch eine formschlüssige oder stoffschlüssige Verbindung zwischen dem kabelseitigen Ende des Gehäuses 3 und dem Biegeschutz 7 hersteilen.

Eine alternative Ausführungsform der Erfindung wird in der Fig. 3a und der Fig. 3b gezeigt. Bei dieser Ausführungsform wird der Biegeschutz 8 als schrumpfbares Formelement ausgeführt. Dadurch kann insbesondere ein Verbindungselement 6 wie in alternativen Ausführungen aufgezeigt, entfallen. Mittels geschickter Vernetzung der Materialien im Biegeschutz 8, beispielsweise durch das Verfahren der Elektronenstrahlvernetzung, kann eine Form erreicht werden, welche auch nach Aktivierung des Biegeschutzes 8, beispielsweise durch Wärmezufuhr, Ihre Form beibehält. Dadurch wird eine Verbindung von Kabel 9 und Gehäuse 3 des elektrischen Steckverbinders 1 geschaffen, welche zusätzlich einen optisch professionellen Eindruck hinterlässt. Die Figur 3a zeigt die nach der Elektronenstrahlvernetzung geweitete Form des Biegeschutzes 8, an dem Gehäuse 3 des elektrischen Steckverbinders 1. Dabei wird das Kabel 9 durch den Biegeschutz 8 umringt. Als Material eignen sich hierfür besonders Polyethylen und/ oder Polybuten. Der Biegeschutz 8 lässt sich in seiner geweiteten Form, also seinem ersten Zustand, über das kabelseitige Ende des Gehäuses 3 führen, also ein vorhandenes Gewinde 5 kann überdeckt werden. Durch die Überführung des Biegeelements 8 von seinem ersten in seinen in Fig. 3b dargestellten zweiten Zustand, lässt sich das Gewinde 5 als besonders vorteilhafte Fixierung des Biegeschutzes 8 am Gehäuse nutzen. Ein weiterer Vorteil des derart ausgeformten Biegeelements 8 ist die Aufnahme verschiedener Querschnitte von Kabeln 9 mit einem gleichartigen Biegeschutz 9. Damit ist gemeint, das dargestellte Kabel 9 kann beispielsweise sowohl mit 10mm ² Querschnittfläche als auch mit 5mm ² Querschnittfläche ausgeführt sein und dennoch gleichermaßen zuverlässig von dem erfindungsgemäßen Biegeschutz 9 aufgenommen und abgedichtet werden. Eine geschickte Weiterentwicklung sieht vor, die in den Figuren 3a und 3b dargestellte Ausführungsform des Biegeelements 8 an seiner innenliegenden Seite mit einem adhäsiven Material beschichtet wird. Vorteilhafter noch, wird ein Material eingesetzt, welches bei

Aktivierung des Biegeelements 8 von einem ersten Zustand zu einem zweiten Zustand eine adhäsive Wirkung erlangt.

Auch wenn in den Figuren verschiedene Aspekte oder Merkmale der Erfindung jeweils in Kombination gezeigt sind, ist für den Fachmann - soweit nicht anders angegeben - ersichtlich, dass die dargestellten und diskutierten Kombinationen nicht die einzig möglichen sind. Insbesondere können einander entsprechende Einheiten oder Merkmalskomplexe aus unterschiedlichen Ausführungsbeispielen miteinander ausgetauscht werden.

Elektrischer Steckverbinder mit Biegeschutz

Bezugszeichenliste Elektrischer Steckverbinder Verriegelungselement Gehäuse Kontaktelement Gewinde , 6‘ Verbindungselement Biegeschutz Biegeschutz Kabel