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Gegenstand der Erfindung ist ein explosionsgeschützter Steckverbinder, insbesondere ein Steckverbinder der Schutzart Ex-d.
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Steckverbinder der Schutzart Ex-d werden häufig in explosionsgefährdeten Bereichen eingesetzt. Dabei muss ausgeschlossen werden, dass die Steckverbinder insbesondere beim Verbinden oder Trennen eine Zündquelle für in der Umgebung befindliche entzündliche Gase oder Dämpfe bilden.
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Aus der
DE 20 2005 010 927 U1 ist dazu ein explosionsgeschützter Steckverbinder mit einem Steckerteil und einem Steckbuchsenteil bekannt, bei dem Kontaktbuchsen in Kanälen eines Isolierkörpers versenkt angeordnet sind. Das Steckergehäuse weist eine Aufnehmung zur Aufnahme des Buchsengehäuses auf. Die Steckerstifte bilden mit den Einsteckkanälen ebenso einen engen Schlitz wie das Steckergehäuse mit dem Buchsenteil. Das Steckergehäuse trägt außen ein Gewinde, dem eine an dem Buchsenteil zugeordnete Überwurfmutter zugeordnet ist. Diese stellt eine feste Verbindung von Steckerteil und Buchsenteil sicher, so dass sie nicht unbeabsichtigt auseinander gezogen werden können. Außerdem kann der Schraubaufsatz mit dem Steckdosengehäuse einen Bajonettverschluss bilden. In einer ersten Drehstellung des Bajonettverschlusses kann das Steckergehäuse relativ zu dem Steckdosengehäuse aus der Verbindungsstellung in eine Rückhaltestellung und erst nach einer weiteren Verdrehung des Bajonettverschlusses kann das Steckergehäuse vollständig vom Steckdosengehäuse gelöst werden.
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Es ist zu beachten, dass elektrische Kontakte nicht nur beim Öffnen, sondern auch beim Schließen Zündquellen bilden können.
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Dementsprechend ist es Aufgabe der Erfindung, eine Steckverbindereinrichtung anzugeben, die sowohl beim Verbinden wie auch beim Trennen eine verbesserte Sicherheit aufweist. Diese Aufgabe wird mit der Steckverbindereinrichtung nach Anspruch 1 gelöst.
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Bei der erfindungsgemäßen Steckverbindereinrichtung ist eine zwischen dem Steckergehäuse und dem Steckdosengehäuse wirksame Sperrkulissenanordnung vorgesehen, die dazu eingerichtet ist, in einer ersten Drehposition einen ersten Abschnitt des Einsteckwegs des Steckergehäuses freizugeben, in dem noch keine Kontaktgabe zwischen dem Steckkontakt und einer zugeordneten Kontaktbuchse erfolgt. Bei der zur Freigabe des weiteren Einsteckwegs erforderlichen Drehung der Sperrkulissenanordnung wird der zweite Abschnitt des Einsteckwegs freigegeben, zuvor jedoch der erste Einsteckweg gegen Herausziehen gesperrt. Somit ist eine Rückhalteposition definiert, in der das Steckdosengehäuse und das Steckergehäuse gegeneinander arretiert sind. Von dem ersten Teil des Einsteckwegs gelangt der Bediener durch Verdrehung der Muffe zu dem zweiten Teil des Einsteckwegs, wobei das Steckergehäuse und das Steckdosengehäuse während der Drehung gegen einander axial arretiert sind. Dadurch ist sowohl beim Stecken als auch beim Trennen immer eine Zwangspause zwischen beiden Wegabschnitten gegeben, die nicht übersprungen oder überlistet werden kann. Dies wird vorzugsweise erreicht, indem eine Führungsnut eines von der Muffe und dem Stecker- oder Steckdosengehäuse gebildeten Kulissengesperres in einen ersten axialen Abschnitt und einen zweiten axialen Abschnitt unterteilt ist, die untereinander durch einen dazwischen liegenden Umfangsabschnitt verbunden sind. Am Anfang und am Ende des Umfangsabschnitts sind jeweils Ecken (vorzugsweise rechtwinklige Ecken) ausgebildet, an denen ein Kulissenstein in seiner geraden Axialbewegung oder Umfangsbewegung jeweils anstößt, ohne in Seitenrichtung umgelenkt zu werden. An den Ecken der Kulisse stoppt die Bewegung des Kulissengesperres deswegen jeweils, wodurch die oben genannte Zwangspause der Bewegung bewirkt wird.
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Die erfindungsgemäße Steckverbindereinrichtung ist in der Handhabung einfach, wobei alle Explosionsschutzanforderungen erfüllt werden. Insbesondere ist keinerlei Verdrehung des Steckers gegen das Steckdosengehäuse erforderlich. Verriegelung und Entriegelung erfolgt ausschließlich durch Verdrehung der Muffe. Weiter ist es auf einfach Weise möglich, eine Schutzleiterverbindung herzustellen, die beim Verbinden vor allen anderen Kontakten schließt und beim Trennen nach allen anderen Kontakten öffnen. Dazu sind weder Schleifkontakte noch sonstige Sondermaßnahmen, sondern lediglich eine entsprechende Positionierung der Steckkontaktstifte und der Kontaktbuchsen relativ zueinander nötig. Z.B. kann der Schutzkontaktsteckstift länger als alle anderen Steckstifte sein und/oder die zugeordnete Schutzkontaktsteckbuchse kann näher an der Dosenstirnfläche sein, als alle anderen Buchsen.
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Insbesondere stellt die Erfindung sicher, dass zwischen dem Trennen der elektrischen Kontakte und dem Entriegeln ausreichend Zeit verstreicht, um eine womöglich in der Steckverbindereinrichtung genzündete Explosion abklingen zu lassen. Die nötige Abklingzeit wird immer eingehalten, weil nach dem Trennen der Kontakte erst manuell die Muffe verdreht werden muss, um das Steckdosengehäuse und das Steckergehäuse voneinander zu entriegeln.
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Vorzugsweise bilden der Steckkontakt und der durchmessermäßig auf ihn abgestimmte Steckerkanal einen flammendurchschlagsicheren Spalt aus, bevor der Steckkontakt den in dem Steckerkanal angeordneten Buchsenkontakt berührt.
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Alternativ oder zusätzlich bilden die Muffe und das Steckergehäuse und/oder das Steckergehäuse und das Steckdosengehäuse und/oder die Muffe und das Steckdosengehäuse am Ende des ersten Abschnitts des Einsteckwegs, d.h. bevor einer der Steckkontakte den jeweils zugeordneten Buchsenkontakt berührt, einen flammendurchschlagsicheren Spalt aus. Damit ist sichergestellt, dass eine in der Steckverbindereinrichtung gezündete Explosion die Steckverbindereinrichtung nicht verlassen, d.h. nicht nach außen durchzünden kann.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Kulissennut zwei in Umfangsrichtung gegeneinander versetzte Axialabschnitte sowie einen dazwischen angeordneten, in Umfangsrichtung verlaufenden Umfangsabschnitt auf. Zusätzlich kann sich an den zweiten Axialabschnitt ein weiterer in Umfangsrichtung erstreckender Abschnitt anschließen, in welchem das Steckergehäuse und das Steckdosengehäuse gegeneinander verriegelt sind. wischen den Abschnitten sind vorzugsweise kaum oder nicht gerundete Ecken ausgebildet.
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Neben weiteren Einzelheiten verschiedener Ausführungsformen der Erfindung ist es besonders vorteilhaft, wenn der Sperrkulissenanordnung eine Rasteinrichtung zugeordnet ist, die Rastpunkte insbesondere an den durch eine Umfangsdrehung der Muffe voneinander beabstandeten Enden des ersten Abschnitts des Einsteckwegs und des zweiten Abschnitts des Einsteckwegs aufweist. Außerdem kann an dem Punkt des Einsteckwegs, an dem das Steckergehäuse und das Steckdosengehäuse vollständig zusammengeführt sind, eine Raststellung vorgesehen sein. Die Überwindung des Rastpunkts ist erforderlich, um das Steckergehäuse und das Steckdosengehäuse auseinander zu ziehen. Dadurch ist keine langsame zögerliche Trennung des Steckkontakts von der Kontaktbuchse möglich. Vielmehr bewirkt die nötige Überwindung der Raststellung ein deutliches und schnelles Ziehen des Steckers aus der Kontaktstellung in die vorzugsweise wiederum verrastete Zwischenstellung.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung veranschaulicht. Es zeigen:
- 1 eine Steckverbindereinrichtung in vereinfachter, perspektivischer, teilweise aufgeschnittener Darstellung,
- 2 die Sperrmuffe der Steckverbindereinrichtung nach 1, in aufgeschnittener perspektivischer Darstellung,
- 3 bis 5 die Steckverbindereinrichtung nach 1, in schematisierter ausschnittsweiser Seitenansicht, in verschiedenen Stadien der Verbindung,
- 6 eine Skizze zur Veranschaulichung von Maßverhältnissen der Steckverbindereinrichtung entsprechend 4,
- 7 die Sperrkulisse der erfindungsgemäßen Steckverbindereinrichtung, in schematisierter Darstellung entsprechend 5,
- 8 und 9 weitere schematisierte Sperrnutverläufe, in abstrakter Darstellung.
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In 1 ist eine Steckverbindereinrichtung 10 schematisch veranschaulicht. Zu der Steckverbindereinrichtung 10 gehören ein Steckdosengehäuse 11 und ein Steckergehäuse 12, das einen, vorzugsweise mehrere Steckkontakte 13, 14 15 trägt. Die Steckkontakte 13 bis 15 erstrecken sich parallel zueinander in Axialrichtung. Die Axialrichtung stimmt mit der Fügerichtung (Pfeil 16) überein, in der das Steckdosengehäuse 11 und das Steckergehäuse 12 zueinander und auseinander geführt werden.
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In dem Steckdosengehäuse 11 sind den Steckkontakten 13 bis 15 zugeordnete, zu Steckerkanälen gehörige Öffnungen 17 bis 19 vorgesehen. In diesen sind Buchsenkontakte angeordnet, die in 6 anhand eines Steckerkanals mit der Öffnung 17 und eines Buchsenkontakts 20 veranschaulicht sind.
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An dem Steckergehäuse 12 ist eine Zylinderfläche 21 ausgebildet, die konzentrisch zu der Steckrichtung orientiert ist. Auf der Zylinderfläche 21 ist eine Sperrmuffe 22 gehalten, die wenigstens beschränkt um die Axialrichtung (Pfeil 16) drehbar ist. Die Axialrichtung stimmt mit der Richtung der Steck- und Lösebewegung überein. Die Sperrmuffe 22 ist in 1 längs aufgeschnitten dargestellt, um den Blick auf die Steckkontakte 13 bis 15 sowie auf eine Sperrkulissenanordnung 23 freizugeben. Zu dieser gehört eine Kulissennut 24, die in einem sich an die Stirnseite des Steckdosengehäuses 12 anschließenden zylindrischen Abschnitt 25 des Steckdosengehäuses 11 eingebracht ist. Der zylindrische Abschnitt 25 ist konzentrisch zu der Axialrichtung orientiert.
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Eine weitere Kulissennut 26 kann in dem zylindrischen Abschnitt 21 des Steckergehäuses 12 angeordnet sein, der von der Sperrmuffe 22 übergriffen ist. Beide Kulissennuten 24, 26 sind entsprechend in einem Abschnitt des Steckdosengehäuses 11 bzw. des Steckdosengehäuses 12 angeordnet, der bei vollständiger Zusammenführung des Steckdosengehäuses 11 und des Steckergehäuses 12 von der Sperrmuffe 22 übergriffen ist.
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Die Sperrnut 24 weist einen ersten, sich in Axialrichtung erstreckenden Abschnitt 24a auf, der einen ersten Abschnitt des Einsteckwegs E1 (6) entspricht. Der Kontaktstift 13 dringt auf diesem Wegabschnitt E1 in den Steckerkanal ein, ohne die Kontaktbuchse 20 zu erreichen. An den Nutabschnitt 24a schließt sich ein Nutabschnitt 24u an, der sich vorzugsweise in Umfangsrichtung erstreckt. An diesen schließt sich ein weiterer, sich wiederum in Axialrichtung erstreckender Nutabschnitt 24b an, der den zweiten Abschnitt E2 des Einsteckwegs E markiert (6). An das Ende des zweiten Nutabschnitts 24b kann sich dann ein in Umfangsrichtung erstreckender Nutabschnitt 24s anschließen, der zum Verriegeln und Sperren jeder Axialbewegung des Steckergehäuses 12 gegen das Steckdosengehäuse 11 dient. Die Nut 24 weist damit drei rechtwinklige Biegungen auf, nämlich zwei rechte Biegungen und dazwischen eine linke Biegung. Alternativ kann die Nut zwei linke Biegungen und dazwischen eine rechte Biegung aufweisen.
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Die in dem Steckergehäuse 12 vorgesehene Nut 26 erstreckt sich in Umfangsrichtung und somit parallel zu dem Nutabschnitt 24. Außerdem kann die Sperrmuffe 22 axial fest mittels einer Ringrippe 27 oder anderen nach innen gerichteten Vorsprüngen in einer Lagernut 28 des Steckergehäuses 12 drehbar gefasst sein. Es ist aber auch möglich, die Muffe mit einem axialen Freigang an dem Steckdosengehäuse 12 zu lagern.
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Die Sperrmuffe 22 weist an ihrer Innenfläche, wie es aus 2 ersichtlich ist, einen ersten nach innen gerichteten Nocken 29 auf, der der Kulissennut 26 zugeordnet ist und in diese fasst. Außerdem weist die Sperrmuffe 22 einen zweiten Nocken 30 auf, der der Kulissennut 24 zugeordnet ist und in diese fasst, sobald das Steckergehäuse 12 und das Steckdosengehäuse 11 zusammengeführt werden. Während der Nocken 30 als starrer Nocken ausgebildet sein kann, kann der Nocken 29 als radial federnder Rastnocken ausgebildet sein. Diesem können in 1 durch Kreuze markierte Rastvertiefungen A, B zugeordnet sein, um dem Bediener die Position der Sperrmuffe 22 in Bezug auf das Steckergehäuse 12 deutlich zu signalisieren. Optional kann der Nocken 30 zusätzlich oder alternativ als radial federnder Nocken ausgebildet sein, dem an gewünschten Stellen der Kulissennut 24 Rastvertiefungen zugeordnet sind. Solche Rastvertiefungen können beispielsweise an den in 3 durch Kreuze markierten Stellen C und D vorgesehen sein.
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Die insoweit beschreiben Steckverbindereinrichtung 10 arbeitet wie folgt:
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Das Zusammenfügen des Steckergehäuses 12 und des Steckdosengehäuses 11 erfolgt zunächst wenn die Sperrmuffe 22 in ihre Rastposition A gedreht ist. Der Nocken 30 befindet dabei in dem ersten Nutabschnitt 24a, womit sich alle Steckkontakte 13, 14, 15 in die entsprechenden Steckerkanäle einführen lassen. Sie erreichen jedoch die ihnen zugeordneten Buchsenkontakte nicht. Durch Drehen der Sperrmuffe durchlaufen nun die Nocken 29, 30 die in 4 veranschaulichten Nuten, nämlich den Nutabschnitt 24u und die Kulissennut 26, bis der Nocken 30 am Ende des Nutabschnitts 24u ankommt. Er erreicht damit den Anfang des zweiten Nutabschnitts 24b, so dass Stecker und Steckdose weiter zusammengeführt werden können. In der nebenstehenden 6 ist veranschaulicht, dass nun mit dem Steckkontakt 17 der zweite Abschnitt E2 des Einsteckwegs E durchlaufen wird, wodurch der elektrische Kontakt zwischen den Kontaktstift 13 und dem Buchsenkontakt 20 hergestellt wird. Eine weitere Drehung der Sperrmuffe ist nun möglich, wobei der Nocken 30 den Nutabschnitt 24s durchläuft und der Nocken 29 das in 4 rechte Ende der Kulissennut 26 erreicht. Der Stecker und die Steckdose sind nun miteinander gekuppelt und verriegelt.
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Das Trennen von Stecker und Steckdose erfolgt in umgekehrter Richtung. Aus der soeben beschriebenen Position heraus wird die Sperrmuffe 22 in Gegenrichtung gedreht, wodurch die Nocken 29, 30 in die in 5 veranschaulichte Position geraten. Es können nun das Steckergehäuse 12 und das Steckdosengehäuse 11 voneinander weg gezogen werden, wodurch alle Kontakte elektrisch voneinander weggezogen und somit alle Kontakte elektrisch voneinander getrennt werden. Eine etwaig auftretende Zündung eingedrungenen Gases bleibt auf die Steckerkanäle und/oder den Zwischenraum zwischen den Stirnseiten des Steckergehäuses 12 und des Steckdosengehäuses 11 beschränkt. Z.B. verhindert die an dem Steckergehäuse 12 und dem Steckdosengehäuse 11 relativ eng anliegende Sperrmuffe 22 den Austritt von Flammen oder glühenden Partikeln nach der Zündschutzart (druckfeste Kapselung“ (ex d). Alternativ können andere, in 1 nicht dargestellte Strukturen des Steckergehäuses 12 und des Steckdosengehäuses 11 einen flammendurchschlagsicheren Spalt bilden.
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Weiteres Drehen der Muffe 22 überführt die Anordnung nun in den Zustand nach 4, wonach der Stecker und die Steckdose vollständig getrennt werden können, wie es 3 veranschaulicht.
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Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform weist die Kulissennut 26 einen kurzen, sich in Axialrichtung erstreckenden Abschnitt auf. Auf diesen kann gegebenenfalls auch verzichtet werden, wie es 8 schematisch andeutet.
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Weiter ist es gemäß 9 möglich, nicht nur die Kulissennut 24, sondern zusätzlich auch die Kulissennut 26 in Axialrichtung entsprechend gespiegelt gestuft auszubilden. Diese Kulissennut 26 ist dann in entsprechender Axialabschnitte 26a, 26b sowie Umfangsabschnitte 26u, 26s unterteilt.
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Weiter ist es möglich, die Kulissennut 24 ausschließlich in Umfangsrichtung zu führen während die Kulissennut 26 in Axialrichtung abgestuft ausgebildet ist. In diesem Fall muss, wie schon bei der Ausführungsform nach 9, eine axiale Beweglichkeit der Sperrmuffe 22 an dem Steckergehäuse 12 gegeben sein.
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In Abwandlung der vorbeschriebenen Ausführungsformen, bei denen die Sperrmuffe 22 dem Steckergehäuse 12 zugeordnet und an diesem gehalten ist, kann die Sperrmuffe 22 alternativ auch an dem Steckdosengehäuse 11 unverlierbar axial unbeweglich oder auch axial beweglich gehalten sein. Weiter alternativ kann die Sperrmuffe 22 auch sowohl von dem Steckdosengehäuse 11 als auch von dem Steckergehäuse 12 lösbar ausgebildet sein. In diesem Fall sind sowohl die Kulissennut 24 als auch die Kulissennut 26 an der jeweiligen Stirnseite des Steckdosengehäuses 11 und des Steckergehäuses 12 offen.
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Bei allen vorbeschriebenen Ausführungsformen ist davon ausgegangen worden, dass die Kulissennuten 24, 26 in den Gehäusen 11, 12 angeordnet sind, während die Nocken 29, 30 an der inneren zylindrischen Umfangsfläche der Sperrmuffe 22 angeordnet sind. Es ist jedoch auch möglich, die Kulissennuten 24, 26 an der Innenfläche der Sperrmuffe 22 auszubilden, während die Nocken 29, 30 als radial nach außen vorstehende Vorsprünge an dem Steckdosengehäuse 11 und dem Steckergehäuse 12 ausgebildet sind. Weiter wird darauf hingewiesen, dass die Nocken 29, 30 auch um einen Winkel in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt angeordnet sein können. Axiale Fluchtung ist nicht zwingend erforderlich. Bei einer versetzten Nockenanordnung sind auch die entsprechenden Kulissennuten 24, 26 in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt.
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Weiter wird darauf hingewiesen, dass zur besseren Erkennbarkeit des jeweiligen Steckzustands an der Sperrmuffe 22 eine Markierung angeordnet sein kann, der eine Markierung an dem Steckergehäuse 12 und/oder an dem Steckdosengehäuse 11 zugeordnet ist. Bei der Markierung kann es sich um Vorsprünge, Ausnehmungen, Fenster oder dergleichen, handeln, die z.B. an der Sperrmuffe 22 angebracht sind. Die zugeordnete dem jeweiligen Gehäuse zugeordnete Markierung kann eine Farbkodierung, ein Symbol, ein Vorsprung oder eine Ausnehmung oder dergleichen sein. Alternativ kann die Markierung an dem Steckergehäuse 11 und/oder an dem Steckdosengehäuse 11 angebracht sein. Einer solchen Markierung kann eine entsprechende Struktur an der Sperrmuffe 22 zugeordnet sein.
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Eine erfindungsgemäße Steckvorrichtung weist eine Sperrmuffe auf, die den Steckvorgang zwischen Stecker und Steckdose auf zwei Wegabschnitte aufteilt. In einem ersten Wegabschnitt wird vor Herstellung des elektrischen Kontakts eine explosionssichere Kapselung von Stecker und Steckdose herbeigeführt. Stecker und Steckdose werden zunächst in dieser Position zwischenverriegelt und das weitere Einstecken gesperrt. Erst durch Verdrehung der Muffe gegen Steckdosengehäuse 11 und Steckergehäuse 12 wird das weitere Einstecken freigegeben. Ist dieses erfolgt, kann der zweite Wegabschnitt durchlaufen werden, in dem der elektrische Kontakt hergestellt wird. Danach wird durch weitere Verdrehung der Sperrmuffe mittels der zwischen der Sperrmuffe 22 und dem Steckdosengehäuse 11 sowie dem Steckergehäuse 12 wirksamen Sperrkulisse 23 eine Verriegelung von Stecker und Steckdose im gekuppelten Zustand bewirkt.
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Die Entkupplung erfolgt in umgekehrter Richtung, wobei durch den mindestens zweifach abgewinkelten Verlauf der Sperrnut 24 und/oder 26 eine sichere Zwischenverriegelung von Stecker und Steckdose aneinander unter Ausbildung eines explosionsgeschützten Zwischenraums erfolgt, wobei die elektrischen Kontakte in diesem Zustand schon getrennt sind.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Steckverbindereinrichtung
- 11
- Steckdosengehäuse
- 12
- Steckergehäuse
- 13 - 15
- Steckkontakte
- 16
- Pfeil
- 17 - 19
- Öffnungen
- 20
- Buchsenkontakt
- 21
- Zylinderfläche
- 22
- Sperrmuffe
- 23
- Sperrkulisse
- 24
- Kulissennut
- 24a
- erster Nutabschnitt
- 24u
- Nutabschnitt in Umfangsrichtung
- 24b
- zweiter Nutabschnitt
- 25
- zylindrischer Abschnitt des Steckdosengehäuses 11
- 26
- Kulissennut
- 27
- Ringrippe
- 28
- Lagernut
- 29
- Nocken
- 30
- Nocken
- A - D
- Rastvertiefungen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202005010927 U1 [0003]