具有插入式连接的插入式系统和形成插入式连接的方法与流程

本发明涉及用于产生插入式连接的插入式系统和监测插入式连接的方法。

背景技术：

1、现有技术尤其公开了用于形成插入式连接的具有锁定螺纹的圆形连接器。这些圆形连接器尤其用于连接致动器、传感器、电源部件、以太网和/或现场总线系统。与安装在开关柜中的传统连接器模块不同，这样的圆形连接器特别地提供以下优点：它们可以以分布式方式布置。因此，圆形连接器通常可以灵活地使用并且易于安装。尺寸为m12(iec 61076-2-101)和m8(iec 61076-2-104)的主要圆形连接器已经被接受作为圆形连接器领域的标准。尺寸为7/8、m23和m16的圆形连接器也适用于更专业的应用。

2、由于这样的圆形连接器在使用场所方面可能的布置范围很广，因此当插头和插座插在一起时，有必要保护插头和插座的电接触免受诸如湿气和杂质的环境影响。由于这个原因，这样的插入式连接通常具有插座侧密封环和插头侧螺纹套筒。在与插头耦接之后，插座可以旋拧至其上，使得密封环被插头的前侧变形，由此最终实现插入式连接的期望的紧密性。

3、然而，上述设计导致了一些缺点。其中，插入式连接的紧密性很大程度上取决于密封环的压缩程度。如果密封环没有被充分地按压，则插入式连接可能不紧密。如果用手旋拧插头，并且没有施加所需的扭矩以及/或者如果插头由于温度变化或振动而变松，则可能发生这种情况。也可能发生插头和插座以稍微倾斜的方式耦接在一起的情况，使得密封环没有被均匀地或以期望的方式按压。此外，按压得太用力的密封环易于发生不可逆的材料变化(塑性变形)，例如开裂和材料磨损，这也是不利的。此外，密封环随着时间的推移而老化，使得即使适当地按压的密封环也不能再保持插入式连接紧密。

4、克服上述过度压缩或扭矩不足的问题的一种方法是使用扭矩扳手，借助于扭矩扳手施加限定的扭矩。然而，可能会忘记使用扭矩扳手，使得当用手旋拧插头时，施加了不足或过高的扭矩。这也是由于扭矩扳手并不总是可用的事实。此外，扭矩扳手不能对密封环的状态做出反应，因为扭矩扳手仅可以在插入式连接建立时限制扭矩。

5、使用机械指示元件来检查压缩也是从现有技术中已知的。例如，de 102007 008042a1公开了一种具有指示元件的插头，当密封环被压缩时，该指示元件从隐藏位置移动至可见位置，使得可以直观地检测到这一点。这使得可以快速地确定插头和诸如插座的配对件是否按照规定彼此连接。

6、然而，上述系统的缺点是它们不检查插入式连接是否按照规定永久地建立。这些方法仅确保在安装或重新检查时插入式连接是紧密的。换句话说，根据规定的安装和由此产生的紧密性仅能在现场进行手动检查。

技术实现思路

1、因此，基于该目的，本发明提供一种插入式系统，借助于该插入式系统，可以易于地确定插头与插座之间的插入式连接是否已经按照规定建立。

2、根据本发明，该目的通过用于形成插入式连接的插入式系统来实现。

3、说明书公开了根据本发明的插入式系统的有利实施方式。

4、根据本发明，因此通过用于产生插入式连接的插入式系统来实现目标，该插入式系统包括用于容纳插头的插座。插座包括接触元件、接触表面和导电密封元件。密封元件布置在接触元件与接触表面之间。在插入式连接的组装状态下，密封元件在接触表面与接触元件之间建立电连接。密封元件被设计成使得在密封元件的无应力状态下，接触元件与接触表面之间的电连接被中断。插入式系统还具有电连接至接触元件和接触表面的监测单元。监测单元被设置成(电气地)检测在插入式连接的组装状态下是否存在经由密封元件的电连接。

5、本发明基于提供一种可靠地检测插入式连接是否适当地形成的插入式系统的基本构思。具体地，仅使用插座的部件来确定插头是否已被适当地插入，特别是适当地旋拧至插座中。这是可能的，因为当存在插入式连接时，即当插头插入(并旋入)插座中时，密封元件受到插头的应力并变形。由于密封元件变形，导电的密封元件同时接触插座的接触元件和插座的接触表面两者，由此经由导电的密封元件在接触元件与接触表面之间形成导电连接。接触元件和接触表面也由导电材料制成，特别是插座的其上设置有接触表面的部件。因此，连接至接触元件和接触表面的监测单元可以确定密封元件是否已经变形，从而存在电连接。

6、因此，电连接的存在与导电密封元件的特定几何状态即确保密封功能的变形的几何状态相关联。换句话说，与密封元件在其初始状态下的几何状态相比，密封元件的变形代表密封元件的不同几何状态。这可以被电检测到，因为密封元件的其它几何状态，即密封元件的变形，导致电连接的形成，因为导电密封元件由于变形而接触接触元件和接触表面。

7、原则上，密封元件和/或接触元件被构造成使得仅在插入式连接形成时才存在电连接，特别是适当地形成，即具有密封元件的对应于密封元件的期望压缩的限定变形。特别地，密封元件被构造成使得仅在密封元件已经充分变形时才存在电连接，使得密封元件也实现其密封功能。

8、可以通过密封元件在其初始状态下的形状来实现限定的变形，即当插入式连接不存在时，其中与接触元件和接触表面没有电接触。可替选地或附加地，接触元件可以被成形，特别是在其面向密封元件的端面上，使得在密封元件的无应力状态下，接触元件与密封元件之间不存在接触。

9、与此相反，当插入式连接(适当地)形成时，电连接被建立，因为这导致密封元件的形状的改变，由此密封元件接触接触元件，从而建立电连接。

10、因此，易于特别是以数字方式确定密封元件是否实现其密封功能。因此，可以省略指示器的视觉检查或扭矩的(手动)检查。

11、借助于监测单元的监测基于密封元件的变形。如果密封元件变形或被按压，则密封元件同时接触至少一个接触元件和接触表面，由此在接触元件与接触表面之间建立导电连接。这对应于开关信号的存在，因为存在电信号，当建立电连接时，可以检测或监测该电信号。

12、例如，在接触元件与插座的其上形成有接触表面的部件之间建立电连接。因此，插头在电气上与监测无关，因为插头仅确保密封元件充分变形以确保接触元件与插座的部件例如插座的螺纹套筒之间的电连接。如果插座的螺纹套筒由非导电材料例如塑料材料制成，则插座的部件可以是接触元件，接触元件经由变形的密封元件与接触元件建立电连接，这由监测单元检测。

13、可选地，通过检测与密封元件的几何状态相关的(特别是电学上的)参数，可以借助于监测单元电监测所产生的插入式连接的质量。换句话说，检测和评估现有的电信号，以得出关于密封元件的几何状态和密封元件的密封性能的结论。然而，仅在密封元件的几何状态已达到某一状态时，即在存在密封元件的限定变形时，才存在电信号。

14、与已知的仅能直接在插入式连接的附近使用的机械指示元件或工具例如扭矩扳手相比，在此提出的变体是通用的。这通过插入式连接的至少一个部件即至少一个接触元件和监测单元彼此电连接的事实而成为可能。

15、因此，插入式系统基本上适于使用监测单元通过检测代表密封元件几何状态的参数(密封元件的最小压缩)来电监测插入式连接，以获得关于最小插入深度的适当安装，并因此获得紧密性，特别是关于生产的插入式连接的紧密性的质量。如果插入式系统被设计成使得插头和插座被旋拧在一起，则可以在最小旋入深度方面对按照规定的安装进行电气监测。

16、因此，插入式系统提供了以下优点：所监测的插入式连接可以布置在系统中的任何位置，并且监测单元可以用于电检查所产生的插入式连接是否紧密。监测单元和插入式连接可以有利地在空间上分开布置，这使得系统总体上更加灵活。特别地，可以易于借助于监测单元同时和集中监测若干个插入式连接。

17、通过密封元件的几何状态可以易于检测插入式连接的紧密性。已经认识到，所产生的插入式连接的紧密性与密封元件的几何状态相关。因此，在此提到的插入式系统不是设计成监测密封元件的磨损，而是通过几何状态来确定由插头和插座组成的插入式连接是否已经适当地产生，即检查插头和插座是否彼此适当地耦接。

18、本发明的一个方面提供了监测单元被设置成检测密封元件的变形。

19、当在插头与插座之间产生插入式连接时，当形成插入式连接时，位于插头与插座的接触元件之间的体积减小。因此，密封元件变形，导致其与插座的接触元件和插座的接触表面接触，从而在插座内形成电连接。由于电连接的存在由监测单元监测，因此监测单元至少间接地监测密封元件的任何变形。

20、特别地，监测单元还可以监测与缩挤(upsetting)或变形对应的参数。与缩挤或变形对应的参数可以是使得出关于密封元件的几何状态的结论成为可能的任何参数。

21、根据另一方面，监测单元具有测量单元，该测量单元被设置成检测接触元件与接触表面之间的电连接的至少一个电特征值。该电特征值主要受导电密封元件的影响，特别是受导电密封元件的几何状态的影响。

22、因此，与密封元件的缩挤或变形对应的参数可以是电阻值、电导率、电容或电感。当插头插入插座时，密封元件从插头的某一插入深度同时接触接触件和接触表面，这伴随着密封元件的变形。作为这种接触的结果，接触元件和接触表面可以经由导电密封元件电耦接，特别是短路，这又可以被测量单元检测到。测量的电特征值直接取决于插头的插入深度，因为这影响密封元件的变形。

23、有利地，上述电特征值独立于其他边界条件，因为电特征值取决于导电密封元件的几何状态。因此，电特征值取决于导电密封元件的几何状态，即导电密封元件的变形。

24、本发明的另一方面提供了监测单元具有评估单元，该评估单元以信息交换方式连接至其中存储有与变形相关联的预定电特征值的数据库。评估单元可以被设置成基于存储在数据库中的电特征值来确定密封元件的变形。

25、由于变形与存储在数据库中的预定电特征值之间的联系，可以通过与由测量单元测量的电特征值的简单比较来确定密封元件的变形，即密封元件的特定几何状态。在这方面，测量的电特征值可以用于做出关于几何状态即密封元件的变形，特别是变形的程度的说明。换句话说，可以对关于密封元件是否已经充分变形而不是太大变形做出定性说明。此外，甚至可以确定(适当的)变形是太大还是太小。

26、对于相应的密封类型或相应的密封元件，可以预先通过实验测量预定的电特征值，然后将其存储在数据库中。因此，与变形相关联的预定的电特征值的至少一个数据集合被存储在数据库中用于相应密封类型。

27、评估单元可以具有计算单元，计算单元根据密封元件的变形计算压缩值，具体地，利用下式计算压缩值：

28、

29、在此，vgeo表示可以由上式计算得到的压缩值，其中h0表示密封元件在无应力即非变形状态下的高度。因此，高度h0是指从密封元件的下侧到密封元件的上侧的距离。因此，下侧和上侧彼此相对。h1是指在变形状态下上述两侧之间的距离，即在经受应力的状态下密封元件的高度。

30、这允许根据上述公式计算压缩值，压缩值借助于单个值vgeo指示密封元件的几何状态，使得该压缩值可以被重复使用或输出，特别是输出至用户。此外，压缩值是描述密封元件在组装状态下的几何状态的值，其中包括密封元件的原始状态或无应力状态。这使得可以得出关于插入式连接的紧密性的结论。

31、本发明的另一方面提供了监测单元具有用户接口，该用户接口被设置成向用户提供关于密封元件的几何状态的至少一条信息，特别是其中用户接口提供压缩值。

32、用户接口可以用于易于将密封元件的几何状态输出至相应的用户，而不论插入式连接的安装位置和地点如何。用户可以评估密封元件在所产生的插入式连接中的几何状态，特别是相关联的插入式连接是否被充分插入或旋入，使得密封元件提供其密封功能。

33、此外，监测单元可以被设置成除了发送至少一条信息之外，还将告警信号发送至用户接口。

34、然后，如果监测单元确定没有电连接，则可以输出告警信号，尽管认为形成了插入式连接。

35、在这方面，如果没有检测到开关信号，即没有建立电连接，则输出告警信号。

36、如果监测对已建立的电连接的定性评估，则如果电特征值达到、超过或低于预定阈值，也可以输出告警信号，该预定阈值与密封元件达到、超过或低于预定阈值的几何状态相关联。

37、换句话说，如果插入式连接没有适当地产生，例如，如果插入式连接没有充分地插入，并因此密封元件没有充分地压缩或变形，这与密封效果不足相关联，则可以通过告警信号直接通知用户。例如，可以通过听觉告警信号或视觉告警信号通知用户相应的插入式连接没有被充分压缩。因此，告警信号可以是听觉告警信号或视觉告警信号。特别是在若干个插入式连接的情况下，因此容易确定若干个插入式连接中的哪一个没有适当地产生，例如没有被充分地插入。因此，可以显著地减少故障排除所需的工作量。

38、视觉告警信号可以作为告警消息例如作为文本输出。相应的文本可以是“请拧紧插头”或类似的文本。还可以指定要拧紧的插头，正在使用的插头或插座的地址信息。

39、原则上，告警信号可以由更高级别的系统例如云应用来评估和实现。因此，告警信号可以作为维护计划的一部分输出。

40、特别地，如果压缩值不在预定范围例如从5％到50％，优选地从10％到35％内，则监测单元可以被设置成除了压缩值之外还发送告警信号。

41、上述范围表示密封元件被特别好地压缩的压缩值。如果超过或未达到规定的范围，密封元件没有被充分压缩或压缩得太多。如果没有达到最小压缩，插入式连接可能泄漏(leaking)。如果超过最大压缩，材料属性可能发生不可逆的变化，例如松弛行为。如果再次释放连接并且密封元件不返回至其初始几何状态，超过最大压缩值会造成特殊问题。因此，重新建立这样的插入式连接会导致潜在的插入式系统泄漏。

42、如果产生插入式连接时压缩较小，则可能存在插入式连接泄漏。如果压力较大，这可能导致密封元件损坏，这也是不期望的。

43、原则上，可以进行插入式连接的数字评估，即密封元件是否有足够的变形，这伴随着对应于开关信号的电连接的形成。

44、可选地，也可以通过记录和评估电特征值来进行对产生的插入式连接的定性评估，这允许得出关于密封元件的变形或密封元件的压缩值的结论。

45、例如，密封元件在无应力状态(初始状态)下抵靠接触表面。在这方面，设置密封元件在初始状态下仅抵靠接触表面，而不抵靠接触元件，因此接触元件与接触表面之间没有电连接。当插入式连接形成时，密封元件变形，使得密封元件也抵靠接触元件，从而建立电连接。

46、可替选地，可以设置密封元件在初始状态下仅靠接触元件，而不抵靠靠接触表面。仅当进行插入式连接时，密封元件才会变形，从而也抵靠接触表面，从而建立电连接。

47、在另一实施方式中，密封元件在初始状态下不抵靠接触元件或接触表面。仅当插入式连接产生时，密封元件才变形，从而抵靠接触元件和接触表面，从而建立电连接。

48、根据本发明的另一方面，接触表面形成在固定的螺纹套筒上。螺纹套筒由导电材料形成，使得螺纹套筒可以是存在于组装的插入式连接中的电连接的一部分。

49、由于螺纹套筒是固定的，因此还确保螺纹套筒不必旋转即可在插头与插座之间建立螺纹连接，这减少了密封元件上的应力。

50、可替选地，可以提供螺纹套筒由不导电的材料制成。接触表面然后不形成在螺纹套筒上，而是形成在插座的单独形成的部件例如接触元件上。由此，在组装状态下即当存在插入式连接时，电连接然后位于接触元件与其上设置有接触表面的接触元件之间。

51、也可以提供闩锁套筒而不是螺纹套筒。在这方面，插座与插头之间的螺纹连接可以省掉，因为锁定由此通过闩锁实现。

52、接触元件可以被设计为接触销，即杆状或销状。接触销可以借助于端面简单地接触密封元件。

53、接触元件可以至少部分地嵌入接触载体中，接触载体为无应力密封元件提供支承表面。在此描述的设计使提供用于以简单方式接触密封元件的接触元件成为可能。特别地，接触载体具有用于接触元件，特别是接触销的插孔。插孔随后也可以通过孔结合到接触载体中。因此，接触载体至少部分地容纳接触元件。

54、此外，在无应力非变形状态下，即在初始状态下，导电密封元件搁置在接触载体的支承表面上，该支承表面也可以称为密封表面。支承表面可以是接触载体中布置有接触元件的开口的边缘区域。

55、接触载体可以在其前侧提供用于插头的对应电接触部的多个接触开口。这样，插座相应地被设计成用于容纳插头，特别是插头的电接触部。

56、根据另一方面，可以提供多个接触元件，这些接触元件被布置成沿着接触载体的圆周分布。多个接触元件可以相应地在若干个点接触密封元件，使得经由至少两个接触元件和密封元件形成电连接，密封元件在变形状态下接触至少两个接触元件。因此，两个接触元件中的一者具有接触表面。

57、如果接触元件中的一者出现故障，这也会产生冗余。此外，可以由此避免或减少测量误差。

58、接触载体可以具有限制插头的插入深度的止挡部。止挡部提供了确保插入式连接是紧密的简单方法，更具体地说，在插头插入直到止挡部时。

59、因此，止挡部确保密封元件的变形受到限制，使得在产生插入式连接时密封元件不会过度受力或损坏。

60、如果接触元件具有面向密封元件的凸形前侧也是有利的。凸出的前侧实现更大的接触表面，其能够触及或接触在变形状态下的密封元件。这样，当密封元件相应地变形时，可以确保可靠地形成电连接。

61、另一方面提供了密封元件以模制密封或密封环特别是o形环的形式存在。这允许使用成本效益的密封元件。

62、基本上，插入式系统可以具有锁定机构，该锁定机构被设置成保护所产生的插入式连接。如果插头插入插座时不是这种情况，则锁定机构还确保密封元件充分变形。为此目的，锁定机构包括第一部件和第二部件，第一部件具有设置在插头上的螺纹，第二部件具有设置在插座上的配合螺纹。因此，如果这两个部件旋拧在一起，它们就会形成螺纹连接。例如，部件中的一者被设计为联接螺母或滚花螺母。

63、例如，螺纹设置在插座的接触载体上，并且配合螺纹设置在插头上，使得插头可以旋入插座。滚花螺母可以设置在插头上，以将插头旋拧进去。

64、插入式系统还可以包括插头，插头使密封元件在组装状态下即当插入式连接形成时变形，以建立电连接。

65、此外，本发明涉及一种使用如上所述的插入式系统形成插入式连接的方法，该方法包括以下步骤：

66、-提供插入式系统，

67、-将插头插入插座，使得插头作用于密封元件，使得密封元件变形，因此经由密封元件在接触元件与接触表面之间建立导电连接。

68、这种方法的优点是易于确定插入式连接是否已经适当地形成，即插头伴随着密封元件的限定的变形是否已经充分地插入。

69、原则上，密封元件和插座的相邻部件被构造成使得如果密封元件(由于其变形)同时提供其密封功能，则接触元件与接触表面之间的电连接仅经由变形的密封元件存在。

70、有利地，经由连接至接触元件和接触表面的监测单元记录电特征值。

71、插入式系统的电监测通常使得检测未充分压缩或过度压缩的密封元件成为可能，使得可以在早期阶段纠正这些插入式连接。这样，可以及时检测到泄漏的插入式连接，从而提高了这样的插入式连接的整体安全性。

72、在插头已插入插座之后，插头和插座可以旋拧在一起，因此插头在插入方向上被进一步拉动，特别是直到插头与接触载体的止挡部接触。密封元件因此变形到由监测单元监测的期望的状态。

73、同时，螺纹连接确保已建立的插入式连接不会被不期望地释放。为此，必须首先松开螺纹连接。因此，锁定机构也起到安全设备的作用。

74、因此，原则上，当建立插入式连接时，可以确保存在限定的变形密封元件。此外，限定的变形密封元件可以通过将其布置在接触表面上来实现。这也由形成在接触载体上的止挡部支承。

技术特征：

1.一种用于产生插入式连接(12)的插入式系统(10)，所述插入式系统(10)具有用于容纳插头(14)的插座(18)，所述插座(18)包括接触元件(20)、接触表面(22)和导电的密封元件(28)，所述密封元件(28)布置在所述接触元件(20)与所述接触表面(22)之间，所述密封元件(28)在所述插入式连接(12)的组装状态下在所述接触表面(22)与所述接触元件(20)之间建立电连接，所述密封元件(28)被设计成使得所述接触元件(20)与所述接触表面(22)之间的电连接在所述密封元件(28)的无应力状态下被中断，

2.根据权利要求1所述的插入式系统(10)，其特征在于，所述监测单元(46)被设置成检测所述密封元件(28)的变形。

3.根据权利要求1或2所述的插入式系统(10)，其特征在于，所述监测单元(46)具有测量单元(68)，所述测量单元(68)被设置成检测所述接触元件(20)与所述接触表面(22)之间的电连接的至少一个电特征值。

4.根据权利要求2和3所述的插入式系统(10)，其特征在于，所述监测单元(46)具有评估单元(70)，所述评估单元(70)以信息交换方式连接至其中存储有与变形相关的预定电特征值的数据库(72)，所述评估单元(70)被设置成基于存储在所述数据库(72)中的特征值来确定所述密封元件(28)的变形。

5.根据前述权利要求中任一项所述的插入式系统(10)，其特征在于，所述监测单元(46)具有用户接口(74)，所述用户接口(74)被设置成向用户提供关于所述密封元件(28)的几何状态的至少一条信息以及/或者输出告警信号。

6.根据前述权利要求中任一项所述的插入式系统(10)，其特征在于，在无应力状态下，所述密封元件(28)抵靠所述接触表面(22)。

7.根据前述权利要求中任一项所述的插入式系统(10)，其特征在于，所述接触表面(22)形成在固定的螺纹套筒(44)上。

8.根据前述权利要求中任一项所述的插入式系统(10)，其特征在于，所述接触元件(20)被构造为接触销。

9.根据前述权利要求中任一项所述的插入式系统(10)，其特征在于，所述接触元件(20)至少部分地嵌入接触载体(30)中，所述接触载体(30)为无应力的密封元件(28)提供支承表面(42)。

10.根据权利要求9所述的插入式系统(10)，其特征在于，所述接触载体(30)在其前侧(36)上提供用于所述插头(14)的对应电接触部(40)的多个接触开口(38)。

11.根据权利要求9或10所述的插入式系统(10)，其特征在于，提供多个接触元件(20)，所述多个接触元件(20)沿着所述接触载体(30)的圆周分布式布置。

12.根据权利要求8和10所述的插入式系统(10)，其特征在于，所述接触载体(30)具有限制所述插头(14)的插入深度的止挡部。

13.根据前述权利要求中任一项所述的插入式系统(10)，其特征在于，所述接触元件(20)具有面向所述密封元件(28)的凸形前侧(24)。

14.根据前述权利要求中任一项所述的插入式系统(10)，其特征在于，所述密封元件(28)被构造为模制密封元件或密封环，特别是o形环。

15.一种使用根据前述权利要求中任一项所述的插入式系统(10)形成插入式连接(12)的方法，所述方法包括以下步骤：

技术总结
公开了具有插入式连接的插入式系统和形成插入式连接的方法。插入式系统(10)包括插头(14)、插座(18)。插座(18)包括接触元件(20)、接触表面(22)和导电密封元件(28)，导电密封元件(28)抵靠接触壁(22)并且布置在接触元件(20)与接触表面(22)之间。插入式系统(10)具有监测单元(36)，该监测单元(36)被设置成检测在插入式连接(12)的组装状态下是否存在经由密封元件(28)的电连接。

技术研发人员：英戈·沃尔夫,海克·雅各布
受保护的技术使用者：穆尔电子有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23