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Die Erfindung betrifft eine steckbare elektrische Verbindungsvorrichtung, insbesondere einen Steckverbinder für elektrische Gleichspannungen. Weiter sind eine Leuchte sowie ein elektronisches Gerät sowie eine Anordnung mit einer erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung umfasst.
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Elektrische Steckverbinder sind im Grundsatz bekannt. Elektrische Steckverbinder dienen dem Trennen und Verbinden von elektrischen Leitungen und Vorrichtungen. Die elektrischen Leitungen führen beispielsweise einen elektrischen Strom in Form von Wechselstrom oder Gleichstrom. Elektrische Steckverbinder sind Teil der elektrischen Verbindungstechnik, mit der ein elektrisch leitender Kontakt dauerhaft oder lösbar hergestellt wird. Die elektrische Kontaktierung stellt eine sichere elektrische Verbindung zwischen zwei elektrischen Leitern her. Die reale elektrische Kontaktstelle wird einen elektrischen Übergangswiderstand aufweisen. Der elektrische Übergangswiderstand der Kontaktstelle soll so gering wie möglich sein. Elektrische Kontaktstellen können dauerhaft, also unlösbar, oder aber lösbar ausgeführt sein.
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Lösbare Verbindungen lassen sich durch eine Umkehr des Verbindungsübergangs wieder trennen (lösen). Eine zusätzliche konstruktive Maßnahme kann ein unbeabsichtigtes Lösen des Steckverbinders und seines Gegenstücks voneinander unterbinden. Das unbeabsichtigte Lösen kann beispielsweise durch ein zusätzliches Verschrauben oder Verriegeln des Steckverbinders und seines Gegenstücks erfolgen.
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Während des Lösens der Verbindung eines elektrischen Kontaktmittels und seines Gegenelements kann zunächst noch über die Kontaktstelle oder typischerweise mehrere Kontaktstellen ein elektrischer Gleich- oder Wechselstrom fließen. Das Lösen der Verbindung wird in mehreren Phasen erfolgen. In einer ersten Phase wird noch ein Strom über eine zunehmend geringer werdende Kontaktfläche zwischen dem Kontaktmittel des elektrischen Steckverbinders und seines Gegenelements fließen.
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In einer weiteren Phase wird die Kontaktfläche zwischen dem Kontaktmittel des elektrischen Steckverbinders und dem korrespondierenden Gegenkontaktmittel seines Gegenstücks zwar nicht mehr bestehen, allerdings werden zwischen den Kontaktmitteln des elektrischen Steckverbinders und seines Gegenstücks nur ein geringer Abstand liegen, typischerweise mit Luft als isolierendem Element zwischen den entsprechenden Kontaktmitteln des elektrischen Steckverbinders und seines Gegenstücks. In dieser weiteren Phase können ein Schaltlichtbogen und/oder Schaltfunke entstehen.
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Ursache des Schaltlichtbogens ist ein Weiterfließen des elektrischen Stroms über die Kontakte nach Öffnen der Kontakte in Form einer Bogenentladung. Bei geschlossenen Kontakten, liegt eine in etwa homogene Stromverteilung des elektrischen Stroms über eine Kontaktfläche vor. Bei Kontakttrennung kommt es zunächst zu einer Konzentration der Stromdichte an einem letzten Kontaktpunkt. Bei weiterer Öffnung bildet sich dann an jenem Kontaktpunkt bzw. Punkten des Kontaktmittels und seine Gegenkontaktelements der Lichtbogen zwischen dem Kontaktmittel und seinem Gegenstück aus.
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Auch während des Herstellens der Steckverbindung, also dem Einstecken, kommt es zum Ausbilden solcher Lichtbögen, bevor eine elektrisch leitende Verbindung hergestellt wird. Ursache des Lichtbogens ist auch hier die geringe Durchschlagsfestigkeit des Isolationsmaterials Luft zwischen den zwar geöffneten Kontakten, die jedoch nur durch eine kurze Strecke in dem Isolationsmaterial getrennt werden.
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Problematisch ist insbesondere das Lösen von Verbindungen bei induktiven Lasten, beispielsweise Elektromagneten und Transformatoren. Die in einem magnetischen Feld der 222 gespeicherte Energie bewirkt einen Weiterfluss des Stromes beim Trennen der Kontaktmittel. Eine elektrische Spannung zwischen den Kontakten steigt beim Lösen der Verbindung schnell auf sehr hohe Spannungswerte an. Daher kann hier auch dann ein Schaltlichtbogen auftreten, wenn die Betriebsspannung weit unterhalb der Brenn- bzw. Zündspannung des Schaltlichtbogens liegt.
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Folgen des Schaltlichtbogens sind elektromagnetische Emissionen und ein Verschleiß der Kontaktmittel. Wird der Lichtbogen nicht schnell genug unterbunden (gelöscht), führt dies insbesondere bei hohen Strömen und Spannungen zur Zerstörung der Schaltkontakte durch Kontaktabbrand. Dies kann im äußersten Fall dazu führen, dass Kontakte zusammengeschweißt werden und nicht mehr getrennt werden können.
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Auch selbst verlöschende Schaltfunken führen auf Dauer zu Kontaktverschleiß und vorzeitigem Ausfall, beispielsweise eine verringerte maximale Anzahl von Steckzyklen.
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Durch Entladungen an den elektrischen Bauteilen kommt es zum wechselseitigen Materialabtrag (Kontakt- oder Elektrodenabbrand). Dies kann zum Funktionsverlust führen, wenn beispielsweise eine Kontaktfläche des Kontaktmittels oder des Gegenkontaktelements dadurch so stark zerklüftet ist, dass beim Schließen des Kontaktes keine Kontaktgabe mehr gewährleistet ist oder der Kontakt nur über eine geringere wirksame Kontaktfläche und damit mit einem erhöhten Kontaktwiderstand stattfindet.
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Elektrische Steckverbinder sind typischerweise genormt. Beispielsweise definiert die internationale Norm IEC 62196 eine Reihe von Steckertypen und Lademodi für Elektrofahrzeuge. Dabei wird mittels Verweis in Teil 2 (IEC 62196-2) auf die Norm IEC 60309 und damit auf die darin inhaltlich übernommene Norm IEC 61851 ein Signalpin als ein Kontaktmittel eines Ladesteckers gezeigt, der einen Ladestrom schaltet. Der Signalpin (ein sogenannter PP-Kontakt für „plug present”-Kontakt englisch für Stecker-angeschlossen-Indikator) stellt über einen Schalter die Information bereit, ob der Stecker gerade gezogen wird. Der Schalter ist mit einer Steckerverriegelung im Stecker mechanisch verbunden. Sowie der Stecker mittels Betätigung der Steckerverriegelung gezogen wird, wird der Schalter betätigt und die Ladeelektronik des Fahrzeugs bricht den Ladevorgang ab, das heißt der Ladestrom über die elektrischen Ladekontakte wird unterbunden. Ein spannungs- und leistungsloses Trennen des Steckers vom Fahrzeug wird so ermöglicht. Ein Abbruch des Ladevorgangs wird dabei durch die zu betätigende Steckerverriegelung über die extern zum Ladestecker angeordnete Ladeelektronik vorgenommen. Eine direkte Überwachung des Kontaktzustands des Steckers findet jedoch nicht statt.
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Die Erfindung löst daher die Aufgabe, die bekannten Steckverbindungen hinsichtlich ihres elektrischen Verhaltens bei Lösen und Verbinden zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Eine steckbare elektrische Verbindungsvorrichtung umfasst erfindungsgemäß mindestens ein Kontaktmittel für eine leitende Verbindung zu einem korrespondierenden Gegenkontakt eines Gegenelements der elektrischen Verbindungsvorrichtung. Weiter umfasst die elektrische Verbindungsvorrichtung zumindest ein Betätigungsmittel und zumindest ein Schaltmittel. Das Schaltmittel ist dafür eingerichtet bei Betätigung durch das Betätigungsmittel, das zumindest eine Kontaktmittel mit einem elektrischen Anschluss der elektrischen Verbindungsvorrichtung zu verbinden oder von diesem zu trennen. Das Betätigungsmittel betätigt das Schaltmittel, wenn ein mechanischer und zugleich elektrisch leitender Kontakt des mindestens einen Kontaktmittels mit dem korrespondierenden Gegenkontakt des Gegenelements der elektrischen Verbindungsvorrichtung besteht, also bei Erreichen einer bestimmten Position während des Steckvorgangs oder des Trennens.
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Die erfindungsgemäße Lösung ist vorteilhaft, da das Kontaktmittel solange spannungs- und stromlos ist, solange keine sichere elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Kontaktelement und dem zugeordneten Gegenkontaktmittel besteht. Damit wird die Entstehung eines Lichtbogens oder einer Funkenentladung bei Annähern oder bei Lösen der Verbindung wirksam unterbunden. Die erfindungsgemäße Steckverbindung weist damit eine erhöhte Verschleißfestigkeit gegenüber den bekannten Steckverbindungen auf. Zugleich ist die Handhabung der Steckverbindung beim Lösen und Stecken unverändert einfach. Ein zusätzlicher von einem Nutzer zu betätigender Schalter ist damit überflüssig. Das Betätigungselement wirkt allein durch das Erreichen der bestimmten Position auf das Schaltmittel und betätigt dieses. Die erfindungsgemäße Steckverbindung ist insbesondere für den Einsatz in Gleichspannungsnetzen vorteilhaft, die eine zentrale Gleichspannungsversorgung aufweisen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung der steckbaren elektrischen Verbindungsvorrichtung ist die elektrische Verbindungsvorrichtung ein Einbaustecker, eine Einbaubuchse, ein Stecker oder eine Kupplung.
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Eine weitere vorteilhafte steckbare elektrische Verbindungsvorrichtung ist für die Übertragung einer Gleichspannung oder eines Gleichstroms ausgelegt.
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Eine vorteilhafte Ausführung der steckbaren elektrischen Verbindungsvorrichtung weist genau zwei Kontaktmittel auf.
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Eine bevorzugte Ausführung der steckbaren elektrischen Verbindungsvorrichtung umfasst weiter ein Verpolungsschutzmittel, das dafür ausgelegt ist, ein falsch gepoltes Verbinden des zumindest einen Kontaktmittels zu vermeiden.
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Das Verpolungsschutzmittel einer vorteilhaften Ausführung stellt mechanisch sicher, dass das mindestens eine Kontaktmittel in nur einer definierten Orientierung mit dem entsprechenden Gegenkontakt verbindbar ist.
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Eine weitere vorteilhafte steckbare elektrische Verbindungsvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass das Verpolungsschutzmittel elektronisch sicherstellt, dass das zumindest eine Kontaktmittel nur in einer definierten Anordnung mit dem Gegenkontakt durch das zumindest eine Schaltmittel verbunden wird.
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Gemäß einer vorteilhaften steckbaren elektrischen Verbindungsvorrichtung nach einer Ausführung der Erfindung wird zumindest das eine Schaltmittel mechanisch oder magnetisch oder elektromagnetisch betätigt.
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In einer weiteren Ausführung der steckbaren elektrischen Verbindungsvorrichtung schaltet zumindest das eine Schaltmittel einen Transistor leitend, um eine elektrische Gleichspannung an zumindest das eine Kontaktelement zu legen.
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Die technische Aufgabe wird auch von einer Leuchte, umfassend eine elektrische Verbindungsvorrichtung nach einer der vorstehend aufgeführten Ausführungsformen gelöst.
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Ein elektronisches Gerät, insbesondere ein elektronisches Vorschaltgerät oder ein Leuchtenbetriebsgerät, umfassend eine steckbare elektrische Verbindungsvorrichtung nach einer der vorstehend aufgeführten Ausführungsformen löst ebenfalls die technische Aufgabenstellung.
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Weiter wird die technische Aufgabe durch eine Anordnung umfassend die elektrische Verbindungsvorrichtung gemäß einer der vorstehenden Ausführungen und das korrespondierende Gegenelement zu dem elektronischen Verbindungsvorrichtung gelöst.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und Figuren näher erläutert. Es zeigen
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1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Steckverbinders,
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2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Gerätebuchse,
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3 eine schematische Darstellung einer Schaltungsanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
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4 eine Ansicht eines Steckverbinders sowie einer korrespondierenden Buchse gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen dieselben oder entsprechende Elemente. Aus Gründen der Darstellung wird in der folgenden Beschreibung vorteilhafter Ausführungsbeispiele auf eine Wiederholung weitgehend verzichtet.
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Bei einem Trennen oder Schließen eines elektrischen Kontakts zwischen einem Kontaktmittel und seinem elektrischen Gegenkontaktelement kann ein Schaltlichtbogen entstehen. Fließen über den elektrischen Kontakt im verbundenen Zustand nur geringe Ströme, so entsteht unter Umständen lediglich ein oder mehrere Schaltfunken, die die gleiche Ursache wie der Schaltlichtbogen haben, jedoch ohne äußere Einwirkung wieder verlöschen.
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Elektrische Steckverbinder und das zugeordnete korrespondierende Gegenstück umfassen einen männlichen Teil und ein weibliches Teil der elektrischen Verbindung. Der männliche Teil einer Steckverbindung weist einen oder mehrere nach außen weisende Kontaktstifte als elektrische Kontaktmittel auf. Der weibliche Teil einer Steckverbindung weist einen oder mehrere nach innen weisende Kontaktöffnungen als Kontaktmittel (elektrisch kontaktierendes Element) auf. Ein Steckverbinder kann auch sowohl Kontaktmittel des männlichen Typs und des weiblichen Typs aufweisen.
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Ein Steckverbinder des männlichen Typs wird als Stecker bezeichnet, wenn er an einem Endabschnitt der elektrischen Leitung (Kabels) angeordnet ist, und als Einbaustecker, wenn er fest in ein Gerätegehäuse eingebaut ist. Ein Steckverbinder des weiblichen Typs wird als Kupplung bezeichnet, wenn er an einem Endabschnitt der elektrischen Leitung angeordnet ist, und als Buchse, wenn er fest in ein Gerätegehäuse eingebaut ist.
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In 1 wird ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Steckverbinders 1 gezeigt. Der dargestellte Steckverbinder 1 ist ein Stecker mit zwei Kontaktmitteln 2, 3 in Form von Kontaktstiften. Die beiden Kontaktstifte 2, 3 weisen eine im Wesentlichen zylindrische Form auf. Die jeweiligen Zylinderachsen der Kontaktmittel 2, 3 erstrecken sich zueinander parallel rechtwinklig von einer Stirnfläche 5 eines Steckergehäuses 4 weg.
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Die Kontaktmittel 2, 3 sind in 1 als zylindrische Körper dargestellt. Die Kontaktmittel 2, 3 können aber ebenso eine andere Querschnittsform als kreisförmig aufweisen. Beispielsweise können die Kontaktmittel 2, 3 einen rechteckigen Querschnitt oder einen elliptischen oder einen polygonalen Querschnitt aufweisen.
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Die Kontaktmittel 2, 3 des Steckverbinders 1 können ebenso, ohne von der Erfindung abzuweichen, koaxial ausgeführt sein, wobei zwischen den Kontaktmitteln 2, 3 ein geeignetes Dielektrikum angeordnet ist. Die Kontaktmittel 2, 3 bestehen aus einem elektrisch leitfähigen Material oder einer geeigneten Materialkombination. Das Kontaktmittel 2, 3 ist bevorzugt korrosionsbeständig, mit einem hohen Schmelzpunkt zur Vermeidung von Kontaktabbrand und einem geringen elektrischen Übergangswiderstand zu einem Gegenkontaktelement und mit möglichst geringer Neigung zum Verschweißen mit dem Gegenkontaktelement ausgelegt.
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Der gezeigte Steckverbinder 1 weist zwei Kontaktmittel 2, 3 auf. Ebenso kann der Steckverbinder 1 lediglich einen oder eine Mehrzahl von Kontaktmitteln 2, 3 umfassen.
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Das Kontaktmittel 2 ist mit einem ersten Anschluss 7 eines ersten Schaltmittels 6 verbunden. Der zweite Anschluss 8 des ersten Schaltmittels 6 ist mit einem ersten Ein-/Ausgangsanschluss 12 der elektrischen Verbindungsvorrichtung 1 permanent elektrisch leitend verbunden. Das Kontaktmittel 3 ist mit einem ersten Anschluss 10 eines zweiten Schaltmittels 9 verbunden. Der zweite Anschluss 11 des zweiten Schaltmittels 12 ist mit einem zweiten Ein-/Ausgangsanschluss 13 der elektrischen Verbindungsvorrichtung 1 elektrisch leitend verbunden.
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Der erste Ein-/Ausgangsanschluss 12 kann beispielsweise einen L-Leiter eines elektrischen Gleichspannungsversorgung darstellen. Der zweite Ein-/Ausgangsanschluss 13 kann beispielsweise einen N-Leiter eines elektrischen Gleichspannungsversorgung darstellen.
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Das erste Schaltmittel 6 und das zweite Schaltmittel 9 können grundsätzlich gleich aufgebaut sein. In einem ersten Schaltzustand sind die ersten Anschlüsse 7, 10 des ersten und des zweiten Schaltmittels 6, 9 jeweils von den zweiten Anschlüssen 8, 11 des ersten bzw. des zweiten Schaltmittels 6, 9 elektrisch getrennt. In einem zweiten Schaltzustand sind die ersten Anschlüsse 7, 10 des ersten und des zweiten Schaltmittels 6, 9 mit den zweiten Anschlüssen 8, 11 des ersten bzw. des zweiten Schaltmittels 6, 9 elektrisch leitend verbunden. Damit wird es erfindungsgemäß ermöglicht, die Kontaktmittel 2, 3 in Abhängigkeit von dem Schaltzustand der Schaltmittel 6, 9 mit einer elektrischen Spannung zu versorgen.
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Die Schaltmittel 6, 9 werden in 1 in Abhängigkeit von einer Stellung eines Betätigungsmittels 14 betätigt und damit zwischen dem ersten Schaltzustand und dem zweiten Schaltzustand umgeschaltet.
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In 1 ist das Betätigungsmittel 14 als ein mechanischer Stift ausgeführt. Das Betätigungsmittel 14 ist von im Wesentlichen zylindrischer Form und in Richtung seiner parallel zu einer Steckrichtung der elektrischen Verbindungsvorrichtung 1 erstreckenden Zylinderachse verschiebbar gelagert. Ein elastisches Element 15, beispielsweise eine Schraubenfeder, hält das Betätigungsmittel 14 in einer ersten Endposition, in der das Betätigungsmittel 14 aus der Stirnfläche 5 der Verbindungsvorrichtung 1 hinaus in Richtung auf ein Gegenelement der Verbindungsvorrichtung 1 ragt. Die Schaltmittel 6, 9 sind in ihrem ersten Schaltzustand.
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In einer zweiten Endposition des Betätigungsmittels 14 ist das Betätigungsmittel 14 durch eine Gegenfläche eines korrespondierenden Gegenelements zu der Stirnfläche 5 der Verbindungsvorrichtung 1 entgegen einer Kraft des elastischen Elements 15 in das Steckergehäuse 4 des Verbindungselements 1 gedrückt. Damit ist das Betätigungsmittel 14 geeignet, eine relative Lage der Verbindungsvorrichtung 1 zu dem korrespondierenden Gegenelement zu der elektrischen Verbindungsvorrichtung 1 zu erfassen. Ist das Betätigungsmittel 14 in der zweiten Endposition, also das Verbindungsvorrichtung 1 mit seinem Gegenelement so verbunden, das die Kontaktmittel 2, 3 mit ihren jeweiligen Gegenelementen mechanisch und elektrisch vollständig verbunden sind, so hat das Betätigungsmittel 14 das erste Schaltmittel 6 und das zweite Schaltmittel 9 in den zweiten Schaltzustand geschaltet. In dem zweiten Schaltzustand sind die ersten Anschlüsse 7, 10 des ersten und des zweiten Schaltmittels 6, 9 jeweils mit den zweiten Anschlüssen 8, 11 des ersten und des zweiten Schaltmittels 6, 9 elektrisch leitend verbunden. Während des Einsteckens werden also bei Erreichen einer bestimmten Position durch das Betätigungsmittel 14 die Schaltmittel 6, 9 betätigt.
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Wird nun die Verbindungsvorrichtung 1 von ihrem Gegenelement getrennt, so bewirkt die elastisch rückstellende Eigenschaft des elastischen Elements 15, dass das Betätigungsmittel 14 in Richtung seiner ersten Endposition bewegt wird. Bei Erreichen der ersten Endposition des Betätigungsmittels 14, ist die elektrische Verbindungsvorrichtung 1 von ihrem korrespondierenden Gegenelement noch nicht vollständig getrennt und die Kontaktmittel 2, 3 sind noch mit ihren jeweiligen Gegenelementen verbunden. Das Betätigungsmittel 14 schaltet nun das erste Schaltmittel 6 und das zweite Schaltmittel 9 in den ersten Schaltzustand, wenn eine bestimmte Position erreicht ist, in der noch ein elektrisch leitender Kontakt zwischen den Kontaktmitteln 2, 3 und den Gegenelementen besteht. In dem ersten Schaltzustand sind die ersten Anschlüsse 7, 10 des ersten und des zweiten Schaltmittels 6, 9 jeweils von den zweiten Anschlüssen 8, 11 des ersten und des zweiten Schaltmittels 6, 9 elektrisch getrennt. Die bestimmte Position beim Schließen und beim Trennen der Verbindung ist vorzugsweise dieselbe.
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Das Betätigungsmittel 14 kann die relative Lage der Verbindungsvorrichtung 1 zu ihrem Gegenelement, also ihre Position, mechanisch mittels eines elastisch abgestützten Stifts wie in 1 dargestellt, erfassen. Ebenso kann gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung die Erfassung der relativen Lage des Verbindungselements 1 zu dem Gegenelement magnetisch oder elektromagnetisch oder mittels Drucksensoren erfolgen. Das Betätigungsmittel 14 kann weiter ausgelegt sein, das erste Schaltmittel 6 und das zweite Schaltmittel 9 mechanisch oder mittels eines elektrischen Signals oder mittels einer elektromagnetischen Kraft zu schalten.
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Insbesondere kann es auch vorteilhaft sein, wenn das Betätigungsmittel 14 in Form eines gegenüber der Fläche 5 versenkt angeordneten Druckschalters ausgeführt ist. Diese Ausführung des Betätigungsmittels 14 ist durch eine entsprechende, vorspringende Nase des korrespondierenden Gegenelements zu dem elektrischen Verbindungselement 1 zu betätigen. Damit wird eine unbeabsichtigte Betätigung des Betätigungsmittels 14 und damit verbundenes versehentliches Anschalten einer Spannung an die Kontaktmittel 2, 3 vermieden. Der Berührschutz der elektrischen Verbindungsvorrichtung 1 ist damit weiter verbessert.
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Besonders bevorzugt ist eine Ausgestaltung einer elektrischen Verbindungsvorrichtung 1 entsprechend der Erfindung in Verbindung mit einer Buchse oder Kupplung mit spannungsführenden Kontaktmitteln 2, 3. Für diesen Fall wirken die erfindungsgemäßen Schaltmittel 6, 9 als erweiterter Berührschutz kumulativ zu der Ausführung der Kontaktmittel 2, 3 als Kontaktbuchsen 21, 22. In 2 ist ein solches Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung (Steckverbinder) 20 gezeigt. Die dargestellte Verbindungsvorrichtung 20 ist ein Steckverbinder mit zwei Kontaktmitteln in Form von Kontaktbuchsen 21, 22. Die beiden Kontaktbuchsen 21, 22 weisen eine im Wesentlichen zylindrische Form auf. Die jeweiligen Zylinderachsen der Kontaktmittel 21, 22 verlaufen zueinander parallel und rechtwinklig zu einer Stirnfläche 23 eines Gehäuses 24 der elektrischen Verbindungsvorrichtung 20. Für das Betätigungsmittel 14, das elastische Element 15, das erste Schaltmittel 6 und das zweite Schaltmittel 9 gilt das mit Bezug auf 1 erläuterte entsprechend.
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Damit ist die Verbindungsvorrichtung 20 in 2 ebenso wie die unter Bezug auf 1 diskutierte Verbindungsvorrichtung 1 erfindungsgemäß eingerichtet sicherzustellen, dass zunächst ein inniger mechanischer Kontakt und ein elektrisch leitfähiger Kontakt zwischen den Kontaktelementen 21, 22 der Verbindungsvorrichtung 20 und den jeweiligen Gegenkontakten des Gegenelements zu der Verbindungsvorrichtung 20 besteht, bis in einer zweiten Phase einer Annäherung der Verbindungsvorrichtung 20 und des Gegenelements der Verbindungsvorrichtung 20 bei Erreichen der schon beschriebenen bestimmten Position eine Spannung an die Kontaktelemente 21, 22 über das erste Schaltmittel 6 und das zweite Schaltmittel 9 geschaltet wird bzw. steckerintern eine leitfähige Verbindung erzeugt wird.
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Damit sind in einer ersten Phase der Annäherung die Kontaktmittel 21, 22 spannungslos bzw. stromlos. Auch für die Kontaktmittel 21, 22 ist somit über den Vorteil des spannungs- bzw. stromlosen Steckens der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung 1, 20 eine erweiterter Berührungsschutz für die Verbindungselemente 1, 20 erreicht. Für den Fall des Trennens gilt das Gesagte logisch umgekehrt.
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In einer speziellen Ausführungsform erfolgt das Aktivieren einer Gleichspannung an die Kontaktelemente 2, 3, 21, 22 mittels eines Betätigungsmittels 14 ausgeführt als mechanischer Schalter, der für eine zweite Phase der Annäherung der Verbindungsvorrichtung 1, 20 und des Gegenelements der Verbindungsvorrichtung 1, 20 mechanisch aktiviert wird. In 1 und 2 wirkt das als mechanischer Schalter ausgeführte Betätigungsmittel 14 auf als elektronische Schalter ausgeführte erste und zweite Schaltmittel 6, 9, die wiederum jeweils einen Transistor leitend schalten. Der leitende Transistor beaufschlagt nun das erste und zweite Kontaktmittel 2, 3, 21, 22 mit einer Gleichspannung.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Verbindungsvorrichtung 1, 20 ist die Verbindungsvorrichtung 1, 20 eingerichtet, die elektronischen Schalter bzw. das erste und das zweite Schaltmittel 6, 9 nicht wie in 1 und 2 dargestellt, mechanisch auszulösen (zu betätigen), sondern elektrisch, magnetisch oder elektromagnetisch zu betätigen. Erfindungsgemäß werden auch in dieser Ausführung erst in einer Endphase der Annäherung oder schon in einer frühen Phase der Trennung der Verbindungsvorrichtung 1, 20 und des Gegenelements der Verbindungsvorrichtung 1, 20 die Kontaktmittel 2, 3, 21, 22 mit den ersten und zweiten Ein-/Ausgangsanschlüssen 12, 13 elektrisch leitend verbunden bzw. von diesen getrennt. In dieser bestimmten Position besteht jeweils ein elektrisch leitender Kontakt zwischen den Kontaktmitteln 2, 3 bzw. 21, 22 und ihren Gegenstücken. Die Endphase der Annäherung und gleichermaßen die frühe Phase des Trennens der Verbindungsvorrichtung 1, 20 und des Gegenelements der Verbindungsvorrichtung 1, 20 zeichnen sich dadurch aus, dass ein mechanischer Kontakt und ein ausreichend elektrisch leitender Kontakt zwischen den Kontaktmitteln 2, 3 der Verbindungsvorrichtung 1, 20 und den jeweiligen Gegenkontakten des Gegenelements zu der elektrischen Verbindungsvorrichtung 1, 20 besteht, so dass das Ausbilden eines Lichtbogens nicht aufritt.
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Ein ausreichend leitender elektrischer Kontakt kann für relative Positionen der Verbindungsvorrichtung 1, 20 und des Gegenelements des Verbindungsvorrichtung 1, 20 zueinander angenommen werden, an denen eine minimal erforderliche Berührfläche zwischen dem ersten Kontaktmittel 2 und seinem Gegenkontakt ebenso wie für das zweite Kontaktmittel 3 und seinem Gegenkontakt besteht.
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Die erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtungen 1, 20 einer vorteilhaften Ausführung weisen einen (nicht dargestellten) mechanischen oder auch einen elektrischen Verpolungsschutz auf, der verhindert, dass beispielsweise bei einer Gleichspannungsversorgung eines Geräts Kontaktmittel 6, 7, 21, 22 mit falscher Polarität miteinander in Berührung kommen.
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Ein mechanischer Verpolungsschutz kann sicherstellen, dass elektrische Verbindungen nicht in falscher Polarität, beispielsweise Vertauschen von L-Leiter und N-Leiter bei Gleichstromanwendungen, hergestellt werden können. Das kann durch Steckverbinder als Verbindungsvorrichtungen erreicht werden, die nur in einer Lage zu ihrem jeweiligen Gegenstück eingesteckt werden können und so ein Verpolen der Anschlüsse verhindern. Ausführungen eines mechanischen Verpolungsschutzes sind beispielsweise koaxiale Steckverbinder von Steckernetzteilen oder auch Steckverbinder, bei denen Nasen oder die Anordnung der Kontaktmittel 2, 3 nur eine Verbindungsmöglichkeit zulassen. Eine bezüglich einer Steckerachse asymmetrische Ausführung eines Betätigungsmittels 14 kann ebenso als Verpolungsschutz wirken.
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Ein einfacher Verpolungsschutz kann beispielsweise durch asymmetrische Anordnung eines Betätigungsmittels 14 in Form eines Stifts erfolgen, die auf mechanischem Wege verhindert, dass Kontaktmittel 2, 3 mit falscher Polarität in Kontakt kommen und die Schaltmittel 6, 9 die Kontaktmittel mit den Ein-/Ausgangsanschlüssen 12, 13 verbinden. Bei einem Versuch, die Verbindung verpolt herzustellen kann dann das Betätigungsmittel in eine Ausnehmung ragen, so dass ein Betätigen des Schaltmittels 6, 9 ausbleibt.
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Bei einem elektrisch ausgeführten Verpolungsschutz wird durch geeignete Schaltungen und Bauteile, beispielsweise Verpolungsschutz-Dioden, sichergestellt, dass beim Anlegen einer elektrischen Spannung in falscher Polarität in einem angeschlossenen Gerät kein Schaden entsteht. Die an sich bekannten Verfahren umfassen beispielsweise eine Diode in Reihe geschaltet mit der Versorgungsspannung. Bei falsch gepolter Verbindung sperrt die Diode den Stromfluss.
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In 3 ist eine weitere Ausführung einer erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung 30 dargestellt. In 3 ist ein Transistor 33, gezeigt als selbstsperrender Feldeffekttransistor, zwischen den ersten Ein-/Ausgangsanschluss 12 und das erste Kontaktelement 21 geschaltet. Solange in einer ersten Phase einer Annäherung des Gegenelements zu der Verbindungsvorrichtung 30 ein Betätigungsmittel 31 noch keinen ausreichenden Kontakt zwischen den ersten und zweiten Kontaktmitteln 21, 22 und den jeweiligen Gegenkontakten des Gegenelements der Verbindungsvorrichtung 30 signalisiert, ist ein Schalter 32 in einer offenen Position. Damit sperrt die Strecke Drain-Source des Transistors 33. Bei einer sperrenden Drain-Source-Strecke des Transistors 33 ist der Ein-/Ausgangsanschluss 12 galvanisch von dem ersten Kontaktmittel 21 der elektrischen Verbindungsvorrichtung 30 getrennt. Es liegt damit keine Gleichspannung zwischen dem ersten Kontaktemittel 21 und dem zweiten Kontaktmittel 22 der elektrischen Verbindungsvorrichtung 1 an. Wird nun in einer zweiten Phase der Annäherung ein ausreichend leitender elektrischer Kontakt zwischen den ersten und zweiten Kontaktmitteln 21, 22 der Verbindungsvorrichtung 30 und den Gegenelementen zu der Verbindungsvorrichtung 30 durch Erreichen einer bestimmten Position der elektrischen Verbindungsvorrichtung 30 und dem korrespondierenden Gegenelement der Verbindungsvorrichtung 30 erreicht, so wird dies durch das Betätigungsmittel 31 erfasst. Das Betätigungsmittel 14 schaltet nun den Schalter 32 in einen leitenden Zustand. Damit liegt an einer Gate-Elektrode des Transistors 33 eine elektrische Spannung an, deren Höhe durch die Spannung zwischen den Ein-/Ausgangsanschlüssen 12, 13 und einer Dimensionierung des Widerstands 34 und einer Zenerdiode 35 bestimmt wird. Die Strecke Drain-Source des Transistors 33 wird durch diese elektrische Spannung leitend. Damit wird eine elektrische Verbindung zwischen dem Ein-/Ausgangsanschluss 12 und dem ersten Kontaktmittel 21 hergestellt. Die Gleichspannung zwischen den Ein-/Ausgangsanschlüssen 12, 13 wird nun an die ersten und zweiten Kontaktmitteln 21, 22 geschaltet.
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In 4 wird eine Darstellung eines Steckverbinders 36 sowie einer Buchse 37 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt.
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Dabei ist in der linken Teilfigur 4 ein Steckverbinder 36 als Beispiel für eine erfindungsgemäße elektrische Verbindungsvorrichtung in einer Ansicht auf die stirnseitige Fläche des Steckverbinders 36 dargestellt. Die dargestellte Ansicht in teilweisem Schnitt in einer Schnittebene senkrecht zu einer Achse, entlang der ein Stecken und ein Lösen des Steckverbinders 36 erfolgt von seinem korrespondierenden Gegenvorrichtung erfolgt. Der Steckverbinder 36 weist Kontaktstifte 38.1, 38.2, 38.3 und 38.4 als Kontaktmittel 2, 3 auf. Mittig in der Ansicht der linken Teilfigur 4 ist ein Stift 39 als Beispiel für ein Betätigungsmittel 14 dargestellt.
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In der rechten Teilfigur 4 einer Buchse 37 ist eine Ansicht auf die Stirnseite der Buchse 37 dargestellt. Die Buchse 37 kann beispielsweise eine Gerätebuchse oder eine Kupplung sein und stellt eine korrespondierende Gegenvorrichtung zu dem im linken Teil der 4 gezeigten Steckverbinder 36 dar. Die Buchse 37 weist Kontaktbuchsen 40.1, 40.2, 40.3 und 40.4 als Kontaktmittel 2, 3 auf. Mittig in der Ansicht im rechten Teil 4 ist eine Buchse 41 dargestellt, in die bei Zusammenfügen des Steckverbinders 36 mit der Buchse 37 der Stift 39 eindringen kann. Dabei sind die jeweiligen Längen des Stifts 39 und der Kontaktstifte 38.1, 38.2, 38.3 und 38.4 in Bezug auf die entsprechenden Gegenelemente der Buchse 37 erfindungsgemäß so gewählt, dass in der 4 nicht dargestellte Schaltmittel 6, 9 während des Steckvorgangs oder des Trennvorgangs des Steckverbinders 36 und der Buchse 37 bei Erreichen einer bestimmten Position, in der bereits oder noch eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den Kontaktstiften 38.1, 38.2, 38.3 und 38.4 sowie den korrespondierenden Kontaktbuchsen 40.1, 40.2, 40.3 und 40.4 besteht, betätigt werden.
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Der dargestellte Steckverbinder 36 kann mit der Buchse 37 als korrespondierendem Gegenstück in zwei jeweils um 180° zueinander gedrehten Lagen zusammengefügt werden. Steckverbinder 36 und Buchse 37 sind insbesondere für lösbare unipolare elektrische DC Verbindungen geeignet. Die Kontaktstifte 38.1, 38.3 können dabei einem L-Leiter und die Kontaktstifte 38.2, 38.4 einem N-Leiter zugeordnet sein. Ebenso können die Kontaktstifte 38.1, 38.3 einem Pluspol und die Kontaktstifte 38.2, 38.4 einem Minuspol zugeordnet sein. Für die Buchse 37 gilt in diesem Fall eine entsprechende Zuordnung der Kontaktmittel zu den elektrischen Anschlüssen.
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Bei Lösen der Verbindungvorrichtung 30 von ihrem Gegenelement gilt der oben für die Verbindung dargestellte Ablauf entsprechend.
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Die vorstehend dargestellten Merkmale sind in dem Rahmen der in den Patentansprüchen definierten Erfindung in vorteilhafter Weise miteinander kombinierbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Norm IEC 62196 [0012]
- IEC 62196-2 [0012]
- Norm IEC 60309 [0012]
- Norm IEC 61851 [0012]