AT519835A2 - Steckverbindung für die Daten- und Energieübertragung zwischen einer Basis und einem kabelgebundenen Notruftaster - Google Patents

Abstract

Eine Steckverbindung zum Verbinden eines kabelgeführten Notruftasters besteht aus einem Sockel an einer Basis und einer konturgleichen Vertiefung (25) in einem Kopf (2), der über ein Kabel mit dem Notruftaster verbunden ist. Kegelstumpf (7) und Vertiefung (25) bilden eine Drehachse, so dass bei einem tangentialen Zug auf die Achse der Kopf (2) nicht abgezogen wird, sondern sich neu auf dem Sockel (4) ausrichtet. Die Energie- und Datenübertragung erfolgt kontaktlos. Dazu befinden sich eine Primärspule (32) im Sockel (4) und eine Sekundärspule (27) im Kopf (2), die den gleichen Durchmesser haben und koaxial zur Drehachse angeordnet sind. Bei einer Drehung des Kopfes (2) auf dem Sockel (4) ändert sich somit nicht ihre relative Lage.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steckverbindung für die

Daten- und Energieübertragung zwischen einer Basis und einem kabelgebundenen Notruftaster, aufweisend einen Sockel an der

Basis und einen Kopf am Ende des zum Notruftaster führenden

Notrufkabels, wobei der Kopf magnetisch am Sockel gehalten ist, wobei der Kopf um eine Drehachse drehbar am Sockel gehalten ist und wobei im Sockel und im Kopf korrespondierende Mittel für eine kontaktlose Daten- und Energieübertragung vorhanden sind.

Eine solche Steckverbindung wird in DE 10220450 A1 beschrieben.

Am Kopf befindet sich ein Stift, der zur Herstellung der

Steckverbindung in einen Schacht am Kopf eingesteckt wird. In den Mantelflächen des Schachtes und des Stiftes befindet sich je eine zylindrische Spule, die ineinander liegen, wenn die Steckverbindung hergestellt ist. Die Steckverbindung kann nur durch einen axialen Zug gelöste werden.

Kabelgebundene Notruftaster werden z. B. in Kranken- und

Pflegehäusern benötigt, damit sich die kranken bzw. zu pflegenden Personen auch dann, wenn sie bettlägerig sind, bei den Aufsichtspersonen durch eine Betätigung des Notruftasters melden können. Diese Notruftaster, die früher eine birnenförmige Form hatten, werden daher manchmal auch als Birntaster bezeichnet. Neuere Notruftaster besitzen neben einem

Auslöseknopf aber auch noch Rückmeldeeinrichtungen, um z. B. der rufenden Person anzeigen zu können, dass Hilfe naht.

Die Notruftaster werden über ein Kabel an die Basis angeschlossen, die sich in der Regel in einer Wandschiene über dem Bett befindet. Der Anschluss erfolgt dabei mittels einer aus einem Stecker und einer Buchse bestehenden Steckverbindung, bei der der Stecker mechanisch in der Buchse gehalten wird. Der

Notruftaster selbst befindet sich dann im Bett bei der bettlägerigen Person. Dabei besteht das Problem, dass Personen, die sich häufig im Schlaf wälzen, an dem Kabel ziehen, wodurch der Stecker bestenfalls aus der Buchse gezogen, aber auch häufig beschädigt wird, wenn der Zug nicht in Einsteckrichtung ausgeübt wird. Es besteht daher das Bedürfnis, eine hinreichend feste

Steckverbindung zu schaffen, bei der sich der Stecker auf Zug aus der Basis lösen kann, ohne dass es zu Beschädigungen der

Steckverbindungen kommt.

Es wurde daher schon eine Steckverbindung vorgeschlagen, die keine aus einem Stecker und einer Buchse bestehende

Steckverbindung aufweist, sondern eine magnetische Halterung, bei der entgegengesetzte Pole von Magneten in Kontakt gebracht werden, wobei die Magnete zusätzlich der Stromleitung dienen.

Eine solche Steckverbindung hat aber den Nachteil, dass die

Stirnseiten der stromführenden Pole der Magnete frei liegen müssen. Daher ist es notwendig, in der Stromzuführung zur Basis

Sicherungen einzubauen, die einen Stromschlag verhindern.

Die Magnetpole liegen leicht vertieft in dem Sockel, damit die

Magnetpole des Kopfes exakt auf den jeweils korrespondierenden

Magnetpol im Sockel aufgesetzt werden können. In einer solchen

Vertiefung kann sich bei unsachgemäßer Reinigung leicht eine

Schmutzschicht ausbilden, die einen stromleitenden Kontakt zwischen den Magnetpolen unterbricht. Zwar lässt sich die

Verbindung lösen, ohne dass sie beschädigt wird. Da aber Sockel und Kopf eine fixe Position zueinander einnehmen, wird es relativ häufig zu einem unbeabsichtigten Lösen kommen, sobald ein Zug in irgendeine seitliche Richtung wirkt.

Die Erfindung beruht daher insbesondere auf der Aufgabe, eine

Steckverbindung zu schaffen, die insbesondere gegenüber einem

Zug am Kabel unempfindlich ist, sich aber, wenn sie gelöst wird, beschädigungsfrei löst, und die keine freiliegenden Kontakte aufweist.

Zur Lösung der Aufgabe sieht die Erfindung vor, dass die Mittel für die kontaktlose Daten- und Energieübertragung zwei

Luftspulen sind, die den gleichen Durchmesser besitzen und die konzentrisch zur Drehachse angeordnet sind, dass eine der

Komponenten, nämlich Sockel oder Kopf, einen vorstehenden Kegel und die jeweils andere Komponente eine konturgleiche Vertiefung aufweist, und dass die eine Luftspule um den Fuß des Kegels und die andere Luftspule um die Mündung der Vertiefung herum angeordnet ist, so dass die beiden Spulen nahe beieinander liegen, wenn der Kopf auf dem Sockel aufgesteckt ist.

Eine solche Ausgestaltung hat den Vorteil, dass der Kopf sich bei einem tangentialen Zug am Kabel lediglich auf dem Sockel dreht und sich dabei in Zugrichtung ausrichtet, sich nicht aber von diesem löst. Ein unbeabsichtigtes Lösen wird daher seltener vorkommen. Bei einem Zug mehr in Richtung der Drehachse kann aber die Magnetkraft überwunden werden, so dass sich der Kopf beschädigungsfrei vom Sockel lösen lässt. Da die Daten- und

Energieübertragung kontaktlos erfolgt, liegen auch keine stromführenden Kontakte offen, sodass gesonderte Sicherungen nicht notwendig sind.

Sockel und Kopf können besonders leicht gereinigt werden, wenn die Mittel zur Daten- und Energieübertragung gekapselt ausgeführt sind, also nicht mit einem Reinigungsmittel in

Verbindung kommen. Für die Daten- und Energieübertragung sind zwei Luftspulen vorgesehen, die konzentrisch zur Drehachse angeordnet sind.

Typischerweise werden zur Daten- und Energieübertragung Spulen mit einem Ferritkern vorgesehen. Dies ist bei der vorliegenden

Erfindung aber nicht möglich.

Um eine Drehung von Kopf und Sockel zu ermöglichen, weist eine der Komponenten, nämlich Sockel oder Kopf, einen vorstehenden

Kegel und die jeweils andere Komponente eine konturgleiche

Vertiefung auf.

Vorzugsweise besitzt der Sockel den Kegel und der Kopf die konturgleiche Vertiefung. Der Kegel ist vorzugsweise ein

Kegelstumpf.

Im Gegensatz zu einem Zylinder und einer zylinderförmigen

Vertiefung lässt sich der Kopf leicht auf den Sockel aufstecken, ohne dass zuvor eine genaue koaxiale Ausrichtung von Kopf zum Sockel nötig wäre. Vielmehr reicht es aus, dass der Kopf mit seiner Vertiefung über dem Kegelstumpf gehalten wird, wobei sich die Kegelstumpffläche lediglich an irgendeiner Stelle des Mündungsquerschnitts der Vertiefung befinden braucht. Eine

Zentrierung findet statt, sobald der Kopf von der Magnetkraft auf den Kegelstumpf gezogen wird.

Da die eine Luftspule um den Fuß des Kegels und die andere

Luftspule um die Mündung der Vertiefung herum angeordnet ist , liegen die beiden Luftspulen nahe beieinander, wenn der Kopf auf den Sockel aufgesteckt ist, so dass die gegenseitige Induktion maximal ist und keiner Störung unterliegt.

Vorzugsweise weist der Sockel einen primären Magneten auf, wobei unterhalb des Bodens der Vertiefung ein sekundärer Magnet angeordnet ist, so dass entgegengesetzte Magnetpole einander zugewandt sind. Da die Kegelstumpffläche des Kegelstumpfes und die Bodenfläche der Vertiefung nahe beieinander liegen, sind sich auch die beiden Magnetpole sehr nah, die nämlich jeweils unmittelbar hinter der Kegelstumpffläche bzw. der Bodenfläche enden.

Um zu verhindern, dass die korrespondierenden Flächen von Sockel und Kopf flächig und reibschlüssig aufeinander liegen, was eine Drehung des Kopfes auf dem Sockel erschweren würde, sieht die

Erfindung weiterhin vor, dass um den Fuß des Sockels und der Mündung der Vertiefung plane, sich gegenüberliegende Ringflächen verlaufen, wobei an einer der Ringflächen wenigstens drei Gleiterhebungen ausgebildet sind.

Vorzugsweise werden die Gleiterhebungen auf der Ringfläche des

Sockels ausgebildet. Es handelt sich dabei um kalottenförmige

Erhebungen, wobei drei um jeweils 120° versetzt auf einem Kreis um den Kegelstumpf herum angeordnet sind. Für den Betrieb der Notrufanlage ist es auch wichtig, dass das

Personal feststellen kann, ob die Steckverbindung noch existiert oder unterbrochen worden ist. Daher sieht die Erfindung vor, dass Detektionsmittel vorhanden sind, die so ausgebildet sind, dass mit ihnen der Zustand der Steckverbindung feststellbar ist. Sollte sich die Verbindung gelöst haben und somit keine Daten-und Energieübertragung mehr möglich sein, wird dies dem Personal in einer Zentrale angezeigt, so dass die notwendigen Schritte unternommen werden können, um die Steckverbindung wieder herzustellen.

Wenn der Notruftaster nicht in Betrieb genommen werden soll, weil die bettlägerige Person keinen kabelgebundenen Notruftaster benötigt, kann die Stromversorgung der Luftspule im Sockel abgeschaltet werden, wenn sich der Kopf nicht auf dem Sockel befindet. Auch wenn der für jede einzelne Steckverbindung eingesetzte Strom gering ist, so kann doch bei einem

Vielbettenhaus eine durchaus bemerkbare Stromeinsparung erzielt werden.

Eine mögliche Lösung, um diese Detektionsmittel darzustellen, besteht darin, dass diese einen magnetfeldempfindlichen Sensor aufweisen. Das Magnetfeld zweier gekoppelter Magnete ist nämlich ein anderes als das eines Einzelmagneten.

Im Folgenden soll anhand eines Ausführungsbeispiels die

Erfindung näher erläutert werden. Dazu zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Explosionsdarstellung von einer aus einem Sockel, einem Rahmen und einer Leiterplatte bestehenden Basis sowie von einem aus einem Unterteil und Oberteil bestehenden Kopf,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines auf der Basis aufgesetzten Kopfes und

Fig. 3 einen Querschnitt durch Sockel und Kopf.

Im Folgenden wird zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen.

Die Steckverbindung besteht aus einer Basis 1 und einem Kopf 2, der - was hier nicht näher dargestellt ist - über ein Kabel 12 (siehe Fig. 3) mit einem Notruftaster verbunden ist, bei dessen

Betätigung ein Hilfesignal an eine Zentrale geschickt wird.

Die Basis 1 besteht aus einem Rahmen 3, einem Sockel 4 und einer dazwischen angeordneten Leiterplatte 5.

Der Rahmen 3 wird z. B. in eine Wandschiene eingesetzt, die in

Form eines Kabelschachtes Kabel für die Energie- und

Signalleitung enthält. Der Rahmen 3 besitzt einen nach innen ragenden Aufnahmeflansch 6, auf den der Sockel 4 aufgesetzt und dabei in den Rahmen 3 eingeclipst wird.

Der Sockel 4 besitzt eine im Wesentlichen plane Oberfläche, aus der ein Kegelstumpf 7 hervorragt. Um den Kegelstumpf herum befinden sich drei kalottenförmige Erhebungen 8, die einen

Abstand von jeweils 120° aufweisen. In dem Sockel befinden sich weiterhin Tastflächen 9, 10 für einen ersten und einen zweiten

Basistaster, die anstelle des Nottasters genutzt werden können, um ein Hilfesignal an die Zentrale zu senden.

Innerhalb des Sockels 4 befindet sich die Leiterplatte 5, auf der die von den Tastflächen 9, 10 betätigbaren Microtaster sowie ein Hallsensor 11 angeordnet sind, dessen Funktion weiter unten näher erläutert werden wird.

Der Kopf 2 besteht aus einem Unterteil 15 und einem Oberteil 16. Das Unterteil besitzt im Wesentlichen eine Kreisform mit einem seitlichen Ansatz zur Kabelführung und ist an seiner Unterseite plan. Auf der Oberseite befindet sich ein Schacht 17, der von Rippen 18 umgeben ist. Auf dem Ansatz befindet sich eine

Kabelklemme 19.

Das Oberteil 16 ist eine Kappe 20 mit einem Griff 21, der so geformt ist, dass er zwischen Daumen und Zeigefinger gehalten werden kann, um den Kopf 2 vom Sockel 4 zu entfernen. Das

Unterteil 15 ist in die offene Seite der Kappe 20 eingesetzt, so dass die Kappe 20 den Schacht 17 schließt sowie die Kabelklemme 19 überdeckt.

Fig. 2 zeigt eine zusammengesetzte Basis 1, auf die ein zusammengesetzter Kopf 2 aufgesetzt ist. Die ersten und zweiten

Tastflächen 9, 10 sind so angeordnet, dass sie sich seitlich des Kopfes 2 befinden.

Die Funktionsweise der Steckverbindung lässt sich an Hand des

Schnittes der Fig. 3 erläutern. In der Unterseite des Unterteils 15 ist eine Vertiefung 25 ausgeformt, deren Form der Außenkontur des Kegelstumpfes 7 entspricht. Der Schacht 17 im Kopf 2 liegt in der Achse der Vertiefung 25 bzw. des Kegelstumpfes 7 und nimmt einen sekundären Stabmagneten 26 auf, so dass z. B. dessen Nordpol zum Boden des Schachtes 17 weist und oberhalb des Bodens der Vertiefung 25 liegt. Um die Vertiefung herum befindet sich in einer zur Kappe 20 hin offene umlaufenden Nut im Boden des

Unterteils eine Sekundärspule 27. Dabei ist der Boden der Nut dünn gegenüber der Dicke des Bodens des Unterteils. In Fig. 3 ist auch zu erkennen, dass das Unterteil mit dem Oberteil verschraubt ist (Schraube 28).

Wie schon erläutert, besitzt der Sockel 4 ebenfalls eine plane

Oberfläche, aus der der Kegelstumpf 7 hervorsteht. Auch dieser

Kegelstumpf 7 weist einen Schacht 30 auf, der koaxial zum

Kegelstumpf 7 ausgerichtet ist und in dem sich ein primärer

Magnet 31 befindet, dessen Südpol zur Kegelstumpffläche des

Kegelstumpfes weist (Nord- und Südpol der beiden Magnete können natürlich auch vertauscht sein). Die Böden der beiden Schächte 17, 30 sind relativ dünn, so dass die Pole nahe beieinanderliegen und eine große magnetische Haltekraft erzeugt wird, sobald der Kopf 2 -wie in Fig. 3 gezeigt - auf dem Sockel 4 aufsitzt.

In dem Sockel 4 befindet sich um den Kegelstumpf 7 herum in einer zur Basis hin offenen umlaufenden Nut eine Primärspule 32, die den gleichen Durchmesser besitzt wie die Sekundärspule 27, und die, da sie die gleiche Achse aufweisen, genau gegenüber liegen.

Auch der Boden der die Primärspule 32 aufnehmenden Nut ist dünn, so dass die beiden Spulen 27, 32 nah beieinander liegen.

Der Hallsensor 11 befindet sich auf der Leiterplatte 5 und ist exzentrisch zur Achse der beiden Magnete 26, 31 angeordnet. Mit seiner Hilfe kann ein Unterschied in der Magnetfeldstärke festgestellt werden, je nachdem, ob die beiden Magnete zusammengesetzt sind oder nicht.

Die gegenüberliegenden Flächen des Unterteils des Kopfes 2 und des Sockels 4 liegen nicht plan aufeinander, vielmehr sorgen die kalottenförmigen Erhebungen 8 (siehe Fig. 1) auf dem Sockel dafür, dass die Unterseite des Kopfes auf diesen aufliegt, so dass nur ein punktförmiger Kontakt besteht, der ein leichtes Gleiten ermöglicht.

Der in die Vertiefung 25 eintauchende Sockel 4 dient als

Drehzapfen, d. h. der Kopf 2 kann um diesen Drehzapfen leicht gedreht werden, wobei die Primär- und Sekundärspule 27, 32 koaxial zu der Drehachse des Drehzapfens ausgerichtet bleiben und sich ihre relative Zuordnung nicht ändert.

Der Anstiegswinkel der Flanke des Konus bzw. der der Flanke der

Vertiefung wird so gewählt, dass einerseits der Kopf 2 zunächst durchaus leicht exzentrisch auf den Sockel 4 aufgesetzt werden kann, wobei der Kopf 2 auf dem Sockel 4 zentriert wird, wenn dieser durch die Magnetkraft gegen den Sockel gezogen wird. Die initiale Ausrichtung des Kopfes braucht dabei nur so genau sein wie die Differenz zwischen dem Fuß- und dem Kopfdurchmesser des

Kegelstumpfes.

Auf der anderen Seite ist der Widerstand gegen ein seitliches

Abziehen des Kopfes am größten, wenn die Flanken möglichst steil sind. Ein Winkel von ca. 30° zu einer Senkrechten hat sich bewährt. Die Gefahr, dass der Kopf 2 durch einen tangentialen Zug auf das Kabel 12 vom Sockel 4 gerissen wird, ist gering, da diesem Zug durch eine Drehung des Kopfes entgegengewirkt wird. Ein radialer Zug auf das Kabel wird durch den in der Vertiefung 25 liegenden Kegelstumpf verhindert. Ein axialer Zug wird durch die Magnetkräfte gehalten.

Da die relative Lage der Spulen 27, 32 sich bei einer Drehung des Kopfes auf dem Sockel nicht ändert, können sie genutzt werden, um elektrische Energie zu übertragen. Eine solche induktive und damit kontaktlose Energieübertragung wird z. B. gewählt, um die Akkus elektrischer Zahnbürsten oder sogenannter

Smartphones kontaktlos laden zu können.

Sie dienen aber gleichzeitig auch der Datenübertragung. Dazu wird dem Grundstrom, der für die Energieversorgung benötigt wird, ein Signal aufmoduliert. Die Datenübertragung erfolgt zum

Notruftaster durch eine sogenannte Amplitudenumtastung. Gemäß einer die zu übertragenden Daten beinhaltenden Bit-Abfolge wird dem Grundstrom eine Frequenz überlagert. Für den umgekehrten Weg kann eine Methode benutzt werden, bei der die Sekundärspule kurzzeitig kurzgeschlossen wird. Dies führt zu einem kurzzeitigen Stromanstieg in der Primärspule, der detektiert werden kann und als Daten-Signal gewertet werden kann.

Der Hallsensor 11 hat zwei Funktionen. Mit seiner Hilfe kann nämlich festgestellt werden, ob sich ein Kopf auf dem Sockel befindet und damit eine elektrische Verbindung besteht. Diese

Information kann einerseits dazu genutzt werden, um an das

Personal eine Warnmeldung auszugeben, damit der Kopf wieder aufgesteckt werden kann. Sie kann aber auch dazu dienen, die

Stromversorgung der Spulen abzuschalten, wenn diese nicht genutzt werden, weil die bettlägerige Person keinen kabelgebundenen Notruftaster benötigt, sondern lediglich die

Basistaster betätigen möchte, die an der Basis vorhanden sind.

Claims (7)

1. Patentansprüche :

   1. Steckverbindung für die Daten- und Energieübertragung zwischen einer Basis und einem kabelgebundenen Notruftaster, aufweisend einen Sockel (4) an der Basis (1) und einen Kopf (2) am Ende des zum Notruftaster führenden Notrufkabels, wobei der Kopf (2) magnetisch am Sockel (4) gehalten ist, wobei der Kopf (2) um eine Drehachse drehbar am Sockel (4) gehalten ist und wobei im Sockel (4) und im Kopf (2) korrespondierende Mittel für eine kontaktlose Daten- und Energieübertragung vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel für die kontaktlose Daten- und Energieübertragung zwei Luftspulen (27, 32) sind, die den gleichen Durchmesser besitzen und die konzentrisch zur Drehachse angeordnet sind, dass eine der Komponenten, nämlich Sockel (4) oder Kopf (2), einen vorstehenden Kegel (7) und die jeweils andere Komponente eine konturgleiche Vertiefung (25) aufweist, und dass die eine Luftspule (32) um den Fuß des Kegels (7) und die andere Luftspule (27) um die Mündung der Vertiefung (25) herum angeordnet ist, so dass die beiden Spulen (27, 32) nahe beieinander liegen, wenn der Kopf (2) auf dem Sockel (4) aufgesteckt ist.
2. 2. Steckverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sockel (4) eine im Wesentlichen plane Oberfläche aufweist, aus der der als Kegelstumpf ausgeführte Kegel (7) hervorsteht.
3. 3. Steckverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel gekapselt sind.
4. 4. Steckverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sockel (4) einen primären Magneten (31) aufweist und unterhalb des Bodens der Vertiefung (25) ein sekundärer Magnet (26) angeordnet ist, so dass entgegengesetzte Pole einander zugewandt sind.
5. 5. Steckverbindung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass um den Fuß des Sockels (4) und der Mündung der Vertiefung (25) plane, sich gegenüberliegende Ringflächen verlaufen, wobei an einer der Ringflächen wenigstens drei Gleiterhebungen (8) ausgebildet sind.
6. 6. Steckverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Detektionsmittel vorhanden sind, die so ausgebildet sind, das mit ihnen der Zustand der Steckverbindung feststellbar ist.
7. 7. Steckverbindung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionsmittel einen magnetfeldempfindlichen Sensor (11) aufweisen.