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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Steckernetzgerät zum Versorgen
eines Verbrauchers mit einer Niederspannung und insbesondere auf
ein Steckernetzgerät,
bei dem eine Netzsteckereinheit in Form eines Wechselsteckersystems
auswechselbar ist.
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Steckernetzgeräte im Kleinleistungsbereich sind
heute in zunehmendem Maße
als Schaltnetzteile realisiert. Aufgrund ihrer kleinen Bauform und
ihres geringen Gewichts haben sie sich in vielen Anwendungen durchgesetzt
und verdrängen
die althergebrachten Lineargeräte.
Durch die Schaltnetzteiltechnik lässt sich auf einfache Weise
ein sogenannter Universaleingangsspannungseingang realisieren, sodass
das Netzgerät
von seiner elektronischen Auslegung her theoretisch an jeder Steckdose
der Erde betrieben werden kann. Dies wird jedoch durch die weltweit
stark unterschiedlichen Steckersysteme und Formen verhindert, mit
der Folge, dass zumeist unsichere sogenannte Steckeradapter vorgeschaltet
werden müssen,
die durch den erhöhten
Abstand des Steckernetzgeräts
zur Steckdose das Drehmoment, das auf die Steckdose wirkt, unzulässig erhöhen können.
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Daher
ist die Implementierung eines auswechselbaren, in das Gerätedesign
integrierten Wechselsteckers eine wesentlich sicherere und daher
wünschenswerte
Alternative.
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Aus
dem deutschen Patent
DE
43 22 087 C2 ist ein Steckernetzgerät zur Stromversorgung elektrischer
Geräte
mit einer Niederspannung bekannt, bei dem die Kontaktierung zwischen
dem Gerät
und den Wechselsteckern über
Federkontakte erfolgt, die jeweils in dem Stecker untergebracht
sind und mit der Spannungswandlerbaugruppe des Netzgeräts über Kontaktflächen auf
der Leiterplatte des Netzgeräts
in Kontakt stehen. Diese Lösung
ist jedoch vergleichsweise aufwendig, da jeweils zwei Federn pro
Steckerversion benötigt
werden und darüber
hinaus die Netzsteckereinheiten aus jeweils zwei Kunststoffteilen,
nämlich
der Steckerkontur und einem De ckel, ausgebildet werden müssen, um
die geforderte Berührsicherheit
zu gewährleisten.
Diese Teile müssen in
einem präzisen
Ultraschallschweißvorgang
miteinander verbunden werden und im Falle einer nicht optimalen
Verschweißung
erhöhen
sich die Steck- und Trennkräfte
zwischen Stecker und Steckernetzteil auf nicht akzeptable Werte.
Weiterhin ist keine sichtbare Verrastung der Steckereinheit vorhanden.
Die Lösung
gemäß dieser
Druckschrift ist daher aufwendig, teuer und nur eingeschränkt prozesssicher.
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Aus
der US-Patentschrift 6,320,353 B1 ist die Implementierung eines
Stecksystems nach IEC 320 für
eine Kontaktierung zwischen einem Steckernetzgerät und einer auswechselbaren
Netzsteckereinheit bekannt. Diese Lösung benötigt aber für jeden Stecker die Ausbildung
einer vollständigen
Buchse mit je zwei Federkontakten pro Stecker und für die Verbindung
zwischen den Federkontakten und den Steckerstiften teilweise Stanzbiegeteile.
Weiterhin ist auch hier die Ausführung
des Steckergehäuses
zweiteilig, um die erforderliche Berührsicherheit gewährleisten
zu können.
Daher ist auch diese Konstruktion vergleichsweise aufwendig und
entsprechend teuer.
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Aus
der Druckschrift US D454,537 S ist eine Lösung bekannt, bei der die Kontaktierung
zwischen Gerät
und Stecker über
zwei im Gehäuse
angeordnete Federkontakte gewährleistet
wird. Damit wird die Anzahl der erforderlichen Federn reduziert.
Dabei ist die Orientierung des Steckers parallel zur Längsseite des
Gerätes.
Die Federkontakte liegen dabei offen, und können sich bei nicht sachgemäßer Behandlung verbiegen.
Durch das Aufschieben des Steckers in längs angeordnete Führungen
ergeben sich zwei ca. 4 breite und 20 mm lange Schlitze im Stecker.
Die Abmessungen dieser Schlitze überschreiten
die zulässigen
Werte der Luft- und Kriechwege, nach denen die maximalen Abmessungen
nur 1,8 × 4,8
mm betragen dürfen.
Bei der hier gezeigten Konstruktion werden also die einschlägigen Vorschriften
zum Schutz gegen elektrischen Schlag verletzt.
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Weiterhin
erfolgt bei der in dieser Druckschrift gezeigten Anordnung eine
Verrastung über eine
im Gerät
integrierte Kunststofffeder, die jedoch Öffnungen zur Leiterplatte aufweist
und damit nur eine eingeschränkte
ESD Festigkeit aufweist. Darüber
hinaus bestehen die Steckerteile für den UK Stecker aus jeweils
zwei Kunststoffteilen, was die Konstruktion wiederum vergleichsweise
aufwändig
und entsprechend teuer macht.
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Die
Taiwanesische Druckschrift
TW431366Y offenbart
eine Lösung
mit quer zur Längsseite
angeordneten, vergleichsweise breiten Federkontakten im Gehäuse. Dabei
erfolgt das Verbinden des Steckers mit dem Gehäuse, indem dieser zunächst in
eine Kulisse eingeführt
wird, und anschließend
längs des Gehäuses aufgeschoben
wird. Die Kontaktierung erfolgt durch lange Längsschlitze im Stecker (ca.
2,5 × 30
mm) direkt auf die Steckerstifte. Die Abmessungen dieser Schlitze überschreiten
die zulässigen Werte
der Luft- und Kriechwege. Damit werden auch bei dieser Konstruktion
die einschlägigen
Vorschriften zum Schutz gegen elektrischen Schlag verletzt. Eine
Verrastung ist durch einen separaten Verriegelungsschieber mit einer
zusätzlichen
Feder gewährleistet.
Auch hier ist die Ausführung
des Steckergehäuses
für alle
Steckerausführungen
zweiteilig und somit ist auch diese Konstruktion vergleichsweise aufwändig und
entsprechend teuer.
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Aus
der veröffentlichten
internationalen Patentanmeldung WO 2004/013937 A1 ist eine Steckerkupplung
bekannt, bei der ein auswechselbarer Netzstecker am Gehäuse eines
Steckernetzteils angeordnet ist, wobei an dem Gehäuse ein
vorspringender Führungssteg
mit Kontaktelementen vorgesehen ist und der Netzstecker einen entsprechenden korrespondierenden
Hohlraum zur Aufnahme des Führungsstegs
aufweist. An dem Führungssteg
ist eine Vertiefung und am Netzstecker ein korrespondierender in
die Vertiefung einrastender Zapfen angeordnet, so dass durch eine
entsprechende Bewegung des Netzsteckers gegenüber dem Gehäuse eine Fixierung des Netzsteckers
am Gehäuse
und eine Verbindung der Kontaktelemente des Netzsteckers mit Kontaktelementen
des Führungsstegs
herstellbar ist.
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Jedoch
hat die Steckerkupplung gemäß dieser
Druckschrift den Nachteil, dass sie einerseits nicht die einschlägigen Normen
bezüglich
der Luft- und Kriechwege erfüllt,
und dass außerdem
eine Entriegelung nur vergleichsweise schwierig zu realisieren ist.
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Die
Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt, besteht
daher darin, ein verbessertes Steckernetzgerät mit austauschbarer Netzsteckereinheit
bereitzustellen, das die weltweit einschlägigen Sicherheitsnormen erfüllt, kostengünstig und einfach
herstellbar ist und gleichzeitig einfach zu bedienen ist.
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Dabei
basiert die vorliegende Erfindung auf der Idee, dass ein kostengünstiges
und normgerechtes Wechselsteckersystem für ein Schaltnetzteil angegeben
wird, bei dem zum Aufstecken des jeweiligen primärseitigen Wechselsteckers an
dem Netzteil federnde vorspringende Kontakte angebracht sind, die
mit in Öffnungen
untergebrachten Gegenkontakten an dem Wechselstecker zusammenwirken.
Jeder Kontaktstift der Netzsteckereinheit ist in einer separaten
Vertiefung angeordnet, die bezüglich
ihrer Abmessungen so ausgeführt
ist, dass die Bestimmungen der internationalen Norm IEC 60884 bezüglich der
Berührsicherheit
und Kriechstromfestigkeit erfüllt sind.
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Damit
kann auf einfache Weise ein Steckernetzteil bereitgestellt werden,
welches kostengünstig herstellbar
und leicht handhabbar ist und dabei dennoch einen verbesserten Berührschutz
und eine verbesserte ESD-Festigkeit aufweist. Insgesamt ist die Handhabung
des Geräts
bei Steckerwechsel wesentlich vereinfacht und das Gesamtdesign kann
prozesssicherer ausgeführt
werden.
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Beispielsweise
können
die Vertiefungen einen rechteckförmigen
Querschnitt mit Abmessungen von weniger als 2mm auf 5mm aufweisen.
Dies entspricht den einschlägigen
Vorschriften zum Schutz gegen elektrischen Schlag bezüglich der
zulässigen Werte
für Luft-
und Kriechwege.
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Werden
die Kontaktstifte so angeordnet, dass sie mit den Federkontakten
in einer Richtung, die im Wesentlichen entlang einer Einsteckrichtung der
Netzsteckerstifte in die Netzsteckdose verläuft, stirnseitig miteinander
kontaktierbar sind, so wird vermieden, dass beim Einstecken in die
Netzsteckdose ein Drehmoment auf die Verbindung zwischen dem Wechselstecker
und dem Steckernetzteil ausgeübt wird,
das möglicherweise
die Qualität
des elektrischen Kontakts beeinträchtigt.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sind die
Federkontakte wenigstens teilweise von einem Kragen umgeben. Ein solcher
Kragen verhindert, dass die Federkontakte beim Austauschen der Netzsteckereinheit
beschädigt
werden. In vorteilhafter Weise hat ein solcher Kragen einen U-förmigen Querschnitt,
weil hier eine maximale mechanische Sicherheit bei minimalem Materialaufwand
gewährleistet
werden kann.
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Besonders
einfach lässt
sich ein derartiger Kragen einstückig
an dem Gehäuse
anbringen, insbesondere kann er im Rahmen eines Spritzgussverfahrens
beim Herstellen des Gehäuses
aus Kunststoff angeformt werden.
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Stellt
man die Netzsteckerstifte einstückig mit
den zugehörigen
Kontaktstiften her, so kann zum einen maximale Stabilität und geringstmöglicher Übergangswiderstand,
zum anderen aber auch eine einfache Herstellbarkeit gewährleistet
werden.
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Die
Netzsteckerstifte und Kontaktstifte können auf besonders einfache
Weise durch Einspritzen in einen isolierenden Kunststoff zu der
Netzsteckereinheit zusammengefügt
werden. Eine solche Anordnung erlaubt es, die Netzsteckereinheit
aus einem Teil zu fertigen und reduziert daher die Herstellungskosten
weiter.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist die Netzsteckereinheit
mit dem Gehäuse
verrastbar. Damit kann erreicht werden, dass die beiden Teile sicher
miteinander verbunden sind, bei Bedarf aber leicht voneinander gelöst werden
können.
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Insbesondere
durch Vorsehen einer taschenförmig
ausgebildeten Rastfeder an dem Gehäuse, die mit einer entsprechenden
Rastausnehmung an der Netzsteckereinheit zum Fixieren der Netzsteckereinheit
zusammenwirkt, kann die Lösbarkeit
der Netzsteckereinheit auf besonders einfache und kostengünstige Weise
realisiert werden und gleichzeitig sichergestellt werden, dass die
Handhabung für
einen Benutzer einfach und sicher ist. Die an dem Gehäuse angespritzte
Rastfeder hat außerdem den
Vorteil, dass sie eine verbesserte ESD-Festigkeit herstellt.
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Sieht
man an dem Gehäuse
eine Kulisse zum Führen
der Netzsteckereinheit während
der Montage vor, lässt
sich die Montage durch den Benutzer besonders vereinfachen. Gleichzeitig
ist eine maximale Positioniersicherheit der Kontaktstifte zu den
Kontaktfedern gewährleistet.
Eine konstruktiv sehr einfache Lösung
ist hier das Vorsehen einer Kulisse, die in einer Richtung quer
zu einer Einsteckrichtung der Netzsteckerstifte in die Netzsteckdose
verläuft.
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Anhand
der in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausgestaltungen
wird die Erfindung im Folgenden näher erläutert. Ähnliche oder korrespondierende
Einzelheiten des erfindungsgemäßen Steckernetzgeräts sind
in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Steckernetzteils gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform;
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2 eine
Seitenansicht der Anordnung aus 1;
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3 eine
gedrehte perspektivische Ansicht der Anordnung aus 1.
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Mit
Bezug auf 1 soll nunmehr das erfindungsgemäße Steckernetzgerät 100 mit
austauschbaren Netzsteckereinheiten 102, 104, 106 und 108 im
Detail erläutert
werden. Dabei entsprechen die austauschbaren Netzsteckereinheiten 102 bis 108 in ihrer
Steckerkontur und der Ausformung der Netzsteckerstifte 110 verschiedenen
Länderstandards,
wie beispielsweise der europäischen
Norm EN 50075. Diese Auswahl ist jedoch nur beispielhaft und dem Fachmann
ist klar, dass die erfindungsgemäßen Prinzipien
auf beliebige andere Steckerkonturen und Stiftformen angewendet
werden können.
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Wie
aus 1 erkennbar, umfasst das erfindungsgemäße Steckernetzgerät ein Gehäuse 112,
in dem eine hier nicht dargestellte Spannungswandlerbaugruppe zum
Umwandeln einer Netzspannung in eine benötigte Niederspannung angeordnet
ist. Die Öffnung 114 dient
zum Durchführen
eines hier nicht dargestellten Niederspannungskabels zu einem Verbraucher.
Das Gehäuse 112 kann
aber auch bereits Bestandteil eines Verbrauchers sein.
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Erfindungsgemäß sind an
dem Gehäuse 112 Federkontakte 116 vorgesehen,
die im Inneren des Gehäuses
mit Eingangsanschlüssen
der Spannungswandlerbaugruppe verbunden sind. Die Netzsteckerstifte 110 sind
in der Netzsteckereinheit 102 bis 108 einstückig mit
entsprechenden Kontaktstiften 118 ausgebildet, die mit
den Federkontakten 116 eine elektrische Verbindung zu der
(hier nicht gezeigten) Netzsteckdose herstellen.
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Die
Kontaktstifte 118 sind in kleinen, 1,8mm × 4,8mm
messenden rechteckförmigen
Vertiefungen untergebracht, um die einschlägigen Vorschriften zum Schutz
gegen elektrischen Schlag einzuhalten.
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In
vorteilhafter Weise kann die Steckerkontur für alle Steckertypen in einem
einzigen Arbeitsgang durch Umspritzen der Steckerstifte 110 ausgebildet werden.
Nachfolgende kostenträchtige
Arbeitsgänge werden
somit unnötig.
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Ein
Verbiegen der Federkontakte 116 beim Montieren der austauschbaren
Netzsteckereinheit 102 bis 108 wird in der in 1 gezeigten
Ausführungsform
dadurch verhindert, dass an dem Gehäuse 112 angespritzte
Kunststoffnasen 120, die in Form eines U-förmigen Kragens
ausgebildet sind, angebracht sind und in Verbindung mit der Wand
des Gehäuses 112 diese
Federn umschließen.
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Die
einteilige Ausführung
der austauschbaren Netzsteckereinheit 102 bis 108 impliziert
weiterhin, dass keine Ultraschallschweißungen erforderlich sind und
dass daher eine besonders hohe Stabilität erreicht werden kann.
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Die
erfindungsgemäße Lösung zeichnet
sich weiterhin durch einen an dem Gehäuse 112 angespritzten
Rastarm 122 aus, der zum Verrasten der austauschbaren Netzsteckereinheit 102 bis 108 mit einer
entsprechenden daran vorgesehenen Rastöffnung 124 zusammenwirkt.
Führungsvorsprünge 126 wirken
mit einer an dem Gehäuse 112 angeformten Kulissennut 128 zum
Führen
der Netzsteckereinheit 102 bis 108 bei der Montage
an dem Gehäuse 112 zusammen.
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Weitere
Ansichten des erfindungsgemäßen Steckernetzgeräts 100 sind
in den 2 und 3 dargestellt.
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Mit
Bezug auf eine Zusammenschau der 1 bis 3 soll
im Folgenden die Montage der austauschbaren Netzsteckereinheit 102 näher erläutert werden.
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Geht
man zunächst
davon aus, dass keine Netzsteckereinheit 102 bis 108 an
dem Gehäuse 112 montiert
ist, so wählt
man eine Netzsteckereinheit entsprechend dem gewünschten Länderstandard, beispielsweise
für Europa
die Netzsteckereinheit 102, und orientiert diese so, dass
die Netzsteckerstifte 110 von dem Gehäuse 112 weg ausgerichtet
sind und die Vorsprünge 126 im
Wesentlichen über
zugehörigen
Einführöffnungen 130 gelegen
sind.
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Anschließend wird
die Netzsteckereinheit in Richtung 132 solange bewegt,
bis die Führungsvorsprünge 126 mit
der Kulissennut 128 zusammenwirken können. Die Richtung 132 verläuft im Wesentlichen
parallel zu der Einsteckrichtung in die Netzsteckdose.
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Im
nächsten
Montageschritt wird die Netzsteckereinheit 102 in einer
Richtung 134 quer zur Einsteckrichtung in die Netzsteckdose
bewegt, bis der Rastarm 122 in die Rastöffnung 124 einrastet. Dabei
wird die Netzsteckereinheit 102 in der Kulissennut 128 geführt.
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Damit
ist das Steckernetzgerät 100 betriebsbereit.
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Will
man nun die Netzsteckereinheit 120 wiederum entfernen,
so genügt
ein Druck auf die Betätigungsfläche 136 an
dem Rastarm 122, um die Rastverbindung zu lösen, sodass
die Netzsteckereinheit entgegen der Richtung 134 geschoben
und anschließend
entgegen der Richtung 132 entfernt werden kann.
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Die
Erfindung ermöglicht
es daher, die Unzulänglichkeiten
des Standes der Technik zu überkommen
und ein kostengünstiges
Steckergerät
mit Wechselstecker unter Einhaltung der einschlägigen Normen mit einem Minimum
an Teilen und Prozessschritten und einem Maximum an Benutzerkomfort herzustellen.