-
Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung für eine Netzwerkverbindung,
bei der neben Daten auch ein Versorgungsstrom übertragbar
ist und die mindestens ein Steckverbindungsteil aufweist.
-
Computer,
Drucker, Scanner, Festplatten, Multimediageräte und dergleichen
werden heute zum Austausch von Daten über ein Netzwerk
verbunden. Als Standard für die kabelgebundene Datenverbindung
hat sich das Ethernet durchgesetzt. Es gibt verschiedene Spezifikationen
und Datenübertragungsraten. Sehr verbreitet ist das so
genannte Fast Ethernet mit 100 MBit/s. Hierfür werden achtadrige
Kabel und als Steckverbindungsteile achtpolige Stecker und Buchsen
mit der Bezeichnung RJ45 gemäß der Norm IEC-60603-7 verwendet.
-
Es
ist jedoch möglich, dass nicht nur Daten über
das Netzwerk übertragen werden. Eine Weiterentwicklung
stellt das so genannte „Power over Ethernet”,
abgekürzt „PoE” dar, mit dem an das Netzwerk
angeschlossene Gerate über das Ethernet-Verbindungskabel
und die Steckverbindungsteile zusätzlich mit Strom versorgt
werden können. Hierdurch kann bei diesen Verbrauchern ein
Netzteil eingespart werden und außerdem entfällt
die zusätzliche Installation von Stromversorgungskabeln.
Als Stromleiter können die unbenutzten oder auch die signalführenden
Adernpaare des Verbindungskabels für das Netzwerk verwendet
werden.
-
Da
nach dem IEEE-Standard 802.3af die Leistungsaufnahme der Energieverbraucher
auf etwa 13 W nutzbare Leistung beschränkt ist, ist das Power
over Ethernet bisher auf netzwerkfähige Gerate beschränkt,
die verhältnismäßig wenig Energie benötigen,
wie Kameras oder WLAN-Access-Points. Aus diesem Grund wurde der
zukünftige Standard IEEE 802.3at entwickelt, der als PoE+
bezeichnet wird und auch Gerate mit erheblich höherem Leistungsbedarf
versorgen kann, indem die Leistung der Übertragungsstrecke
(ein Channel) von 15 W (U = 48 V; I = 320 mA) auf 30 W (U = 72 V;
I = 420 mA) erhöht wird. Für spätere
Standards ist sogar eine Leistung von 70 W geplant.
-
Um
zu verhindern, dass das energieverbrauchende Gerät (wird
auch als „Powered Device” oder kurz als „PD” bezeichnet)
beim Anschluss an den Energieversorger („Power Sourcing
Equipment” oder kurz „PSE”) durch eine
eventuell zu hohe Spannung beschädigt wird, ist eine Schutzschaltung
Stand der Technik, die die Stromversorgung des PSE steuert und zunächst
nur eine geringe Spannung an den PD anliegt. Die Schutzschaltung
misst außerdem den Eingangswiderstand des PD, ordnet diesem
eine definierte Leistungsklasse zu und legt erst dann die volle
Spannung in Abhängigkeit des gemessenen Widerstands beziehungsweise
der zugehörigen Leistungsklasse an.
-
Ein
Nachteil bei hohen Stromflüssen ist es allerdings, dass
beim Trennen der Verbindung, also beim Herausziehen des RJ45-Steckers
aus der Ethernet-Buchse, Abreißfunken entstehen, die deren elektrischen
Kontakte auf Dauer zerstören. Hierbei ist auch zu berücksichtigen,
dass die Ethernet-Steckverbindungsteile hinsichtlich ihrer Dimensionierung nur
auf die Datenübertragung, nicht aber auf die Übertragung
von hohen Versorgungsströmen ausgelegt sind.
-
Die
oben genannte Schutzschaltung kann Abreißfunken nicht verhindern,
da beim Trennen der Verbindung die volle Spannung noch anliegt.
-
Aufgabe
der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung vorzuschlagen, durch
die die Bildung von Schalt- oder Abreißfunken beim Trennen
der Verbindung zuverlässig verhindert wird.
-
Diese
Aufgabe wird gemäß Hauptanspruch bei einer Vorrichtung
mit mindestens einem Steckverbindungsteil für eine Netzwerkverbindung,
bei der neben Daten auch ein Versorgungsstrom übertragbar
ist, dadurch gelöst, dass das Steckverbindungsteil ein
Erkennungsmittel aufweist, welches eingerichtet ist, das Lösen
der Verbindung zu erkennen und ein voreilendes Signal zum Schalten
der Stromversorgung zu liefern, damit sich an Stromversorgungskontakten
kein Abrissfunken bildet. Das Erkennungsmittel schaltet die Stromversorgung
des Energieversorgers oder des Energieverbrauchers dabei derart,
dass die anliegende Spannung entweder vermindert oder völlig
ausgeschaltet wird. Dies geschieht voreilend, also bevor die daten-
und stromübertragende Verbindung zwischen den beiden Geräten
getrennt wird. Daher kann es zwischen den Kontakten der Steckverbindungsteile
zu keiner Funkenbildung kommen.
-
Vorteilhafte
Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben und
werden nachfolgend erläutert.
-
Die
Abschaltung oder Verminderung der Spannung vor Trennung der Verbindung
kann auf einfache Weise dadurch erfolgen, dass das Erkennungsmittel
direkt im versorgenden Stromkreis angeordnet ist, um ihn zu schalten.
-
Das
Erkennungsmittel kann auch mit einer Schaltungsanordnung verbunden
sein, welche mit dem versorgenden Stromkreis oder einer Stromversorgungseinheit,
insbesondere einem Netzteil, steuernd verbunden ist. Die Schaltungsanordnung
misst dann über den Widerstand des Erkennungsmittels dessen
Schaltungszustand und steuert den eingekoppelten, versorgenden Stromkreis,
indem sie in ein- oder ausschaltet oder die Spannung reduziert. Die
Schaltungsanordnung kann auch mit einem Netzteil verbunden sein
und auf diese Weise den Strom über eine Spannungsänderung
regeln.
-
Das
Erkennungsmittel als ist voreilender elektrischer Kontakt des Steckverbindungsteils
ausgebildet. Voreilender Kontakt bedeutet, dass ein elektrischer
Kontakt des Steckverbindungsteils zu einem Zeitpunkt geschlossen
oder geöffnet wird, bevor die Kontakte der Steckverbindungsteile
zur Daten- und Stromübertragung getrennt werden. Durch
den voreilenden Kontakt kann so der Strom vorzeitig unterbrochen
werden. Der voreilende elektrische Kontakt kann, wie oben beschrieben,
direkt im versorgenden Stromkreis angeordnet oder mit einer Schaltungsanordnung
verbunden sein, die den Strom steuert.
-
Das
Erkennungsmittel kann auch als mechanischer Schalter, insbesondere
Mikroschalter, oder als optischer Schalter ausgebildet ist. Der
optische Schalter kann beispielsweise Leucht- und Photodioden umfassen.
-
Das
Steckverbindungsteil ist als RJ45-Stecker oder als RJ45-Buchse ausgebildet
und ermöglicht es so, eine Netzwerkverbindung per Ethernet herzustellen.
-
RJ45-Stecker
weisen eine Rastzunge auf, die in der RJ45-Buchse beim Einstecken
einrastet und so beide Steckverbindungsteile verriegelt. Um sie
wieder zu lösen zu können, muss zunächst
auf die Rastzunge gedrückt werden. Die zeitliche Betätigung
der Rastzunge geht daher notwendigerweise einer Trennung der elektrischen
Kontakte von RJ45-Stecker und RJ45-Buchse voraus. Es ist deshalb
vorteilhaft, dass das Erkennungsmittel mit einer Rastzunge des Steckers
mechanisch verbunden ist, weil auf diese Weise der Schalter vor
der Trennung betätigt wird. Hierbei für das Erkennungsmittel
ein Mikroschalter vorgesehen. Als Erkennungsmittel kann auch die
Rastzunge selbst ausgebildet sein, indem sie elektrisch leitende
Schaltkontakte aufweist.
-
Das
Erkennungsmittel kann auch an der Buchse angeordnet sein. Es ist
dann beispielsweise als druckempfindlicher Mikroschalter ausgebildet, der
so an der Buchse angeordnet ist, dass er mechanisch durch einen
eingesteckten Stecker beim Herausziehen betätigt wird,
bevor die elektrischen Kontakte von RJ45-Stecker und RJ45-Buchse
getrennt werden.
-
Das
Erkennungsmittel kann auch eine Kontaktleiste oder bewegliche Leiterplatte
sein, die beim Herausziehen des Steckers aus der Buchse eine bewegliche
Leiterplatte bewegt wird und so einen Kontakt schließt.
Je nach Bauweise oder Anordnung können bei Betätigung
durch Herausziehen des eingesteckten Steckers Schaltkontakte geöffnet
oder geschlossen werden.
-
Die
Erfindung wird unter Bezugnahme auf eine Zeichnung beispielhaft
beschrieben, wobei weitere vorteilhafte Einzelheiten den Figuren
der Zeichnung zu entnehmen sind.
-
Funktionsmäßig
gleiche Teile sind dabei mit denselben Bezugszeichen versehen.
-
Die
Figuren der Zeichnung zeigen im Einzelnen:
-
1 eine
schematische Darstellung von zwei verbundenen Datenübertragungs-
und Stromversorgungssystemen,
-
2a eine
RJ45-Buchse mit Stecker im vertikalen Schnitt,
-
2b eine
RJ45-Buchse mit Stecker aus 2a mit
gedrückter Rastzunge,
-
3a eine
RJ45-Buchse mit Erkennungsmittel und eingestecktem Stecker im vertikalen Schnitt,
-
3b eine
RJ45-Buchse aus 3a mit teilweise herausgezogenem
Stecker, und
-
4 schematisch
den prinzipiellen Aufbau einer Schaltungsanordnung der Vorrichtung
mit einer Schutzschaltung.
-
1 zeigt
eine schematische Darstellung von zwei verbundenen Datenübertragungs-
und Stromversorgungssystemen. Diese sind ein datenübertragendes,
stromversorgendes Gerät 9 (Power Sourcing Equipment,
PSE) und ein datenübertragendes, stromverbrauchendes Gerät 10 (Powered
Device, PS). Beide Geräte 9, 10 weisen
jeweils als Anschluss eine Ethernet-Buchse 3 auf, in die
ein Verbindungskabel 4 mit passenden RJ45-Steckern 2 gesteckte
ist. In der Zeichnung sind aus Gründen der Übersichtlichkeit
lediglich drei Adern 14 des Kabels 4 dargestellt,
während gebräuchliche Ethernet-Kabel acht Adern
aufweisen. Beide Buchsen 3 sind mit einer Datenschnittstelle 7 verbunden,
um die Daten über das Kabel 4 zu übertragen.
Auf diese Weise wird ein übliches Ethernet-Netzwerk gebildet.
-
Zusätzlich
sind beide Geräte 9, 10 für „Power over
Ethernet”, kurz PoE eingerichtet. Hier zu weist das stromversorgende
Gerät PSE 9 eine Stromversorgung 6 auf,
die ebenfalls mit der Ethernet-Buchse 3 verbunden ist.
Der Versorgungsstrom wird so über das Ethernet-Kabel 4 dem
stromverbrauchenden Gerät PD 10 zur Verfügung
gestellt und kann von einem Verbraucher 8 genutzt werden.
Beispielsweise kann so auf ein eigenes Netzteil des PD 10 verzichtet
werden. Der Versorgungsstrom kann auch über die Adern 14 des
Ethernet-Kabels 4 übertragen werden, die der Datenübertragung
dienen, da es sich bei dem Versorgungsstrom um Gleichstrom handelt,
während die Daten frequenzmoduliert übertragen
werden.
-
Trennt
man die Verbindung, in dem man einen der Stecker 2 aus
einer Buchse 3 zieht, dann kann sich zwischen den elektrischen
Kontakten von Stecker 2 und Buchse 3 ein Abrissfunken
bilden, der auf Dauer die elektrischen Kontakte und die Steckverbindungsteile
beschädigt. Um dies zu verhindern, ist an am Steckverbindungsteil 1 ein
Erkennungsmittel 5 vorgesehen, dass den Strom ausschaltet,
bevor der energieversorgende Stromkreis durch Herausziehen eines
Steckers 2 unterbrochen wird. Das Erkennungsmittel 5 ist
dabei mit einer Steuerschaltung 11 verbunden, die wiederum
die Stromversorgung des Netzteiles 6 ein- oder ausschaltet.
Das Erkennungsmittel 5 könnte aber auch als Schalter
ausgebildet sein und direkt den Versorgungsstromkreis ein- oder
ausschalten. Das Erkennungsmittel kann 5 als auch voreilender
Kontakt ausgebildet sein und den Versorgungsstrom unterbrechen,
bevor die elektrischen Kontakte des Steckverbindungsteils 1 getrennt werden.
Er kann alternativ ein mechanischer oder optischer Schalter sein,
der entweder an der Buchse 3 oder am Stecker 2 angeordnet
ist (siehe hierzu auch die 2a bis 3b).
Ein Erkennungsmittel 5 ist dabei sowohl am Steckverbindungsteil 1 des
PD 10 als auch am Steckverbindungsteil 1 des PSE 9 vorgesehen,
um an beiden Geräten 9, 10 vor dem Herausziehen
des Steckers 2 den Versorgungsstrom abzuschalten. Wird
der Stecker 2 aus der Buchse 3 des energieverbrauchenden
PD 10 gezogen, dann schließt beispielsweise ein
als Schalter ausgebildetes Erkennungsmittel 5 ein oder
mehrere Adernpaare 14, die als Signalleitung 17 dienen,
kurz. Die Änderung des Widerstands der Signalleitung 17 wird
von der Steuerschaltung 11 gemessen, die daraufhin das Netzteil 6 ausschaltet.
-
Eine
Ausführungsform der Vorrichtung zeigen die 2a und 2b,
bei der eine RJ45-Buchse 3 mit Stecker 2 im vertikalen
Schnitt dargestellt ist. Der Stecker 2 ist in die Buchse 3 eingesteckt
und wird in dieser Position von einer Rastzunge 12 mit
einer Rastnase 15 gehalten. Die Stromversorgung erfolgt durch
ein Adernpaar 14 und elektrische Kontakte 16 am
Stecker 2 und an der Buchse 3 sowie über
eine Stromleitung 18. Die Rastzunge 12 und Stecker 2 weisen
Schaltkontakte 13 auf und bilden so das Erkennungsmittel 5.
Die Schaltkontakte 13 sind über eine Signalleitung 17 mit
der Stromleitung 18 verbunden.
-
Um
Stecker 2 und Buchse 3 mechanisch lösen
zu können, muss zunächst auf die Rastzunge 12 gedrückt
werden. Die zeitliche Betätigung der Rastzunge 12 geht
daher notwendigerweise einer Trennung der elektrischen Kontakte 16 von
Stecker 2 und Buchse 3 voraus, wie 2b zeigt.
Durch Betätigung der Rastzunge 12 werden die Schaltkontakte 13 aufeinander
gedrückt und schließen den Versorgungsstromkreis 18 kurz.
Um eine Stromspitze zu vermeiden, kann in die Signalleitung 17 seriell
auch ein Widerstand geschaltet sein. Durch Betätigung der
Rastzunge 12 verringert sich also der Widerstand innerhalb
des Stromkreises 18. Diese Änderung wird von einer
Steuerschaltung 11 gemessen, die mit dem Netzteil verbunden
ist und die Stromversorgung abschaltet. Es liegt dann keine oder
eine geringe Spannung an den Stromkontakten 16 an und zwischen den
Kontakten 16 fließt kein Strom. Wenn der Stecker 2 vollständig
herausgezogen wird und die Stromkontakte 16 getrennt werden,
bildet sich folglich kein Abrissfunken.
-
Eine
weitere Ausführungsform der Vorrichtung zeigen die 3a und 3b,
bei der eine RJ45-Buchse 3 mit Erkennungsmittel 5 und
eingestecktem Stecker 2 im vertikalen Schnitt dargestellt ist.
Hierbei ist das aus zwei Kontakten 13 gebildete Erkennungsmittel
an der Buchse 3 angeordnet. Die Stromleitung 18 erfolgt über
die Stromkontakte 16. Da es sich um eine Darstellung im
Querschnitt handelt, ist nur ein Stromkontaktpaar 16 für
eine Ader 14 sichtbar dargestellt, obwohl insgesamt acht
Adern vorhanden sind. Im vollständig eingesteckten Zustand,
wie in 3a dargestellt, werden die beiden Kontakte 13 des
Erkennungsmittels 5 aufeinander gedrückt und schließen
so einen Signalstromkreis 17. Wird der Stecker 2 zum
Teil herausgezogen, wie in 3b gezeigt,
dann wird der Signalstromkreis 17 unterbrochen, da der
Schaltkontakt 13 elastisch rückstellend ist.
-
Die
Betätigung des Schalters 5, also die Änderung
des Widerstands im Schaltstromkreis 17 wird von einer (nicht
gezeigten) Steuerschaltung 11 gemessen und der Versorgungsstrom
im Versorgungsstromkreis 18 wird ausgeschaltet. Wenn der
Stecker 2 vollständig herausgezogen wird, liegt
deshalb keine Spannung mehr an den Stromkontakten 16 an, weshalb
es nicht zur Bildung von Abrissfunken kommt.
-
4 zeigt
schematisch den prinzipiellen Aufbau einer anderen Ausführungsform
der Schaltungsanordnung der Vorrichtung. Im Unterschied zur 1 ist
eine Schutzschaltung 20 vorgesehen.
-
Die
Schaltungsanordnung weist als Erkennungsmittel einen Schalter 5 auf,
der beim Lösen von Stecker 2 und Buchse 3 (nicht
gezeigt) voreilend betätigt wird. Der Schalter 5 ist
mit einer Steuerschaltung 11 verbunden, die den Schaltzustand
des Schalters 5 misst, beispielsweise über dessen
Widerstand. Die Steuerschaltung 11 ist wiederum mit einem stromversorgenden
Netzteil 6 verbunden. Wird der Schalter 5 betätigt,
dann schaltet die Steuerschaltung 11 die Stromversorgung
Netzteils 6 ab, in dem Stromausgang des Netzteils 6 anliegende
Spannung reduziert oder abgeschaltet wird. Dadurch wird, wie bei
den oben beschriebenen Ausführungsformen, eine Funkenbildung
beim Trennen von stromleitenden Kontakten (nicht gezeigt, siehe 2a bis 3b)
vermieden.
-
Die
Schaltungsanordnung hat aber ein zusätzliches Merkmal mit
einem zusätzlichen Vorteil. Mit dem Netzteil 6 ist
nämlich außerdem eine Schutzschaltung 20 verbunden.
Die Schutzschaltung 20 misst den Innenwiderstand 19 eines
angeschlossenen PD bzw. Verbrauchers und steuert in Abhängigkeit
davon die vom Netzteil 6 gelieferte Spannung. Ist kein
Verbraucher angeschlossen, dann regelt die Schutzschaltung 20 aus
Sicherheitsgründen die Spannung des Netzteils 6 herunter.
Eine derartige Schutzschaltung 20 ist Stand der Technik.
Nachteilig ist allerdings, dass der Regelprozess der Schutzschaltung 20 kann
die „Bandbreite” bzw. die Datenübertragungsrate
vermindern kann, weil während der Messung die Datenübertragung
kurzzeitig unterbrochen werden muss.
-
Um
dieses zusätzliche Problem zu lösen, ist die Steuerschaltung 11 mit
der Schutzschaltung 20 verbunden. Der Steuerschaltung 11 ist
durch den Schaltzustand des Erkennungsmittels 5 „bekannt”, ob
bereits eine Netzwerkverbindung zwischen Geräten 9, 10 (nicht
gezeigt, siehe 1) hergestellt ist. Ist eine
Verbindung bereits hergestellt, wird die Funktion der Schutzschaltung 20 nicht
mehr benötigt. Die Steuerschaltung 11 schaltet
deshalb die nicht benötigte Schutzschaltung 20 ab.
Hierdurch kommt es zu keinen Unterbrechungen in der Datenübertragung durch
die Schutzschaltung 20 und die Übertragungsrate
wird erhöht.
-
- 1
- Steckverbindungsteil
- 2
- Stecker
- 3
- Buchse
- 4
- Verbindungskabel
- 5
- Erkennungsmittel
- 6
- Netzteil
- 7
- Datenschnittstelle
- 8
- Verbraucher
- 9
- Stromversorger
PSE
- 10
- Stromverbraucher
PD
- 11
- Steuerschaltung
- 12
- Rastzunge
- 13
- Schaltkontakt
- 14
- Ader
- 15
- Rastnase
- 16
- Stromkontakte
- 17
- Signalleitung
- 18
- Stromleitung
- 19
- Innenwiderstand
- 20
- Schutzschaltung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-