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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung einer elektrischen Steckverbindung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Überwachung einer elektrischen Steckverbindung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 6.
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Eine lösbare elektrische Steckverbindung ist meist nur dann sicher, wenn die elektrischen Kontaktelemente einer Steckverbindung ordnungsgemäß verbunden sind. Somit ist für lösbare Steckverbindungen sicherzustellen, dass die Kontaktelemente der Steckverbindungen in einem Verbindungszustand der Steckverbindung korrekt verbunden sind.
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Aus der
DE 102 10 665 C1 geht ein Diagnosestromkreis zur Überwachung einer Steckverbindung mit zwei Anschlussteilhälften hervor. Um sicherzustellen, dass beim Öffnen der Steckverbindung, beispielsweise durch Abziehen einer Anschlussteilhälfte, keine Spannung an der nun freiliegenden Anschlussteilhälfte anliegt, ist ein Diagnosestromkreis vorgesehen, welcher durch die Anschlussteilhälften verläuft. Dazu sind zwei Überwachungskontakte in die Steckverbindung integriert, um zu überprüfen, ob die Steckverbindung gesteckt ist. Beim Trennen der Anschlussteilhälften wird der Diagnosestromkreis durch ein Trennen der Überwachungskontakte unterbrochen. Diese Unterbrechung löst eine Unterbrechung der Strom- bzw. Spannungsversorgung aus, wodurch signalisiert wird, dass die Anschlussteilhälften der Steckverbindung getrennt sind.
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Wenn die zu überwachende Steckverbindung beispielsweise für Hochvolt-Steckverbindungen ausgelegt ist, unterscheiden sich die Größen der Kontakte der Steckverbindungen und der Überwachungskontakte. Die Überwachungskontakte sind im Vergleich zu den Kontakten der Steckverbindung deutlich kleiner dimensioniert. Durch die kleinere Dimensionierung der Überwachungskontakte sind diese nicht so robust wie die Kontakte der Steckverbindung. Das birgt die Gefahr, dass es während eines Steckvorgangs zu einer ungewollten Beschädigung der Überwachungskontakte kommen kann.
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Um eine Beschädigung von Überwachungskontakten zu vermeiden, schlägt die
WO 2010/009979 A1 eine Steckverbindung mit einem Magnet-Sensor und einem mit dem Magnet-Sensor zusammenwirkenden Magnet vor. Der Magnet ist an einem Magnetführungsstift angeordnet. Die Steckvorrichtung umfasst ein Dosenteil und ein Steckerteil. Der Magnetführungsstift mit dem Magneten ist an demselben Teil (Stecker oder Dose) angeordnet, wie der Magnetsensor. Während eines Verbindungsvorgangs, d. h. einer Annäherung des Steckerteils an das Dosenteil, wird der Magnet von dem Steckerteil in Richtung des Magnetsensors bewegt, wodurch sich eine Feldstärke an dem Magnet-Sensor ändert. Der Magnet-Sensor liefert bei einer verbundenen Steckverbindung ein anderes Signal, als bei nicht verbundener Steckverbindung. Nachteilig an der Steckverbindung ist, dass bei einem Steckvorgang der Steckverbindung der Magnet durch das Steckerteil falsch verlagert werden kann. Das ist beispielsweise der Fall, wenn das Steckerteil versehentlich schräg auf das Dosenteil aufgesteckt wird. Dadurch kann der Magnet-Sensor ein falsches Signal empfangen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Verbindungszustand einer Steckverbindung besonders zuverlässig zu erfassen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zur Überwachung einer elektrischen Steckverbindung mit einem Kontaktelement und einem Gegenkontaktelement. Die Vorrichtung umfasst ein magnetisch aktives Element, welches an dem Kontaktelement angeordnet ist. Das magnetisch aktive Element ist bevorzugt als Ferromagnet ausgebildet. Ferner umfasst die Vorrichtung einen Sensor. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Sensor an dem Gegenkontaktelement angeordnet ist. In einem Verbindungszustand des Kontaktelements und des Gegenkontaktelements sind das magnetisch aktive Element und der Sensor berührungslos einander zugeordnet, wobei der Sensor im Verbindungszustand einen anderen Wert einer physikalischen Größe als in einem unverbundenen Zustand des Kontaktelements und des Gegenkotaktelements erfasst.
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Da das magnetisch aktive Element an dem Kontaktelement und der Sensor an dem Gegenkontaktelement fest fixiert sind, kann deren Anordnung bei einem Steckvorgang nicht verändert werden. Durch eine derartige Anordnung der Vorrichtung besteht ferner keine Gefahr mehr, dass die Vorrichtung mit einem Potential der Steckverbindung in einem Verbindungszustand der Steckverbindung in Kontakt kommen und dadurch beschädigt werden kann.
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Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Sensor einen Reed-Kontakt umfasst. Ein Reed-Kontakt ist ein magnetisch betätigbarer Schalter. Das Kontaktelement trägt das magnetisch aktive Element und schließt bevorzugt den Reed-Kontakt an dem Gegenkontaktelement, wenn das Kontaktelement und das Gegenkontaktelement der Steckverbindung verbunden sind. Der Vorteil des Reed-Kontaktes besteht darin, dass er besonders robust ist. Damit weist der Sensor eine besonders geringe Störempfindlichkeit auf.
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Eine alternative Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Sensor eine Erregerspule umfasst. Um die Steckverbindung insbesondere aus einem unverbundenen Zustand in einen Verbindungszustand zu bringen, nähert sich das Kontaktelement dem Gegenkontaktelement an, bis eine elektrische Verbindung zwischen dem Kontaktelement und dem Gegenkontaktelement vorliegt. Während eines Verbindungsvorgangs ändert sich insbesondere die Induktivität der Erregerspule. Als Wert einer physikalischen Größe kann bevorzugt eine Änderung der Induktivität der Erregerspule erfasst werden. Mit Induktivität ist insbesondere eine Flussführung des Magnetfeldes der Erregerspule gemeint. Alternativ kann ein Absolutwert einer Induktivität erfasst werden. In vorteilhafter Weise wird durch den Sensor ein Verbindungszustand erfasst, wenn ein Wert der Änderung der Induktivität oder der Absolutwert der Induktivität einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet. Dadurch kann auf besonders einfache und zuverlässige Art und Weise ein Verbindungszustand der elektrischen Steckverbindung erfasst werden.
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In vorteilhafter Weise ist die Erregerspule Teil eines elektrischen Schwingkreises. Ein elektrischer Schwingkreis ist eine resonanzfähige elektrische Schaltung, die elektrische Schwingungen ausführen kann. Bevorzugt kann der Schwingkreis zusätzlich zu der Erregerspule einen Kondensator aufweisen. Bei einer Anregung des Schwingkreises kann eine Resonanzfrequenz als Messsignal erfasst werden. Die Resonanzfrequenz wird bevorzugt durch die Induktivität und die Kapazität bestimmt. In einem Verbindungsvorgang, d. h. bei einer Annäherung des magnetisch aktiven Elements an die Erregerspule, ändert sich die Induktivität. Dies kann zu einer veränderten Resonanzfrequenz des Schwingkreises führen. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass auf besonders einfache und zuverlässige Art und Weise ein Verbindungszustand der Steckverbindung erfasst werden kann.
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Zu der Erfindung gehört ferner ein Verfahren zur Überwachung einer elektrischen Steckverbindung mit einem Kontaktelement und einem Gegenkontaktelement mittels einer Vorrichtung. Die Vorrichtung umfasst ein magnetisch aktives Element, welches an dem Kontaktelement angeordnet ist, und einen Sensor, welcher an dem Gegenkontaktelement angeordnet ist. In einem Verbindungszustand des Kontaktelements und des Gegenkontaktelements sind das magnetisch aktive Element und der Sensor berührungslos einander zugeordnet. Bei dem Verfahren wird mittels des Sensors der Vorrichtung im Verbindungszustand ein anderer Wert einer physikalischen Größe als in einem unverbundenen Zustand des Kontaktelements und des Gegenkotaktelements erfasst.
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Die zuvor im Zusammenhang der Vorrichtung beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten auch für das erfindungsgemäße Verfahren.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Dabei zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Steckverbindung mit einer Ausführungsform einer Vorrichtung zur Überwachung der Steckverbindung; und
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2 eine schematische Darstellung der Steckverbindung mit einer weiteren Ausführungsform einer Vorrichtung zur Überwachung der Steckverbindung.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 und 2 zeigen in einer schematischen Darstellung jeweils eine Ausführungsform einer Vorrichtung 10 zur Überwachung einer Steckverbindung 12. Die Vorrichtung 10 ist an der Steckverbindung 12 angeordnet. Die Steckverbindung 12 umfasst ein Kontaktelement 14 und ein Gegenkontaktelement 16. An dem Kontaktelement 14 ist ein magnetisch aktives Element 18 der Vorrichtung 10 zur Überwachung der Steckverbindung 12 angeordnet. An dem Gegenkontaktelement 16 ist ein Sensor 20 der Vorrichtung 10 angeordnet.
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Das Prinzip der Vorrichtung 10 zur Überwachung der Steckverbindung 12 beruht darauf, festzustellen, ob sich die Steckverbindung 12 in einem Verbindungszustand, d. h. das Kontaktelement 14 und das Gegenkontaktelement 16 elektrisch verbunden sind, oder in einem unverbundenen Zustand befindet. In einem Verbindungszustand sind das magnetisch aktive Element 18 und der Sensor 20 berührungslos einander zugeordnet. Das magnetisch aktive Element 18 kann den Sensor 20 beeinflussen, ohne dass sich das magnetisch aktive Element 18 und der Sensor 20 berühren.
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In 1 ist das magnetisch aktive Element 18 als Eisenkern ausgebildet. Der an dem Gegenkontaktelement 16 angeordnete Sensor 20 umfasst einen Schwingkreis mit einer Erregerspule 22 und einem Kondensator 24. Wenn sich der magnetisch aktive Eisenkern der Erregerspule 22 bei einem Verbindungsvorgang nähert, ändert sich eine Induktivität der Erregerspule. Dies führt zu einer veränderten Resonanzfrequenz des Schwingkreises. Eine Änderung der Induktivität oder eine veränderte Resonanzfrequenz kann als physikalische Größe erfasst werden. In Abhängigkeit von der erfassten physikalischen Größe kann dann auf einen Verbindungszustand oder auf einen unverbundenen Zustand der Steckverbindung 12 geschlossen werden.
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In 2 ist das magnetisch aktive Element 18 als Dauermagnet ausgebildet. Der Sensor 20 an dem Gegenkontaktelement 16 umfasst einen Reed-Kontakt. Befindet sich die Steckverbindung 12 in einem Verbindungszustand, wird ein Schalter des Reed-Kontaktes durch den Dauermagneten geschlossen.
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Insgesamt geht somit eine berührungslose Überwachungseinrichtung zur Steckerkennung einer lösbaren elektrischen Verbindung hervor.
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Ein elektrisches System, von dem z. B. wegen einer Spannung eine Gefahr ausgeht, ist meist nur dann sicher, wenn alle Verbindungen sicher verbunden werden. Somit muss für alle lösbaren Verbindungen sichergestellt werden, dass diese Verbindung korrekt verbunden ist. Üblich ist es neben dem Kontakt, der gesichert werden soll, noch zwei kleine Überwachungskontakte (sog. Interlock) in den Stecker zu integrieren und durch diese zu prüfen, ob der Stecker gesteckt ist. Somit muss für die Überwachung ein elektrischer Kontakt zu dem Stecker vorhanden sein. Wenn der zu überwachende Stecker für hohe Ströme ausgelegt ist, unterscheiden sich die Größen der Kontaktpins sehr. Dies kann zur ungewollten Beschädigung der kleineren Überwachungskontakte führen.
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Die Lösung für das Problem kann auf zwei unterschiedliche Arten gelöst werden.
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Die Überwachung kann durch den Einsatz eines magnetisch betätigen Schalters, wie beispielsweise einem Reedkontakt, erfolgen. Dabei trägt der Stecker einen Dauermagneten und schließt, wenn er gesteckt ist, den Reedkontakt auf der Geräteseite.
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Anstelle des Reedkontakts kann ein Schwingkreis verwendet werden. Die Resonanzfrequenz wird durch die Induktivität und die Kapazität bestimmt. Auf der Steckerseite befindet sich ein Eisenkern, der, wenn er sich der Spule auf der Geräteseite nähert, die Induktivität ändert (Flussführung des Magnetfeldes der Spule). Dies führt zu einer veränderten Resonanzfrequenz des Schwingkreises.
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Die Vorteile der beiden Verfahren sind, dass kein direkter Kontakt mehr zwischen den beiden Teilen des Stecksystems mehr vorhanden sein muss. Die Position der beiden elektronischen Auswertungen (Reedkontakt, Schwingkreis) kann mit etwas Abstand zum eigentlichen Stecker platziert werden und erlaubt dabei ebenfalls gewisse Toleranzen. Es besteht damit keine Gefahr mehr, dass die Überwachungsschaltung mit dem gefährlichen Potential des Steckers in Kontakt kommen kann.
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Besonders bei Steckern hoher Stromtragfähigkeit müssen nicht mehr Stecker unterschiedlicher mechanischer Dimension gemeinsam gefügt werden. Was wegen unterschiedlicher Steckkräfte es unmöglich macht durch eine Kraftüberwachung beim Stecken eine Beschädigung des Überwachungssteckers (Interlock) zu verhindern.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Vorrichtung
- 12
- Steckverbindung
- 14
- Kontaktelement
- 16
- Gegenkontaktelement
- 18
- magnetisch aktives Element
- 20
- Sensor
- 22
- Erregerspule
- 24
- Kondensator
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10210665 C1 [0003]
- WO 2010/009979 A1 [0005]
