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Die Erfindung betrifft eine mehrpolige Steckvorrichtung, insbesondere in Form eines Steckers, mit mehreren Kontaktelementen, von denen zwei auf einer Wendeeinrichtung angeordnet sind.
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Aus Gründen der Kompatibilität und der Betriebssicherheit ist der Aufbau von mehrpoligen elektrischen Kraftsteckvorrichtungen in Normen wie beispielsweise der DIN EN 60309-1 und DIN EN 60309-2 festgelegt. Durch das Zusammenwirken einer Unverwechselbarkeitsnase mit einer Unverwechselbarkeitsnut wird dabei sichergestellt, dass ein Stecker und eine Steckdose/Kupplung nur in einer vorgegebenen relativen Drehstellung in Bezug auf die Steckachse zusammengefügt werden können. Weiterhin ist in der Norm die Position der Kontaktelemente (Kontaktstifte oder Kontaktbuchsen) relativ zu der Unverwechselbarkeitsnut/nase für verschiedene elektrische Betriebsparameterbereiche festgelegt.
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Aus der
EP 841 726 A2 ist eine mehrpolige Steckvorrichtung bekannt, bei welcher zwei mit einem Außenleiter verbundene Kontaktstifte auf einem drehbaren Rotor angeordnet sind. Dadurch wird es einem Benutzer ermöglicht, die Positionen der beiden Kontaktstifte bei ansonsten gleich bleibendem Steckbild aller Kontaktstifte der Steckvorrichtung zu vertauschen. Mit dieser als "Phasenwender" bekannten Einrichtung kann somit die relative Abfolge der elektrischen Phasen an den Kontaktstiften der Steckvorrichtung geändert werden, um beispielsweise die Drehrichtung einer angeschlossenen Drehstrommaschine zu ändern.
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Vor diesem Hintergrund war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Mittel zur sicheren, komfortablen und flexiblen Benutzung von Steckvorrichtungen mit standardisierten Anordnungen der Kontakteelemente bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Steckvorrichtung nach Anspruch 1 und Anspruch 2 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen enthalten.
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Die Erfindung betrifft demnach mehrpolige Steckvorrichtungen, wobei eine Steckvorrichtung typischerweise als "Stecker" mit Kontaktstiften oder als "Dose" beziehungsweise "Kupplung" mit Kontaktbuchsen vorliegt. Die Vorrichtung enthält die folgenden Komponenten:
- a) Mindestens zwei Kontakteelemente, also elektrisch leitende Bauteile, die im zusammengesteckten Zustand mit komplementären Kontakteelementen einer komplementären Steckvorrichtung in Berührung kommen und somit die Übertragung von Strom ermöglichen.
- b) Eine Wendeeinrichtung, auf der ein erstes Kontakteelement und ein zweites Kontakteelement der o.g. mindestens zwei Kontakteelemente angeordnet sind, sodass ihre Positionen vom Benutzer bei Bedarf vertauscht werden können.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist eine derartige mehrpolige Steckvorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kontakteelement und das zweite Kontakteelement hinsichtlich ihrer Steck-Kompatibilität verschieden sind. Das heißt, dass das erste und das zweite Kontakteelement nicht beide mit dem selben komplementären Kontakteelement zusammengesteckt werden können. Das erste und das zweite Kontakteelement können beispielsweise verschiedene (Innen- oder Außen-)Durchmesser haben. Insbesondere können sie zylindrische Kontaktstifte unterschiedlichen Durchmessers (und/oder unterschiedlicher Querschnittsform) sein.
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Gemäß einem zweiten Aspekt ist die mehrpolige Steckvorrichtung mit den o.g. Merkmalen a) und b) dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kontakteelement an einen Außenleiter und das zweite Kontakteelement an einen Schutzleiter oder an einen Neutralleiter angeschlossen ist. Definitionsgemäß soll dabei ein "Außenleiter" (auch "Phase" genannt) im Betriebszustand eine der Phasen eines elektrischen Drehstromes führen. Ein "Neutralleiter" ist mit dem gemeinsamen Knoten der Außenleiter verbunden, und der "Schutzleiter" (oder Erdleiter) ist mit Erde bzw. Masse verbunden.
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Die Merkmale der Steckvorrichtungen gemäß dem ersten beziehungsweise zweiten Aspekt können insbesondere miteinander kombiniert werden. Mit anderen Worten können das an einen Außenleiter angeschlossene erste Kontakteelement und das an einen Schutzleiter angeschlossene zweite Kontakteelement hinsichtlich ihrer Steck-Kompatibilität verschieden sein.
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Bei bekannten Steckvorrichtungen mit einer Wendeeinrichtung werden zwei identisch geformte Kontaktstifte, welche an verschiedene Außenleiter (Phasen) angeschlossen sind, miteinander vertauscht. Im Gegensatz hierzu wird bei den erfindungsgemäßen Steckvorrichtungen eine Positionsvertauschung von zwei Kontakteelementen ermöglicht, die elektrisch grundsätzlich unterschiedlichen Funktionen zugeordnet sind. Damit kann die Steckvorrichtung je nach Positionierung der Wendeeinrichtung zusammen mit komplementären Steckvorrichtungen verwendet werden, die im Rahmen eines Standards bzw. einer Norm typischerweise unterschiedlichen Kategorien (Betriebsparametern) zugeordnet sind.
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Die konkrete technische Ausgestaltung der Wendeeinrichtung kann auf unterschiedliche Weisen erfolgen. Insbesondere können das erste und das zweite Kontakteelement auf einem gemeinsamen (isolierenden) Rotor angeordnet sein, welcher drehbar am restlichen Steckvorrichtungseinsatz, in welchem die übrigen Kontakteelemente befestigt sind, gelagert ist. Vorteilhafterweise sind dabei die Stellungen des Rotors, in denen die Kontakteelemente ihre (normgerechten) Positionen gerade vertauscht haben, stabilisiert und/oder verriegelt. Dies kann beispielsweise durch eine Rasteinrichtung erfolgen. Die Drehung der Wendeeinrichtung und gegebenenfalls das Lösen einer Verriegelungseinrichtung ist für den Benutzer typischerweise ohne größere Schwierigkeiten möglich, beispielsweise mit einem herkömmlichen Schraubendreher. Die Wendeeinrichtung ist vorzugsweise nur dann zugänglich, wenn die Steckvorrichtung nicht mit einer anderen Steckvorrichtung zusammengesteckt ist, um eine Betätigung im Strom führenden Zustand auszuschließen. Eine beispielhafte konkrete Realisierung einer Wendeeinrichtung kann der
EP 841 726 A2 entnommen werden, deren Inhalt vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird.
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Wie bereits erläutert können die Kontakteelemente beispielsweise als Kontaktbuchsen oder als Kontaktstifte ausgebildet sein (wobei theoretisch eine Steckvorrichtung eine Mischung aus Kontaktstiften und Kontaktbuchsen enthalten kann). Vorzugsweise sind alle Kontakteelemente als Kontaktstifte ausgebildet, sodass es sich bei der Steckvorrichtung definitionsgemäß um einen Stecker handelt.
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Des Weiteren besitzt die Steckvorrichtung vorzugsweise ein Unverwechselbarkeitsmerkmal, welches das Zusammenstecken der Steckvorrichtung mit einer komplementären Steckvorrichtung nur in einer vorgegebenen relativen Drehstellung (in Bezug auf die Steckachse, in deren Richtung die Steckvorrichtungen zusammengesteckt werden) erlaubt. Das Unverwechselbarkeitsmerkmal kann insbesondere als Unverwechselbarkeitsnase und/oder Unverwechselbarkeitsnut ausgebildet sein. Die Eindeutigkeit des Zusammensteckens betrifft dabei die Steckvorrichtungen insgesamt, also insbesondere in Bezug auf ihr Gehäuse. Die Vertauschbarkeit der Positionen von zwei Kontakteelementen relativ zu einem Steckvorrichtungsgehäuse, die gerade Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, ist hiervon unabhängig.
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Die Steckvorrichtung kann hinsichtlich der geometrischen Positionen und/oder Formen ihrer Kontakteelemente insbesondere nach der Norm DIN EN 60309 – 2 ausgebildet sein. Optional können daneben auch weitere Merkmale der Steckvorrichtung diese Norm erfüllen.
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Die Position von Kontakteelementen wird im Rahmen der Norm DIN EN 60309 – 2 über fiktive Uhrzeigerstellungen bezeichnet (bezogen auf die Aufsicht auf eine Steckdose und bei vorgegebener Lage eines Unverwechselbarkeitsmerkmals wie z.B. einer Unverwechselbarkeitsnut/nase). Diesbezüglich können das erste Kontakteelement und das zweite Kontakteelement insbesondere an den Positionen 3h (Uhr) beziehungsweise 6h oder umgekehrt angeordnet sein (bei Lage des Unverwechselbarkeitsmerkmals auf 6h).
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Zusätzlich oder alternativ kann die Steckvorrichtung so ausgebildet sein, dass die durch Vertauschung des ersten und zweiten Kontakteelementes entstehenden Konfigurationen einen gefahrlosen Betrieb der Steckvorrichtung (bzw. des darüber angeschlossenen Verbrauchers) in Verbindung mit Steckvorrichtungen nach der Norm DIN EN 60309 erlauben. Insbesondere sollte unabhängig von der Position der Wendeeinrichtung kein Zusammenstecken mit einer Steckvorrichtung nach DIN EN 60309 möglich sein, welches zu einer Überspannung führt, für die die Steckvorrichtung und/oder der Verbraucher nicht ausgelegt sind.
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Die Steckvorrichtung kann insbesondere vierpolig sein, wobei die Pole beziehungsweise Kontakteelemente an den Ecken eines Quadrates angeordnet sind. Vorzugsweise sind dabei drei Kontaktelement mit den Außenleitern (Phasen) eines Dreiphasen-Wechselstroms belegt und ein viertes Kontaktelement mit Erde (Schutzleiter).
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Besonders bevorzugt ist es, wenn die Steckvorrichtung ein vierpoliger Stecker ist mit einer Anordnung und Form der Kontaktestifte entsprechend der Norm DIN EN 60309 – 2, wobei die Kontaktestifte der 3h und 6h Position (bezogen auf eine korrespondierende Steckdose!) auf der Wendeeinrichtung angeordnet sind, sodass ihre Position vertauscht werden kann, und wobei diese vertauschbaren Kontaktestifte an einen Außenleiter bzw. an den Schutzleiter angeschlossen sind. Nach Norm DIN EN 60309 – 2 kann die Steckvorrichtung dann je nach Stellung der Wendeeinrichtung folgende Konfigurationen annehmen:
- – Schutzleiter in 3h Position: Betrieb bei 380 V, 50 Hz bzw. 440 Volt, 60 Hz.
- – Schutzleiter in 6h Position: Betrieb bei 380–415 V, 50 oder 60 Hz.
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Die Betriebsparameter der beiden Konfigurationen sind elektrisch hinreichend ähnlich, sodass ein entsprechend ausgelegter, am Stecker angeschlossener Verbraucher in beiden Konfigurationen gefahrlos betrieben werden kann.
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Mit der erfindungsgemäßen Steckvorrichtung kann insbesondere ein Gerät (Verbraucher) fest verbunden sein, insbesondere ein Kühlaggregat. Eine "feste" Verbindung bedeutet dabei, dass diese Verbindung nicht in einfacher Weise und/oder ohne Werkzeug von einem Benutzer verändert oder gelöst werden kann. Insbesondere kann das Trennen der Steckvorrichtung vom Gerät den Eingriff eines Fachmanns und/oder das Lösen von Schrauben oder Klemmverbindungen erfordern und/oder nicht zerstörungsfrei möglich sein. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die erfindungsgemäße variable Steckvorrichtung nur zusammen mit einem dafür ausgelegten Gerät verwendet wird.
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Bei dem Gerät kann es sich insbesondere um ein Kühlaggregat handeln. Vorzugsweise ist ein solches Kühlaggregat mit einem vierpoligen Stecker der oben erwähnten Art versehen, bei dem der Schutzleiter-Kontaktstift wahlweise in 3h Position oder in 6h Position gebracht werden kann. Ein gefahrloser Betrieb des Kühlaggregates ist dann in beiden Positionen der Wendeeinrichtung möglich.
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Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung als eigenständiges Element ein Kühlaggregat, insbesondere in Verbindung mit einem mobilen Kühlcontainer, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass es mit einem Stecker gemäß einer der oben beschriebenen Ausführungsformen ausgestattet ist.
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Im Folgenden wird die Erfindung mit Hilfe der Figuren anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigt:
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1 einen Ausschnitt einer Tabelle von Zuordnungen zwischen Schutzleiter-Positionen und elektrischen Betriebsparametern gemäß Norm DIN EN 60309 – 2;
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2 eine perspektivische Aufsicht auf einen erfindungsgemäßen Stecker mit dem Schutzleiter-Kontakteelement in 3h Stellung;
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3 den Stecker mit dem Schutzleiter-Kontakteelement in 6h Stellung.
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1 gibt eine vereinfachte tabellarische Übersicht über einen Teil des Regelungsgehaltes von Norm DIN EN 60309 – 2 wieder. Die Tabelle enthält die in der Norm festgelegten Zuordnungen zwischen den "Uhrzeit"-Positionen der Schutzleiter-Kontaktbuchse und den zugeordneten Betriebsparametern von Steckdosen, wobei sich die Unverwechselbarkeitsnut definitionsgemäß immer an der 6h Position befindet. Die Uhrzeit-Positionen der komplementären Stecker, welche hier vorrangig von Interesse sind, liegen hierzu spiegelbildlich. In der Tabelle nicht wiedergegeben sind die Definitionen von Kennfarben, welche der einfachen Unterscheidung von Spannungsbereichen dienen (z.B. Rot für 380V–480V, Schwarz für 500V–1000V etc.).
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Die Festlegungen für vierpolige Steckvorrichtungen (drei Phasenleiter "p" und ein Schutzleiter) finden sich in den untersten zehn Zeilen der Tabelle. Zwei hiervon sind für das vorliegende Beispiel einer Anwendung bei Kühlcontainern von besonderem Interesse und daher neben der Tabelle bildlich veranschaulicht:
- – Variante "A": Schutzleiter bei 6h: Betrieb bei 380–415 Volt, 50 oder 60 Hz;
- – Variante "B": Schutzleiter bei 3h: Betrieb bei 380 V, 50 Hz bzw. 440 Volt, 60 Hz.
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Herkömmliche Kühlcontainer haben einen standardisierten, 4-poligen 32A-Steckeranschluss, der unveränderbar auf 3h eingestellt ist (Variante "B" in 1). Für diese Uhrzeitstellung sind Steckdosen von 16 bis 32A zulässig, welche entweder an 380V mit 50Hz oder an 440V mit 60Hz angeschlossen sind.
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Da Kühlcontainer eine immer größere Verbreitung weltweit finden, kommt es häufig vor, dass der Endkunde nur eine Standard-Steckdose 32A / 4polig / 6h installiert hat (Variante "A" in 1). Diese Steckdose ist (bei gleicher Kennfarbe: Rot) an 380–415V angeschlossen. Die Kühlcontainer könnten dort problemlos angeschlossen werden, wenn die Uhrzeitstellung des Steckers dazu passen würde. Da Kühlcontainer verderbliche Waren enthalten, muss eine schnelle Lösung her, die in der Praxis oft darin besteht, die Unverwechselbarkeitsnase des Steckers einfach abzuschneiden. Damit ist die mechanische Uhrzeitcodierung außer Kraft gesetzt und der Stecker kann in die vorhandene Standard-Steckdose eingeführt werden. Durch die fehlende Unverwechselbarkeitsnase ist seine Betriebserlaubnis aber erloschen, und der Containerstecker muss ersetzt werden. Außerdem besteht akute Gefahr, weil der fehlerhafte Stecker nun in alle Steckdosen passender Größe- und Polzahl eingesteckt werden kann, die beispielsweise in der Uhrzeitstellung "5h" Spannungen von 600 bis 690V aufweisen, wofür in der Regel die Luft-und Kriechstecken eines 3h-Steckers nicht ausgelegt sind.
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Eine einfache Lösung der geschilderten Problematik gelingt mit einer Steckvorrichtung, bei welcher die Position des Schutzleiter-Kontaktelementes mit der eines Außenleiter-Kontaktelementes vertauscht werden kann.
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In diesem Zusammenhang sei zunächst an sogenannte Phasenwender-Stecker nach DIN EN 60309 – 2 erinnert, welche durch mechanische Verdrehung die Stellung zweier benachbarter Phasenstifte miteinander vertauschen, wodurch sich die Drehrichtung des Drehfeldes ändert. Da der Rotor bzw. die Wendeeinrichtung, welche den Stiftwechsel bewerkstelligt, von außen betätigt werden kann, ist kein Umverdrahten des Steckers notwendig. Die Wendeeinrichtung verfügt zudem über mechanische Endstellungen; aber selbst ohne diese könnte ein Stecker nicht in eine Steckdose eingesteckt werden, wenn die Stifte nicht passend zu den Kontaktbuchsen positioniert sind.
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Ein erfindungsgemäßer Stecker zur Lösung der oben geschilderten Kühlcontainer-Problematik wird nun so gebaut, dass durch einen "Uhrzeitwechsel" – also die Lagevertauschung des Schutzleiter-Kontaktstiftes ("PE-Stift") mit einem Außenleiter-Kontaktstift ("PH-Stift") – ein modifizierter Stecker entsteht, dessen Steckgesicht ausschließlich in eine Steckdose gesteckt werden kann, deren Spannung und Frequenz sich nicht wesentlich von der Steckdose mit der ursprünglichen Uhrzeitstellung unterscheidet. Ein derartige "elektrische Ähnlichkeit" gibt es zwischen der 3h und 6h-Uhrzeitstellung der Varianten "A" und "B" von 1, die zudem noch dieselbe Kennfarbe aufweisen.
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In 2 ist in einer perspektivischen Ansicht ein Stecker 100 gemäß dem vorstehend erläuterten Konzept dargestellt. Der Stecker 100 umfasst ein Gehäuse 101 mit einem Kragen 102, welcher vier Kontaktstifte K1, K2, K3 und PE umgibt. Ein erster dieser Kontaktstifte, K1, ist zusammen mit einem zweiten Kontaktstift, PE, auf einer Wendeeinrichtung 110 ("Rotor") angeordnet. Der erste Kontaktstift K1 und die Stifte K2, K3 sind intern jeweils an einen Außenleiter (nicht dargestellt) angeschlossen, der im Durchmesser etwas dickere Kontaktstift PE an einen Schutzleiter (nicht dargestellt).
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In 2 befindet sich der Schutzleiter-Kontaktstift PE in der 3h Position. Dagegen zeigt 3 den Stecker 100 nach einer Drehung der Wendeeinrichtung 110, so dass der Schutzleiter-Kontaktstift PE seine Position mit dem ersten Kontaktstift K1 getauscht hat und sich nunmehr in der 6h Position befindet. Zu beachten ist in diesem Zusammenhang, dass die Uhrzeitstellungen "uhrzeitrichtig" für die Stecköffnungen der Steckdosen definiert sind; beim Blick auf die Stifte eines Steckers sind die Uhrzeitstellungen deshalb seitenverkehrt.
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Vorteilhafterweise ändert sich die Drehrichtung des elektrischen Felds durch den Positionswechsel der Kontaktstifte K1 und PE nicht, so dass die Laufrichtung angeschlossener Motoren erhalten bleibt.
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Um Strom und Spannung zu führen, muss ein Stecker in eine Steckdose gesteckt sein. Anderseits darf ein Kontaktstift-Tausch im Stecker nur im spannungslosen Zustand erfolgen. Ein solcher Tausch ist daher konstruktionsgemäß nur im nicht gesteckten Zustand möglich, weil dazu mit Hilfe eines Schraubendrehers der "innenliegende" Rotor
110 betätigt (um 180° gedreht) werden muss. Dazu wird die Schrauberklinge im Schlitz
111 der beweglichen Nase des Rotors
110 abgesetzt. Durch Druck auf die Nase verbiegt sich diese elastisch nach innen, wodurch sie den Rotor mechanisch entriegelt, der daraufhin um 180° in die vorgegebene Richtung verdreht werden kann. Durch Wegnahme des Schraubendreherdrucks federt die Nase zurück und verriegelt die Stellung des Rotors wieder mechanisch in der anderen Endstellung. Die richtige Stellung des Rotors muss nicht gesucht werden, sondern findet sich durch mechanische Endanschläge automatisch und intuitiv. Einzelheiten zu dem beschriebenen Mechanismus der Betätigung durch einen verdreh- und verriegelbaren Rotor können beispielsweise der
EP 841 726 A2 entnommen werden.
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Die beschriebene Ausgestaltung des Steckers 100 ermöglicht einem technischen Laien den sicheren Anschluss eines typischen Containersteckers (mit der "speziellen" 3h-Uhrzeitstellung) an eine weit verbreitete Standardsteckdose (in 6h-Uhrzeitstellung), ohne dass dabei durch eine irreversible Beschädigung des Steckers beliebige – für Leib und Leben gefährliche – Steckkombinationen hergestellt werden können.
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Unabhängig von dem oben detaillierter dargestellten Beispiel kann die Vertauschung unterschiedlicher Kontaktelemente auch in anderen Anwendungen einsetzbar sein. Allgemein betrifft die Erfindung eine mehrpolige Steckvorrichtung, in welcher mittels einer Wendeeinrichtung die Positionen eines ersten Kontakteelementes und eines zweiten Kontakteelementes vertauschbar sind. Das erste und das zweite Kontakteelement können dabei hinsichtlich ihrer Steck-Kompatibilität verschieden sein, beispielsweise indem sie als Kontaktstifte unterschiedlichen Durchmessers realisiert sind. Zusätzlich oder alternativ kann das erste Kontakteelement an einen Außenleiter und das zweite Kontakteelement an einen Schutzleiter angeschlossen sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 841726 A2 [0003, 0011, 0037]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- DIN EN 60309-1 [0002]
- DIN EN 60309-2 [0002]
- Norm DIN EN 60309 – 2 [0014]
- Norm DIN EN 60309 – 2 [0015]
- Norm DIN EN 60309 [0016]
- DIN EN 60309 [0016]
- Norm DIN EN 60309 – 2 [0018]
- Norm DIN EN 60309 – 2 [0018]
- Norm DIN EN 60309 – 2 [0024]
- Norm DIN EN 60309 – 2 [0027]
- DIN EN 60309 – 2 [0032]
