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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steckereinheit für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug, ein elektrisch antreibbares Fahrzeug mit zumindest einem Akkumulatorpaket, eine Abdeckkappe für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug sowie ein Ladegerät für ein Akkumulatorpaket für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug, beispielsweise für einen elektrisch angetriebenen Motorroller.
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Bei elektrisch angetriebenen Kleinfahrzeugen wie beispielsweise Motorrollern sind die Akkumulatorpakete häufig entnehmbar ausgebildet. Häufig verfügen die Fahrzeuge über mehrere Akkumulatorpakete, die gleichzeitig am Fahrzeug montiert sein können, wobei das Fahrzeug jedoch auch beispielsweise mit nur einem Akkumulatorpaket betrieben werden kann.
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Problematisch ist bei derartigen Fahrzeugen, dass die Leistungsanschlüsse am Fahrzeug zur Verbindung mit dem Akkumulatorpaket bei nicht eingesetztem Akkumulatorpaket unter Spannung stehen und für den Benutzer eine Stromschlaggefahr bedeuten.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Steckereinheit für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug, ein elektrisch antreibbares Fahrzeug, eine Abdeckkappe für ein solches Fahrzeug, ein Akkumulatorpaket und ein Ladegerät für ein Akkumulatorpaket für ein solches Fahrzeug anzugeben, bei denen diese Gefahr nicht besteht und die besonders benutzerfreundlich sind.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand der Patentansprüche 1, 5, 9, 11 und 13. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der Beschreibung.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Steckereinheit zur Nutzung mit einem elektrisch antreibbaren Fahrzeug angegeben, wobei die Steckereinheit einen Verbindungsbereich zur elektrischen Verbindung zwischen Komponenten des Fahrzeugs bildet und wobei die Steckereinheit folgendes umfasst:
- - eine Anzahl von ersten Steckkontakten, die Leistungsanschlüsse bereitstellen,
- - eine Anzahl von zweiten Steckkontakten, die Anschlüsse zur Signalübertragung bereitstellen,
wobei die Steckkontakte spiegelsymmetrisch zu einer Mittelachse des Steckers angeordnet sind und jeder Steckkontakt, der nicht auf der Mittelachse liegt, ein funktionsgleiches Gegenstück aufweist, das in einer an der Mittelachse gespiegelten Position angeordnet ist.
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Die Steckereinheit hat den Vorteil, dass sie wegen der spiegelsymmetrischen Anordnung ihrer Kontakte auch um 180 Grad gedreht mit ihrem Gegenstück verbunden werden kann. Dazu ist auch beispielsweise eine Kunststoffummantelung der Kontakte geeignet ausgebildet. Die Steckereinheit ist somit besonders benutzerfreundlich.
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Gemäß einer Ausführungsform weist die Steckereinheit folgende erste und zweite Steckkontakte auf:
- - einen auf der Mittelachse angeordneten ersten Steckkontakt, der einen zentralen Leistungsanschluss bereitstellt,
- - zwei weitere erste Steckkontakte, die beabstandet zur Mittelachse angeordnet sind und zum zentralen Leistungsanschluss gegenpolige, funktionsgleiche Leistungsanschlüsse bereitstellen,
wobei die zweiten Steckkontakte, die Anschlüsse zur Signalübertagung bereitstellen, jeweils zwischen den Leistungsanschlüssen und somit mit geringerem Abstand zur Mittelachse angeordnet sind als die weiteren ersten Steckkontakte.
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Auf diese Weise lassen sich die unterschiedlichen Anschlussbelegungen sinnvoll und ökonomisch auf die Steckereinheit verteilen.
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Gemäß einer Ausführungsform stellen zumindest zwei der zweiten Steckkontakte Anschlüsse eines Sicherheitskreises bereit, die elektrisch miteinander verbunden werden müssen, um den Sicherheitskreis zu schließen, wobei die Leistungsanschlüsse bei geöffnetem Sicherheitskreis spannungslos geschaltet sind und bei geschlossenem Sicherheitskreis unter Spannung sind.
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Diese Ausführungsform hat folgenden Vorteil: Mithilfe des Sicherheitskreises kann sichergestellt werden, dass die Leistungsanschlüsse beispielsweise eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs nur dann unter Spannung sind, wenn sie nicht frei liegen. Wenn sie nämlich frei liegen, sind die beiden Anschlüsse des Sicherheitskreises nicht miteinander verbunden, sodass der Sicherheitskreis offen ist und die Leistungsanschlüsse spannungslos schaltet.
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Dadurch ist es möglich, das elektrisch antreibbare Fahrzeug beispielsweise mit nur einem Akkumulatorpaket zu betreiben, auch wenn Anschlüsse für den gleichzeitigen Betrieb mehrerer Akkumulatorpakete vorhanden sind. Ferner ist es möglich, am Fahrzeug einen Verbindungsbereich zur Herstellung einer elektrischen Verbindung mit einem Ladegerät vorzusehen, der auch bei montiertem Akkumulatorpaket keine Stromschlaggefahr darstellt.
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Es ist vorgesehen, dass das elektrisch antreibbare Fahrzeug bei geöffnetem Sicherheitskreis nicht betrieben werden kann. Die Funktionalitäten des Fahrzeugs sind somit bei geöffnetem Sicherheitskreis stark eingeschränkt oder vollständig deaktiviert.
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Wenn das Fahrzeug nicht mit der maximalen Anzahl von Akkumulatoren betrieben werden soll und darüber hinaus auch einen Verbindungsbereich zur Herstellung elektrischer Verbindungen zu einem Ladegerät aufweist, ist es notwendig, dass diese offenen Verbindungsbereiche zum Betreiben des Fahrzeugs mit einer dafür vorgesehenen Abdeckkappe geschlossen werden, die einerseits die Anschlüsse des Sicherheitskreises elektrisch miteinander verbindet, sodass der Sicherheitskreis geschlossen wird, die andererseits aber auch eine sichere Abdeckung der dann unter Spannung stehenden Leistungsanschlüsse gewährleistet.
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Somit gewährleistet die mit den Sicherheitskreisanschlüssen versehene Steckereinheit einen sicheren, benutzerfreundlichen Betrieb des Fahrzeugs.
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Gemäß einer Ausführungsform der Steckereinheit sind zumindest diejenigen zweiten Steckkontakte, die Anschlüsse eines Sicherheitskreises bereitstellen, kürzer ausgebildet als die ersten Steckkontakte, so dass bei Abziehen der Steckereinheit von einem Gegenstück der Sicherheitskreis geöffnet wird, bevor die Verbindung der Leistungsanschlüsse getrennt wird.
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Das hat den Vorteil, dass die Bildung eines Lichtbogens auf besonders einfache Weise verhindert werden kann.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein elektrisch antreibbares Fahrzeug, insbesondere ein Motorroller, mit zumindest einem Akkumulatorpaket angegeben, wobei das Fahrzeug zumindest einen Verbindungsbereich zur Herstellung elektrischer Verbindungen zum Akkumulatorpaket und/oder zu einem Ladegerät und/oder weiteren Komponenten aufweist, wobei der Verbindungsbereich durch die beschriebene Steckereinheit ausgebildet ist.
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Gemäß einer Ausführungsform weist das Fahrzeug mehrere Verbindungsbereiche zur Herstellung elektrischer Verbindungen zu Akkumulatorpaketen auf, so dass das Fahrzeug gleichzeitig mit mehreren Akkumulatorpaketen verbindbar ist.
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Gemäß einer Ausführungsform sind die ersten und zweiten Steckkontakte in den Verbindungsbereichen zur Herstellung elektrischer Verbindungen zu Akkumulatorpaketen als männlicher Teil einer Steckverbindung ausgebildet. Die ersten und zweiten Steckkontakte in Verbindungsbereichen zur Herstellung elektrischer Verbindungen zu einem Ladegerät sind insbesondere als weiblicher Teil einer Steckverbindung ausgebildet.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Akkumulatorpaket für das elektrisch antreibbare Fahrzeug angegeben, das zur Verbindung mit Verbindungsbereichen des elektrisch antreibbaren Fahrzeugs ebenfalls einen Verbindungsbereich aufweist, der durch die beschriebene Steckereinheit bereitgestellt wird.
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Gemäß einer Ausführungsform sind erste und zweite Steckkontakte des Akkumulatorpakets zur Herstellung elektrischer Verbindungen zu dem Fahrzeug als weiblicher Teil einer Steckverbindung ausgebildet.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Ladegerät für ein Akkumulatorpaket für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug angegeben, wobei das Ladegerät zur Verbindung mit Verbindungsbereichen des elektrisch antreibbaren Fahrzeugs ebenfalls einen Verbindungsbereich aufweist, der durch die beschriebene Steckereinheit bereitgestellt wird.
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Dabei wird unter einem Ladegerät hier beispielsweise auch ein Ladekabel verstanden. Das Ladegerät kann insbesondere direkt mit dem Fahrzeug oder wahlweise direkt mit einem Akkumulatorpaket verbindbar sein, so dass über das Ladegerät ein Akkumulatorpaket sowohl dann geladen werden kann, wenn es am Fahrzeug angebracht ist, als auch, wenn es sich beispielsweise in der Wohnung des Benutzers befindet.
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Mit der beschriebenen Ausbildung des Ladegeräts wird sichergestellt, dass die Funktionalität des Fahrzeugs gewährleistet bleiben kann, wenn das Ladegerät angeschlossen und die Leistungsanschlüsse am Verbindungsbereich zum Ladegerät somit sicher abgedeckt sind.
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Gemäß einer Ausführungsform sind erste und zweite Steckkontakte des Ladegeräts zur Herstellung elektrischer Verbindungen zu dem Fahrzeug als männlicher Teil einer Steckverbindung ausgebildet.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Abdeckkappe für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug angegeben, wobei die Abdeckkappe zum Abdecken eines Verbindungsbereichs ausgebildet ist und selbst einen Verbindungsbereich mit zwei funktionsgleichen, symmetrisch zur Mittelachse des Verbindungsbereichs angeordneten zweiten Steckkontakten aufweist, über die der Sicherheitskreis geschlossen werden kann, wenn die Abdeckkappe den Verbindungsbereich abdeckt.
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Die Abdeckkappe kann beispielsweise aus Gummi ausgebildet sein. Unter Umständen kann sich die Abdeckkappe für den Verbindungsbereich zum Akkumulatorpaket von einer Abdeckkappe für einen Verbindungsbereich zum Ladegerät unterscheiden und beispielsweise männliche und weibliche Anschlüsse invertiert aufweisen. Grundsätzlich jedoch kann die Abdeckkappe für beide Bereiche verhältnismäßig einfach ausgebildet sein und lediglich die elektrische Verbindung der beiden Anschlüsse des Sicherheitskreises zur Verfügung stellen zusammen mit einer isolierenden Abdeckung für die Leistungsanschlüsse.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Abdeckkappe zur Abdeckung von Verbindungsbereichen des Fahrzeugs zur Herstellung elektrischer Verbindungen zu Akkumulatorpaketen vorgesehen, so dass ihre zweiten Steckkontakte als weiblicher Teil einer Steckverbindung ausgebildet sind.
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In einer alternativen Ausführungsform ist die Abdeckkappe zur Abdeckung von Verbindungsbereichen des Fahrzeugs zur Herstellung elektrischer Verbindungen zu einem Ladegerät vorgesehen ist, so dass ihre zweiten Steckkontakte als männlicher Teil einer Steckverbindung ausgebildet sind.
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von schematischen Figuren näher beschrieben.
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1 zeigt schematisch ein elektrisch antreibbares Fahrzeug, nämlich einen Elektroroller, der Platz für drei Akkumulatorpakete 4 hat. In der gezeigten Ausführungsform weist das Fahrzeug 1 drei Verbindungsbereiche 2 auf zur elektrischen Verbindung des Fahrzeugs 1 zu jeweils einem Akkumulatorpaket 4. Ferner weist das Fahrzeug 1 einen Verbindungsbereich 3 auf zur elektrischen Verbindung des Fahrzeugs 1 mit einem Ladegerät 10. Die Verbindungsbereiche 2, 3 sind durch Steckereinheiten S bereitgestellt, die in das Fahrzeug, in die Akkumulatorpakete und in das Ladegerät und gegebenenfalls in weitere Komponenten integriert sind.
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Die Verbindungsbereiche 2 umfassen jeweils zwei Leistungsanschlüsse 5 für eine positive elektrische Spannung sowie einen Leistungsanschluss 6 für eine negative elektrische Spannung bzw. Masse. Die Leistungsanschlüsse 5, 6 sind als erste Steckkontakte realisiert. In der gezeigten Ausführungsform sind die Leistungsanschlüsse 5 und 6 jeweils als männliche Steckeranschlüsse ausgebildet.
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Ferner weisen die Verbindungsbereiche 2 ebenfalls als männliche Anschlüsse bzw. Pins ausgebildete zweite Steckkontakte 7 auf, die Anschlüsse zur Signalübertragung bereitstellen. In der gezeigten Ausführungsform sind pro Verbindungsbereich 2 acht derartige zweite Steckkontakte 7 vorgesehen, von denen jeweils vier Anschlüsse Datenbussen zugeordnet sind (2 CAN Low und 2 CAN High), zwei Anschlüsse, die hiermit „detect“ bezeichnet sind, dazu vorgesehen sind, das Fahrzeug 1 erkennen zu lassen, ob ein Ladegerät angeschlossen ist und jeweils zwei Anschlüsse, die hiermit IL oder „Interlock“ bezeichnet sind, Anschlüsse eines Sicherheitskreises bereitstellen, die elektrisch miteinander verbunden werden müssen, um den Sicherheitskreis 8 zu schließen. In der gezeigten Ausführungsform ist lediglich ein Sicherheitskreis 8 vorgesehen, der durch sämtliche Verbindungsbereich 2, 3 geführt ist. Es wäre jedoch auch denkbar, mehrere einzelne Sicherheitskreise vorzusehen.
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Der Verbindungsbereich 3 für das Ladegerät 10 weist invertierte Steckkontakte auf, d.h. die ersten Steckkontakte 5 und 6, die Leistungsanschlüsse bereitstellen, sind weiblich ausgebildet. Die zweiten Steckkontakte 7, die Signalanschlüsse bereitstellen, sind ebenfalls weiblich ausgebildet.
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In der gezeigten Ausführungsform ist lediglich ein Akkumulatorpaket 4 am Fahrzeug 1 montiert. Das Akkumulatorpaket 4 weist ebenfalls einen durch eine Steckereinheit S bereitgestellten Verbindungsbereich 12 mit ersten Steckkontakten 15, 16 auf, die Leistungsanschlüsse bereitstellen und in der gezeigten Ausführungsform weiblich ausgebildet sind. Der Verbindungsbereich 12 umfasst ferner acht zweite Steckkontakte 10, die Anschlüsse zur Signalübertragung bereitstellen und ebenfalls weiblich ausgebildet sind. Zwei der zweiten Steckkontakte, nämlich die zweiten Steckkontakte 18, sind Anschlüsse zum Schließen des Sicherheitskreises 8. Bei angestecktem Akkumulatorpaket 4 werden somit über die Anschlüsse 18 und die im Akkumulatorpaket angeordnete elektrische Verbindung der beiden Anschlüsse 18 die Anschlüsse 7 des Sicherheitskreises 8 am Fahrzeug 1 miteinander verbunden. Die Leistungsanschlüsse 5, 6 in den entsprechenden Verbindungsbereichen 2 sind damit unter Spannung, sofern der Sicherheitskreis 8 auch sonst geschlossen ist. Da der Verbindungsbereich 2 durch das Akkumulatorpaket 4 abgedeckt ist, besteht keine Gefahr durch Stromschlag durch Berühren der Leistungsanschlüsse 5, 6.
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An den übrigen Verbindungsbereichen 2 sind in der gezeigten Ausführungsform gerade keine Akkumulatorpakete 4 vorgesehen. In diesen wäre der Sicherheitskreis 8 demnach offen und das Fahrzeug 1 könnte nicht betrieben werden. Damit das Fahrzeug 1 jedoch auch mit nur einem Akkumulatorpaket 4 oder lediglich mit angestecktem Ladegerät 10 betrieben werden kann, sind den anderen Verbindungsbereichen 2 Abdeckkappen 20 angeordnet, die auf die Verbindungsbereiche 2 gesteckt werden und die lediglich zwei zweite Steckkontakte 27 aufweisen, über die der Sicherheitskreis 8 geschlossen werden kann. Die Abdeckkappen 20 stellen somit lediglich zwei Funktionalitäten dar, nämlich sie schließen den Sicherheitskreis 8 über die Steckkontakte 27, und ihr Gehäuse 22 stellt eine elektrische Isolierung der ansonsten freiliegenden Leistungsanschlüsse 5, 6 des Fahrzeugs 1 zur Verfügung. Die Steckereinheiten der Abdeckkappen sind in den Figuren mit S' bezeichnet.
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Auf der rechten Seite in 1 ist gezeigt, wie das Ladegerät 10 mit einem Akkumulatorpaket 4 gegebenenfalls über ein Verlängerungskabel 30 bzw. ein Notfallkabel 40 verbunden werden kann. Das Notfallkabel 40 dient beispielsweise dazu, das Fahrzeug 1 zu betreiben, beispielsweise zu öffnen, wenn kein Akkumulatorpaket am Fahrzeug 1 montiert ist und kein Back-up-Akkumulator Paket oder keine andere Back-up-Stromversorgung vorhanden oder einsatzbereit ist.
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Die 3 und 4 zeigen die Verbindungsbereiche 2 bzw. 3 am Fahrzeug. Auf der rechten Seite von 3 ist eine Steckereinheit S im Querschnitt gezeigt. Dabei ist erkennbar, dass die die Anschlüsse 5 und 7 bereitstellenden Steckkontakte spiegelsymmetrisch zur Mittelachse M angeordnet sind und der Leistungsanschluss 6 auf der Mittelachse M. Ferner ist erkennbar, dass die zweiten Steckkontakte 7 um den Betrag Δ kürzer ausgebildet sind als die ersten Steckkontakte 5, 6. Sämtliche Kontaktanschlüsse sind in eine Kunststoffmatrix K der Steckereinheit S eingebettet.
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Die 5 zeigt den Verbindungsbereich 12 am Akkumulatorpaket.
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Die 6 zeigt den Verbindungsbereich am Ladegerät 10. Dabei ist erkennbar, dass der Sicherheitskreis 8 innerhalb des Ladegeräts 10 über zwei Dioden 19 geführt ist. Dies hat den Vorteil, dass über den Sicherheitskreis erkannt werden kann, ob ein Ladegerät 10 am Fahrzeug angesteckt ist, da dann der detect-Eingang nicht auf Masse gelegt wird wie in den übrigen Verbindungsbereichen, sondern auf die doppelte Diodendurchflussspannung.
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7 zeigt den Verbindungsbereich des Notfallkabels.
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8 zeigt den Verbindungsbereich des Verlängerungskabels.
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Sämtliche Verbindungsbereiche 2, 3, 10, 12 sowie die Verbindungsbereiche am Ladegerät, am Notfallkabel und am Verlängerungskabel sind als Steckereinheiten S ausgebildet. Jede Steckereinheit ist symmetrisch zum mittig angeordneten Leistungsanschluss ausgebildet, das heißt, jede Steckereinheit weist auf der einen Seite des mittigen Leistungsanschlusses gespiegelt dieselben Leistungs- und Signalanschlüsse, d.h. Anschlüsse mit derselben Funktion, auf wie auf der anderen Seite:
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Jede Steckereinheit S weist einen mittigen sowie zwei äußere Leistungsanschlüsse auf, wobei die äußeren Leistungsanschlüsse dieselbe Funktion haben und z.B. beide als positive Anschlüsse ausgebildet sind.
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Jede Steckereinheit S weist in der gezeigten Ausführungsform jeweils zwischen dem mittigen und jedem der äußeren Leistungsanschlüsse vier Signalanschlüsse auf, so dass jede Steckereinheit insgesamt acht Signalanschlüsse aufweist, die hier teilweise als zweite Steckkontakte bezeichnet werden.
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Auch die Signalanschlüsse sind jeweils doppelt mit derselben Funktion vorhanden, wobei Signalanschlüsse mit derselben Funktion spiegelsymmetrisch zum mittigen Leistungsanschluss angeordnet sind. Signalanschlüsse mit derselben Funktion sind teilweise innerhalb der Steckereinheit miteinander verbunden.
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Nicht nur die Funktion, sondern auch die Ausbildung der einander jeweils entsprechenden Anschlüsse beispielsweise als weibliche oder männliche Stecke ist gleich.
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Demnach sind die Anschlüsse jeder Steckereinheit symmetrisch angeordnet und die Funktionalität der Steckereinheit bleibt erhalten, wenn diese um 180 Grad gedreht wird.
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In jeder Steckereinheit sind die Signalanschlüsse kürzer ausgebildet als die Leistungsanschlüsse. Beim Abziehen eines Steckers wird demnach die Signalverbindung getrennt, bevor die Leistungsverbindung getrennt wird. Dadurch wird der Sicherheitskreis geöffnet, bevor die Leistungsverbindung getrennt wird. Dadurch wird ein Abziehen des Steckers erkannt, bevor die Leistungsverbindung getrennt wird, und die Bildung eines Lichtbogens verhindert werden, indem die Leistungsanschlüsse stromlos geschaltet werden.
