DE19525210A1 - Elektrische Steckvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Steckvorrich­ tung mit einer Steckdose, durch die ein Verbraucher an das Versorgungsnetz angeschlossen werden kann, und einen Stecker.

Aus DE 32 26 265 A1 ist ein flexibles elektrisches Kabel bekannt, das außer den elektrischen Versor­ gungsleitungen für den Netzanschluß eines Gerätes einen Lichtwellenleiter enthält, über den Signale übertragen werden können. Während elektrische Signalleitungen, die zusammen mit Versorgungsleitungen in einem gemeinsamen Kabel verlegt sind, von den Versorgungsleitungen ge­ stört werden (Übersprechen), werden Lichtsignale durch Ströme oder Spannungen der Versorgungsleitungen nicht beeinflußt.

Aus DE 32 27 770 C2 ist eine elektrische Steckvorrich­ tung in Form einer Steckdose bekannt, die den Anschluß eines Netzkabels an installierte Netzleitungen ermög­ licht und außerdem einen gebäudeseitig installierten Lichtwellenleiter mit einem Lichtwellenleiter des anzu­ schließenden Kabels optisch verbindet. Hierzu ist wenigstens ein Kontaktteil der elektrischen Steckvor­ richtung der Steckdose zugleich als Lichtwellenleiter- Steckvorrichtung ausgebildet. Die Steckvorrichtung ver­ bindet daher den elektrischen und den optischen Teil eines Kabels mit den gebäudeseitigen elektrischen Ver­ sorgungsleitungen und den optischen Datenleitungen.

In den letzten Jahren gewinnt die Hausleittechnik eine immer größere Bedeutung. Hierbei werden Datentelegramme über ein in einem Gebäude installiertes Busleitungssy­ stem übertragen. Das Busleitungssystem enthält elektri­ sche Busankoppler, die imstande sind, Datentelegramme zu erzeugen und in das Busleitungssystem einzugeben und Datentelegramme zu empfangen und auszuwerten. Die Bus­ ankoppler werden jeweils mit einem externen elek­ trischen Gerät verbunden. Auf diese Weise ist es mög­ lich, über das Busleitungssystem elektrische Geräte im Gebäude zu überwachen, fernzusteuern oder zu schalten. Ein derartiges Signalübertragungssystem für die Haus­ leittechnik ist in EP 0 344 609 B1 beschrieben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elek­ trische Steckvorrichtung zu schaffen, die den gleich­ zeitigen Anschluß eines elektrischen Gerätes an das Stromnetz und ein Informationsübertragungssystem ermög­ licht, ohne daß in dem anzuschließenden Kabel die Da­ tenleitungen von den Netzleitungen beeinflußt würden.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen.

Die erfindungsgemäße Steckvorrichtung ist generell auf der Grundlage der üblichen Steckdosen für die Netzver­ sorgung konzipiert. Derartige Steckdosen weisen einen an einem Halter befestigten Sockel, Steckklemmen und Anschlußklemmen für Netzleitungen auf. Nach der Erfin­ dung enthält die Steckdose zusätzlich einen lichtelek­ trischen Wandler oder Lichtleiter, der durch mitein­ ander fluchtende Fenster in den Seitenwänden der Steck­ dose und des Steckerkörpers mit einem im Steckerkörper befindlichen Lichtleiter kommuniziert. Auf diese Weise erfolgt auf dem Lichtweg eine Datenübertragung zwischen Steckdose und Stecker, wobei die Datenübertragung gene­ rell in beiden Richtungen möglich ist. Die Fenster sind in den Seitenwänden von Einsatz und Steckerkörper ange­ ordnet, wodurch die lichttechnischen Teile nicht in räumlichem Konflikt mit den am Steckdosensockel mon­ tierten elektrischen Teilen kommen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist in der Steckdose ein elektronischer Busankoppler enthalten, der mit einer Busleitung verbindbar ist und mindestens einen lichtelektrischen Wandler aufweist, der durch die Fenster hindurch mit einem an dem Stecker angeschlossenen Lichtleiter kommuniziert.

Dieser Busankoppler ist eine elektronische Vorrichtung, die mit anderen Busankopplern einen elektronischen Telegrammverkehr durchführen kann, z. B. ein "Bus Inter­ face Module" (BIM). Sie enthält beispielsweise einen Mikroprozessor und elektronische Speicher. Der Busan­ koppler ist mit einem lichtelektrischen Wandler ver­ bunden, der in der Steckdose enthalten ist und durch ein Fenster des Einsatzes der Steckdose hindurch mit einem Lichtleiter kommunizieren kann, der in dem zuge­ hörigen Stecker endet, welcher in die Steckdose einge­ steckt werden kann. Auf diese Weise dient die Steckdose nicht nur zum Herstellen elektrischer oder optischer Kopplungen, sondern sie dient zugleich zur Umwandlung elektrischer Signale in Lichtsignale bzw. zur Umwand­ lung von Lichtsignalen in elektrische Signale. Während die Datenverarbeitung in dem gebäudeseitigen elek­ trischen Hausleitsystem durchgeführt wird, hat die Steckdose die Aufgabe, Signale, die von dem angeschlos­ senen Gerät über Lichtleiter übertragen werden, in elektrische Signale umzuwandeln und/oder elektrische Signale, die von dem Busankoppler erzeugt werden, in Lichtsignale für das angeschlossene Gerät umzuwandeln. Auf diese Weise können die üblichen elektrischen Haus­ leitsysteme verwendet werden, die vom Versorgungsnetz entkoppelt sind und somit durch das Versorgungsnetz nicht gestört werden, während der Anschluß des elek­ trischen Gerätes über ein flexibles Kabel erfolgt, in dem die elektrischen Versorgungsleitungen mit Licht­ leitern kombiniert sind. Die Signale in Lichtwellen­ leitern werden durch Spannungen oder Ströme der Versor­ gungsleitungen nicht beeinflußt, so daß kein Über­ sprechen stattfindet.

Hierbei ist also der Übergang zwischen Elektronik und Lichtsignaltechnik in der Steckdose selbst vorgesehen, so daß keine zusätzlichen Apparate benötigt werden und der Anschluß eines elektrischen Gerätes in der üblichen Weise durch einfaches Einstecken eines Steckers in eine Steckdose erfolgen kann. Die über den Datenbus über­ tragenen analogen oder digitalen elektrischen Signale werden in der Steckdose in optische Signale umgewan­ delt. Diese optischen Signale werden in dem elektris­ chen Anschlußkabel übertragen und im Gerät wieder in elektrische Signale umgewandelt. In der Regel ist der Signalfluß zwischen dem Gerät und dem Datenbus bidirek­ tional. Dieser bidirektionale Datenfluß kann über zwei Lichtwellenleiter (einen für jede der beiden Rich­ tungen) geführt werden, oder auch im Einleiterbetrieb, wenn für die Hinleitung ein anderes Zeitfenster zur Verfügung steht als für die Rückleitung.

Die erfindungsgemäße Steckvorrichtung ist auch einsetz­ bar für solche Fälle, in denen im Gebäude ein Licht­ leitersystem für die Informationsübertragung instal­ liert ist. In diesem Fall sind elektronische Busan­ koppler nicht vorhanden.

Ein besonderer Vorteil besteht darin, daß die Steckdose wahlweise mit und ohne Lichtsignalübertragung betrieben werden kann, in Abhängigkeit davon, ob der verwendete Stecker eine Lichtübertragung ermöglicht. Wird in die Steckdose ein üblicher Stecker, der nur für den Netz­ anschluß geeignet ist, eingesteckt, so funktioniert die Steckdose als normale elektrische Steckdose ohne Daten­ übertragung.

Im Rahmen der Erfindung besteht die Möglichkeit, den lichtelektrischen Wandler (als Sender oder Empfänger) im vorderen Teil der Steckdose, also in dem Bereich des Fensters des topfförmigen Einsatzes, anzuordnen, wo­ durch ein kurzer Lichtweg bis zum Lichtwellenleiter des Steckers erreicht wird. Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Wandler an dem Busankoppler anzuordnen und ihn an einen Lichtleiter anzuschließen, der das Licht bis zur Durchlaßöffnung weiterleitet.

Im Rahmen der Erfindung ist ein lichtelektrischer Wand­ ler ein Wandler, der entweder elektrische Signale in Lichtsignale oder Lichtsignale und elektrische Signale umwandelt.

Die Erfindung bewirkt eine sichere Lichtübertragung von der Steckdose zum Stecker und in Gegenrichtung, wobei die Lichtverluste durch seitlichen Versatz, Winkelver­ satz und Separation am Luftspalt so gering gehalten werden, daß dadurch die Funktion der Datenübertragung nicht beeinträchtigt wird.

Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnun­ gen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines zu der Steckvorrichtung gehörenden Steckers,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II von Fig. 1,

Fig. 3 eine Frontansicht der zu der Steckvorrichtung gehörenden Steckdose bei abgenommenen Einsatz,

Fig. 4 eine Frontansicht der Steckdose, wobei der Ein­ satz teilweise aufgeschnitten ist,

Fig. 5 die gleiche Darstellung wie Fig. 4 bei einge­ setztem Stecker,

Fig. 6 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausfüh­ rungsform der Steckdose mit Unverwechselbar­ keitseinrichtung, und

Fig. 7 eine Ansicht einer dritten Ausführungsform, die ohne Lichtleiter in der Steckdose auskommt.

Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Stecker ST ist ist in diesem Beispiel ein vergossener Stecker, der dauerhaft mit einem Kabel 10 verbunden ist und nicht geöffnet werden kann. Der Stecker ST hat einen im wesentlichen zylindrischen Steckerkörper 11, von dem ein Kabelansatz 12 seitlich absteht. Das Kabel 10 ent­ hält außer elektrischen Leitern 13 zwei Lichtleiter 14 und 15, die in den Steckerkörper 11 hineinführen.

Aus der Stirnfläche des Steckerkörpers 11 ragen in be­ kannter Weise zwei Kontaktstifte 16 heraus. Der Steckerkörper enthält ferner Lichtleiter 17, 18, die die im Kabel verlaufenden Lichtleiter 14 und 15 verlängern und die jeweils an einem Fenster 19, 20 enden, das der Seitenwand des Steckerkörpers 11 vorgesehen ist. Bei den Fenstern 19, 20 kann es sich um einfache Öffnungen oder auch um Fenster aus Glas oder einem anderen licht­ durchlässigen Material handeln. Die Enden der Licht­ leiter 17 und 18 sind zu Linsenköpfen 17a bzw. 18a ver­ formt, welche einen größeren Durchmesser haben als die Lichtleiter und außerdem bewirken, daß das aus dem Lichtleiter austretende Licht im wesentlichen parallel verläuft.

In den Fig. 3 und 4 ist die zugehörige Steckdose SD dargestellt. Diese weist einen Rahmen 21 auf, der hier aus Metall besteht und sämtliche Komponenten der Steck­ dose trägt. Der Rahmen 21 weist eine Frontplatte 21a auf, mit der er in der Umgebung einer Unterputzdose an einer Wand abgestützt wird. Der Rahmen 21 hat außerdem Krallen zur Befestigung der Steckdose in einer Unter­ putzdose.

Der Rahmen 21 enthält einen aus isolierendem Material bestehenden Sockel 22, an dem Steckklemmen 23 für die Kontaktstifte 16 des Steckers ST und Anschlußklemmen 24 für Netzleitungen vorgesehen sind. Zur Frontseite hin ist in den Rahmen 21 ein aus Kunststoff bestehender topfförmiger Einsatz 25 eingesetzt, der bis zum Sockel 22 reicht und an diesem mit einer Schraube 26 ver­ schraubt ist. Der Einsatz 25 enthält Löcher 27 für den Durchtritt der Kontaktstifte 16 des Steckers ST. An der Frontseite ist der Einsatz 25 mit einer Blendenplatte 25a versehen, die dem Rahmen 21 vorgesetzt ist und diesen mit ihrer gesamten Fläche überdeckt. Der Einsatz 25 bildet eine Aufnahme für den Stecker ST.

Die Steckdose SD ist in eine Wanddose 28 eingesetzt, die in Fig. 6 nur schematisch angedeutet ist. Diese Wanddose ist eine Doppel-Dose, d. h. sie hat eine Größe, die doppelt so groß ist wie eine Wanddose, die nur zur Aufnahme des Sockels 22 dienen würde. Seitlich neben dem Sockel 22 ist ein Gehäuse 29 angebracht, das dem Sockel einstückig angeformt ist. Dieses Gehäuse 29 dient zur Aufnahme der elektronischen Schaltung eines Busankopplers BA, die auf einer Leiterplattes 30 mon­ tiert ist. Aus dem Gehäuse 29 ragen Kontaktstifte 31 heraus, an die ein Stecker angeschlossen werden kann, der die Verbindung mit einem (nicht dargestellten) im Gebäude installierten Datenbus herstellt und den Busan­ koppler BA mit dem Datenbus verbindet.

Das Gehäuse 29 ist mit einem Deckel 29a verschlossen, der nach Abnehmen der aus dem Einsatz 25 und der Blendenplatte 25a bestehenden Baugruppe freiliegt und abgenommen werden kann.

Das Gehäuse 29 ist ebenso wie der Sockel 22 mit Spreiz­ krallen zur Befestigung in der Wanddose 28 versehen. Durch Schlitze in der Seitenwand des Einsatzes 25 ragen die Federbeine 31 eines Kontaktbügels hindurch, der mit dem Schutzleiter verbunden ist.

Der Busankoppler BA enthält zwei lichtelektrische Wand­ ler, von denen einer ein Lichtsender S und einer ein Lichtempfänger E ist. Der Lichtsender S besteht bei­ spielsweise aus einer lichtemittierenden Diode und der Lichtempfänger E aus einer Photodiode oder einem Photo­ transistor. An den Lichtsender S ist ein Lichtleiter 33 angeschlossen, der zu einem Fenster 34 in der Umfangs­ wand 35 des topfförmigen Einsatzes 25 führt. Das Ende des Lichtleiters 33 ist in einem Block 36 fixiert, der an dem Sockel 22 bzw. dem Gehäuse 29 befestigt ist und eine hochgenaue Positionierung des Lichtleiterendes gewährleistet. Das Ende des Lichtleiters 33 ist als Linsenkopf 33a ausgebildet. Der Linsenkopf 33a hat einen gegenüber dem Lichtleiter 33 vergrößerten Durch­ messer und bildet eine konvexe Stirnfläche. Der Block 36 ist so angeordnet, daß der in ihm fixierte Linsen­ kopf in korrekter Ausrichtung und Lage unmittelbar hinter dem Fenster 34 des Einsatzes 25 positioniert wird.

In ähnlicher Weise ist der Lichtempfänger E mit einem Lichtleiter 37 gekoppelt, der einen Linsenkopf 37a hat, welcher in einem Block 38 hinter einem weiteren Fenster 39 des Einsatzes 25 angeordnet ist. Die Fenster 34 und 39 befinden sich zu beiden Seiten desjenigen Feder­ schenkels 31, der der Busankopplungseinheit BA zuge­ wandt ist.

Die Lichtleiter 33 und 37 bestehen aus optischen Fasern. Das Ende jedes Lichtleiters ist mit einer Schraubkupplung 40 mit dem zugehörigen Lichtsender mit S bzw. Lichtempfänger E verbunden.

Fig. 6 zeigt den Zustand, daß der Stecker ST voll­ ständig in den Einsatz 25 der Steckdose SD eingesteckt ist. Dann kommen die beiden Fenster 19 und 20 im Steckerkörper L komplett zur Deckung mit den beiden Fenstern 34 und 39, die in der Umfangswand 35 des Ein­ satzes 25 vorgesehen sind. Die Enden der Lichtleiter 17, 18 im Stecker ST sind axial mit den Enden der Licht­ leiter 33, 37 der Steckdose SD ausgerichtet. Licht, das aus dem Linsenkopf 33a ausgesandt wird, gelangt durch die beiden Fenster 34 und 19 zum Linsenkopf 18a des steckerseitigen Lichtleiters 18. Licht, das aus dem Linsenkopf 17a des Lichtleiters 17 austritt, gelangt durch die Fenster 20 und 39 in den Linsenkopf 37a des steckdosenseitigen Lichtleiters 37. Die Linsenköpfe bewirken jeweils, daß das Licht aus dem Lichtleiter aus dem es austritt im wesentlichen parallel gerichtet aus­ tritt. Dies hat zur Folge, daß ein geringer Versatz der beiden axial zueinander ausgerichteten Lichtleiterenden nur einen sehr geringen zu vernachlässigenden Lichtver­ lust zur Folge hat. Ein solcher Versatz kann beispiels­ weise dadurch auftreten, daß der Stecker nicht voll­ ständig in die Steckdose eingesteckt ist.

Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 7 sind der Licht­ sender S und der Lichtempfänger E unmittelbar hinter den Fenstern 34 und 39 des Einsatzes 25 angeordnet, so daß für die Lichtübertragung innerhalb der Steckdose SD keine Lichtleiter erforderlich sind. Der Lichtsender und der Lichtempfänger sind an dem dem Sockel 22 Zuge­ wandten Rand der Leiterplatte 30 befestigt und zu dem jeweiligen Fenster 34 bzw. 39 hin gebogen.

Wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, ist die Blendenplatte 25a mit einer nach vorne vorstehenden Erhebung 40 ver­ sehen, die eine Unverwechselbarkeitseinrichtung dar­ stellt. Diese Erhebung 40 stellt nämlich sicher, daß der in Fig. 1 dargestellte Stecker nur in einer defi­ nierten Steckerposition in den Einsatz 25 eingesteckt werden kann, nämlich wenn der Kabelansatz 12 zu der der Erhebung 40 abgewandten Seite zeigt. Ein "falsches" Einstecken des Steckers, bei dem die Fenster von Stecker und Steckdose nicht zur Deckung kommen würden, wird dadurch verhindert, daß der Kabelansatz 12 mit dem Vorsprung 40 kollidiert.

Die Busankopplungseinheit BA enthält eine digitale oder analoge Datenverarbeitungsschaltung in Form einer oder mehrerer integrierter Schaltungen. Sie wandelt Signal­ telegramme, die auf der Busleitung ankommen, in ent­ sprechende Signale für das angeschlossene elektrische Gerät um. Diese Signale werden zum Lichtsender S über­ tragen, der entsprechende Lichtsignale aussendet und diese werden durch den Lichtwellenleiter 14, der durch das Kabel 10 hindurchführt, zu dem elektrischen Gerät übertragen, wo sie wieder in elektrische Signale um­ gesetzt werden.

Andererseits werden elektrische Signale, die von einer Steuereinrichtung oder einem Meßwertaufnehmer des elek­ trischen Geräts erzeugt werden, zunächst in Lichtsigna­ le umgewandelt, die über den Lichtwellenleiter 15 durch das Kabel 10 übertragen werden. Diese Lichtsignale werden in den Lichtempfänger E der Steckdose SD eing­ ekoppelt, wo sie in elektrische Signale umgewandelt werden, welche an den Busankoppler übertragen werden. Der Busankoppler wandelt diese Signale in Telegramme um, welche über die Busleitung abgesandt werden.

Die Erfindung ist vorteilhaft auch für solche Steckdo­ sen anwendbar, die als sogenannte "Kinderschutzsteckdo­ se" ausgebildet sind und hinter dem Einsatz 25 einen Sperrschieber haben. Durch diesen Sperrschieber werden die Löcher 27 selbsttätig verschlossen, wenn kein Stecker eingesteckt ist. Durch Einschieben des Steckers in die Steckdose wird der Sperrschieber seitlich ver­ schoben, wodurch der Durchtritt der Steckerstifte er­ möglicht wird. Bei Anordnung der Fenster in den Seiten­ wänden von Einsatz und Steckerkörper wird vermieden, daß die Lichtübertragung mit der Sperrmechanik kolli­ diert.

Claims (9)

1. Elektrische Steckvorrichtung mit einem Stecker (ST), der abstehende Kontaktstifte (16) aufweist, und einer Steckdose (SD), die einen topfförmigen Einsatz (25) zur Aufnahme eines Teiles des Steckerkörpers (11) und Löcher (27) zum Einstecken der Kontaktstifte (16) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Steckdose (SD) mindestens einen lichtelek­ trischen Wandler (SE) oder Lichtleiter (33, 37) enthält, der durch im eingesteckten Zustand des Steckers miteinander fluchtende Fenster (19, 34; 20, 39) im Steckerkörper (11) und im Einsatz (25) mit dem einen Ende eines im Stecker (ST) vor­ gesehenen Lichtleiters (17, 18) optisch koppelbar ist, wobei die Fenster in den Seitenwänden von Einsatz (25) und Steckerkörper (11) angeordnet sind.

2. Steckvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das im Bereich eines Fensters liegende Ende eines Lichtleiters (17, 18; 33, 37) mit einem angeformten Linsenkopf (17a, 18a; 33a, 37a) versehen ist.

3. Steckvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Linsenkopf (17a, 18a; 33a, 37a) einen größeren Durchmesser hat als der Lichtleiter (17, 18; 33, 37)

4. Steckvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Steckdose (SD) ein elektronischer Busankoppler (BA) enthalten ist, der mit einer Busleitung verbindbar ist und mindestens einen lichtelektrischen Wandler (SE) aufweist, der durch die Fenster (19, 34; 20, 39) hin­ durch mit einem an den Stecker (ST) angeschlos­ senen Lichtleiter (14, 15) kommuniziert.

5. Steckvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Busankoppler (BA) seitlich neben dem die elektrischen Klemmen (23, 24) tragenden Sockel (22) der Steckdose (SD) angeordnet ist.

6. Steckvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Sockel (22) und der Busankoppler (BA) eine langgestreckte Baueinheit zum Einsetzen in eine Doppel-Wanddose (28) bilden.

7. Steckvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stecker (ST) und/oder die Steckdose (SD) eine Unverwechselbar­ keitseinrichtung (40) aufweisen, die das Ein­ stecken des Steckers nur in einer einzigen Orien­ tierung zuläßt.

8. Steckdose mit mindestens einem Fenster (34, 39), zur Verwendung in einer Steckvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7.

9. Stecker mit mindestens einem Fenster (19, 20), zur Verwendung in einer Steckvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7.