DE19838492A1 - Explosionsgeschützte Steckverbindungsanordnung - Google Patents
Explosionsgeschützte SteckverbindungsanordnungInfo
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Abstract
Eine Steckverbindungsanordnung weist zwei Steckverbinderleisten auf, über die im zusammengesteckten Zustand der Strom von einer Stromquelle zu einem Verbraucher fließt. Zwischen einer Steckverbinderleiste und der Stromquelle bzw. dem Verbraucher sitzt eine Schalteinrichtung, deren Steuersignal ebenfalls über die beiden Steckverbinderleisten führt. Die Kontakte für die Hauptstromkreise eilen vor, während die Kontakte für den Steuerstrom nacheilen, so dass die Hauptstromkreise bereits geschlossen sind, ehe der Steuerstromkreis eingeschaltet wird. Dadurch wird ein Stromfluss in den Hauptstromkreisen beim Stecken oder Trennen der Kontakte der Hauptstromkreise verhindert.
Description
Aus der EP 0 261 307 ist ein explosionsgeschütztes
Modulgehäuse bekannt, das in explosionsgefährdeten Berei
chen angeordnet werden kann und dazu vorgesehen ist, mit
weiteren gleichen Modulgehäusen zusammen in ein Gestell
eingesetzt zu werden. Zur elektrischen Verbindung der
Modulgehäuse untereinander bzw. mit einer oder mehreren
Stromversorgungen sind an jedem Modulgehäuse zwei Arten
von Steckverbindergruppen vorgesehen.
Die eine Gruppe wird von Steckerstiften einer han
delsüblichen Steckerleiste gebildet, die mit einer eben
falls handelsüblichen Buchsenleiste im Gestell elektrisch
und mechanisch zusammenwirken. Über diese Kontaktstellen
werden sämtliche eigensichere Stromkreise geführt.
Eigensichere Stromkreise im Sinne des Explosions
schutzes sind Stromkreise, bei denen die Spannung gegen
über einem anderen stromführenden Leiter unterhalb eines
vorbestimmten Spannungsgrenzwertes liegt, der von den zu
erwartenden zündfähigen Gasgemischen abhängig ist. Außer
dem muss zwangsläufig sichergestellt sein, dass auf eigen
sicheren Stromkreisen der Strom unter einer vorbestimmten
Grenze bleibt, die ebenfalls von der Zündfähigkeit des zu
erwartenden Gemisches abhängig ist.
Da diese Bedingung nicht notwendigerweise auch für
die Stromversorgung gilt, denn hier ist die Spannung und/
oder der maximal zulässige Strom, häufig größer als die
Grenzwerte für die Zündschutzart "Eigensicher", werden
diese nichteigensicheren Stromkreise über Sondersteckver
binder geleitet, die zu der anderen Gruppe gehören.
Die Sondersteckverbinder bestehen wiederum aus einer
Steckerleiste an dem Modulgehäuse und einer Buchsenleiste
im Gestell. Sie sind jedoch so gestaltet, dass der
Steckerstift in der Buchsenleiste von einem Kontaktraum
umschlossen ist, der bei eingeführtem Stecker die Bedin
gungen für die Zündschutzart "Druckfeste Kapselung" er
füllt. Hierzu muss der Spalt zwischen der Bohrung in dem
Isolierkörper für die Buchse und einer isolierenden Umman
telung des Steckerstiftes die Bedingungen des "Ex-Spaltes"
erfüllen. Da diese Toleranzen relativ eng sind, ergibt
sich für die Steckverbindermittel der nichteigensicheren
Stromkreise ein erheblicher Fertigungs- und Bauaufwand und
ein nicht unbeachtlicher Platzbedarf.
Darüber hinaus wird ein zusätzlicher Schalter auf der
Gestellseite benötigt, um die Buchsen spannungslos zu
schalten, wenn die Steckerstifte aus den Buchsen herausge
zogen sind.
Bei einer anderen aus der EP 0 261 307 bekannten Lö
sung ist die Buchse für einen nichteigensicheren Strom
kreis in dem Buchsenträger beweglich gelagert und bildet
zusammen mit einem dahinter befindlichen Kontakt einen
Schalter, der beim Einstecken bzw. Herausziehen des Ste
ckerstiftes betätigt wird.
Auch diese Lösung ist mechanisch sehr aufwendig und
lässt sich nicht beliebig weit miniaturisieren.
Insbesondere eignen sich beide Lösungen nur für Mo
dulgehäuse ab ca. einer Größe, die zur Aufnahme von Lei
terplatten im Europa-Format geeignet sind. Sie eignen sich
weniger für miniaturisierte Busschienensysteme, einfach
aufgrund ihres Platzbedarfes. Darüber hinaus ist die Lö
sung wegen der nicht handelsüblichen Stecker- und Buchsen
leisten verhältnismäßig teuer.
Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, eine
Steckverbindungsanordnung zu schaffen, die einen geringe
ren mechanischen Aufwand erfordert und kostengünstiger
und/oder raumsparender ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Steck
verbindungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruches 1
gelöst.
Bei der neuen Lösung können auf der Stromversorgungs-
und auf der Verbraucherseite einfache Steckverbinder ver
wendet werden. Soweit die Stromkreise, die über diese
Steckverbinder geführt werden, nicht eigensicher sind, ist
eine steuerbare Schaltereinrichtung hierzu vorgesehen, die
einen Eingang und einen Ausgang aufweist. Diese Schalter
einrichtung ist eingangsseitig an den wenigstens einen
Steckerstift oder ausgangsseitig an die wenigstens eine
Steckbuchse elektrisch angeschlossen. Die Schaltereinrich
tung kennt zwei Betriebszustände, nämlich einen nieder
ohmigen Betriebszustand und einen hochohmigen Betriebs
zustand, jeweils gemessen zwischen Eingang und Ausgang.
Der Schaltereinrichtung ist eine Steuereinrichtung
zugeordnet, die mit einem Steuersignal arbeitet, das von
dem jeweils anderen Steckverbindungsteil kommt, und zwar
in der Weise, dass die Steuereinrichtung die Schaltein
richtung erst dann in den niederohmigen Zustand bringt,
wenn der wenigstens eine Steckerstift mit der wenigstens
einen Steckbuchse eine zuverlässige elektrisch leitende
Verbindung bildet, während umgekehrt die Schalteinrichtung
bereits dann in den hochohmigen Zustand gebracht wird,
noch bevor beim Trennen die elektrisch leitende Verbindung
zwischen dem Steckerstift und der Steckbuchse aufgetrennt
wird.
Zufolge dieser Lösung können an der Trennstelle zwi
schen Steckbuchse und Steckerstift auf keinen Fall irgend
welche zündfähigen Funken entstehen, da sie immer im
stromlosen Zustand miteinander in Verbindung gebracht oder
voneinander getrennt werden. Es genügt, wenn die Steck
verbindung im gesteckten Zustand zwischen Steckerstift und
Steckerbuchse die Anforderungen an die Zündschutzart "Er
höhte Sicherheit" erfüllt oder eine nicht störanfällige
Verbindung gemäß den Anforderungen der Zündschutzart "Ei
gensicherheit" darstellt.
Diese Anforderung können sowohl durch Steckbuchsen
oder Stecker mit Vielfachkontaktstellen erzeugt werden,
als auch durch einfache Steckbuchsen und Steckerstifte,
wenn hiervon mehrere elektrisch parallelgeschaltet sind.
Die Sicherheitsvorschriften gehen davon aus, dass in kei
nem der Fälle sämtliche Kontaktstellen aufgrund von Er
schütterungen gleichzeitig Unterbrechungen erleiden, die
zu Funken führen könnten.
Bei Verwendung in Busschienensystemen ist es von Vor
teil, wenn die Schaltereinrichtung nicht in der Busschie
ne, sondern auf der Seite des Verbrauchers angeordnet ist.
Die Unterbringung auf der Seite des Verbrauchers
schaltet außerdem automatisch die Steckerstifte spannungs
los, was dann erforderlich ist, wenn auf der Verbraucher
seite Kondensatoren enthalten sind, die unter Umständen
über längere Zeit an den Steckerstiften zu erhöhten
Spannungen gegenüber anderen Steckerstiften führen. In
diesem Falle würden ohne die Schaltereinrichtung durch das
Ablegen auf einer elektrisch leitenden Unterlage Entla
dungsfunken erzeugt werden können.
Um Berührungssicherheit zu gewährleisten, sind die
Steckerstifte einzeln oder insgesamt von einem Schutzkra
gen umgeben. Beim Einführen der Steckerstifte in die
Steckbuchsen entsteht eine Situation, in der die einzelnen
Steckerstifte bereits Spannung führen, ehe sie vollständig
in die Steckbuchsen eingesteckt sind. Um in diesem Zustand
die an sich freiliegenden Steckerstifte gegen Berührung zu
schützen, sind ein oder mehrere Schutzkrägen vorgesehen.
Gleichzeitig können der oder die Schutzkrägen als
mechanischer Schutz für die unter Umständen recht filigra
nen Steckerstifte dienen, wenn der Kragen eine Tiefe auf
weist, die größer ist als es der Länge des oder der Ste
ckerstifte entspricht.
Die Herstellung ist sehr einfach, wenn der Kragen an
dem Halterteil aus Isolierstoff einstückig angeformt ist.
Der Raumbedarf für die Schaltereinrichtung wird ex
trem klein, wenn sie als rein elektronische Schalteinrich
tung ausgeführt ist. Sie ist zweckmäßigerweise redundant
ausgeführt, damit beim Ausfall eines der wichtigen Halb
leiter mit Sicherheit der Stromkreis richtig unterbrochen
wird.
Das Steuersignal kann in dem Steuerstrom für die
Schaltereinrichtung bestehen. Es kommt dann aus dem Steck
verbindungsteil, das nicht der Schaltereinrichtung zuge
ordnet ist, wenn der Steuerstrom wenigstens einmal über
die Verbindung zwischen den beiden Steckverbindungsteilen
fließt.
Eine besonders zuverlässige und sichere Anordnung
wird erreicht, wenn der Steuerstrom zweimal über die bei
den Steckverbindungsteile fließt, in der Weise, dass der
Strom beispielweise aus der Schaltung des Verbrauchers
direkt erhalten wird, wenn die Stromverbindungsanschlüsse
für den Verbraucher elektrisch leitend verbunden sind. Der
Steuerstromkreis ist in jedem Falle ein eigensicherer
Kreis, der keine besonderen Schutzmaßnahmen erfordert.
Die gewünschte zeitliche Relation hinsichtlich der
Kontaktgabe lässt sich in einfacher Weise durch die räum
liche Anordnung der Steckbuchsen bzw. die Länge der Ste
ckerstifte steuern. Durch verkürzte Steckerstifte für den
Steuerstromkreis wird das gewünschte Nacheilen beim Zu
sammenstecken bzw. das erforderliche Vorauseilen beim
Trennen erreicht.
Um die Schaltereinrichtungen zu schützen, können zu
sätzliche thermische Sensoren vorhanden sein, die zu Einem
Abschalten führen, sollte die Schaltereinrichtung unzuläs
sige Temperaturen erreichen. Es ist ebenfalls denkbar, den
Strom zu erfassen und die Schaltereinrichtungen zwangs
weise in den AUS-Zustand zu bringen, sollte der Strom ei
nen vorbestimmten Grenzwert übersteigen, der deutlich
niedriger liegt als der zulässige Grenzwert der Bauelemen
te.
Im Übrigen sind Weiterbildungen der Erfindung Gegen
stand von Unteransprüchen.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegen
standes der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung des mechanischen und
des elektronischen Teils der explosionsgeschützten Steck
verbindungsanordnung,
Fig. 2 eine Anordnung ähnlich der nach Fig. 1, wobei
der Steuerstrom nur einmal über die Steckverbinder fließt
und
Fig. 3 eine explosionsgeschützte Steckverbindungs
anordnung, bei der die Schaltereinrichtung auf der Strom
versorgungsseite angeordnet ist, in einer Darstellung ähn
lich wie in Fig. 1.
Fig. 1 zeigt eine Prinzipdarstellung einer explo
sionsgeschützten Steckverbindungsanordnung 1. Zu der
Steckverbindungsanordnung 1 gehören zwei Steckverbinder 2
und 3 sowie eine Schaltereinrichtung 4, der eine Steuer
einrichtung 5 zugeordnet ist.
Der Steckverbinder 2 besteht aus einem quaderförmigen
Halter oder Grundkörper 6, der aus einem Isolierstoff her
gestellt ist. Der Grundkörper 6 wird von einer ebenen Vor
derseite 7, einer ebenen Rückseite 8 und Seitenflächen 9
begrenzt.
Beim gezeigten Ausführungsbeispiel sind in dem Grund
körper 6 insgesamt neun Durchgangsöffnungen 11a . . . 11i vor
handen, die von der Vorderseite 7 bis zu der Rückseite 8
reichen. Sie dienen als Sitz für darin befindliche Steck
buchsen 12.
Jeder Buchsensitz 11 setzt sich aus einem an die Vor
derseite 7 angrenzenden Abschnitt 13 und einem Abschnitt
14 zusammen. Der Abschnitt 13 mündet an der Vorderseite 7
mit einer Einstecköffnung 15, während der Abschnitt 14 an
einer Öffnung 15 zu der Rückseite 8 hin offen ist. Der
Abschnitt 14 hat einen kleineren Querschnitt als der Ab
schnitt 13, so dass die beiden Abschnitte 13 und 14 an
einer Schulter 16 ineinander übergehen. Die Schultern 16
der Buchsensitze 11d, 11e und 11f ist in Richtung auf die
Rückseite 8 hin versetzt, verglichen mit den Schultern 16
der Buchsensitze 11a, 11b, 11c und 11g, 11h und 11i. Auf
diese Weise sitzen die darin befindlichen Steckbuchsen 12
etwas tiefer, bezogen auf die Vorderseite 7, als die
Steckbuchsen in den Buchsensitzen 11a . . . 11c sowie
11g . . . 11i.
Jede Steckbuchse 12 besteht aus einem metallischen
rohrförmigen Abschnitt 17, der an seiner Rückseite in eine
Lötfahne übergeht, die durch den Abschnitt 14 des betref
fenden Buchsensitzes 11 aus der Rückseite 8 des Trägers 6
heraussteht.
Der Steckverbinderteil 3 besteht ebenfalls aus einem
quaderförmigen Grundkörper 21 mit einer Vorderseite 22,
einer Rückseite 23 sowie Seitenflächen 24. In dem Grund
körper 21 sind mit den Buchsensitzen 11a . . . 11i fluchtende
Sitze 24a . . . 24i enthalten. Die Sitze 24a . . . 24i haben eine
ähnliche Form wie die Buchsensitze 11 und reichen von der
Vorderseite 22 bis zur Rückseite 23. Da sie eine ähnliche
Gestalt haben, wird auf eine erneute ausführliche Erläute
rung verzichtet.
In den Sitzen 24a . . . 24i sind metallische Stecker
stifte 26 verankert, die aus der Vorderseite 22 parallel
zueinander vorstehen. An der Rückseite gehen die Stecker
stifte jeweils in verdickte Grundkörper 27 über, die
schließlich in einer Lötfahne 28 enden, die aus der Rück
seite des Grundkörpers 21 vorsteht.
Die Steckerstifte 26c . . . 26e haben, gemessen ab der
Vorderseite 22, eine etwas geringere Länge als die Ste
ckerstifte 26a . . . 26c bzw. 26g . . . 26i. Dadurch werden beim
Einführen der Steckerstifte 26 in die zugehörigen Steck
buchsen 12 zunächst die Steckerstifte 26a . . . 26c und die
Steckerstifte 26g . . . 26i mit den zugehörigen Steckbuchsen
12 einen elektrischen Kontakt herstellen, ehe eine elek
trisch leitende Verbindung zwischen den Steckerstiften
26c . . . 26f mit den zugehörigen Steckbuchsen 12 in den
Buchsensitzen 11d . . . 11f zustandekommt, d. h. die Kontaktga
be der Steckerstifte 26d . . . 26f eilt beim Zusammenstecken
nach. Beim Trennen werden umgekehrt die Stromkreise über
diese Steckerstifte 26d . . . 26f vorauseilen, d. h. als erste
getrennt. Diese Maßnahme alleine würde bereits genügen.
Ein Tiefersetzen der Steckbuchsen 12 in den Buchsensitzen
11d . . . 11f ist nicht unbedingt zusätzlich erforderlich.
Die Schaltereinrichtung 4 ist mit ihrem Eingang 30 an
die drei elektrisch zueinander parallel geschalteten
Steckerstifte 26a . . . 26c angeschlossen. Sie enthält ein
gangsseitig eine Schmelzsicherung 31, mit der ein Strom
fühlerwiderstand 32 in Serie liegt. An den Stromfühler
widerstand 32 schließt sich, wie gezeigt, eine PNP-Tran
sistor 33 an, dessen Emitter mit dem Widerstand 32 verbun
den ist, während sein Kollektor an einen weiteren Strom
fühlerwiderstand 34 angeschaltet ist. Mit diesem wiederum
liegt ein zweiter PNP-Transistor 35 in Serie, wobei dessen
Emitter mit dem Stromfühlerwiderstand 34 verbunden ist.
Der Kollektor des Transistors 35 führt über eine Ver
bindungsleitung 36 zu einer Last oder einem Verbraucher
37.
Parallel zu dem Stromfühlerwiderstand 32 liegt die
Basis-Emitterstrecke eines PNP-Transistors 38, und zwar
so, dass dessen Emitter an der Verbindungsstelle zwischen
der Sicherung 31 und dem Stromfühlerwiderstand 32 ange
schlossen ist, während die Basis mit dem Emitter des Tran
sistors 33 verbunden ist. Der Kollektor des Transistors 38
liegt an der Basis des Transistors 33 und außerdem ist zu
der Basis-Emitterstrecke des Transistors 33 ein Ableit
widerstand 39 parallelgeschaltet.
Eine weitere ähnliche Konfiguration ist an den Tran
sistor 35 angeschlossen, und zwar liegt parallel zu dem
Stromfühlerwiderstand 34 die Basis-Emitterstrecke eines
PNP-Transistors 41, dessen Emitter mit dem Kollektor des
Transistors 33 verbunden ist, während seine Basis an den
Emitter des Transistors 35 angeschaltet ist. Der Kollektor
des Transistors 41 führt zu der Basis des Transistors 35,
dessen Basisemitterstrecke ebenfalls über einen weiteren
Ableitwiderstand 42 geshuntet ist.
Von der Basis des Transistors 33 bzw. dem Kollektor
des Transistors 38 führt ein Widerstand 43 zu einem damit
in Serie geschalteten PTC-Widerstand 44, der thermisch mit
dem Gehäuse des Transistors 33 gekoppelt ist. Das andere
Ende des PTC-Widerstandes 44 ist mit dem Steckerstift 26d
elektrisch verbunden.
Der Steckerstift 26e ist an einen PTC-Widerstand 45
angeschlossen, von wo die elektrische Verbindung über ei
nen Widerstand 46 weiter zu dem Kollektor des Transistors
41 bzw. der Basis des Transistors 35 führt. Der PTC-Wider
stand 35 ist thermisch fest mit dem Gehäuse des Transis
tors 35 gekoppelt.
Die Steckerstifte 26f . . . 26i sind an ihren Lötfahnen
28 miteinander verbunden und liegen an einer Schaltungs
masse 47, an der auch die Last 37 mit ihrem kalten Ende
angeschaltet ist.
Bei dem Steckverbinderteil 2 sind die in den Buchsen
sitzen 11a . . . 11c enthaltenen Steckbuchsen 12 miteinander
verbunden und über eine Leitung 48 beispielsweise mit dem
Pluspol einer nicht gezeigten Stromquelle verbunden.
Die in den Buchsensitzen 11d . . . 11f sitzenden Steck
buchsen 12 sind über eine Leitung 49 miteinander kurzge
schlossen, jedoch von allen übrigen Steckbuchsen 12 galva
nisch getrennt. Schließlich sind auch die in den Buchsen
sitzen 11g . . . 11i vorhandenen Steckbuchsen 12 miteinander
galvansich verbunden und beispielsweise über eine Leitung
51 mit dem Minuspol der vorerwähnten gezeigten Stromquelle
verbunden, wobei der Minuspol beispielsweise die Schalt
masse darstellt.
Die Funktionsweise der gezeigten Anordnung ist wie
folgt:
Sobald der Steckverbinder 3 in den Steckverbinder 2 eingeführt wird, werden zunächst die Kontaktstifte 26a . . . 26c mit den zugehörigen Steckbuchsen 12 in dem Steckver binder 2 und gleichzeitig die Kontaktstiften 26g . . . 26i mit den korrespondierenden Steckbuchsen 12 eine galvanische Verbindung herstellen. Damit entsteht eine galvanische Verbindung zwischen der unter Spannung stehenden Leitung 48 und dem Eingang 30 der Schaltereinrichtung 4, gebildet durch die Schmelzsicherung 31 sowie zwischen der Leitung 51 und der Leitung 47.
Sobald der Steckverbinder 3 in den Steckverbinder 2 eingeführt wird, werden zunächst die Kontaktstifte 26a . . . 26c mit den zugehörigen Steckbuchsen 12 in dem Steckver binder 2 und gleichzeitig die Kontaktstiften 26g . . . 26i mit den korrespondierenden Steckbuchsen 12 eine galvanische Verbindung herstellen. Damit entsteht eine galvanische Verbindung zwischen der unter Spannung stehenden Leitung 48 und dem Eingang 30 der Schaltereinrichtung 4, gebildet durch die Schmelzsicherung 31 sowie zwischen der Leitung 51 und der Leitung 47.
Die Kontaktstifte 26d . . . 26f werden anfänglich von den
zugehörigen Steckbuchsen 12 noch getrennt sein. Dies be
deutet, dass weder der Transistor 33 noch der Transistor
35 an seiner Basis eine entsprechende negative Vorspannung
bekommt. Vielmehr ist die jeweilige Basis über den Shunt
widerstand 39 bzw. 42 mit dem zugehörigen Emitter verbun
den, so dass beide Transistoren 33 und 35 gesperrt sind.
Die Ausgangsleitung 36 wird folglich stromlos sein und es
kann kein Strom durch den Verbraucher 37 fließen; die Ver
bindung über den Verbraucher 37, d. h. der Hauptstromkreis,
ist unterbrochen.
Die Kontaktgabe zwischen den Kontaktstiften 26a . . . 26c
bzw. den Kontaktstiften 26g . . . 26i mit den zugehörigen
Steckbuchsen 12 wird folglich stromlos sein, womit auf
keinen Fall ein Funke erzeugt werden kann.
Wenn der Steckverbinder 3 tiefer in den Steckverbin
der 2 eingesteckt wird, gleiten ohne Stromunterbrechung
die Kontaktstifte 26a . . . 26c sowie 26g . . . 26i zunehmend tie
fer in die zugehörigen Steckbuchsen 12 ein. Ab einer be
stimmten Einstecktiefe werden sodann auch die Steckers
tifte 26d . . . 26f mit den zugehörigen Steckbuchsen in Berüh
rung kommen und eine entsprechende galvanische Verbindung
herstellen. Nachdem diese galvanische Verbindung herge
stellt ist, entsteht ein Stromkreis von der Basis des
Transistors 33 über den Widerstand 43, den PTC-Widerstand
44, den Steckerstift 26d zu der zugehörigen Steckbuchse
12, von dort über die Leitung 49 zu der Steckbuchse für
den Steckerstift 26f und von hier zur Schaltungsmasse 47.
Der fließende Steuerstrom steuert den Transistor 33 auf.
In ähnlicher Weise entsteht ein Basisstrom für den
Transistor 35, indem ein aus der Basis des Transistors 35
über den Widerstand 46, den PTC-Widerstand 45, den Ste
ckerstift 26e, die Leitung 49 zu dem Steckerstift 26f und
wiederum zur Schaltungsmasse 47 fließt. Dadurch sind nun
mehr beide Transistoren 33 und 35 niederohmig und der Aus
gang 36 ist niederohmig mit den Steckerstiften 26a . . . 26c
verbunden. Der Hauptstromkreis ist damit freigegeben. Der
Verbraucher bzw. die Last 37 kann nun Strom entnehmen.
Wenn im vollen Betrieb nun der Steckverbinder 3 von
dem Steckverbinder 2 getrennt werden soll, beispielsweise
weil das mit dem Steckverbinder 3 mechanisch gekoppelte
Gerät, symbolisiert durch den Verbraucher 37, entfernt
oder durch ein anderes Gerät ersetzt werden soll, braucht
die Spannung auf den Leitungen 48 und 51 nicht zuvor
abgeschaltet zu werden. Beim Herausziehen des Steckverbin
ders 3 wird als erstes die galvanische Verbindung an einem
der Steckerstifte 26d . . . 26f unterbrochen, während die
Steckerstifte 26a . . . 26c bzw. 26g . . . 26i immer noch in den
zugehörigen Steckbuchsen 12 stecken und die elektrische
Verbindung herstellen.
Sobald einer der Steckerstifte 26d . . . 26f die galva
nische Verbindung mit der zugehörigen Steckbuchse 12 ver
liert, wird der Transistor 33 oder der Transistor 35 abge
schaltet oder es werden beide Transistoren gleichzeitig
abgeschaltet, wenn als erstes der Steckerstift 26f aus der
zugehörigen Steckbuchse 12 freikommt. Dadurch wird an dem
Ausgang 36 die Spannung für den Verbraucher 37 abgeschal
tet, d. h. es wird die Steckverbindung zwischen den beiden
Steckverbindern 2 und 3 stromlos, obwohl nach wie vor eine
galvanische Verbindung für den Hauptstromkreis besteht.
Das anschließende mechanische Trennen der Steckerstifte
26a . . . 26c von den zugehörigen Steckbuchsen 12 bzw. der
Steckerstifte 26g . . . 26i von deren zugehörigen Steckbuchsen
12 kann, weil kein Strom mehr fließt, keinen elektrischen
Funken mehr erzeugen.
Der Strom, der über die Steckerstifte 26d . . . 26f beim
Trennen fließt, ist so klein, dass ein Funken nicht her
vorgerufen werden kann. Es genügt also, wenn die galva
nischen Verbindungen an den Steckerstiften 26a . . . 26c bzw.
26g . . . 26i die Schutzvoraussetzungen der Schutzart "Erhöhte
Sicherheit" oder "Eigensicherheit" erfüllen. "Druckfeste
Kapselung" ist nicht notwendig.
Bei herausgezogenem Gerät sind die Transistoren 33
und 35 gesperrt. Ein in dem Verbraucher 37 vorhandener
Kondensator kann keine Spannung an den Steckerstiften
26a . . . 26c gegenüber den Steckerstiften 26g . . . 26i hervorru
fen.
Da die Basisvorspannung von der Masseleitung 47 auf
der Seite des Steckverbinders 3 abgenommen wird, kann der
Basisstrom auch nur dann fließen, wenn die Steckerstifte
26i . . . 26g eine hinreichende galvanische Verbindung mit der
Zuleitung 51 haben.
Im Normalbetrieb, d. h. unterhalb der zulässigen
Stromgrenze, ist der Spannungsabfall an dem Stromfühlerwi
derstand 35 kleiner als die Spannung, die erforderlich
ist, um den Transistor 38 aufzusteuern, so dass der Tran
sistor 33 durchgesteuert werden kann. Gleiches gilt für
den Spannungsabfall an dem Widerstand 34, der ebenfalls
kleiner ist als die Basis-Emitterspannung, die erforder
lich ist, um den Transistor 41 durchzusteuern. Wenn der
Strom jedoch eine vorher festgelegte Grenze übersteigt,
wird an einem der beiden Transistoren 41 oder 38 der Span
nungsabfall am zugehörigen Widerstand 34 bzw. 32 über den
entsprechenden Grenzwert steigen und den zugehörigen Tran
sistor 41 oder 38 aufsteuern. Der Transistor 38 oder 41,
je nachdem, welcher früher aufsteuert, erzeugt einen Kurz
schluss für die Basis-Emitterstrecke des Transistors 33
oder des Transistors 35, wodurch dieser in den Sperrzu
stand übergeht. Die Schaltereinrichtung 4 geht in den
hochohmigen oder AUS-Zustand über und schaltet den Strom
für die Last 37 ab.
Mit Hilfe der beiden PTC-Widerstände 44 und 45 wird
die Temperatur des Transistors 33 sowie des Transistors 35
überwacht. Sollte z. B. die Temperatur des Transistors 33
auf einen zu hohen Wert ansteigen, wird der PTC-Widerstand
44, der mit diesem Transistor thermisch sehr eng gekoppelt
ist, hochohmig, wodurch der Basisstrom gesperrt und der
Transistor 33 abgeschaltet wird. In ähnlicher Weise arbei
ten der Transistor 35 und der PTC-Widerstand 45 zusammen.
Die Bedingung "Erhöhte Sicherheit" oder "nicht stör
anfällige Verbindung" gemäß der Zündschutzart "Eigensicher
heit" wird durch das Parallelschalten mehrerer Steckers
tifte 26a . . . 26c bzw. 26g . . . 26i erreicht, denn es wird an
genommen, dass bei einer Bewegung der Steckerstifte in den
Steckbuchsen nicht an allen Kontaktstellen gleichzeitig
Mikrounterbrechungen auftreten können, die zu Funken füh
ren.
Eine andere Möglichkeit, die Bedingung "Erhöhte Si
cherheit" oder "nicht störanfällige Verbindung" gemäß der
Zündschutzart "Eigensicherheit" zu erreichen, besteht da
rin, beispielsweise die Steckbuchsen 12 als Multilamellen
buchsen auszubilden, die eine Vielzahl von gleichzeitigen
Kontaktstellen bereitstellen.
Fig. 2 zeigt eine Schaltungsanordnung, die sich von
dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 dadurch unterscheidet,
dass die Kontaktbuchsen 12, die mit den Steckerstiften 26d
und 26e zusammenwirken, über eine Leitung 52 direkt mit
der Zuleitung 51 verbunden sind. Es kann der Steckerstift
26f eingespart werden, obwohl er in Fig. 2 noch veran
schaulicht ist.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 unterscheidet
sich von den beiden vorherigen im Wesentlichen durch die
Lage der Schaltereinrichtung 4. Sie befindet sich auf der
Seite der Stromversorgung zwischen der Stromversorgung und
dem Steckverbinder, während der Steckverbinder 3 galva
nisch direkt an den Verbraucher 37 angeschlossen ist. Dem
zufolge liegt der Emitter des Transistors 35 an den Steck
buchsen 12 für die Steckerstifte 26a . . . 26c. Die beiden
PTC-Widerstände 44 und 45 sind entsprechend mit den Steck
buchsen 12 für die Steckerstifte 26d und 26e verbunden,
während auf der Seite des Steckverbinders 3 die Stecker
stifte 26d . . . 26f über eine Leitung 52 direkt mit der Lei
tung 47 und damit den Steckerstiften 26g . . . 26i verbunden
sind.
Das elektrische Schaltverhalten der Schaltereinrich
tung 4 beim Einstecken des Steckverbinders 3 in den Steck
verbinder 2 ist sinngemäß das Gleiche, wie dies im Zusam
menhang mit Fig. 1 sehr ausführlich erläutert ist. In je
dem Falle wird die Leitung 36 erst dann stromführend, wenn
auch die galvanische Verbindung mit den Steckerstiften 26d
bzw. 26f hergestellt ist, so dass ein Basisstrom aus den
Transistoren 33 und 35 zu der Leitung 47 fließen kann, die
bereits vorab mit der Leitung 51 galvanisch verbunden wur
de.
Um die Steckerstifte 26 mechanisch zu schützen, ist
an dem Grundkörper 21 ein Schutzkragen 55 einstückig ange
formt, der eine größere axiale Erstreckung hat als die
Steckerstifte 26. Im eingesteckten Zustand übergreift er
den Grundkörper 6 des Steckverbinders 2. Damit sind die
beim Einführen in den Steckverbinder noch blank liegenden
Abschnitte der Steckerstifte 26 geschützt.
Eine Steckverbindungsanordnung weist zwei Steckver
binderleisten auf, über die im zusammengesteckten Zustand
der Strom von einer Stromquelle zu einem Verbraucher
fließt. Zwischen einer Steckverbinderleiste und der Strom
quelle bzw. dem Verbraucher sitzt eine Schaltereinrich
tung, deren Steuersignal ebenfalls über die beiden Steck
verbinderleisten führt. Die Kontakte für die Hauptstrom
kreise eilen vor, während die Kontakte für den Steuerstrom
nacheilen, so dass die Hauptstromkreise bereits geschlos
sen sind, ehe der Steuerstromkreis eingeschaltet wird.
Dadurch wird ein Stromfluss in den Hauptstromkreisen beim
Stecken oder Trennen der Kontakte der Hauptstromkreise
verhindert.
Claims (24)
1. Explosionsgeschützte Steckverbindungsanordnung (1)
zwischen einer Stromversorgung und einem Verbraucher (37),
mit einem ersten Steckverbindungsteil (2), das we nigstens eine Steckbuchse (12) aufweist, die in einem Hal terteil (6) angeordnet ist, das aus einem Isolierstoff besteht und deren Einstecköffnung (15) durch eine zugeord nete Zugangsöffnung in dem Halterteil (6) zugänglich ist,
mit einem zweiten Steckverbindungsteil (3), das we nigstens einen Steckerstift (26) aufweist, der in einem Halterteil (21) angeordnet ist, das aus einem Isolierstoff besteht,
mit wenigstens einer steuerbaren Schaltereinrichtung (4), die einen Eingang (30) und einen Ausgang (36) auf weist, die eingangsseitig an den wenigsten einen Steckers tift (26) oder ausgangsseitig an die wenigstens eine Steckbuchse (12) elektrisch angeschlossen ist und die zwei Schaltzustände aufweist, wobei in dem einen Schaltzustand die Schaltereinrichtung (4) zwischen ihrem Eingang (30) und ihrem Ausgang (36) hochohmig und in dem anderen Schaltzustand die Schaltereinrichtung (4) zwischen ihrem Eingang (30) und ihrem Ausgang (36) niederohmig ist,
mit einer Steuereinrichtung (5), deren Steuersignal aus demjenigen Steckverbindungsteil (2, 3) kommt, das der Schaltereinrichtung (4) nicht unmittelbar zugeordnet ist, wobei die Steuereinrichtung (5) derart gestaltet ist,
mit einem ersten Steckverbindungsteil (2), das we nigstens eine Steckbuchse (12) aufweist, die in einem Hal terteil (6) angeordnet ist, das aus einem Isolierstoff besteht und deren Einstecköffnung (15) durch eine zugeord nete Zugangsöffnung in dem Halterteil (6) zugänglich ist,
mit einem zweiten Steckverbindungsteil (3), das we nigstens einen Steckerstift (26) aufweist, der in einem Halterteil (21) angeordnet ist, das aus einem Isolierstoff besteht,
mit wenigstens einer steuerbaren Schaltereinrichtung (4), die einen Eingang (30) und einen Ausgang (36) auf weist, die eingangsseitig an den wenigsten einen Steckers tift (26) oder ausgangsseitig an die wenigstens eine Steckbuchse (12) elektrisch angeschlossen ist und die zwei Schaltzustände aufweist, wobei in dem einen Schaltzustand die Schaltereinrichtung (4) zwischen ihrem Eingang (30) und ihrem Ausgang (36) hochohmig und in dem anderen Schaltzustand die Schaltereinrichtung (4) zwischen ihrem Eingang (30) und ihrem Ausgang (36) niederohmig ist,
mit einer Steuereinrichtung (5), deren Steuersignal aus demjenigen Steckverbindungsteil (2, 3) kommt, das der Schaltereinrichtung (4) nicht unmittelbar zugeordnet ist, wobei die Steuereinrichtung (5) derart gestaltet ist,
- 1. dass sie die Schaltereinrichtung (4) erst dann in den niederohmigen Zustand bringt, wenn der wenigstens eine Steckerstift (26) mit der wenigstens einen Steckbuchse (12) eine elektrisch leitende Verbindung bildet, und
- 2. dass sie die Schaltereinrichtung (4) bereits dann in den hochohmigen Zustand bringt, wenn beim Trennen der wenigstens eine Steckerstift (26) mit der wenigstens einen Steckbuchse (12) noch eine elektrisch leitende Verbindung bildet.
2. Steckverbindungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass die Schaltereinrichtung (4) auf der
Seite der Steckverbindungsanordnung (1) vorgesehen ist,
die dem Verbraucher (37) entspricht.
3. Steckverbindungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass das erste Steckverbindungsteil (2)
und das zweite Steckverbindungsteil (3) aufeinander abge
stimmt sind.
4. Steckverbindungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Steckbuchse (12)
in dem ersten Steckverbindungsteil (2) berührungssicher
angeordnet ist.
5. Steckverbindungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass das zweite Steckverbindungsteil (3)
einen Kragen (55) aufweist, der den wenigstens einen
Steckerstift (26) oder mehrere Steckerstifte (26) gemein
sam umgibt.
6. Steckverbindungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, dass der Kragen (55) eine Tiefe aufweist,
die größer ist als die Länge des wenigstens einen
Steckerstifts (26).
7. Steckverbindungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, dass der Kragen (55) an dem Halterteil
(21) aus Isolierstoff einstückig angeformt ist.
8. Steckverbindungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass sie je elektrischer Verbindung zwi
schen der Stromversorgung und dem Verbraucher (37) wenigs
tens eine Steckbuchse (12) und einen zugehörigen Steckers
tift (26) aufweist, wobei die Kombination die Schutzbedin
gungen "erhöhte Sicherheit" oder "nicht störanfällige Ver
bindung" gemäß der Zündschutzart "Eigensicherheit" erfüllt.
9. Steckverbindungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass sie je elektrischer Verbindung zwi
schen der Stromversorgung und dem Verbraucher (37) mehrere
Steckbuchsen (12) und zugehörige Steckerstifte (26) auf
weist, die elektrisch parallelgeschaltet sind, wobei keine
der Kombinationen für sich alleine die Schutzbedingungen
"erhöhte Sicherheit" oder "nicht störanfällige Verbindung"
gemäß der Zündschutzart "Eigensicherheit" erfüllt.
10. Steckverbindungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass die Schaltereinrichtung (4) eine
elektronische Schaltereinrichtung ist.
11. Steckverbindungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass die Schaltereinrichtung (4) redundant
aufgebaut ist.
12. Steckverbindungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass die Schaltereinrichtung (4) wenigs
tens einen gesteuerten Halbleiter (33, 35) mit Steuerein
gang als Schalter enthält.
13. Steckverbindungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass die Schaltereinrichtung (4) wenigs
tens zwei gesteuerten Halbleiter (33, 35) mit Steuereingang
als Schalter enthält.
14. Steckverbindungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass dem jeweiligen Steuereingang ein
Steuerstromkreis zugeordnet ist, der zu der Steuereinrich
tung (5) gehört, und dass der Steuerstromkreis (5) über
die beiden Steckverbindungsteile (2, 3) geschleift ist.
15. Steckverbindungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass der Steuerstromkreis (5) von dem
zweiten Steckverbindungsteil (3) zu dem ersten Steckver
bindungsteil (2) führt.
16. Steckverbindungsanordnung nach Anspruch 15, dadurch
gekennzeichnet, dass der Steuerstromkreis (5) von dem ers
ten Steckverbindungsteil (2) zu dem zweiten Steckverbin
dungsteil (3) zurückgeschleift ist.
17. Steckverbindungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (5) wenigstens
eine Steuersteckbuchse (12) und wenigstens einen Steuer
steckerstift (26d . . . f) für den Steuerstromkreis (5) auf
weist und dass die Steuersteckbuchse (12) in dem ersten
Steckverbindungsteil (2) und der Steuersteckerstift (26d . . . 26f)
in dem zweiten Steckverbindungsteil (3) enthalten
ist.
18. Steckverbindungsanordnung nach Anspruch 17, dadurch
gekennzeichnet, dass der Steuersteckerstift (26d . . . f) und
die Steuersteckbuchse (12) derart in dem jeweiligen Hal
terteil (6, 21) untergebracht sind, dass sie erst dann eine
elektrische Verbindung herstellen, wenn die elektrische
Verbindung über die wenigstens eine Steckbuchse (12) und
den wenigstens einen Steckerstift (26) bereits besteht.
19. Steckverbindungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass der Schaltereinrichtung (4) eine
Überlastungsschutzeinrichtung (44, 45; 38, 41) zugeordnet
ist.
20. Steckverbindungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass der Steuerstromkreis (5) wenigstens
einen Sensor (44, 45) enthält.
21. Steckverbindungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass der Sensor (44, 45) ein Temperatursen
sor ist.
22. Steckverbindungsanordnung nach Anspruch 20, dadurch
gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (44, 45) mit der
Schaltereinrichtung (4) thermisch gekoppelt ist.
23. Steckverbindungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass in Serie mit der Schaltereinrichtung
(4) ein Stromsensor (32, 34) liegt und der Schaltereinrich
tung (4) eine Begrenzereinrichtung (38, 41) zugeordnet
ist, durch die die Schaltereinrichtung (4) beim Über
schreiten eines Stromgrenzwertes gesperrt wird.
24. Steckverbindungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass die Stromversorgung ein Teil eines
Bus und der Verbraucher ein an den Bus angeschlossenes
Gerät ist.
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