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Die Erfindung betrifft eine Steckverbindung zur Stromübertragung mit einem stromgebenden Steckverbinder und einem stromabnehmenden Steckverbinder, wobei die Steckverbinder eine Magneteinrichtung aufweisen, welche eine Magnethaltekraft erzeugt, die die Steckverbinder im gesteckten Zustand aneinander anzieht. Die Erfindung betrifft ferner einen stromabnehmenden und einen stromgebenden Steckverbinder nach den Ansprüchen 25 und 26 sowie ein elektronisches Bauteil oder ein elektronisches Gerät nach Anspruch 27.
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Eine gattungsgemäße Steckverbindung ist aus der
WO 2011/141328 A1 bekannt. Das aus der gattungsgemäßen Schrift bekannte Verbindungssystem kann zur Strom- und Daten- bzw. Signalübertragung dienen. Die Steckverbinder, die zur Stromübertragung miteinander verbunden werden sollen, können als Stecker und als Buchse ausgebildet sein. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Stecker über Kontaktelemente und die Buchse über Gegenkontaktelemente verfügt.
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Zur Kontaktierung der Kontaktelemente mit den Gegenkontaktelementen ist gemäß der
WO 2011/141328 eine Magneteinrichtung vorgesehen sein, die über Magnete verfügt, welche dafür sorgen, dass sich der Stecker und die Buchse gegenseitig anziehen. Dabei ist vorgesehen, dass, wenn der Stecker mit der Buchse verbunden ist, auch gleichzeitig eine Kontaktierung der Kontaktelemente mit den Gegenkontaktelementen erfolgt. Sowohl der Stecker als auch die Buchse können mit Magneten versehen sein. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass nur der Stecker oder die Buchse über einen Magneten verfügt und das jeweils andere Bauteil ein nicht permanent-magnetisches Gegenelement aufweist.
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Aus dem allgemeinen Stand der Technik sind Gerätestecker, die auch als Kabelkupplungen bzw. Kabelbuchsen bezeichnet werden, bekannt, die direkt an die Endgeräte eingesteckt werden und der Stromversorgung dieser Verbraucher dienen. Im Regelfall werden Steckverbinder mit Buchsen als Kupplung und Steckverbinder mit Stiften als Stecker bezeichnet. Aus dem allgemeinen Stand der Technik sind ferner Kaltgerätestecker für den Stromanschluss von Geräten bekannt, welche im Betrieb keine nennenswerte Wärme entwickeln, zum Beispiel Computer und entsprechende Peripheriegeräte.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steckverbindung mit einem stromgebenden Steckverbinder und einem stromabnehmenden Steckverbinder unter Verwendung einer Magneteinrichtung zu schaffen, welche hohen Sicherheitsanforderungen genügt, einfach und kostengünstig herstellbar ist, eine zuverlässige Kontaktierung auch nach einer großen Anzahl von Schließzyklen ermöglicht und die einen beschädigungsfreien Abzug der Steckverbinder in mehrere Richtungen ermöglicht.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der stromabnehmende Steckverbinder wenigstens zwei Kontaktstifte aufweist, die über eine Vorderfläche des stromabnehmenden Steckverbinders überstehen, wobei die Kontaktstifte derart gefedert oder elastisch gelagert sind, dass die Kontaktstifte jeweils innerhalb einer Ausgleichsfläche radial beweglich sind, und wobei der stromgebende Steckverbinder wenigstens zwei gegenüber einer Vorderfläche des stromgebenden Steckverbinders vertieft angeordnete Gegenkontakte aufweist, welche im gesteckten Zustand der Steckverbinder die Kontaktstifte kontaktieren, und wobei die Kontaktstifte und/oder die Gegenkontakte in Axialrichtung durch eine Federeinrichtung vorgespannt sind, wobei die Federeinrichtung einen Kontaktdruck erzeugt, so dass die Kontaktstifte und die Gegenkontakte im gesteckten Zustand der Steckverbinder aufeinander gedrückt sind.
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Ein zu bevorzugender stromabnehmender Stecker für eine Steckverbindung ergibt sich aus Anspruch 25.
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Ein zu bevorzugender stromgebender Steckverbinder ergibt sich aus Anspruch 26.
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Ein zu bevorzugendes elektronisches Bauteil oder elektronisches Gerät mit einem stromabnehmenden Steckverbinder als Teil einer Steckverbindung ergibt sich aus Anspruch 27.
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Die erfindungsgemäßen wenigstens zwei Kontaktstifte des stromabnehmenden Steckverbinders ermöglichen eine besonders zuverlässige Steckverbindung zwischen den beiden erfindungsgemäßen Steckverbindern. Dies ist unter anderem dadurch möglich, dass die Kontaktstifte innerhalb einer Ausgleichsfläche radial beweglich sind, da die Kontaktstifte gefedert oder elastisch gelagert sind. Die radiale Ausgleichsmöglichkeit der Kontaktstifte bewirkt, dass die Kontaktstifte nahezu toleranz- und verschleißunabhängig mit den Gegenkontakten eine Verbindung herstellen.
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Dadurch, dass die Kontaktstifte bei dem stromabnehmenden Steckverbinder realisiert sind und die Kontaktstifte über die Vorderfläche des stromabnehmenden Steckverbinders überstehen, ist es möglich, die Gegenkontakte des stromgebenden Steckverbinders vertieft anzuordnen. Dies hat den Vorteil, dass die für die Stromnetze, insbesondere für die 110 Volt-, 230 Volt- und 400 Volt-Stromnetze vorgesehenen Sicherheitsanforderungen erfüllt werden können. Die stromgebenden Gegenkontakte können aufgrund der vertieften Anordnung nicht ohne weiteres erreicht werden. Gleichwohl dringen die Kontaktstifte, aufgrund deren radialer Beweglichkeit und der Magneteinrichtung vorteilhaft in die vertieft angeordneten Gegenkontakte ein. Von besonderer Bedeutung ist dabei auch, dass die Kontaktstifte und/oder die Gegenkontakte in Axialrichtung durch eine Federeinrichtung vorgespannt sind. Die Federeinrichtung erzeugt dabei einen Kontaktdruck zwischen den Kontaktstiften und den Gegenkontakten, um, wenn die Steckverbinder miteinander verbunden sind, sicherzustellen, dass die Kontaktstifte zuverlässig die Gegenkontakte kontaktieren. Die aus dem Kontaktdruck resultierenden Abweisungskräfte werden durch die erfindungsgemäße Magneteinrichtung kompensiert, gegebenenfalls unter Zuhilfenahme weiterer mechanischer Maßnahmen, so dass die Steckverbinder in Schließstellung verbleiben. Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Magnethaltekraft der Magneteinrichtung im gesteckten Zustand der Steckverbinder größer ist als die Federkräfte bzw. der Kontaktdruck der Federeinrichtung.
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Im Unterschied zu den aus dem Stand der Technik bekannten Steckverbindungen, die über eine Magneteinrichtung verfügen, wird durch die erfindungsgemäße Steckverbindung sichergestellt, dass höchste Sicherheitsanforderungen erfüllt werden können und zudem die Herstellung eines Kontakts zwischen den Steckverbindern zur Übertragung von Strom zuverlässig erfolgt. Die aus dem Stand der Technik bekannten Steckverbinder, die über eine Magneteinrichtung verfügen, weisen überwiegend Kontaktelemente bzw. Gegenkontaktelemente auf, die in einer Ebene mit der Vorderfläche des entsprechenden Steckverbinders liegen. Hierbei besteht das Problem, dass sichergestellt werden muss, dass auch beim Vorliegen von Toleranzen und trotz eines Verschleißes auch nach einer großen Anzahl von Schließungen noch eine zuverlässige Verbindung hergestellt wird. Ferner weisen die bekannten Steckverbinder den Nachteil auf, dass durch zusätzliche Maßnahmen sichergestellt werden muss, dass die Anwender keinen elektrischen Schlag bekommen, wenn diese den stromgebenden Steckverbinder handhaben. Durch die versenkte Anordnung der Gegenkontaktelemente des erfindungsgemäßen Steckverbinders wird dies vermieden.
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Der erfindungsgemäße Steckverbinder vereint somit eine Vielzahl von vorteilhaften Lösungen und führt insgesamt dazu, dass es möglich ist, Steckverbinder, die über eine Magneteinrichtung verfügen, auch zur Stromübertragung insbesondere bei Niederspannungsnetzen mit 110 Volt, 230 Volt oder 400 Volt einzusetzen und dabei die Sicherheitsanforderungen der relevanten Normen zu erfüllen.
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Der erfindungsgemäße Steckverbinder hat aufgrund der Magneteinrichtung ferner den Vorteil, dass ein beschädigungsfreier Abzug der Steckverbinder in mehrere Richtungen möglich ist. Insbesondere bei einer Verwendung der Steckverbindung zur Stromversorgung von Computern, medizinischen Geräten oder anderen elektronischen Einheiten besteht immer wieder die Gefahr, dass ungewollt an das Gerät gestoßen bzw. an dem Kabel gezogen wird. Dadurch können die herkömmlichen Steckverbindungen beschädigt werden bzw. das angeschlossene elektronische Gerät kann umfallen bzw. beschädigt werden. Der erfindungsgemäße Steckverbinder kann aufgrund der Magneteinrichtung in einfacher Weise so gestaltet werden, dass ein beschädigungsfreier Abzug möglich ist.
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Von Vorteil ist es, wenn der Steckverbinder derart gestaltet ist, dass zum Schließen des Steckverbinders eine mechanische Grobführung und eine magnetische Feinführung vorgesehen ist. Es genügt somit, wenn die Steckverbinder einander angenähert werden. Sobald die Magnetkraft wirkt, schließen sich die Steckverbinder selbständig in der vorgesehenen Art und Weise, wobei aufgrund der radialen Beweglichkeit der Kontaktstifte ein entsprechender Ausgleich erfolgen kann, welcher auch ein Schließen vereinfacht. Die radiale Beweglichkeit der Kontaktstifte führt zudem dazu, dass bei einem ungewollten Abzug eine Beschädigung der Kontaktstifte vermieden wird.
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Eine mechanische Grobführung lässt sich beispielsweise dadurch erreichen, dass einer der Steckverbinder einen Rahmen aufweist, der dessen Vorderfläche umschließt und über diesen übersteht. Der Rahmen kann dabei derart gestaltet sein, dass dieser im gesteckten Zustand einen Teilbereich des Außenumfangs des anderen Steckverbinders radial umschließt, wenn die Steckverbinder miteinander verbunden sind. Von Vorteil ist dabei, wenn der Steckverbinder, der keinen Rahmen aufweist, einen Außenumfang mit einer Kontur aufweist, welche sich in Richtung auf dessen Vorderfläche verjüngt, so dass eine Einführgeometrie ausgebildet wird.
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Durch eine geeignete Ausgestaltung der Form der Steckverbinder kann eine mechanische Kodierung erreicht werden, das heißt, dass sich die Steckverbinder nur in einer Orientierung miteinander verbinden lassen. Ergänzend oder alternativ dazu kann auch eine magnetische Kodierung vorgesehen sein, das heißt, dass die Magnete der Magneteinrichtung derart angeordnet sind, dass die Steckverbindung nur in einer Orientierung geschlossen werden kann.
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Von Vorteil ist es, wenn der stromabnehmende Steckverbinder wenigstens drei Kontaktstifte aufweist, wobei ein Kontaktstift als Schutzkontakt ausgebildet ist, und wobei der stromgebende Steckverbinder eine entsprechende Anzahl an Gegenkontakten aufweist, wobei ein Gegenkontakt als Schutzkontakt ausgebildet ist, und wobei der als Schutzkontakt ausgebildete Kontaktstift weiter über die Vorderfläche des stromabnehmenden Steckverbinders übersteht als die anderen Kontaktstifte und/oder der als Schutzkontakt ausgebildete Gegenkontakt des stromgebenden Steckverbinders weniger tief in der Vorderfläche des stromgebenden Steckverbinders angeordnet ist als die anderen Gegenkontakte. Dadurch, dass der Schutzleiter, vorliegend realisiert durch einen als Schutzkontakt ausgebildeten Kontaktstift und einen als Schutzkontakt ausgebildeten Gegenkontakt, vorauseilend ausgebildet ist, wird erreicht, dass der Schutzleiter einen höheren Kontaktdruck aufweist bzw. stärker komprimiert ist. Dadurch wird erreicht, dass der Schutzleiter nicht vor den anderen Kontakten versagt.
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Von besonderem Vorteil ist es, wenn der stromabnehmende Steckverbinder drei Kontaktstifte aufweist, wobei ein Kontaktstift als Schutzkontakt und zwei Kontaktstifte zur Stromübertragung vorgesehen sind, und wobei der stromgebende Steckverbinder eine entsprechende Anzahl an Gegenkontakten aufweist, wobei ein Gegenkontakt als Schutzkontakt und zwei Gegenkontakte zur Stromübertragung vorgesehen sind, und wobei der als Schutzkontakt ausgebildete Kontaktstift weiter über die Vorderfläche des stromabnehmenden Steckverbinders übersteht als die zur Stromübertragung vorgesehenen Kontaktstifte und/oder der als Schutzkontakt ausgebildete Gegenkontakt des stromgebenden Steckverbinders weniger tief in der Vorderfläche des stromgebenden Steckverbinders angeordnet ist als die zur Stromübertragung vorgesehenen Gegenkontakte.
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Grundsätzlich ist es zur Stromübertragung auch möglich, dass nur zwei Kontaktpaare (Kontaktstifte/Gegenkontakte) oder aber auch mehr als zwei Kontaktpaare (Kontaktstifte/Gegenkontakte) vorgesehen sind. Für die meisten Anwendungen ist es von besonderem Vorteil, wenn genau drei Kontaktstifte und drei Gegenkontakte vorgesehen sind, wobei ein Kontaktstift und ein Gegenkontakt als Schutzkontakt ausgebildet sind. Durch die bereits beschriebene vorauseilende Ausgestaltung der Schutzkontakte bzw. des Schutzleiters wird erreicht, dass diese nicht vor den zur Stromübertragung vorgesehenen Kontaktpaaren (Kontaktstifte/Gegenkontakte) versagen.
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Von Vorteil ist es, wenn die Kontaktstifte jeweils durch eine Bohrung in der Vorderfläche des stromabnehmenden Steckverbinders durchgeführt sind, wobei der Innendurchmesser der Bohrung größer ist als der Außendurchmesser der Kontaktstifte im Bereich der Bohrung, so dass die Kontaktstifte in der Bohrung mit Spiel radial beweglich sind und die Bohrung somit die Ausgleichsfläche bildet. Durch die Ausbildung einer Bohrung bzw. hilfsweise eines Durchbruchs oder einer Öffnung in der Vorderfläche des stromabnehmenden Steckverbinders lässt sich in besonders einfacher Weise eine Ausgleichsfläche schaffen, mit deren Hilfe sich die Kontaktstifte radial bewegen können, um zuverlässig in die vertieft angeordneten Gegenkontakte einzudringen.
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Die Ausgleichsflächen für alle Kontaktstifte können auch dadurch bereitgestellt werden, dass die Kontaktstifte durch eine elastische Wand durchgeführt werden bzw. dass die Vorderfläche als elastische Wand ausgebildet ist. Von Vorteil ist es jedoch, wenn das radiale Spiel der Kontaktstifte durch eine Bohrung in Verbindung mit einer federnden Lagerung der Kontaktstifte bereitgestellt wird.
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Die Gegenkontakte sind vorzugsweise als Buchsen ausgebildet.
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass jedem Kontaktstift eine Federeinrichtung mit jeweils wenigstens einer Feder zugeordnet ist. Von Vorteil ist es dabei, wenn die Federeinrichtung mit der jeweils wenigstens einen Feder sowohl den Kontaktdruck erzeugt als auch dafür eingesetzt wird, dass die Kontaktstifte radial beweglich sind. Die Federeinrichtung kann den Kontaktstift innerhalb der Bohrung der Vorderwand vorzugsweise zentriert ausrichten, wenn der Kontaktstift nicht mit einer externen Kraft belastet ist.
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Von Vorteil ist es, wenn die wenigstens eine Feder den Kontaktstift wenigstens über ein Teilstück seiner axialen Länge umgibt. Dadurch lässt sich ein Kontaktdruck sowie eine Zentrierung des Kontaktstiftes besonders einfach erreichen.
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Von Vorteil ist es, wenn die wenigstens eine Feder in einer Führungshülse des stromabnehmenden Steckverbinders aufgenommen ist.
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Von Vorteil ist es ferner, wenn die Federeinrichtung jeweils zwei Federn aufweist, wobei die Kontaktstifte jeweils zwischen ihren axialen Enden eine radiale Verdickung aufweisen, und wobei eine erste Feder zwischen der radialen Verdickung und der Vorderfläche des stromabnehmenden Steckverbinders und eine zweite Feder zwischen der radialen Verdickung und einer Rückseite des stromabnehmenden Steckverbinders eingespannt ist. Von Vorteil ist es, wenn die beiden Federn axial hintereinander angeordnet sind. Des Weiteren kann es von Vorteil sein, wenn die Federn vorkomprimiert sind.
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Von Vorteil ist es ferner, wenn die Federn als Druckfedern ausgebildet sind.
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Es hat sich gezeigt, dass sich ein Kontaktdruck und eine radiale Beweglichkeit der Kontaktstifte besonders einfach und zuverlässig durch die Verwendung von zwei Federn herstellen lässt.
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Die radiale Verdickung der Kontaktstifte kann beispielsweise als Bund ausgebildet sein. Die radiale Verdickung bzw. der Bund sind vorzugsweise derart in der Führungshülse angeordnet, dass zwischen dem Außenumfang der radialen Verdickung und dem Innenumfang der Führungshülse ein Spiel bzw. ein ringförmiger Leerraum verbleibt. Alternativ ist es auch möglich, dass die radiale Verdickung bzw. der Bund zumindest in einem Teilbereich seines Außenumfangs eine Kugelform aufweist, so dass eine Verschwenkung des Kontaktstiftes derart möglich ist, dass der Kontaktstift die vorgesehene radiale Beweglichkeit aufweist, um in die Gegenkontakte einzudringen.
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Von Vorteil ist es, wenn der Kontaktdruck zwischen den zur Stromübertragung vorgesehenen Kontaktstiften bzw. den Gegenkontakten im gesteckten Zustand der Steckverbinder jeweils 3 bis 10 N, vorzugsweise 4 bis 6 N, und der Kontaktdruck zwischen dem als Schutzkontakt ausgebildeten Kontaktstift und dem entsprechenden Gegenkontakt 5 bis 15 N, vorzugsweise 6 bis 12 N, beträgt.
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Diese Werte haben sich als besonders geeignet herausgestellt, um einerseits sicherzustellen, dass der Kontaktdruck ausreichend ist, um eine zuverlässige Kontaktierung zu gewährleisten. Andererseits haben sich die Werte als geeignet herausgestellt, da der sich aus der Kontaktkraft ergebende Abstoßungseffekt kompensiert werden muss. Je stärker der Kontaktdruck bzw. die Kontaktkraft ist, desto größer sollte somit vorzugsweise auch die Magnethaltekraft der Magneteinrichtung sein. Eine hohe Kontaktkraft kann daher auch eine hohe Magnetkraft und somit ein entsprechend großes Magnetvolumen bedingen.
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Von Vorteil ist es ferner, wenn die Kontaktstifte und/oder die Gegenkontakte an ihren zur Kontaktierung vorgesehenen Vorderseiten kreisförmige Kontaktnieten mit einem Durchmesser von 1 bis 3 mm, vorzugsweise 1,5 bis 2 mm, aufweisen. Diese Werte haben sich insbesondere in Verbindung mit den vorgenannten Werten bezüglich des Kontaktdrucks bzw. der Kontaktkraft als besonders geeignet herausgestellt.
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Von Vorteil ist es, wenn die beiden Steckverbinder im gesteckten Zustand ausschließlich aufgrund der Magnethaltekraft miteinander verbunden sind. Von Vorteil ist es insbesondere, wenn keine zusätzlichen mechanischen Elemente vorgesehen sind, die die Steckverbinder im gesteckten Zustand geschlossen halten. Die Magnethaltekraft muss daher so groß gewählt werden, dass diese größer ist als die gesamte Kontaktkraft, die die Federeinrichtungen insgesamt ausüben. Dass die Steckverbinder vorzugsweise ausschließlich durch die Magnethaltekraft miteinander verbunden bleiben, schließt nicht aus, dass die Steckverbinder auch eine mechanische Grobführung aufweisen, die jedoch keinen Beitrag dazu leistet, die Steckverbinder geschlossen zu halten, sondern nur eine Hilfe darstellt, um die Steckverbinder zusammenzuführen.
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Von Vorteil ist es, wenn die Kontaktstifte an ihren von den Gegenkontakten abgewandten Enden mit einem Kabelschuh verbunden sind. Dies stellt eine einfache, sichere und bekannte Maßnahme dar. Von Vorteil ist es, wenn der Kabelschuh derart angeordnet ist, dass der Kabelschuh mit dem jeweiligen Kontaktstift mitfedert. Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Kabelschuh mit dem Gehäuse, vorzugsweise mit der Rückseite des Gehäuses des Steckverbinders, verbunden ist. Die Verbindung zwischen dem Kabelschuh und dem Kontaktstift kann dabei über eine flexible Leitung erfolgen. Die flexible Anschlussleitung kann eine Schleife aufweisen. Eine ungewollte Auslenkung des Kontaktstifts durch einen seitlichen Kabelzug an der weiterführenden Leitung kann somit vermieden werden. Auch eine ungewollte Auslenkung durch die Befestigung der weiterführenden Kabel kann dadurch vermieden werden.
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Erfindungsgemäß kann ferner vorgesehen sein, dass jeweils zumindest die erste Windung der Enden der Federn durch die Führungshülse, eine Gehäuseinnenwand des stromabnehmenden Steckverbinders und/oder die radiale Verdickung des Kontaktstiftes enger geführt ist als ein Mittelbereich der Federn. Der Erfinder hat erkannt, dass sich dadurch eine bessere Führung der Feder erreichen lässt und insbesondere die Kontaktstifte innerhalb der Ausgleichsfläche besser zentriert bzw. zurückgestellt werden.
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Von Vorteil ist es, wenn das der Vorderfläche des stromabnehmenden Steckverbinders zugewandte Ende der ersten Feder sowie das der Rückseite des stromabnehmenden Steckverbinders zugewandte Ende der zweiten Feder mit der Führungshülse oder der Gehäuseinnenwand des stromabnehmenden Steckverbinders einen Presssitz ausbilden und dass die der radialen Verdickung des Kontaktstiftes zugewandten Enden der beiden Federn mit ihrem Innenumfang auf die radiale Verdickung aufgepresst sind. Dadurch, dass am Kontakt innen und am Gehäuse außen ein leichter Presssitz erzeugt wird, ergibt sich eine wesentlich bessere Führung der Federn an den ersten, vorzugsweise an den ersten und zweiten, Windungen.
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Von Vorteil kann es ferner sein, wenn die Feder eine konische Form derart aufweist, dass der Durchmesser der Feder in Axialrichtung von außen nach innen abnimmt. Der Erfinder hat erkannt, dass sich auch dadurch eine bessere Zentrierung der Kontaktstifte innerhalb der Ausgleichsfläche erreichen lässt.
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Von Vorteil ist es, wenn die Magneteinrichtung wenigstens einen Magneten aufweist, welcher in einem der Steckverbinder angeordnet ist, wobei der andere Steckverbinder wenigstens ein magnetisch anziehbares Gegenelement aufweist. Um eine magnetische Haltekraft zu erzeugen, ist es ausreichend, wenn nur ein Steckverbinder über einen Magneten verfügt und der andere Steckverbinder ein magnetisch anziehbares Gegenelement aufweist.
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Bei dem magnetisch anziehbaren Gegenelement kann es sich jedoch auch um einen Magneten handeln, der dann entsprechend gegenpolig angeordnet ist.
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Grundsätzlich ist es auch möglich, dass eine Mischung vorliegt, das heißt dass jeder Steckverbinder wenigstens einen Magneten und wenigstens ein magnetisch anziehbares Gegenelement aufweist.
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Das magnetisch anziehbare Gegenelement kann vorzugsweise selbst nicht permanent-magnetisch sein. Vorzugsweise ist das magnetisch anziehbare Gegenelement aus einem weichmagnetischen Material gebildet.
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Von Vorteil ist es, wenn zwei oder drei Magnete und dementsprechend zwei oder drei Gegenelemente vorgesehen sind. Möglich ist auch eine höhere oder eine geringere Anzahl. Mehrere kleine Magnete sind gegenüber einem großen Magneten zu bevorzugen, insbesondere da sich durch die Verwendung von mehreren kleinen Magneten insgesamt eine kleinere Bauform erzielen lässt, da die vorhandenen Lücken zwischen den Kontaktstiften bzw. den Gegenkontakten besser ausgenutzt werden können.
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Von Vorteil ist es, wenn der wenigstens eine Magnet in dem stromabnehmenden Steckverbinder und das wenigstens eine Gegenelement in dem stromgebenden Steckverbinder angeordnet ist. Der Erfinder hat erkannt, dass es von Vorteil ist, wenn der stromgebende Steckverbinder nicht über ein permanent-magnetisches Element verfügt, sondern lediglich ein Gegenelement aufweist, welches magnetisch anziehbar ist. Die Anordnung eines Magneten in dem stromgebenden Steckverbinder könnte den Nachteil haben, dass dadurch metallische Gegenstände angezogen werden, die gegebenenfalls zu einem Kurzschluss führen können bzw. die Gefahr beinhalten, dass das angezogene Metallstück in die vertieft angeordneten Gegenkontakte eindringt.
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Die Magnete und die Gegenelemente sind in dem jeweiligen Steckverbinder vorzugsweise gleichmäßig verteilt angeordnet und bilden beispielsweise bei einer Anordnung von drei Magneten, vorzugsweise eine Dreiecksform bzw. bei einer Anordnung von vier Magneten vorzugsweise eine Rechteckform aus. Gegenüber einer linearen Anordnung entlang einer Seitenkante des Steckverbinders ist dies zu bevorzugen, da dadurch erreicht wird, dass die Steckverbinder in möglichst alle Richtungen gleich gut halten.
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Von Vorteil ist es, wenn der stromabnehmende Steckverbinder als Kaltegerätesteckdose ausgebildet ist.
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Von Vorteil ist es ferner, wenn der stromabnehmende Steckverbinder in ein Computergehäuse, einem Computer oder ein medizinisches Gerät integriert ist.
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Der stromabnehmende Steckverbinder, welcher vorzugsweise über die Kontaktstifte verfügt, ist vorzugsweise als Stecker ausgebildet. Der stromgebende Steckverbinder, welcher vorzugsweise über die vertieft angeordneten Gegenkontakte verfügt, welche vorzugsweise als Buchsen ausgebildet sind, stellt vorzugsweise eine Kupplung dar. Die Erfindung eignet sich auch in besonderer Weise für ein elektronisches Bauteil oder ein elektronisches Gerät mit einem stromabnehmenden Steckverbinder als Teil einer Steckverbindung.
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Der stromgebende Steckverbinder kann auch als beliebige Steckdose ausgebildet sein. Der stromgebende Steckverbinder kann auch beispielsweise in einem medizinischen Gerät, einem beliebigen elektronischen Gerät oder einem Computergehäuse integriert sein, um den Anschluss weiterer Geräte zu ermöglichen, die eine Stromversorgung benötigen, beispielsweise einem Monitor bzw. einem weiteren Peripheriegerät für einen Computer.
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Der Kontaktstift kann ein- oder mehrteilig, beispielsweise zweiteilig, ausgebildet sein.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren abhängigen Ansprüchen.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellt.
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Es zeigt:
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1 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Steckverbindung in einer Darstellung, bei der die beiden Steckverbinder fast miteinander verbunden sind;
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2 eine weitere Schnittdarstellung der Steckverbindung nach 1;
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3 eine perspektivische Darstellung auf die Vorderfläche des stromabnehmenden Steckverbinders;
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4 einen Längsschnitt durch den stromabnehmenden Steckverbinder;
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5 eine perspektivische Darstellung auf die Vorderfläche des stromgebenden Steckverbinders;
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6 einen Längsschnitt durch den stromgebenden Steckverbinder; und
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7 eine prinzipmäßige Darstellung einer alternativen Ausführungsform der Federeinrichtung.
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Steckverbindungen zur Stromübertragung sind aus dem allgemeinen Stand der Technik grundsätzlich bereits bekannt, wozu beispielsweise auf die
WO 2011/141328 A1 verwiesen wird. Nachfolgend wird nur auf die erfindungswesentlichen Merkmale näher eingegangen.
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Nachfolgend wird eine Kombination mehrerer vorteilhafter Merkmale anhand eines Ausführungsbeispiels dargestellt, das Ausführungsbeispiel ist jedoch nicht auf die dargestellte Kombination von Merkmalen beschränkt. Insofern dies nicht explizit ausgeschlossen ist, können alle Merkmale einzeln oder in beliebigen Gruppen zusammengefügt werden, um einen vorteilhaften Steckverbinder zu realisieren.
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Die 1 und 2 zeigen eine Steckverbindung zur Stromübertragung mit einem stromgebenden Steckverbinder 1 und einem stromabnehmenden Steckverbinder 2. Die Steckverbinder 1, 2 weisen eine Magneteinrichtung 3 auf, welche eine Magnethaltekraft erzeugt, die die Steckverbinder 1, 2 im gesteckten Zustand aneinander anzieht. Die Magneteinrichtung 3 setzt sich im Ausführungsbeispiel aus Magneten 4 und Gegenelementen 5 zusammen. Im Ausführungsbeispiel sind die Magnete 4 im stromabnehmenden Steckverbinder 2 angeordnet und die Gegenelemente 5 im stromgebenden Steckverbinder 1. Die Gegenelemente 5 sind im Ausführungsbeispiel aus einem magnetisch anziehbaren, jedoch selbst nicht permanent-magnetischen Material, vorzugsweise einem weichmagnetischen Haltestück bzw. einem Weicheisen, ausgebildet. Im Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der stromabnehmende Steckverbinder 2 über drei Magnete 4 verfügt und der stromgebende Steckverbinder 1 über drei Gegenelemente 5. Die Magnete 4 und die Gegenelemente 5 sind vorzugsweise derart angeordnet, wie dies in den 3 und 5 strichliniert dargestellt ist.
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Der stromabnehmende Steckverbinder 2 weist wenigstens zwei Kontaktstifte 6 auf, die über eine Vorderfläche 2a des stromabnehmenden Steckverbinders 2 überstehen.
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Im Ausführungsbeispiel sind drei Kontaktstifte 6 vorgesehen. Konkret ist im Ausführungsbeispiel, ohne dass das Ausführungsbeispiel hierauf beschränkt wäre, vorgesehen, dass der stromabnehmende Steckverbinder 2 zwei Kontaktstifte 6 zur Stromübertragung aufweist und einen Kontaktstift 6a, der als Schutzkontakt ausgebildet ist. Der als Schutzkontakt ausgebildete Kontaktstift 6a dient dazu, einen Schutzleiter bereitzustellen.
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Der stromgebende Steckverbinder 1 weist wenigstens zwei, im Ausführungsbeispiel ebenfalls drei Gegenkontakte 7a auf, welche im gesteckten Zustand der Steckverbinder 1, 2 die Kontaktstifte 6 kontaktieren. Die Gegenkontakte 7 sind gegenüber einer Vorderfläche 1a des stromgebenden Steckverbinders 1 vertieft angeordnet.
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Der Überstand der Kontaktstifte 6 und die vertiefte Anordnung der Gegenkontakte 7 ist derart gewählt, dass die Kontaktstifte 6 und die Gegenkontakte 7 zuverlässig kontaktieren, wenn die Steckverbinder 1, 2 miteinander verbunden sind.
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Vorgesehen ist, dass die Kontaktstifte 6 und/oder die Gegenkontakte 7 in Axialrichtung durch eine Federeinrichtung 8 vorgespannt sind, so dass federnd gelagerte Stirnkontakte ausgebildet werden. Durch die Federeinrichtung 8 wird ein Kontaktdruck erzeugt, so dass die Kontaktstifte 6 und die Gegenkontakte 7 im gesteckten Zustand der Steckverbinder 1, 2 aufeinander gedrückt sind.
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Im Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Federeinrichtung 8 nur die Kontaktstifte 6 vorspannt. Die Gegenkontakte 7 sind unbeweglich im Steckverbinder 1 ausgebildet. Vorgesehen ist für jeden Kontaktstift 6 eine eigene Federeinrichtung 8. Ferner ist vorgesehen, dass die Kontaktstifte 6 jeweils innerhalb einer Ausgleichsfläche 9 radial beweglich sind, damit die Kontaktstifte 6 möglichst störungsfrei in die vertieft angeordneten Gegenkontakte 7 eindringen können. Die radiale Beweglichkeit der Kontaktstifte 6 ergibt sich im Ausführungsbeispiel durch die Federeinrichtung 8 in Verbindung damit, dass die Kontaktstifte 6 jeweils durch eine Bohrung 10 in der Vorderfläche 2a des stromabnehmenden Steckverbinders 2 durchgeführt sind. Dabei ist vorgesehen, dass der Innendurchmesser der Bohrung 10 größer ist als der Außendurchmesser der Kontaktstifte 6 im Bereich der Bohrung 10. Die Bohrung 10 bildet im Ausführungsbeispiel die Ausgleichsfläche 9.
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Im Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass der Außendurchmesser der Kontaktstifte 6 zumindest im Bereich der Bohrung 10 2 mm bis 4 mm, vorzugsweise 2,5 mm bis 3,5 mm, besonders bevorzugt 2,2 mm +/–0,2 mm, aufweist und der Durchmesser der Bohrung 10 vorzugsweise 0,5 mm bis 2 mm, besonders bevorzugt 1 mm +/–0,2 mm, größer ist als der Außendurchmesser des jeweiligen Kontaktstiftes 6.
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Im Ausführungsbeispiel sind zwei Gegenkontakte 7 zur Stromübertragung vorgesehen. Ein Gegenkontakt 7a ist als Schutzkontakt ausgebildet, um gemeinsam mit dem als Schutzkontakt ausgebildeten Kontaktstift 6a eine Schutzleitung bereitzustellen. Im Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der als Schutzkontakt ausgebildete Kontaktstift 6a weiter über die Vorderfläche 2a übersteht als die zur Stromübertragung vorgesehenen Kontaktstifte 6. Ergänzend oder alternativ dazu kann auch vorgesehen sein, dass der als Schutzkontakt ausgebildete Gegenkontakt 7a des stromgebenden Steckverbinders 1 weniger tief in der Vorderfläche 1a des stromgebenden Steckverbinders 1 angeordnet ist als die zur Stromübertragung vorgesehenen Gegenkontakte 7.
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Wie sich aus den 1, 2 und 3 ergibt, weist die Federeinrichtung 8 im Ausführungsbeispiel jeweils eine erste Feder 11 und eine zweite Feder 12 auf. Die erste Feder 11 und die zweite Feder 12 umfassen den Kontaktstift 6 jeweils außenseitig über ein Teilstück seiner axialen Länge. Alternativ kann auch nur eine Feder für jeden Kontaktstift 6 oder auch mehrere Federn vorgesehen sein. Die Federn 11, 12 sind jeweils in einer Führungshülse 13 angeordnet, welche vorzugsweise aus dem Gehäuse des stromabnehmenden Steckverbinders 2 ausgebildet ist, aber auch anderweitig bereitgestellt werden kann. Die Führungshülse 13 dient zur Führung der Federn 11, 12. Die Federn 11, 12 sind axial hintereinander angeordnet und im Ausführungsbeispiel vorzugsweise als Druckfedern ausgebildet und ebenfalls vorzugsweise vorkomprimiert bzw. derart angeordnet, dass diese bereits eine Kraft auf den Kontaktstift 6 aufbringen, bevor die Steckverbinder 1, 2 miteinander verbunden sind.
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Im Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Steckverbinder 1, 2 im gesteckten Zustand ausschließlich durch die Magnethaltekraft der Magneteinrichtung 3 miteinander verbunden sind. Weitere mechanische Maßnahmen, um die Steckverbinder 1, 2 zu verbinden, sind nicht vorgesehen. Daher ist im Ausführungsbeispiel auch vorgesehen, dass die Magnethaltekraft der Magneteinrichtung 3 im gesteckten Zustand der Steckverbinder 1, 2 größer ist als die Federkräfte aller Federeinrichtungen 8 und somit auch größer als die gesamte Kontaktkraft.
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Im Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der Kontaktdruck zwischen den zur Stromübertragung vorgesehenen Kontaktstiften 6 bzw. den Gegenkontakten 7 im gesteckten Zustand der Steckverbinder 1, 2 jeweils 3 bis 10 N, vorzugsweise 4 bis 6 N, und der Kontaktdruck zwischen dem als Schutzkontakt ausgebildeten Kontaktstift 6a und dem entsprechenden Gegenkontakt 7a 5 bis 15 N, vorzugsweise 6 bis 12 N, beträgt. Im Ausführungsbeispiel ist weiter vorgesehen, dass die Kontaktstifte 6 und die Gegenkontakte 7 an ihren zur Kontaktierung vorgesehenen Vorderseiten Kontaktnieten 15 mit einem Durchmesser von 1 mmm bis 3 mm, im Ausführungsbeispiel bevorzugt 1,5 mm bis 2 mm, aufweisen.
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Wie sich aus den 1 bis 6 ergibt, weist der stromabnehmende Steckverbinder 2 einen Rahmen 16 auf, welcher vorzugsweise 5 mm bis 15 mm, besonders bevorzugt 8 mm bis 12 mm, nach vorne über die Vorderfläche 2a des stromabnehmenden Steckverbinders 2 übersteht. Der Rahmen 16 kann dabei derart gestaltet sein, dass sich dieser nach außen öffnet, das heißt, dass sich die Innenfläche, die der Rahmen 16 bereitstellt, nach außen vergrößert, so wie dies insbesondere in den 3 und 4 ersichtlich ist. Dadurch wird eine Einführgeometrie geschaffen, um eine mechanische Grobführung bereitzustellen. Analog kann das Gehäuse 17 des stromgebenden Steckverbinders 1 eine Einführgeometrie aufweisen. Das Gehäuse 17 des stromgebenden Steckverbinders 1 verjüngt sich vorzugsweise in Richtung auf die Vorderfläche 1a, so wie dies beispielsweise in den 5 und 6 dargestellt ist. Die Verjüngung kann dabei vorzugsweise auf einer axialen Länge erfolgen, die der Länge entspricht, mit der der Rahmen 16 über die Vorderfläche 2a übersteht.
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Die Kontaktstifte 6 weisen im Ausführungsbeispiel eine radiale Verdickung 18 oder alternativ einen Bund auf. Die Verdickung 18 weist einen Außendurchmesser auf, der geringer ist als der Innendurchmesser der Führungshülse 13 in diesem Bereich. Die erste Feder 11 ist zwischen der radialen Verdickung 18 und der Vorderfläche 2a des stromabnehmenden Steckverbinders 2 angeordnet. Dabei muss die erste Feder 11 die Vorderfläche 2a nicht zwangsläufig erreichen und kann sich an einem geeigneten Absatz, der vorzugsweise aus dem Gehäuse 14 ausgebildet ist, abstützen. Die zweite Feder 12 ist zwischen der radialen Verdickung 18 und einer Rückseite 2b des stromabnehmenden Steckverbinders 2 eingespannt. Die zweite Feder 12 muss dabei die Rückseite 2b nicht zwingend erreichen und kann sich bereits vorher beispielsweise an einem entsprechenden Vorsprung oder einer Verjüngung des Gehäuses 14 abstützen. Im Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die der radialen Verdickung 18 zugewandten Enden der Federn 11, 12 auf diese aufgepresst sind, so dass ein Presssitz erzeugt wird. Die jeweils anderen Enden der Federn 11, 12 werden außenseitig von der Führungshülse 13 zusammengepresst bzw. von einem entsprechenden Gehäuseteil 14 zusammengepresst. Vorzugsweise ist an allen Enden der Federn 11, 12 ein Presssitz vorgesehen.
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Im Ausführungsbeispiel ist ferner vorgesehen, dass zumindest die erste Windung der Enden der Federn 11, 12 durch die Führungshülse 13 bzw. eine Gehäuseinnenwand des stromabnehmenden Steckverbinders 2 und die radiale Verdickung 18 des Kontaktstiftes 6 enger geführt ist als ein Mittelbereich der Federn 11, 12.
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Die 7 zeigt eine ergänzende oder alternativ Ausgestaltung, bei der vorgesehen ist, dass die Federn 11, 12 eine konische Form derart aufweisen, dass der Durchmesser der Federn in Axialrichtung von außen in Richtung auf die radiale Verdickung 18 des Kontaktstifts 6 nach innen abnimmt. Vorgesehen sein kann dabei in einer nicht näher dargestellten Weise auch, dass die Federn 11, 12 jeweils an ihren Enden einen größeren Außendurchmesser aufweisen als im Mittelbereich.
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Im Ausführungsbeispiel ist dargestellt, dass der Kontaktstift 6 zweiteilig ausgebildet ist. Dies ist jedoch optional.
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Im Ausführungsbeispiel ist ferner vorgesehen, dass an den von den Gegenelementen 7 abgewandten Enden der Kontaktstifte 6 jeweils ein Kabelschuh 19 angebracht ist. Auch dies ist optional. Vorgesehen sein kann jede beliebige bekannte Verbindung.
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In den 1 und 2 ist dargestellt, dass der Kabelschuh 19 mit dem jeweiligen Kontaktstift 6 mitfedert (siehe insbesondere 2). Alternativ dazu kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der Kabelschuh 19 starr bzw. unbeweglich mit dem Gehäuse 14 bzw. einer Rückseite 2b des stromabnehmenden Steckverbinders 2 verbunden ist. In diesem Fall ist der Kabelschuh 19 vorzugsweise mittels einer flexiblen Anschlussleitung, welche vorzugsweise beispielsweise eine Schleife aufweisen kann, mit dem jeweiligen Kontaktstift 6 verbunden. Somit kann der Kontaktstift 6 federn, ohne dass der Kabelschuh 19 mitfedern muss. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass Kräfte, die auf den Kabelschuh 19 einwirken, beispielsweise von dem nicht näher dargestellten weiterführenden Kabel nicht auf die federnden Kontaktstifte 6 übertragen werden.
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Im Ausführungsbeispiel ist optional vorgesehen, dass die Gehäuse 14 und 17 aus Kunststoff gefertigt, vorzugsweise gespritzt sind. In 4 ist dargestellt, dass das Gehäuse 14 zweiteilig ausgebildet ist, wobei eine Schraube zur Verschraubung der Gehäuseteile vorgesehen ist. Auch dies ist rein optional. Grundsätzlich ist ein einstückig gespritztes Gehäuse 14 zu bevorzugen.
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In 3 ist dargestellt, dass der stromabnehmende Steckverbinder 2 über zwei, gegebenenfalls auch mehr oder weniger Befestigungsbohrungen 20 verfügt. Mit Hilfe der Befestigungsbohrungen 20 kann der stromabnehmende Steckverbinder 2 entsprechend montiert werden, z. B. in einem Computergehäuse. Auch dies ist optional.
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Die 3 bis 6 zeigen eine vorzugsweise vorgesehene Anordnung der drei Kontaktstifte 6 bzw. der Gegenkontakte 7. Auch dies ist optional. Es ist allerdings zu bevorzugen, dass die Kontaktstifte 6 nicht in einer Reihe angeordnet sind, sondern vorzugsweise in einer Dreiecksform auf der Vorderfläche 2a verteilt sind, wodurch sich, insbesondere auch aufgrund der dadurch möglichen Anordnung der drei Magnete 4, eine besonders gute Steckverbindung ergibt. Die Gegenkontakte 7 sind entsprechend analog angeordnet. In nicht näher dargestellter Weise kann der stromabnehmende Steckverbinder 2 als Kaltgerätesteckdose ausgebildet sein. Der stromabnehmende Steckverbinder 2 kann in einen Computer, ein Computergehäuse oder ein medizinisches Gerät oder ein beliebiges anderes elektronisches Bauteil integriert sein. Der stromabnehmende Steckverbinder 2 ist im Ausführungsbeispiel als Stecker ausgebildet. Der stromgebende Steckverbinder 1 ist im Ausführungsbeispiel als Buchse ausgebildet.
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Der stromabnehmende Steckverbinder 2 kann als Teil einer Steckverbindung in einem elektronischen Bauteil oder einem elektronischen Gerät integriert sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2011/141328 A1 [0002, 0061]
- WO 2011/141328 [0003]
