EP3427351B1 - Buchsenelement und steckelement für eine elektrische steckverbindung, elektrische steckverbindung und verfahren zum herstellen einer elektrischen steckverbindung - Google Patents

Buchsenelement und steckelement für eine elektrische steckverbindung, elektrische steckverbindung und verfahren zum herstellen einer elektrischen steckverbindung Download PDF

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EP3427351B1
EP3427351B1 EP16813358.5A EP16813358A EP3427351B1 EP 3427351 B1 EP3427351 B1 EP 3427351B1 EP 16813358 A EP16813358 A EP 16813358A EP 3427351 B1 EP3427351 B1 EP 3427351B1
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EP
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radio unit
contact elements
female
plug
locking
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Felix FRIEDERICH
Heiko Christian JAKOB
Benedikt STUIBER
Tobias Bernhard
Simeon SCHMID
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Original Assignee
Unicorn Energy GmbH
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Publication date
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Definitions

  • the present invention relates to a socket element and a plug element for an electrical plug connection with at least two electrical contact elements for transmitting electrical energy according to the preamble of claims 1 and 7.
  • the present invention also relates to an electrical plug connection.
  • the present invention also relates to a method for producing an electrical plug connection for transmitting electrical energy.
  • FR 2 943 468 A1 shows a socket element with features of the preamble of claim 1 and a plug element with features of the preamble of claim 7. Further plug elements and socket elements are from DE 10 2006 014 621 A1 , WO 2010/115927 A1 , CN 202 940 392 U and US 2013/314069 A1 famous.
  • the invention is based on the object of enabling a permanently reliable and electrically safe connection regardless of the type of current flow.
  • the invention solves the problem by means of a socket element with the features of claim 1.
  • Socket element made by a radio unit for the transmission of radio signals for identification and compatibility testing, a controller connected upstream of the radio unit, the radio unit interacting with the controller serving to enable the transmission of electrical energy via the contact elements, and by a switching element for activating the radio unit, the Switching element can be actuated by plugging the socket element together with a complementary plug-in element.
  • Such a configuration of the socket element has the advantage that an electrically secure connection can be established. This is based on the fact that the socket element and a complementary plug-in element are initially de-energized. By plugging the socket element and the complementary plug-in element together, a switching element is actuated, which is used to activate a radio unit.
  • the radio unit sends radio signals in order to carry out an identification and compatibility test of the socket element and plug element or the components connected to them. In the event of positive or authorized identification and compatibility, the controller with which the radio unit interacts releases the transmission of electrical energy via the contact elements. Only then are the contact elements energized. This creates a contact sequence in which the formation of an arc is avoided and contact elements are not energized in the exposed state.
  • the safety when handling the socket element and plug element by a user is considerably optimized, in particular when the predominant type of current supply is direct current.
  • the radio unit only when the plug element and socket element are plugged together is activated, unwanted reading out or manipulation of the socket element when the plug element is not inserted is prevented.
  • a plug element that is complementary to the socket element serves as a “mechanical key” for activating the radio unit.
  • the targeted activation of the radio unit also reduces energy consumption, as there is no permanent polling (presence check of a counterpart).
  • the switching element can be actuated by the plug element when the socket element is plugged together with a complementary plug element.
  • the socket element can be used not only in vehicles or houses but in any type of self-sufficient island network. Accordingly, the socket element can be fixedly mounted on a charging station or a house wall.
  • the socket element is suitable for the transmission of direct current or alternating current.
  • the socket element can be designed as a socket.
  • the contact elements are designed as contact sockets which are arranged in a receptacle of the socket element serving to receive a complementary plug-in element.
  • the radio unit is arranged on a wall delimiting the receptacle in the insertion direction or is integrated into the wall of the receptacle.
  • the contact sockets are suitable for holding contact pins. More than two contact elements are also conceivable.
  • the contact elements and / or their lines are preferably double galvanically isolated.
  • a protective conductor can be dispensed with.
  • the controller can be arranged in the socket element itself, in a plug element that is complementary to the socket element or in a terminal device (e.g. energy storage device, charger, energy consumer) connected to the socket element or plug element.
  • the controller is connected upstream of the radio unit, it being possible for the radio unit together with the switching element to be arranged in the socket element.
  • the controller can be designed as a microcontroller.
  • the switching element can be positioned in such a way that it is only actuated after the contact elements of the socket element (eg contact sockets) are electrically connected to electrical contact elements of the plug element (eg contact pins).
  • the switching element can be located in a defined arrangement with respect to the contact elements, so that the switching element is only actuated after an electrical contact has been established on the contact elements.
  • a defined (plug-in) position of a plug-in element in the socket element is detected by the switching element.
  • the defined position can be an end position in which the plug element is completely inserted into the socket element. This improves safety when handling the socket element, since the energy transfer is only released when a defined (plug-in) position is reached.
  • the switching element can be designed as an electronic switching element, in particular as a sensor element, or as a switch that closes a circuit.
  • the switch can be designed as a mechanical switch or button that is pretensioned by a spring.
  • the switch can be designed as a tracking contact / contact bridge (electrical switch). A structurally simple solution for detecting a defined position is thus created in each case.
  • the sensor element can be designed as a Hall probe (magnetic sensor), a light barrier (optical sensor), or a capacitor (capacitive sensor). This enables a more precise resolution when recording an (insertion) position.
  • a locking element for locking a plug element can be provided on the socket element.
  • a plug-in element can thus be fixed on the socket element, which further increases safety.
  • the locking element can be designed as a U-shaped or V-shaped lock shackle. In the blocking position, the lock shackle can be used to grip behind a recess in the plug-in element.
  • An actuator in particular controlled by the controller, can expediently be provided for actuating the locking element.
  • the locking element can thus be shifted in a targeted manner between a release position and a blocking position.
  • the actuation of the actuator by the controller has the advantage that the actuation of the locking element can take place in a coordinated manner to enable the energy transfer. It is conceivable that the energy transfer only begins when that Locking element has reached the blocking position. This again increases security.
  • the radio unit can advantageously be designed as a preferably active near-field radio unit (NFC unit). This ensures the desired range of a radio signal transmission over just a few centimeters (manipulation security).
  • NFC unit active near-field radio unit
  • An active near-field radio unit has the advantage that it can also be used to communicate with a counterpart with a passive near-field radio unit (passive NFC tag).
  • the plug-in element can be used not only in vehicles or houses, but also in any type of self-sufficient island network.
  • the plug element is suitable for the transmission of direct current or alternating current.
  • the plug element can be designed as a plug.
  • the contact elements can be designed as contact pins which are arranged on the plug and oriented in the insertion direction.
  • the radio unit is arranged on the front side of the plug, namely integrated into the plug on the front side.
  • the contact pins are suitable for insertion into contact sockets. More than two contact elements are also conceivable.
  • the controller can be in the plug element itself, in a socket element complementary to the plug element, or in a Plug element or socket element connected terminal (eg energy storage, charger, energy consumer) can be arranged. It is conceivable that the controller is connected upstream of the radio unit, with the radio unit and switching element being able to be arranged in the plug-in element.
  • the controller can be designed as a microcontroller.
  • a switching element is provided for activating the radio unit, the switching element being actuatable by plugging the plug-in element together with a complementary socket element.
  • the radio unit of the plug-in element can be activated in a targeted manner when the switching element is actuated. It is conceivable that the switching element can be actuated by the socket element when the plug element is plugged together with the complementary socket element.
  • the switching element of the plug element can correspond structurally to the switching element of the socket element.
  • the switching element can therefore be designed as an electronic switching element, in particular as a sensor element, or as a switch that closes a circuit (see above).
  • a locking element can be provided for locking the plug element on a complementary socket element.
  • the locking element can be designed as a lock plate, which is arranged on the plug element and is suitable for interaction with a locking element of a socket element, for example a lock shackle. This contributes to increasing the safety when handling the socket element.
  • the radio unit of the plug element is designed as a passive near-field radio unit (NFC unit). This ensures the desired range of a radio signal transmission over just a few centimeters (manipulation security).
  • NFC unit passive near-field radio unit
  • a passive near-field radio unit has the advantage that it can be fed by a near-field radio unit of the other party and does not require its own energy source.
  • the physical contact between the contact elements takes place by plugging together a socket element having at least two contact elements as described above with a complementary plug element having at least two contact elements as described above. This takes place by the user, namely by inserting the plug element into the socket element.
  • the switching element is actuated by plugging the socket element together with the plug element. It is conceivable that the switching element is actuated by the plug-in element when it is plugged together. This activates the radio unit and, if necessary, releases the energy transmission only after the plug element and socket element have been plugged together. This increases the safety for the user.
  • Fig. 1 shows a socket element 10 for an electrical plug connection and a plug element 12 for an electrical plug connection.
  • the socket element 10 and the plug element 12 form an electrical plug connection 14.
  • the socket element 10 has a housing 10 ′ with a receptacle 11 for a corresponding plug element 12.
  • the plug element 12 has a housing 12 ′ with an insertion section 13.
  • the plug-in element 12 can be plugged into the receptacle 11 with its plug-in section 13.
  • the socket element 10 is designed as a socket 16 and can, for example, be mounted on a charging station or a wall.
  • the plug element 12 is designed as a plug 18 and can be plugged into the socket 16 due to its complementary design.
  • the socket element 10 has two electrical contact elements 20 for the transmission of electrical energy, which are designed as contact sockets 22.
  • the contact sockets 22 are arranged in the receptacle 11.
  • Jacket sleeves 23 surround the contact sockets 22.
  • the socket element 10 has a radio unit 24 which is used to transmit radio signals for identification testing and / or compatibility testing (cf. Fig. 2 ).
  • the radio unit 24 interacts with a controller 26 serving to enable the transmission of electrical energy via the contact elements 20, which in the present case Embodiment of an energy source 28 (for example energy storage or charger) is assigned and possibly forms part of the energy source 28 (cf. Fig. 4 ).
  • an energy source 28 for example energy storage or charger
  • the contact sockets 20 are electrically connected to the energy store 28.
  • the socket element 10 has a switching element 30 for activating the radio unit 24, the switching element 30 being operable by plugging the socket element 10 together with a complementary plug-in element 12, namely through the plug-in element 12 (cf. Fig. 3 ).
  • the switching element 30 is positioned in such a way that it is only actuated after the contact elements 20 of the socket element 10 are electrically connected to electrical contact elements 32 of the plug element 12 (cf. Fig. 3 ).
  • the switching element 30 is designed as a switch or button 34 and is pretensioned by a spring (not shown).
  • the switching element 30 is arranged in the receptacle 11 on or in the wall 35 delimiting the receptacle 11 in the insertion direction.
  • the socket element 10 also has a locking element 36 for locking a plug element 12 on the socket element 10.
  • the locking element 36 is designed as a lock bracket 38 (cf. Fig.3a ).
  • the socket element 10 also has an actuator for actuating the locking element 36 (not shown), with which the locking element 36 can be displaced between a release position and a blocking position.
  • the actuator is controlled by the controller 26.
  • the radio unit 24 is designed as a preferably active near-field radio unit 40 (NFC unit) (cf. Fig. 4 ).
  • the radio unit 24 is arranged in, on or behind the wall 35 delimiting the receptacle 11 in the insertion direction (cf. Fig. 3 ).
  • the plug element 12 has at least two electrical contact elements 32 for transmitting electrical energy, which are designed as contact pins 42.
  • the plug element 12 has a radio unit 44 for the transmission of radio signals for identification testing and / or compatibility testing.
  • the radio unit 44 interacts with a controller 26 which is used to enable the transmission of electrical energy via the contact elements 32.
  • the controller 26 is assigned to an energy source 28 (e.g. energy storage device or charger) and optionally forms part of the energy source 28.
  • the plug element 12 can also have a switching element 46 for activating the radio unit 44, the switching element 46 being actuatable by plugging the plug element 12 together with a complementary socket element 10, the switching element being actuatable by the socket element 10 when plugging together (not shown).
  • the switching element 46 is designed as a switch or button 47 and is pretensioned by a spring (not shown).
  • the plug element 12 also has a locking element 48 for locking the plug element 12 on a complementary socket element 10.
  • the locking element 48 is designed as a lock plate 50 (cf. Fig. 3 ).
  • the locking element 48 has a recess 51 on each leg, which is engaged from behind by the locking element 36 (lock bracket 38) in the blocking position.
  • the locking element 36 protrudes in sections from the plug-in section 13 of the plug-in element 12.
  • the radio unit 44 of the plug element 12 is designed as a passive near-field radio unit 52 (NFC unit) (cf. Fig. 4 ).
  • the radio unit 24 of the socket element 10 can thus supply the radio unit 44 of the plug element 12 with energy.
  • the radio unit 44 is integrated at the end of the plug element 12, specifically in the plug-in section 13.
  • the process for establishing an electrical plug connection for the transmission of electrical energy is as follows: First, a physical contact is established between the contact elements 20, 32 serving for the transmission of electrical energy. This is done by plugging together the socket element 10, which has at least two contact elements 20, with a complementary plug-in element 12, which has at least two contact elements 44.
  • a switching element 30 is actuated, the one for identification check and / or compatibility check serving radio unit 24 activated.
  • the switching element 30 is actuated by the plug element 12, wherein the switching element 30 can be designed as a switch or button 34 and can be actuated by the plug-in section 13 of the plug element 12.
  • the radio unit 24 interacts with a controller 26 which enables the transmission of electrical energy via the contact elements 20, 32.
  • the switching element 30 is actuated by plugging the socket element 10 together with the plug element 12, specifically by the plug element 12.

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  • Details Of Connecting Devices For Male And Female Coupling (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft jeweils ein Buchsenelement sowie ein Steckelement für eine elektrische Steckverbindung mit mindestens zwei elektrischen Kontaktelementen zur Übertragung elektrischer Energie gemäß Oberbegriff der Ansprüche 1 und 7. Zudem betrifft die vorliegende Erfindung eine elektrische Steckverbindung. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Steckverbindung zur Übertragung elektrischer Energie.
  • Aus dem Stand der Technik sind elektrische Buchsenelemente und Steckelemente in Form von Schutzkontaktsteckdosen und Schutzkontaktsteckern bekannt. Beim Zusammenstecken von Schutzkontaktsteckdose und Schutzkontaktstecker wird eine Kontaktsequenz durchlaufen, da zunächst der Schutzleiter und erst danach Nullleiter und Phase angeschlossen werden. Zudem sind aus dem Stand der Technik im Handel erhältliche Autoladestecker mit der Bezeichnung "Typ 2" bekannt, deren Kontaktierung auf Grund unterschiedlicher Kontaktelemente und Signalpins ebenfalls in einer Kontaktsequenz erfolgt, so dass Kontaktelemente unterschiedlicher Polarität zeitversetzt verbunden werden, um einen Lichtbogen beim Zusammenstecken oder Auseinanderziehen zu vermeiden.
  • Allerdings ist dabei von Nachteil, dass an Signalpins - und damit an freiliegenden Kontakten - Spannung anliegt. Signalpins korrodieren bei Verwendung im Außenbereich schnell, da diese dünn sind und keine Reinigung durch einen starken anliegenden Strom stattfindet. Durch Verschmutzung und Korrosion kann es daher zur Brückenbildung zwischen den Signalpins kommen. Dies ist mit der Gefahr von Kurzschlüssen verbunden, so dass eine Funktion auf Dauer nicht gewährleistet ist. Würde man die Signalpins durch eine drahtlose Signalübertragung ersetzen, könnten eine Paarung von Stecker und Steckdose und damit das Anliegen einer Spannung an den Kontaktelementen bereits erfolgen, bevor die Kontaktelemente physikalischen Kontakt miteinander haben. Damit besteht die Gefahr eines Lichtbogens und eines Stromschlags für den Anwender. Ein hinreichend sicherer Einsatz solcher Stecker und Steckdosen ist auf Dauer nicht gewährleistet. FR 2 943 468 A1 zeigt ein Buchsenelement mit Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 und ein Steckelement mit Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 7. Weitere Steckelemente und Buchsenelemente sind aus DE 10 2006 014 621 A1 , WO 2010/115927 A1 , CN 202 940 392 U und US 2013/314069 A1 bekannt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unabhängig von der Bestromungsart eine dauerhaft zuverlässige und elektrisch sichere Verbindung zu ermöglichen.
  • Die Erfindung löst die Aufgabe durch ein Buchsenelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Danach zeichnet sich das Buchsenelement aus durch eine Funkeinheit zur Übertragung von Funksignalen zur Identifikations- und Kompatibilitätsprüfung, einem der Funkeinheit vorgeschalteten Controller, wobei die Funkeinheit mit dem zur Freigabe der Übertragung elektrischer Energie über die Kontaktelemente dienenden Controller zusammenwirkt, und durch ein Schaltelement zum Aktivieren der Funkeinheit, wobei das Schaltelement durch Zusammenstecken des Buchsenelements mit einem komplementären Steckelement betätigbar ist.
  • Eine derartige Ausgestaltung des Buchsenelements hat den Vorteil, dass eine elektrisch sichere Verbindung herstellbar ist. Dies beruht darauf, dass das Buchsenelement und ein komplementäres Steckelement zunächst unbestromt sind. Durch Zusammenstecken von Buchsenelement und komplementärem Steckelement wird ein Schaltelement betätigt, das zum Aktivieren einer Funkeinheit dient. Die Funkeinheit sendet Funksignale, um eine Identifikations- und Kompatibilitätsprüfung von Buchsenelement und Steckelement bzw. der daran angeschlossenen Komponenten vorzunehmen. Bei positiver oder autorisierter Identifikation und Kompatibilität gibt der Controller, mit dem die Funkeinheit zusammenwirkt, die Übertragung elektrischer Energie über die Kontaktelemente frei. Erst dann sind die Kontaktelemente bestromt. Dadurch ist eine Kontaktsequenz geschaffen, bei der die Bildung eines Lichtbogens vermieden wird und Kontaktelemente im freiliegenden Zustand unbestromt sind. Hierdurch ist die Sicherheit bei der Handhabung des Buchsenelements und Steckelements durch einen Benutzer erheblich optimiert, insbesondere dann, wenn die vorherrschende Bestromungsart Gleichstrom ist. Indem die Funkeinheit erst beim Zusammenstecken von Steckelement und Buchsenelement aktiviert wird, ist ein unerwünschtes Auslesen oder Manipulieren des Buchsenelements bei nicht eingestecktem Steckelement verhindert. Mit anderen Worten dient ein bezogen auf das Buchsenelement komplementäres Steckelement als "mechanischer Schlüssel" zur Aktivierung der Funkeinheit. Durch das gezielte Einschalten der Funkeinheit ist zudem der Energieverbrauch reduziert, da kein permanentes Pollen (Anwesenheitsprüfung eines Gegenübers) erfolgt.
  • Es ist denkbar, dass das Schaltelement beim Zusammenstecken des Buchsenelements mit einem komplementären Steckelement durch das Steckelement betätigbar ist.
  • Das Buchsenelement kann nicht nur bei Fahrzeugen oder Häusern sondern bei jeglicher Art von autarken Inselnetzen zum Einsatz kommen. Demnach kann das Buchsenelement ortsfest an einer Ladesäule oder einer Hauswand montiert sein. Das Buchsenelement ist zur Übertragung von Gleichstrom oder Wechselstrom geeignet.
  • Das Buchsenelement kann als Steckdose ausgebildet sein. Die Kontaktelemente sind als Kontaktbuchsen ausgeführt, die in einer zur Aufnahme eines komplementären Steckelements dienenden Aufnahme des Buchsenelements angeordnet sind. Die Funkeinheit ist an einer die Aufnahme in Einsteckrichtung begrenzenden Wandung angeordnetoder in die Wandung der Aufnahme integriert. Die Kontaktbuchsen sind zur passenden Aufnahme von Kontaktstiften geeignet. Auch mehr als zwei Kontaktelemente sind denkbar.
  • An einem der Kontaktelemente kann eine Spannung von -120 Volt bis +120 Volt, vorzugsweise von +50 Volt bis +70 Volt, weiter vorzugsweise von +60 Volt anliegen. An einem weiteren der Kontaktelemente kann eine Spannung von 0 Volt anliegen, wobei dieses Kontaktelement keine Verbindung zur Erde darstellt (kein "Ground"). Die Kontaktelemente und/oder deren Leitungen sind vorzugsweise doppelt galvanisch isoliert. Auf einen Schutzleiter kann verzichtet werden.
  • Der Controller kann im Buchsenelement selbst, in einem mit dem Buchsenelement komplementären Steckelement oder in einem an Buchsenelement oder Steckelement angeschlossenen Endgerät (z.B. Energiespeicher, Ladegerät, Energieverbraucher) angeordnet sein. Der Controller ist der Funkeinheit vorgeschaltet, wobei die Funkeinheit nebst Schaltelement im Buchsenelement angeordnet sein kann. Der Controller kann als Mikrocontroller ausgebildet sein.
  • Das Schaltelement kann derart positioniert sein, dass dieses insbesondere erst dann betätigt wird, nachdem die Kontaktelemente des Buchsenelements (z.B. Kontaktbuchsen) mit elektrischen Kontaktelementen des Steckelements (z.B. Kontaktstiften) elektrisch verbunden sind. Mit anderen Worten kann sich das Schaltelement in einer definierten Anordnung zu den Kontaktelementen befinden, so dass das Schaltelement erst nach Herstellen eines elektrischen Kontaktes an den Kontaktelementen betätigt wird. Durch das Schaltelement wird eine definierte (Einsteck-)Position eines Steckelements im Buchsenelement erfasst. Bei der definierten Position kann es sich um eine Endposition handeln, bei der das Steckelement vollständig in das Buchsenelement eingesteckt ist. Hierdurch ist die Sicherheit bei der Handhabung des Buchsenelements begünstigt, da eine Freigabe der Energieübertragung erst bei Erreichen einer definierten (Einsteck-)Position erfolgt.
  • Im Konkreten kann das Schaltelement als elektronisches Schaltelement, insbesondere als Sensorelement, oder als ein einen Stromkreis schließender Schalter ausgebildet sein. Der Schalter kann als mechanischer Schalter oder Taster ausgebildet sein, der durch eine Feder vorgespannt ist. Weiter kann der Schalter als nachführender Kontakt/Kontaktbrücke (elektrischer Schalter) ausgebildet sein. Damit ist jeweils eine konstruktiv einfache Lösung der Erfassung einer definierten Position geschaffen. Das Sensorelement kann als Hallsonde (magnetischer Sensor), Lichtschranke (optischer Sensor), oder Kondensator (kapazitiver Sensor) ausgeführt sein. Hiermit ist bei der Erfassung einer (Einsteck-)Position eine genauere Auflösung ermöglicht.
  • In vorteilhafter Weise kann ein Verriegelungselement zur Verriegelung eines Steckelements am Buchsenelement vorgesehen sein. Damit lässt sich ein Steckelement am Buchsenelement festlegen, wodurch die Sicherheit abermals erhöht ist. Das Verriegelungselement kann als U-förmiger oder V-förmiger Schlossbügel ausgebildet sein. Der Schlossbügel kann in Blockierstellung zum Hintergriff einer Ausnehmung im Steckelement dienen.
  • Zweckmäßigerweise kann ein, insbesondere von dem Controller gesteuerter, Aktor zur Betätigung des Verriegelungselements vorgesehen sein. Damit ist das Verriegelungselement gezielt zwischen einer Freigabestellung und einer Blockierstellung verlagerbar. Die Betätigung des Aktors durch den Controller hat den Vorteil, dass die Betätigung des Verriegelungselements koordiniert zur Freigabe der Energieübertragung erfolgen kann. Dabei ist denkbar, dass die Energieübertragung erst dann beginnt, wenn das Verriegelungselement die Blockierstellung erreicht hat. Hiermit wird die Sicherheit abermals erhöht.
  • In vorteilhafter Weise kann die Funkeinheit als vorzugsweise aktive Nahfeldfunkeinheit (NFC-Einheit) ausgebildet sein. Dies stellt die gewünschte Reichweite einer Funksignalübertragung über nur wenige Zentimeter sicher (Manipulationssicherheit). Eine aktive Nahfeldfunkeinheit hat den Vorteil, dass damit auch mit einem Gegenüber mit passiver Nahfeldfunkeinheit (passiver NFC-Tag) kommuniziert werden kann.
  • Die eingangs genannte Aufgabe wird auch durch ein Steckelement mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs gelöst. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird hinsichtlich der Vorteile und der erfinderischen Tätigkeit auf die obigen Ausführungen verwiesen.
  • Das Steckelement kann nicht nur bei Fahrzeugen oder Häusern, sondern bei jeglicher Art von autarken Inselnetzen zum Einsatz kommen. Das Steckelement ist zur Übertragung von Gleichstrom oder Wechselstrom geeignet.
  • Das Steckelement kann als Stecker ausgebildet sein. Die Kontaktelemente können als Kontaktstifte ausgeführt sein, die am Stecker angeordnet und in Einsteckrichtung orientiert sind. Die Funkeinheit ist stirnseitig am Stecker angeordnet, und zwar stirnseitig in den Stecker integriert. Die Kontaktstifte sind zum Einstecken in Kontaktbuchsen geeignet. Auch mehr als zwei Kontaktelemente sind denkbar.
  • Der Controller kann im Steckelement selbst, in einem zum Steckelement komplementären Buchsenelement oder in einem an Steckelement oder Buchsenelement angeschlossenen Endgerät (z.B. Energiespeicher, Ladegerät, Energieverbraucher) angeordnet sein. Dabei ist denkbar, dass der Controller der Funkeinheit vorgeschaltet ist, wobei die Funkeinheit nebst Schaltelement im Steckelement angeordnet sein kann. Der Controller kann als Mikrocontroller ausgebildet sein.
  • Hinsichtlich der möglichen, an den Kontaktelementen anliegenden Spannungen wird, da diese auch auf das Steckelement zutreffen, auf die Ausführungen im Zusammenhang mit Anspruch 1 verwiesen.
  • Es ist ein Schaltelement zum Aktivieren der Funkeinheit vorgesehen, wobei das Schaltelement durch Zusammenstecken des Steckelements mit einem komplementären Buchsenelement betätigbar ist. Hiermit kann, unabhängig davon, ob am Buchsenelement ein Schaltelement vorhanden ist, ein Aktivieren der Funkeinheit des Steckelements gezielt bei Betätigung des Schaltelements erfolgen. Dabei ist denkbar, dass das Schaltelement beim Zusammenstecken des Steckelements mit dem komplementären Buchsenelement durch das Buchsenelement betätigbar ist.
  • Das Schaltelement des Steckelements kann dem Schaltelement des Buchsenelements konstruktiv entsprechen. Im Konkreten kann das Schaltelement daher als elektronisches Schaltelement, insbesondere als Sensorelement, oder als ein einen Stromkreis schließender Schalter ausgebildet sein (s.o.).
  • In vorteilhafter Weise kann ein Verriegelungselement zur Verriegelung des Steckelements an einem komplementären Buchsenelement vorgesehen sein. Das Verriegelungselement kann als Schlossblech ausgebildet sein, welches am Steckelement angeordnet und zum Zusammenwirken mit einem Verriegelungselement eines Buchsenelements, beispielsweise einem Schlossbügel, geeignet ist. Dies trägt zur Erhöhung der Sicherheit bei der Handhabung des Buchsenelements bei.
  • Die Funkeinheit des Steckelements ist als passive Nahfeldfunkeinheit (NFC-Einheit) ausgebildet. Dies stellt die gewünschte Reichweite einer Funksignalübertragung über nur wenige Zentimeter sicher (Manipulationssicherheit). Eine passive Nahfeldfunkeinheit hat den Vorteil, dass diese durch eine Nahfeldfunkeinheit des Gegenübers gespeist werden kann und keine eigene Energiequelle benötigt.
  • Die eingangs genannte Aufgabe wird auch durch eine elektrische Steckverbindung mit den Merkmalen des weiter nebengeordneten Anspruchs gelöst. Hinsichtlich der Vorteile sowie der erfinderischen Tätigkeit wird auf die Ausführungen zu Anspruch 1 verwiesen.
  • Die eingangs genannte Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Steckverbindung zur Übertragung elektrischer Leistung mit den Merkmalen des weiter nebengeordneten Anspruchs gelöst. Hinsichtlich der Vorteile sowie der erfinderischen Tätigkeit wird auf die Ausführungen zu Anspruch 1 verwiesen.
  • Der physikalische Kontakt zwischen den Kontaktelementen erfolgt durch Zusammenstecken eines mindestens zwei Kontaktelemente aufweisenden Buchsenelements wie oben beschrieben mit einem komplementären, mindestens zwei Kontaktelemente aufweisenden Steckelements wie oben beschrieben. Dies erfolgt durch den Anwender, und zwar durch Einstecken des Steckelements in das Buchsenelement.
  • Das Schaltelement wird durch Zusammenstecken des Buchsenelements mit dem Steckelement betätigt. Dabei ist denkbar, dass das Schaltelement beim Zusammenstecken durch das Steckelement betätigt wird. Hiermit erfolgt eine Aktivierung der Funkeinheit und eine eventuelle Freigabe der Energieübertragung erst nach einem Zusammenstecken von Steckelement und Buchsenelement. Dies erhöht die Sicherheit für den Anwender.
  • Zur weiteren Ausgestaltung des Verfahrens können die im Zusammenhang mit dem Buchsenelement und dem Steckelement beschriebenen Maßnahmen dienen.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert, wobei gleiche Elemente teilweise nur einmal mit Bezugszeichen versehen sind. Es zeigen:
    • Fig.1
    in einer isometrischen Ansicht ein Ausführungsbeispiel eines Buchsenelements und eines Steckelements;
    Fig.2a,b
    in einer Vordersicht und einer geschnittenen Ansicht (abgeknickter Schnitt) das Buchsenelement und das Steckelement aus Fig.1 in zusammengestecktem Zustand;
    Fig.3a,b
    in geschnittenen Ansichten das Buchsenelement und das Steckelement aus Fig.1 in zusammengestecktem Zustand (a) und während des Zusammensteckens (b); und
    Fig.4
    in einer schematischen Darstellung ein Schaltbild des Buchsenelements und des Steckelements aus Fig.1.
  • Fig. 1 zeigt ein Buchsenelement 10 für eine elektrische Steckverbindung sowie ein Steckelement 12 für eine elektrische Steckverbindung. Das Buchsenelement 10 und das Steckelement 12 bilden eine elektrische Steckverbindung 14. Das Buchsenelement 10 weist ein Gehäuse 10' mit einer Aufnahme 11 für ein korrespondierendes Steckelement 12 auf. Das Steckelement 12 weist ein Gehäuse 12' mit einem Einsteckabschnitt 13 auf. Das Steckelement 12 kann mit seinem Einsteckabschnitt 13 in die Aufnahme 11 eingesteckt werden.
  • Das Buchsenelement 10 ist als Steckdose 16 ausgebildet und kann bspw. an einer Ladesäule oder einer Wand montiert werden. Das Steckelement 12 ist als Stecker 18 ausgeführt und kann auf Grund seiner komplementären Ausgestaltung in die Steckdose 16 eingesteckt werden.
  • Das Buchsenelement 10 weist zwei elektrische Kontaktelemente 20 zur Übertragung elektrischer Energie auf, die als Kontaktbuchsen 22 ausgebildet sind. Die Kontaktbuchsen 22 sind in der Aufnahme 11 angeordnet. Mantelhülsen 23 umgeben die Kontaktbuchsen 22. Zudem weist das Buchsenelement 10 eine Funkeinheit 24 auf, die zur Übertragung von Funksignalen zur Identifikationsprüfung und/oder Kompatibilitätsprüfung dient (vgl. Fig.2).
  • Die Funkeinheit 24 wirkt mit einem zur Freigabe der Übertragung elektrischer Energie über die Kontaktelemente 20 dienenden Controller 26 zusammen, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel einer Energiequelle 28 (z.B. Energiespeicher oder Ladegerät) zugeordnet ist und ggf. ein Teil der Energiequelle 28 bildet (vgl. Fig.4). Die Kontaktbuchsen 20 sind im Ausführungsbeispiel elektrisch mit dem Energiespeicher 28 verbunden.
  • Zudem weist das Buchsenelement 10 ein Schaltelement 30 zum Aktivieren der Funkeinheit 24 auf, wobei das Schaltelement 30 durch Zusammenstecken des Buchsenelements 10 mit einem komplementären Steckelement 12 betätigbar ist, und zwar durch das Steckelement 12 (vgl. Fig.3).
  • Das Schaltelement 30 ist derart positioniert, dass dieses erst dann betätigt wird, nachdem die Kontaktelemente 20 des Buchsenelements 10 mit elektrischen Kontaktelementen 32 des Steckelements 12 elektrisch verbunden sind (vgl. Fig.3). Das Schaltelement 30 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Schalter oder Taster 34 ausgebildet und durch eine Feder vorgespannt (nicht dargestellt). Das Schaltelement 30 ist in der Aufnahme 11 angeordnet, und zwar an oder in der die Aufnahme 11 in Einsteckrichtung begrenzenden Wandung 35. Bei nicht dargestellten Ausführungsformen kann das Schaltelement 30 auch als Sensorelement (z.B. Hallsonde, Lichtschranke oder Kondensator) ausgebildet sein.
  • Das Buchsenelement 10 verfügt zudem über ein Verriegelungselement 36 zur Verriegelung eines Steckelements 12 am Buchsenelement 10. Das Verriegelungselement 36 ist als Schlossbügel 38 ausgeführt (vgl. Fig.3a).
  • Das Buchsenelement 10 weist zudem einen Aktor zur Betätigung des Verriegelungselements 36 auf (nicht dargestellt), mit dem das Verriegelungselement 36 zwischen einer Freigabestellung und einer Blockierstellung verlagerbar ist. Der Aktor ist durch den Controller 26 gesteuert.
  • Die Funkeinheit 24 ist als vorzugsweise aktive Nahfeldfunkeinheit 40 (NFC-Einheit) ausgebildet (vgl. Fig.4). Die Funkeinheit 24 ist in, an oder hinter der die Aufnahme 11 in Einsteckrichtung begrenzenden Wandung 35 angeordnet (vgl. Fig.3).
  • Das Steckelement 12 weist mindestens zwei elektrische Kontaktelemente 32 zur Übertragung elektrischer Energie auf, die als Kontaktstifte 42 ausgebildet sind. Zudem weist das Steckelement 12 eine Funkeinheit 44 zur Übertragung von Funksignalen zur Identifikationsprüfung und/oder Kompatibilitätsprüfung auf.
  • Die Funkeinheit 44 wirkt mit einem Controller 26 zusammen, der zur Freigabe der Übertragung elektrischer Energie über die Kontaktelemente 32 dient. Der Controller 26 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel einer Energiequelle 28 (z.B. Energiespeicher oder Ladegerät) zugeordnet und bildet ggf. einen Teil der Energiequelle 28.
  • Das Steckelement 12 kann ferner ein Schaltelement 46 zum Aktivieren der Funkeinheit 44 aufweisen, wobei das Schaltelement 46 durch Zusammenstecken des Steckelements 12 mit einem komplementären Buchsenelement 10 betätigbar ist, wobei das Schaltelement beim Zusammenstecken durch das Buchsenelement 10 betätigbar ist (nicht dargestellt). Das Schaltelement 46 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Schalter oder Taster 47 ausgebildet und durch eine Feder vorgespannt (nicht dargestellt).
  • Das Steckelement 12 weist außerdem ein Verriegelungselement 48 zur Verriegelung des Steckelements 12 an einem komplementären Buchsenelement 10 auf. Das Verriegelungselement 48 ist als Schlossblech 50 ausgeführt (vgl. Fig.3). Das Verriegelungselement 48 weist an jedem Schenkel eine Ausnehmung 51 auf, die in Blockierstellung durch das Verriegelungselement 36 (Schlossbügel 38) hintergriffen wird. Das Verriegelungselement 36 ragt abschnittsweise aus dem Einsteckabschnitt 13 des Steckelements 12 heraus.
  • Die Funkeinheit 44 des Steckelements 12 ist als passive Nahfeldfunkeinheit 52 (NFC-Einheit) ausgebildet (vgl. Fig.4). Somit kann die Funkeinheit 24 des Buchsenelements 10 die Funkeinheit 44 des Steckelements 12 mit Energie versorgen. Die Funkeinheit 44 ist stirnseitig in das Steckelement 12 integriert, und zwar im Einsteckabschnitt 13.
  • Das Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Steckverbindung zur Übertragung elektrischer Energie läuft wie folgt ab:
    Zunächst wird zwischen den zur Übertragung elektrischer Energie dienenden Kontaktelementen 20, 32 ein physikalischer Kontakt hergestellt. Dies erfolgt durch Zusammenstecken des mindestens 2 Kontaktelemente 20 aufweisenden Buchsenelements 10 mit einem komplementären, mindestens zwei Kontaktelemente 44 aufweisenden Steckelements 12.
  • Danach wird ein Schaltelement 30 betätigt, das eine zur Identifikationsprüfung und/oder Kompatibilitätsprüfung dienende Funkeinheit 24 aktiviert. Die Betätigung des Schaltelements 30 erfolgt durch das Steckelement 12, wobei das Schaltelement 30 als Schalter oder Taster 34 ausgebildet sein kann und durch den Einsteckabschnitt 13 des Steckelements 12 betätigt werden kann.
  • Die Funkeinheit 24 wirkt mit einem Controller 26 zusammen, der die Übertragung elektrischer Energie über die Kontaktelemente 20, 32 freigibt. Das Schaltelement 30 wird durch Zusammenstecken des Buchsenelements 10 mit dem Steckelement 12 betätigt, und zwar durch das Steckelement 12.

Claims (10)

  1. Buchsenelement (10), insbesondere Steckdose (16), für eine elektrische Steckverbindung (14), mit mindestens zwei elektrischen Kontaktelementen (20) zur Übertragung elektrischer Energie, einer Funkeinheit (24) zur Übertragung von Funksignalen (25) zur Identifikations- und Kompatibilitätsprüfung, einem der Funkeinheit (24) vorgeschalteten Controller (26), wobei die Funkeinheit (24) derart eingerichtet ist, dass diese mit dem zur Freigabe der Übertragung elektrischer Energie über die Kontaktelemente (20) dienenden Controller (26) zusammenwirkt, mit einem Schaltelement (30) zum Aktivieren der Funkeinheit (24), wobei das Schaltelement (30) durch Zusammenstecken des Buchsenelements (10) mit einem komplementären Steckelement (12) betätigbar ist, und mit einem Gehäuse (10') mit einer Aufnahme (11) für ein korrespondierendes Steckelement (12), wobei die Kontaktelemente (20) als Kontaktbuchsen (22) ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktbuchsen (22) in der Aufnahme (11) angeordnet sind und Mantelhülsen (23) die Kontaktbuchsen (22) umgeben, dass die Funkeinheit (24) an oder in der die Aufnahme (11) in Einsteckrichtung begrenzenden Wandung (35) angeordnet ist und dass der Controller (26) derart eingerichtet ist, dass dieser bei positiver Identifikation und Kompatibilität die Übertragung elektrischer Energie über die Kontaktelemente (20) freigibt.
  2. Buchsenelement (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (30) derart positioniert ist, dass dieses betätigt wird, nachdem die Kontaktelemente (20) des Buchsenelements (10) mit elektrischen Kontaktelementen (32) des Steckelements (12) elektrisch verbunden sind.
  3. Buchsenelement (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (30) als elektronisches Schaltelement, insbesondere als Sensorelement, oder als Schalter (34) ausgebildet ist.
  4. Buchsenelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Verriegelungselement (36), insbesondere einen Schlossbügel (38), zur Verriegelung eines Steckelements (12) am Buchsenelement (10).
  5. Buchsenelement (10) nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen, insbesondere von dem Controller (26) gesteuerten, Aktor zur Betätigung des Verriegelungselements (36).
  6. Buchsenelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Funkeinheit (24) als, vorzugsweise aktive, Nahfeldfunkeinheit (40) ausgebildet ist.
  7. Steckelement (12), insbesondere Stecker (18), für eine elektronische Steckverbindung (14), mit mindestens zwei elektrischen Kontaktelementen (32) zur Übertragung elektrischer Energie und einer Funkeinheit (44) zur Übertragung von Funksignalen (25) zur Identifikations- und Kompatibilitätsprüfung, wobei die Funkeinheit (44) derart eingerichtet ist, dass diese mit einem zur Freigabe der Übertragung elektrischer Energie über die Kontaktelemente (32) dienenden Controller (26) zusammenwirkt, wobei die Funkeinheit (44) als passive Nahfeldfunkeinheit (52) ausgebildet ist, Z dadurch gekennzeichnet, dass die Funkeinheit (24) stirnseitig im Einsteckabschnitt (13) in das Steckelement (12) integriert ist, und dass das Steckelement (12) ein Schaltelement (46) zum Aktivieren der Funkeinheit (44) aufweist, wobei das Schaltelement (46) durch Zusammenstecken des Steckelements (12) mit einem komplementären Buchsenelement (10) betätigbar ist.
  8. Steckelement (12) nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch ein Verriegelungselement (48), insbesondere ein Schlossblech (50), zur Verriegelung des Steckelements (12) an einem komplementären Buchsenelement (10).
  9. Elektrische Steckverbindung (14) mit einem Buchsenelement (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und einem Steckelement (12) nach einem der Ansprüche 7 oder 8.
  10. Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Steckverbindung (14) zur Übertragung elektrischer Energie, wobei zwischen den zur Übertragung elektrischer Energie dienenden Kontaktelementen (20, 32) durch Zusammenstecken eines mindestens zwei Kontaktelemente (20) aufweisenden Buchsenelements (10) nach Anspruch 1 mit einem komplementären, mindestens zwei Kontaktelemente (44) aufweisenden Steckelements (12) nach Anspruch 7 ein physikalischer Kontakt hergestellt wird, wonach durch Zusammenstecken des Buchsenelements (10) mit dem Steckelement (12) ein Schaltelement (30) betätigt wird, das eine zur Identifikations- und/oder Kompatibilitätsprüfung dienende Funkeinheit (24) aktiviert, wobei das Buchsenelement (10) ein Verriegelungselement (36) zur Verriegelung eines Steckelements (12) am Buchsenelement (10) aufweist, wobei ein von einem Controller (26) gesteuerter Aktor zur Betätigung des Verriegelungselements (36) vorgesehen ist, womit das Verriegelungselement (36) zwischen einer Freigabestellung und einer Blockierstellung verlagerbar ist, und wobei die Funkeinheit (24) mit dem Controller (26) zusammenwirkt, der die Übertragung elektrischer Energie über die Kontaktelemente (20, 32) freigibt, wobei die Energieübertragung erst dann beginnt, wenn das Verriegelungselement (36) die Blockierstellung erreicht hat.
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