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Die vorliegende Erfindung betrifft ein verriegelbares Gegenstück-Buchse-System, sowie ein Gegenstück und eine Buchse des Systems.
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Fahrzeuge mit Hybridantrieb oder auch mit einem vollelektrischen Antrieb finden in letzter Zeit immer weiter Verbreitung. Bei diesen Fahrzeugen gibt es typischerweise einen Gleichspannungs-Zwischenkreis, der eine relativ hohe Spannung aufweist. Um flexibel auf diesen Zwischenkreis zugreifen zu können, sind Steckverbindungen vorgesehen, die einen Zugang zu diesem Gleichspannungs-Zwischenkreis ermöglichen. Aufgrund der hohen Spannung sollten diese Steckverbindungen nur dann getrennt werden, wenn keine Spannung an dem Zwischenkreis anliegt, da ansonsten die Gefahr einer Lichtbogenbildung entsteht.
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Auch bei einem Nichtnutzen dieser Steckverbindungen müssen diese aus Sicherheitsgründen mit Blindkappen verschlossen werden. Diese Blindkappen sorgen dafür, dass kein unbeabsichtigtes Kontaktieren mit der Steckverbindung auftreten kann. Werden diese Blindkappen entfernt, solange der Zwischenkreis Spannung führt, können gefährliche Situationen durch Berührung von spannungsführenden Kontakten nicht vollständig ausgeschlossen werden.
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Die Aufgabe des vorliegenden Schutzrechts ist es demnach, ein Gegenstück-Buchse-System zu schaffen, das ein unbeabsichtigtes Entfernen eines Gegenstück (Blindkappe oder Stecker) aus einer mit dem Gleichspannungs-Zwischenkreis verbundenen Buchse verhindert, um die oben genannten Nachteile zu überwinden.
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Dieses Problem wird durch die Buchsen nach Anspruch 1, das Gegenstück nach Anspruch 7, bzw. das Gegenstück-Buchse-System nach Anspruch 11 gelöst.
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Demnach umfasst eine Buchse zum Verbinden mit einem Gegenstück einen Leitungskontakt, der zur Erstellung einer Verbindung mit einem Gegenstück nutzbar ist. Ferner ist die Buchse dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Spule zum Erzeugen eines Magnetfelds aufweist, wobei die Spule das Magnetfeld erzeugt, wenn an der Spule Spannung anliegt, und die Spule kein Magnetfeld erzeugt, wenn an der Spule keine Spannung anliegt.
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Das Magnetfeld der Spule kann beispielsweise mit Hilfe eines externen Leitungskontakts oder einer Batterie erzeugt werden.
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Vorzugsweise erzeugt die Spule das Magnetfeld, wenn an dem Leitungskontakt Spannung anliegt. Dementsprechend erzeugt die Spule kein Magnetfeld, wenn an dem Leitungskontakt keine Spannung anliegt
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Als Buchse ist hierbei jedes Gegenstück, vorzugsweise jedes weibliche Gegenstück, einer Verbindungspaarung gemeint. Diese Buchse ist dazu ausgelegt in Verbindung mit einem dazu passenden Gegenstück zu treten. Dabei weist sie einen Leitungskontakt auf, der bei einem entsprechend ausgebildeten Gegenstück dazu verwendet werden kann, eine elektrische Verbindung zwischen Buchse und Gegenstück zu erstellen. Es ist jedoch nicht zwingend erforderlich, dass eine Verbindung mit dem Gegenstück über den Leitungskontakt erstellt wird. So ist beispielsweise bei dem Aufstecken oder Einführen einer Blindkappe in die Buchse eine möglichst gute Isolation des Leitungskontakts wünschenswert, sodass hier keine leitende Verbindung zwischen Gegenstück und Leitungskontakt der Buchse erfolgen muss.
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Weiter umfasst die Buchse eine Spule, die zum Erzeugen eines Magnetfelds ausgelegt ist. Dabei erzeugt die Spule ein Magnetfeld, wenn an dem Leitungskontakt Spannung anliegt, wohingegen die Spule kein Magnetfeld erzeugt, wenn an dem Leitungskontakt keine Spannung anliegt.
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Verwendet man eine solche Buchse in einem Gleichspannungs-Zwischenkreis, der eine relativ hohe Spannung aufweist, erzeugt die Spule also immer dann ein Magnetfeld, wenn Spannung an dem Gleichspannungs-Zwischenkreis vorhanden ist. Dabei kann bei einem entsprechend ausgebildeten Gegenstück das Magnetfeld dazu verwendet werden, ein Trennen einer Verbindung mit der Buchse zu erschweren.
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Sofern also in dem mit der Buchse verbundenen elektrischen System (Gleichspannungs-Zwischenkreis) Spannung anliegt, kann mittels der stromdurchflossenen Spule ein Magnetfeld erzeugt werden. Dieser Effekt wird dazu genutzt, um ein unzulässiges Öffnen und/oder Trennen einer Verbindung von Buchse und passendem Gegenstück zu verhindern, da mithilfe des erzeugten Magnetfelds und der daraus resultierenden Magnetkraft ein Verriegelungseffekt der Verbindung erzeugt werden kann. Dieser Effekt ist immer nur dann vorhanden, wenn Spannung im mit der Buchse verbundenen Zwischenkreis vorhanden und ein Öffnen und/oder Trennen einer Steckverbindung unzulässig bzw. gefährlich ist.
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Vorzugsweise sind die Spule und der Leitungskontakt miteinander elektrisch verbunden. So wird auf eine besonders einfache Art und Weise sichergestellt, dass die durch die Spule auf ein Gegenstück wirkende Magnetkraft (bzw. das durch die Spule erzeugte Magnetfeld) immer dann erzeugt wird, wenn der Leitungskontakt in der Buchse spannungsführend ist und ein Trennen eines Steckers zu gefährlichen Situationen, wie bspw. die Bildung eines Lichtbogens, führen könnte.
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In einer weiteren vorteilhaften Variante der vorliegenden Erfindung ist das Magnetfeld innerhalb der Spule so orientiert, dass es einen Betrag in Richtung einer Einsteckrichtung eines Gegenstücks in die Buchse aufweist. So ist es möglich, dass bei einem entsprechenden Gegenstück, das mit dem Magnetfeld interagiert, das Gegenstück in seiner Verbindung mit der Buchse durch die auf das Gegenstück wirkenden Magnetkraft gehalten wird.
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Es ist weiter von Vorteil, wenn die Buchse ein mechanisches Rückhaltemittel zum Fixieren eines in die Buchse eingesteckten Gegenstücks aufweist. Das mechanische Rückhaltemittel ist dazu ausgelegt, bei Vorliegen des Magnetfelds ein Gegenstück zu fixieren, und bei Nichtvorliegen des Magnetfelds ein Gegenstück freizugeben. Vorzugsweise ist das mechanische Rückhaltemittel durch das Magnetfeld betätigbar.
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Als mechanisches Rückhaltemittel kommt beispielsweise eine bewegbare Hakenvorrichtung in Frage, die bei Vorliegen des Magnetfelds sich in einer Verriegelungsposition befindet und bei Nichtvorliegen des Magnetfelds eine Freigabeposition einnimmt. In einer Verriegelungsposition liegt ein Haken beispielsweise in dafür vorgesehenen Kerben eines Gegenstücks an, sodass ein Abziehen eines Gegenstücks aus der Buchse aufgrund der Verriegelungsposition des Hakens nicht möglich ist.
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Vorteilhaft an dieser Ausführung ist, dass ein durch das Magnetfeld betätigbares Rückhaltemittel nicht nur durch das bloße Vorhandensein einer Magnetkraft ein Abziehen des Gegenstücks erschwert, sondern zusätzlich dazu eine mechanische Rückhaltekraft einem Abziehen entgegenwirkt. Dabei wird ein unbeabsichtigtes oder ungewolltes Trennen des Verbindungspaares verhindert. Die Ausbildung der Magnetkraft ist also nicht unbedingt dazu notwendig ein Gegenstück in seiner entsprechenden Buchse zu halten, sondern muss nur das mechanische Rückhaltemittel in Übereinstimmung mit einem Vorliegen einer Spannung an dem mit der Buchse verbundenen Spannungskreislauf schalten. Das hierfür notwendige Magnetfeld kann demnach schwächer ausgebildet sein als bei einem nicht Vorhandensein eines mechanischen Rückhaltemittels, da nur das mechanische Rückhaltemittel geschaltet werden muss und das Magnetfeld in Zusammenwirkung mit einem ferromagnetischen Bauteil nicht unbedingt ein Abziehen des Gegenstücks verhindern muss.
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Unbeschadet der vorstehend ausgeführten Ausführungen ist auch das Vorhandensein einer Spule in einem Gegenstück denkbar. Um die Ziele der vorliegenden Erfindung zu erreichen, ist dann aber eine Verbindung der Spule mit dem elektrischen Kreislauf, mit dem die entsprechende Buchse verbunden ist, notwendig. Dann ist es möglich, dass auch eine in einem Gegenstück vorhandene Spule bei Vorliegen einer Spannung des mit der Buchse in Verbindung stehenden Spannungskreislaufs ein Magnetfeld erzeugt, um ein ungewolltes Trennen einer Verbindung mit einer zugehörigen Buchse zu erschweren. Sinngemäß muss dann ein mit dem Magnetfeld interagierendes ferromagnetisches Bauteil in der Buchse vorhanden sein.
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Ferner ist ein Gegenstück zum Einstecken in eine Buchse Gegenstand der vorliegenden Offenbarung. Das Gegenstück umfasst ein ferromagnetisches Bauteil zum Einführen in eine Buchse und ist dadurch gekennzeichnet, dass das ferromagnetische Bauteil zum Fixieren des Gegenstücks bei Vorliegen eines Magnetfelds dient.
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Das Magnetfeld, das zum Fixieren des ferromagnetischen Bauteils, bzw. des Gegenstücks notwendig ist, wird typischerweise über eine in einer Buchse angeordneten Spule erzeugt. Vorzugsweise dient das ferromagnetische Bauteil der Buchse nicht zum Kontaktieren eines Kontakts einer Buchse. Vielmehr ist das ferromagnetische Bauteil bei Vorhandensein eines entsprechenden durch eine Buchse erzeugten Magnetfelds das Element, das die Verbindungskraft zwischen Gegenstück und Buchse erzeugt.
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In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Gegenstück ein mechanisches Rückhaltemittel zum Fixieren des Gegenstücks in einer Buchse, wobei das mechanische Rückhaltemittel bei Vorliegen eines Magnetfelds dazu ausgelegt ist, eine Fixierposition einzunehmen, und bei Nichtvorliegen eines Magnetfelds dazu ausgelegt ist, die Fixierposition freizugeben.
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Denkbar ist beispielsweise ein über ein Magnetfeld betätigbares Verriegelungselement, das bei Vorhandensein eines Magnetfelds in eine Verriegelungsposition gebracht wird, sodass bei einem Vorhandensein einer Buchse ein Herausziehen des Gegenstücks aus der Buchse nicht möglich ist. Dem Fachmann ist klar, dass es für die Umsetzung eines mechanischen Rückhaltemittels eine Vielzahl von Möglichkeiten gibt, die, sofern sie durch ein Magnetfeld betätigbar sind, alle von der vorliegenden Erfindung umfasst sind.
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Vorzugsweise ist das Gegenstück ein Stecker mit einem Leitungskontakt zum Kontaktieren eines Kontakts in einer Buchse oder ein Blindkappe zum Abdecken der Kontakte in einer Buchse.
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Die vorliegende Offenbarung umfasst ferner ein Gegenstück-Buchse-System, das eine Buchse, vorzugsweise nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen, und ein Gegenstück, vorzugsweise nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen, umfasst. Dabei sind das Gegenstück und die Buchse in einem miteinander verbundenen Zustand so ausgelegt, dass, wenn an dem Leitungskontakt der Buchse Spannung anliegt oder über das Gegenstück-Buchse-System Strom fließt, ein Trennen der Verbindung von Gegenstück und Buchse durch eine aufgrund des Magnetfelds auf das ferromagnetische Bauteil wirkende Kraft und/oder aufgrund des durch das Magnetfeld gesteuerten mechanischen Rückhaltemittels erschwert wird. Das mechanische Rückhaltemittel wird dabei über das Vorhandensein eines Magnetfelds geschaltet.
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Bei diesem System kann ein unzulässiges Öffnen und/oder Trennen einer Steckverbindung verhindert werden, indem bspw. im fest mit dem Zwischenkreis verbundenen Buchse eine Einrichtung (= Spule) angeordnet ist, die ein Magnetfeld erzeugen kann, während im Gegenstück (= Stecker oder Blindkappe) ein ferromagnetisches Bauteil angeordnet ist, das durch das Magnetfeld angezogen wird, sodass das Gegenstück nicht entfernt bzw. getrennt werden kann.
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Auch ist möglich, den durch das ferromagnetische Bauteil wirkenden Verriegelungseffekt aufgrund eines mechanischen Rückhaltemittels, das bei Vorliegen eines durch die Buchse erzeugten Magnetfelds sich in einer Verriegelungsposition mit dem Gegenstück befindet, zu ergänzen oder zu ersetzen. Das ferromagnetische Bauteil wirkt dann nur als Auslöser, um das mechanische Rückhaltemittel in eine Verriegelungsposition zu bringen, t je nachdem, ob ein Magnetfeld, bzw. eine Spannung vorhanden ist oder nicht. Es ist also möglich ein Element in der Steckverbindung anzuordnen, das durch eine geringe Magnetkraft ausgelenkt wird und dadurch eine formschlüssige verriegelte Verbindung zwischen Gegenstück und Buchse erstellt, die einem Auftrennen der beiden Verbindungspartner entgegensteht.
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Die auf das ferromagnetische Bauteil wirkende Kraft ist dann vorhanden, wenn an dem Leitungskontakt der Buchse Spannung anliegt. Dabei ist das Magnetfeld so ausgerichtet, dass es der Einsteckrichtung des Gegenstücks in die Buchse in etwa gleichgerichtet ist.
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Hierbei würde es jedoch auch ausreichen, dass lediglich ein Betrag des Magnetfelds in die Einsteckrichtung des Gegenstücks in die Buchse vorhanden ist.
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Weitere Einzelheiten und Details der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1: eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Steckers und einer erfindungsgemäßen Buchse, und
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2: eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Steckers mit einem mechanischen Rückhaltemittel und einer erfindungsgemäßen Buchse.
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1 zeigt eine Buchse 1 und einen Stecker 2, der zum Einstecken in die Buchse 1 ausgelegt ist. Ferner weist die Buchse 1 eine Spule 3 auf, die bei Vorhandensein einer Spannung des mit der Buchse 1 verbundenen Spannungskreislaufs ein Magnetfeld erzeugt. Der Stecker 2 weist ein ferromagnetisches Bauteil 4 auf, das mit dem durch die Spule 3 erzeugten Magnetfeld in eine Wechselwirkung bringbar ist. Nach dem Ziel der Erfindung, wird das ferromagnetische Bauteil 4 durch das Magnetfeld der Spule 3 in einer Einsteckposition des Steckers 2 in die Buchse 1 gehalten. Ein Auseinanderziehen der Verbindung von Stecker 2 und Buchse 1 wird bei Vorliegen einer Spannung und der damit einhergehenden Erzeugung eines Magnetfelds erschwert. Das Trennen der Verbindung wird bei Anliegen einer Spannung demnach möglichst unterbunden und die Gefahr einer Lichtbogenbildung, die beim Trennen einer unter Spannung stehenden Verbindung auftritt, wird verhindert.
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Selbstverständlich kann auch eine Blindkappe anstelle des Steckers 2 verwendet werden. Die Blindkappe kann dann ebenfalls nicht aus der Buchse 1 gezogen werden, wenn die Buchse 1 an einen spannungsführenden Kreislauf angeschlossen ist. Erst nach Abschalten der Spannung verringert sich das durch die Spule 3 erzeugte Magnetfeld, sodass durch ein Abnehmen der Blindkappe ein Leitungskontakt der Buchse 1 freigelegt werden kann. Ein unbeabsichtigtes Abnehmen der Blindkappe wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung unterbunden.
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2 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung, wobei der Stecker 2 ein mechanisches Rückhaltemittel 5 aufweist. Für die Zwecke der Erfindung ist es unerheblich, ob das mechanische Rückhaltemittel in der Buchse 1 oder dem Stecker 2 vorhanden ist. Dem Fachmann sind die hierzu notwendigen Anpassungen, die eine Anordnung des mechanischen Rückhaltemittels 5 in der Buchse 1 erfordern, bekannt.
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In 2 erkennt man erneut eine Buchse 1, die eine Spule 3 aufweist. Der Stecker 2 weist ein ferromagnetisches Bauteil 4 auf, das in Verbindung mit einem mechanischen Rückhaltemittel 5 steht. In der dargestellten Ausführungsform umfasst das mechanische Rückhaltemittel 5 zwei verschwenkbare Schenkel, an deren vom Stecker abstehenden Ende jeweils ein Verriegelungshaken 51 angeordnet ist. Die verschwenkbaren Schenkel sind über einen Anlenkpunkt 53 mit dem Stecker 2 befestigt. Darüber hinaus werden die Schenkel über ein elastisches Element 6, vorzugsweise eine Feder, in einer Position gehalten, in der keine Verriegelung mit einer entsprechend ausgebildeten Buchse 1 vorliegt.
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Erst bei Vorliegen eines entsprechenden Magnetfelds durch die Spule 3 der Buchse 1 wird das ferromagnetische Bauteil, das ebenfalls in Verbindung mit den Schenkeln des mechanischen Rückhalteelements 5 steht, die Schenkel in eine Verriegelungsposition verrücken. Das von der Spule 3 erzeugte Magnetfeld hat demnach über das ferromagnetische Bauteil 5 Einfluss auf die Stellung der Verriegelungsschenkel mit ihren Verriegelungshaken 51. In der Verriegelungsposition greifen die Verriegelungshaken 51 dann in dafür vorgesehene Verriegelungshakenaufnahmen 52, so dass ein Herausziehen des Steckers 2 aus der Buchse 1 verhindert wird. Das die Verriegelungsschenkel normalerweise in eine nichtverriegelnde Position drängende elastische Element 6 ist dabei gedehnt. Erst nach einem Abklingen des durch die Spule 3 erzeugten Magnetfelds, wenn die Spannung an dem buchsenseitigen Kreislauf einen gewissen Schwellenwert unterschreitet, führt das elastische Element 6 dazu, dass die Verriegelungsschenkel mit ihren Verriegelungshaken 51 außer Eingriff mit den Verriegelungshakenaufnahmen 52 gebracht werden. Der Stecker wird somit freigegeben. Dann ist ein Abziehen des Steckers 2 von der Buchse 1 möglich. Die Bewegung des ferromagnetischen Bauteils 4, die aufgrund des Magnetfelds hervorgerufen wird, ist in der 2 durch einen Pfeil angegeben.
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Durch die vorstehend beschriebene Vorrichtung ist demnach eine besonders wirkungsvolle Verbindung, die bei Anliegen einer Spannung verriegelbar ist, offenbart. Dadurch wird das unbeabsichtigte Lösen eines Steckers 2 von einer Buchse 1 oder einer entsprechenden Blindkappe auf der Buchse 1 erschwert und trägt zur Systemsicherheit bei.
