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EP-4200944-B1 - ELECTRICAL PLUG CONNECTOR

EP4200944B1EP 4200944 B1EP4200944 B1EP 4200944B1EP-4200944-B1

Inventors

  • SCHWAGMANN, Hermann
  • Kreklow, Kevin
  • MANTEI, DIRK

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20210811

Claims (17)

  1. System consisting of an electrical plug connector (10) and a cable (40) having a first cable end (41') and a second cable end (41"), the first (41') or second (41") cable end being connected to an output contact (20, 22, 24) of the electrical plug connector (10), the electrical plug connector (10) comprising: a housing (12); at least one input contact (14, 16, 18); at least one output contact (20, 22, 24); and an electrical circuit (30) arranged inside the housing (12); the electrical circuit (30) having a sensor device (32), a control device (34), a memory device (36) and a communication interface (38); the sensor device (32) being configured to record an electrical operating parameter; and the control device (34) being configured to take the electrical operating parameter as a basis for generating output data and to output said output data by means of a communication interface (38); characterized in that the memory device (36) stores a value of a cable parameter of the cable (40), and in that the control device (34) and the communication interface (38) are configured to provide a user interface in order to take a user input and/or a signal received from an external unit as a basis for storing further cable parameters, and/or information about installation conditions, on the memory device (36).
  2. System according to Claim 1, characterized in that the memory device (36) stores characteristic values relating to the variation of the line resistance of the cable as a function of temperature, and/or stores data of a characteristic curve by means of which a recorded temperature can be taken as a basis for determining a loading capacity of the cable, in particular a maximum permissible value of a power, voltage and/or current, parameters relating to a current-carrying capacity of the connected cable (40) in particular being stored in the memory device (36), in particular as a function of temperature.
  3. System according to either of the preceding claims, characterized in that the memory device (36) stores cable parameters that permit the determination of a further cable parameter.
  4. System according to either of the preceding claims, characterized in that the electrical circuit (30) furthermore has a localization unit (37); the output data in particular comprising localization information recorded by means of the localization unit (37), which localization information is in particular suitable for determining an arrangement of the plug connector, in particular in relation to a starting point, for example in relation to the positions of transmitting stations in a close-mesh local 5G network, and/or in particular in relation to one or more reference positions, preferably as descriptively formed localization information.
  5. System according to either of the preceding claims, characterized in that production parameters and/or identification data about the cable (40) connected to the plug connector (10) are stored in the memory device (36), in particular a type designation and/or an electrical resistance of the cable (40), this resistance having been measured in particular at the factory during production, and/or calibration data that have been determined in a calibration step during production of the system, and/or cable parameters that have been provided using simple measurement methods integrated in the manufacturing process or after a single measurement.
  6. System according to either of the preceding claims, characterized in that the sensor device (32) is configured to record an insulation resistance between conductors connected to the plug connector (10) as electrical operating parameters and/or to determine a line resistance between the ends (41', 41") of the cable (40) as electrical operating parameters, and in that the memory device stores an insulation resistance between individual conductors of the cable (40), this insulation resistance having been measured in particular at the factory during production and/or at a later time and stored on the memory device.
  7. System according to either of the preceding claims, characterized in that the memory device (36) stores data relating to a heat dissipation capability of a cable insulation of the cable (40) connected to the plug connector (10), data about a dependence of this heat dissipation capability on specific installation conditions in particular also being stored, in particular in that the memory device (36) stores further information relating to installation conditions that can influence the heat dissipation capability and/or relating to an ambient temperature and/or relating to parameters of electromagnetic compatibility, in particular in connection with features of a screen, and/or relating to identification data for the plug connector (10) and/or the connected cable (40), in particular a model designation or type designation, serial number and/or item number.
  8. System according to either of the preceding claims, characterized in that the memory device (36) stores a threshold value in order to compare recorded operating parameters with the threshold value and to output an alarm when the threshold value is exceeded or undershot, in particular in order to identify when a recorded current suddenly falls or voltage drops on a connected line occur, and/or in order to evaluate a recorded line resistance, in particular in order to identify changes in the properties of the cable (40) that are caused by progressive aging, by mechanical damage and/or by heating or cooling of the cable, for instance on contact with a liquid such as rain, or in order to identify broken lines and/or brief interruptions in the conductivity of the cable (40), for instance in the case of a loose contact.
  9. System according to either of the preceding claims, characterized in that the at least one input contact (14, 16, 18) and/or the at least one output contact (20, 22, 24) are configured to continuously measure voltages and/or currents thereon in order to communicate, and/or store for later output, the recorded values for the purpose of continuous state monitoring for an electrical connection and/or data connection, for the purpose of detecting a deteriorating cable quality, for the purpose of planning maintenance intervals and/or for the purpose of localizing fault sources, in particular a slowly developing cable fault or a cable failure.
  10. System according to either of the preceding claims, characterized in that there are multiple electrical plug connectors (10) that communicate with one another directly or through an external control unit (50) or through an element that an external control unit (50) comprises.
  11. Method for operating a system according to at least one of Claims 1 to 10, the plug connector (10) comprising a sensor device (32) for recording an electrical operating parameter, wherein the method involves a comparison between the recorded operating parameter and a threshold value being performed; and the result of the comparison being taken as a basis for output data being generated and output, and wherein a user input and/or a signal received from an external unit are taken as a basis for storing further cable parameters, and/or information about installation conditions, on the memory device (36) by means of the user interface.
  12. Method according to Claim 11, wherein the plug connector (10) outputs a notification if the operation of a specific connected device would lead to overloading of the line connected to the plug connector, the device then being able to be shut down, in particular automatically by an integrated or external control device, or the device reducing its current draw to a minimum, and/or a notification of the loading capacity of the cable is transmitted to a power supply unit, the power supply unit then reducing an output current or, for safety purposes, performing a shutdown or triggering an alarm and/or the output of an alarm notification.
  13. Method according to either of Claims 11 and 12, wherein an electrical circuit (30) comprising a localization unit (37) is used, and wherein the output data in particular comprise localization information recorded by means of the localization unit (37), which localization information is used to determine an arrangement of the plug connector, in particular in relation to a starting point, for example in relation to the positions of transmitting stations in a close-mesh local 5G network, and/or in particular in relation to one or more reference positions, preferably as descriptively formed localization information.
  14. Method according to Claim 13, wherein the localization information is taken as a basis for identifying a topology of the lines and/or wherein the topology related to the individual lines is used to determine a topology of an entire power supply network, wherein a difference in the measured currents and/or voltages is in particular taken as a basis for determining how much power is drawn at individual nodes, in particular also at distribution stations, by connected devices, and wherein the electrical plug connector (10) is used in particular for a method for condition monitoring and/or for monitoring a cable connection.
  15. Method according to one of Claims 11 to 14, wherein the memory device (36) stores the threshold value in order to compare recorded operating parameters with the threshold value and to output an alarm when the threshold value is exceeded or undershot, in particular in order to identify when a recorded current suddenly falls or voltage drops on a connected line occur, and/or in order to evaluate a recorded line resistance, in particular in order to identify changes in the properties of the cable (40) that are caused by progressive aging, by mechanical damage and/or by heating or cooling of the cable, for instance on contact with a liquid such as rain, or in order to identify broken lines and/or brief interruptions in the conductivity of the cable (40), for instance in the case of a loose contact.
  16. Method according to at least one of Claims 11 to 15, wherein the sensor device (32) records an insulation resistance between conductors connected to the plug connector (10) as electrical operating parameters and/or determines a line resistance between the ends (41', 41") of the cable (40) as electrical operating parameters.
  17. Method according to at least one of Claims 11 to 16, wherein the at least one input contact (14, 16, 18) and/or the at least one output contact (20, 22, 24) continuously measure voltages and/or currents thereon in order to communicate, and/or store for later output, the recorded values for the purpose of continuous state monitoring for an electrical connection and/or data connection, for the purpose of detecting a deteriorating cable quality, for the purpose of planning maintenance intervals and/or for the purpose of localizing fault sources, in particular a slowly developing cable fault or a cable failure.

Description

Die Erfindung betrifft ein System mit einem elektrischen Steckverbinder und einem daran angeschlossenen Kabel nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solches System ist aus der US 10 191 088 B2 bekannt. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Systems mit einem elektrischen Steckverbinder, wobei der Steckverbinder eine Sensoreinrichtung zum Erfassen eines oder mehrerer elektrischer Betriebsparameter umfasst. In vielen Bereichen, etwa der Fertigungs- und Automatisierungstechnik, werden Steckverbinder genutzt, um Kabel und weitere Einrichtungen miteinander zu verbinden. Eine Schwierigkeit kann dabei darin bestehen, die Funktionsweise von Kabeln und Verbindern sicherzustellen und bei eventuell auftretenden Verbindungsproblemen schnell beschädigte Komponenten zu identifizieren. Bei bekannten Lösungen ist beispielsweise eine Stromversorgung mit einer Anzeige oder anderweitigen Informationsmöglichkeit vorgesehen, etwa über eine KommunikationsSchnittstelle, wobei aktuelle Leistungsdaten anhand der Angabe von Spannung und Stromstärke ausgegeben werden. Ferner können Diagnose-Informationen bei beteiligten Geräten erzeugt werden, wenn Unter- oder Überspannungen oder ein Spannungsausfall auftreten. Eines der Probleme, die durch den Steckverbinder gelöst werden können, ist eine Überwachung der Stromversorgung mittels eines an den Steckverbinder angeschlossenen Kabels sowie des Kabelzustands. Die US 2015/0348394 A1 offenbart eine elektrische Anschlussklemme mit einer integrierten elektrischen Schaltung, die mit einer Sensoreinrichtung, einer Steuereinrichtung und einer Kommunikationsschnittstelle ausgestattet sein kann. In der US 10,084,266 B1 wird ein Ladekabel mit Steckverbindern zum Anschließen einer mit elektrischer Energie aufzuladenden Vorrichtung, beispielsweise eines elektromotorisch betriebenen Fahrzeugs oder eines digitalen Endgeräts, an eine Ladestation vorgeschlagen. Mittels einer integrierten Schaltung im Steckverbinder oder im Kabel findet eine Echtzeit-Überwachung des Ladevorgangs statt, um die aufzuladende Vorrichtung möglichst effizient zu laden und hierfür die Ladestation geeignet zu steuern. Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein System mit einem elektrischen Steckverbinder und einem daran angeschlossenen Kabel sowie ein Verfahren zum Betreiben dises Systems bereitzustellen, mit dem eine besonders zuverlässige und effiziente Nutzung einer hergestellten elektrischen Verbindung beziehungsweise der Verbindungen eines bestehenden Verteilungsnetzwerks gewährleistet werden kann. Diese Aufgabe wird durch ein System der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der elektrische Steckverbinder des Systems umfasst ein Gehäuse, zumindest einen eingangsseitigen Kontakt, zumindest einen ausgangsseitigen Kontakt und eine elektrische Schaltung, die innerhalb des Gehäuses angeordnet ist. Dabei weist die elektrische Schaltung eine Sensoreinrichtung, eine Steuereinrichtung und eine Kommunikationsschnittstelle auf, wobei die Sensoreinrichtung dazu eingerichtet ist, einen elektrischen Betriebsparameter zu erfassen und die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, anhand des elektrischen Betriebsparameters Ausgabedaten zu erzeugen und mittels einer Kommunikationsschnittstelle auszugeben. Die elektrische Schaltung kann beispielsweise eine Stromversorgungsschaltung, eine Sensorschaltung, einen Mikroprozessor und ein Telekommunikationsmodul- insbesondere ein Funkmodul - umfassen. Im Betrieb einer Anlage, in welcher bekannte Ausführungen eines Steckverbinders eingesetzt werden, kann es zu Schäden an den Versorgungsleitungen, Verteilerkomponenten, beispielsweise Y-Verteiler, Kupplungen oder Verlängerungen, oder der versorgten elektrischen Geräte kommen. In der Folge können ganze Anlagenteile ausfallen und es muss sehr mühsam festgestellt werden, an welcher Stelle die Verbindung unterbrochen oder eine Schadenseinwirkung ist. Die Anlage fällt entsprechend lange aus. Der elektrische Steckverbinder der Erfindung erlaubt es nun, an den jeweiligen Anschlussstellen der Versorgungsleitung, beispielsweise direkt an den Pins der Steckverbinder zum Beispiel kontinuierlich die Spannungen und/oder Stromstärken zwischen den Versorgungspins zu messen. Ferner können die erfassten Werte kommuniziert und/oder zur späteren Ausgabe gespeichert werden. Dies geschieht in dem Steckverbinder der Versorgungsleitungen oder mit zum Zwecke der Inbetriebnahme vorinstallierten Messstellen, etwa M12-zu-M12-Messbrücken mit denselben Eigenschaften wie der beschriebene Steckverbinder. Beispielsweise kann eine gemessene Spannungsdifferenz an verschiedenen Versorgungspunkten in der weiteren Betrachtung als Information zur Bewertung des Anlagebetriebs dienen. Zum Beispiel kann eine erfasste Spannungs- und/oder Stromdifferenz an den Versorgungsmesspunkten unter anderem dazu dienen: die ausreichende Betrieb