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Title:
ELECTRICAL CIRCUIT HAVING A CONNECTING PART PROTECTED AGAINST REVERSE POLARITY
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2012/009820
Kind Code:
A1
Abstract:
The electrical circuit comprises a connecting part (3) on the circuit side, which has a plurality of contact elements (8) for a detachable electrical plug-in connection, wherein all contact elements (8) of the connecting part (3) on the circuit side are arranged in such a way that said contact elements can be mapped to themselves by means of at least one congruence mapping (91) different from the identical mapping. The contact elements (8) are assigned with regard to the circuit in such a way that only contact elements (8) that are electrically compatible with each other are mapped to each other in the at least one congruence mapping (91). Thus injury to persons and/or damage to property in the event of reverse polarity is minimized without a mechanical and/or electrical reverse polarity protection element being necessary.

Inventors:
SCHERLER, Philipp (Tannenrainstrasse 15, Wetzikon, CH-8620, CH)
JOSS, Rolf (Einsiedlerstrasse 402, Horgen, CH-8810, CH)
STORZ, Rafael (Eichenstrasse 5, Kreuzlingen, CH-8280, CH)
Application Number:
CH2011/000145
Publication Date:
January 26, 2012
Filing Date:
June 14, 2011
Export Citation:
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Assignee:
USTER TECHNOLOGIES AG (Sonnenbergstrasse 10, Uster, CH-8610, CH)
SCHERLER, Philipp (Tannenrainstrasse 15, Wetzikon, CH-8620, CH)
JOSS, Rolf (Einsiedlerstrasse 402, Horgen, CH-8810, CH)
STORZ, Rafael (Eichenstrasse 5, Kreuzlingen, CH-8280, CH)
International Classes:
B65H63/06; H01R13/64
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Claims:
PATENTANSPRÜCHE

Elektrische Schaltung (21), umfassend einen schaltungsseitigen Verbindungsteil (3) mit mehreren Kontaktelementen (8) für eine lösbare elektrische Verbindung, wobei alle Kontaktelemente (8) des schaltungsseitigen Verbindungsteils (3) derart angeordnet sind, dass sie durch mindestens eine von der identischen Abbildung verschiedene Kongruenzabbildung (91 -96) auf sich selbst abbildbar sind,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Kontaktelemente (8) in Bezug auf die Schaltung (21) derart belegt sind, dass bei der mindestens einen Kongruenzabbildung (91 -96) nur elektrisch miteinander verträgliche Kontaktelemente (8) aufeinander abgebildet werden.

Elektrische Schaltung (21) nach Anspruch 1, wobei die Kontaktelemente (8) in Bezug auf die Schaltung (21) derart belegt sind, dass bei der mindestens einen Kongruenzabbildung (91-96) mindestens eines der folgenden Kriterien erfüllt ist:

(a) direkt miteinander verbundene oder für denselben Zweck vorgesehene Kontaktelemente (8) werden aufeinander abgebildet;

(b) jedes zur Übertragung einer Eingangsspannung in die Schaltung (21) vorgesehene Kontaktelement (8) mit einem ersten Eingangswiderstand wird auf ein Kontaktelement (8) mit einem zweiten Eingangswiderstand, der mindestens tausendmal grösser als der erste Eingangswiderstand ist, oder auf ein zur Übertragung einer Eingangsspannung derselben

Grössenordnung in die Schaltung (21) vorgesehenes Kontaktelement (8) abgebildet; und

(c) jedes zur Übertragung einer Ausgangsspannung aus der Schaltung (21) vorgesehene Kontaktelement (8) wird auf ein ebenfalls zur Übertragung einer Ausgangsspannung aus der Schaltung (21) vorgesehene Kontaktelement (8) abgebildet.

Elektrische Schaltung (21) nach Anspruch 2, wobei mindestens zwei der drei Kriterien (a) bis (c) und vorzugsweise alle drei Kriterien (a) bis (c) erfüllt sind. Elektrische Schaltung (21) nach Anspruch 2 oder 3, wobei die in Kriterium (a) genannten direkt miteinander verbundenen Kontaktelemente (8) Massenanschlüsse sind. 5. Elektrische Schaltung (21) nach einem der Ansprüche 2-4, wobei die in Kriterium (b) genannte Eingangsspannung eine im Wesentlichen konstante Versorgungsspannung mit einem Absolutwert zwischen 3 V und 120 V oder eine zeitlich veränderliche Signalspannung mit einem Wert zwischen -24 V und +24 V ist. 6. Elektrische Schaltung (21) nach einem der Ansprüche 2-5, wobei der in Kriterium (b) genannte zweite Eingangswiderstand mindestens 10 kQ beträgt. 7. Elektrische Schaltung (21) nach Anspruch 6, wobei das in Kriterium (b) genannte Kontaktelement (8) mit dem zweiten Eingangswiderstand ein in der Schaltung (21) nicht genutztes Kontaktelement (8) ist.

8. Elektrische Schaltung (21) nach einem der Ansprüche 2-7, wobei die in Kriterium (c) genannte Ausgangsspannung eine zeitlich veränderliche Signalspannung mit einem Wert zwischen -12 V und +12 V ist.

9. Elektrische Schaltung (21) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei

höchstens die Hälfte aller Kontaktelemente (8) in der Schaltung (21) genutzt ist und jedes genutzte Kontaktelement (8) auf ein ungenutztes Kontaktelement (8) abgebildet wird.

10. Elektrische Schaltung (21) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Schaltung (21) in einem Garnreinigermesskopf (1) eingebaut ist.

11. Elektrische Schaltung (21 ) nach Anspruch 10, wobei die Kontaktelemente (8) für Zwecke aus der folgenden Menge vorgesehen sind: erste konstante

Versorgungsspannung, vorzugsweise zwischen +20 V und +60 V; zweite konstante Versorgungsspannung, vorzugsweise zwischen +10 V und +15 V; dritte konstante Versorgungsspannung, vorzugsweise zwischen +3 V und +5 V; Signalleitung für eine einseitige serielle Übertragung eines Eingangssignals in die Schaltung (21), vorzugsweise zwischen 0 V und 5 V; Signalleitung für eine einseitige serielle Übertragung eines Ausgangssignals aus der Schaltung (21), vorzugsweise zwischen 0 V und 5V; Signalleitung für eine beidseitige serielle Signalübertragung, vorzugsweise zwischen -10 V und +15 V; Massenanschluss.

12. Elektrische Schaltung (21) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Kongruenzabbildung (91 , 92, 93, 95) eine Rotation, vorzugsweise um 180°, und/oder eine Translation (94, 96) ist.

13. Elektrische Schaltung (21) nach Anspruch 12, wobei die lösbare elektrische

Verbindung eine Steckverbindung mit 16 Kontaktelementen (8) ist, die in zwei Reihen zu je acht äquidistanten Kontaktelementen (8) angeordnet sind. 14. Verfahren zum Entwurf einer elektrischen Schaltung (21 ), welche einen

schaltungsseitigen Verbindungsteil (3) mit mehreren Kontaktelementen (8) für eine lösbare elektrische Verbindung umfasst, wobei

alle Kontaktelemente (8) des schaltungsseitigen Verbindungsteils (3) derart angeordnet sind, dass sie durch mindestens eine von der identischen Abbildung verschiedene Kongruenzabbildung (91-96) auf sich selbst abbildbar sind,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Kontaktelemente (8) in Bezug auf die Schaltung (21) derart belegt werden, dass bei der mindestens einen Kongruenzabbildung (91-96) nur elektrisch

miteinander verträgliche Kontaktelemente (8) aufeinander abgebildet werden.

15. Kombination einer elektrischen Schaltung (21) und einer mehradrigen elektrischen Leitung (4), welche Kombination eine lösbare elektrische Verbindung aus einem ersten Verbindungsteil (3) mit mehreren Kontaktelementen (8) und einem zweiten Verbindungsteil (6) mit mehreren Kontaktelementen (8) beinhaltet, wobei die Kontaktelemente (8) der beiden Verbindungsteile (3, 6) derart angeordnet sind, dass sie auf mindestens zwei verschiedene Arten, die durch mindestens eine von der identischen Abbildung verschiedene Kongruenzabbildung (91-96) eines der beiden Verbindungsteile (3, 6) auseinander hervorgehen, miteinander verbindbar sind, dadurch gekennzeichnet,

dass die Kontaktelemente (8) des ersten Verbindungsteils (3) und/oder die

Kontaktelemente (8) des zweiten Verbindungsteils (6) derart belegt sind, dass bei der mindestens einen Kongruenzabbildung (91-96) nur elektrisch miteinander verträgliche Kontaktelemente (8) aufeinander abgebildet werden.

Kombination nach Anspruch 15, wobei die Kontaktelemente (8) des ersten

Verbindungsteils (3) und/oder die Kontaktelemente (8) des zweiten Verbindungsteils (6) derart belegt sind, dass bei der mindestens einen Kongruenzabbildung (91-96) mindestens eines der folgenden Kriterien erfüllt ist:

(a) direkt miteinander verbundene oder für denselben Zweck vorgesehene Kontaktelemente (8) werden aufeinander abgebildet;

(b) jedes zur Übertragung einer Eingangsspannung in die Schaltung (21 ) vorgesehene Kontaktelement (8) mit einem ersten Eingangswiderstand wird auf ein Kontaktelement (8) mit einem zweiten Eingangswiderstand, der mindestens tausendmal grösser als der erste Eingangswiderstand ist, oder auf ein zur Übertragung einer Eingangsspannung derselben

Grössenordnung in die Schaltung (21) vorgesehenes Kontaktelement (8) abgebildet; und

(c) jedes zur Übertragung einer Ausgangsspannung aus der Schaltung (21) vorgesehene Kontaktelement (21) wird auf ein ebenfalls zur Übertragung einer Ausgangsspannung aus der Schaltung (21) vorgesehene Kontaktelement (8) abgebildet. 17. Kombination nach Anspruch 16, wobei mindestens zwei der drei Kriterien (a) bis (c) und vorzugsweise alle drei Kriterien (a) bis (c) erfüllt sind.

18. Kombination nach Anspruch 16 oder 17, wobei die in Kriterium (a) genannten direkt miteinander verbundenen Kontaktelemente (8) Massenanschlüsse sind.

19. Kombination nach einem der Ansprüche 16-18, wobei die in Kriterium (b) genannte Eingangsspannung eine im Wesentlichen konstante Versorgungsspannung mit einem Absolutwert zwischen 3 V und 120 V oder eine zeitlich veränderliche

Signalspannung mit einem Wert zwischen -24 V und +24 V ist.

20. Kombination nach einem der Ansprüche 16-19, wobei der in Kriterium (b) genannte zweite Eingangswiderstand mindestens 10 kQ beträgt.

21. Kombination nach Anspruch 20, wobei das in Kriterium (b) genannte

Kontaktelement (8) mit dem zweiten Eingangswiderstand ein in der Schaltung (21) nicht genutztes Kontaktelement (8) ist.

22. Kombination nach einem der Ansprüche 16-21 , wobei die in Kriterium (c) genannte Ausgangsspannung eine zeitlich veränderliche Signalspannung mit einem Wert zwischen -12 V und +12 V ist.

Kombination nach einem der Ansprüche 15-22, wobei höchstens die Hälfte aller Kontaktelemente (8) in der Schaltung (21) genutzt ist und jedes genutzte

Kontaktelement (8) auf ein ungenutztes Kontaktelement (8) abgebildet wird.

Kombination nach einem der Ansprüche 15-23, wobei die lösbare elektrische Verbindung eine Steckverbindung zwischen der elektrischen Schaltung (21) und einem elektrischen Anschlusskabel (4) ist, der erste Verbindungsteil (3) ein schaltungsseitiger Verbindungsteil, vorzugsweise ein Stecker, ist und der zweite Verbindungsteil (6) ein kabelseitiger Verbindungsteil, vorzugsweise eine Kupplung, ist.

Kombination nach einem der Ansprüche 15-24, wobei die Schaltung (21) in einem Garnreinigermesskopf (1) eingebaut ist.

Kombination nach Anspruch 25, wobei die Kontaktelemente (8) für Zwecke aus der folgenden Menge vorgesehen sind: erste konstante Versorgungsspannung, vorzugsweise zwischen +20 V und +60 V; zweite konstante Versorgungsspannung, vorzugsweise zwischen +10 V und +15 V; dritte konstante Versorgungsspannung, vorzugsweise zwischen +3 V und +5 V; Signalleitung für eine einseitige serielle Übertragung eines Eingangssignals in die Schaltung (21), vorzugsweise zwischen 0 V und 5 V; Signalleitung für eine einseitige serielle Übertragung eines

Ausgangssignals aus der Schaltung (21), vorzugsweise zwischen 0 V und 5V;

Signalleitung für eine beidseitige serielle Signalübertragung, vorzugsweise zwischen -10 V und +15 V; Massenanschluss.

Kombination nach einem der Ansprüche 15-26, wobei die Kongruenzabbildung (91, 92, 93, 95) eine Rotation, vorzugsweise um 180°, und/oder eine Translation (94, 96) ist.

Kombination nach Anspruch 27, wobei die lösbare elektrische Verbindung eine Steckverbindung mit 16 Kontaktelementen (8) ist, die in zwei Reihen zu je acht äquidistanten Kontaktelementen (8) angeordnet sind. 29. Verfahren zum Entwurf einer Kombination einer elektrischen Schaltung (21) und einer mehradrigen elektrischen Leitung (4), welche Kombination eine lösbare elektrische Verbindung aus einem ersten Verbindungsteil (3) mit mehreren

Kontaktelementen (8) und einem zweiten Verbindungsteil (6) mit mehreren

Kontaktelementen (8) beinhaltet, wobei

die Kontaktelemente (8) der beiden Verbindungsteile (3, 6) derart angeordnet sind, dass sie auf mindestens zwei verschiedene Arten, die durch mindestens eine von der identischen Abbildung verschiedene Kongruenzabbildung (91-96) eines der beiden Verbindungsteile (3, 6) auseinander hervorgehen, miteinander verbindbar sind, dadurch gekennzeichnet,

dass die Kontaktelemente (8) des ersten Verbindungsteils (3) und/oder die

Kontaktelemente (8) des zweiten Verbindungsteils (6) derart belegt werden, dass bei der mindestens einen Kongruenzabbildung (91-96) nur elektrisch miteinander verträgliche Kontaktelemente (8) aufeinander abgebildet werden.

Description:
ELEKTRISCHE SCHALTUNG MIT VERPOLUNGSGESCHÜTZTEM

VERBINDUNGSTEIL

FACHGEBIET

Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet des Verpolungsschutzes bei

Verbindungsteilen von elektrischen Schaltungen. Sie betrifft eine elektrische Schaltung, eine Kombination einer elektrischen Schaltung und einer mehradrigen elektrischen Leitung sowie Verfahren zum Entwurf einer elektrischen Schaltung bzw. einer Kombination einer elektrischen Schaltung und einer mehradrigen elektrischen Leitung, gemäss den

Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche. Eine bevorzugte Anwendung ist ein Garnreinigermesskopf, wie er zur Qualitätskontrolle auf Spinn- oder Spulmaschinen zum Einsatz kommt.

STAND DER TECHNIK

Zur Sicherung der Garnqualität werden an Spinn- oder Spulmaschinen so genannte Garnreiniger eingesetzt. Ein derartiger Garnreiniger ist z. B. aus der ΕΡ-Γ249'422 A2 bekannt. Er beinhaltet einen Garnreinigermesskopf mit mindestens einem Sensor, der das bewegte Garn abtastet und mindestens einen Parameter des Garns misst. Häufig verwendete Sensorprinzipien sind das kapazitive (siehe z. B. EP-0'924'513 AI) oder das optische (siehe z. B. WO-93/13407 AI). Ziel der Garnreinigung ist es, Fehlstellen wie Dickstellen, Dünnstellen oder Fremdstoffe im Garn zu detektieren, gemäss bestimmten Qualitätskriterien zu bewerten und gegebenenfalls zu eliminieren. Der Aufbau eines Garnreinigermesskopfes ist in der US-6,422,072 Bl oder der EP-1'302'426 A2

beschrieben. Sowohl bei der Spinn- als auch bei der Spulmaschine ist jeder Garnreinigermesskopf mit einem einige Dezimeter bis einige Meter langen Anschlusskabel zur Spannungsversorgung und zur Datenübermittlung ausgestattet. Dieses Anschlusskabel ist direkt oder indirekt mit einer Busleitung verbunden, an der einerseits weitere Garnreinigermessköpfe und andererseits eine zentrale Reinigersteuereinheit angeschlossen sind. Dabei werden üblicherweise speziell für die jeweilige Anwendung hergestellte Anschlusskabel eingesetzt. Aus der WO-2009/ 143642 AI ist ein Garnreinigermesskopf mit einem lösbaren Kabelanschluss bekannt. Der Garnreinigermesskopf umfasst ein Messkopfgehäuse und eine darin untergebrachte elektrische Schaltung. Die elektrische Schaltung ist über einen messkopfseitigen Anschluss mit einem elektrischen Anschlusskabel verbindbar. Dabei ist der messkopfseitige Anschluss zur Herstellung einer lösbaren Verbindung zwischen dem Garnreinigermesskopf und dem Anschlusskabel ausgebildet. Eine solche lösbare

Verbindung ist einerseits vorteilhaft, weil dadurch der Ausbau, der Einbau oder das Auswechseln des Garnreinigermesskopfes bedeutend einfacher und gefahrloser wird. Andererseits bringt sie die Gefahr der„Verpolung" mit sich. Darunter wird in dieser Schrift das Herstellen elektrischer Anschlussverbindungen verstanden, die vom

Gerätehersteller nicht vorgesehen sind und möglicherweise Schäden an Personen und/oder Sachen verursachen können.

Bei der Gleichspannungsversorgung eines Gerätes sind zwei Arten von Verpolungsschutz bekannt:

1. Mechanischer Verpolungsschutz. Durch eine nicht rotationssymmetrische

mechanische Gestaltung von Stecker und Buchse wird sichergestellt, dass die beiden elektrischen Anschlüsse (Plus und Minus) nicht in falscher Polarität hergestellt werden können.

2. Elektrischer Verpolungsschutz. Durch geeignete Schaltungen und Bauteile wird sichergestellt, dass beim Anlegen elektrischer Spannungen in falscher Polarität im angeschlossenen Gerät kein Schaden entsteht. Solche Schaltungen und Bauteile können Dioden, Gleichrichter oder Relais umfassen.

Der elektrische Verpolungsschutz bei der Gleichspannungsversorgung eines Gerätes stellt einen vergleichsweise einfachen Fall dar, weil nur zwei gleichartige Anschlüsse beteiligt sind, die sich nur durch ihre Polarität (Plus und Minus) unterscheiden. Beim

Garnreinigermesskopf ist die Situation insofern komplizierter, als dass hier über ein einziges Anschlusskabel verschiedene Spannungsversorgungen und zusätzlich auch die Übermittlung verschiedener Daten erfolgen müssen. Dafür werden typischerweise ungefähr zehn parallele Leitungen benötigt. Die an die verschiedenen Leitungen angelegten Spannungen sind völlig unterschiedlich und können je nach Leitung zwischen null (Massenanschluss) über einige wenige Volt (Logiksignale) bis zu ca. 60 V

(Spannungsversorgung für das Schneidzeug) betragen. Wenn die letztgenannte hohe Spannung versehentlich an einer dafür nicht vorgesehenen Leitung angelegt wird, können Schäden an Personen und/oder am Garnreinigersystem entstehen. Davon können nicht nur der falsch angeschlossene Garnreinigermesskopf, sondern - über Busleitungen - auch weitere Messköpfe, die zentrale Reinigersteuereinheit und sogar die zentrale

Maschinensteuereinheit betroffen sein. Solche Schäden müssen vermieden werden. Selbstverständlich kann auch beim Garnreiniger ein mechanischer Verpolungsschutz zum Einsatz kommen. Einfache mechanische Massnahmen können jedoch unter Aufbietung hoher Kräfte überwunden werden. Einen sicheren mechanischen Verpolungsschutz bietet z. B. die kommerziell erhältliche Steckverbindung des weit verbreiteten Typs D-Sub 15 mit 15 Kontaktelementen. Solche Steckverbindungen sind jedoch vergleichsweise teuer und würden die in grossen Stückzahlen benötigten Garnreinigermessköpfe verteuern.

Deshalb werden günstigere Steckverbindungen wie z. B. des Typs Hirose DF11-16DS-2C, der von der Hirose Electric Co., Ltd., Tokyo, Japan, erhältlich ist, bevorzugt.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen nichtmechanischen

Verpolungsschutz für eine elektrische Schaltung, umfassend einen schaltungsseitigen Verbindungsteil mit mehreren Kontaktelementen für eine lösbare elektrische

Steckverbindung, zu schaffen. Eine weitere Aufgabe ist es, einen nichtmechanischen Verpolungsschutz für eine Kombination einer elektrischen Schaltung und einer

mehradrigen elektrischen Leitung, welche Kombination eine lösbare elektrische

Verbindung aus einem ersten Verbindungsteil mit mehreren Kontaktelementen und einem zweiten Verbindungsteil mit mehreren Kontaktelementen beinhaltet, zu schaffen. Noch weitere Aufgaben sind es, Verfahren zum verpolungsgeschützten Entwurf einer elektrischen Schaltung sowie zum verpolungsgeschützten Entwurf einer Kombination einer elektrischen Schaltung und einer mehradrigen elektrischen Leitung anzugeben. Ein besonderes Augenmerk soll dabei auf die Anwendung der Schaltung, der Kombination und der Verfahren im Zusammenhang mit Garnreinigersystem gerichtet werden.

Diese und andere Aufgaben werden durch die erfindungsgemässe elektrische Schaltung, die erfindungsgemässe Kombination einer elektrischen Schaltung und eines elektrischen Anschlusskabels sowie die erfindungsgemässen Entwurfsverfahren gelöst, wie sie in den unabhängigen Patentansprüchen definiert sind. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. Der Erfindung liegt die Idee eines„geometrischen" Verpolungsschutzes zugrunde. Dieser basiert weder auf der mechanischen Gestaltung der elektrischen Verbindung noch auf einer speziellen elektrischen Schaltung. Vielmehr ist die Belegung der Kontaktelemente derart ausgelegt, dass bei einer Verpolung zumindest kein Schaden an Sachen und/oder Personen angerichtet werden kann. Im Idealfall funktioniert sogar das mit der gemeinsamen

Busleitung verbundene Garnreinigersystem mit Ausnahme des verpolten

Garnreinigermesskopfes weiter.

Dementsprechend umfasst die erfindungsgemässe elektrische Schaltung einen

schaltungsseitigen Verbindungsteil mit mehreren Kontaktelementen für eine lösbare elektrische Verbindung, wobei alle Kontaktelemente des schaltungsseitigen

Verbindungsteils derart angeordnet sind, dass sie durch mindestens eine von der identischen Abbildung verschiedene Kongruenzabbildung auf sich selbst abbildbar sind. Die Kontaktelemente sind in Bezug auf die Schaltung derart belegt, dass bei der mindestens einen Kongruenzabbildung nur elektrisch miteinander verträgliche

Kontaktelemente aufeinander abgebildet werden.

Welche Kontaktelemente elektrisch miteinander verträglich sind und welche nicht, weiss ein die elektrische Schaltung kennender Fachmann auf dem Gebiet der Elektrotechnik sehr wohl. So sind z. B. zwei Kontaktelemente für Signal-Eingangsspannungen derselben Grössenordnung elektrisch miteinander verträglich, selbst wenn die beiden Signale ganz unterschiedliche Informationen tragen. Hingegen wären ein auf Massenanschluss gelegtes Kontaktelement mit einem Kontaktelement für die Spannungsversorgung elektrisch miteinander unverträglich, weil bei ihrer gegenseitigen Kontaktierung die Spannungsversorgung kurzgeschlossen und die Spannung an Schaltungselemente angelegt würde, die nicht dafür ausgelegt sind.

Anhand solcher und ähnlicher Überlegungen lassen sich einige Kriterien für die Belegung der Kontaktelemente aufstellen. Die Kontaktelemente sollen in Bezug auf die

erfindungsgemässe elektrische Schaltung derart belegt sein, dass bei der mindestens einen Kongruenzabbildung mindestens eines der folgenden Kriterien erfüllt ist:

(a) direkt miteinander verbundene oder für denselben Zweck vorgesehene

Kontaktelemente werden aufeinander abgebildet;

(b) jedes zur Übertragung einer Eingangsspannung in die Schaltung vorgesehene Kontaktelement mit einem ersten Eingangswiderstand wird auf ein Kontaktelement mit einem zweiten Eingangswiderstand, der mindestens tausendmal grösser als der erste Eingangswiderstand ist, oder auf ein zur Übertragung einer Eingangsspannung derselben Grössenordnung in die Schaltung vorgesehenes Kontaktelement abgebildet; und

(c) jedes zur Übertragung einer Ausgangsspannung aus der Schaltung vorgesehene Kontaktelement wird auf ein ebenfalls zur Übertragung einer

Ausgangsspannung aus der Schaltung vorgesehene Kontaktelement abgebildet.

In der erfindungsgemässen elektrischen Schaltung können mindestens zwei der drei Kriterien (a) bis (c) und vorzugsweise alle drei Kriterien (a) bis (c) erfüllt sein.

Die in Kriterium (a) genannten direkt miteinander verbundenen Kontaktelemente können z. B. Massenanschlüsse sein. Die in Kriterium (b) genannte Eingangsspannung eine ist z. B. eine im Wesentlichen konstante Versorgungsspannung mit einem Absolutwert zwischen 3 V und 120 V oder eine zeitlich veränderliche Signalspannung mit einem Wert zwischen -24 V und +24 V. Der in Kriterium (b) genannte zweite Eingangswiderstand beträgt vorzugsweise mindestens 10 kü, so dass das Kontaktelement mit dem zweiten Eingangswiderstand jedenfalls hochohmig ist. Bei dem in Kriterium (b) genannten

Kontaktelement mit dem zweiten Eingangswiderstand kann es sich um ein in der Schaltung nicht genutztes Kontaktelement handeln. Die in Kriterium (c) genannte Ausgangsspannung ist z. B. eine zeitlich veränderliche Signalspannung mit einem Wert zwischen -12 V und +12 V. In einer besonderen Ausführungsform kann höchstens die Hälfte aller Kontaktelemente in der Schaltung genutzt sein, und jedes genutzte Kontaktelement wird auf ein ungenutztes Kontaktelement abgebildet. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die erfmdungsgemässelektrische Schaltung in einem Garnreinigermesskopf eingebaut. Die Kontaktelemente sind dann vorzugsweise für Zwecke aus der folgenden Menge vorgesehen: erste konstante Versorgungsspannung, vorzugsweise zwischen +20 V und +60 V; zweite konstante Versorgungsspannung, vorzugsweise zwischen +10 V und +15 V; dritte konstante Versorgungsspannung, vorzugsweise zwischen +3 V und +5 V; Signalleitung für eine einseitige serielle

Übertragung eines Eingangssignals in die Schaltung, vorzugsweise zwischen 0 V und 5 V; Signalleitung für eine einseitige serielle Übertragung eines Ausgangssignals aus der Schaltung, vorzugsweise zwischen 0 V und 5V; Signalleitung für eine beidseitige serielle Signalübertragung, vorzugsweise zwischen -10 V und +15 V; Massenanschluss. Nebst dem als Beispiel erwähnten Garnreiniger kann aber die Erfindung in vielen anderen Vorrichtungen auf den verschiedensten technischen Gebieten eingesetzt werden.

Die Kongruenzabbildung ist z. B. eine Rotation, vorzugsweise um 180°, und/oder eine Translation. Die lösbare elektrische Verbindung kann eine Steckverbindung mit 16 Kontaktelementen sein, die in zwei Reihen zu je acht äquidistanten Kontaktelementen angeordnet sind.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Entwurf einer elektrischen Schaltung, welche einen schaltungsseitigen Verbindungsteil mit mehreren Kontaktelementen für eine lösbare elektrische Verbindung umfasst, wobei alle Kontaktelemente des

schaltungsseitigen Verbindungsteils derart angeordnet sind, dass sie durch mindestens eine von der identischen Abbildung verschiedene Kongruenzabbildung auf sich selbst abbildbar sind. Die Kontaktelemente werden in Bezug auf die Schaltung derart belegt, dass bei der mindestens einen Kongruenzabbildung nur elektrisch miteinander verträgliche

Kontaktelemente aufeinander abgebildet werden.

Die bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemässen Verfahrens zum Entwurf einer elektrischen Schaltung werden derart ausgeführt, dass das Verfahren jeweils eine der bevorzugten Ausführungsformen der elektrischen Schaltung ergibt, wie sie oben beschrieben sind.

Ferner betrifft die Erfindung eine Kombination einer elektrischen Schaltung und einer mehradrigen elektrischen Leitung. Die Kombination beinhaltet eine lösbare elektrische Verbindung aus einem ersten Verbindungsteil mit mehreren Kontaktelementen und einem zweiten Verbindungsteil mit mehreren Kontaktelementen. Die Kontaktelemente der beiden Verbindungsteile sind derart angeordnet, dass sie auf mindestens zwei verschiedene Arten, die durch mindestens eine von der identischen Abbildung verschiedene

Kongruenzabbildung eines der beiden Verbindungsteile auseinander hervorgehen, miteinander verbindbar sind. Die Kontaktelemente des ersten Verbindungsteils und/oder die Kontaktelemente des zweiten Verbindungsteils sind derart belegt, dass bei der mindestens einen Kongruenzabbildung nur elektrisch miteinander verträgliche

Kontaktelemente aufeinander abgebildet werden.

Die bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemässen Kombination sind analog zu denjenigen der erfindungsgemässen elektrischen Schaltung, wie sie oben beschrieben sind. Die lösbare elektrische Verbindung kann sich an irgendeiner Stelle der

erfindungsgemässen Kombination befinden. In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich um eine Steckverbindung zwischen der elektrischen Schaltung und einem elektrischen Anschlusskabel; der erste Verbindungsteil ist ein schaltungsseitiger

Verbindungsteil, vorzugsweise ein Stecker, und der zweite Verbindungsteil ist ein kabelseitiger Verbindungsteil, vorzugsweise eine Kupplung. Ausserdem betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Entwurf einer Kombination einer elektrischen Schaltung und einer mehradrigen elektrischen Leitung. Die Kombination beinhaltet eine lösbare elektrische Verbindung aus einem ersten Verbindungsteil mit mehreren Kontaktelementen und einem zweiten Verbindungsteil mit mehreren

Kontaktelementen. Die Kontaktelemente der beiden Verbindungsteile sind derart angeordnet, dass sie auf mindestens zwei verschiedene Arten, die durch mindestens eine von der identischen Abbildung verschiedene Kongruenzabbildung eines der beiden Verbindungsteile auseinander hervorgehen, miteinander verbindbar sind. Die

Kontaktelemente des ersten Verbindungsteils und/oder die Kontaktelemente des zweiten Verbindungsteils werden derart belegt, dass bei der mindestens einen Kongruenzabbildung nur elektrisch miteinander verträgliche Kontaktelemente aufeinander abgebildet werden.

Die bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemässen Verfahrens zum Entwurf einer Kombination einer elektrischen Schaltung und einer mehradrigen elektrischen Leitung werden derart ausgeführt, dass das Verfahren jeweils eine der bevorzugten Ausführungsformen der Kombination ergibt, wie sie oben beschrieben sind.

Die Erfindung ist in jeglichen elektrischen Schaltungen anwendbar. Zwar wird in dieser Schrift ein Garnreinigersystem als bevorzugtes Anwendungsbeispiel angegeben, doch soll dies keinesfalls als Einschränkung der Allgemeinheit der Erfindung verstanden werden.

Dank der Erfindung werden die Auswirkungen einer Verpolung minimiert. Schäden an Personen und/oder Sachen sind praktisch ausgeschlossen, so dass die die Schaltung enthaltende Vorrichtung, bspw. ein Garnreinigermesskopf, sicherer ist. Ein mechanischer und/oder elektrischer Verpolungsschutz kann weniger aufwändig gestaltet oder ganz weggelassen werden. Dadurch ist die die Schaltung enthaltende Vorrichtung

kostengünstiger herstellbar.

AUFZÄHLUNG DER ZEICHNUNGEN

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der

Zeichnungen detailliert erläutert.

Figur 1 zeigt eine erflndungsgemässe Kombination einer elektrischen Schaltung in einem Garnreinigermesskopf und eines elektrischen Anschlusskabels in einer teilsweise offengelegten perspektivischen Ansicht.

Figuren 2-5 zeigen vier Ausführungsformen einer elektrischen Steckverbindung in einer erfindungsgemässen Kombination einer Schaltung und eines Kabels in einer schematischen Draufsicht. AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

In Figur 1 illustriert eine bevorzugte Anwendung der vorliegenden Erfindung, nämlich einen elektronischen Granreinigermesskopf 1 mit einem lösbaren elektrischen

Anschlusskabel 4. Der Garnreinigermesskopf 1 beinhaltet ein Messkopfgehäuse 1 1 zur Aufnahme eines Garnsensors, einer elektronischen Schaltung, eines Garnschneidzeugs und/oder anderer Komponenten. Das Anschlusskabel 4 dient sowohl der

Energieversorgung des Garnreinigermesskopfes 1 als auch der Datenübermittlung zum und vom Garnreinigermesskopf 1. Vorzugsweise handelt es sich um ein mehradriges abgeschirmtes Anschlusskabel. Im Beispiel von Figur 1 basiert das Anschlusskabel 4 auf einem kommerziell erhältlichen 15-adrigen Game-Port-Kabel, bei dem an einem messkopfseitigen Ende eine Kupplung in einem Kupplungsgehäuse 5 angebracht wurde. Am vom Garnreinigermesskopf 1 abgewandten Ende trägt das Anschlusskabel 4 einen Stecker 7, z. B. einen kommerziell erhältlichen Stecker des weit verbreiteten Typs D-Sub 15, zum Anschliessen des Anschlusskabels 4 an eine (nicht eingezeichnete)

Reinigersektionselektronik, an eine (nicht eingezeichnete) Busleitung, die mit einer zentralen Reinigersteuereinheit verbunden ist, oder an eine andere Komponente.

In Figur 1 ist das Messkopfgehäuse 11 teilweise offengelegt, und das Kupplungsgehäuse 5 ist vom Messkopfgehäuse 11 gelöst. Dank der Offenlegung des Messkopfgehäuses 1 1 ist eine im Inneren des Messkopfgehäuses 1 1 aufgenommene Leiterplatte 2 erkennbar, die zumindest Teile einer elektrischen Schaltung 21 trägt. In der Leiterplatte 2 befindet sich ein Messschlitz 22, welcher zur Aufnahme eines (nicht eingezeichneten) zu reinigenden Garns dient und an welchem ein (nicht eingezeichneter) Garnsensor zur Abtastung des Garns angebracht ist.

Zur Herstellung einer lösbaren elektrischen Verbindung zwischen der Schaltung 21 und dem Anschlusskabel 4 ist der Garnreinigermesskopf 1 mit einem schaltungsseitigen Verbindungsteil 3 und das Anschlusskabel 4 mit einem kabelseitigen Verbindungsteil 6 ausgerüstet. Im Ausführungsbeispiel von Figur 1 ist die lösbare elektrische Verbindung als Steckverbindung ausgeführt. Der schaltungsseitige Verbindungsteil 3 kann als ein auf der Leiterplatte 2 angebrachter Stecker ausgeführt sein. Vorzugsweise handelt es sich um einen indirekten mehrpoligen Stecker 3, der z. B. auf der Leiterplatte 2 angelötet ist. An seinem messkopfseitigen Ende trägt das Anschlusskabel 4 die zum Stecker 3 passende Kupplung 6, z. B. des Typs Hirose DFl 1-16DS-2C, wie sie von der Hirose Electric Co., Ltd., Tokyo, Japan, erhältlich ist. Der Stecker 3 und die Kupplung 6 bilden zusammen einen Steckverbinder.

Selbstverständlich kann bei diesem Steckverbinder ein mechanischer Verpolungsschutz vorgesehen sein, welcher verhindern sollte, dass der Stecker 3 auf eine nicht

vorhergesehene Weise in die Kupplung 6 gesteckt wird, woraus eine Gefahr für Personen und Sachen drohen würde. Die Erfahrung zeigt aber, dass ein mechanischer

Verpolungsschutz absichtlich oder unabsichtlich umgangen werden kann. Deshalb sind weitere Massnahmen für einen Verpolungsschutz erwünscht, wie sie die vorliegende Erfindung vorschlägt.

Nebst der elektrischen Verbindung ist auch eine lösbare mechanische Verbindung zwischen dem Messkopfgehäuse 11 und dem Kupplungsgehäuse 5 vorgesehen. Sie ist als Einrastverbindung oder Schnappverbindung ausgeführt. Die elektrische und die mechanische Verbindung sind im hier diskutierten Ausführungsbeispiel voneinander getrennt, müssen es aber nicht notwendigerweise sein. In Figur 2 ist eine erste Ausführungsform einer elektrischen Steckverbindung in einer erfindungsgemässen Kombination einer Schaltung 21 und eines Kabels 4 (siehe Figur 1) dargestellt. Ein schaltungsseitiger Verbindungsteil 3 kann z. B. als Stecker und ein kabelseitiger Verbindungsteil 6 als dazu passende Kupplung ausgeführt sein. Beide Verbindungsteile sind in Figur 2 schematisch als Rechtecke dargestellt; auf mechanische Details der Verbindung wird nicht eingegangen. Stecker 3 und Kupplung 6 haben je 16 Kontaktelemente 8, z. B. in Form von Kontaktstiften bzw. Kontaktöffnungen, die so angeordnet und gestaltet sind, dass im verbundenen Zustand die einander zugeordneten Kontaktelemente 8 einander elektrisch kontaktieren. Im Ausführungsbeispiel von Figur 2 sind die 16 Kontaktelemente 8 in zwei Reihen zu je acht Kontaktelementen 8 mit einem gegenseitigen Abstand von 2 mm angeordnet und mit entsprechenden Ordnungszahlen 1-16 nummeriert. Die matrixförmige Anordnung der Kontaktelemente 8 in der Steckverbindung von Figur 2 erlaubt eine Rotation (angedeutet durch einen Pfeil 91) der Kupplung 6 gegenüber dem Stecker 3 um 180° um ein Rotationszentrum 90, wobei nach der Rotation 91 wieder eine elektrische Steckverbindung zwischen den beiden Verbindungsteilen 3, 6 hergestellt werden kann. (Es wird hier davon ausgegangen, dass ein mechanischer Verpolungsschutz nicht vorhanden ist oder nur ungenügend funktioniert.) Der Stecker 3 und die Kupplung 6 können also auf zwei verschiedene Arten, die durch eine Rotation 91 der Kupplung 6 auseinander hervorgehen, miteinander verbunden werden. Allerdings werden bei den zwei Arten unterschiedliche Kontaktelemente 8 einander zugeordnet. Tabelle 1 zeigt die zwei unterschiedlichen Zuordnungen der Kontaktelemente 8.

Tabelle 1 Die unterschiedlichen Kontaktzuordnungen können ohne die erfindungsgemässen

Massnahmen ein Problem darstellen, weil nur die eine Art vorgesehen ist und bei der anderen, unvorgesehenen Art Schäden an Personen und/oder Sachen entstehen können. Die Erfindung löst dieses Problem durch einen geometrischen Verpolungsschutz. Dabei sind die Kontaktelemente 8 in Bezug auf die Schaltung derart belegt, dass bei der Rotation 91 nur elektrisch miteinander verträgliche Kontaktelemente 8 aufeinander abgebildet werden. Zu diesem Zweck ist es vorteilhaft, die Belegung der Kontaktelemente 8 nach besonderen Kriterien, auf die weiter unten eingegangen wird, zu gestalten. Eine elektrisch miteinander verträgliche Belegung ist beispielhaft in Tabelle 2 angegeben: Steckerkontaktelement Nr. Verwendungszweck Spannung (V)

1 Massenanschluss

2 Nicht verwendet

3 Spannungsversorgung +4

4 Massenanschluss

5 Spannungsversorgung +15

6 Massenanschluss

7 Signalausgang 0..4

8 Kommunikationsleitung -10..+15

9 Kommunikationsleitung -10..+15

10 Signalausgang 0..4

11 Signaleingang 0..4

12 Nicht verwendet

13 Massenanschluss

14 Signaleingang 0..4

15 Spannungsversorgung 20..60

16 Massenanschluss

Tabelle 2

Die erfindungsgemässen Kriterien werden nachfolgend anhand des obigen

Belegungsbeispiels erläutert:

(a) Direkt miteinander verbundene oder für denselben Zweck vorgesehene

Kontaktelemente 8 werden aufeinander abgebildet.

Beispiele: Massenanschlüsse auf Steckerkontakten Nrn. 1, 16 und 4, 13.

(b) Jedes zur Übertragung einer Eingangsspannung in die Schaltung 21 vorgesehene Kontaktelement 8 mit einem ersten Eingangswiderstand wird auf ein Kontaktelement 8 mit einem zweiten Eingangswiderstand, der mindestens tausendmal grösser als der erste Eingangswiderstand ist, oder auf ein zur Übertragung einer ähnlichen

Eingangsspannung in die Schaltung 21 vorgesehenes Kontaktelement 8 abgebildet. Beispiele: Die Spannungsversorgung auf Steckerkontaktelement Nr. 3 und das Nutentrommelsignal auf Steckerkontaktelement Nr. 14 sind beide auf 4 V begrenzt und somit ähnlich. Die Spannungsversorgung auf Steckerkontaktelement Nr. 15 wird auf das nicht verwendete und somit hochohmige Steckerkontaktelement Nr. 2 abgebildet. Jedes zur Übertragung einer Ausgangsspannung aus der Schaltung 21 vorgesehene Kontaktelement 8 wird auf ein ebenfalls zur Übertragung einer Ausgangsspannung aus der Schaltung 21 vorgesehene Kontaktelement 8 abgebildet.

Beispiele: Kommunikation auf Steckerkontaktelementen Nrn. 8 und 9.

Signalausgänge auf Steckerkontaktelementen Nrn. 7 und 10.

Figur 3 zeigt eine zweite Ausführungsform einer elektrischen Steckverbindung in einer erfindungsgemässen Kombination einer Schaltung 21 und eines Kabels 4. Hier sind die Aussenformen der beiden Verbindungsteile 3, 6 kreisrund, und die Kontaktelemente 8 sind auf einem Kreis angeordnet. Wegen der nicht äquidistanten Anordnung der

Kontaktelemente 8 können die beiden Verbindungsteile 3, 6 um 120° und um 240° in Bezug aufeinander um ein Rotationszentrum 90 rotiert werden, wobei nach jeder Rotation 92, 93 wieder eine elektrische Steckverbindung zwischen den beiden Verbindungsteilen 3, 6 hergestellt werden kann. Es gibt also drei verschiedene Verbindungsarten, deren

Kontaktzuordnungen in Tabelle 3 zusammengestellt sind.

Tabelle 3 Eine dritte Ausführungsform der elektrischen Steckverbindung ist in Figur 4 angegeben. Hier ist die Kongruenzabbildung keine Rotation, sondern eine Translation 94 des einen Verbindungsteils 6 gegenüber dem anderen Verbindungsteil 3. Der schal tungsseitige Verbindungsteil 3 hat fünf Kontaktelemente 8, während der kabelseitige Verbindungsteil 6 nur deren drei aufweist. Zwei Kontaktelemente 8 des schaltungsseitigen Verbindungsteils 3 bleiben also stets ungenutzt. Die Kontaktzuordnungen der zwei möglichen

Verbindungsarten sind in Tabelle 4 aufgelistet. Schaltungsseitiges Kontaktelement Nr. 1 2 3 4 5

Kabelseitiges Kontaktelement Nr. (vor Translation) 1 2 4

Kabelseitiges Kontaktelement Nr. (nach Translation) 1 2 4

Tabelle 4

Figur 5 zeigt eine vierte Ausführungsform der elektrischen Steckverbindung. Der schaltungsseitige Verbindungsteil 3 hat hier nur eine Reihe von acht äquidistanten Kontaktelementen 8, während der kabelseitige Verbindungsteil 6 zwei solche Reihen aufweist, deren eine stets ungenutzt bleibt. Die Nummerierung der Kontaktelemente 8 ist analog zu Figur 2. Als Kongruenzabbildung kommt sowohl eine Rotation 95 um 180°als auch eine Translation 96 in Frage. Dies ergibt vier mögliche Verbindungsarten, deren Kontaktzuordnungen in Tabelle 5 zusammengestellt sind.

Tabelle 5 Auch bei den Ausführungsformen der Figuren 3-5 kann ein geometrischer

Verpolungsschutz gemäss der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommen. Zu diesem Zweck wird elektrische Verträglichkeit der Kontaktelemente, vorzugsweise durch

Anwendung der erwähnten Kriterien (a), (b) und/oder (c), hergestellt. Im Beispiel von Figur 5 können jeweils zwei untereinander liegende Kontaktelemente 8 des kabelseitigen Verbindungsteils 6 (d. h. Nrn. 1 und 2, 3 und 4, 15 und 16) paarweise miteinander verbunden sein, so dass bei der reinen Translation (vierte Zeile von Tabelle 5) das Kriterium (a) zur Anwendung kommt: Direkt miteinander verbundene Kontaktelemente 8 werden aufeinander abgebildet. Für die elektrische Verträglichkeit bei der Rotation (Zeilen 3 und 5 von Tabelle 5) können unter Umständen noch weitere Massnahmen erforderlich sein.

Die oben diskutierten Ausführungsformen beziehen sich der Einfachheit halber auf das Beispiel einer Steckverbindung zwischen der Schaltung 21 und dem Anschlusskabel 4 (siehe Figur 1). Die vorliegende Erfindung ist aber nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Denn erstens braucht die lösbare elektrische Verbindung keine Steckverbindung zu sein. Klemmverbindungen und andere lösbare elektrische Verbindungen sind ebenso möglich. Und zweitens kann sich die lösbare elektrische Verbindung an einer anderen Stelle der Kombination der Schaltung 21 und der mit der Schaltung 21 verbundenen elektrischen Leitung befinden. Der in Figur 1 eingezeichnete D-Sub-15-Stecker 7 an dem vom

Garnreinigermesskopf 1 abgewandten Ende des Anschlusskabels 4 ist zwar mechanisch bestens gegen Verpolung geschützt. Es wäre jedoch denkbar, an jener Stelle eine einfachere und kostengünstigere lösbare elektrische Verbindung ohne mechanischen Verpolungsschutz einzusetzen. In einer solchen Alternativlösung kann die

erfindungsgemässe Idee des geometrischen Verpolungsschutzes auf die Verbindung zwischen dem Kabel 4 und der (nicht eingezeichneten) Reinigersektionselektronik oder der (nicht eingezeichneten) Busleitung angewendet werden. Analog kann der

erfindungsgemässe geometrische Verpolungsschutz an einer noch weiter von der

Schaltung 21 entfernt liegenden elektrischen Verbindung, die jedoch elektrisch mit der Schaltung 21 verbunden ist, angewendet werden.

Die vorliegende Erfindung ist folglich nicht auf die oben diskutierten Ausführungsformen beschränkt. Bei Kenntnis der Erfindung wird der Fachmann weitere Varianten herleiten können, die auch zum Gegenstand der vorliegenden Erfindung gehören. Die Erfindung ist in jeglichen elektrischen Schaltungen anwendbar.

BEZUGSZEICHENLISTE

1 Gamreinigermesskopf

1 1 Messkopfgehäuse

2 Leiterplatte

21 elektrische Schaltung

22 Messschlitz

3 schal tungsseitiger Verbindungsteil

4 Anschlusskabel

5 Kupplungsgehäuse

6 kabelseitiger Verbindungsteil

7 Stecker am vom Gamreinigermesskopf abgewandten Kabelende

8 Kontaktelemente

90 Rotationszentrum

91, 92, 93, 95 Rotationen

94, 96 Translationen