-
Die
Erfindung bezieht sich auf einen Leitersteckverbinder.
-
Aus
den Druckschriften
DE
195 39 184 C3 und
US
4,722,579 A sind Leitersteckverbinder zur elektrischen
Verbindung mindestens zweier elektrischer Leiter bekannt, mit einem
Gehäuse
aus elektrisch isolierendem Material und einem darin angeordneten,
hülsenförmigen,
metallischen Kontaktelement, das mindestens zwei Einführkanäle aufweist, wobei
die Einführkanäle durch
eine einstückig
mit dem Kontaktelement ausgebildete Trennwand voneinander getrennt
sind. In jedem Einführkanal
sind mehrere Andruckfedern in Form von Federringen axial hintereinander
angeordnet, die formschlüssig
in Ringnuten des Kontaktelements gehalten sind. Jeder Federring
ist mit mehreren radial nach innen weisenden Federlamellen ausgestattet.
Die Federringe können
aus Kupfer hergestellt sein.
-
Aus
der
US 3,019,284 A ist
ein Leitersteckverbinder zur elektrischen Verbindung mindestens zweier
elektrischer Leiter bekannt, mit einem metallischen, als Preßhülse ausgebildeten
Kontaktelement, das mindestens zwei Einführkanäle aufweist, wobei die Einführkanäle durch
eine einstückig
mit dem Kontaktelement ausgebildete Trennwand voneinander getrennt
sind. In jedem Einführkanal
ist eine Andruckfeder in Form eines Federringes angeordnet, die formschlüssig an
der Öffnung
jedes Einführkanales gehalten
ist, wobei jeder Federring mit mehreren radial nach innen weisenden
Federlamellen ausgestattet ist.
-
Aus
der
US 3,383,648 A ist
bekannt, daß die für die Leiter-
oder Drahtklemmung verwendeten Federringe mit mehreren radial nach
innen weisenden Federlamellen aus einer Kupfer-Beryllium-Legierung hergestellt
sein können.
-
Aus
der
DE 1 883 876 U ist
ein Leitersteckverbinder mit einem Gehäuse aus Kunststoff bekannt,
das mindestens zwei axial gegenüberliegende Einführkanäle für elektrische
Leiter aufweist. In das Gehäuse
ist eine Kontaktbrücke
aus elektrisch leitfähigem
Material eingesetzt, die die einander zugeordneten Einfuhrkanäle elektrisch
miteinander verbindet. In das Gehäuse ist ein von einer Blattfeder
umgebener Sockel eingesetzt, wobei die Blattfeder zwei Federarme
hat, von denen je einer in einem der zwei einander zugeordneten
Einführkanäle angeordnet ist.
Die Federarme sind so angeordnet und ausgerichtet, daß ihre Federkraft
in Richtung zu der Kontaktbrücke
weist. Weiter sind sie jeweils schräg in Einfuhrrichtung geneigt.
-
Zum
Verbinden zweier Leiter wird jeweils ein Leiterende in den Einfuhrkanal
eingeschoben, wodurch der jeweilige Federarm gespannt wird und das jeweilige
Leiterende gegen die Kontaktbrücke
drückt. Aufgrund
der Neigung der Federarme ist ein Einführen der Leiter leicht möglich, dagegen
ein Herausziehen der Leiter wesentlich erschwert, so daß eine Klemmwirkung
entsteht.
-
Die
WO 2004/091066 A1 zeigt
einen Leitersteckverbinder mit einer elektrisch leitfähigen Verbindungshülse, die
eine Vielzahl von ringförmigen, schräg verlaufenden
Lippen hat, die ähnlich
Tellerfedern elastisch sind. Diese Verbindungshülse ist von einer flexiblen
Schicht aus isolierendem Material ummantelt, deren Außenseite
wiederum elektrisch leitfähig
beschichtet ist. Darüber
ist eine flexible leitfähige Schicht
als Abschirmung und schließlich
darüber
ein Außenmantel
aus schrumpfbarem, elektrisch isolierendem Material. Dieser Mantel
hat eine Wicklung von Heizdrähten,
mittels denen die erforderliche Wärme für das Schrumpfen erzeugt werden
kann. Zum Verbinden zweier Leiterenden wird je ein Kern eines Leiters
von jeder Seite in die Verbindungshülse eingeführt, wobei ein mechanischer
und elektrischer Kontakt zwischen dem Kern der Leiter nur über die ringförmigen Lippen
der Verbindungshülse
hergestellt wird. Die Öffnung
der ringförmigen
Lippen muß daher
recht genau an den Durchmesser der zu verbindenden Leiter angepaßt sein,
um einerseits ausreichende Kontaktkraft und damit geringen Übergangswiderstand
zu erreichen und andererseits aber überhaupt ein Einführen des
Leiters zu gestatten. Darüber
hinaus ist die Herstellung einer solchen zylinderförmigen Verbindungshülse mit
kreisringförmigen
Lippen aus elektrisch leitfähigem
und federndem Material technisch aufwendig.
-
In
der Praxis werden heute in der Energieversorgung Schraubverbinder
oder Preßverbinder eingesetzt.
Schraubverbinder haben einen elektrisch leitfähigen Verbinderkörper mit
normalerweise zwei radialen Gewindebohrungen, in die eine Klemmschraube
eingeschraubt wird, die die eingesetzten Leiterenden gegen die Innenwandung
des Verbinderkörpers
drückt.
-
Preßverbinder
haben lediglich einen Verbinderkörper
aus elektrisch leitfähigem
Material. Durch ein entsprechendes Presswerkzeug wird nach dem Einsetzen
der Leiter der Verbinderkörper
radial gepresst, um die nötige
Anpreßkraft
zwischen Verbinderkörper
und Leiterenden zu erzeugen. In beiden Fällen erfolgt eine Isolierung
durch Schrumpfschläuche
oder ein Vergießen
mit Kunstharz.
-
In
beiden Fällen
erfordert die Herstellung einer Leiterverbindung den Einsatz von
Werkzeugen, wie z. B. Schraubenzieher, Schraubenschlüssel einerseits
oder Presszange andererseits, was einen zusätzlichen Arbeitsaufwand bedeutet.
Auch sind diese in der Praxis verwendeten Leiterverbinder aufgrund
ihres hohen Metallanteiles sehr teuer, wobei bei den Preßverbindern
auch noch hoher finanzieller Aufwand für den Werkzeugeinsatz hinzukommt.
-
Aufgabe
der Erfindung ist es, den Leitersteckverbinder der eingangs genannten
Art dahingehend zu verbessern, daß bei geringem Materialaufwand
und werkzeugfreier Handhabung eine sichere elektrisch einwandfreie
Leiterverbindung hergestellt werden kann.
-
Diese
Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale
gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung sind den
Unteransprüchen
zu entnehmen.
-
Der
ohne Werkzeuge handzuhabende Leitersteckverbinder nach der Erfindung
hat eine Stromschiene aus elektrisch leitfähigem Material, die in einem
Gehäuse
aus elektrisch isolierendem Material, vorzugsweise aus Kunststoff,
gehalten ist. Die Stromschiene ist vorzugsweise V-förmig. Sie
kann aber auch U-förmig
oder kreissegmentförmig
sein. In dem Gehäuse
sind Andruckfedern angeordnet, die als Federring mit mehreren radial
nach innen weisenden Federlamellen ausgebildet sind. Für jeden
Einfuhrkanal, also jede Seite des Leitersteckverbinders, sind mindestens
ein, vorzugsweise aber zwei oder drei in Axialrichtung hintereinander
angeordnete Federringe dieser Art vorgesehen, wobei die Stromschiene
in die Federringe eingesetzt ist, die Federringe also die Stromschiene
außen
umgeben. Damit ist die von den Federlamellen ausgeübte Federkraft,
die den Leiter gegen die Stromschiene drückt, auch an der dem Leiter
abgewandten Außenseite
der Stromschiene abgefangen, so daß elastische Verformungen des
Verbinderkörpers
keinen Einfluß auf
die Kontaktkraft haben. Die elektrische Verbindung wird weitestgehend nur über die
Stromschiene hergestellt, die bei V-förmiger Stromschiene und bei
ideal kreisförmigem
Leiter zwei linienförmige,
in Längsrichtung
verlaufende Kontakte bildet. Aufgrund der mehreren nach innen weisenden
Federlamellen der Federringe ist auch stets für eine ausreichende Kontaktkraft
gesorgt, wobei die in Axialrichtung hintereinander angeordneten mehreren
Federringe die Kontaktkräfte
in Axialrichtung des Leiters mehrfach aufbringen und somit besser
verteilen.
-
Mit
der Erfindung können
verschiedene Leiterbauarten, wie z. B. "rund eindrähtig", "sektor
eindrähtig", "sektor mehrdrähtig", miteinander verbunden
werden sowie auch Leiter verschiedener Größen und verschiedener Querschnitte,
da sich die Federlamellen jeweils an den Leiter anpassen, so daß man bereits
mit einer Baugröße des Leitersteckverbinders nach
der Erfindung eine große
Vielzahl von Leitern abdeckt.
-
Vorzugsweise
sind die einzelnen Federlamellen in Einfuhrrichtung der Leiterenden
geneigt angeordnet, um einerseits das Einführen zu erleichtern und andererseits
ein Herausziehen zu erschweren oder möglichst ganz zu unterbinden.
Bei noch nicht eingeführtem
Leiter können
die Federlamellen aber auch in der von dem Federring gebildeten
Ebene liegen und somit noch nicht die genannte Neigung haben, die
dann erst durch das Einführen
des Leiters bewirkt wird.
-
Vorzugsweise
sind die radial inneren Enden der Federlamellen entgegen der Einfuhrrichtung
abgekröpft,
um die Klemmwirkung gegen ein Herausziehen zu verbessern.
-
Die
Stromschiene hat vorzugsweise eine geriefte oder gerillte Oberfläche. Die
Riefen oder Rillen verlaufen vorzugsweise quer zur Einführrichtung
des Leiters. Es können
aber auch sich kreuzende Riefen oder Rillen vorgesehen sein sowie
schräg
zur Einführrichtung
verlaufende Riefen oder Rillen. Hierdurch werden einerseits bei
der Herstellung der Steckverbindung Oxid-Schichten an der Außenseite des Leiters entfernt
und gleichzeitig durch die höhere Flächenpressung
ein geringerer elektrischer Übergangswiderstand
bewirkt.
-
Die
Stromschiene besteht vorzugsweise aus verzinntem Kupfer. Damit können auch
Leiter aus unterschiedlichen Materialien, wie z. B. Kupfer und Aluminium,
miteinander verbunden werden, ohne daß durch elektrochemische Vorgänge die
elektrische Verbindung negativ beeinflußt wird. Dabei ist es von Vorteil,
wenn nach einer Weiterbildung der Erfindung die beiden Einfuhrkanäle durch
eine Trennwand voneinander getrennt sind und nur die Stromschiene durch
die Trennwand hindurchragt, da dann keine elektrochemischen Vorgänge begünstigende
Feuchtigkeit oder sonstige Flüssigkeit
vom einen Leiterende zum anderen Leiterende gelangen kann.
-
Die
Federringe und ihre einstückig
ausgebildeten, radial nach innen weisenden Federarme sind vorzugsweise
aus einer Kupfer-Beryllium-Legierung, was einerseits eine hohe Stromtragfähigkeit
und andererseits eine hohe Federkraft sicherstellt.
-
Der
Leitersteckverbinder nach der Erfindung ist auch einfach in Spritzgußtechnik
herzustellen. Hierzu werden die Federringe und die darin eingesetzte
Strom schiene in Spritzgußtechnik
mit dem Gehäuse
aus Kunststoff umspritzt, wobei die Federringe dadurch formschlüssig in
Ringnuten der Innenwandung des Kunststoff-Gehäuses gehalten sind. Durch entsprechende
Kerne beim Spritzgießen
kann auch eine Trennwand vorgesehen werden, die die beiden axial
gegenüberliegenden
Einfuhrkanäle
voneinander trennt, wobei die Stromschiene selbstverständlich durch
diese Trennwand hindurchragt. Gerade für ältere Leiter, die teilweise
noch eine Isolierung aus Öl getränktem Papier
enthalten, ist die Trennwand von Vorteil um zu verhindern, daß sich Ölreste ausbreiten und
von der sog. Massekabelseite zur sog. Kunststoffkabelseite fließen.
-
Die
Herstellung des Leitersteckverbinders kann auf einer Spritzgußmaschine
erfolgen, wobei das Gehäuse
in einem Arbeitsgang gespritzt wird. Alternativ ist es aber auch
möglich,
das Gehäuse
aus zwei Halbschalen herzustellen, in welche die Federringe und
die Stromschiene eingesetzt werden und dann die beiden Halbschalen
miteinander verbunden werden, beispielsweise durch Kleben, Ultraschallschweißen, Laserschweißen, Steckverbindungen, Schnappverbindungen
oder sonstige bekannte Verbindungsarten für Kunststoffe.
-
Im
Gebrauch ist der Leitersteckverbinder äußerst einfach. Die zu verbindenden
Leiterenden müssen
lediglich abisoliert werden und, wenn gewünscht, wird zuvor ein Schrumpfschlauch
auf eines der Leiterenden aufgesetzt. Anschließend werden die beiden Leiterenden
in den Leitersteckverbinder nach der Erfindung von Hand eingeführt und
die elektrische Verbindung ist ohne Werkzeug hergestellt. Anschließend wird
der Schrumpfschlauch über
die Verbindungsstelle geschoben und durch Wärmeeinwirkung geschrumpft.
-
Im
folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles im Zusammenhang
mit der Zeichnung ausführlicher
erläutert.
Es zeigt:
-
1 einen
Längsschnitt
des Leitersteckverbinders nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
-
2 einen
Querschnitt längs
der Linie A-A der 1;
-
3 einen
Längsschnitt ähnlich 1,
jedoch genommen längs
der Linie B-B der 2;
-
4 eine
perspektivische Ansicht schräg von
oben des Leitersteckverbinders nach den 1 bis 3;
-
5 eine
Draufsicht eines bei dem Leitersteckverbinder der 1 bis 4 verwendeten
Federringes; und
-
6 eine
Seitenansicht des Federringes der 5.
-
Der
Leitersteckverbinder hat ein hülsenförmiges Gehäuse 1 aus
elektrisch isolierendem Material, insbesondere aus Kunststoff. Das
Gehäuse 1 ist hier
generell hohlzylinderförmig
und besitzt zwei axial einander gegenüberliegende Einfuhrkanäle 2 und 3, in
die jeweils ein abisoliertes Ende eines Leiters 4 einführbar ist.
In den 1 bis 4 ist jeweils nur ein Leiter 4 dargestellt.
Der Leiter 4 hat eine übliche Isolierung 4,
wobei das Ende des Leiters 4 etwa über die Länge, die in den jeweiligen
Einfuhrkanal 2 bzw. 3 eingeführt wird, abisoliert ist.
-
Die
beiden Einfuhrkanäle 2 und 3 können durchgehend
offen sein und damit ineinander übergehen.
Sie können
aber auch, wie in den 1 und 3 dargestellt
ist, durch eine Trennwand 5 voneinander getrennt sein,
wobei die Trennwand 5 vorzugsweise einstückig mit
dem Gehäuse 1 verbunden
ist. Sie wird in der Praxis in einem Spritzgießvorgang zusammen mit dem Gehäuse 1 gebildet.
-
In
das Gehäuse 1 ist
eine V-förmige
Stromschiene 6 eingesetzt, die zwei unter einem Winkel
zueinander stehende Schenkel 7 und 8 aufweist.
Der zwischen den beiden Schenkeln 7 und 8 gebildete Winkel
beträgt
im dargestellten Ausführungsbeispiel ca.
90°. Je
nach miteinander zu verbindenden Leitern sind aber auch andere Winkel
möglich,
beispielsweise auch ein Winkel von 120°. Wie schon eingangs erwähnt, kann
die Stromschiene auch U-förmig
oder kreisbogenförmig
sein, insbesondere zur Anpassung an verschiedene Formen von Leiterquerschnitten.
-
In
beide Einfuhrkanäle 2 und 3 sind
im dargestellten Ausführungsbeispiel
jeweils drei in Axialrichtung hintereinander angeordnete Federringe
eingesetzt, nämlich
im Einfuhrkanal 2 die Federringe 9, 10 und 11 und
im Einfuhrkanal 3 die Federringe 12, 13 und 14.
Die Fe derringe 9 bis 14 sind in Ringnuten 15 der
Innenwand des Gehäuses 1 gehalten
und können
damit weder verschoben noch verkantet werden.
-
Alle
Federringe sind identisch aufgebaut. Sie haben einen kreisringförmigen Grundkörper 16,
von welchem mehrere radial nach innen weisende Federlamellen 17 abstehen.
Die Federlamellen 17 überdecken
nur einen Teil des Kreisringes, im Ausführungsbeispiel der 2 und 5 etwa
zwei Drittel eines Vollkreises. Die Anzahl und Anordnung der Federlamellen 17 ist
so zu wählen,
daß die
V-förmige
Stromschiene 6 in die Federringe 9 bis 14 eingeführt werden
kann, wie am besten aus 2 zu erkennen ist. Die untere
Spitze der Stromschiene 6 ist dabei an der Innenseite des
Federringes 9 abgestützt,
während
im Ausführungsbeispiel
der 2 die freien Enden der Schenkel 7 und 8 jeweils
gerade an einer der Lamellen anliegen, so daß die Stromschiene 6 durch
den Federring 9 und die Lamellen 17 exakt positioniert
ist.
-
Es
ist allerdings auch möglich,
weniger Lamellen vorzusehen, so daß die freien Enden der Schenkel 7 und 8 nicht
an Federlamellen anliegen.
-
Bevorzugt
ist allerdings, daß mindestens
drei und besser noch mehr als drei Federlamellen 17 vorhanden
sind.
-
Wie
aus den 1 und 6 am besten
zu erkennen ist, sind die Federlamellen 17 gegenüber der
von dem Federring 9 gebildeten Ebene unter einem ersten
Winkel α abgebogen
und zwar jeweils in Einführungsrichtung 18 und 19 des
jeweiligen Leiters. Weiter sind die freien Enden 20 der
Lamellen unter einem zweiten Winkel β entgegen der Einführungsrichtung 18 bzw. 19 abgekröpft, was
am besten aus 6 zu erkennen ist. Bei noch
nicht eingeführtem
Leiter 4 kann der Winkel α auch „Null" sein, wobei erst beim Einführen eines
Leiters 4 die Federlamellen 17 aufgebogen werden
und sich dann der dargestellte Winkel α ergibt.
-
Aus 1 ist
noch zu erkennen, daß die Stromschiene 6 sich
durch das gesamte Gehäuse 1 hindurch
erstreckt und insbesondere natürlich
auch durch die Trennwand 5 hindurch. Wahlweise kann die Stromschiene 6 exakt
genauso lang sein wie das Gehäuse 1,
was in 1 gezeigt ist. Sie kann aber auch etwas kürzer sein
als das Gehäuse 1,
was in 3 dargestellt ist. Wahlweise können die Stromschiene 6 und/oder
das Gehäuse 1 am
jeweiligen Eingang der Einfuhrkanäle 2 und 3 auch
eine Fase 21 haben, was beispielhaft in 3 mit
der Fase 21 am Einfuhrkanal 2 dargestellt ist.
-
In
den in den 1 und 3 dargestellten Ausführungsbeispielen
mit Trennwand 5 ist die Stromschiene 6 bereits
durch die Trennwand 5 ausreichend gesichert. Wie aus den 2 und 4 ersichtlich
ist, kann das Gehäuse 1 so
ausgebildet sein, daß nicht
nur die Federringe 9 bis 14 in die Ringnuten 15 des
Gehäuses 1 eingreifen,
sondern zusätzlich auch
noch Endbereiche der Stromschiene 6 in das Material der
Innenwand des Gehäuses
eingreifen, wie am besten aus 4 zu sehen
ist. Dies bezieht sich sowohl auf die freien Enden der Schenkel 7 und 8 als
auch wahlweise die Spitze 22 an der Verbindungsstelle der
beiden Schenkel 7 und 8, die ebenfalls in das
Material des Gehäuses 1 hineinragen kann,
womit dann freilich im Gegensatz zur Darstellung der 2 der
ringförmige
Grundkörper 16 der Federringe
vollständig
im Material des Gehäuses 1 eingebettet
ist.
-
Zur
Herstellung einer Leiterverbindung müssen lediglich die abisolierten
Enden der zu verbindenden Leiter in den jeweiligen Einfuhrkanal 2 bzw. 3 eingeschoben
werden. Dadurch werden die Federlamellen 17 etwas aufgebogen
(Vergrößerung des
Winkels α)
und damit gespannt. Sie drücken
dann das abisolierte Ende des Leiters 4 gegen die V-förmige Stromschiene 6,
womit ein elektrischer Kontakt zwischen dem Leiter 4 und
der Stromschiene 6 hergestellt wird. Aufgrund des Federringes
wird die von den Federlamellen 17 aufgebrachte Kraft nicht
nur von der Stromschiene 6 aufgefangen, sondern auch über die Spitze 22 der
Stromschiene 6 wiederum auf den ringförmigen Grundkörper 16 des
Federringes übertragen,
so daß auch
bei einer gewissen Flexibilität
des Materiales des Verbinderkörpers 1 die
wirksame Federkraft unabhängig
von der Elastizität
des Gehäuses 1 ist.
-
Aufgrund
des in 6 dargestellten Winkels α der Federlamellen 17 ist
das Einführen
des Leiters in Einfuhrrichtung 18 bzw. 19 erleichtert,
während
ein Herausziehen stark behindert oder vollständig unterbunden ist, was durch
das zusätzliche
Abkröpfen
um den Winkel β des
freien Endes 20 der Federlamellen 17 noch verstärkt wird.
In Herausziehrichtung, also entgegen gesetzt der Einführrichtung 18 bzw. 19, werden
nämlich
die Federlamellen sich "verkanten" und auf Knickung
beansprucht, was einen weitaus höheren
mechanischen Widerstand verursacht als die Beanspruchung auf reine
Biegung und Zug in Einführrichtung.