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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anschlussleitung für hohe Ströme und/oder Spannungen, eine Prüfvorrichtung mit einer solchen Anschlussleitung und ein Verfahren zum Herstellen eines Ausgleichsbereichs zum Ausgleichen von Winkeltoleranzen, Lagetoleranzen, sowie Relativbewegungen zwischen zwei Teilbereichen einer solchen Anschlussleitung.
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Stand der Technik
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Eine Anschlussleitung für hohe Ströme und/oder Spannungen weist einen großen Leitungsquerschnitt auf, um die hohen elektrischen Ströme übertragen zu können. Weiterhin weist die Anschlussleitung eine Hülle auf, die dick genug ist, um die hohe Spannung sicher zu isolieren. Aufgrund des großen Leitungsquerschnitts und der Dicke der Isolation ist die Anschlussleitung sehr steif. Auch eine Anschlussleitung mit einem elektrischen Leiter in Litzenform weist einen hohen Biegewiderstand auf.
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Zum Ausgleichen von Winkeltoleranzen, Lagetoleranzen und Relativbewegungen zwischen zwei Teilbereichen der Anschlussleitung kann die Anschlussleitung in Schlingen, Schlaufen oder Buchten verlegt werden, um eine erforderliche Biegung der Anschlussleitung auf eine große Länge zu verteilen.
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Beschreibung der Erfindung
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, unter Einsatz konstruktiv möglichst einfacher Mittel eine Anschlussleitung für hohe Ströme und/oder Spannungen, eine Prüfvorrichtung mit einer solchen Anschlussleitung und ein Verfahren zum Herstellen eines Ausgleichsbereichs zum Ausgleichen von Winkeltoleranzen, Lagetoleranzen und Relativbewegungen zwischen zwei Teilbereichen einer solchen Anschlussleitung bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den begleitenden Figuren angegeben. Insbesondere können die unabhängigen Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den abhängigen Ansprüchen einer anderen Anspruchskategorie weitergebildet sein.
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Es wird eine Anschlussleitung für hohe Ströme und/oder Spannungen vorgestellt, wobei die Anschlussleitung ein von einem elektrisch isolierenden Kabelmantel und gegebenenfalls elektromagnetischen Abschirmmitteln umschlossenes elektrisch leitendes Strangpaket und zumindest einen Ausgleichsbereich zum Ausgleichen von Winkeltoleranzen, Lagetoleranzen und Relativbewegungen zwischen zwei Teilbereichen der Anschlussleitung aufweist, wobei der Kabelmantel und die Abschirmung in dem Ausgleichsbereich unterbrochen sind und das Strangpaket zu zumindest drei bogenförmigen Strängen spindelförmig aufgeweitet ist.
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Weiterhin wird eine Prüfvorrichtung zum Prüfen von Hochvoltkomponenten unter Verwendung von hohen Strömen und Spannungen vorgestellt, wobei die Prüfvorrichtung ein an einer Lagereinrichtung beweglich gelagertes elektrisches Kontaktelement zum Kontaktieren der Hochvoltkomponenten und eine Prüfelektronik zum Bereitstellen der hohen Ströme und/oder Spannungen aufweist, wobei zumindest eine Anschlussleitung für hohe Ströme und/oder Spannungen mit einem Ausgleichsbereich gemäß dem hier vorgestellten Ansatz das Kontaktelement elektrisch leitend mit der Prüfelektronik verbindet und dazu ausgebildet ist, Winkeltoleranzen, Lagetoleranzen und Relativbewegungen zwischen dem Kontaktelement und der Lagereinrichtung auszugleichen.
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Ferner wird ein Verfahren zum Herstellen eines Ausgleichsbereichs zum Ausgleichen von Winkeltoleranzen, Lagetoleranzen und Relativbewegungen zwischen zwei Teilbereichen einer Anschlussleitung für hohe Ströme und/oder Spannungen vorgestellt, wobei ein elektrisch isolierender Kabelmantel der Anschlussleitung zwischen den Teilbereichen unterbrochen wird, und ein elektrisch leitendes Strangpaket zu zumindest drei bogenförmigen Strängen spindelförmig aufgeweitet wird
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Eine Anschlussleitung für hohe Ströme und/oder Spannungen ist dazu ausgebildet, eine elektrische Spannung zwischen 300 V und 5000 V sicher zu übertragen. Eine Isolierung der Anschlussleitung weist eine an die hohen Spannungen angepasste elektrische Durchschlagsfestigkeit auf. Die Anschlussleitung weist einen Leitungsquerschnitt auf, der dazu dimensioniert ist, eine elektrische Antriebsleistung, eine elektrische Ladeleistung und einen elektrischen Anteil an einer Bremsleistung eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs auf der hohen Spannung zu übertragen.
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Ein elektrischer Leiter der Anschlussleitung kann als Strangpaket aus zumindest drei Strängen ausgebildet sein. Die Stränge sind nicht gegeneinander isoliert. Die Isolierung kann durch einen gemeinsamen Kabelmantel aller Stränge des Strangpakets bereitgestellt werden. Der Kabelmantel kann mehrschichtig sein. Innerhalb des Kabelmantels können die Stränge ohne wesentliche Zwischenräume unmittelbar aneinander anliegen. Das Strangpaket kann durch einen Schirm gegen elektromagnetische Ein- und Abstrahlungen geschirmt sein.
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Ein Ausgleichsbereich kann einen wesentlich geringeren Biege-, Scher- und Stauchwiderstand aufweisen, als benachbarte Bereiche der Anschlussleitung mit dem isolierenden Kabelmantel. In dem Ausgleichsbereich kann der Kabelmantel entfernt sein. Der Kabelmantel kann auch mit einer dem Ausgleichsbereich entsprechenden Unterbrechung gefertigt werden. Die Unterbrechung kann beispielsweise hergestellt werden, indem eine Extrusion des Kabelmantels kurzzeitig ausgesetzt wird, während das Strangpaket weiter aus dem Extruder gezogen wird. Die Unterbrechung kann auch durch ein beispielsweise mechanisches, chemisches oder thermisches Entfernen des Kabelmantels hergestellt werden. Die Stränge des Strangpakets können über den Ausgleichsbereich durchgehend sein. Im Ausgleichsbereich können die Stränge in unterschiedliche Raumrichtungen bogenförmig von einer Mittelachse der Anschlussleitung weg gebogen sein. Die Stränge können im Ausgleichsbereich zusammen eine Zwiebelform beziehungsweise Spindelform aufweisen. Im Ausgleichsbereich können die Stränge voneinander beabstandet sein.
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Zwischen den Strängen können im Ausgleichsbereich Zwischenräume bestehen. Die Stränge können an den Rändern des Ausgleichsbereichs zu dem geschlossenen Strangpaket zusammenlaufen. Auch ein eventuell vorhandener Schirm der Anschlussleitung kann im Ausgleichsbereich unterbrochen sein.
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In einer Prüfvorrichtung kann die Anschlussleitung zwischen einer Prüfelektronik der Prüfvorrichtung und einem Kontaktelement beziehungsweise einem Prüfkopf der Prüfvorrichtung verwendet werden. Das Kontaktelement kann beispielsweise beweglich gelagerte Federkontaktstifte und/oder Gegenstecker aufweisen. Der Ausgleichsbereich ermöglicht dann innerhalb eines Bewegungsspielraums des Ausgleichsbereichs Drehbewegungen und lineare Bewegungen des Kontaktelements gegenüber der Lagereinrichtung. Der Bewegungsspielraum ist abhängig von einer Länge des Ausgleichsbereichs. Die Beweglichkeit des Kontaktelementes kann dabei beispielsweise durch eine federnde Aufhängung, mit oder ohne Selbstzentrierung, oder eine schwimmende Lagerung mit jeweils einem oder mehreren Freiheitsgraden in einem definierten Bereich ermöglicht werden.
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Das Strangpaket kann im Ausgleichsbereich entgegen einer Schlagrichtung des Strangpakets entdrillt sein. Innerhalb des Kabelmantels können die Stränge zu dem Strangpaket in einer Schlagrichtung verdrillt sein. Die an den Ausgleichsbereich angrenzenden Teilbereiche der Anschlussleitung können gegeneinander verdreht werden, um das Entstehen der Spindelform zu unterstützen. Durch das Entdrillen kann die Bogenform der Stränge entstehen.
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Das Strangpaket kann im Ausgleichsbereich axial gestaucht sein. Die bogenförmigen Stränge können eine größere Länge aufweisen als der Ausgleichsbereich. Zum Herstellen des Ausgleichsbereichs können die Ränder des Ausgleichsbereichs aufeinander zu bewegt werden. In einem Innenraum zwischen den Strängen kann ein Hohlraum entstehen.
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Der Ausgleichsbereich kann eine Länge aufweisen, die deutlich kürzer ist, als eine Länge der Anschlussleitung. Beispielsweise kann der Ausgleichsbereich eine Länge aufweisen, die kleiner als ein 10faches, kleiner als ein 5faches oder sogar kleiner als ein 2faches eines Durchmessers der Anschlussleitung ist. Ferner kann der Ausgleichsbereich einen aufgeweiteten maximalen Durchmesser aufweisen, der deutlich größer, insbesondere um wenigstens 50% oder wenigstens 100% größer, ist als der Durchmesser der Anschlussleitung in Bereichen neben dem Ausgleichsbereich.
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Das Strangpaket kann um einen Stauchfaktor zwischen 1/6 und ½ gestaucht sein. Der Stauchfaktor kann einen Zusammenhang zwischen einer ungestauchten Länge des Ausgleichsbereichs und einer gestauchten Länge des Ausgleichsbereichs repräsentieren.
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Die Stränge können im Ausgleichsbereich einzeln isoliert sein. Beispielsweise kann eine flüssige Isolierschicht auf die Stränge aufgebracht werden und auf den Strängen vernetzen. Die Stränge können beispielsweise durch Tauchen oder Besprühen mit der Isolierschicht beschichtet werden. Die Isolierschicht im Bereich des Ausgleichsbereichs kann verglichen mit der Isolierung außerhalb das Ausgleichsbereichs eine gleiche oder eine andere, insbesondere eine geringere, Schichtdicke aufweisen und/oder aus einem gleichen oder einem anderen Material ausgebildet sein.
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Die Stränge können als Litzen mit einer Vielzahl von Drähten ausgeführt sein. Die Litzen können verdrillt sein. Die Litzen können in die Schlagrichtung beziehungsweise im Gleichschlag oder gegen die Schlagrichtung beziehungsweise im Gegenschlag verdrillt sein. Der Ausgleichsbereich kann besonders wirksam sein, wenn die Litzen entgegen der Schlagrichtung verdrillt sind, da durch die spindelförmige Aufweitung des Strangpakets eine mechanische Verzahnung der Stränge untereinander aufgehoben wird.
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Der Ausgleichsbereich kann durch eine elektrisch isolierende, elastische Hülle umschlossen sein. Die Hülle kann einen größeren Innendurchmesser aufweisen, als ein Außendurchmesser des Ausgleichsbereichs. Die Hülle kann die Ausgleichsbewegungen durch elastische Verformungen mitmachen. In dieser Hülle kann eine elastische elektromagnetische Abschirmung enthalten sein. Diese kann beispielsweise aus gewickelter Folie oder Drahtgeflecht aufgebaut sein.
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Die elastische Hülle kann als Faltenbalg ausgeführt sein. Ein Faltenbalg kann einen besonders geringen Biegewiderstand aufweisen und die Ausgleichsbewegungen wenig oder gar nicht behindern.
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Das Strangpaket kann zwischen 3 und 30 Stränge aufweisen. Der hier vorgestellte Ansatz funktioniert bei allen Anschlussleitungen mit drei oder mehr Strängen, da sich ab drei Strängen keine bevorzugte Biegerichtung des Ausgleichsbereichs ausbildet.
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Das Strangpaket kann einen Leitungsquerschnitt kleiner als 100 cm2 aufweisen. Oberhalb von 100 cm2 kann ein Biegewiderstand des Ausgleichsbereichs zu groß sein.
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Die Stränge können je einen Strangquerschnitt zwischen 1 mm2 und 50 mm2 aufweisen. In diesem Bereich weist der einzelne Strang einen vorteilhaften Biegewiderstand auf und kann mit geringem Aufwand bogenförmig verformt werden.
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Figurenliste
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Nachfolgend wird ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren erläutert. Es zeigen:
- 1 zeigt eine Darstellung einer Anschlussleitung mit einem Ausgleichsbereich gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 2 zeigt eine Darstellung einer dicken Anschlussleitung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 3 zeigt eine Darstellung einer winkelversetzten Anschlussleitung gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
- 4 zeigt eine Darstellung einer seitlich versetzten Anschlussleitung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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Die Figuren sind lediglich schematische Darstellungen und dienen nur der Erläuterung der Erfindung. Gleiche oder gleichwirkende Elemente sind durchgängig mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Zum leichteren Verständnis werden in der folgenden Beschreibung die Bezugszeichen zu den 1-4 als Referenz beibehalten.
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1 zeigt eine Darstellung einer Anschlussleitung 100 mit einem Ausgleichsbereich 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Anschlussleitung 100 ist dazu ausgebildet, hohe Ströme und/oder Spannungen zu übertragen. Die Anschlussleitung 100 kann auch als Hochvoltkabel bezeichnet werden. Im Ausgleichsbereich 102 fehlt ein Kabelmantel 104 der Anschlussleitung 100. In an den Ausgleichsbereich 102 angrenzenden Teilbereichen 106, 108 der Anschlussleitung 100 ist ein elektrischer Leiter der Anschlussleitung 100 durch den Kabelmantel 104 umschlossen und elektrisch isoliert. Der elektrische Leiter ist als ein Strangpaket 110 aus acht gleichartigen elektrisch leitenden Strängen 112 ausgebildet. In dem Ausgleichsbereich 102 sind die Stränge 112 bogenförmig seitlich gebogen und beabstandet zu benachbarten Strängen 112, wodurch das Strangpaket 110 insgesamt eine Spindelform aufweist. Die Stränge 112 des Strangpakets 110 umschließen dabei im Ausgleichsbereich 102 einen innenliegenden Hohlraum.
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Dadurch, dass die Stränge 112 im Ausgleichsbereich 102 nicht aneinander anliegen und seitlich gebogen sind, weist die Anschlussleitung 100 im Ausgleichsbereich 102 einen gegenüber den isolierten Teilbereichen 106, 108 einen wesentlich reduzierten Biegewiderstand, Druckwiderstand und Zugwiderstand auf. Die Anschlussleitung 100 kann also im Ausgleichsbereich 102 mit geringem Kraftaufwand innerhalb eines Toleranzbereichs gebogen und verkürzt oder verlängert werden.
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In einem Ausführungsbeispiel sind die Stränge 112 im Ausgleichsbereich 102 einzeln durch eine Isolierschicht 114 elektrisch isoliert.
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2 zeigt eine Darstellung einer dicken Anschlussleitung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Anschlussleitung 100 entspricht dabei im Wesentlichen der Anschlussleitung in 1. Die hier dargestellte Anschlussleitung 100 weist im Gegensatz dazu einen Wesentlich größeren Leitungsquerschnitt auf. Dazu weist das Strangpaket 110 wesentlich mehr einzelne Stränge 112 auf. Die Stränge sind auch dicker, als die Stränge in 1. Hier weist das Strangpaket 110 18 Stränge 112 auf.
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3 zeigt eine Darstellung einer winkelversetzten Anschlussleitung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Anschlussleitung 100 entspricht dabei im Wesentlichen den in den 1 und 2 dargestellten Anschlussleitungen. Das Strangpaket 110 weist hier 12 Stränge 112 auf. Zusätzlich sind die Stränge 112 als Litzen ausgeführt. Die Litzen bestehen aus vielen einzelnen dünnen Drähten und sind biegsamer, als ein einzelner Draht mit gleichem Leitungsquerschnitt.
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Die Teilbereiche 106, 108 weisen einen Winkelversatz und einen Seitenversatz zueinander auf. Der Ausgleichsbereich 102 ist dadurch asymmetrisch verformt, kann aber den Winkelversatz und Seitenversatz ohne Probleme ausgleichen. Der Ausgleichsbereich kann um beispielsweise bis zu 30° gebogen werden.
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4 zeigt eine Darstellung einer seitlich versetzten Anschlussleitung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Anschlussleitung 100 entspricht im Wesentlichen der Anschlussleitung in 3. Die Teilbereiche 106, 108 sind hier ohne Winkelversatz seitlich zueinander versetzt. Der Ausgleichsbereich 102 kann einen Seitenversatz von bis zu drei Mal dem Durchmesser der Hochvoltleitung 100 ohne Probleme ausgleichen.
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Mit anderen Worten wird ein Ausgleichselement für elektrische Verbindungen vorgestellt.
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Der hier vorgestellte Ansatz dient dazu, mechanische Verspannungen in elektrischen Steckverbindungen, die aufgrund der Steifigkeit der Leiter auftreten, zu vermeiden. Insbesondere in Prüfadaptern für hohe Ströme werden stark toleranzbehaftete Anschlagteile kontaktiert. Dazu werden die Kontaktelemente im Prüfadaptergehäuse elastisch oder schwimmend gelagert. Aufgrund der teilweise richtungsabhängigen Steifigkeit der Anschlussleitungen für hohe Ströme kann die Beweglichkeit des Kontaktelementes eingeschränkt sein und es zu Verspannungen kommen, die den Kontakt zum Anschlagteil verschlechtern können. Der hier vorgestellte Ansatz ermöglicht eine freiere Bewegung der Kontaktelemente. Diese freiere Bewegung der beiden Enden des Ausgleichselementes zueinander kann außerdem Verspannungen aufgrund thermischer Ausdehnung insbesondere bei hohen Strömen verhindern, indem sie die Verschiebung elastisch aufnehmen.
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Zum Herstellen des Ausgleichsbereichs 102 kann ein Kabel mit dem für die vorliegende Stromstärke erforderlichen Querschnitt vorsichtig abisoliert und mittels teilweisem Entdrillen des Schlages und Stauchen zwiebelförmig aufgebaucht werden. Dadurch berühren sich die einzelnen Litzen im Bereich des Bauchs nicht mehr und die Leitung wird in diesem Bereich wesentlich weicher gegen radiale und axiale Verschiebungen, sowie auch gegen Biegung und Torsion. Aufgrund des (radial-)symmetrischen Aufbaus wird auch die Richtungsabhängigkeit der Rückstellkräfte minimiert.
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(Hoch-)Flexible Leitungen, welche bei den für hohe Ströme benötigten Querschnitten und begrenztem Bauraum an natürliche Grenzen stoßen, können alternativ auch in Schleifen oder mit Durchhang verlegt werden. In einem Prüfadapter ist dies aus Platzgründen aber nicht möglich. In Hochstromprüfadaptern können auch locker geflochtene Flachbandleitungen zum Einsatz kommen, die aber steifer sind, als für eine problemlose Beweglichkeit der Kontaktelemente erforderlich wäre. Zudem ist ihre Steifigkeit stark richtungsabhängig.
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Bei Stromschienen können aus dünnen Kupferblechen zusammengefügte Stromschienen lokal nicht verschweißt werden, um durch die Auflösung des Verbundes definierte, hochelastische Bereiche zu schaffen. Dabei können bestenfalls ebene Freiheitsgrade erreicht werden. In „Breitenrichtung“ ist ein Blech immer biegesteif.
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Eine dicke (und damit steife) Leitung kann auch durch mehrere dünnere Leitungen mit Abstand zueinander ersetzt werden. Dies ist aber durch die vielen erforderlichen Verbindungsstellen sehr aufwendig im Aufbau.
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Der hier vorgestellte Ansatz verbessert die Möglichkeit Produkte aus dem Hochstrombereich (z.B. BJBs) prozesssicher zu kontaktieren, und kann somit helfen zeitaufwendige Werkereingriffe und Wiederholungstests zu vermeiden.
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Der gestauchte Ausgleichsbereich 102 kann mit einer entsprechenden Schirmung und Isolation ausgerüstet werden.
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Durch den hier vorgestellten Ansatz kann die prozesssichere Kontaktierung von Prüflingen mit groben Toleranzen bei der Kontaktteillage erreicht werden. Dies ist auch bei geringem Bauraum möglich.
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Der hier vorgestellte Ansatz ermöglicht die Beweglichkeit von beweglich gelagerten elektrischen Kontaktteilen auch bei großen Leiterquerschnitten in einem großen Bereich und mit geringen Rückstellkräften. Die Rückstellkräfte verhalten sich dabei radialsymmetrisch, was eine gleichmäßige Beweglichkeit in alle Richtungen ermöglicht. Dies erleichtert insbesondere für Prüfkontakte eine prozesssichere Kontaktierung von Prüflingen mit unterschiedlichen Lage- und Winkelabweichungen der Kontaktteile.
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Diese weiträumige und gleichmäßige Beweglichkeit ist nicht nur im Bereich der Prüftechnik vorteilhaft sondern kann überall genutzt werden, wo Relativbewegungen zwischen elektrisch verbunden Teilen ermöglicht werden sollen.
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Durch das Aufbauchen der Leiterstränge wird als nützlicher Nebeneffekt die äußere Oberfläche der Leitung vergrößert. Sofern keine weiträumige Isolation (z.B. in Form eines Faltenbalges) vorgesehen wird, kann dadurch eine deutlich verbesserte Wärmeabfuhr erreicht werden. Da die Kabelisolation ohnehin geöffnet wird, ist auch der Zugang für Messfühler aller Art (z.B. Spannung, Temperatur) erleichtert. Auch eine Vierpolmessung und/oder Kelvinmessung ist an dieser Stelle möglich.
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Durch das Aufbauchen ergibt sich eine lokal verringerte Steifigkeit, durch die der Biegeradius des Kabels stark reduziert werden kann.
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Bei der Herstellung eines Ausgleichsbereichs 102 können von einem Kabel mit dem benötigten Querschnitt auf einigen cm Länge vorsichtig (z.B. mit einem Messer) Isolierung(en) und sofern vorhanden auch die Schirmung entfernt werden, ohne Adern zu beschädigen. Dann wird der freigelegte Teil des Kabels soweit gestaucht und gegen die Schlagrichtung verdreht, dass sich die einzelnen Litzen/Kardeele voneinander abheben. Das Kabel wird so lange weiter gestaucht, bis sich eine plastische Verformung der Leiter zur gewünschten Zwiebelform einstellt. Zum Ausbilden der Zwiebelform können ggf. einzelne Litzen etwas gerichtet werden, um eine gleichmäßige Verteilung der Leiter zu erreichen.
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Da es sich bei der vorhergehend detailliert beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren um Ausführungsbeispiele handelt, können sie in üblicher Weise vom Fachmann in einem weiten Umfang modifiziert werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind die mechanischen Anordnungen und die Größenverhältnisse der einzelnen Elemente zueinander lediglich beispielhaft gewählt.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Anschlussleitung
- 102
- Ausgleichsbereich
- 104
- Kabelmantel
- 106
- Teilbereich
- 108
- Teilbereich
- 110
- Strang paket
- 112
- Strang
- 114
- Isolierschicht
