DE202004005593U1

DE202004005593U1 - Elektrische Kupplungsvorrichtung

Info

Publication number: DE202004005593U1
Application number: DE202004005593U
Authority: DE
Original assignee: KONDRYN ROLF DIETER; KONDRYN ROLF-DIETER
Current assignee: KONDRYN ROLF DIETER; KONDRYN ROLF-DIETER
Priority date: 2004-04-08
Filing date: 2004-04-08
Publication date: 2005-08-18
Anticipated expiration: 2014-04-09

Abstract

Elektrische Kupplungsvorrichtung, insbesondere für hohe Ströme und hohe Dauerströme, mit mindestens einem Steckstift und mindestens einer Buchse, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Kupplungsteil, insbesondere die Buchse (2), ein nach innen sich erstreckendes Federelement (5) und das andere Kupplungsteil, insbesondere der Steckstift, eine korrespondierende Ausnehmung (12) aufweist, in die das Federelement (5) beim Kuppeln eingreift.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Kupplungsvorrichtung, insbesondere für hohe Ströme und hohe Dauerströme, mit mindestens einem Steckstift und mindestens einer Buchse.
Die erfindungsgemäße Kupplungsvorrichtung ist dazu vorgesehen und geeignet, mit hohen Strömen, typischerweise von mehreren hundert Ampere, dauerbelastet zu werden. Impulsströme und Stromstöße sind bis in den kA-Bereich möglich. Die Dauerbelastbarkeit steht in direkter Abhängigkeit von der zulässigen Temperaturdifferenz zum Anschlusskabel, der Umgebungstemperatur und der zulässigen maximalen Temperatur an der Oberfläche des Kontaktes auf Grund von Anwendungsvorgaben.
Hochstrom-Stecksysteme sind unter dem Markennamen RADSOK^® bekannt. Eine Buchse für eine solche Kupplungsvorrichtung wird beispielsweise in der US 2003/0068931 A1, veröffentlicht am 10. April 2003, beschrieben. Diese so genannten hyperbolischen Stecksysteme mit linear gestanzten, an der Innenseite der Buchse angeordneten Lamellen, die ihre hyperbolische Form durch ein genau definiertes Verdrehen während der Montage erhalten, ermöglichen beim Steckvorgang eine Kontaktüberdeckung von bis zu 65 % der Oberfläche. Der Querschnitt der an der Innenseite der Buchse angeordneten federnden Lamellen ist an den Enden der Buchse größer als in der Mitte, wo der eigentliche elektrische Kontakt zwischen der Buchse und dem Steckstift stattfindet.
Eine Sicherung der Kupplung gegen ein unbeabsichtigtes Lösen wird im Stand der Technik durch ein Verschrauben des aus der Buchse herausragenden, ein Gewinde tragenden äußeren Endes des Steckstiftes oder auf andere, ebenfalls zeitraubende Weise erreicht, z. B. durch Aufschrumpfen eines aufgesteckten Schrumpfschlauches. Nachteilig ist der hohe Zeitaufwand zum Herstellen und Lösen einer derart gesicherten Kupplung.
Die bekannten, oben genannten, aus Kupfer bestehenden RADSOK^®-Hochstromstecksysteme haben zwar eine Vielzahl von Vorteilen, sind aber bisher nur für eine kurzzeitige Belastung mit hohen Strömen geeignet. Bei einer längeren Belastung mit solch hohen Strömen steigt nämlich die Temperatur zu stark an.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Kupplungsvorrichtung der eingangs genannten Art zu entwickeln, die eine erheblich einfachere Verriegelung aufweist, mit welcher die Kupplung sicher, aber schnell hergestellt und auch wieder schnell gelöst werden kann. Außerdem soll sich die Kupplungsvorrichtung auch bei hohen Dauerströmen nur wenig erwärmen, so dass die Kupplung während einer sehr langen Zeitdauer mit den hohen Strömen belastet werden kann.
Diese Aufgabe wird bei der elektrischen Kupplungsvorrichtung der eingangs genannten Art durch eine besondere Verriegelung gelöst, wobei das eine Kupplungsteil, insbesondere die Buchse, ein nach innen sich erstreckendes Federelement und das andere Kupplungsteil, insbesondere der Steckstift, eine korrespondierende Ausnehmung aufweist, in die das Federelement beim Kuppeln eingreift. Diese einrastende Verriegelung ist schnell herstellbar und ebenso schnell wieder lösbar.
Vorzugsweise ist das Federelement als ein Federdraht ausgebildet, wobei der Federdraht in einer vorteilhaften Aus gestaltung der Erfindung teilweise in einer an der Innenseite der Buchse umlaufenden Nut einliegt und inbesondere dort durch Einklemmen gehalten ist.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass der Federdraht die Form eines an einer der kurzen Seiten offenen Rechtecks hat, wobei die gegenüberliegenden geraden langen Seiten sich innerhalb der Buchse nach innen erstrecken. An diesen geraden langen Seiten rastet der Steckstift ein. Die Krümmung der kurzen Seiten des Federdrahtes ist vorzugsweise an die Geometrie der innen umlaufenden Nut angepasst. Nähere Einzelheiten und Vorteile finden sich in dem weiter unten beschriebenen Ausführungsbeispiel.
Die korrespondierende Ausnehmung des Steckstiftes ist vorzugsweise als eine umlaufende Nut ausgebildet, in welche der Federdraht beim Verriegeln eingreift.
Erfindungsgemäß ist es außerdem günstig, wenn das Federelement der Buchse an ihrem äußeren Ende und die Ausnehmung des Steckstiftes an dessen Ende vorgesehen ist, wobei die Buchse vorzugsweise an ihrem äußeren Ende offen ist. Dadurch ist es möglich die Verriegelung durch einfachen Daumendruck auf das Ende des in der Buchse verriegelt gehaltenen Steckstiftes zu lösen.
Zum leichteren Einrasten des Steckstiftes ist es weiterhin vorteilhaft, wenn der äußere Rand des Steckstiftes abgerundet ist. Von Vorteil ist außerdem, wenn der Querschnitt des Steckstiftes zwischen der umlaufenden Nut und dem äußeren Ende kleiner als im Hauptteil ist, so dass ein besonders leichtes Einrasten und auch Lösen des Steckstiftes durch bloßen Daumendruck auf das Ende des Stiftes möglich ist, ohne dass Werkzeuge dazu notwendig sind.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der elektrischen Kupplungsvorrichtung wird mit besonderem Vorteil bei Hochstrom-Stecksystemen eingesetzt, die unter dem Markennamen RADSOK^® bekannt sind. Daher wird weiterhin vorgeschlagen, dass ein Federteil zum Erzeugen oder Verstärken des Kontaktdruckes an der Innenseite der Buchse, insbesondere ein Lamellenkäfig mit einer hyperbolischen Form, vorgesehen ist.
Hohe Dauerströme bis zu mehreren hundert Ampere, z. B. bis zu 250 A, können über die erfindungsgemäße elektrische Kupplungsvorrichtung fließen, ohne dass eine besonders starke Erwärmung auftritt, wenn in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die Kontaktflächen eine Silberbeschichtung aufweisen.
Alle eventuellen Zahlen- und Materialangaben in den Ansprüchen sind nur als beispielhafte und damit unwesentliche Merkmale der Erfindung zu verstehen. Sie können nicht zur Einschränkung des Schutzbegehrens herangezogen werden.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Buchsenteils,
2 eine Ansicht des Buchsenteils nach 1 in Richtung des Pfeils II in 1,
3 den Schnitt entlang der Linie III-III in 1,
4 eine Seitenansicht auf einen erfindungsgemäßen Steckstift nach einer ersten Ausführungsform,
5 eine Seitenansicht eines weiteren, nämlich beidseitigen Steckstiftes zum Verbinden von zwei Buchsen, ebenfalls gemäß der Erfindung,
6 einen teilweisen Längsschnitt eines aus dem Stand der Technik bekannten Hochstrombuchsenteils, bekannt unter dem Markennamen "RADSOK^®" und
7 eine Teilansicht der Buchse nach den 1 bis 3 mit eingeführtem und verriegeltem Steckstift.
In allen Zeichnungen haben gleiche Bezugszeichen die gleiche Bedeutung und werden daher gegebenenfalls nur einmal erläutert.
Das in den 1 bis 3 dargestellte Buchsenteil besteht aus Kupfer bzw. einer Kupferlegierung und ist an der äußeren und inneren Oberfläche versilbert. Eine an sich bekannte Bohrung 1 dient zur Aufnahme und zum Anschluss eines Hochstromkabels. Die Buchse 2 ist beidseitig offen. Innerhalb der Buchsenbohrung ist ein an sich bekannter Federkäfig 3 mit einer hyperbolischen Form und einer schrägen Lamellenanordnung entsprechend dem RADSOK^®-Hochstromstecksystem angebracht, z. B. eingepresst oder auf andere Weise. Ferner ist ein gasdichter Anschluss des Kabels mit entsprechenden Werkzeugen vorgesehen.
Ein Steckstift, zum Beispiel entsprechend den 4 und 5 wird in Richtung des Pfeils 4 in die Buchse eingesteckt. Zur Verriegelung dient ein Federdraht 5, der in einer umlaufenden Nut 6 am Ende der Buchse 2 einliegt und darin gehalten wird. Der Federdraht 5 ist in einer Ebene quer zur Längsachse der Buchse angeordnet und hat im Wesentlichen die Form eines fast geschlossenen Rechtecks, wobei die schmalen Seiten 7, 8a, 8b gekrümmt und an den Innenradius der Nut angepasst sind, so dass sich diese Teile an die Innenwand der Buchse anlegen. Die gekrümmten Enden des Federdrahts 5 sind mit den Bezugszeichen 8a und 8b bezeichnet. Die anderen Teilstücke des Federdrahtes, welche die geraden langen Seiten 9, 10 des Rechtecks bilden, ragen etwas in das Innere der Buchse 2 hinein (3) und dienen zur Verriegelung des einzusetzenden Steckstiftes.
Der Steckstift nach 4 ist zum Einschrauben in ein entsprechendes Gewinde vorgesehen und weist dazu an seinem einen Ende ein Schraubgewinde 11 auf . Am anderen Ende ist eine Nut 12 eingeformt, in welche der Federdraht 5 mit seinen geraden Stücken 9, 10 beim Verriegeln der elektrischen Kupplungsvorrichtung eingreift. Der Steckstift in 4 sowie auch der Steckstift nach 5 sind bis auf das Schraubgewinde 11 und den darin anschließenden Sechskant 13 rotationssymmetrisch.
Zwischen der umlaufenden Nut 12 und dem äußeren Ende des Steckstiftes ist der Querschnitt geringfügig kleiner als im Hauptteil 14 des Steckstiftes. Der dünnere Endbereich 15 kann bei einem Durchmesser des Hauptteils 14 von 10,3 mm beispielsweise einen Durchmesser von 9,6 mm haben.
Zum leichteren Einrasten des Steckstiftes in den verriegelnden Federdraht 5 ist der äußere Rand 16 des Steckstiftes abgerundet.
Die Buchse ist vorzugsweise nicht nur an der Einstecköffnung, sondern auch am gegenüberliegenden Ende offen. Die Lage des Federdrahtes 5 und der umlaufenden Nut 12 sind derart gestaltet, dass das äußere Ende 17 des Steckstiftes bei eingestecktem Steckstift aus der Buchse 2 etwas herausragt, wie es in 7 dargestellt ist. Zum Lösen der Verriegelung braucht der Anwender dann nur mit dem Daumen auf das äußere Ende 17 zu drücken. Dann löst sich problemlos die Verriegelung und der Steckstift kann aus der Buchse 2 herausgezogen werden.
5 zeigt einen doppelseitigen Steckstift, der zum Verbinden von zwei Buchsen geeignet ist. Ansonsten ist dieser Steckstift in gleicher Weise wie der Steckstift nach 4 aufgebaut, so dass auf die dazu gegebene Beschreibung verwiesen wird. Zwischen beiden Steckstiftteilen befindet sich ein ringförmiger Kragen 18.
In 6 ist das in die Buchse eingesetzte, an sich bekannte Federteil entsprechend dem bekannten RADSOK^®-Hochstromstecksystem dargestellt. Ein axial verdrehter Lamellenkäfig 3, der auch Federkäfig genannt werden kann, mit einer hyperbolischen Form ist innerhalb einer zylindrischen Hülse 20 angeordnet und darin mit Laschen 19 befestigt. Zu weiteren Einzelheiten wird auf die US 2003/0068931 A1 verwiesen, auf deren Inhalt zum Zwecke der Offenbarung und Ergänzung der vorliegenden Anmeldung ausdrücklich Bezug genommen wird.
Im Folgenden werden Versuche mit der erfindungsgemäßen elektrischen Kupplungsvorrichtung beschrieben, wobei sowohl das Buchsenteil als auch der Steckstift eine versilberte Oberfläche haben. Die Versuche wurden mit drei Steckverbindungen X1, X2, X3 in Reihe durchgeführt. Die Daten zu Beginn des Versuches, nach 52 Minuten und nach 2 Stunden und 30 Minuten sind in der nachfolgenden Tabelle 1 aufgeführt. Es zeigte sich, dass selbst nach mehr als 2 Stunden die Temperatur der erfindungsgemäßen elektrischen Kupplungsvorrichtung um nur etwa 15 bis 17 °C höher als die Kabeltemperatur war. Bei den gemessenen Spannungsabfällen ΔU1, ΔU2, ΔU3 über den einzelnen Steckverbindungen zeigte es sich, dass diese Werte sich beim Drehen der Steckverbindungen nicht änderten.
Damit zeigt es sich, dass die erfindungsgemäße elektrische Kupplungsvorrichtung auch für Hochstromdauerströme einsetzbar ist. Bisher war nur bekannt, diese Steckverbindungen für kurzzeitige Hochströme, z. B. als Anschlussklemmen von Kraftfahrzeug-Batterien einzusetzen.
Zur Befestigung des Federdrahtes 5 im Inneren der Buchse ist es auch möglich, eine ringförmige Hülse auf das untere offene Ende der Buchse anzubringen, wobei das Ende der ringförmigen Hülse nach innen eingebogen ist und zwischen dem eingebogenen Rand und dem äußeren Ende der Buchse ein Abstand besteht. Der Federdraht kann in der dadurch gebildeten Nut, also zwischen dem äußeren Rand der Buchse und dem eingebogenen Rand der Hülse, einliegen und dort eingeklemmt und damit sicher befestigt sein.

1: Bohrung
2: Buchse
3: Federkäfig, Lamellenkäfig
4: Pfeil
5: Federdraht
6: Nut
7: schmale Seite
8a, 8b: Enden des Federdrahts
9: lange Seite
10: lange Seite
11: Schraubgewinde
12: Nut, umlaufend
13: Sechskant
14: Hauptteil
15: Endbereich
16: äußerer Rand
17: äußeres Ende
18: Kragen
19: Lasche
20: Hülse

Claims

Elektrische Kupplungsvorrichtung, insbesondere für hohe Ströme und hohe Dauerströme, mit mindestens einem Steckstift und mindestens einer Buchse, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Kupplungsteil, insbesondere die Buchse (2), ein nach innen sich erstreckendes Federelement (5) und das andere Kupplungsteil, insbesondere der Steckstift, eine korrespondierende Ausnehmung (12) aufweist, in die das Federelement (5) beim Kuppeln eingreift.
Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (5) als ein Federdraht ausgebildet ist.
Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Federdraht (5) teilweise in einer an der Innenseite der Buchse (2) umlaufenden Nut (6) einliegt und insbesondere dort durch Einklemmen gehalten ist.
Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Federdraht (5) die Form eines an einer der kurzen Seiten (8a, 8b) offenen Rechtecks hat, wobei die gegenüberliegenden geraden langen Seiten (9, 10) sich innerhalb der Buchse (2) nach innen erstrecken.
Kupplungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die korrespondierende Ausnehmung des Steckstiftes als eine umlaufende Nut (12) ausgebildet ist.
Kupplungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (5) der Buchse (2) an ihrem äußeren Ende und die Ausnehmung (12) des Steckstiftes an dessen Ende vorgesehen ist.
Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (2) an ihrem äußeren Ende offen ist und dass man nach der ordnungsgemäßen Verriegelung das Ende (17) des eingesetzten Steckstiftes aus der Buchse mit definiertem Überstand herausragen lässt.
Kupplungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Rand (16) des Steckstiftes abgerundet ist.
Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Steckstiftes zwischen der umlaufenden Nut (12) und dem äußeren Ende (17) kleiner als im Hauptteil (14) ist.
Kupplungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Federteil (3) zum Erzeugen oder Verstärken des Kontaktdruckes an der Innenseite der Buchse (2), insbesondere ein Lamellenkäfig mit einer hyperbolischen Form, vorgesehen ist.
Kupplungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Silberbeschichtung der Kontaktflächen.