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Die Erfindung betrifft einen Hochstromkontakt zur Kopplung eines stift- oder buchsenförmigen Kontaktelementes und zum Herstellen einer elektrischen Verbindung mit dem Kontaktelemet mit einen Kolben, der an einem Ende einen Freiraum und ein den Freiraum umfänglich umgebendes, radial bewegliches Klemmelement zur klemmenden, elektrisch kontaktierenden Verbindung mit dem Kontaktelement aufweist, sowie mit einer rohrförmigen Kolbenführung, die den Kolben umfänglich umgibt und eine Relativbewegung zwischen dem Kolben und der Kolbenführung entlang einer Kolbenlängsachse ermöglicht und dabei das Klemmelement in seiner radialen Ausrichtung verändert.
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Ein solcher als Hochstromkontaktbuchse ausgebildeter Hochstromkontakt ist bekannt und zur Übertragung hoher Ströme (größer 100 A) geeignet. Dabei weist die bekannte Hochstromkontaktbuchse ein radial bewegliches Klemmelement zur klemmenden und elektrisch kontaktierenden Aufnahme eines Kontaktstiftes auf. Dieses Klemmelement kann als Spannzange oder Klemmkäfig ausgebildet sein, wobei der Klemmkäfig in der Regel aus mehreren, sich in Kolbenlängsrichtung erstreckenden, federnden Elementen gebildet ist. Dazu kann das Klemmelement als geschlitzter Klemmkäfig ausgebildet sein.
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Die Innenwand der Kolbenführung weist angrenzend an ihre Einstecköffnung für den Kontaktstift eine sich von außen nach innen stetig verringernde Umfangsfläche auf, die als eine Art Steuerkurve dient, so dass beim Eindrücken des Klemmelementes in die Kolbenführung von einer Kontaktstifteinführposition in eine Kontaktstiftklemmposition das Klemmelement entlang der Steuerkurve so radial nach innen bewegt wird, dass die Federarme des Klemmelementes radial nach innen bewegt werden und den Kontaktstift einklemmen und elektrisch kontaktieren. Am dem Freiraum gegenüberliegenden Ende der Hochstromkontaktbuchse ist der Kolben zur Stromübertragung vom Kontaktstift über einen Kabelschuh od. dgl. mit einer Stromleitung verbindbar.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen solchen Hochstromkontakt weiter zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Kolben einen durchgehenden Hohlraum aufweist, der sich in den Freiraum erweitert, wobei innerhalb des Hohlraumes des Kolbens entlang der Kolbenlängsachse wenigstens eine Prüfleitung zum Messen von physikalischen Eigenschaften des zu koppelnden Kontaktelemetes und/oder des Hochstromkontaktes angeordnet ist.
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Mit einem solchen Hochstromkontakt ist es möglich, innerhalb des durchgehenden Hohlraumes im Kolben wenigstens eine Prüfleitung anzuordnen, die endseitig mit einem Sensor zum Messen von physikalischen Eigenschaften des zu kopplenden Kontaktelementes und/oder des Hochstromkontaktes verbunden ist. Diese wenigstens eine Prüfleitung wird dabei durch die Relativbewegung zwischen dem Kolben und der Kolbenführung nicht beeinträchtigt, da sie innerhalb des Kolbens angeordnet ist. Die jeweilige Prüfleitung kann auf einfache Weise durch eine Querbohrung od. dgl. aus dem Kolben herausgeführt werden. Der Hohlraum kann problemlos eine Mehrzahl von Prüfleitungen oder wenigstens eine Prüfleitung mit einem relativ großen Leitungsquerschnitt aufnehmen. Der Kolben mit dem Hohlraum lässt sich dabei einfach fertigen und die wenigstens eine Prüfleitung kann einfach innerhalb des Hohlraumes verlegt werden. Dabei ist der Hochstromkontakt sowohl zur Kopplung mit einem Kontaktstift als auch mit einer Kontaktbuchse geeignet.
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Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass im durchgehenden Hohlraum des Kolbens wenigstens eine Längsnut zur Aufnahme der wenigstens einen Prüfleitung ausgebildet ist. Die Prüfleitung ist dann ortsfest im Hohlraum innerhalb einer Längsnut aufgenommen.
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Um den Kolben auf möglichst einfache Weise fertigen zu können, ist bevorzugt vorgesehen, dass der durchgehende Hohlraum einen keilnaben- oder sternförmigen Querschnitt mit mehreren Längsnuten aufweist. Der Kolbeninnenraum kann z.B. allein durch Umformen hergestellt werden.
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Insbesondere bei der vorgenannten Ausführungsform ist weiterhin bevorzugt vorgesehen, dass in den durchgehenden Hohlraum ein rohrförmiges Element eingesetzt ist. Dieses rohrförmige Elemente wird selbstverständlich erst nach Anordnung der wenigstens einen Prüfleitung eingesetzt und ermöglichst es, in den verbleibenden, vom rohrförmigen Element umschlossenen Hohlraum ein Kühlmedium einzuleiten. Dieses Kühlmedium dient dann nicht nur zur Kühlung des Hochstromkontaktes an sich, sondern auch zur Kühlung der wenigstens einen Prüfleitung.
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In weiterer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass sich eine erste Prüfleitung durch den Hohlraum bis in den Außenbereich des Freiraumes erstreckt und mit einem ersten Sensor verbunden ist.
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Weiterhin ist vorteilhaft vorgesehen, dass sich wenigstens eine zweite Prüfleitung über einen Teil der Länge des Hohlraumes erstreckt und durch eine Querbohrung im Kolben bis an die Kolbenaußenseite geführt und mit einem zweiten Sensor verbunden ist.
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In weiterer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der erste Sensor ein Sensor zum Messen von ersten physikalischen Eigenschaften des Kontaktelementes und/oder des Hochstromkontaktes ist. Dieser erste Sensor kann z.B. ein elektrischer Kontaktsensor sein, der eine Kelvin-Messung ermöglicht.
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Schließlich ist vorgesehen, dass der wenigstens zweite Sensor ein Sensor zum Messen von zweiten physikalischen Eigenschaften des Kontaktelementes und/ oder des Hochstromkontaktes ist. Dieser zweite Sensor kann z.B. ein Temperatursensor sein.
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Darüber hinaus können beliebig andere geeignete Sensoren eingesetzt werden, die mit einer entsprechenden Prüfleitung innerhalb des Hohlraumes verbunden werden, z. B. magnetische / induktive, kapazitive, resistive oder optische Sensoren.
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Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Diese zeigt in
- 1 einen Längsschnitt durch einen Hochstromkontakt nach einer ersten Ausführungsform,
- 2 eine perspektivische Teildarstellung eines Kolbens mit Klemmelement des Hochstromkontaktes nach 1,
- 3 einen Längsschnitt durch einen Hochstromkontakt nach einer zweiten Ausführungsform und in
- 4 eine mit dem Hochstromkontakt nach 3 koppelbare Kontaktbuchse im Längsschnitt.
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Ein Hochstromkontakt nach einer ersten Ausführungsform ist in 1 allgemein mit 1 bezeichnet. Dieser Hochstromkontakt 1 ist im Wesentlichen rotationssymmetrisch zu einer Kolbenlängsachse 2 aufgebaut und dient zur Kopplung mit einem nicht dargestellten, als Kontaktstift ausgebideten Kontaktelement sowie zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen dem Hochstromkontakt 1 und dem Kontaktstift. Dazu ist der Hochstromkontakt 1 im Wesentlichen aus elektrisch leitfähigen Bauteilen gebildet.
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Der Hochstromkontakt 1 weist einen Kolben 3 auf, welcher in einer rohrförmigen Kolbenführung 4 entlang der Kolbenlängsachse 2 begrenzt verschiebbar angeordnet ist.
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Der Kolben 3 weist einen durchgehenden Hohlraum 5 auf, der sich an einem Ende in einen Freiraum 6 erweitert, der zur Aufnahme des Kontaktstiftes dient. Der Freiraum 6 ist umfänglich von einem radial beweglichen Klemmelement 7 umgeben, das zur klemmenden, elektrisch kontaktieren Aufnahme des Kontaktstiftes dient. Dieses Klemmelement 7 ist integraler Bestandteil des Kolbens 3. Das Klemmelement 7 ist beim Ausführungsbeispiel nach Art eines Klemmkäfigs hülsenförmig mit mehreren, durch in Längsrichtung gerichtete Schlitze 8 voneinander getrennten Federarmen 9 gebildet, wobei sich die Federarme 9 an ihren freien Enden 9a konisch nach außen erweitern.
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Die rohrförmige Kolbenführung 4 weist am dem Klemmelement 7 zugeordneten Ende 4a, ausgehend vom Außenrand, eine sich von außen nach innen stetig verringernde Umfangsfläche auf, die eine Art Steuerkurve bildet. Diese Umfangsfläche ist mit 10 bezeichnet.
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Wenn sich der Kolben 3 in der in 1 dargestellten Relativposition gegenüber der Kolbenführung 4 befindet, liegen die Enden 9a der Federarme 9 ohne Vorspannung am Umfangsbereich 10 der Kolbenführung 4 an. Wenn ein Kontaktstift in den Freiraum 6 eingesteckt wird und zur Anlage an einer Stirnwand 11 innerhalb des Freiraumes 6 des Kolbens 3 kommt, wird der Kolben 3 gegenüber der Kolbenführung 4 im Sinne der 1 um ein gewisses Maß nach links verschoben, wodurch die Enden 9a der Federarme 9 entlang des Umfangsbereiches 10 radial nach innen eingedrückt werden und angrenzend an den Umfangsbereich 10 in dieser Lage innerhalb eines zylindrischen Bereiches 12 der Kolbenführung 4 gehalten werden. Dadurch werden die Federarme 9 zusammengedrückt und klemmen den Kontaktstift im Freiraum 6 ein und kontaktieren ihn gleichzeitig elektrisch, so dass ein Stromfluss vom Kontaktstift in den Hochstromkontakt 1 möglich ist.
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Der maximale Verschiebe- bzw. Eindrückweg des Kolbens 3 gegenüber der Kolbenführung 4 ist durch einen umlaufenden Anschlag 13 innerhalb der Kolbenführung 4 begrenzt, an welche ein umlaufender Außenrand 14 des Klemmelementes anschlägt. Um ein Auftreffen auf den Anschlag 13 zu vermeiden und das Einschieben zu dämpfen, ist zwischen dem Anschlag 13 und dem Außenrand 14 eine Druckfeder 15 angeordnet.
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Beim Ausführungsbeispiel nach 1 und 2 geht die rohrförmige Kolbenführung 4 in ein Gehäuse 16 über, wobei die Kolbenführung 4 mit dem Gehäuse 16 über einen Gehäuseverschluss 17 (Schraubverschluss) verbunden ist. Dabei ist innerhalb des Gehäuses 16 ein Hohlraum 18 ausgebildet, in welchem eine Druckfeder 19 aufgenommen ist. Die Druckfeder 19 dient der Beaufschlagung des Kontaktstiftes mit einer definierten Kontaktkraft.
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Der Kolben 3 weist auf seinem dem Klemmelement 7 gegenüberliegenden Ende ein Außengewinde 20 auf, auf das eine Befestigungsmutter 21 aufgeschraubt ist, die in der in 1 dargestellten Relativposition zwischen dem Kolben 3 und der Kolbenführung 4 an der Stirnseite des Gehäuses 16 anliegt. Der Kolben 3 kann dadurch nicht ungewollt aus der Kolbenführung 4 herausrutschen.
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Am freien Ende des Kolbens 3 ist eine weitere Mutter 22 aufgeschraubt, die zur Befestigung eines nicht darstellten Kabelschuhs od. dgl. für ein an den Hochstromkontakt 1 anzuschließende Stromleitung dient. Angrenzend an den mit dem Außengewinde 20 versehenen Bereich weist der Kolben 3 an seinem freien Ende einen Anschlussnippel 23 zum Anschließen eines Schlauches od. dgl. auf, um ein Kühlmedium in den durchgehenden Hohlraum 5 des Kolbens 3 einleiten zu können.
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Wesentlich für die Ausgestaltung des Hochstromkontaktes 1 ist nun, dass innerhalb des Hohlraumes 5 entlang der Kolbenlängsachse 2 wenigstens eine Prüfleitung zur Messung von physikalischen Eigenschaften des aufzunehmenden Kontaktstiftes und/oder des Hochstromkontaktes 1 angeordnet ist.
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Beim Ausführungsbeispiel sind zwei Prüfleitungen 24 und 25 dargestellt. Dabei erstreckt sich die erste Prüfleitung 24 im Wesentlichen über die gesamte Länge des Hohlraumes 5 bis zum Bereich des Freiraumes 6 und ist dort mit einem ersten Sensor 26 verbunden. Die zweite Prüfleitung 25 erstreckt sich dagegen beim Ausführungsbeispiel nicht über die gesamte Länge des Hohlraumes, sondern endet vorher und ist radial bis in die Wandung des Kolbens 3 geführt, dieser Bereich ist mit 25a bezeichnet. Der Bereich 25a kann mit einem nicht dargestellten zweiten Sensor verbunden sind. Der zweite Sensor kann z.B. ein Temperatursensor sein. Der erste Sensor 26 kann z.B. ein elektrischer Kontaktsensor sein.
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Um die Prüfleitung(en) 24, 25 im Hohlraum 5 anzuordnen, weist der Hohlraum 5 bevorzugt Längsnuten auf, in welche die Prüfleitungen 24, 25 eingelegt sind. Dazu kann der Hohlraum einen keilnaben- oder sternförmigen Querschnitt mit mehreren Längsnuten aufweisen, was nicht näher dargestellt ist. Bei dieser Gestaltung kann in den durchgehenden Hohlraum 5 ein nicht dargestelltes rohrförmiges Element eingesetzt sein, so dass sich die Prüfleitungen 24, 25 radial außerhalb dieses rohrförmigen Elementes in den Aufnahmenuten befinden und nicht im verbleibenden Hohlraum 5 selbst. Bei dieser Ausgestaltung kann zur Kühlung sowohl des Hochstromkontaktes 1 an sich als auch zur Kühlung der Prüfleitungen 24, 25 durch den Anschlussnippel 23 ein Kühlmedium in den durchgehenden Hohlraum 5 eingeleitet werden, wenn durch einen Sensor eine erhöhte Temperatur festgestellt worden ist.
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In den 3 und 4 ist eine zweite Ausführungsform des Hochstromkontaktes 1 dargestellt, wobei dieselben Bezugszeichen für korrespondierende Teile verwandt sind.
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Im Unterschied zur ersten Ausführungsforn nach 1 und 2 dient dieser Hochstromkontakt 1 zur Kopplung mit einem als Kontaktbuchse 27 ausgebideten Kontaktelement sowie zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen dem Hochstromkontakt 1 und der Kontaktbuchse 27. Dazu ist der Hochstromkontakt 1 ebenfalls im Wesentlichen aus elektrisch leitfähigen Bauteilen gebildet.
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Zum Koppeln und elektrischen Kontaktieren der Kontaktbuchse 27 sind das Klemmelement 7 und die Kolbenführung 4 etwas anders gestaltet, denn das Klemmelement 7 greift in gekoppeltem Zustand innenseitig in die Kontaktbuchse 27 ein. Die Kolbenführung 4 weist ebenfalls am dem Klemmelement 7 zugeordneten Ende 4a, ausgehend vom Außenrand, eine sich von außen nach innen stetig verringernde Umfangsfläche 10 auf, welche in der in 3 dargestellten Lage, in welcher die Kontaktbuchse 27 nicht an den Hochstromkontakt 1 angekoppelt ist, die Federarme 9 des Klemmelementes 7 nach innen gedrückt halten, um das Aufstecken der Kontaktbuchse 27 zu ermöglichen. Außenseitig weist die Kolbenführung 4 im Bereich des freien Endes 4a ein Außengewinde 28 auf, auf dieses Außengewinde 28 ist ein Kolbenführungsring 29 aufgeschraubt. Dieser Kolbenführungsring 29 überragt das freie Ende 4a der Kolbenführung 4 und weist einen außenseitigen Anschlagring 30 auf. Dieser Anschlagring 30 dient als Anschlag für das zugeordnete Ende der Kontakthülse 27 beim Aufstecken auf das Klemmelement 7.
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Wenn die Kontakthülse 27 auf das Klemmelement 7 aufgesteckt wird, liegt das vordere Ende der Kontakthülse 27 am Anschlagring 30 an und verschiebt den Kolbenführungsring 29 und damit die Kolbenführung 4 relativ gegenüber den Kolben 3 im Sinne der 3 nach links, so dass die Federarme 9 gegenüber der Umfangsfläche 10 freigegeben werden und radial nach außen ausfedern können und sich unter Federspannung an der Innenseite der Kontaktbuchse 27 anlegen und die Kontaktbuchse 27 einerseits fixieren und andererseits elektrisch kontaktieren. Der maximale Verschiebeweg ist durch einen äußeren Anschlagring 31 am Klemmelement 7 begrenzt.
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Auch bei dieser Ausführungsform des Hochstromkontaktes 1 sind innerhalb des durchgehenden Hohlraumes 5 des Kolbens 4 Prüfleitungen angeordnet. Dargestellt sind zwei Prüfleitungen 24 und 25, die z.B. beide bis innerhalb des Freiraumes 6 führen und sich radial nach außen in die zugeordneten Federarme 9 erstrecken und mit geeigneten Sensoren verbunden sind, nämlich mit einem ersten Senosr 25 bzw. einem zweiten Sensor 33. Angrenzend an den Anschlussnippel 23 kann auf dem Kolben 3 eine Überwurfmutter 32 aufgeschraubt sein.
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Natürlich ist die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Weitere Ausgestaltungen sind möglich, ohne den Grundgedanken zu verlassen. Der oder die an die Prüfleitungen 24, 25 angeschlossenen Sensoren sind über die Prüfleitungen 24, 25 selbstverständlich mit einer Steuerung oder Regelung verbunden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hochstromkontakt
- 2
- Kolbenlängsachse
- 3
- Kolben
- 4
- Kolbenführung
- 5
- Hohlraum
- 6
- Freiraum
- 7
- Klemmelement
- 8
- Schlitze
- 9
- Federarme
- 9a
- Freie Enden
- 10
- Umfangsfläche
- 11
- Stirnwand
- 12
- Zylindrischer Bereich
- 13
- Anschlag
- 14
- Außenrand
- 15
- Druckfeder
- 16
- Gehäuse
- 17
- Gehäuseverschluss
- 18
- Hohlraum
- 19
- Druckfeder
- 20
- Außengewinde
- 21
- Befestigungsmutter
- 22
- Mutter
- 23
- Anschlussnippel
- 24
- Erste Prüfleitung
- 25
- Zweite Prüfleitung
- 25a
- Endbereich
- 26
- Erster Sensor
- 27
- Kontaktbuchse
- 28
- Außengewinde
- 29
- Kolbenführungsring
- 30
- Anschlagring
- 31
- Anschlagring
- 32
- Überwurfmutter
- 33
- Zweiter Sensor
