CN102025060A - 用于高电流插头连接器的电接触元件及制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及高电流插头连接器，特别涉及用于该类型的插头连接器的电接触元件，该电接触元件以即使在较高电流时升温较低为特征，以及涉及用于制造该类型的接触元件的相应方法。根据本发明，为此目的，通过对管状坯件进行内部高压成型而将接触元件制成一体。由此接触元件在每个点处具有基本上相同的线截面，使得不会出现局部的电或热负载峰值。

Description

用于高电流插头连接器的电接触元件及制造方法
技术领域
本发明涉及用于风力发电厂的高电流插头连接器，特别涉及用于该类型的插头连接器的电接触元件以及相应的制造方法。
背景技术
在具有水平转子轴的风力发电厂中，发电机通常容纳为直接靠近塔顶处吊舱中的转子。将发电机连接到塔底部处的电力网供电设备的电力电缆放置在塔的内壁上。为了简化整个风力发电厂的组装，塔由单独的预制部件组成。这些部件中的每一个部件已经特别地包括铺设电缆的相应部分。在塔的组装过程期间，单独几段的电缆部分结合在一起。以此方式能够避免后续铺设电缆的困难和相当大的成本。
美国文献US 2006/0199411公开了一种用于风力发电厂的改进的电缆系统，其中每个塔段的电缆部分设置在具有插头连接器的两端处，在塔的组装期间，在该插头连接器的帮助下，单独的电缆部分结合在一起。这是期望简化铺设电缆的组装和维护。
用于连接插头连接器的接触元件和电力电缆部分的插头连接器必须适合于增加的电气和机械要求。
从文献DE 197 03 984A1中已知高电流接触元件由金属片冲压部件制成。该传统的接触元件具有接触座或接触柱形式的接触区域，用于接触匹配的配合接触元件，该接触区域具有大量的弹性接触点。这些弹性接触点中的每一个弹性接触点都包括弹簧舌，该弹簧舌由金属片冲压部件通过相应的冲压切削而形成。
然而，该传统高电流接触元件具有的缺点在于，可用的线截面受到对于形成弹簧舌必不可少的切削的限制。在适当的电流负载下，这导致接触元件的集中的局部加热，并且甚至能够导致插头连接器整体上过热。
发明内容
因此，本发明的目的是详细说明用于高电流插头连接器的电接触元件，其在相同电流负载下呈现更低的升温。本发明的另一目的是详细说明用于高电流插头连接器的电接触元件，这使得能够以成本有效的方式生产插头连接器。本发明的目的还在于公开一种用于制造该类型的接触元件的方法。
这由独立权利要求的特征实现。优选实施例形成从属权利要求的主题。
本发明的具体方法是通过对管状坯件进行内部高压成型而将电接触元件形成一体。
根据本发明的第一方面，电接触元件被设置成用于高电流插头连接器。该接触元件包括用于接触匹配的配合接触元件的为接触柱或接触座形式的接触区域，以及用于接收连接电缆的连接区域，并且其特征在于通过对管状坯件进行内部高压成型而将该接触元件制成一体。
通过内部高压成型而定形的接触元件的壁厚可以根据放置在接触元件上要求的需求进行限定。然而，优选地，该壁厚在2毫米至5毫米之间，特别优选的是3.5毫米。实施为接触柱的接触元件的长度优选地在140毫米至160毫米之间，特别优选的是150毫米。实施为接触座的接触元件的长度优选地在120毫米至140毫米之间，特别优选的是130毫米。
优选地，接触元件的线截面在接触元件的整个长度上基本上保持不变。以此方式，接触元件的热和电负载均一地分布在整个接触元件上。同时，防止由于电流的流动导致的接触元件的局部过热。因此该接触元件整体保持冷却。
优选地，接触元件由铜或铜合金制成。以此方式能够确保接触元件的较高导电性。
优选地，接触区域和/或连接区域以基本上为圆柱形的方式被成型。这便于接收连接电缆或接触匹配的配合接触元件。
优选地，接触区域具有横截面，该横截面的纵向宽度超过其横向宽度。以此方式，多个高电流插头连接器能够以紧凑的方式邻近彼此设置，而不用必须减小可用的线截面。
有利地，接触区域朝向连接区域由形成在接触元件中的凸缘确定界线。该凸缘在插入到相关联的配合接触元件期间能够用作机械挡止件。
有利地，接触区域具有外围珠缘，用于接收环状的弹簧接触元件。该珠缘使得弹簧接触元件机械地固定在接触元件中。这可靠地防止弹簧触头在插入或拔出期间滑落。
连接器壳体的长度优选地在160毫米至220毫米之间，特别优选的是大约195毫米。耦接壳体的长度优选地在180毫米至230毫米之间，特别优选的是210毫米。当插入时高电流插头连接器的总长度优选地在320毫米至380毫米之间，特别优选的是大约350毫米。
根据本发明的第二方面，提供了高电流连接器。该高电流连接器包括连接器壳体和根据第一方面的接触柱形式的电接触元件，该接触元件锁定到该连接器壳体。
有利地，高电流连接器还包括密封件，该密封件设置在连接器壳体的端部侧，并且在与相应的耦接件紧塞在一起时紧靠该相应的耦接件。以此方式，能够可靠地防止诸如水或油的流体渗透到紧塞在一起的插头连接器内。
根据本发明的第三方面，提供了高电流耦接件。该高电流耦接件包括耦接壳体和根据第一方面的接触座形式的电接触元件，该接触元件锁定到该耦接壳体。
该高电流耦接件还可包括环状弹簧接触元件，该环状弹簧接触元件设置在接触元件的珠缘中，并且以这样的方式实施，使得匹配的配合接触元件能够由弹簧接触元件密封，并由此夹紧地保存在高电流耦接件中。该弹簧接触元件能够确保所需要的接触压力。
有利地，高电流耦接件还包括密封件，该密封件设置在耦接壳体的端部侧，并且在与相应的连接器紧塞在一起时紧靠该相应的连接器。以此方式，能够可靠地防止诸如水或油的流体渗透到紧塞在一起的插头连接器内。
根据本发明的再一方面，提供了高电流触头连接器。该高电流插头连接器包括根据第二方面的高电流连接器和根据第三方面的高电流耦接件，至少连接器壳体和耦接壳体设置有捕捉臂，该捕捉臂配合到相关联的接触元件的孔中，并且将相关联的接触元件锁定在连接器壳体或耦接壳体中，并且当高电流插头连接器被插入时，捕捉臂被一部分各自的其它壳体或接触元件阻隔。
根据本发明的再一方面，为具有由多个塔段组成的塔的风力发电厂提供了电缆系统。该电缆系统包括由导体和包覆该导体的绝缘体构成的电缆，根据第二方面的在电缆的一端处连接到导体的高电流连接器，以及根据第三方面的在电缆的另一端处连接到导体的高电流耦接件。
优选地，电缆的长度适合于各个塔段的高度，使得每个塔段能够容纳其自己的预制电缆系统。在塔的组装期间，仅单独的电缆部件需要被紧塞在一起。在此情况下电缆的长度是15米至25米，优选的是20米。
优选地，导体由铜线制成，并且具有从25平方毫米至400平方毫米的横截面，优选的是150平方毫米、185平方毫米、240平方毫米或300平方毫米。替换地，导体还可以由铝线制成，并且具有从50平方毫米至400平方毫米的横截面，优选的是185平方毫米、240平方毫米、300平方毫米或400平方毫米。本发明并不限制具体的横截面数值。相反地，取决于技术要求，还可以使用包括特别的中间数值在内的更高或更低的数值。
根据本发明的再一方面，提供了具有根据本发明的电缆系统的风力发电厂。
最后，本发明还详细说明了用于高电流连接器的电接触元件的制造方法。该方法包括步骤：使用用于接触匹配的配合接触元件的接触柱或接触座形式的接触区域，以及用于接收连接电缆的连接区域，通过对管状坯件进行内部高压成型而制成一体的接触元件。
附图说明
下文中将参考附图描述本发明，其中：
图1A是根据本发明的第一实施例的电接触元件的平面图；
图1B是穿过图1A的接触元件的纵向截面；
图1C是图1A的接触元件的透视图；
图2A是根据本发明的第二实施例的电接触元件的平面图；
图2B是穿过图2A的接触元件的纵向截面；
图2C是图2A的接触元件的透视图；
图3A是穿过根据本发明的高电流插头连接器的纵向截面；
图3B是穿过图3A的根据本发明的高电流插头连接器的横截面；
图3C是图3A的根据本发明的高电流插头连接器的透视图；
图4A是图3A的根据本发明的高电流插头连接器的耦接件的细节透视图；和
图4B是图3A的根据本发明的高电流插头连接器的连接器的细节透视图。
附图中，相似的附图标记表示相似的部件。
具体实施方式
图1A至1C分别是根据本发明第一实施例的电接触元件100的平面图、纵向截面和透视图，其中电接触元件设计为接触柱。该接触元件具有接触区域110(插入区域)，该接触区域110能够插入到相应成型的配合接触元件中。该区域以大致为圆柱形的方式予以实施，其中引导边缘能够成斜角或倒角以便于插入处理。该接触区域110的长度可以是大约61毫米。该接触元件100的总长度可以是151毫米。
接触区域110优选地具有非圆形横截面，该接触区域的纵向宽度111超过横向宽度112。特别地该横截面可以是椭圆形或矩形，其中拐角能够被倒圆角。以此方式，多个插头连接器能够以紧凑的方式设置成接近彼此，同时确保要求的线截面。
与接触区域110相对的接触元件的端部形成为连接区域120，并且用于接收连接电缆。连接区域优选地实施为圆柱，并且适合于连接电缆的直径。典型地，连接区域在等于400平方毫米的电缆横截面处具有20毫米至32毫米之间的内径。在特别优选的实施例中，连接区域实施为卷曲连接，使得通过挤压连接电缆能够被连接到接触元件。
凸缘130形成在接触区域110和连接区域120之间的过渡区域中，该凸缘130是接触元件上的阶式突出部，该凸缘紧靠配合接触元件，并由此在完全插入时用作挡止件。
根据本发明，接触元件通过对管状坯件进行内部高压成型(加氢重整)而制成。在此情况下，该坯件放置在相应成型的阴模中，用流体填充，特别地用水油悬浮液填充，并且在两端部处使用液压活塞而封闭。由于受控的压缩和内部压力的增加，坯件塑性变形，使得该坯件呈现由阴模预先确定的形状。以此方式，可以可靠地且成本有效地实现复杂的设计。
由于用管状坯件(例如铜管)制造接触元件的方式，接触元件在每个点处具有基本上相同的线截面。因此，该线截面沿纵向方向基本上恒定，使得沿纵向方向的电阻在每个点处基本上相同。因此根据本发明的接触元件由流动的电流均匀地加热。不会出现局部热负载峰值。因此与使用相同材料的传统接触元件相比，根据本发明的接触元件保持更冷却。因此在更小设计中具有更高电流承载能力是可能的。
与传统的冲压成型部件相对比，根据本发明的接触元件还具有封闭的表面。特别地，电流的流动在任何点都不受切削或孔的限制。还由于该原因，根据本发明的接触元件被流动电流均匀地加热，并且避免局部地热或电负载峰值。
在特别优选的实施例中，接触元件100具有在接触区域上横向设置的凹口或孔140，由此接触元件能够锁定到在绝缘壳体的内壁上形成的突起。该孔140例如能够在高压成型之后在分离操作中通过轧制而形成。优选地，该孔140的深度小于接触元件的材料厚度，使得电流的流动基本上保持不受限制。
还特别有利的是用接触区域和连接区域生成一体的接触元件，因此极大地简化了接触元件的生产以及全部的高电流插入连接的生产。
以特别有利的方式，多个接触元件能够由相应的长的坯件同时形成，并随后在第二步骤中例如通过锯开而彼此分离。
为了实现最优的电导性，接触元件优选地由铜或铜合金制成。
图2A至2C分别是根据本发明第二实施例的电接触元件200的平面图、纵向截面和透视图，其中电接触元件设计为接触座。该接触元件具有接触区域210(插入区域)，相应成型的配合接触元件，特别是根据第一实施例的接触元件能够插入到该接触区域210中。接触区域的横截面适合于将被接收的配合接触元件的横截面，并且优选地具有非圆形横截面，其纵向宽度超过横向宽度。椭圆形外横截面的长轴211和短轴212的典型值分别是大约50毫米和30毫米。如上文所述，特别地，该横截面可以是椭圆形或矩形，其中拐角可以被倒圆角。以此方式，多个插头连接器可以紧凑的方式设置成靠近彼此，同时可确保要求的线截面。接触元件200的总长度可以是131毫米。
与接触区域210相对的接触元件的端部形成为连接区域220，并且用于接收连接电缆。连接区域优选地实施为圆柱，并且适合于连接电缆的直径。在特别优选的实施例中，连接区域实施为卷曲连接，使得通过挤压连接电缆能够被连接到接触元件。
从图2A至2C中可以看到，接触区域还可以具有沿纵向方向变化的直径。由此形成的每个凸起或珠缘230可以用于接收环状弹簧接触元件，特别是螺旋管状的螺旋弹簧形式。一旦这些弹簧接触元件被引入到接触座，那么这些弹簧接触元件可以围绕接触柱，并因此确保需要的接触压力。
根据本发明，根据第二实施例的接触元件也通过对管状坯件进行内部高压成型而制成。因此，接触元件在每一点具有基本上相同的线截面。因此该线截面沿纵向方向基本上恒定，使得沿纵向方向的电阻在每个点处也基本上相同。因此根据本发明的接触元件由流动电流均匀加热。不会发生局部热负载峰值。因此与使用相同材料的传统接触元件相比，根据本发明的接触元件保持更冷却。
与传统的冲压成型部件相对比，根据第二实施例的接触元件还具有封闭表面。特别地，根据本发明的接触元件不具有任何免冲压的用于机械固定弹簧接触元件的捕捉凸缘。因此电流的流动在任何点都不受切削或孔的限制。还由于该原因，根据本发明的接触元件由流动电流均匀地加热，并且避免局部地热或电负载峰值。
在特别优选的实施例中，接触元件200具有在接触区域上设置的凹口或孔240，由此接触元件能够锁定到在绝缘壳体的内壁上形成的突起。该孔240例如能够在高压成型之后，在分离操作中通过轧制或钻孔而形成。优选地，该孔240设置在接触区域的外端处，使得电流的流动基本上保持不受限制。
图3A至3C是根据本发明另一方面的高电流插头连接器的纵向截面、横截面和透视图。该高电流插头连接器包括高电流连接器和高电流耦接件，该高电流连接器具有连接器壳体300和根据第一实施例被锁定的第一接触元件100，该高电流耦接件具有耦接壳体400和第二接触元件，根据本发明的第二实施例，该第二接触元件同样地被锁定。当插入时环形弹簧接触元件250围绕第一接触元件100，并且确保需要的接触压力，该环形弹簧接触元件设置在第二接合元件200的珠缘中。
为了将接触元件锁定到各自的壳体，接触元件能够设置有凹处140、240，该凹处与相关联壳体的相应捕捉凸缘340、440配合。该凹处例如通过优选地随后进行的轧制而形成在成型的部件上。优选的，壳体以这样的方式构造，使得当插头连接器插入时，捕捉凸缘340、440中的至少一个由一部分各自的其它壳体或其它接触元件阻隔。
为了防止油或水渗透到插头连接器，在电缆侧两端处以及在连接器和耦接件之间的接头处设置密封件。电缆侧的密封件包括波纹管320、420，该波纹管密封电缆套管形式的电缆。该电缆密封件可以预先装配在壳体封闭部件310、410上，并且以简单的方式锁定到实际的连接器/耦接壳体。为了密封连接器和耦接件之间的接头，波纹管430优选地设置在耦接壳体的端部侧上，作为表面密封。另外，该密封可以包括几何形状的模制，在其帮助下还可以密封阻挡钩440。
图4A和4B分别是图3A中的根据本发明的高电流插头连接器的耦接件和连接器的详细透视图。用于密封连接器和耦接件之间的接头的波纹管430清楚可见。还可以看见相位编码元件355、455和电缆编码元件350、450。这些编码元件分别具有腹板和凹槽，这些腹板和凹槽以这样的方式设置，使得它们在连接器和耦接件紧塞在一起期间咬合，该连接器和耦接件也设置有类似的编码元件。在不相似的编码元件的情况下，机械防止紧塞在一起。以此方式可以可靠地防止设置成紧靠彼此的多个电缆的意外反转或不同电缆的不期望连接。编码元件可互换，使得插头连接器能够以任意期望的方式配置。优选地，编码元件能够插入到连接器或耦接壳体的相应孔中，并且能够借助于合适的捕捉凸缘和孔356、356而被锁定。
因此，本发明涉及高电流插头连接器，特别涉及用于该类型的插头连接器的电接触元件，该电接触元件以即使在较高电流时仅仅较低地升温为特征，以及涉及用于制造该类型的接触元件的相应方法。根据本发明，为此目的，通过对管状坯件进行内部高压成型而将接触元件制成一体。由此接触元件在每个点处具有基本上相同的线截面，使得不会出现局部的电或热负载峰值。

Claims (26)

1.一种用于高电流插头连接器的电接触元件(100，200)，所述电接触元件具有用于接触匹配的配合接触元件的为接触柱或接触座形式的接触区域(110，210)，以及用于接收连接电缆的连接区域(120，220)，其特征在于，所述接触元件(100，200)通过对管状坯件进行内部高压成型而制成一体。
2.根据权利要求1所述的电接触元件(100，200)，其中所述接触元件(100，200)的线截面在所述接触元件(100，200)的整个长度上基本上不变。
3.根据前述权利要求中任一项所述的电接触元件(100，200)，其中所述接触元件(100，200)由铜或铜合金制成。
4.根据前述权利要求中任一项所述的电接触元件(100，200)，其中所述接触区域(110，210)和/或所述连接区域(120，220)形成为大致圆柱形状。
5.根据前述权利要求中任一项所述的电接触元件(100，200)，其中所述接触区域(110，210)具有横截面，所述横截面的纵向宽度超过所述横截面的横向宽度。
6.根据前述权利要求中任一项所述的电接触元件(100，200)，其中所述接触区域(110，210)朝向所述连接区域(120，220)通过所述接触元件(100，200)中形成的凸缘(130)确定界线。
7.根据前述权利要求中任一项所述的电接触元件(100，200)，其中所述接触区域(110，210)具有至少一个外围珠缘(230)，用于接收环状的弹簧接触元件(250)。
8.一种高电流连接器，所述高电流连接器具有连接器壳体(300)和根据权利要求1至7中任一项所述的为接触柱形式的电接触元件(100)，其中所述电接触元件(100)锁定到所述连接器壳体(300)。
9.根据权利要求8所述的高电流连接器，还包括密封件(430)，所述密封件设置在所述连接器壳体(300)的端部侧，并且在与相应的耦接件紧塞在一起时紧靠所述相应的耦接件。
10.一种高电流耦接件，所述高电流耦接件具有耦接壳体(400)和根据权利要求1至7中任一项所述的为接触座形式的电接触元件(200)，其中所述电接触元件(200)锁定到所述耦接壳体(400)。
11.一种高电流耦接件，所述高电流耦接件具有耦接壳体(400)、根据权利要求7所述的为接触座形式的电接触元件(200)以及环状弹簧接触元件，所述环状弹簧接触元件设置在所述电接触元件(200)的所述珠缘(230)中，并且被实施为以使所述匹配的配合接触元件能够由所述弹簧接触元件密封，并由此夹紧地保持在所述高电流耦接件中。
12.根据权利要求10或11所述的高电流耦接件，还包括密封件(430)，所述密封件设置在所述耦接壳体(400)的端部侧，并且在与相应的连接器紧塞在一起时紧靠所述相应的连接器。
13.一种用于风力发电厂的高电流触头连接器，所述高电流插头连接器具有根据权利要求8或9所述的高电流连接器，以及根据权利要求10至12中任一项所述的高电流耦接件，其中至少所述连接器壳体(300)或所述耦接壳体(400)设置有捕捉臂(340，440)，所述捕捉臂与相关联的接触元件(100，200)的孔(140，240)相配合，并且将所述相关联的接触元件锁定在所述连接器壳体(300)或所述耦接壳体(400)中，并且其中当所述高电流插头连接器被插入时，所述捕捉臂(340，440)被一部分各自的其它壳体或接触元件(100，200)阻隔。
14.一种用于具有塔的风力发电厂的电缆系统，其中所述塔由多个塔段组成，所述电缆系统包括：
由导体和包覆所述导体的绝缘体构成的电缆，
根据权利要求8或9所述的高电流连接器，所述高电流连接器在所述电缆的一端处连接到所述导体，以及
根据权利要求10至12中任一项所述的高电流耦接件，所述高电流耦接件在所述电缆的另一端处连接到所述导体。
15.根据权利要求14所述的电缆系统，其中所述电缆的长度适合于各个所述塔段的高度。
16.根据权利要求14或15所述的电缆系统，其中所述电缆的长度是15米至25米，优选的是20米。
17.根据权利要求14至16中任一项所述的电缆系统，其中所述导体由铜线制成，并且具有从25平方毫米至400平方毫米，优选的是150平方毫米、185平方毫米、240平方毫米、300平方毫米或400平方毫米的横截面。
18.根据权利要求14至16中任一项所述的电缆系统，其中所述导体由铝线制成，并且具有从50平方毫米至400平方毫米，优选的是185平方毫米、240平方毫米、300平方毫米或400平方毫米的横截面。
19.一种具有根据权利要求14至18中任一项所述的电缆系统的风力发电厂。
20.一种用于制造用于高电流连接器的电接触元件(100，200)的方法，所述方法包括步骤：
使用用于接触匹配的配合接触元件的为接触柱或接触座形式的接触区域(110，210)，以及用于接收连接电缆的连接区域(120，220)，通过对管状坯件进行内部高压成型而制成一体的所述接触元件(100，200)。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述电接触元件(100，200)的线截面被形成为以使所述线截面在所述接触元件(100，200)的整个长度上基本上不变。
22.根据权利要求20或21所述的方法，其中所述电接触元件(100，200)由铜或铜合金制成。
23.根据权利要求20至22中任一项所述的方法，其中所述接触区域(110，210)和/或所述连接区域(120，220)以大致为圆柱形状的方式实施。
24.根据权利要求20至23中任一项所述的方法，其中所述接触区域(110，210)具有横截面，所述横截面的纵向宽度超过所述横截面的横向宽度。
25.根据权利要求20至24中任一项所述的方法，其中凸缘(130)形成在所述接触区域(110)和所述连接区域(120)之间的过渡区域中，用于确定所述接触区域(110)的界线。
26.根据权利要求20至25中任一项所述的方法，其中至少一个外围珠缘(230)形成在所述接触区域(110，210)中，用于接收环状的弹簧接触元件(250)。
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