-
Die Erfindung betrifft die Verbindung von zwei elektrischen Leitern, insbesondere elektrischen Leitern zum Führen von hohen Stromstärken.
-
In Schaltanlagen müssen gelegentlich elektrische Verbindungen zwischen relativ zueinander beweglichen, hohe Ströme führenden elektrischen Leitern vorgesehen werden. Derartige bewegliche Leiter werden in der Regel durch eine Vielzahl hintereinander und/oder parallel geschalteter Kontakteinrichtungen, wie beispielsweise Spiralfederkontakte, Lamellenkontakte oder dergleichen, miteinander verbunden.
-
Bei hohen Strömen kommt es infolge der Stromverdrängung zu einer ungleichen Stromaufteilung bei zwei oder mehr hintereinander geschalteten Kontaktsystemen. Die Stromaufteilung ist in hohem Maße von der Geometrie der miteinander verbundenen Leiter und der Geometrie des Kontaktübergangs abhängig. Eine Symmetrierung durch geschickte Anordnung der Kontakteinrichtungen ist nicht ohne weiteres möglich.
-
Die asymmetrische Aufteilung führt dazu, dass die einzelnen Kontakteinrichtungen bzw. einzelne Kontaktelemente der Kontakteinrichtungen im Betrieb eine unterschiedliche Erwärmung erfahren. Die mögliche Erwärmung bestimmt die Gestaltung und Dimensionierung der Kontakteinrichtungen wesentlich, da eine Überhitzung der betreffenden Kontakteinrichtung in jedem Fall vermieden werden muss.
-
Bei Kontaktsystemen mit mehreren Kontakteinrichtungen werden die Kontakteinrichtungen aus Gründen der einfacheren Herstellbarkeit gleichartig ausgeführt, wobei sich deren Gestaltung und Dimensionierung daher in der Regel nach der höchstbelasteten Kontakteinrichtung richtet. Die Kontakteinrichtungen werden so ausgelegt, dass ihre jeweilige Erwärmung innerhalb vorgegebener Grenzen bleibt. Dies führt dazu, dass auch die schwächer belasteten Kontakteinrichtungen so konstruiert werden wie die höchstbelastete Kontakteinrichtung. Die Herstellung eines solchen Kontaktsystems stellt daher einen höheren Aufwand als notwendig dar.
-
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kontaktsystem zur Verfügung zu stellen, das mehrere Kontakteinrichtungen aufweist, wobei eine Stromaufteilung auf die Kontakteinrichtungen gleichmäßig erfolgt.
-
Diese Aufgabe wird durch die Kontakteinrichtung nach Anspruch 1 sowie durch das Kontaktsystem für die Verbindung von zwei elektrischen Leitern gemäß den nebengeordneten Ansprüchen gelöst.
-
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
-
Gemäß einem ersten Aspekt ist eine Kontakteinrichtung zum Verbinden von Leitern, insbesondere von Stromleitern zum Führen von hohen Stromstärken von mehr als 100 A, vorgesehen. Die erfindungsgemäße Kontakteinrichtung ist beispielsweise zwischen einem stangenförmigen und einem rohrförmigen Leiter anordenbar.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Kontaktsystem zum Verbinden von zwei Leitern, insbesondere Starkstromleitern zum Führen von Stromstärken von mehr als 100 A, mit zwei oder mehr obigen Kontakteinrichtungen vorgesehen, die zwischen zwei Leitern angeordnet sind. Die Leiter sind ineinander verschiebbar ausgebildet, wobei die Kontakteinrichtungen der Leiter so ausgebildet sind, um in einem Abstand zwischen den ineinander verschiebbaren Leitern aufgenommen zu werden.
-
Die Kontakteinrichtung weist ein erstes und ein zweites Element, insbesondere einen ersten und einen zweiten Ring, auf, die eine Innenausnehmung zur Aufnahme eines ersten Leiters und eine Außenkontur zur Aufnahme in einen hohlzylindrischen zweiten Leiter aufweisen, wobei die Elemente jeweils um die Innenausnehmung umlaufende Kontaktelemente aufweisen, die von dem jeweiligen Element in einer Richtung senkrecht zu der von den Elementen umschlossenen Innenausnehmung abstehen und zwischen denen jeweils eine Ausnehmung vorgesehen ist, um die Kontaktelemente des jeweils anderen Elements aufzunehmen.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Kontaktsystem mit einem ersten Leiter und mit einem zweiten Leiter vorgesehen, die mithilfe der obigen Kontakteinrichtung miteinander elektrisch verbunden sind, indem der erste Leiter in die Innenausnehmung eingesetzt ist und die Kontakteinrichtung in den zweiten Leiter eingesetzt ist.
-
Eine Idee der obigen Kontaktsysteme besteht darin, zwei Starkstromleiter beweglich über Kontakteinrichtungen miteinander zu verbinden und zu gewährleisten, dass die Stromaufteilung auf die Kontakteinrichtungen der Leiter möglichst gleichmäßig über den Umfangsbereich der miteinander zu verbindenden Leiter und möglichst gleichmäßig auf die beiden Kontakteinrichtungen erfolgt. Dazu ist vorgesehen, dass das Kontaktsystem mit Kontakteinrichtungen mit ineinander verschränkten Kontaktelementen aufgebaut ist, die zahnartig ineinander greifen. Die Kontakteinrichtungen der Elemente umfassen jeweils Kontaktelemente, die so ausgebildet sind, dass sie im verbundenen Zustand ineinander greifen und den ersten und den zweiten Leiter kontaktieren. Dabei greifen die Kontaktelemente des ersten Elements zwischen zwei Kontaktelemente des zweiten Elements.
-
Durch die Ausbildung des Kontaktsystems in oben beschriebener Weise können bisherige Geometrien der Leiter weiter verwendet werden, und es kann eine Stromübertragung durch das Kontaktsystem somit möglichst gleichmäßig und mit möglichst geringen ohmschen Verlusten erreicht werden. Das vorgeschlagene Kontaktsystem kann für gesteckte Kontaktsysteme für feststehende Leiter ebenso verwendet werden wie für Kontaktsysteme für bewegliche Leiter, die beispielsweise in Trennschaltern, Erdungsschaltern und dergleichen verbaut werden.
-
Weiterhin können die Kontaktelemente beider Elemente die gleiche Breite in Umlaufrichtung aufweisen und gleichmäßig beabstandet zueinander sein.
-
Gemäß einer Ausführungsform können die Kontaktelemente eine erste Kontaktfläche aufweisen, um einen elektrischen Kontakt mit dem ersten Leiter herzustellen, und eine zweite Kontaktfläche aufweisen, um einen elektrischen Kontakt mit dem zweiten Leiter herzustellen, wobei die Kontaktelemente eine Schrägung aufweisen, die der ersten Kontaktfläche im Wesentlichen gegenüber liegt und die sich in Richtung der Innenausnehmung der Elemente und in einer Richtung senkrecht dazu erstreckt.
-
Weiterhin können sich die Kontaktelemente in Richtung der ersten Kontaktfläche verbreitern.
-
Insbesondere können die Elemente gleichartig ausgebildet sein.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Kontaktsystems können das erste und das zweite Element jeweils fest mit dem ersten Leiter oder dem zweiten Leiter verbunden sein.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform sind einer der Leiter stangenförmig und einer der Leiter rohrförmig ausgebildet. An den Flächen, an denen sich die jeweiligen Kontaktelemente der Leiter zwischen den Leitern berühren ist vorzugsweise ein Federelement oder ein Bauteil, welches Federeigenschaften aufweist vorgesehen, um Versatztoleranzen zwischen den Leitern auszugleichen und eine Relativbewegung (axial) bei der Montage oder bei dynamischen Kontakten zu ermöglichen.
-
Zur Fixierung der Kontaktelemente zwischen den Leitern und gegeneinander sind beispielsweise radial gedrehte Nuten in den Leitern, Sicherungsringe und/oder Abstandshülsen aus Isoliermaterial eingesetzt. Die Fixierung der Kontaktelemente ist bei dynamischen Kontakten wie z. B. bei Trennschaltern, Erdungsschaltern und bei statischen Kontakten bei der Montage von Bedeutung.
-
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine perspektivische Darstellung eines Kontaktsystems zum Verbinden von zwei elektrischen Leitern;
-
2a und 2b eine schematische Querschnittsdarstellung von ineinandergreifenden Kontaktelementen;
-
3 eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Kontaktsystems für ineinandergesteckte Leiter.
-
1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Kontaktsystems 1, durch das zwei Leiter 2, ein erster Leiter 21 und ein zweiter Leiter 22, mithilfe einer elektrisch leitenden Kontakteinrichtung miteinander verbunden werden. Die Leiter 21, 22 weisen einen Querschnitt auf, der zum Tragen von hohen Strömen, d. h. von Strömen von mehreren hundert Ampere, geeignet sind. Die miteinander zu verbindenden Leiter 21, 22 haben im gezeigten Ausführungsbeispiel einen kreisförmigen Querschnitt oder einen einander entsprechenden Querschnitt.
-
3 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines beispielhaften Aufbaus des Kontaktsystems 1 für ineinandergesteckte Leiter 21, 22.
-
Der erste Leiter 21 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel einen ersten Durchmesser auf. Der zweite Leiter 22 ist rohrförmig bzw. hohlzylindrisch mit einem zweiten Durchmesser ausgebildet, wobei der Innendurchmesser des zweiten Leiters 22 eine Größe aufweist, so dass ein Ende des ersten Leiters 21 in den zweiten Leiter 22 hinein schiebbar bzw. einsetzbar ist. Sind die Leiter 21, 22 ineinander geschoben, so haben eine Außenfläche 71 des ersten Leiters 21 und eine Innenfläche 72 des zweiten Leiters 22 einen Abstand zueinander, um eine Kontakteinrichtung aufzunehmen. Der Querschnitt der Leiter ist vorzugsweise rund, es können jedoch auch andere korrespondierende Querschnitte vorgesehen sein.
-
Zwischen den Leitern 21, 22 ist das Kontaktsystem 1 angeordnet. Das Kontaktsystem 1 umfasst einen ersten Ring 31 und einen zweiten Ring 32, die nicht fest, d. h. durch Befestigungsmittel, miteinander verbunden sind. Die Ringe 31, 32 weisen den gleichen Innendurchmesser und den gleichen Außendurchmesser auf. Die Breite der Ringe 31, 32 in radialer Richtung entspricht dem Abstand zwischen der Mantelfläche des ersten Leiters 21 und der Innenfläche des zweiten Leiters 22 im zusammengesetzten Zustand. Die Ringe 31, 32 umgeben den ersten Leiter 21 im kontaktierenden Zustand wie abgebildet.
-
Jeder der Ringe 31, 32 ist mit mehreren, in axialer Richtung hervorstehenden Kontaktelementen 4 versehen. Die Kontaktelemente 4 sind an einem umlaufenden Teil 8 der Ringe 31, 32 angeordnet, der auch den Außenumfang der Ringe 31, 32 bildet, wobei die Kontaktelemente 4 in einer radiale Richtung nach innen von dem umlaufenden Teil 8 abstehen. Die Ringe 31, 32 sind so aufeinander aufgesetzt, dass die Kontaktelemente 4 zueinander weisen und intermittierend ineinander greifen. Die Kontaktelemente 4 an den Ringen 31, 32 sind voneinander beabstandet. Zwischen den Kontaktelementen 4 der Ringe 31, 32 sind daher jeweils Ausnehmungen angeordnet, in die die entsprechenden Kontaktelemente 4 des jeweils anderen Ringes 31, 32 im zusammengesetzten Zustand hineinragen, um so das Kontaktsystem 1 zu bilden. Der Abstand der Kontaktelemente 4 ist so gewählt, dass sich die an den jeweiligen Ringen 31 bzw. 32 angeordneten Kontaktelemente 4 an keiner Stelle berühren. In einer vorteilhaften Ausführungsform entspricht der Abstand zwischen den Kontaktelementen 4 des ersten Leiters 21 im Wesentlichen der Breite eines zwischen diesen aufzunehmenden Kontaktelement 4 des zweiten Leiters 22. Analog entspricht der Abstand zwischen den Kontaktelementen 4 des zweiten Leiters 22 im Wesentlichen der Breite eines zwischen diesen aufzunehmenden Kontaktelement 4 des zweiten Leiters 22.
-
Das Kontaktsystem 1 im verbundenen Zustand ist in den 2a und 2b deutlicher dargestellt, ausschnittsweise sind Querschnitte entlang von achsparallelen Schnittlinien gezeigt. Die Kontaktelemente 4 weisen jeweils eine erste innenliegende Kontaktfläche 61 und eine zweite, äußere Kontaktfläche 62 auf, mit der die Kontaktelemente 4 im verbundenen Zustand der Leiter 21, 22 an der Außenfläche 71 des ersten Leiters 21 bzw. an der Innenfläche 72 des zweiten Leiters 22 anliegen.
-
Die Kontaktelemente 4 sind so geformt, dass die erste Kontaktfläche 61 kleiner ist als die zweite Kontaktfläche 62.
-
Im kontaktierenden Zustand können die Kontaktelemente 4 in radialer Richtung vorgespannt sein, so dass diese mit einer Kraft an der Außenfläche 71 des ersten Leiters 21 anliegen, um so eine verbesserte elektrische Verbindung zu schaffen.
-
Um das Fügen der Ringe 31, 32 zu vereinfachen, können die Kontaktelemente 4 mit einer Schrägung 9 jeweils an einer der ersten Kontaktfläche 61 gegenüberliegenden Fläche vorgesehen sein, die zum einen eine relative Kippbewegung der Leiter 21, 22 ermöglicht und zum anderen eine Positionierhilfe beim Herstellen der Verbindung darstellt. Die Schrägung 9 verläuft in axialer Richtung der Ringe 31, 32 und in einer radialen Richtung nach innen und kann sich unmittelbar an den umlaufenden Teil 8 anschließen. Anstelle der Schrägung 9 können auch gekrümmte Flächen vorgesehen sein.
-
In 3 ist eine Querschnittsdarstellung durch zwei mit dem Kontaktsystem 1 verbundene Leiter dargestellt.
-
In einer alternativen Ausführungsform können die Ringe 31, 32 fest an dem ersten bzw. zweiten Leiter 21, 22 angebracht sein. Die Ringe 31, 32 bilden dadurch Flansche an den Leitern 21, 22. Der erste Leiter 21 weist dann an seiner Mantelfläche einen umlaufenden ersten Flansch 31 auf, der in radialer Richtung von dem ersten Leiter 21 nach außen absteht. Entsprechend weist der zweite Leiter 22 an seiner inneren Mantelfläche einen entsprechenden Flansch 32 auf, der in radialer Richtung von dem zweiten Leiter 22 nach innen absteht. Der Außendurchmesser des ersten Flansches 31 ist gleich oder kleiner als der Innendurchmesser des zweiten Leiters 22. Entsprechend ist der Innendurchmesser des zweiten Flansches 32 gleich oder größer als der Außendurchmesser des ersten Leiters 21, so dass die Leiter 21, 22 ineinandergeschoben werden können.
-
Um eine direkte Berührung der Kontakte 4 der jeweiligen Ringe 31, 32 vermeiden, ist ein aus isolierendem Material ausgeführter, vorzugsweise ringförmig ausgestalteter Abstandshalter vorgesehen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Kontaktsystem
- 21, 22
- Leiter
- 31, 32
- Ring
- 4
- Kontaktelement
- 61, 62
- Kontaktflächen
- 71
- Außenfläche
- 72
- Innenfläche
- 8
- umlaufender Teil
- 9
- Schrägung
