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Die Erfindung betrifft eine Anschlussklemme zur Kontaktierung eines Aluminiumleiters.
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Aluminiumleiter haben den Nachteil, dass sich an ihrer Oberfläche eine nichtleitende Oxidschicht ausbildet, welche die Kontaktierung des Aluminiumleiters behindert. In Kontakt mit Luft bildet sich diese Oxidschicht sehr schnell aus. Ist ein innerhalb der Anschlussklemme an einem stromführenden Element ausgebildeter Klemmabschnitt, an welchem der Aluminiumleiter in einem geklemmten Zustand anliegt, nicht gasdicht verschlossen, kann sich diese Oxidschicht auch während der Kontaktierung im Bereich des Klemmabschnittes ausbilden. Die Folge ist ein erhöhter Kontaktwiderstand, der wiederum zu einer Temperaturerhöhung im Bereich des Klemmabschnittes führen kann, was bis zu einer Überhitzung des Klemmabschnittes und dadurch zu Bränden innerhalb der Anschlussklemme führen kann.
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Zur Entfernung der Oxidschicht von dem Aluminiumleiter ist es bekannt, vor dem Einführen des Aluminiumleiters in die Anschlussklemme die an dem Aluminiumleiter anhaftende Oxidschicht durch Bürsten oder Abätzen zu entfernen. Jedoch kann hiermit die Oxidschicht nur temporär entfernt werden und es besteht kein Schutz vor der Ausbildung einer neuen Oxidschicht während der Kontaktierung des Aluminiumleiters in der Anschlussklemme.
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Weiter ist es bekannt, die Oberfläche des Aluminiumleiters mittels Vaseline zu passivieren.
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Ferner sind Anwendungen bekannt, bei denen in die Anschlussklemme, im Bereich des Klemmabschnittes ein Weißblech eingelegt wird, welches die Oxidschicht am Aluminiumleiter aufbrechen soll und gleichzeitig den Aluminiumleiter durch eine Verzinnung passivieren soll. Nachteilig hierbei ist, dass ein zusätzliches Bauteil in die Anschlussklemme eingebracht werden muss.
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Eine andere Lösung sieht vor, dass mit Hilfe von großen Kräften der Aluminiumleiter beim Anschließen an dem Klemmabschnitt umgeformt wird. Hierbei bricht zum einen die Oxdischicht an dem Aluminiumleiter auf und zum anderen können hier zwischen dem Aluminiumleiter und dem Klemmabschnitt Kaltverschweißungen entstehen, deren elektrischer Widerstand über die Einsatzdauer stabil bleibt. Nachteilig hierbei ist, dass der Aluminiumleiter bei mehrmaligen Anschluss gekürzt und neu abisoliert werden muss. Zudem ist dieses Verfahren nicht bei mehr- und feindrähtigen Aluminiumleitern anwendbar, da bei diesen einzelne Litzen abgeschert werden. Zudem ist dieses Verfahren nur bei Schraubanschlussklemmen und nicht bei Federkraftklemmen realisierbar.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Anschlussklemme zur Verfügung zu stellen, mittels welcher bei einer Kontaktierung eines Aluminiumleiters ein geringer, gleichbleibender Kontaktwiderstand zwischen dem Aluminiumleiter und einem Klemmabschnitt eines stromführenden Elementes der Anschlussklemme über die gesamte Dauer der Kontaktierung gewährleistet werden kann.
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Bei einer Anschlussklemme der eingangs näher bezeichneten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Anschlussklemme mindestens ein stromführendes Element, welches einen Klemmabschnitt aufweist, an welchem der Aluminiumleiter in einem geklemmten Zustand zur Ausbildung der Kontaktierung anliegt, aufweist, wobei in einer Außenfläche des Klemmabschnittes des stromführenden Elementes Partikel ortsfest eingebettet sind, wobei die Partikel mit mindestens einem ihrer Kantenbereiche von der Außenfläche des Klemmabschnittes derart hervorstehen, dass bei der Ausbildung der Kontaktierung mittels der Partikel eine an dem Aluminiumleiter ausgebildete Oxidschicht aufgebrochen wird.
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Zweckmäßige Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die an dem Klemmabschnitt eines stromführenden Elementes der Anschlussklemme angeordneten Partikel bewirken, dass insbesondere beim Einführen des Aluminiumleiters in die Anschlussklemme und damit der Ausbildung der Kontaktierung die an dem Aluminiumleiter anhaftende Oxidschicht aufgebrochen wird, wobei das Aufbrechen der Oxidschicht insbesondere durch Aufbringen einer hohen Flächenpressung mittels der Partikel auf die Oxidschicht bewirkt wird, sodass die Oxidschicht aufplatzt. Durch eine eventuelle zusätzliche Bewegung des Aluminiumleiters relativ zu dem Klemmabschnitt oder des Klemmabschnittes relativ zu dem Aluminiumleiter können die Partikel auf die Oberfläche des Aluminiumleiters und damit auf die Oxidschicht eine zusätzliche Kraft ausüben, wodurch das Aufbrechen der Oxidschicht unterstützt werden kann. Die Partikel können dafür eine Härte aufweisen, welche größer ist als die Härte der Oxidschicht. Dies ist jedoch nicht zwingend notwendig.
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Die Partikel sind ortsfest in die Außenfläche des Klemmabschnittes eingebettet, wodurch eine Positionsänderung, insbesondere ein Verschieben, der Partikel verhindert werden kann und die Partikel somit beim Aufbrechen der Oxidschicht und damit bei einer hohen Kraftaufbringung an ihrer Position an der Außenfläche des Klemmabschnittes verbleiben. Die Partikel werden dafür vorzugsweise bei der Herstellung des stromführenden Elementes bereits in der Außenfläche des Klemmabschnittes eingebettet, so dass die Partikel mit einem Teilbereich fest in der Außenfläche des Klemmabschnittes positioniert sind und hieraus nicht mehr lösbar sind. Durch das Einbetten, was bedeutet, dass die Partikel mit einem Teilbereich in das Material der Außenfläche hineinragen bzw. eingetaucht sind, kann eine besonders feste Verbindung zwischen den Partikeln und dem Klemmabschnitt des stromführenden Elementes erreicht werden, wodurch ein Verschieben der Partikel aus ihrer Position sicher verhindert werden kann. Die Außenfläche des Klemmabschnittes des stromführenden Elementes ist aus einem festen Material, welches weder fließfähig noch pastenförmig ist, ausgebildet. Mit dem nicht eingebetteten Teilbereich stehen die Partikel mit mindestens einem ihrer Kantenbereiche von der Außenfläche des Klemmabschnittes ab, so dass die Oberfläche der Außenfläche des Klemmabschnittes keine glatte Fläche mehr ist, sondern eine Vielzahl von durch die Partikel ausgebildete Auswölbungen aufweist. Die von der Außenfläche abstehenden Kantenbereiche sind vorzugsweise scharfkantig ausgebildet, wodurch die Oxidschicht besonders gut und vollständig aufgebrochen werden kann. Die Partikel können leitfähig oder nichtleitfähig sein. Durch die ortsfeste Einbettung der Partikel in die Außenfläche des Klemmabschnittes des stromführenden Elementes verbleiben die Partikel beim Lösen des Aluminiumleiters aus dem geklemmten Zustand in ihrer Position an dem stromführenden Element, so dass mittels der Anschlussklemme eine Mehrfachklemmung möglich ist und diese somit wiederverwendbar ist. Auch der Aluminiumleiter kann nach dem Lösen aus dem geklemmten Zustand wieder neu in derselben oder einer anderen Anschlussklemme kontaktiert werden, ohne dass der Aluminiumleiter gekürzt und neu abisoliert werden muss. Durch die ortsfeste Lagerung bzw. Einbettung der Partikel in der Außenfläche des Klemmabschnittes kann ferner erreicht werden, dass die Partikel an dem Aluminiumleiter zu lokal hohen Umformgraden führen, wodurch eine gasdichte Verbindung und/oder eine Kaltverschweißung zwischen dem Klemmabschnitt und dem Aluminiumleiter ausgebildet werden kann, so dass auch während der Kontaktierung keine Oxidschicht mehr an dem Aluminiumleiter gebildet werden kann. Mittels der Anschlussklemme ist es somit möglich, über die gesamte Dauer der Klemmung eines Aluminiumleiters in einer Anschlussklemme einen konstanten, vom Wert her geringen Kontaktwiderstand zwischen dem Klemmabschnitt des stromführenden Elementes und dem Aluminiumleiter gewährleisten zu können.
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Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Außenfläche des Klemmabschnittes durch eine Oberfläche des stromführenden Elementes gebildet und die Partikel sind ortsfest in der Oberfläche eingebettet. Hierbei ist somit die Außenfläche des Klemmabschnittes auch gleichzeitig die Oberfläche des stromführenden Elementes, was bedeutet, dass auf der Oberfläche des stromführenden Elementes keine Beschichtung vorgesehen ist, welche die Außenfläche des Klemmabschnittes ansonsten bilden würde. Demzufolge ist bei dieser Ausgestaltung das Material der Außenfläche des Klemmabschnittes dasselbe Material wie das Material des stromführenden Elementes. Die Partikel können bei dieser Ausgestaltung beispielsweise durch ein Sputter-Verfahren in die Außenfläche des Klemmabschnittes bzw. die Oberfläche des stromführenden Elementes eingebettet werden.
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Alternativ ist es möglich, dass die Außenfläche des Klemmabschnittes durch eine auf einer Oberfläche des stromführenden Elementes ausgebildete Beschichtungsschicht ausgebildet ist und die Partikel ortsfest in der Beschichtungsschicht eingebettet sind. Die Beschichtungsschicht ist eine auf die Oberfläche des stromleitenden Elementes aufgebrachte, feste und somit weder fließfähige noch pastenförmige Schicht. Die Oberfläche der Beschichtungsschicht bildet dann die Außenfläche des Klemmabschnittes aus, so dass bei dieser Ausgestaltung das Material der Außenfläche des Klemmabschnittes ein anderes Material ist als das Material des stromführenden Elementes. Die Partikel sind dann ortsfest in die feste Beschichtungsschicht eingebettet. Die Partikel können hier beispielsweise durch einen Galvanikprozess oder ein thermisches Spritzverfahren aufgebracht werden, um in die Außenfläche des Klemmabschnittes und damit in die Beschichtungsschicht eingebettet zu werden.
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Die Beschichtungsschicht ist vorzugsweise aus Zinn, Nickel, Gold und/oder Silber ausgebildet und weist somit vorzugsweise eine gute Leitfähigkeit auf.
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Die Partikel können beispielsweise aus einem Keramikmaterial, einem Sintermetall, einem Eisenmetall, einem Nichteisenmetall oder einem Graphitmaterial ausgebildet sein, wobei die Partikel somit aus einem leitfähigen Material ausgebildet sein können. Als Keramikmaterial kann beispielsweise Calciumhexaborid (CaB6), Zirkondiborid (ZrB2), Titan-Diborid (TiB2), Borcarbid (B4C) oder Siliciumcarbid (SiC) verwendet werden. Alternativ können die Partikel aber auch aus einem nichtleitfähigen Material, wie beispielsweise Siliziumoxid oder Aluminiumoxid, ausgebildet sein.
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Um ein sicheres Aufbrechen der Oxidschicht gewährleisten zu können, weisen die Partikel vorzugsweise eine Größe von 0,001 bis 5 mm auf. Besonders bevorzugt weisen die Partikel eine Größe von 0,01 bis 0,1 mm auf.
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Das stromführende Element kann beispielsweise ein Strombalken, eine Klemmhülse oder ein Druckstück sein. Andere Elemente, die mit dem Aluminiumleiter in Berührung kommen und eine Kontaktierung ausbilden können, können ebenfalls als stromführendes Element ausgebildet sein.
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Die Anschlussklemme kann eine Federkraftklemme oder eine Schraubanschlussklemme sein, so dass hier keine Beschränkung auf einen Anschlussklemmentyp gegeben ist, so dass die Anschlussklemme in verschiedensten Anwendungsbereichen eingesetzt werden kann.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert.
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Es zeigen
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1 eine schematische Schnittdarstellung einer Kontaktierung eines Aluminiumleiters mit einem stromführenden Element einer Anschlussklemme gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung, und
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2 eine schematische Schnittdarstellung einer Kontaktierung eines Aluminiumleiters mit einem stromführenden Element einer Anschlussklemme gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
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In 1 und 2 ist jeweils ein stromführendes Element 1 einer Anschlussklemme gezeigt, welches einen Klemmabschnitt 2 aufweist, an welchem in einem geklemmten Zustand, wie er in 1 und 2 gezeigt ist, ein Aluminiumleiter 3 zur Ausbildung einer Kontaktierung anliegt. Das stromführende Element 1 ist hier in Form eines Strombalkens ausgebildet. An einer Außenfläche 4 des Klemmabschnittes 2 sind mehrere Partikel 5 ortsfest eingebettet, welche mehrere Kantenbereiche aufweisen, die vorzugsweise scharfkantig ausgebildet sind. Die Partikel 5 sind nicht vollständig in der Außenfläche 4 des Klemmabschnittes 2 eingebettet, sondern ein erster Teilbereich der Partikel 5 ist in die Außenfläche 4 des Klemmabschnittes 2 eingebettet und ragt somit in das Material des Klemmabschnittes 2 hinein. Ein zweiter Teilbereich der Partikel 5, welcher mindestens einen Kantenbereich aufweist, überragt die Außenfläche 4 und steht derart von der Außenfläche 4 des Klemmabschnittes 2 ab, dass bei einem Aufbringen des Aluminiumleiters 3 auf den Klemmabschnitt 2 und damit auf die Außenfläche 4 des Klemmabschnittes 2 die Partikel 5 mit ihren hervorstehenden Kantenbereichen in die Außenfläche des Aluminiumleiters 3 eintauchen und dadurch aufgrund der dabei aufgebrachten hohen Flächenpressung die an der Außenfläche des Aluminiumleiters 3 ausgebildete Oxidschicht aufgebrochen wird, indem diese aufplatzt. Ferner erfolgt an den Bereichen, wo die Partikel 5 in die Außenfläche des Aluminiumleiters 3 eintauchen, eine lokale Verformung des Aluminiumleiters 3, wodurch eine gasdichte Verbindung und gegebenenfalls eine Kaltverschweißung zwischen den Partikeln 5 und damit dem Klemmabschnitt 2 des stromführenden Elementes 1 und dem Aluminiumleiter 3 ausgebildet werden kann. Die Partikel 5 sind ortsfest in die Außenfläche 4 des Klemmabschnittes 2 eingebettet, so dass die Partikel 5 eine feste Position aufweisen und auch bei einem Einführen oder Lösen des Aluminiumleiters 3 in ihrer festen Position verbleiben und nicht bewegt bzw. verschoben werden können.
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Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform ist die Außenfläche 4 des Klemmabschnittes 2 durch eine auf einer Oberfläche 6 des stromführenden Elementes 1 ausgebildete Beschichtungsschicht 7 ausgebildet und die Partikel 5 sind in die Beschichtungsschicht 7 beispielsweise durch einen Galvanikprozess oder ein thermisches Spritzverfahren eingebettet. Die Beschichtungsschicht 7 bildet eine feste Schicht aus und ist somit weder fließfähig noch pastenförmig.
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Bei der in 2 gezeigten Ausführungsform ist hingegen keine Beschichtungsschicht vorgesehen, sondern die Außenfläche 4 des Klemmabschnittes 2 wird unmittelbar ohne Zwischenschichten durch die Oberfläche 6 des stromführenden Elementes 1 ausgebildet, so dass die Partikel 5 unmittelbar in die Oberfläche 6 des stromführenden Elementes 1 beispielsweise durch ein Sputter-Verfahren ortsfest eingebettet sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stromführendes Element
- 2
- Klemmabschnitt
- 3
- Aluminiumleiter
- 4
- Außenfläche
- 5
- Partikel
- 6
- Oberfläche
- 7
- Beschichtungsschicht
