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Die Erfindung betrifft ein Verbindungselement zum Anschluss einer elektrischen Leitung an einen elektrisch leitenden Bauteilabschnitt nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verbindungsystem zum Anschluss von elektrischen Leitungen.
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Elektrische Verbraucher in Flugzeugen sind regelmäßig geerdet. Die Erdung erfolgt gewöhnlich über ein Massekabel, welches sich von dem Verbraucher erstreckt und häufig an einem elektrisch leitenden Strukturabschnitt des Flugzeugs angebunden ist. Bei einem bekannten Verbindungssystem zum Anschluss von elektrischen Leitungen erfolgt die Anbindung des Massekabels an dem Strukturabschnitt mittels eines Verbindungselementes, bspw. ein Kabelschuh, das mittels eines Schrauben-Mutter-Systems an dem Strukturabschnitt befestigt ist.
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Zur Montage des Verbindungselementes wird zuerst ein Strukturabschnitt vorbereitet. Hierzu wird in den Strukturabschnitt eine Schraubenbohrung eingebracht und der Strukturabschnitt dann mündungsseitig der Schraubbohrung oberflächengereinigt, d.h. von Beschichtungen und Schmutzpartikeln befreit bis ein blanke Metallringfläche freigelegt ist. Die blanke Metallringfläche dient zur Gewährleistung eines elektrischen Kontakts zwischen dem Verbindungselement und dem Strukturabschnitt. Anschließend wird das mit dem Massekabel versehene Verbindungselement mit der Schraube an dem Strukturabschnitt festgeschraubt. Beim Verschrauben wird das Verbindungselement gegen die blanke Metallringfläche gedrückt und so eine elektrische Verbindung zwischen dem Strukturabschnitt und dem Massekabel hergestellt. Zum Schutz vor Korrosion durch Feuchtigkeit im Bereich der blanken Metallringfläche werden das Verbindungselement, die Schraube, die Mutter und der Strukturabschnitt durch eine Lackbeschichtung versiegelt und somit luft- und feuchtigkeitsdicht zur Außenumgebung abgeschlossen. Zur Bildung der Lackschicht hat sich ein aufgrund seiner Farbe sogenannter Blaulack etabliert.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein alternatives Verbindungselement zu schaffen, das einen technisch einfachen und zeitlich optimierten Anschluss einer elektrischen Leitung an einen Abschnitt eines elektrisch leitenden Bauteils ermöglicht. Zudem ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Verbindungssystem mit einem derartigen Verbindungselement zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verbindungselement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Verbindungssystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7.
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Ein erfindungsgemäßes Verbindungselement zum Anschluss einer elektrischen Leitung an einen Abschnitt eines elektrisch leitenden Bauteils hat eine Leistungsaufnahme zur Aufnahme eines Leitungsabschnitts und eine Kontaktfläche, mittels der es in Kontakt mit einer Bauteilfläche bringbar ist. Zudem hat das Verbindungselement eine Befestigungsmittelaufnahme zur Aufnahme eines Befestigungsmittels zum Befestigen des Verbindungselements an dem Bauteilabschnitt, die im montierten Zustand die Kontaktfläche durchsetzt oder die sich von der Kontaktfläche erstreckt. Erfindungsgemäß hat das Verbindungselement eine kontaktflächenseitige Ringdichtung, die die Befestigungsmittelaufnahme in einem radialen Abstand umgreift.
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Bei der Montage des Verbindungselementes an dem Bauteilabschnitt wird das Verbindungselement an den Bauteilabschnitt gedrückt, wobei die Ringdichtung einen Ringbereich radial außen begrenzt und somit luft- und feuchtigkeitsdicht zur Außenumgebung abschließt. Im Ringbereich kann somit eine blanke Metallringfläche des Strukturabschnitts zur Gewährleistung eines elektrischen Kontakts zwischen dem Verbindungselement und dem Strukturabschnitt ausgebildet werden, die durch die Ringdichtung hermetisch gegenüber der Außenumgebung versiegelt ist. Die blanke Metallringfläche ist somit wirkungsvoll gegen Korrosion geschützt, wodurch das Auftragen einer luft- und feuchtigkeitsdichten Versiegelung entfallen kann. Das erfindungsgemäße Verbindungselement lässt sich somit technisch einfach und schnell montieren. Gleichzeitig wird durch die kontaktflächenseitige Ringdichtung verhindert, dass über die Kontaktfläche Feuchtigkeit in eine Bauteilbohrung eindringt, die zur Aufnahme der Befestigungsmittelaufnahme oder eines die Befestigungsmittelaufnahme durchsetzenden Befestigungsmittelabschnitts in den Bauteilabschnitt eingebracht ist.
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Bevorzugterweise ist die Ringdichtung fest mit der Kontaktfläche verbunden. Hierdurch wird verhindert, dass die Ringdichtung bei der Montage von dem Verbindungselement abfallen kann.
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Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Ringdichtung in eine Ringnut der Kontaktfläche eingesetzt. Hierdurch kann bspw. auf ein Klebemittel zur Fixierung der Ringdichtung an der Kontaktfläche verzichtet werden.
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Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Befestigungsmittelaufnahme eine Durchgangsbohrung bzw. ein Durchgangskanal zum Durchführen eines Befestigungsmittelabschnitts wie ein Schaft. Der Befestigungsmittelschaft ist beispielsweise der Schaft einer Schraube, die im Zusammenwirken mit einer Mutter, eine verliersichere und lösbare Anbindung des Verbindungselementes, bzw. der elektrischen Leitung an den Bauteilabschnitt ermöglicht. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel ist die Befestigungsmittelaufnahme ein sich integral von der Kontaktfläche erstreckender Bolzen mit einem Gewindeabschnitt zur Aufnahme einer Mutter. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Bolzen ein Schließringbolzen und die Mutter ein aufquetschbarer Schließring.
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Wenn die Befestigungsmittelaufnahme ein Durchgangskanal ist, kann zudem an einer zur Kontaktfläche entgegengesetzten Klemmfläche des Verbindungselementes eine Ringdichtung angeordnet sein, die im montierten Zustand die Befestigungsmittelaufnahme umgreift. Hierdurch wird verhindert, dass Feuchtigkeit über den Durchgangskanal zur blanken Metallringfläche gelangen kann.
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Weiterhin kann eine Ringdichtung zur Anordnung an einer zur Bauteilfläche entgegengesetzten Bauteilklemmfläche des Bauteilabschnittes vorgesehen sein, die im montierten Zustand die Befestigungsmittelaufnahme oder einen Befestigungsmittelschaft umgreift. Die Ringdichtung ist vorzugsweise an einem Schließelement angebunden, dass mit der Befestigungsmittelaufnahme bzw. einem Befestigungsmittelschaft in Wirkverbindung bringbar ist. Hierdurch wird verhindert, dass Feuchtigkeit über die Bauteilklemmfläche zur Bauteilbohrung und somit zur blanken Metallringfläche vordringen kann. In Kombination mit der kontaktflächenseitigen Ringdichtung ist die Bauteilbohrung an sich somit wirkungsvoll gegen Korrosion geschützt.
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Ein erfindungsgemäßes Verbindungssystem zum Anschluss einer elektrischen Leitung an einen Abschnitt eines elektrisch leitenden Bauteils hat ein erfindungsgemäßes Verbindungselement nach einem der vorherigen Ansprüche und ein Befestigungsmittel zum Befestigen des Verbindungselementes an dem Bauteilabschnitt, das im montierten Zustand die Kontaktfläche durchsetzt oder das sich von der Kontaktfläche erstreckt.
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Ein derartiges Verbindungssystem ermöglicht eine technisch einfache und schnelle Anbindung einer elektrischen Leitung an einen Abschnitt eines elektrisch leitenden Bauteils, da die Montage ohne die Verwendung von Zusatzstoffen wie einer Versiegelung und den zum Auftragen der Versiegelung notwendigen Zusatzwerkzeugen erfolgen kann. Zudem ist das Verbindungssystem quasi sofort einsatzfähig, da aufgrund der fehlenden Versiegelung keine Aushärtezeiten zu beachten sind.
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Wenn das Befestigungsmittel lösbar ist, kann durch den Wegfall der Versiegelung das Verbindungselement leicht demontiert und wiederverwendet werden, da eine Reinigung des Verbindungselementes von der Versiegelung entfällt. Bevorzugterweise ist das Befestigungsmittel eine Mutter, die auf einen Gewindeabschnitt der Befestigungsmittelaufnahme aufschraubbar ist. Hierdurch ist auch das Befestigungsmittel wiederverwendbar. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel ist das Befestigungsmittel ein auf die Befestigungsmittelaufnahme aufgequetschter bzw. aufquetschbarer Schließring. In dem letztgenannten Ausführungsbeispiel ist die Befestigungsmittelaufnahme ein Schließringbolzen zur Aufnahme des Schließrings.
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Sonstige vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
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Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand stark vereinfachter schematischer Darstellungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine modifizierte Risszeichnung eines erfindungsgemäßen Verbindungssystems,
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2 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verbindungselementes mit einem durch seine Befestigungsmittelaufnahme geführten Befestigungsmittel,
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3 eine perspektivische Unteransicht des erfindungsgemäßen Verbindungselementes, und
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4 eine perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Verbindungselements in Draufsicht.
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Gemäß der Darstellung in 1 hat ein erfindungsgemäßes Verbindungsteam 1 zum Anschluss zumindest einer elektrischen Leitung 2 an einen Bauteilabschnitt 4 eines elektrisch leitenden Bauteils ein Verbindungselement 6 und ein Befestigungsmittel 8. Die elektrische Leitung 2 ist beispielsweise ein Massekabel eines elektrischen Verbrauchers in einem Flugzeug und der Bauteilabschnitt 4 ein Strukturabschnitt einer metallisches Flugzeugprimärstrukturelementes wie ein Stringer oder ein Spant. Der metallische Bauteilabschnitt 4 kann jedoch auch ein Abschnitt eines elektrischen Leitungssystems sein, das gegenüber der Flugzeugprimärstruktur elektrisch isoliert ist, wie beispielsweise bei faserverbundwerkstoffbasierten Flugzeugprimärstrukturen.
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Das Verbindungselement 6 ist metallisch und ist in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel als ein sogenannter Kabelschuh ausgebildet. Es hat, wie in 1 und 2, gezeigt eine Leitungsaufnahme 10 zum Anschluss der elektrischen Leitung 2 sowie einen Befestigungsabschnitt mit einer Kontaktfläche 12 zur Anlage an einer Bauteilfläche 14. Die Leitungsaufnahme 10 umgreift einen freien abisolierten Endabschnitt der elektrischen Leitung 2 und ist mit diesem kraftschlüssig verbunden. Der Befestigungsabschnitt ist von einer beispielsweise als Durchgangskanal ausgebildeten Befestigungsmittelaufnahme 16 zur Aufnahme des Befestigungsmittels 8 durchsetzt, die sich orthogonal zur Kontaktfläche 12 erstreckt. Bei einem alternativen nicht gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Befestigungsmittelaufnahme ein sich von der Kontaktfläche 12 erstreckender Schraubbolzen, Klemmbolzen, eine Rastnase und dergleichen. An der Kontaktfläche 12 ist eine Ringdichtung 18 angeordnet, die die Befestigungsmittelaufnahme 16 in einem Radialabstand umgreift und somit einen in 3 gezeigten Ringbereich 20 radial außen begrenzt. Die Ringdichtung 18 ist an der Kontaktfläche 12 fixiert. Die Fixierung kann mittels eines Klebemittels und/oder durch Anordnung der Ringdichtung 18 in einer nicht gezeigten Ringnut erfolgen, die eine derartige Tiefe (Erstreckung in axialer Richtung der Befestigungsmittelaufnahme 16) hat, dass im nicht montierten Zustand des Verbindungselementes 6 an dem Bauteilabschnitt 4 die Ringdichtung 18 mit einem Ringabschnitt aus dieser hervorsteht.
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Wie in 1 beziffert, hat das Verbindungselement 6 des Weiteren eine Klemmfläche 22, die entgegengesetzt zur Kontaktfläche 12 ausgebildet ist und somit in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ebenfalls von der Befestigungsmittelaufnahme 16 durchsetzt wird. An der Klemmfläche 22 ist ebenfalls eine Ringdichtung 24 angeordnet, die, wie in 4 gezeigt, die Befestigungsmittelaufnahme 16 in einem radialen Abstand umgreift und somit ebenfalls einen Ringbereich 26 radial außen begrenzt. Die Ringdichtung 24 ist fest mit der Klemmfläche 22 verbunden. Ihre Fixierung kann dabei entsprechend der Anbindung der Ringdichtung 18 an die Kontaktfläche 12 erfolgen. Sie kann somit ebenfalls mittels eines Klebemittels und/oder durch Einsetzen in eine nicht gezeigte Ringnut an der Klemmfläche 22 angeordnet sein, wobei die Ringnut eine derartige Tiefe (Erstreckung in axialer Richtung der Befestigungsmittelaufnahme 16) hat, dass im nicht montierten Zustand des Verbindungselementes 6 an dem Bauteilabschnitt 4 die Ringdichtung 24 mit einem Ringabschnitt aus dieser hervorsteht.
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Das Verbindungselement 6 ist in diesem Ausführungsbeispiel somit ein Kabelschuh, der an seiner Oberseite (Klemmfläche 22) und Unterseite (Kontaktfläche 12) mit einer Ringdichtung 18, 24 versehen ist, die jeweils radial von der Befestigungsmittelaufnahme 16 beabstandet ist und bei der Montage zusammengedrückt wird. Die Ringdichtungen 18, 24 dichten jeweils radial außen einen die Befestigungsmittelaufnahme 16 umgebenden Ringbereich 20, 26 ab.
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Das Befestigungselement 8 setzt sich in dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus einer metallischen Schraube 28 und einer metallischen Mutter 30 zusammen. Die Schraube 28 hat einen radial verbreiterten Kopf 32 und einen sich durch eine Bauteilbohrung 34 im Bauteilabschnitt 4 erstreckenden Schaft 36, der an seinem freien Ende mit einem Gewindeabschnitt 38 zur Aufnahme der Mutter 30 versehen ist.
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Zudem ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel dem Befestigungselement 8 eine Unterlegscheibe 40 zur Positionierung zwischen der Klemmfläche 22 des Verbindungselementes 6 und dem Kopf 32 der Schraube 28 bzw. der Befestigungsmittels 8 zugeordnet. Durch Verwendung der Unterlegescheibe kann eine Beschädigung der klemmflächenseitigen Ringdichtung 24 beim Anziehen des Befestigungsmittels 8 verhindert werden.
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Die Mutter 30 hat in dem gezeigten Ausführungsbeispiel einen intergierten radial vergrößerten Anlagekragen 42 zur Anlage an einer zur Bauteilfläche 14 entgegengesetzten Bauteilklemmfläche 44 des Bauteilabschnitts 4. An dem Anlagekragen 42 kann eine nicht gezeigte Ringdichtung vorgesehen sein, die die Bauteilbohrung 34 im montierten Zustand umgreift. Die anlagenkragenseitige Ringdichtung kann in Anlehnung an die kontaktflächenseitige Ringdichtung 18 und die klemmflächenseitigen Ringdichtung 24 an einer Kragenfläche 46 fixiert sein.
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Der Bauteilabschnitt 4 ist zum Anschluss des Verbindungselementes 2 mit der Bauteilbohrung 34 versehen. Zur Gewährleistung eines elektrischen Kontaktes zwischen dem Bauteilabschnitt 4 und der Kontaktfläche 12 des Verbindungselementes 6 ist die Bauteilfläche 14 im Außenbereich der Bauteilbohrung 34 ringförmig oberflächengereinigt. Durch die Reinigung werden Beschichtungen und Schmutzpartikel entfernt, sodass eine blanke Metallringfläche 48 entsteht, die die Bohrung 34 im Mündungsbereich umgreift. Ein Innendurchmesser der kontaktflächenseitigen Ringdichtung 18 und ein Außendurchmesser der Metallringfläche 48 sind dabei derart aufeinander abgestimmt, dass die Ringdichtung 18 die Metallringfläche 48 vollflächig umschließt. D. h. der Außendurchmesser der Metallringfläche 48 ist kleiner als der Innendurchmesser der kontaktflächenseitigen Ringdichtung 18.
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Im montierten Zustand wird durch ein Anziehen des Befestigungsmittels 8 das Verbindungselement 6 gegen den Bauteilabschnitt 4 gezogen, wobei der kontaktflächenseitige Ringbereich 20 gegen die Metallringfläche 48 gedrückt wird und hierdurch eine verlässliche elektrische Verbindung zwischen dem Bauteilabschnitt 4 und der elektrischen Leitung 2 hergestellt wird. Die kontaktflächenseitige Ringdichtung 18 wird zusammengedrückt und legt sich hierdurch dichtend an die Kontaktfläche 12 sowie an die Bauteilfläche 14 an, wodurch der kontaktflächenseitige Ringbereich 20 gegenüber der Außenumgebung hermetisch abgeschlossen ist. Gleichzeitig wird die klemmflächenseitige Ringdichtung 24 zwischen der Unterlegscheibe 40 und der Klemmfläche 22 eingeklemmt, wodurch ein Feuchtigkeitseintritt entlang der Befestigungsmittelaufnahme 16 in Richtung der Metallringfläche 48 verhindert wird. Zudem wird die mutterseitige Ringdichtung im montierten Zustand gegen den Bauteilabschnitt 4 gedrückt, wodurch ein Feuchtigkeitseintritt entlang der Bauteilbohrung 34 in Richtung der Metallringfläche 48 verhindert wird und somit ferner die Bauteilbohrung 34 innenwandig gegen Korrosion geschützt ist.
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Es sei erwähnt, dass zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen dem Verbindungselement 6 und Bauteilabschnitt 4 nicht zwangsläufig eine blanke Metallringfläche 48 gebildet werden muss. Das Entfernen von oberflächenseitigen Beschichtungen und Verunreinigungen kann sich jedoch günstig auf die elektrische Verbindung auswirken.
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Offenbart ist ein Verbindungselement zum Anschluss einer elektrischen Leitung an einen Abschnitt eines elektrisch leitenden Bauteils, das eine Leitungsaufnahme zur Aufnahme eine Leitungsabschnittes und eine Kontaktfläche hat, mittels der es in Kontakt mit einer Bauteilfläche bringbar ist, und mit einer Befestigungsmittelaufnahme zur Aufnahme eines Befestigungsmittels zum Befestigen des Verbindungselementes an dem Bauteilabschnitt, die im montierten Zustand die Kontaktfläche durchsetzt oder sich von der Kontaktfläche erstreckt, wobei eine kontaktflächenseitige Ringdichtung die Befestigungsmittelaufnahme in einem radialen Abschnitt umgreift, sowie ein Verbindungssystem mit einem derartigen Verbindungselement und einem Befestigungsmittel.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Verbindungssystem
- 2
- elektrische Leitung
- 4
- Bauteilabschnitt
- 6
- Verbindungselement
- 8
- Befestigungsmittel
- 10
- Leitungsaufnahme
- 12
- Kontaktfläche
- 14
- Bauteilfläche
- 16
- Befestigungsmittelaufnahme
- 18
- Ringdichtung
- 20
- Ringbereich
- 22
- Klemmfläche
- 24
- Ringdichtung
- 26
- Ringbereich
- 28
- Schraube
- 30
- Mutter
- 32
- Kopf
- 34
- Bauteilbohrung
- 36
- Schaft
- 38
- Gewindeabschnitt
- 40
- Unterlegscheibe
- 42
- Anlagekragen
- 44
- Bauteilklemmfläche
- 46
- Kragenfläche
- 48
- Metallringfläche
