DE102014103826A1

DE102014103826A1 - Paralleler Schraubanschluss

Info

Publication number: DE102014103826A1
Application number: DE102014103826.6A
Authority: DE
Inventors: Xiafu Wang; Martin Schmidt; Nicole Spilker; Stefan Garske
Original assignee: Harting Electric GmbH and Co KG
Current assignee: Harting Electric Stiftung and Co KG
Priority date: 2014-03-20
Filing date: 2014-03-20
Publication date: 2015-09-24
Also published as: EP3120420A1; CN106104926A; WO2015139682A1; US20170005420A1; RU2016141059A3; KR20160132448A; RU2016141059A

Abstract

In parallelen Schraubanschlüssen 3, die bevorzugt in Reihenklemmen eingesetzt werden, ist die Kraftübertragung von der Anschlussschraube 32 auf elektrische Leiter 4 welche unterschiedliche Durchmesser aufweisen, nicht immer optimal. Zur Lösung wird vorgeschlagen, dass der Klemmkörper 33 im oder am Anschlussgehäuse 31 sowohl verschiebbar als auch um eine Drehachse drehbar gelagert ist. Durch das Einschrauben der Anschlussschraube 32 verschiebt sich der Klemmkörper 33 nun in Richtung des elektrischen Leiters 4, kontaktiert den elektrischen Leiter 4 daraufhin mechanisch, dreht sich daraufhin durch ein weiteres Einschrauben der Anschlussschraube 32 um eine Drehachse und presst dadurch den elektrischen Leiter 4 mit entsprechend großer Kraft gegen die Stromschiene 2. Somit kann eine optimale Andruckkraft auch unabhängig vom jeweiligen Durchmesser des elektrischen Leiters 4 gewährleistet werden.

Description

Die Erfindung betrifft einen parallelen Schraubanschluss nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Kontaktieren einer Stromschiene gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 15.
Derartige Schraubanschlüsse werden bevorzugt in Reihenklemmen eingesetzt, die ihrerseits beispielsweise in Schaltschränken Verwendung finden. Ein solcher Schraubanschluss dient innerhalb solcher Reihenklemmen der Kontaktierung eines elektrischen Leiters, insbesondere eines abisolierten Bereichs eines elektrischen Kabels, mit einer Stromschiene. Dabei besitzt der Schraubanschluss eine Anschlussschraube, deren Achse aus Platzgründen parallel zum eingeführten elektrischen Leiter und in der Regel auch parallel zur Stromschiene verläuft, woraus sich auch die Namensgebung „paralleler Schraubanschluss“ herleitet.
Stand der Technik
Im Stand der Technik gibt es mehrere Varianten, um die Schraubkraft zur Kontaktierung der Stromschiene mit dem elektrischen Leiter idealerweise rechtwinklig zu ihrer Ursprungsrichtung umzuleiten.
Die Druckschrift DE 8911218 U1 beschreibt ein entsprechendes elektrisches Druckübertragunselement für eine Anschlussklemme.
Aus der Druckschrift DE 7533712 U1 ist eine Klemmvorrichtung für den Anschluss elektrischer Leiter bekannt, die einen Klemmkörper aufweist, der aus einem Blechstreifen gebogen ist und eine in sich geschlossene Form aufweist. Die Klemmvorrichtung umfasst ferner ein mittels einer Klemmschraube verstellbares Druckübertragungsorgan, welches als loser, lediglich vom Klemmkörper geführter Klemmbügel ausgebildet ist, auf dessen eines Ende eine Klemmschraube wirkt, bei deren Betätigung der Klemmbügel um einen Drehpunkt, der in einer Aussparung des Klemmkörpers oder lose an einem beliebigen Auflagepunkt des Klemmkörperinnenraumes an einer Haltenase vorgesehen ist, in Richtung des Leitereinführungskanales verlagert wird. Dadurch wird der eingeschobene Leiter zwischen Klemmkörperinnenkante und Klemmbügel festgeklemmt.
Darauf aufbauend offenbart die Druckschrift DE 29902870 U1 eine Klemmvorrichtung für den Anschluss elektrischer Leiter mit einem Klemmkörper, der aus einem Blechstreifen in eine U-Form gebogen ist, einem im Klemmkörper mittels einer Pendellagerung gelagerten Klemmbügel, der mittels einer Klemmschraube in Richtung eines Leitereinführungskanales verlagerbar ist und zum Festklemmen des eingeschobenen Leiters an der Klemmkörperinnenkante und/oder einer Stromschiene ausgelegt ist, wobei der Klemmbügel eine Haltenase aufweist, die beim Kraftschluss zwischen Klemmbügel und eingeschobenem Leiter im Wesentlichen die zwischen Klemmbügel und Leiter auftretenden Kräfte aufnimmt, derart, dass die Pendellagerung zwischen Klemmbügel und Klemmkörper von Kräften parallel zur Klemmschraubenrichtung entlastet ist.
Nachteilig bei diesem Stand der Technik ist, dass dabei die Kraftübertragung von der Anschlussschraube auf den elektrischen Leiter, insbesondere in Abhängigkeit vom Querschnitt des eingeschobenen elektrischen Leiters, nicht optimal ist.
Aufgabenstellung
Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, einen parallelen Schraubanschluss anzugeben, der einerseits möglichst variabel in Bezug auf den Querschnitt des elektrischen Leiters ist, und der insbesondere unabhängig von dem Querschnitt des elektrischen Leiters eine möglichst gute Kraftübertragung zwischen der Schraubkraft und der Andruckkraft gewährleistet.
Diese Aufgabe wird in einem ersten Aspekt mit einem parallelen Schraubanschluss der eingangs erwähnten Art durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst.
In einem weiteren Aspekt wird die Aufgabe durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des unabhängigen Verfahrensanspruchs 15 gelöst.
Dabei bezeichnet die Schraubkraft diejenige Kraft, welche die Anschlussschraube auf den Klemmkörper ausübt. Die Andruckkraft verläuft idealerweise senkrecht dazu und bezeichnet diejenige Kraft, mit welcher der elektrische Leiter von dem Klemmkörper gegen die Stromschiene gepresst wird. Die Qualität der Kraftübertragung ist durch den Quotienten aus Schraubkraft und Andruckkraft gegeben.
Unter dem Begriff „paralleler Schraubanschluss“ ist ein elektrischer Anschluss zu verstehen, der dazu vorgesehen ist, einen eingeschobenen elektrischen Leiter, bevorzugt ein elektrisches Kabel an seinem abisolierten Bereich, beispielsweise mit einer Stromschiene elektrisch leitend zu verbinden, wobei die Achse der zum Schraubanschluss gehörenden Anschlussschraube parallel zu dem eingeschobenen elektrischen Leiter verläuft. Derjenige Kraftvektor, der durch Einschrauben der Anschlussschraube entsteht und dadurch zunächst parallel zu deren Achse gerichtet ist, muss daher, beispielsweise durch einen Klemmkörper, idealerweise rechtwinklig zu seiner ursprünglichen Richtung umgelenkt werden. Dadurch presst der Klemmkörper den elektrischen Leiter, mit dem er durch das Einschrauben der Anschlussschraube in direktem mechanischen Kontakt steht, gegen die die Stromschiene, wodurch ein in der Regel sehr gut leitender elektrischer Kontakt zwischen dem elektrischen Leiter und der Stromschiene zustande kommt.
Der Schraubanschluss kann dazu ein Anschlussgehäuse besitzen, welches an einer ersten Seite eine erste Öffnung aufweist und an einer der ersten Seite gegenüber liegenden zweiten Seite eine zweite Öffnung aufweist.
Die erste Öffnung kann zum Einführen eines der beiden Enden der Stromschiene vorgesehen sein; die zweite Öffnung kann der Aufnahme des elektrischen Leiters dienen. Somit können die Stromschiene und der elektrische Leiter, insbesondere das elektrische Kabel mit seinem dazugehörigen abisolierten Bereich, aus entgegengesetzten Richtungen in das Anschlussgehäuse eingeführt werden und darin miteinander elektrisch kontaktieren.
Weiterhin kann das Anschlussgehäuse an seiner zweiten Seite eine kreisrunde Schrauböffnung aufweisen, die bevorzugt ein Innengewinde besitzt. In diese Schrauböffnung kann die Anschlussschraube auch im nicht kontaktierenden Zustand bereits zumindest teilweise eingeschraubt sein. Die Anschlussschraube wird aus der gleichen Richtung eingeschraubt, aus der auch der elektrische Leiter, insbesondere der abisolierte Bereich des elektrischen Kabels, eingeführt wird, so dass es sich bei dem Schraubanschluss um einen parallelen Schraubanschluss handelt.
Diese Parallelität ermöglicht die Verwendung einer Vielzahl solcher Schraubanschlüsse beispielsweise in einer Reihenklemme und deren Anordnung sowohl über- als auch nebeneinander in einem Isolierkörper, was eine entsprechend einfache Bedienung und Zuordnung ermöglicht. Es können also auf engem Raum eine Vielzahl von elektrischen Kabeln übersichtlich in eine solche Reihenklemme eingeführt und angeschlossen werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die vorliegende Erfindung besitzt den Vorteil, dass eine optimale Andruckkraft auch unabhängig vom jeweiligen Kabelquerschnitt gewährleistet werden kann.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass ein elektrisches Kabel, das mit der Stromschiene kontaktiert werden soll, nur in einem vergleichsweise kurzen Bereich abisoliert zu sein braucht, was den händischen Bedienaufwand erleichtert.
Weiterhin gestattet die durch die gute Kraftübertragung gewährleistete hohe Andruckkraft eine sichere Montage und eine stabile Kontaktierung auch über einen vergleichsweise langen Zeitraum und insbesondere auch unter Einwirkung von Vibrationen.
Besonders vorteilhaft wirkt es sich dabei aus, wenn der Klemmkörper symmetrisch ausgeführt ist, insbesondere besteht diese Symmetrie bezüglich einer Drehung um seine Drehachse um einen diskreten Winkel, es handelt sich dann dabei also um eine n-zählige Rotationssymmetrie, weil er dadurch auch in verschiedenen Drehpositionen jeweils die gleiche Kraftübertragung gewährleisten und somit auch die gleiche Andruckkraft aufbringen kann.
Besonders vorteilhaft ist es, dass der Klemmkörper derart in dem Anschlussgehäuse gelagert ist, dass er relativ zum Anschlussgehäuse sowohl eine Translationsbewegung als auch eine Rotationsbewegung ausführen kann. Insbesondere ist es von besonderem Vorteil, wenn der Klemmkörper symmetrisch zu seiner Drehachse eine bevorzugt zylinderförmige Radachse besitzt, welche in einem Schlitz oder in mehreren Schlitzen des Anschlussgehäuses verschiebbar gelagert ist, weil dadurch die Translationsbewegung in Form einer Verschiebung des Klemmköpers in Richtung des elektrischen Leiters sowie auch eine Rotationsbewegung um seine Drehachse ermöglicht wird. Diese variable Anpassung der Position des Klemmkörpers ermöglicht schließlich eine gleichermaßen hohe Andruckkraft auf elektrische Leiter verschiedenen Durchmessers, insbesondere Kabel verschiedener Querschnitte.
Die Drehachse bezeichnet dabei die idealisierte Achse, um welche der Klemmköper rotiert. Die Radachse dagegen bezeichnet die mechanisch vorhandene, bevorzugt zylinderförmige, Achse, welche an dem Klemmkörper angeformt oder angebracht ist.
Besonders vorteilhaft ist es somit, dass sowohl die Verschiebung (Translation) als auch die Drehung (Rotation) des Klemmkörpers um seine Drehachse durch das Einschrauben der Anschlussschraube, also durch eine einzige Aktion, bewirkt werden, weil dies die Bedienung vereinfacht. Somit wird mit einer einzigen Aktion sowohl eine optimierte Anpassung des Schraubanschlusses an die Kabelstärke als auch die Kontaktierung selbst vorgenommen.
Vorteilhafterweise ist der Klemmkörper als Zahnrad ausgebildet, wobei die Zähne des Zahnrades jeweils zwei Kanten aufweisen, von denen eine erste Kante eine konkave Form und eine zweite Kante eine konvexe Form besitzen kann. Dabei ist die konkave Form besonders gut dazu geeignet, der Anschlussschraube einen geeigneten Angriffspunkt zu bieten, und zwar über einen ausreichend großen Dreh- und einen ausreichend großen Verschiebebereich des Zahnrades. Die konvexe Form dagegen ist besonders gut dazu geeignet, durch Drehung des Zahnrades stets mit einem rechtwinklig zum elektrischen Leiter gerichteten Flächenelement den elektrischen Leiter gegen die Stromschiene zu pressen.
Mit einer Anzahl n von Zähnen besitzt das Zahnrad, das in diesem Fall den Klemmkörper darstellt, eine n-zählige Rotationssymmetrie, da es bei einer Rotation um seine Drehachse um einen diskreten Winkel δ jeweils die gleiche Form aufweist. Dabei wird dieser diskrete Winkel δ aus dem Quotienten aus 360° und dieser Anzahl n der Zähne gebildet: δ = 360°/n
Handelt es sich bei n um eine gerade Zahl, so weist der Klemmkörper, insbesondere das Zahnrad, zusätzlich auch eine Spiegelsymmetrie zu seiner Drehachse auf, ist also auch achsensymmetrisch ausgeführt.
Weiterhin ist das Klemmelement in der Lage, durch das Einschrauben der Anschlussschraube, insbesondere in einer Translationsbewegung, in Richtung des elektrischen Leiters und der damit zu kontaktierenden Stromschiene verschoben zu werden. Diese Verschiebung kann z.B. dadurch ermöglicht sein, dass das Anschlussgehäuse an einer dritten und einer ihr gegenüberliegenden vierten Seiten, die bevorzugt senkrecht zur ersten und zweiten Seite angeordnet sind, jeweils einen Schlitz aufweist, wobei diese beiden Schlitze einander spiegelsymmetrisch gegenüberliegend angeordnet sind und bevorzugt geradlinig verlaufen.
Der Klemmkörper, bei dem es sich bevorzugt um das Zahnrad handelt, kann, insbesondere symmetrisch um seine Drehachse herum, eine zylinderförmige Durchgangsöffnung aufweisen. In diese Durchgangsöffnung kann eine bevorzugt als zylindrischer Stift ausgebildete Radachse eingeführt sein. Alternativ dazu kann an den Klemmköper, insbesondere um seine Drehachse beiderseitig eine zylinderförmige Radachse angeformt sein, so dass der Klemmkörper zusammen mit der Radachse auch einstückig ausgeführt sein kann.
Die Radachse kann so beiderseitig in den jeweiligen Schlitz eingreifen, wobei der Durchmesser der Radachse bevorzugt der Breite des Schlitzes entspricht. Dadurch ist der Klemmköper einerseits verschiebbar und anderseits zusätzlich auch um seine Drehachse drehbar im Anschlussgehäuse gehalten.
Die Schlitze können auch gekrümmt, beispielsweise in Form einer Ellipse, verlaufen. Bevorzugt verlaufen die Schlitze jedoch geradlinig. Insbesondere ist die Richtung der geradlinig verlaufenden Schlitze gegen die Stromschiene geneigt.
Zur folgenden detaillierteren Beschreibung sei die Achse der Anschlussschraube in Y-Richtung angenommen.
Für einen Winkel α, der zwischen der Achse des Schlitzes und einer Ebene, welche senkrecht zur Achse der Anschlussschraube verläuft, gebildet ist, bedeutet dies, dass α größer ist als 0°, bevorzugt größer ist als 10°, besonders bevorzugt größer ist als 20°, insbesondere größer ist als 25°, also beispielsweise 30° und mehr betragen kann. Weiterhin kann α kleiner sein als 60°, bevorzugt kleiner sein als 50° und insbesondere kleiner sein als 45°.
Zwischen der Achse der Anschlussschraube und der Achse des Schlitzes beträgt der Winkel dementsprechend (90° – α).
Handelt es sich um einen kurvenförmig gebogenen Schlitz, so kann der Winkel α zwischen der Tangente an die entsprechende Kurvenform im Lagerpunkt und der X-Achse gemessen werden.
Als Lagerpunkt wird derjenige Punkt des Schlitzes bezeichnet, an dem sich die Radachse befindet und an dem sie mit der dritten bzw. vierten Seite des Anschlussgehäuses in mechanischem Kontakt steht.
Ein besonderer Vorteil des schrägen Verlaufs des Schlitzes besteht darin, dass die Seitenteile im Bereich des Lagerpunktes zumindest anteilig eine Gegenkraft zur Andruckkraft aufnehmen können. Besonders vorteilhaft ist es somit, dass einerseits zumindest ein Teil der Gegenkraft zur Andruckkraft von dem Lager, also vom dritten und vierten Seitenteil im Bereich des Schlitzes, aufgenommen werden kann, da dies eine besonders gute Kraftübertragung ermöglicht. Gleichzeitig ist dennoch eine insbesondere transversale Verschiebbarkeit des Klemmkörpers ermöglicht, wodurch auch für unterschiedlich große Kabelquerschnitte die gleiche besonders gute Kraftübertragung gewährleistet ist.
Beim Einschrauben der Anschlussschraube wird der Klemmkörper zunächst in Richtung des elektrischen Leiters und der Stromschiene bewegt und dreht dabei vorteilhafterweise derart um seine Drehachse, dass die Anschlussschraube an dem Klemmkörper, bevorzugt an der konvexen Seite eines Zahnes des Zahnrades, eine geeignete Angriffsfläche findet. Dementsprechend kann die Relativposition zwischen dem Klemmkörper und dem elektrischen Leiter unabhängig vom jeweiligen Kabelquerschnitt gleich bleiben. Dann wird durch die Drehung des Klemmkörpers, insbesondere des Zahnrades, die Andruckkraft gegen den elektrischen Leiter, insbesondere den abisolierten Bereich des elektrischen Kabels, aufgebracht und presst das Kabel somit gegen die Stromschiene. An der konkaven Kante des jeweiligen Zahns des Zahnrades findet die Anschlussschraube immer einen geeigneten Angriffspunkt, so dass auch für unterschiedliche Positionen des Zahnrades dieselbe gute Kraftübertragung gewährleistet ist.
Nimmt man die Schraubkraft als vertikal (Y-Richtung) und die Andruckkraft als horizontal (X-Richtung) an, dann ergibt sich für den endgültigen Kontaktzustand folgende zweidimensionale vektorielle Betrachtung:
In vertikaler (Y-)Richtung ergibt sich folgendes Kräftegleichgewicht: Dem Schraubkraftvektor Fy1 wirkt ein vom Lager aufgenommener Kraftvektor Fy2 zusammen mit einem Reibkraftvektor Fy3 des Klemmkörpers am elektrischen Leiter entgegen: Fy1 = Fy2 + Fy3
In horizontaler Richtung ergibt sich folgendes Kräftegleichgewicht: Dem Andruckkraftvektor Fx3 wirkt ein vom Lager aufgenommener Kraftvektor Fx2 zusammen mit einem Reibkraftvektor Fx1 des Klemmkörpers an der Anschlussschraube entgegen: Fx1 + Fx2 = Fx3
Die Andruckkraft und die Reibkraft des Klemmkörpers am Kabel sind über den materialspezifischen Reibungskoeffizienten μ miteinander verbunden: Fy3 = μFx3
Die Schraubkraft und die Reibkraft des Klemmkörpers an der Anschlussschraube sind ebenfalls über den materialspezifischen Reibungskoeffizienten μ miteinander verbunden: Fx1 = μFy1
Für die Kräfte am Lagerpunkt gilt: Fx2 = Fy2(sin30° + µcos30°)/(cos30° + µsin30°)
Somit ergibt sich in Abhängigkeit vom Winkel α und vom jeweiligen Material: Fx3 = Fy1(µ²sinα + 2µcosα + sinα)/(µ²cosα + 2µsinα + cosα)
Beispielsweise kann der Klemmkörper aus Stahl gefertigt sein. Für die Verwendung eines solchen aus Stahl gefertigten Klemmkörpers ergibt sich ein materialspezifischer Reibungskoeffizient µ von 0,2.
Der Winkel α liegt zwischen der Achse A und einer Ebene, die senkrecht zu Schraubachse ausgerichtet ist. Bei der Achse A handelt es sich um die Achse des geradlinigen Schlitzes bzw. der Tangente an den gekrümmten Schlitz im Lagerpunkt. Als Winkel α kann als realistischer Wert beispielsweise 30° angenommen werden.
Für die Kraftübertragung ergibt sich dann als theoretisch errechneter Wert: Fx3/Fy1 = 78,7%
Dieser Wert gilt für einen geradlinig verlaufenden Schlitz unabhängig von der Position des Lagerpunkts, d.h. der Position der Radachse am Schlitz.
Die Ausführung ist aber selbstverständlich nicht auf die Verwendung von Stahl beschränkt. Es kann stattdessen beispielsweise auch Messing, Kupfer, Aluminium, Kunststoff, Keramik oder irgendein anderes geeignetes Material verwendet werden. Dieses Material braucht auch nicht unbedingt elektrisch leitfähig zu sein.
Somit ist insbesondere durch die Verwendung geradlinig verlaufender Schlitze gewährleistet, dass elektrische Leiter, welche unterschiedliche Durchmesser aufweisen, also beispielsweise elektrische Kabel unterschiedlicher Kabelquerschnitte, trotzdem die gleiche Andruckkraft erfahren, da für jede Position des Klemmkörpers beim Andruck an den elektrischen Leiter die gleichen Bedingungen existieren.
Definiert man den Radius des Zahnrades als den Abstand der Spitze eines seiner Zähne zu seiner Drehachse, dann ist die Schlitzlänge bevorzugt kleiner, als die Summe aus diesem Radius des Zahnrades und dem Durchmesser der Anschlussschraube. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der Schlitz zwischen der Achse der Anschlussschraube und der Stromschiene verläuft und beispielsweise im Bereich der Schraubachse beginnt.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Schlitzlänge kleiner oder gleich dem Durchmesser der Anschlussschraube. Auf diese Weise für alle möglichen transversalen Positionen des Klemmkörpers, insbesondere des Zahnrades, die gleiche Kraftübertragung sichergestellt.
Ausführungsbeispiel
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert. Es zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung einer Reihenklemme;
2 eine perspektivische Darstellung eines Segments einer Reihenklemme;
3 einen nicht montierten Schraubanschluss mit Anschlussgehäuse und separatem Zahnrad, Radachse, Anschlussschraube und Stromschiene in einer Explosionsdarstellung;
4 Den montierten Schraubanschluss mit der eingeschobenen Stromschiene in einer Seitenansicht;
5a Den Schraubanschluss im Querschnitt mit der eingeführten Stromschiene und einer nicht eingeschraubten Anschlussschraube und einem einzuführenden Kabel;
5b Den Schraubanschluss im Querschnitt im kontaktierten Zustand mit eingeführtem Kabel und eingeschraubter Anschlussschraube;
6 Eine Darstellung der Kraftvektoren im Schraubanschluss im kontaktierten Zustand;
7 Das Anschlussgehäuse in der Seitenansicht mit einem geradlinigen Schlitz und einer eingezeichneten Achse des Schlitzes.
Die Figuren enthalten teilweise vereinfachte schematische Darstellungen. Zum Teil werden für gleiche, aber gegebenenfalls nicht identische Elemente identische Bezugszeichen verwendet. Verschiedene Ansichten gleicher Elemente könnten unterschiedlich skaliert sein.
Die 1 zeigt eine Reihenklemme mit einem Isolierkörper 1, bestehend aus mehreren Segmenten 11. Jedes Segment 11 weist jeweils mehrere Kabeleinführungen 111 und zu jeder Kabeleinführung 111 eine Schrauböffnung 112 auf.
Die 2 zeigt insbesondere ein einzelnes Segment 11 des Isolierkörpers 1 im Querschnitt mit vier exemplarisch darin eingelegten Stromschienen 2 und vier ebenfalls exemplarisch eingelegten parallelen Schraubanschlüssen 3 mit jeweils einem Anschlussgehäuse 31 und einer Anschlussschraube 32, wobei ein Ende der jeweiligen Stromschiene 2 in dem jeweiligen Anschlussgehäuse 31 des Schraubanschlusses 3 angeordnet ist. Auf diese Weise ist die jeweilige Stromschiene 2 zumindest teilweise in dem Segment 11 des Isolierkörpers 1 und somit auch im Isolierkörper 1 angeordnet. Weiterhin ist die jeweilige Stromschiene 2 zumindest teilweise in dem jeweiligen Anschlussgehäuse 31 des Schraubanschlusses 3 angeordnet.
3 zeigt einen nicht montierten Schraubanschluss 3 in einer Explosionsdarstellung zusammen mit einer in das zum Schraubanschluss 3 gehörende Anschlussgehäuse 31 einzuführenden Stromschiene 2. Das Anschlussgehäuse 31 kann bevorzugt als Stanzbiegeteil ausgebildet sein.
Zur Einführung der Stromschiene 2 besitzt das Anschlussgehäuse 31 in einer ersten Seite, welche durch das Anschlussgehäuse 31 verdeckt und daher nicht in der Zeichnung zu sehen ist, eine erste Öffnung, die dementsprechend ebenfalls in der Zeichnung nicht zu sehen ist. Zur Einführung eines elektrischen Leiters, insbesondere eines abisolierten Teils eines elektrischen Kabels, besitzt das Anschlussgehäuse 31 in einer der ersten Seite gegenüberliegend angeordneten zweiten Seite 317 eine zweite Öffnung 314. Weiterhin ist in dieser zweiten Seite 317 eine Schrauböffnung 316 angeordnet, welche ein Innengewinde aufweist.
Zum Stromanschluss 3 gehört außerdem eine Anschlussschraube 32, welche in den Schraubanschluss 316 passt.
Senkrecht zu der ersten und der zweiten Seite 317 besitzt das Anschlussgehäuse 31 eine dritte Seite 318 und eine vierte Seite 319. Diese beiden Seiten 318, 319 weisen jeweils einen bevorzugt geradlinigen Schlitz 315 auf, wobei die beiden Schlitze einander symmetrisch gegenüber stehen. In der Zeichnung ist nur ein Schlitz 315 zu sehen, weil der andere vom Anschlussgehäuse 31 verdeckt ist.
Weiterhin gehört zum Schraubanschluss 3 ein Klemmkörper, insbesondere ein Zahnrad 33, das bevorzugt mehrere Zähne 331 mit jeweils einer konkaven und einer konvexen Kante aufweist. Das Zahnrad 33 weist in seiner Mitte eine zylinderförmige Durchgangsöffnung 332 auf. Weiterhin gehört zum Zahnrad 33 eine Radachse 333, die zylinderförmig ausgebildet und formschlüssig in die besagte Durchgangsöffnung 332 einfügbar ist.
Die 4 zeigt den montierten Schraubanschluss 3 mit der eingeschobenen Stromschiene 2 in einer Seitenansicht.
Die Radachse 333 ist formschlüssig in die zylinderförmige Durchgangsöffnung 332 des Zahnrades 33 eingefügt und das Zahnrad 33 ist mit dieser Radachse 333 in den Schlitzen 315 des Anschlussgehäuses 31 verschiebbar und drehbar gehalten. Auf diese Weise ist das Zahnrad 33 in dem Anschlussgehäuse 3 angeordnet. Die Anschlussschraube 32 ist teilweise in die Schrauböffnung 316 eingeschraubt.
Weiterhin ist als elektrischer Leiter ein elektrisches Kabel 4 mit einem abisolierten Bereich 41 dargestellt. Die Stromschiene 2 ist bereits durch die erste Öffnung in das Anschlussgehäuse 31 eingefügt. Das elektrische Kabel 4 ist dafür vorgesehen, mit seinem abisolierten Bereich 41 durch die zweite Öffnung in das Anschlussgehäuse eingefügt zu werden. Durch den Schlitz 315 ist ein Teil des Zahnrades 33 erkennbar. Weiterhin ist gezeigt, wie das Zahnrad 33 mit der Radachse 331 in dem Schlitz 315 drehbar und verschiebbar gehalten ist.
Die 5a zeigt die gleiche Anordnung in einem Querschnitt. Die Anschlussschraube 32 ist so tief angeschraubt, wie es zu einer ersten mechanischen Kontaktierung des Zahnrades 33 notwendig ist.
Beim Einschrauben der Anschlussschraube 32 verschiebt sich das Zahnrad 33 zunächst in Richtung des zu kontaktierenden abisolierten Bereichs 41 des elektrischen Kabels 4. Ob das Zahnrad 33 dabei automatisch auch eine zusätzliche Rotationsbewegung ausführt, ist dabei unerheblich; wichtig ist, dass das Zahnrad 33 bei diesem Vorgang auf jeden Fall auch einen Bewegungsanteil besitzt, der einer Translationsbewegung entspricht, d.h. das sich die Drehachse des Zahnrades 33 in Form seiner Radachse 331 entlang der Schlitzte 315 in Richtung des elektrischen Leiters, nämlich in diesem Fall des abisolierten Teils 41 des elektrischen Kabels 4, und dadurch selbstverständlich auch in Richtung der Stromschiene 2 bewegt.
Sobald, wie in 5b dargestellt, der mechanische Kontakt zwischen dem Zahnrad 331 und dem elektrischen Leiter, in diesem Fall dem abisolierten Teils 41 des elektrischen Kabels 4, hergestellt ist, übt die Anschlussschraube 32 eine entsprechende Kraft auf das Zahnrad 33 aus. Diese Schraubkraft wirkt insbesondere auf einen Zahn des Zahnrades 33 und insbesondere auf die konvexe Kante eines Zahnes des Zahnrades 33.
Das Zahnrad 33 übt über eine Rotationsbewegung eine entsprechende Kraft auf den elektrischen Leiter, insbesondere auf das elektrische Kabel 4 an seinem abisolierten Teil 41, aus und presst diesen somit gegen die Stromschiene 2.
Dadurch wird der elektrische Kontakt zwischen dem elektrischen Leiter, bei dem es sich insbesondere um das elektrische Kabel 4 handelt, und der Stromschiene 2 hergestellt.
Die 5b zeigt dazu in einer mit der 5a vergleichbaren Darstellung das mit seinem abisolierten Bereich 41 in das Anschlussgehäuse 31 eingeführte elektrische Kabel 4. Die Anschlussschraube 32 ist zur Kontaktierung endgültig eingeschraubt.
Dabei ist es offensichtlich, dass die Stromschiene 2 einerseits und der elektrische Leiter, insbesondere das elektrische Kabel 4 mit seinem abisolierten Teil 41, andererseits von entgegengesetzten Richtungen in das Anschlussgehäuse eingeführt sind. Das elektrische Kabel 4 und die Stromschiene verlaufen innerhalb des Anschlussgehäuses parallel und weiterhin parallel zur Achse der Anschlussschraube.
Die 6 stellt das Kräftegleichgewicht im Schraubanschluss für den vorgenannten Zustand dar, in dem also die Anschlussschraube 32 eingeschraubt und der elektrische Kontakt zwischen dem elektrischen Leiter, insbesondere dem abisolierten Teil 41 des elektrischen Kabels 4 und der Stromschiene 2, endgültig hergestellt ist. Das elektrische Kabel 4 und die Stromschiene 2 sind in dieser Darstellung aus Übersichtlichkeitsgründen nicht gezeigt.
Nimmt man nun die Schraubkraft als vertikal (Y-Richtung) und die Andruckkraft als horizontal (X-Richtung) an, dann ergibt sich für das vorstehend beschriebene Kräftegleichgewicht die folgende vektorielle Betrachtung:
In vertikaler (Y-)Richtung ergibt sich das folgende Kräftegleichgewicht: Dem Schraubkraftvektor Fy1 wirkt ein vom Lager aufgenommener Kraftvektor Fy2 zusammen mit einem Reibkraftvektor Fy3 entgegen, wobei der Reibkraftvektor Fy3 die Reibkraft zwischen dem Klemmkörper und dem elektrischen Leiter beschreibt: Fy1 = Fy2 + Fy3
In horizontaler (X-)Richtung ergibt sich folgendes Kräftegleichgewicht: Dem Andruckkraftvektor Fx3 wirkt ein vom Lager aufgenommener Kraftvektor Fx2 zusammen mit einem Reibkraftvektor Fx1 entgegen, wobei der Reibkraftvektor Fx1 die Reibkraft zwischen der Anschlussschraube und dem Klemmkörper beschreibt: Fx1 + Fx2 = Fx3
Die Andruckkraft und die Reibkraft des Klemmkörpers am Kabel sind über den materialspezifischen Reibungskoeffizienten μ miteinander verbunden: Fy3 = μFx3
Die Schraubkraft und die Reibkraft des Klemmkörpers an der Anschlussschraube sind ebenfalls über den materialspezifischen Reibungskoeffizienten μ miteinander verbunden: Fx1 = μFy1
Für die Kräfte am Lagerpunkt gilt in Abhängigkeit vom Neigungswinkel α, den beispielsweise die Achse A des geradlinigen Schlitzes mit der X-Achse bildet; im Falle eines kurvenförmigen Schlitzes würde der Winkel α von der Tangente dieser Kurvenform im Lagerpunkt und der X-Achse gebildet: Fx2 = Fy2(sin30° + µcos30°)/(cos30° + µsin30°)
Somit ergibt sich in Abhängigkeit vom Winkel α und vom jeweiligen Material des Klemmkörpers: Fx3 = Fy1(µ²sinα + 2µcosα + sinα)/(µ²cosα + 2µsinα + cosα)
Beispielsweise kann der Klemmkörper aus Stahl gefertigt sein. Für die Verwendung eines solchen aus Stahl gefertigten Klemmkörpers ergibt sich beispielsweise eine materialspezifischer Reibungskoeffizient µ von ungefähr 0,2. Die Ausführung ist aber selbstverständlich nicht auf die Verwendung von Stahl beschränkt. Es kann stattdessen beispielsweise auch Messing, Kupfer, Aluminium, Kunststoff, Keramik oder irgendein anderes geeignetes Material verwendet werden.
Als Winkel α kann beispielsweise 30° angenommen werden.
Für die Kraftübertragung ergibt sich dann als theoretisch errechneter Wert: Fx3/Fy1 = 78,7%
Da der Schlitz 315 geradlinig verläuft, gilt dieser Wert unabhängig von der Position des Lagerpunktes, d.h. unabhängig von der Position der Radachse 331 am Schlitz 315.
Die 7 zeigt das Anschlussgehäuse 31 in einer Seitenansicht. Dabei ist der geradlinige Schlitz 315 gut zu sehen. Insbesondere ist seine Achse A gut erkennbar und weist mit der X-Achse des besagten Koordinatensystems einen Winkel α von 30° auf.
Bezugszeichenliste

1: Isolierkörper
11: Segment des Isolierkörpers
111: Kabeleinführung
112: Schrauböffnung
2: Stromschiene
3: Schraubanschluss
31: Anschlussgehäuse
314: zweite Öffnung
315: Schlitz
316: Schrauböffnung
317: zweite Seite
318: dritte Seite
319: vierte Seite
32: Anschlussschraube
33: Zahnrad
331: Zahn des Zahnrades
332: zylinderförmige Durchgangsöffnung
333: Radachse
A: Achse des geradlinig verlaufenden Schlitzes

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 8911218 U1 [0004]
DE 7533712 U1 [0005]
DE 29902870 U1 [0006]

Claims

Paralleler Schraubanschluss (3), umfassend zumindest ein Anschlussgehäuse (31), eine Anschlussschraube (32) und einen Klemmkörper (33) dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmkörper (33) im oder am Anschlussgehäuse (31) sowohl verschiebbar als auch um eine Drehachse drehbar gelagert ist.
Paralleler Schraubanschluss (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussgehäuse (31) an zwei gegenüberliegenden Seitenteilen (318, 319) jeweils einen Schlitz (315) aufweist.
Paralleler Schraubanschluss (3) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmkörper (33) eine Radachse (333) aufweist, die in den Schlitzen (315) verschiebbar und drehbar gehalten ist.
Paralleler Schraubanschluss (3) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Radachse (333) zylinderförmig ausgestaltet ist und eine Symmetrieachse aufweist.
Paralleler Schraubanschluss (3) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmkörper (33) mit seiner Radachse (333) in den Schlitzen (315) drehbar gelagert ist, wobei die Drehachse des Klemmkörpers der besagten Symmetrieachse entspricht.
Paralleler Schraubanschluss (3) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze (315) jeweils einen geradlinigen Verlauf besitzen.
Paralleler Schraubanschluss (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmkörper (33) symmetrisch ausgebildet ist.
Paralleler Schraubanschluss (3) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmkörper (33) achsensymmetrisch zu seiner Drehachse ausgebildet ist.
Paralleler Schraubanschluss (3) nach einem der Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmkörper (33) eine n-zählige Rotationssymmetrie aufweist.
Paralleler Schraubanschluss (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Klemmkörper (33) um ein Zahnrad (33) handelt, welches mehrere Zähne (331) aufweist
Paralleler Schraubanschluss (3) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, jeder Zahn (331) des Zahnrades (33) eine konkave und eine konvexe Kante besitzt.
Reihenklemme, bestehend aus einem Isolierkörper (1) und mindestens einem darin angeordneten parallelen Schraubanschluss (3) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 sowie mindestens einer zumindest teilweise in dem Isolierkörper (1) angeordneten Stromschiene (2).
Reihenklemme gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromschiene (2) zumindest teilweise im Anschlussgehäuse (31) des parallelen Schraubanschlusses (3) angeordnet ist.
Reihenklemme gemäß einem der Ansprüche 12 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolierkörper (1) mindestens ein Kabeleinführung (111) aufweist, durch welche ein elektrischer Leiter (4) in den parallelen Schraubanschluss (3) einführbar ist, und dass der Isolierkörper (1) weiterhin mindestens eine Schrauböffnung (112) aufweist, durch welche die Anschlussschraube (32) in das Anschlussgehäuse (3) zur Kontaktierung des elektrischen Leiters (4) mit der Stromschiene (2) einschraubbar ist.
Verfahren zur elektrischen Kontaktierung eines elektrischen Leiters (4) mit einer Stromschiene (2), wobei der elektrische Leiter (4) in ein Anschlussgehäuse (31) parallel zu der zumindest teilweise darin angeordneten Stromschiene (2) eingeschoben wird und wobei eine Anschlussschraube (32) parallel zu der Stromschiene (2) und zu dem elektrischen Leiter (4) in das Anschlussgehäuse (31) eingeschraubt wird und dadurch einen Klemmkörper (33) gegen den elektrischen Leiter (4) und diesen elektrischen Leiter (4) gegen die Stromschiene (2) presst, wodurch der elektrische Leiter (4) die Stromschiene (2) elektrisch kontaktiert, dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmkörper (33) sich zunächst durch das Einschrauben der Anschlussschraube (32) in Richtung des elektrischen Leiters (4) verschiebt, den elektrischen Leiter (4) daraufhin mechanisch kontaktiert und sich durch ein weiteres Einschrauben der Anschlussschraube (32) um eine Drehachse dreht und dadurch den elektrischen Leiter (4) gegen die Stromschiene (2) presst.