DE102015108630A1

DE102015108630A1 - Direktsteckklemme für ein elektrisches Schaltgerät

Info

Publication number: DE102015108630A1
Application number: DE102015108630.1A
Authority: DE
Inventors: Klaus Dauer; Julia Otte
Original assignee: Eaton Electrical IP GmbH and Co KG
Current assignee: Eaton Electrical IP GmbH and Co KG
Priority date: 2015-06-01
Filing date: 2015-06-01
Publication date: 2016-12-01
Also published as: WO2016193236A1; DE112016002447A5

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Direktsteckklemme mit einem Klemmkäfig und einer Klemmfeder, wobei die Klemmfeder im Klemmkäfig angeordnet ist und einen Klemmschenkel aufweist, mit dem ein in den Klemmkäfig eingesteckter elektrischer Leiter zwischen dem Klemmkäfig und der Klemmfeder verklemmbar ist, und wobei die Klemmfeder aus einer thermisch angeregten Formgedächtnislegierung gebildet ist. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine Direktsteckklemme, deren Klemmfeder einen Halteschenkel aufweist, der im Klemmkäfig verrastet und/oder verklemmt ist. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine Reihenklemme mit mehreren solchen Direktsteckklemmen, sowie ein Schaltgerät mit einer solchen Direktsteckklemme. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Montieren der Direktsteckklemme.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Direktsteckklemme mit einem Klemmkäfig und einer Klemmfeder, wobei die Klemmfeder einen Klemmschenkel aufweist, mit dem ein in den Klemmkäfig eingesteckter elektrischer Leiter in diesem verklemmbar ist. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein elektrisches Schaltgerät, insbesondere einen Leistungsschalter, einen Motorschutzschalter, ein Schütz oder ein Relais, mit einer solchen Direktsteckklemme. Die vorliegende Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zum Montieren der Direktsteckklemme.
Direktsteckklemmen (Push-In) weisen eine Klemmfeder auf, mit der ein elektrischer Leiter an einer Stromschiene oder in einem Strom führenden Klemmkäfig verklemmt wird. Sie werden zum schnellen und sicheren Anschließen der elektrischen Leiter an elektrische Baugruppen verwendet. Dabei werden die Direktsteckklemmen schwankenden Außeneinflüssen wie beispielsweise einer großen Vibrationsbelastung und/oder schwankenden Außentemperaturen ausgesetzt. Aufgrund solcher Einflüsse kann die auf den elektrischen Leiter wirkende Klemmkraft jedoch teilweise schwanken. Eine erheblich steigende Außentemperatur kann dabei beispielsweise zu einer abnehmenden Klemmkraft führen, die unter starker Vibrationsbelastung nicht mehr ausreichend ist.
Um eine Vielzahl elektrischer Leiter an eine elektrische Baugruppe anzuschließen, werden häufig Reihenklemmen genutzt, bei denen solche Direktsteckklemmen, insbesondere in einem gemeinsamen Isolierstoffgehäuse, nebeneinander angeordnet sind. Um eine kostengünstige Fertigung zu gewährleisten, ist es bevorzugt, dass die Direktsteckklemmen und/oder die Reihenklemmen werkzeugfrei und/oder maschinell herstellbar sind.
Offenbarung der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine kostengünstig herstellbare und schnell und einfach, insbesondere werkzeugfrei und/oder maschinell, montierbare Direktsteckklemme zu schaffen, die auch bei sich stark ändernder Außentemperatur noch ein sicheres Verklemmen eines eingesteckten elektrischen Leiters gewährleistet, eine Reihenklemme mit mehreren solchen Direktsteckklemmen, ein elektrisches Schaltgerät, insbesondere ein Leistungsschalter, einen Motorschutzschalter, ein Schütz oder ein Relais, mit einer solchen Direktsteckklemme, und ein Verfahren zum insbesondere werkzeugfreien und/oder maschinellen Montieren einer solchen Direktsteckklemme.
Die Aufgabe wird gelöst mit einer Direktsteckklemme mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche 1 und 3, einer Reihenklemme mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 13, einem elektrischen Schaltgerät mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 14 sowie einem Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 15. Vorteilhafte Ausführungsformen sind den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
Dafür weist die Direktsteckklemme einen Klemmkäfig und einer Klemmfeder auf, wobei die Klemmfeder zum Verklemmen eines in den Klemmkäfig eingesteckten elektrischen Leiters vorgesehen ist.
Die Direktsteckklemme zeichnet sich dadurch aus, dass die Klemmfeder zumindest teilweise aus einer thermisch angeregten Formgedächtnislegierung gebildet ist oder aus einer thermisch angeregten Formgedächtnislegierung besteht. Eine thermisch angeregte Formgedächtnislegierung wird auch als Memorymetall bezeichnet. Bei einer solchen Klemmfeder ändert sich ihre Klemmkraft bei verformter Klemmfeder aufgrund einer kristallinen Umwandlung der Formgedächtnislegierung mit der Temperatur. Durch die Umwandlung steigt die Klemmkraft bei Überschreiten und/oder bei Unterschreiten einer Grenztemperatur stark an oder sinkt stark ab. Durch Wahl der Formgedächtnislegierung ist das Verhalten der Klemmfeder, d. h. das Ansteigen oder Absinken der Klemmkraft sowie die Grenztemperatur oder Grenztemperaturen, an die benötigten Gegebenheiten anpassbar. Die Klemmkraft der Klemmfeder ist daher an eine schwankende Außentemperatur gezielt anpassbar.
Dabei ist es bevorzugt, dass die Klemmfeder eine Klemmkraft aufweist, die mit steigender oder fallender Temperatur reversibel steigt oder sinkt. Die Formgedächtnislegierung wird dann sowohl mit steigender Temperatur als auch mit fallender Temperatur immer wieder kristallin umgewandelt. Dadurch wird die Klemmkraft der verformten Klemmfeder in Abhängigkeit von der Außentemperatur immer wieder bei Überschreiten oder bei Unterschreiten neu eingestellt.
Besonders bevorzugt wird eine Klemmfeder verwendet, deren Klemmkraft bei verformter Klemmfeder mit steigender Außentemperatur reversibel steigt. Dadurch steigt die Klemmkraft der verformten Klemmfeder bei Überschreiten der Grenztemperatur stark an, wobei sie bei Unterschreiten der Grenztemperatur wieder sinkt. Eine solche Direktsteckklemme eignet sich vor allem für leistungsstarke elektrische Geräte, die eine große Wärmeentwicklung aufweisen. In Abhängigkeit vom Anwendungsfall sind aber auch Klemmfedern bevorzugt, deren Klemmkraft bei verformter Klemmfeder mit fallender Außentemperatur steigt. Zudem sind Klemmfedern bevorzugt, deren Klemmkraft bei verformter Klemmfeder sowohl mit steigender Außentemperatur bei Überschreiten einer ersten Grenztemperatur als auch mit fallender Außentemperatur bei Unterschreiten einer zweiten Grenztemperatur steigt.
Die Klemmfeder ist bevorzugt als eine Druckfeder ausgebildet. Besonders bevorzugt weist sie neben dem Klemmschenkel einen Halteschenkel auf. Vorzugsweise sind der Klemmschenkel und der Halteschenkel etwa v-förmig zueinander angeordnet. Ganz besonders bevorzugt ist die Klemmfeder v-förmig ausgebildet. Die Erfindung ist aber auch auf eine Direktsteckklemme mit einer Zugfeder anwendbar.
Besonders bevorzugt ist eine Klemmfeder, die vollständig aus der Formgedächtnislegierung besteht. Jedoch ist es in Abhängigkeit von dem Anwendungsfall möglich, dass es bei der Auslegung der Klemmfeder zu einem Überbiegen der Klemmfeder kommt. Durch Kombination eines anderen Metalls mit der Formgedächtnislegierung ist das Verhalten der Klemmfeder anpassbar. In einem solchen Fall ist es bevorzugt, dass die Klemmfeder zumindest teilweise aus der Formgedächtnislegierung gebildet ist und im Übrigen aus anderem Metall, insbesondere aus herkömmlichem Federstahl. Ganz besonders bevorzugt sind die Formgedächtnislegierung und das andere Metall aneinander geschichtet.
In einer bevorzugten Ausführungsform, die die Aufgabe ebenfalls löst, weist die Klemmfeder zudem den Halteschenkel auf, mit dem sie im Klemmkäfig befestigt ist. In dieser Ausführungsform ist die Klemmfeder bevorzugt v-förmig ausgebildet. Die Direktsteckklemme dieser Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass der Halteschenkel im Klemmkäfig verrastet und/oder verklemmt ist. Dadurch ist die Montage der Direktsteckklemme vollständig werkzeugfrei möglich, nämlich durch Einschieben der Klemmfeder in eine Schieberichtung in den Klemmkäfig. Sie ist daher einfach durchführbar und kann sehr schnell und auch maschinell erfolgen.
Weiterhin bevorzugt weist der Klemmkäfig einen Innenraum auf, in dem eine Trennwand angeordnet ist. Die Trennwand verhindert ein Verbiegen des Halteschenkels, wenn der Klemmschenkel gegen eine Klemmrichtung verbogen wird, beispielsweise beim Einschieben des elektrischen Leiters in den Klemmkäfig. Vorzugsweise trennt die Trennwand einen Klemmbereich, in den der elektrische Leiter einsteckbar ist, von einem Haltebereich, in dem der Halteschenkel verrastet und/oder verklemmt ist. Dafür ist eine Länge des Haltebereichs bevorzugt etwa so lang oder nur unwesentlich länger als eine Dicke des Halteschenkels.
Dafür weist der Klemmkäfig Außenwände auf, die den Innenraum begrenzen. Besonders bevorzugt sind die Trennwand und die Außenwände einstückig gebildet, insbesondere als Stanzbiegeteil. Der Klemmkäfig ist dann sehr kostengünstig herstellbar.
Der Halteschenkel weist bevorzugt Formschlussmittel auf, die mit Gegenformschlussmitteln des Klemmkäfigs verrastet sind. Die Formschlussmittel sind bevorzugt Raststege, die an gegenüber liegenden Außenseiten des Halteschenkels angeordnet. Besonders bevorzugt sind sie nach außen hin ausgestellt. Dadurch weisen die Raststege einen spitzen Winkel zu den Außenseiten auf und sind gegenüber diesen erhaben. Der Winkel, in dem sich die Raststege jeweils zu der Außenseite hin erstrecken, an der sie angeordnet sind, ist bevorzugt ein spitzer Winkel. Dadurch sind die Raststege in Schieberichtung aufeinander zulaufend angeordnet. Im montierten Zustand der Direktsteckklemme sind sie auf Höhe der Gegenformschlussmittel positioniert.
Um ein Einschieben des Halteschenkels in den Haltebereich des Klemmkäfigs zu ermöglichen, ist zwischen dem Halteschenkel und den Raststegen jeweils eine geradlinig verlaufende Nut vorgesehen. Die Nut ermöglicht beim Einschieben des Halteschenkels in Schieberichtung in den Haltebereich ein Einbiegen der Raststege in die Nut, so dass diese in oder gegen die Querrichtung in den Halteschenkel hinein gebogen werden. Dadurch sind die Raststege während des Einschiebens nicht oder nicht wesentlich gegenüber den Außenseiten des Halteschenkels erhaben.
Als Gegenformschlussmittel sind Ausnehmungen bevorzugt. Diese sind durch Ausstanzen schnell und kostengünstig herstellbar. Es sind aber auch im Klemmkäfig vorgesehene Einbuchtungen verwendbar. Die Ausnehmungen oder Einbuchtungen sind bevorzugt im Haltebereich an gegenüberliegenden Außenwänden angeordnet.
Es ist bevorzugt, dass die Raststege eine Rückstellkraft aufweisen, gegen die sie beim Einschieben des Halteschenkels in eine Schieberichtung in den Haltebereich nach innen gedrückt werden. Auf Höhe der Gegenformschlussmittel werden sie dann mit ihrer Rückstellkraft wieder nach außen zurück gebogen, so dass sie in die Gegenformschlussmittel eingreifen. Dadurch hintergreifen sie den Klemmkäfig. Die Klemmfeder ist dem Klemmkäfig dann nicht mehr werkzeugfrei entnehmbar. Dafür ist eine Breite des Klemmkäfigs im Haltebereich bevorzugt geringfügig größer als eine Breite des Halteschenkels.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass im Haltebereich des Klemmkäfigs Klemmmittel angeordnet sind. Die Klemmmittel sind ebenfalls bevorzugt gegen eine Rückstellkraft reversibel verformbar. Besonders bevorzugt sind zwei Klemmmittel an gegenüberliegenden Außenwänden des Klemmkäfigs vorgesehen. Ganz besonders bevorzugt sind sie baugleich ausgebildet. Dadurch wird der Halteschenkel beim Einschieben in Schieberichtung in den Haltebereich mit etwa derselben Klemmkraft der Klemmmittel zwischen diesen verklemmt. Dadurch wird ein schräges Positionieren der Klemmfeder im Haltebereich vermieden.
Die Klemmmittel sind bevorzugt als Klemmstege ausgebildet. Auch die Klemmstege sind durch Ausstanzen eines Ausschnitts und Biegen der Außenwand des Klemmkäfigs einstückig, und somit kostengünstig, herstellbar.
Um eine für die kristalline Umwandlung erforderliche Verformung der Klemmfeder zu begrenzen, ist es weiterhin bevorzugt, dass im Klemmbereich eine Anlagezunge für den Klemmschenkel der Klemmfeder angeordnet ist. Diese wird ebenfalls bevorzugt einstückig, insbesondere durch Ausstanzen und Biegen einer Außenwand des Klemmkäfigs, mit dem Klemmkäfig gebildet. Durch Wahl der Position der Anlagezunge ist die maximale Verformung der Klemmfeder begrenzbar.
Der Innenraum des Klemmkäfigs ist bevorzugt quaderförmig ausgebildet. Vorzugsweise weist der Klemmkäfig dafür eine erste und eine zweite einander gegenüberliegende Schmalwand als Außenwand, sowie eine erste und eine zweite einander gegenüberliegende Breitwand als Außenwand auf. Es ist bevorzugt, dass der Haltebereich zwischen der ersten Schmalwand und der Trennwand, und der Klemmbereich zwischen der Trennwand und der zweiten Schmalwand angeordnet sind. Bei dieser Ausführungsform sind die Rastmittel und/oder die Klemmmittel bevorzugt jeweils an den gegenüberliegenden Breitwänden angeordnet.
Die Aufgabe wird weiterhin gelöst mit einer Reihenklemme, die zumindest zwei solche Direktsteckklemmen aufweist. Die Direktsteckklemmen sind bevorzugt nebeneinander in einem gemeinsamen Isolierstoffgehäuse angeordnet. Die Reihenklemme ist sehr schnell und kostengünstig durch Einschieben der Direktsteckklemmen in das Isolierstoffgehäuse werkzeugfrei und/oder maschinell herstellbar. Sie ist bevorzugt zum Anordnen an einer elektrischen Leiterplatine vorgesehen.
Die Aufgabe wird weiterhin gelöst mit einem Schaltgerät, insbesondere einem Leistungsschalter, einem Motorschutzschalter, einem Schütz oder einem Relais, mit zumindest einer solchen Direktsteckklemme.
Das Schaltgerät weist bevorzugt eine elektrische Baugruppe auf, die zum Schutz eines elektrischen Verbrauchers vorgesehen ist. Die Direktsteckklemme wird vorzugsweise zum Anschließen eines elektrischen Leiters an die elektrische Baugruppe, insbesondere an eine elektrische Leiterplatine der elektrischen Baugruppe, verwendet. Sie ist bevorzugt ein Bestandteil einer Reihenklemme mit mehreren solchen Direktsteckklemmen. Auch bei starker Erwärmung des Schaltgerätes ist die Klemmkraft der Klemmfeder der Direktsteckklemme ausreichend groß, um das sichere Verklemmen des elektrischen Leiters, auch unter Industriebedingungen und/oder starker Vibrationsbelastung, sicher zu gewährleisten.
Die Aufgabe wird weiterhin gelöst mit einem Verfahren zum Montieren einer solchen Direktsteckklemme. Das Verfahren sieht vor, dass

a) der Halteschenkel und der Klemmschenkel gegen die Klemmrichtung zusammengedrückt werden, und dass
b) die Klemmfeder dann in Schieberichtung verschoben wird, wobei der Halteschenkel im Haltebereich in den Klemmkäfig eingeschoben, und der Klemmschenkel im Klemmbereich in den Klemmkäfig eingeschoben werden, bis die Raststege in die Ausnehmungen des Klemmkäfigs eingreifen.

Die Klemmfeder ist dem Klemmkäfig dann nicht mehr werkzeugfrei entnehmbar. Neben der Verrastung der Raststege in den Ausnehmungen wird sie durch die Trennwand gehalten, die ein ungewolltes Verbiegen des Halteschenkels gegen die Längsrichtung verhindert.
Es ist bevorzugt, dass der Halteschenkel beim Einschieben zudem zwischen den Klemmstegen verklemmt wird. Dadurch wird er zusätzlich, insbesondere mit etwa gleicher Klemmkraft, seitlich verklemmt. Ein schräges Positionieren der Klemmfeder im Klemmkäfig wird dadurch vermieden.
Mit dem Verfahren ist die Direktsteckklemme werkzeugfrei und/oder maschinell montierbar. Sie weist lediglich den einstückig herstellbaren Klemmkäfig und die Klemmfeder auf, und keine weiteren Befestigungsmittel zum Befestigen der Klemmfeder im Klemmkäfig. Daher ist sie sehr kostengünstig herstellbar. Zudem ist die Klemmkraft der Klemmfeder durch Wahl der Formgedächtnislegierung, aus der sie hergestellt ist, gezielt an eine sich stark verändernde Außentemperatur anpassbar, so dass die Direktsteckklemme auch bei einer sehr hohen oder niedrigen Außentemperatur, insbesondere bei einer sehr hohen Außentemperatur, und gegebenenfalls einer zusätzlich starken Vibrationsbelastung, noch ein sicheres Verklemmen des in sie eingesteckten elektrischen Leiters gewährleistet.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren beschrieben. Die Figuren sind lediglich beispielhaft und schränken den allgemeinen Erfindungsgedanken nicht ein.
1 zeigt einen Klemmkäfig einer Direktsteckklemme in einer perspektivischen Ansicht;
2 zeigt in (a) eine erste Breitwand des Klemmkäfigs aus 1, in (b) eine der ersten Breitwand gegenüber liegende zweite Breitwand desselben Klemmkäfigs, in (c) eine erste Schmalwand desselben Klemmkäfigs, in (d) einen Schnitt A-A der 2(c), und in © einen Schnitt B-B der 2(c);
3 zeigt in (a) eine Seitenansicht einer Klemmfeder einer Direktsteckklemme, und in (b) eine Draufsicht auf die Klemmfeder aus (a);
4 zeigt in (a) eine perspektivische Ansicht einer Direktsteckklemme mit dem Klemmkäfig der 1 und 2, und der Klemmfeder der 3, und in (b) ein schematisches Schnittbild durch die Direktsteckklemme aus (a); und
5 zeigt die Veränderung einer Klemmkraft einer Klemmfeder aus einer thermisch angeregten Formgedächtnislegierung mit der Temperatur.
1 zeigt einen Klemmkäfig 1 einer erfindungsgemäßen Direktsteckklemme 3 (s. 4). Der Klemmkäfig 1 ist quaderförmig ausgebildet. Er weist Außenwände 14–17 auf, die im Querschnitt rechteckförmig angeordnet sind und einen quaderförmigen Innenraum 10 begrenzen. Die einander gegenüber liegenden Außenwände 14–17 weisen daher jeweils dieselben Ausmaße auf, wobei zwei der beiden Außenwände 14, 16 schmaler als die beiden anderen Außenwände 15, 17 sind. Die beiden schmaleren Außenwände 14, 16 werden im Folgenden als erste und zweite Schmalwand bezeichnet, die beiden breiteren Außenwände 15, 17 als erste und zweite Breitwand.
Der Klemmkäfig 1 ist zum Verklemmen eines elektrischen Leiters 6 (s. 4b) vorgesehen. Der elektrische Leiter 6 ist dafür an einer Klemmseite 51 des Klemmkäfigs 1 von einer Oberseite 53 aus in eine Schieberichtung 41 in den Innenraum 10 einschiebbar. Zum Verklemmen des elektrischen Leiters 6 ist eine Klemmfeder 2 (s. 3) vorgesehen. Die Klemmfeder 2 ist an einer der Klemmseite 51 gegenüberliegenden Halteseite 52, an der die Klemmfeder 2 im Klemmkäfig 1 befestigt ist, von der Oberseite 53 aus in Schieberichtung 41 in den Klemmkäfig 1 einschiebbar.
Der Klemmkäfig 1 ist im Folgenden anhand der 1 und 2 beschrieben, die Klemmfeder 2 anhand der 3. 4 beschreibt die Direktsteckklemme 3 mit in den Klemmkäfig 1 eingeschobener Klemmfeder 2. 5 beschreibt beispielhaft die Änderung der Klemmkraft F einer Klemmfeder 2, die aus einer thermisch angeregten Formgedächtnislegierung gefertigt ist.
Der Klemmkäfig 1 ist einstückig als Stanzbiegeteil, insbesondere aus einem Flachbandmaterial, gefertigt. Bevorzugt ist er aus einem gut elektrisch leitenden Metall hergestellt, beispielsweise aus einer Kupferlegierung oder aus Kupfer. Er ist zum Verbinden des elektrischen Leiters 6 mit einer elektrischen Baugruppe (nicht gezeigt), insbesondere eines elektrischen Schaltgerätes (nicht gezeigt), vorgesehen. Daher ist er ein stromführendes Bauteil.
Im Innenraum 10 des Klemmkäfigs 1 ist eine Trennwand 13 angeordnet, die einen Klemmbereich 11 von einem Haltebereich 12 trennt. Der Klemmbereich 11 ist an der Klemmseite 51 angeordnet. In den Klemmbereich 11 ist der elektrische Leiter 6 einschiebbar und in ihm verklemmbar. Der Haltebereich 12 ist an der Halteseite 52 angeordnet. Im Haltebereich 12 ist zum Befestigen der Klemmfeder 2 vorgesehen.
Der Haltebereich 12 erstreckt sich zwischen der ersten Schmalwand 16 und der Trennwand 13. Der Klemmbereich 11 erstreckt sich zwischen der Trennwand 13 und der zweiten Schmalwand 14.
Zum Befestigen der Klemmfeder 2 weist der Klemmkäfig 1 Gegenformschlussmittel 161, hier Ausnehmungen, auf. Im Folgenden werden die Begriffe Gegenformschlussmittel 161 und Ausnehmungen synonym verwendet. In die Ausnehmungen 161 sind Formschlussmittel 211 (s. 3) der Klemmfeder 2 einrastbar. Die Ausnehmungen sind jeweils in den einander gegenüberliegenden Breitseiten 15, 17 vorgesehen. Sie erstrecken sich hier bis in die beiden Breitseiten 15, 17 benachbarte erste Schmalseite 16 hinein.
Zudem weist der Klemmkäfig 1 Klemmmittel 18 zum Verklemmen der Klemmfeder 2 auf. Die Klemmmittel 18 sind hier als Klemmstege ausgebildet. Im Folgenden werden die Begriffe Klemmmittel 18 und Klemmstege synonym verwendet. Die Klemmstege 18 weisen eine Rückstellkraft auf, gegen die sie beim Einschieben der Klemmfeder 2 verformt werden. Sie sind durch Ausstanzen eines Ausschnitts 162 aus dem Klemmkäfig 1 und Biegen des Klemmsteges 18 gebildet und erstrecken sich jeweils von den Breitseiten 15, 17 aus in eine Längsrichtung 43 zu der den beiden Breitseiten 15, 17 benachbarten ersten Schmalseite 16 hin.
An der Oberseite 53 des Klemmkäfigs 1 ist eine Haltezunge 153 für die Klemmfeder 2 angeordnet. Die Haltezunge 153 erstreckt sich von der ersten Breitseite 15 aus in eine Querrichtung 42, die quer zur Schieberichtung 41 und quer zur Längsrichtung 43 angeordnet ist.
In der ersten Breitwand 15 ist zudem eine Anlagezunge 151 angeordnet. Die Anlagezunge 151 erstreckt sich ebenfalls in Querrichtung 42. Sie ist als Anschlag für die Klemmfeder 2 vorgesehen, um eine maximale Verformung der Klemmfeder 2 zu begrenzen. Dafür weist sie einen spitzen Winkel (nicht gezeigt) von etwa 45°–65°, vorzugsweise 55°, zur zweiten Schmalseite 14 auf. Die Anlagezunge 151 ist durch Ausstanzen eines u-förmigen ersten Einschnitts 150 aus der ersten Breitseite 15 und Biegen der Anlagezunge 151 um 90° in den Innenraum 10 hinein gebildet.
Weiterhin weist die erste Breitseite 15 einen Stützsteg 152 auf. Auch der Stützsteg 152 erstreckt sich in die Querrichtung 42. Er ist an einer Unterseite 54 des Klemmkäfigs 1 angeordnet und in analoger Weise wie die Anlagezunge 151 durch Ausstanzen eines hier L-förmigen zweiten Einschnitts 154 aus der ersten Breitseite 15 und Biegen des Stützstegs 152 um 90° in den Innenraum 10 hinein gebildet.
An der zweiten Schmalwand 14 ist zudem ein Anschlag 141 für einen Klemmschenkel 22 (s. 3) der Klemmfeder 2 vorgesehen. Der Anschlag 141 ist in die zweite Schmalwand 14 eingeformt, insbesondere eingeprägt.
Nach einem Ausstanzen und Biegen des Klemmkäfigs 1 wird dieser an einer Verbindungsnaht 19 (s. 2(b)), die hier an der zweiten Breitseite 17 angeordnet ist, beispielsweise durch Schweißen, geschlossen.
Die Klemmfeder 2 (s. 3) ist v-förmig ausgebildet. Sie ist einstückig gefertigt, vorzugsweise als Stanzbiegeteil aus einem Flachbandmaterial. Sie weist einen Halteschenkel 21 und den Klemmschenkel 22 auf. Der Halteschenkel 21 und der Klemmschenkel 22 sind durch einen Verbindungsbogen 23 miteinander verbunden. Dabei weisen der Halteschenkel 21 und der Klemmschenkel 22 einen spitzen Winkel (nicht bezeichnet) von etwa 40°–80°, insbesondere von etwa 60°, zueinander auf. Die Klemmfeder 2 weist am Halteschenkel 21 ein erstes offenes Ende 210, und am Klemmschenkel 22 ein zweites offenes Ende 220 auf.
Am Halteschenkel 21 sind an gegenüber liegenden Außenseiten 201, 202 Formschlussmittel 211 angeordnet, die hier als Raststege ausgebildet sind. Im Folgenden werden die Begriffe Formschlussmittel 211 und Raststege synonym verwendet. Die Raststege 211 sind gegenüber den Außenseiten 201, 202 nach außen hin ausgestellt. Sie sind dafür vorgesehen, mit den Ausnehmungen 161 des Klemmkäfigs 1 zu verrasten. Im montierten Zustand der Direktsteckklemme 10 sind sie daher auf Höhe der Ausnehmungen 161 positioniert.
Die Raststege 211 weisen einen spitzen Winkel 20 von etwa 10°–30°, hier etwa 20°, zu den Außenseiten 201, 202 auf, so dass sie in Schieberichtung 41 aufeinander zulaufend angeordnet sind. Sie sind gegenüber den Außenseiten 201, 202 erhaben. Der in Querrichtung 42 vordere Raststeg 211 ist gegen die Querrichtung 42 nach außen gebogen. Der in Querrichtung 42 hintere Raststeg 211 ist in die Querrichtung 42 nach außen gebogen.
Um ein Einschieben des Halteschenkels 21 in den Haltebereich 12 des Klemmkäfigs 1 zu ermöglichen, weisen die Raststege 211 eine Rückstellkraft auf, gegen die sie in den Halteschenkel 21 hinein biegbar sind. Im Halteschenkel 21 sind Nuten 212 vorgesehen, die das Einbiegen ermöglichen. Während des Einschiebens des Halteschenkels 21 in Schieberichtung 41 in den Haltebereich 12 des Klemmkäfigs 1 sind die Raststege 211 daher nicht oder nicht wesentlich gegenüber den Außenseiten 201, 202 des Halteschenkels 21 erhaben. Eine Breite b (s. 2(e)) des Haltebereichs 12 ist dafür nur geringfügig größer als eine Breite B des Halteschenkels 21.
Auf Höhe der Ausnehmungen 161 werden die Raststege 211 beim Einschieben mit ihrer Rückstellkraft wieder nach außen gebogen, so dass sie in die Ausnehmungen 161 eingreifen. Die Klemmfeder 2 ist dem Klemmkäfig 1 dann nicht mehr werkzeugfrei entnehmbar.
Das Einschieben des Halteschenkels 21 in den Haltebereich 12 wird durch Verjüngungen 213 vereinfacht, die am ersten offenen Ende 210 vorgesehen sind. Durch die Verjüngungen 213 ist die Breite B des Halteschenkels 21 verringert und dieser daher leichter zwischen die Klemmstege 18 des Klemmkäfigs 1 einschiebbar.
Die montierte Direktsteckklemme 3 mit der in den Klemmkäfig 1 eingeschobenen Klemmfeder 2 zeigt die 4. Dabei zeigt 4(a) eine perspektivische Ansicht der Direktsteckklemme 3, und 4(b) einen schematischen Schnitt durch die Direktsteckklemme 3.
In 4(a) ist das Verrasten der Raststege 211 in den Ausnehmungen 161 sichtbar. Die Raststege 211 greifen in die Ausnehmungen 161 ein, und hintergreifen den Klemmkäfig 1. Dabei liegen sie jeweils mit einem offenen Ende 214 an einem die Ausnehmung 161 begrenzenden Rand 164 an. Dadurch ist die im Klemmkäfig 1 montierte Klemmfeder 2 mit Hilfe der Raststege 211 gegen ein Verschieben gegen die Schieberichtung 41 gesichert und dem Klemmkäfig 1 nicht mehr werkzeugfrei entnehmbar.
4(b) zeigt die Klemmfeder 2 bei unverschwenktem Klemmschenkel 22 schematisch in gestrichelten Linien. Der unverschwenkte Klemmschenkel 22 wird durch den Anschlag 141 des Klemmkäfigs 1 gehalten.
Schematisch ist zudem ein elektrischer Leiter 6 beim Einschieben in Schieberichtung 41 dargestellt. Der elektrische Leiter 6 weist eine Ader 61 auf, die mit einer elektrisch isolierenden Ummantelung 62 umgeben ist. Er wird mit einem abisolierten offenen Ende 63 in den Klemmraum 11 des Klemmkäfigs 1 eingeschoben. Dabei gerät er in Anlage an den Klemmschenkel 22. Beim Einschieben eines elektrischen Leiters 6 in Schieberichtung 41 in den Klemmkäfig 1 wird der Klemmschenkel 22 der Klemmfeder 2 um ein fiktive Achse 7 gegen eine Klemmkraft der Klemmfeder 2 in eine Schwenkrichtung 44 verschwenkt. Die Klemmkraft F ist schematisch durch einen Pfeil gezeigt. Dabei gerät das zweite offene Ende 220 der Klemmfeder 2 in Anlage an das abisolierte Ende 63 des elektrischen Leiters 6.
4(b) zeigt auch die in Schwenkrichtung 44 verschwenkte Klemmfeder 2. Der Klemmschenkel 22 ist hier soweit in die Schwenkrichtung 44 verschwenkt, dass er am Anlagesteg 151 anliegt. Der Anlagesteg 151 begrenzt daher das Verschwenken des Klemmschenkels 22 in Schwenkrichtung 44. Daher begrenzt er den Leitungsquerschnitt des elektrischen Leiters 6.
Da die Klemmfeder 2 beim Einschieben gegen ihre Klemmkraft F verschwenkt wird, drückt sie den elektrischen Leiter 6 mit ihrer Klemmkraft F gegen die zweite Schmalseite 14.
Um ein ungewolltes Verbiegen des Halteschenkels 21 in oder gegen die Längsrichtung 43 beim Verschwenken des Klemmschenkels 22 in oder gegen die Schwenkrichtung 44 zu verhindern, wird der Halteschenkel 21 durch die Trennwand 13 gehalten. Eine Länge d (s. 2(e) des Haltebereiches 12, d. h. ein Abstand zwischen der ersten Schmalseite 16 und der Trennwand 13, ist daher etwa gleich oder nur unwesentlich größer als eine Dicke D (s. 3) des Halteschenkels 21. Zudem verhindert die Haltezunge 153 ein übermäßiges Verbiegen des Halteschenkels 21 und/oder des Verbindungsbogens 23.
5 zeigt beispielhaft die Klemmkraft F einer aus einer thermisch angeregten Formgedächtnislegierung hergestellten Klemmfeder 2. Bei einer solchen Klemmfeder 2 steigt die Klemmkraft F der verformten Klemmfeder 2 aufgrund einer kristallinen Umwandlung ab einem ersten Grenztemperaturwert TG1 erheblich an. Bei der hier gezeigten Klemmfeder 2 weist die Kennlinie eine Hysterese auf. Dadurch fällt die Klemmkraft F bei fallender Temperatur T ab einem zweiten Grenztemperaturwert TG2 wieder ab. Die Formgedächtnislegierung wird dabei rück-umgewandelt. Die Umwandlung ist somit reversibel.
Es sind auch Formgedächtnislegierungen bekannt, bei denen die Klemmkraft F mit fallender Temperatur T erheblich steigt. Weiterhin sind Formgedächtnislegierungen bekannt, bei denen die Klemmkraft F bei steigender Temperatur T und bei fallender Temperatur T steigt. Die Erfindung betrifft auch solche Klemmfedern 2. Zudem ist die Hysterese anpassbar.
Bei der erfindungsgemäßen Direktsteckklemme 3 wird dieses Verhalten genutzt, um den Betrag Z1 der Klemmkraft F der verformten Klemmfeder 2 ab einer gezielt eingestellten ersten Grenztemperatur TG1 auf einen durch Wahl der Formgedächtnislegierung gezielt einstellbaren anderen Betrag Z2 zu verändern.
Bei einer sich stark verändernden Temperatur T, beispielsweise aufgrund einer starken Erwärmung der elektrischen Baugruppe, in die die Direktsteckklemme 3 eingebaut ist, oder bei einer aus anderen Gründen stark steigenden Außentemperatur, steigt die Klemmkraft F der hier gezeigten Klemmfeder 2 ab der ersten Grenztemperatur TG1 auf den zweiten Betrag Z2 erheblich an. Dadurch gewährleistet die Klemmfeder 2 auch dann noch das sichere Verklemmen des elektrischen Leiters 6 im Klemmkäfig 1.
Da die Umwandlung der Formgedächtnislegierung reversibel ist, fällt die Klemmkraft F bei fallender Temperatur ab der zweiten Grenztemperatur TG2 wieder sehr schnell auf ihren ursprünglichen ersten Betrag Z1 ab. Dieser Vorgang wiederholt sich mit sich verändernder Temperatur T.
Bei einer Direktsteckklemme 3, die zur Verwendung in einem elektrischen Schaltgerät vorgesehen ist, ist beispielsweise eine Klemmfeder 2 mit einer Formgedächtnislegierung bevorzugt, die bei einer Temperatur T von etwa 20° optimal montierbar ist. Die Klemmfeder 2 sollte zudem eine maximale Klemmkraft F in einem Temperaturbereich von 70°C–110°C, insbesondere etwa 90°C, aufweisen. Die Klemmkraft F der Klemmfeder 2 sollte daher bei etwa 20° C den ersten Betrag Z1, und bei etwa 70°C–110°C den zweiten Betrag Z2 aufweisen.
Die erfindungsgemäße Direktsteckklemme 3 gewährleistet auch noch bei sich stark ändernder Temperatur T ein sicheres Verklemmen des eingesteckten elektrischen Leiters 6. Sie ist werkzeuglos und/oder maschinell, und außerdem aus Stanzbiegebauteilen sehr kostengünstig herstellbar.
Bezugszeichenliste

1: Klemmkäfig
10: Innenraum
11: Klemmbereich
12: Haltebereich
13: Trennwand
131: Trennsteg
14: Zweite Schmalwand, Stromschiene
141: Anschlag
15: Erste Breitwand
150: Erster Einschnitt
151: Anlagezunge
152: Stützsteg
153: Haltezunge
154: Zweiter Einschnitt
16: Erste Schmalwand
161: Gegenformschlussmittel, Ausnehmung
162: Ausschnitt
163: Rand der Ausnehmung
17: Zweite Breitwand
18: Klemmsteg
19: Verbindungsnaht
2: Klemmfeder
20: Winkel der Raststege zu den Außenseiten
201, 202: einander gegenüber liegende Außenseiten der Klemmfeder
21: Halteschenkel
210: Erstes offenes Ende des Halteschenkels
211: Formschlussmittel, Raststege
212: Nut
213: Verjüngung
214: Offenes Ende des Raststegs
22: Klemmschenkel
220: Zweites offenes Ende des Klemmschenkels
23: Verbindungsbogen
3: Direktsteckklemme
41: Einsteckrichtung
42: Querrichtung
43: Längsrichtung
44: Schwenkrichtung
51: Klemmseite
52: Halteseite
53: Oberseite
54: Unterseite
6: Elektrischer Leiter
61: Ader
62: Isolierung
63: Abisoliertes Ende
7: Fiktive Achse
F: Kraft
T: Temperatur
TG1, TG2: Erste, zweite Grenztemperatur
Z1, Z2: Betrag der Klemmkraft
B: Breite des Halteschenkels
b: Breite des Haltebereichs
D: Dicke des Halteschenkels
d: Länge des Haltebereichs

Claims

Direktsteckklemme (3) mit einem Klemmkäfig (1) und einer Klemmfeder (2), wobei die Klemmfeder (2) einen Klemmschenkel (22) aufweist, mit dem ein in den Klemmkäfig (1) eingesteckter elektrischer Leiter (6) in diesem verklemmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmfeder (2) zumindest teilweise aus einer thermisch angeregten Formgedächtnislegierung gebildet ist oder aus einer thermisch angeregten Formgedächtnislegierung besteht.
Direktsteckklemme (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmfeder (2) eine Federkraft (F) aufweist, die mit steigender Temperatur (T) reversibel steigt.
Direktsteckklemme (3) nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 oder einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Klemmfeder (2) zudem einen Halteschenkel (21) aufweist, mit dem sie im Klemmkäfig (1) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Halteschenkel (21) im Klemmkäfig (1) verrastet und/oder verklemmt ist.
Direktsteckklemme (3) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmkäfig (1) einen Innenraum (10) aufweist, in dem eine Trennwand (13) angeordnet ist, die einen Klemmbereich (11), in den der elektrische Leiter (6) einsteckbar ist, von einem Haltebereich (12), in dem der Halteschenkel (21) verrastet und/oder verklemmt ist, trennt.
Direktsteckklemme (3) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum (10) durch Außenwände (14–17) begrenzt ist, wobei die Trennwand (13) einstückig mit den Außenwänden (14–17) gebildet ist, insbesondere als Stanzbiegeteil.
Direktsteckklemme (3) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halteschenkel (21) Formschlussmittel (211) aufweist, die mit Gegenformschlussmitteln (161) des Klemmkäfigs (1), welche im Haltebereich (12) an gegenüberliegenden Außenwänden (15, 17) angeordnet sind, verrastet sind.
Direktsteckklemme (3) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Formschlussmittel (211) Raststege sind, wobei die Gegenformschlussmittel (161) Ausnehmungen sind, und wobei die Raststege in die Ausnehmungen eingreifen.
Direktsteckklemme (3) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Haltebereich (21) des Klemmkäfigs (1) Klemmmittel (18), insbesondere Klemmstege, vorgesehen sind, zwischen denen der Halteschenkel (21) gegen eine Rückstellkraft verklemmt ist.
Direktsteckklemme (3) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Klemmbereich (11) eine Anlagezunge (151) für den Klemmschenkel (22) der Klemmfeder (2) angeordnet ist, die ein Verformen der Klemmfeder (2) gegen eine Klemmrichtung (44) begrenzt.
Direktsteckklemme (3) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmfeder (2) v-förmig ausgebildet ist.
Direktsteckklemme (3) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenwände (14–17) eine erste und eine zweite einander gegenüberliegende Schmalwand (14, 16) sowie eine erste und eine zweite einander gegenüberliegende Breitwand (15, 17) umfassen, so dass der Innenraum (10) im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet ist.
Direktsteckklemme (3) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltebereich (12) zwischen der ersten Schmalwand (16) und der Trennwand (13), und der Klemmbereich (11) zwischen der Trennwand (13) und der zweiten Schmalwand (14) angeordnet sind.
Reihenklemme mit zumindest zwei Direktsteckklemmen (3) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Direktsteckklemmen (3) in einem gemeinsamen Isolierstoffgehäuse aneinander gereiht angeordnet sind.
Schaltgerät, insbesondere Leistungsschalter, Motorschutzschalter, Schütz oder Relais, mit zumindest einer Direktsteckklemme (3) nach einem der vorherigen Ansprüche.
Verfahren zum Montieren einer Direktsteckklemme (3) nach einem der Ansprüche 1–12, bei dem a) der Halteschenkel (21) und der Klemmschenkel (22) gegen die Klemmrichtung (44) zusammengedrückt werden, und b) die Klemmfeder (2) dann in Schieberichtung (41) verschoben wird, wobei der Halteschenkel (21) im Haltebereich (12) in den Klemmkäfig (1), und der Klemmschenkel (22) im Klemmbereich (11) in den Klemmkäfig (1) eingeschoben werden, bis die Raststege (211) in die Ausnehmungen (161) des Klemmkäfigs (1) eingreifen.