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Die Erfindung betrifft eine Kontaktierungsvorrichtung, insbesondere einen steckbaren Drehstromschienenblock mit selektiver Kontaktierung.
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Eine von der Eaton Inc. angebotene Kontaktierungsvorrichtung ist der Drehstromschienenblock oder Sammelschienenadapter vom Typ B3... PKZ0, der für einen Bemessungsdauerstrom bis 63 Ampere sowie eine Bemessungsbetriebsspannung bis 690 Volt Wechselspannung ausgelegt ist. 1 zeigt einen Eaton-Drehstromschienenblock 50 vom Typ 4-PKZ0 für 3-Phasen mit insgesamt zwölf Steckkontakten 52, die über im Blockgehäuse 54 angeordnete (und nicht sichtbare) Kontaktschienen untereinander fest vorgegeben elektrisch verbunden sind. Dieser Drehstromschienenblock ist insbesondere dazu vorgesehen, nebeneinander auf einer Hutschiene montierte Motorschutzschalter und Strombegrenzer, beispielsweise vom Typ PKZM0, PKZM4, CL-PKZ0 der Eaton Inc., elektrisch mit den über den Schraubanschlussbereich 56 elektrisch verbundenen Drehstromphasen zu verbinden. Hierzu wird der Block 50 auf die Schutzschalter und Strombegrenzer aufgesteckt und die Drehstromphasen werden im Schraubanschlussbereich 56 elektrisch mit den Kontaktschienen im Blockgehäuse 54 verbunden.
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Bei einer hohen Anzahl von Steckkontakten können die Steck- und Ziehkräfte, die beim Herstellen oder Lösen der Kontaktierung auftreten und auf die Kontaktstellen wirken können, problematisch sein. Denn je mehr Steckkontakte ein derartiger Drehschienenblock aufweist, desto problematischer kann die Kontaktierung sein, da höhere Kräfte zum Herstellen oder Lösen der Kontaktierung aufgewendet werden müssen, die wiederum die einzelnen Steckkontakte mechanisch stark belasten und gegebenenfalls sogar verformen können. Schraubbare Drehstromschienenblöcke können sogar bis zu fünf Geräte verbinden und weisen dann 15 Steckkontakte auf.
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Bei derartigen Kontaktierungsvorrichtungen mit insbesondere einer hohen Anzahl von Steckkontakten kann auch der Toleranzausgleich bei einer begrenzten Kontaktbahnbreite in einem Gerät problematisch sein. Bei vielen Steckkontakten und eine geringen Kontaktbahnbreite ist nur ein sehr geringer Toleranzausgleich möglich, was die Kontaktierung erschwert.
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Bei dem Drehstromschienenblock vom Typ B3... PKZ0 ist die Kontaktierung zudem fest vorgegeben. Bei einigen herkömmlichen Kontaktierungsvorrichtungen ist außerdem eine Verschraubung bei Anschlüssen, insbesondere der Phasen, erforderlich, was die Sicherheit beeinträchtigen kann (beispielsweise in einer Betriebsumgebung mit hohem Vibrationsanteil (Schiffsanwendungen) oder wenn das Anziehen von Schraubverbindungen vergessen wurde).
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, eine verbesserte Kontaktierungsvorrichtung, insbesondere einen verbesserten Drehstromschienenblock vorzuschlagen.
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Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Ein der vorliegenden Erfindung zugrundeliegender Gedanke besteht darin, eine Kontaktierungsvorrichtung, insbesondere einen Drehstromschienenblock zu schaffen, welche die Funktionen von herkömmlichen Kontaktierungsvorrichtungen wie beispielsweise des Drehstromschienenblocks oder Sammelschienenadapters vom Typ B3... PKZ0 erfüllen kann, die es aber durch ihren konstruktiven Aufbau ermöglicht, die Montagezeit zu verringern und keine Verschraubung bei Kontakten erfordert.
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Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft nun eine Kontaktierungsvorrichtung mit mindestens zwei Stromschienen, die jeweils mehrere Kontaktdurchführungen in vorgegebenen Abständen zum Durchführen von Steckkontakten aufweisen, einem Stromschienen-Gehäuse, indem die Stromschienen etwa parallel und voneinander beabstandet derart gelagert sind, dass ihre Kontaktdurchführungen zueinander so ausgerichtet sind, dass ein in die Kontaktdurchführung einer Stromschiene gesteckter Steckkontakt durch die entsprechend ausgerichteten Kontaktdurchführungen der anderen Stromschienen hindurchtreten kann, mindestens eine Isolationsführung in einer Kontaktdurchführung einer Stromschiene, welche die Stromschiene von einem durch die Kontaktdurchführung gesteckten Steckkontakt elektrisch isoliert, und einem Steckteil, das ein Steckkontakt-Halteteil und mehrere in den vorgegebenen Abständen im Steckkontakt-Halteteil verankerte Steckkontakte aufweist. Das Steckkontakt-Halteteil kann insbesondere quaderförmig ausgebildet sein. Eine solche Kontaktierungsvorrichtung kann mittels des Steckteils sicher und eindeutig durch Stecken mit Anschlüssen einer Stromversorgung verbunden werden. Zudem kann die Herstellung der Kontaktierungsvorrichtung vereinfacht werden, da die Vorrichtung aus relativ wenigen unterschiedlichen Einzelteilen hergestellt ist und einen hohen Gleichteilefaktor besitzt, wodurch der Aufwand für Werkzeuge und die Montage reduziert wird.
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Die Stromschienen können aus einem insbesondere abgelängten, elektrisch leitenden Bandmaterial gefertigt sein, in dem die Kontaktdurchführungen eingestanzt sind. Eine derartige Stromschiene kann mit relativ geringem Aufwand hergestellt werden, beispielsweise durch Verwendung von einfachem Stanzwerkzeug, welches die Kontaktdurchführungen in das Bandmaterial stanzt, das anschließend abgelängt wird.
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Das Stromschienen-Gehäuse kann als Spritzgussgehäuse aus einem elektrisch isolierenden Material, insbesondere einem Kunststoff oder als Stranggussgehäuse gefertigt sein. Bei einer Fertigung als Spritzgussgehäuse können die Stromschienen umspritzt werden, wodurch der Wärmehaushalt optimiert werden kann, da Abwärme der Stromschienen direkt über das Gehäuse abgeführt werden kann. Insbesondere können die Stromschienen aus spritzgusstechnischen Gründen einzeln umspritzt werden. Dabei können Befestigungsmerkmale, beispielsweise ein Schwalbenschwanz, mit angespritzt werden, die es ermöglichen verschiedene Stromschienen zu einem Paket zu vereinen.
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Die mindestens eine Isolationsführung kann als eine elektrisch isolierende Manschette eines Steckkontakts ausgeführt sein, insbesondere als eine in eine Kontaktdurchführung einklemmbare Manschette.
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Die mindestens eine Isolationsführung kann auch als eine elektrisch isolierende Kunststoffumspritzung eines Steckkontakts oder einer Kontaktdurchführung ausgeführt sein. Insbesondere wenn das Stromschienen-Gehäuse als Spritzgussgehäuse durch Umspritzung gefertigt wird, kann die elektrisch isolierende Kunststoffumspritzung der mindestens einen Isolationsführung auch in diesem Fertigungsschritt durchgeführt werden.
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Die Kontaktierungsvorrichtung kann x Stromschienen mit jeweils n *x Kontaktdurchführungen aufweisen, wobei n die Anzahl der mit der Kontaktierungsvorrichtung elektrisch zu verbindenden Geräte angibt und insbesondere n = 2, 3, 4 oder 5 ist. Insbesondere kann Kontaktierungsvorrichtung als Drehstromschienenblock mit x = 3 ausgeführt sein.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung betrifft einen Stromschienenblock aufweisend mindestens zwei Stromschienen, die jeweils mehrere Kontaktdurchführungen in vorgegebenen Abständen zum Durchführen von Steckkontakten aufweisen, ein Stromschienen-Gehäuse, in dem die Stromschienen etwa parallel und voneinander beabstandet derart gelagert sind, dass ihre Kontaktdurchführungen zueinander so ausgerichtet sind, dass ein in die Kontaktdurchführung einer Stromschiene gesteckter Steckkontakt durch die entsprechend ausgerichteten Kontaktdurchführungen der anderen Stromschienen hindurchtreten kann, und mindestens eine Isolationsführung in einer Kontaktdurchführung einer Stromschiene, welche die Stromschiene von einem durch die Kontaktdurchführung gesteckten Steckkontakt elektrisch isoliert.
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Schließlich betrifft eine Ausführungsform der Erfindung ein Steckteil für einen Stromschienenblock nach der Erfindung und wie hierin beschrieben aufweisend ein Steckkontakt-Halteteil und mehrere in vorgegebenen Abständen im Steckkontakt-Halteteil verankerte Steckkontakte, wobei die vorgegebenen Abstände den vorgegebenen Abständen von Kontaktdurchführungen einer Stromschiene des Stromschienenblocks entsprechen. Insbesondere kann das Steckkontakt-Halteteil quaderförmig ausgebildet sein. Ferner kann das Steckkontakt-Halteteil aus einem isolierenden Kunststoff gefertigt sein.
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Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen.
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Die Zeichnungen zeigen in
- 1 einen herkömmlichen Drehstromschienenblock vom Typ 4-PKZ0;
- 2 in einer perspektivischen Ansicht eine Prinzipdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Drehstromschienenblocks gemäß der Erfindung;
- 3 den in 2 gezeigten Drehstromschienenblock für den Anschluss von drei Bauteilen an Drehstrom;
- 4 eine Prinzipdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer Stromschiene für eine Kontaktierungsvorrichtung gemäß der Erfindung;
- 5 eine Prinzipdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer Isolationsführung gemäß der Erfindung;
- 6 eine Prinzipdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines Steckteils für ein Bauteil gemäß der Erfindung; und
- 6 eine Prinzipdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Steckteils für zwei Bauteile gemäß der Erfindung.
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In der folgenden Beschreibung können gleiche, funktional gleiche und funktional zusammenhängende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein. Absolute Werte sind im Folgenden nur beispielhaft angegeben und sind nicht als die Erfindung einschränkend zu verstehen.
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2 zeigt eine erfindungsgemäße Kontaktierungsvorrichtung in Form eines Drehstromschienenblocks 10, der im Prinzip dieselbe Funktion wie der herkömmliche und in 1 gezeigte Drehstromschienenblock vom Typ 4-PKZ0 erfüllen kann.
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Der gezeigte Drehstromschienenblock 10 weist drei Stromschienen 12, 12', 12" mit Kontaktdurchführungen 14 und 15 in vorgegebenen Abständen auf. Hierzu kann Bandmaterial so abgelängt werden, dass die Stromschiene 12' zur Stromschiene 12 um den Abstand s zwischen den Kontaktdurchführungen 14 und 15 (4) und die Stromschiene 12" zur Stromschiene 12 um den Abstand 2s versetzt eingebaut werden kann. Die Stromschienen 12, 12', 12" sind in einem Stromschienen-Gehäuse 18 aus einem isolierenden Material voneinander beabstandet und etwa parallel derart gelagert, dass jeweils zwei Kontaktdurchführungen 14 und eine Kontaktdurchführung 15 fluchten, so dass ein Steckkontakt 16 durch die fluchtenden Kontaktdurchführungen der drei Stromschienen hindurchtreten kann, wie es in 2 auch gezeigt ist.
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Damit ein Steckkontakt 16 nicht alle drei Stromschienen 12, 12', 12" elektrisch verbinden und damit kurzschließen kann, sind in 2 in zwei von drei fluchtenden Kontaktdurchführungen der drei Stromschienen Isolationsführungen 20 angebracht, welche einen durchgesteckten Steckkontakt 16 von der Stromschiene elektrisch isolieren und als zusätzliche Funktion auch mechanisch führen können. Beim linken Steckkontakt 16 sind Isolationsführungen 20 in den entsprechenden Kontaktdurchführungen der Stromschienen 12', 12", beim mittleren Steckkontakt 16 in den entsprechenden Kontaktdurchführungen der Stromschienen 12, 12" und beim rechten Steckkontakt 16 in den entsprechenden Kontaktdurchführungen der Stromschienen 12, 12' angebracht, so dass der linke Steckkontakt 16 den linken Anschluss 26 mit der Stromschiene 12, der mittlere Steckkontakt 16 den mittleren Anschluss 26 mit der Stromschiene 12' und der rechte Steckkontakt 16 den rechten Anschluss 26 mit der Stromschiene 12" elektrisch verbindet. Durch die Isolationsführungen 20 können somit flexibel unterschiedliche Varianten der Kontaktierung mit den Stromschienen 12, 12', 12" geschaffen werden, was insbesondere eine größere Flexibilität bei der Herstellung des Stromschienen-Gehäuses 18 mit den darin gelagerten Stromschienen 12, 12', 12" gegenüber herkömmlichen Drehstromschienenblöcken mit fest vorgegebenen Kontaktierungen bietet.
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Die bereits erwähnten Anschlüsse 26 können beispielsweise Anschlüssen eines elektrischen Bauteils wie beispielsweise eine Leistungsschalters, eines Schutzschalters, insbesondere Motorschutzschalters oder eines Schützes sein.
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Zum elektrischen Verbinden der Anschlüsse 26 mit den Stromschienen 12, 12', 12" wird ein Steckteil 22 verwendet, welches ein quaderförmiges Steckkontakt-Halteteil 24 und drei darin verankerte Steckkontakte 16 aufweist. Die Steckkontakte 16 sind hierbei in den vorgegebenen Abständen s (4) der Kontaktdurchführungen 14 und 15 angeordnet, so dass - wie in 2 gezeigt - die drei Steckkontakte 16 in drei nebeneinanderliegende Kontaktdurchführungen 14 eingesteckt werden können. Zur vollständigen Kontaktierung werden die Steckkontakte 16 jeweils vollständig durch alle drei fluchtenden Kontaktdurchführungen gesteckt bzw. in entsprechende Öffnungen an das schmalen Oberseite des Stromschienen-Gehäuse 18 soweit eingeschoben, bis das quaderförmige Steckkontakt-Halteteil 24 auf der schmalen Oberseite aufsitzt. Das Lösen der Kontaktierung erfolgt umgekehrt durch Herausziehen der Steckkontakte 16 aus den Kontaktdurchführungen 14 und Abnehmen des Steckteils 22. Die Steckkontakte 16 können eine Länge aufweisen, die derart bemessen ist, dass erst bei einem Aufsitzen des quaderförmigen Steckkontakt-Halteteils 24 auf der schmalen Oberseite eine elektrische Verbindung der Anschlüsse 26 mit den Stromschienen 12, 12', 12" erfolgt.
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In 2 ist das Stromschienen-Gehäuse 18 durchsichtig dargestellt, um den inneren Aufbau zu zeigen, insbesondere die Lagerung der Stromschienen 12, 12', 12" und die Isolationsführungen 20 sowie Kontaktdurchführungen 14 und durchgeführten Steckkontakte 16. Das Gehäuse 18 kann als Spritzgussgehäuse oder auch aus Strangguss hergestellt sein.
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In 2 ist im Detail der Aufbau eines erfindungsgemäßen Drehstromschienenblocks 10 gezeigt, der prinzipiell für den Anschluss mehrerer Bauteile an Drehstrom ausgelegt ist und daher mehr Anschlussmöglichkeiten als die in 2 sichtbaren aufweist. 3 zeigt beispielsweise einen Drehstromschienenblock 10' für den Anschluss von drei Bauteilen an Drehstrom, der den Aufbau des in 2 gezeigten Blocks 10 besitzt. Das Stromschienen-Gehäuse 18' ist so ausgelegt, dass drei Steckteile 22 nebeneinander in das Gehäuse 18' gesteckt werden können, und somit drei (nicht dargestellte) Bauteile an Drehstrom über den Block 10' angeschlossen werden können. Prinzipiell kann das Gehäuse 18' auch verlängert werden, so dass noch mehr Bauteile an Drehstrom angeschlossen werden können.
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4 zeigt im Detail eine Stromschiene 12 des Drehstromschienenblocks 10, die aus einem Bandmaterial, insbesondere einem Kupferband gefertigt ist. In das abgelängte Bandmaterial sind die Kontaktdurchführungen 14 und 15 eingestanzt. Das Stichmaß bzw. der Abstand s zwischen den Kontaktdurchführungen 14 und 15 kann beispielsweise einem Phasenabstand in einem Grund-Gerät entsprechen, das mit Stromschienen 12 eines Drehstromschienenblocks elektrisch kontaktiert werden soll.
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5 zeigt im Detail eine Isolationsführung 20 des Drehstromschienenblocks 10 in Form einer in eine Kontaktdurchführung einklemmbaren Manschette aus einem elektrisch isolierenden Material, insbesondere einem Kunststoff. Der Sockel 21 der Führung 20 ist an die Abmessungen einer Kontaktdurchführung 14 (4) derart angepasst, dass die Isolationsführung 20 einfach in die Kontaktdurchführung 14 eingeklemmt werden kann. Der Sockel 21 stellt auch die elektrische Isolation und zusätzlich eine mechanische Führung eines in die Durchführung 21' hindurchgesteckten Steckkontakts 16 sicher. Die Durchführung 21' ist so bemessen, dass sich der Steckkontakt 16 mit relativ geringem Kraftaufwand durchstecken lässt.
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6 zeigt im Detail ein Steckteil 22 des Drehstromschienenblocks 10. Die drei Steckkontakte 16 weisen hierbei jeweils eine Kontaktzunge 16' auf, welche die elektrische Kontaktierung eines Steckkontakts 16 in einer Kontaktdurchführung 14 (ohne Isolationsdurchführung 20) und in einer entsprechenden Kontaktöffnung eines Anschlusses 26 sicherstellt. Die Kontaktzungen 16' dienen auch dazu, die Steckkontakte 16 und damit das Steckteils 22 sicher und möglichst ohne Spiel im Stromschienen-Gehäuse 18 zu halten und ein Herausfallen oder -rutschen zu verhindern. Das quaderförmige Steckkontakt-Halteteil 24 ist insbesondere aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff gefertigt, in den die Enden der Steckkontakte 16 eingegossen sein können. Das Steckteil 22 sollte unverlierbar am Stromschienen-Gehäuse 18 angebracht sein und in y-Achse (2) nur um einen begrenzten Weg h zu bewegen sein, um Fingersicherheit bzw. Schutzart bei Steckvorgängen zu gewährleisten
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7 zeigt schließlich eine Variante des Steckteils 22', das als Brücke ausgebildet ist. Diese Brücken-Ausführung kann zur elektrischen Kontaktierung von Bauteilen unterschiedlicher Baugröße verwendet werden.
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Die erfindungsgemäße Kontaktierungsvorrichtung eignet sich insbesondere zur Realisierung von steckbaren Drehstromschienenblöcken unterschiedlicher Länge und zur elektrischen Verbindung einer unterschiedlichen Anzahl elektrischer Bauteile, insbesondere von Leistungsschaltern, Schützen und Schutzschaltern, vor allem, aber nicht ausschließlich mit Drehstrom. Die erfindungsgemäße Kontaktierungsvorrichtung weist beherrschbare Steck- und Ziehkräfte auf, ermöglicht den Austausch eines Gerätes aus einem Verbund (durch Abziehen (Anheben) des Steckteils um Maß h), besitzt beherrschbare Toleranzen auch bei n-facher Ausführung (also bei einer Ausführung für die elektrische Verbindung von n Bauteilen), ermöglicht insbesondere bei der umspritzten Variante des Stromschienen-Gehäuses eine optimierten Wärmehaushalt, ermöglicht die Realisierung eines eindeutigen Zustandsanzeige, ist mit wenigen Einzelteilen (drei Teile) und einem einfachen Gehäuse realisierbar (wobei bei der umspritzten Variante des Stromschienen-Gehäuses Isolationsführungen als gesonderte Teile im Prinzip entfallen können), weist einen hohen Gleichteilfaktor auf, was die Produktion vereinfachen kann, benötigt lediglich ein einfaches Stanzwerkzeug für die Herstellung der Stromschienen, wobei kein Kröpfen erforderlich ist, und ermöglicht es, das Stromschienen-Gehäuse als Strangguss auszuführen. Weiterhin besitzt die erfindungsgemäße Kontaktierungsvorrichtung den Vorteil, dass elektrische Kontakte nach der Montage unverlierbar sind, eine Einspeisung über integrierte Klemmen erfolgen kann, und sie insbesondere bei einer Ausführung für elektrische Ströme < 32 Ampere mit mehrfach Steckteilen (also Steckteilen mit Steckkontakten, die paarweise elektrisch verbunden sind) verlängert werden kann.
