DE102020117240B4

DE102020117240B4 - Verbindungselement mit einem flexiblen Kontaktelement

Info

Publication number: DE102020117240B4
Application number: DE102020117240.0A
Authority: DE
Inventors: Markus Bayer; Frank Pfaff; Helmut Schöpplein; Alexandra Thum; Michael Burger; Markus Dorscht; Oliver Lang
Original assignee: Wieland Electric GmbH
Current assignee: Wieland Electric GmbH
Priority date: 2020-06-30
Filing date: 2020-06-30
Publication date: 2023-02-02
Anticipated expiration: 2040-07-01
Also published as: EP3934029A1; DE102020117240A1

Abstract

Verbindungselement (1) zum elektrischen Verbinden von zwei Versorgungseinheiten einer linearen Stromverteileranordnung, die jeweils eine Anzahl von Leitern (26a, 26b) aufweisen, wobei das Verbindungselement (1) eine Anzahl von Kontaktelementen (6) aufweist, die jeweils zwei Kontaktzonen (8a, 8b) umfassen, die miteinander über ein Brückenelement (16) elektrisch leitend verbunden sind und dazu ausgebildet sind jeweils einen Leiter (26a, 26b) der beiden Versorgungseinheiten kontaktierend aufzunehmen, wobei die Kontaktzonen (8a, 8b) eines Kontaktelementes (6) relativ zueinander beweglich ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Brückenelement (16) als ein Federkontaktstift (20) ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verbindungselement zum elektrischen Verbinden von zwei Versorgungseinheiten mit jeweils einer Anzahl von Leitern einer lineare Stromverteileranordnungen, wobei das Verbindungselement eine Anzahl von Kontaktelementen aufweist, die jeweils zwei Kontaktzonen umfassen, die miteinander über ein Brückenelement elektrisch leitend verbunden sind und dazu ausgebildet sind jeweils einen Leiter der beiden Grundkörper kontaktierend aufzunehmen. Weiterhin betrifft die Erfindung eine lineare Versorgungseinheit für eine lineare Stromverteileranordnung mit einem solchen Verbindungselement.
Lineare Stromverteileranordnungen werden insbesondere für Beleuchtungssysteme in Gebäuden eingesetzt, um Leitungen zur Versorgung von Geräten mit Energie und/oder Signalen kostengünstig und optisch ansprechend zu verlegen. Unter Signalen wird dabei sowohl die Übertragung von allgemeinen Signalen, wie beispielsweise Steuersignalen, als auch die Übertragung von Daten, wie beispielsweise Mess- oder Informationsdaten, verstanden. Der Einbauort der Geräte kann flexibel entlang eines Gehäusekörpers der Stromverteileranordnung gewählt und leicht variiert werden. Die Geräte können damit auf einfache Weise mit einem Verbindungselement elektrisch leitend mit den Leitern einer linearen Versorgungseinheit an einem variabel festlegbaren Einbauort kontaktiert werden. Solche Stromverteileranordnungen haben den Vorteil, dass die Geräte sowohl elektrisch kontaktierend und auch zu gleich mechanisch an dem Gehäusekörper getragen werden.
Zur Verteilung bzw. Weiterleitung der Energie oder Signale werden in den linearen Stromverteileranordnungen und so auch im Rahmen dieser Erfindung lineare Versorgungseinheiten verwendet, die in einem Gehäusekörper gelagert werden. Diese Versorgungseinheiten können dabei beispielsweise als Stromführungsprofile aber auch als Flachbandkabel ausgebildet sein. Die Stromführungsprofile sind dabei aus einem sich in Längsrichtung erstreckenden Grundkörper ausgebildet, der eine Anzahl von Kammern aufweist, in denen einzelne Leiter angeordnet sind.
Diese Stromführungsprofile sind in der Regel starr ausgebildet und weisen herstellungsbedingt eine begrenzte Länge auf. Für längere Stromverteileranordnungen, wie sie beispielsweise in größeren Werks- oder Lagerhallen eingesetzt werden, sind daher üblicherweise mehrere Stromführungsprofile nötig, die dann über ein Verbindungselement sowohl mechanisch als auch elektrisch miteinander verbunden werden. Auch bei der Verwendung von Flachbandkabeln können je nach Länge des Flachbandkabels Verbindungselemente eingesetzt werden.
Da diese linearen Versorgungseinheiten meist über mehrere Meter verlegt werden, sind diese besonders anfällig für Längenausdehnungen des Materials aufgrund von hohen Temperaturen bzw. allgemein Temperaturschwankungen in der Umgebung. Dies führt in der Praxis regelmäßig dazu, dass die linearen Versorgungseinheiten bei der Ausdehnung einen Druck auf die Verbindungselemente oder Endkappen an den Enden der Versorgungseinheiten aufbauen, welcher entweder in einer Ausweichbewegung der Versorgungseinheiten quer zur linearen Erstreckungsrichtung oder in einer Verschiebung der Verbindungselemente bzw. Endkappen führt. Dies kann eine Kontaktierung der Endgeräte erschweren oder sogar unterbrechen. Umgekehrt kann es bei einer Verkürzung der Versorgungseinheiten durch Absenkung der Raumtemperatur dazu kommen, dass die Kontaktierung der Leiter der Versorgungseinheit mit den Verbindungselementen unterbrochen wird, sodass die nachfolgenden Versorgungseinheiten nicht mehr mit Signalen oder Strom versorgt werden können.
Ein Verbindungselement zum elektrischen Verbinden von zwei Versorgungseinheiten ist beispielsweise aus der Druckschrift DE 10 2010 032 383 A1 bekannt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin ein Verbindungselement und lineare Versorgungseinheit mit einem solchen Verbindungselement anzugeben, die eine besonders zuverlässige Kontaktierung auch bei Wärmeausdehnung der Materialien ermöglicht.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 und 2 gelöst.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass insbesondere die Leiter aufgrund ihrer Materialwahl einen besonders hohen Längenausdehnungskoeffizienten aufweist, was bedeutet, dass sich die Leiter besonders stark bei Temperaturänderungen ausdehnen bzw. zusammenziehen. Wenn die Leiter in den Kammern der linearen Versorgungseinheiten weitestgehend schwimmend gelagert sind, bedeutet dies, dass die Längenausdehnung der Leiter insbesondere an den Enden der Versorgungseinheiten, also im Kontakt mit den Verbindungselementen auftritt und dort relevant ist. Ausgehend von diesen Überlegungen wurde erkannt, dass eine gute Kontaktierung besonders dann zuverlässig gewährleistet werden kann, wenn die Leiterenden in den Kontaktzonen der Verbindungselemente unabhängig von der Ausdehnung fest angeordnet sind und die Kontaktzonen selbst die Längenänderung der Leiter mitgehen, somit also beweglich im Verbindungselement angeordnet sind. Zwischen zwei Kontaktzonen eines Kontaktelementes, also einer Kontaktzone mit einem Leiter einer ersten Versorgungseinheit und einer zweiten Kontaktzone mit einem zweiten Leiter einer zweiten Versorgungseinheit ist ein flexibles Brückenelement vorgesehen, welches die Bewegung der Kontaktzonen im Verbindungselement auffängt und eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den beiden Leitern und somit zwischen den beiden Versorgungseinheiten gewährleistet. Um die Bewegung der Kontaktzonen durch das Brückenelement besonders leicht und zuverlässig ausgleichen zu können, ist dieses in erster erfindungsgemäßer Weise als Federkontaktstift ausgebildet. Dabei ist es auch möglich, dass innerhalb eines Verbindungselementes verschiedene Brückenelemente eingesetzt werden oder ein Brückenelement aus weiteren, unterschiedlichen Teilelementen, wie auch Federelementen, flexiblen Drähten und/oder leitender Streifen bzw. Bänder besteht.
Für ein zumindest in linearer Ausbreitungsrichtung möglichst kompaktes Verbindungselement, sind die Kontaktzonen in alternativer Weise versetzt zueinander angeordnet. Je nach Platzbedarf ist dabei prinzipiell auch ein Versatz in Querrichtung des Verbindungselement, also in Richtung der anderen Kammern bzw. anderen möglichen Kontaktelementen, es ist aber auch insbesondere vorgesehen, dass die Kontaktzonen senkrecht zu der Querrichtung und der linearen Erstreckungsrichtung, nämlich in vertikaler Richtung und somit praktisch auf zwei Ebenen, angeordnet sind. In diesem Fall ist es nämlich möglich, dass die Kontaktzonen in linearer Richtung so nah aneinander angeordnet werden können, dass sie bei Ausdehnung übereinander entlanggeführt werden können. Dabei wird die Ausdehnung der Leiter durch eine Verdrehung der Kontaktzonen um einen gemeinsamen Drehpunkt abgefangen.
Für eine besonders einfache und zuverlässige Kontaktierung sind die beiden Kontaktzonen vorteilhaft als Kontaktzungen ausgebildet, die die Leiterenden umgreifen und einklemmen. Für eine besonders leichte Einführung der Leiterenden in die Kontaktzunge ist diese im Bereich der Öffnung konisch ausgebildet, wodurch die Leiterenden bei der Kontaktierung automatisch geführt werden.
Die Wärmeausdehnung der Leiter erfolgt aufgrund der linearen Anordnung des Systems im Wesentlichen in linearer Erstreckungsrichtung der Versorgungseinheiten. Um diese Längenausdehnung bestmöglich abzufangen, sind auch die Kontaktzonen in bevorzugter Ausgestaltung derart ausgebildet, dass sie sich entlang einer Führungsschiene in dieser linearen Erstreckungsrichtung bewegen können. In vorteilhafter Ausgestaltung kann diese Bewegungsmöglichkeit der Kontaktzonen in linearer Richtung durch entsprechende Vorsprünge oder Begrenzungen im Bereich der Führungsschiene begrenzt werden, um ein Herausfallen oder ein durch die Ausdehnung bedingtes Herausdrücken der Kontaktelemente zu vermeiden.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch die beweglich angeordneten Kontaktzonen und die Verwendung eines flexiblen Brückenelements die Längenausdehnung der Leiter stets abgefangen werden kann. Die Kontaktzonen nehmen die Längenänderung auf und verschieben sich entsprechend, weshalb stets ein zuverlässiger Kontakt zwischen den Leiterenden und den Kontaktzonen bestehen bleibt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:

1 ein Querschnitt durch ein Verbindungselement mit einem elektrisch leitenden Streifen als Brückenelement,
2 ein Kontaktelement mit einem Federkontaktstift als Brückenelement,
3 ein Querschnitt durch ein Verbindungselement mit einem Federelement als Brückenelement,
4 ein Querschnitt durch ein Verbindungselement mit vertikal versetzten Kontaktzonen,
5 ein Querschnitt durch ein Verbindungselement mit einer Biegefeder

Gleiche Merkmale sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
Das Verbindungselement 1 nach 1 umfasst einen Grundkörper 2 aus einem Basismaterial mit einer Anzahl von Kammern 4 zur Aufnahme von Kontaktelementen 6. Dabei ist die Geometrie, die Anordnung und die Anzahl der Kammern an die Ausführung der nicht dargestellten linearen Versorgungseinheiten angepasst, die durch das Verbindungselement 1 elektrisch verbunden werden sollen. Daher ist je nach Versorgungseinheiten auch die Anordnung der Kammern in einer oder mehreren Ebenen bzw. versetzt zueinander denkbar.
Im Querschnitt des Verbindungselements 1 nach 1 ist ein Kontaktelement 6 dargestellt, welches zwei als Kontaktzungen ausgebildete Kontaktzonen 8a, 8b aufweist. Die Kontaktzonen 8a, 8b liegen dabei in einer Ebene und sind im Bereich der Stirnflächen 10a, 10b des Verbindungselements 1 derart angeordnet, dass ein von der Stirnfläche 10a, 10b in die Kammer 4 eingeführter, nicht dargestellter Leiter von der Kontaktzonen aufgenommen und geklemmt wird und somit ein Kontakt zwischen dem Leiter und der Kontaktzone hergestellt wird.
Die Kontaktzungen liegen im Verbindungselement 1 in Führungsschienen 12a, 12b, und können sich entlang dieser in linearer Richtung (L) bewegen. Die Führungsschienen 12a, 12b weisen darüber hinaus Begrenzungselemente 14 in Form von Vorsprüngen auf, um die lineare Bewegung der Kontaktzonen 8a, 8b zu begrenzen und ein Herausfallen oder Herausdrücken zu verhindern.
Die Kontaktzonen 8a, 8b sind elektrisch leitend mit einem Brückenelement 16 verbunden. Dieses Brückenelement 16 ist flexibel ausgestaltet, um die Bewegung der Kontaktzonen 8a, 8b abzufangen. Im Ausführungsbeispiel nach 1 ist das Brückenelement 16 als leitender Streifen 18, im Ausführungsbeispiel nach 2 als Federkontaktstift 20 und im Ausführungsbeispiel nach 3 als Federelement 22 ausgebildet.
Ein alternatives Kontaktelement 6 für ein Verbindungselement 1 ist in 4 angegeben, bei dem die Kontaktzonen 8a, 8b versetzt zueinander angeordnet sind. Dieses Kontaktelement 6 ist drehbar um einen Drehpunkt 24 gelagert. Die Leiterenden 26a, 26b liegen in den Kontaktzonen 8a, 8b. Die Kontaktzonen 8a, 8b weisen dabei in der Kontaktfläche eine Krümmung auf, deren Radius an die mögliche Drehbewegung angepasst. Dehnt sich der Leiter 26a, 26b aufgrund von Temperaturschwankungen aus, führt dies zu einer Kraftübertragung von den Leiterenden 26a, 26b auf die Kontaktflächen, wodurch sich das Kontaktelement 6 als Ausgleich um den Drehpunkt 24 dreht. Die Radien der Kontaktflächen sorgen dabei einerseits für die Kraftübertragung, andererseits aber auch für einen sicheren Kontakt der Leiter 26a, 26b in den Kontaktzonen 8a, 8b auch wenn sich das Kontaktelement aufgrund der Längenänderung der Leiter 26a, 26b verdreht.
Ein zweites alternatives Kontaktelement 6 ist in 5 dargestellt. Hier ist das Brückenelement 16 als Leitung 28 ausgebildet, die für einen besseren Kontakt mit den Leitern 26a, 26b an den Enden gepresst ist. Die Enden der Leitung 28 bzw. des Brückenelements 16 dienen dabei als Kontaktzonen 8a, 8b. Der benötigte Kontaktdruck für eine zuverlässige Kontaktierung auch bei Längenänderungen der Leiter 26a, 26b wird durch eine Biegefeder 30 erzeugt, die zwischen den Enden der Leitung 28 gespannt ist und die Leitung 28 gegen die Leiter 26a, 26b drückt.
All diese Kontaktelemente 6 sind gezielt dazu ausgelegt, dass die Längenänderung der Leiter 26a, 26b durch eine Bewegung der Kontaktzonen 8a, 8b ausgeglichen wird und so mögliche mechanische Spannungen und elektrische Kontaktierungsprobleme vermieden werden.
Bezugszeichenliste

1: Verbindungselement
2: Grundkörper
4: Kammern
6: Kontaktelement
8a, 8b: Kontaktzone
10a, 10b: Stirnfläche
12a, 12b: Führungsschiene
14: Begrenzungselemente
16: Brückenelement
18: Leitungsstreifen
20: Federkontaktstift
22: Federelement
24: Drehpunkt
26a, 26b: Leiter
28: Leitung
30: Biegefeder
L: Lineare Erstreckungsrichtung
Q: Querrichtung
V: Vertikale Richtung

Claims

Verbindungselement (1) zum elektrischen Verbinden von zwei Versorgungseinheiten einer linearen Stromverteileranordnung, die jeweils eine Anzahl von Leitern (26a, 26b) aufweisen, wobei das Verbindungselement (1) eine Anzahl von Kontaktelementen (6) aufweist, die jeweils zwei Kontaktzonen (8a, 8b) umfassen, die miteinander über ein Brückenelement (16) elektrisch leitend verbunden sind und dazu ausgebildet sind jeweils einen Leiter (26a, 26b) der beiden Versorgungseinheiten kontaktierend aufzunehmen, wobei die Kontaktzonen (8a, 8b) eines Kontaktelementes (6) relativ zueinander beweglich ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Brückenelement (16) als ein Federkontaktstift (20) ausgebildet ist.
Verbindungselement (1) zum elektrischen Verbinden von zwei Versorgungseinheiten einer linearen Stromverteileranordnung, die jeweils eine Anzahl von Leitern (26a, 26b) aufweisen, wobei das Verbindungselement (1) eine Anzahl von Kontaktelementen (6) aufweist, die jeweils zwei Kontaktzonen (8a, 8b) umfassen, die miteinander über ein Brückenelement (16) elektrisch leitend verbunden sind und dazu ausgebildet sind jeweils einen Leiter (26a, 26b) der beiden Versorgungseinheiten kontaktierend aufzunehmen, wobei die Kontaktzonen (8a, 8b) eines Kontaktelementes (6) relativ zueinander beweglich ausgebildet sind, wobei die Kontaktzonen (8a, 8b) senkrecht zur Erstreckungsrichtung (Q, V) der linearen Versorgungseinheit versetzt zueinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktzonen (8a, 8b) um einen gemeinsamen Drehpunkt (24) verdrehbar ausgebildet sind.
Verbindungselement (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kontaktzonen (8a, 8b) als Kontaktzungen ausgebildet sind.
Verbindungselement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kontaktzonen (8a, 8b) entlang einer gemeinsamen oder jeweils einer linearen Führungsschiene (12a, 12b) in Erstreckungsrichtung (L) der linearen Versorgungseinheit verschiebbar ausgebildet sind.
Lineare Stromverteileranordnung mit zwei Versorgungseinheiten mit jeweils einer Anzahl von Leitern (26a, 26b) und einem Verbindungselement (1) zum elektrisch leitenden Verbinden der Leiter (26a, 26b) beider Versorgungseinheiten, gekennzeichnet durch ein Verbindungselement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5.