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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Kontaktierungseinheit mit einer Litze, welche eine Mehrzahl von parallelen Einzeldrähten umfasst, und einem Konnektor. Die Erfindung betrifft auch eine Kontaktierungseinheit, insbesondere für ein System zur berührungslosen Energieübertragung, die eine Litze, welche eine Mehrzahl von parallelen Einzeldrähten umfasst, und einem Konnektor umfasst. Die Erfindung betrifft ferner ein System zur berührungslosen Energieübertragung.
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Aus der
DE 100 53 373 B4 ist ein System zur berührungslosen Energieübertragung bekannt. Das System umfasst eine Einspeisung, die einen mittelfrequenten Wechselstrom in einen langgestreckten Primärleiter einspeist. Mobile Verbraucher sind entlang dem Primärleiter bewegbar und weisen jeweils eine Spule auf, die mit dem Primärleiter induktiv gekoppelt ist. Durch diese induktive Kopplung ist Energie von dem Primärleiter zu dem Verbraucher übertragbar. Es ist auch denkbar, dass primärseitig eine oder mehrere Primärspulen mit mehreren Windungen vorgesehen sind.
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Systeme zur berührungslosen Übertragung von Energie kommen insbesondere in Industriebetrieben zum Einsatz. Dabei werden Primärleiter, die ein Magnetfeld erzeugen, vorzugsweise in einem Boden oder entlang einer oder mehrerer Schienen verlegt. Die Primärleiter sind als Litze mit einer Mehrzahl von parallelen, gegeneinander isolierten, Einzeldrähten ausgebildet. Die Litze wird mit einem Konnektor, beispielsweise einem Kabelschuh oder einer Aderendhülse, elektrisch und mechanisch verbunden. Der Konnektor wird dann mit der Einspeisung, beispielsweise durch Verschrauben oder mittels Klemmen, kontaktiert.
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Um eine Kontaktierungseinheit mit einer Litze und einem Konnektor, beispielsweise einem Kabelschuh, herzustellen gibt es mehrere recht aufwändige, teils auch gefährliche Verfahren. Beispielsweise wird die Litze, deren Einzeldrähte jeweils mit einer elektrisch isolierenden Lackschicht überzogen sind, im Kontaktbereich vorher verzinnt. Dies kann in einem Zinnbad in einem Löttiegel oder durch Verbrennen der Lackschicht durch eine Lötlampe und Zuführung von Lötzinn erfolgen. Geschlossene Rohrkabelschuhe dienen insbesondere als Kavität für das Lötzinn. Die Lackschicht wird darin ausgekocht. Dabei läuft häufig Lack und Lötzinn auf die Kontaktfläche des Kabelschuhs und muss dann wieder aufwändig mechanisch, beispielsweise mit einer Feile oder einer Drahtbürste, entfernt werden. Dies ist ein sehr zeitaufwändiger Prozess und stellt insbesondere auf Baustellen, wo die Installation erfolgt, eine Gefahr der Verbrennung durch mit flüssigem Lötzinn gefüllten Löttiegel oder Brandgefahr durch offene Lötflammen dar. In jedem Fall ist der Prozess zeitintensiv. Ferner wird durch Kapillareffekte Lötzinn entlang der Litze unkontrollierbar aufgesaugt. Dadurch wird deren Isolation geschädigt, was vergrößerte Stromwärmeverluste an der Kontaktierungseinheit verursacht.
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Auch ist das Verfahren der Heisscrimpung bekannt. Dabei wird die Litze mit dem Konnektor in eine meist hydraulische oder pneumatische Zange eingeführt. Beim Schließen der Zange wird gleichzeitig ein sehr großer elektrischer Stoßstrom durch die Zangenbacken geleitet, der zu einer Erwärmung des dazwischen befindlichen Konnektors und der Litze führt. Dabei wird die Lackschicht plastisch verformbar und durch den Druck der Zange aus der Crimpstelle verdrängt. An der Crimpstelle entsteht so ein elektrischer Kontakt der Litzen miteinander und mit dem Konnektor. So kann eine Kontaktierungseinheit in einer Fabrik vorkonfektioniert hergestellt werden. Eine solche Maschine ist jedoch sehr groß, aufwändig und teuer. Sie ist keinesfalls für Installationsarbeiten auf Baustellen geeignet. Sind die Kabellängen nicht exakt bekannt, was meistens der Fall ist, ist das Vorkonfektionieren von Kabeln nicht praktikabel.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Kontaktierungseinheit, eine Kontaktierungseinheit, insbesondere für ein System zur berührungslosen Energieübertragung, und ein System zur berührungslosen Energieübertragung weiterzubilden.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Herstellung einer Kontaktierungseinheit mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß auch durch eine Kontaktierungseinheit mit den in Anspruch 11 angegebenen Merkmalen gelöst. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß ferner durch ein System zur berührungslosen Energieübertragung mit den in Anspruch 12 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Kontaktierungseinheit mit einer Litze, welche eine Mehrzahl von parallelen Einzeldrähten umfasst, und einem Konnektor, wird zunächst ein Endbereich der Litze in den Konnektor eingeführt. Anschließend wird der Konnektor mit dem Endbereich der Litze vercrimpt. Anschließend wird der Endbereich der Litze mit dem Konnektor verlötet.
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Durch die Vercrimpung wird insbesondere eine mechanische Verbindung zwischen der Litze und dem Konnektor erzeugt. Durch die Verlötung wird zusätzlich eine elektrische Verbindung zwischen der Litze und dem Konnektor erzeugt. Die so hergestellte Kontaktierungseinheit weist eine hohe mechanische Festigkeit, insbesondere zur Aufnahme von Zugkräften, und einen geringen Übergangswiderstand auf. Die Kontaktierungseinheit ist mit einfachen Werkzeugen, beispielsweise Crimpzange und Lötkolben, auf Baustellen in kurzer Zeit herstellbar. Somit werden Betriebskosten bei der Herstellung eingespart, und die Kontaktierungseinheit ist langlebig.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch zur Verbindung von zwei Litzen miteinander sowie zur Reparatur einer getrennten Litze anwendbar. Beispielsweise werden jeweils die Endbereiche der miteinander zu verbindenden Litze in je einen als Kabelschuh ausgebildeten Konnektor eingeführt. Anschließend werden die beiden Kabelschuhe miteinander verschraubt. Auch ist es denkbar, die Endbereiche der miteinander zu verbindenden Litze in je einen als Aderendhülse ausgebildeten Konnektor einzuführen. Anschließend werden die beiden Aderendhülse mittels Schraubklemmen oder Federklemmen miteinander verbunden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Einzeldrähte der Litze jeweils mit einer elektrisch isolierenden Lackschicht überzogen. Die Lackschicht isoliert die Einzeldrähte der Litze gegeneinander und vermindert dadurch Stromverdrängungseffekte bei Strömen mit hohen Frequenzen, die insbesondere in Systemen zur berührungslosen Energieübertragung fließen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind insbesondere beim Einführen in den Konnektor die Einzeldrähte der Litze in dem Endbereich jeweils mit einer elektrisch isolierenden Lackschicht überzogen. Die Lackschicht isoliert die Einzeldrähte der Litze gegeneinander und vermindert dadurch Stromverdrängungseffekte bei Strömen mit hohen Frequenzen. Ein Entfernen einer solchen Lackschicht in dem Endbereich der Litze ist nicht erforderlich, wodurch die Herstellung der Kontaktierungseinheit in kurzer Zeit durchführbar ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Litze eine elektrisch isolierende Kunststoffschicht auf, welche die Einzeldrähte umgibt, wobei die Kunststoffschicht in dem Endbereich der Litze vor dem Einführen in den Konnektor entfernt wird. Die Vercrimpung wird somit unmittelbar mit den Einzeldrähten der Litze durchgeführt, wodurch die mechanische Festigkeit erhöht ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Konnektor einen beidseitig offenen, hohlzylindrischen Aufnahmekörper auf. Der Endbereich der Litze wird dabei in den hohlzylindrischen Aufnahmekörper eingeführt. Ein derart ausgestalteter Konnektor ist zur Herstellung der Kontaktierungseinheit besonders geeignet.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Endbereich der Litze derart in den Konnektor eingeführt, dass nach dem Einführen eine Stirnseite des Endbereichs sich innerhalb eines hohlzylindrischen Aufnahmekörpers des Konnektors befindet. Vorzugsweise wird die Stirnseite des Endbereichs dabei bis zur Hälfte oder bis zu zwei Drittel in den hohlzylindrischen Aufnahmekörper des Konnektors eingeführt. Dies gestattet eine einfache Verlötung der Stirnseite des Endbereichs der Litze mit dem Konnektor, und die Herstellung der Kontaktierungseinheit ist weiter vereinfacht.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der Endbereich der Litze derart mit dem Konnektor vercrimpt, dass von einem Teil des hohlzylindrischen Aufnahmekörpers und von einem Teil der Litze eine Kavität gebildet wird, und dass eine Stirnseite des Endbereichs der Litze sich in der Kavität befindet. Durch die Vercrimpung werden die Einzeldrähte in der Litze gegeneinander verpresst und dabei plastisch verformt. Dadurch werden Kapillare zwischen den Einzeldrähten verschlossen. Damit ist die Kavität gegen den Teil der Litze, welcher der Stirnseite abgewandt ist, verschlossen.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung werden der Konnektor und die Litze zum Verlöten derart ausgerichtet, dass die Kavität an einer dem Erdboden abgewandten Seite offen ist. Die Kavität ist, wie bereits erwähnt, gegen den Teil der Litze, welcher der Stirnseite abgewandt ist, verschlossen. Durch die besagte Ausrichtung wird verhindert, dass bei späteren Verlöten Lötmittel aus der Kavität ausläuft.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird zum Verlöten des Endbereichs der Litze mit dem Konnektor die Kavität zumindest teilweise mit flüssigem Lötmittel gefüllt. Vorteilhaft wird die Kavität dabei mit einem handlichen Lötkolben oder einer Lötpistole mit Lötzinndraht, welcher an der Lötwerkzeugspitze aufgeschmolzen wird, gefüllt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Endbereich der Litze derart mit dem Konnektor verlötet, dass endseitige Stirnflächen der Einzeldrähte elektrisch miteinander und mit einem hohlzylindrischen Aufnahmekörper des Konnektors verbunden sind. An den Stirnflächen der Einzeldrähte ist keine Lackschicht vorhanden. In die Kavität gefülltes Lötzinn verbindet sich vornehmlich mit den Stirnflächen der Einzeldrähte und stellt eine leitfähige Verbindung zu dem Konnektor her. Vorteilhaft wirkt sich hierbei aus, dass kein Lötzinn durch Kapillareffekte in der Litze hinter der Crimpstelle eindringen kann, sondern in der Kavität verbleibt und diese füllt. Dadurch bleiben Stromverdrängungseffekte gering, was die Impedanz sowie den Widerstand der Kontaktierungseinheit, insbesondere gegenüber einer Tauchverlötung, deutlich verringert.
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Eine erfindungsgemäße Kontaktierungseinheit, insbesondere für ein System zur berührungslosen Energieübertragung, umfasst eine Litze, welche eine Mehrzahl von parallelen Einzeldrähten umfasst, und einem Konnektor. Dabei ist die erfindungsgemäße Kontaktierungseinheit durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt.
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Die Kontaktierungseinheit weist vorteilhaft eine hohe mechanische Festigkeit, insbesondere zur Aufnahme von Zugkräften, und einen geringen Übergangswiderstand auf und ist langlebig. Die Kontaktierungseinheit ist mit einfachen Werkzeugen auf Baustellen in kurzer Zeit und mit geringen Betriebskosten herstellbar.
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Ein erfindungsgemäßes System zur berührungslosen Energieübertragung umfasst mindestens eine erfindungsgemäße Kontaktierungseinheit.
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Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.
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Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert. Die Erfindung ist nicht auf die in den Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Die Abbildungen stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar. Es zeigen:
- 1: eine Litze und einen Konnektor vor der Herstellung einer Kontaktierungseinheit,
- 2: die Litze und den Konnektor nach Einführung des Endbereichs der Litze in den Konnektor,
- 3: die Litze und den Konnektor nach Vercrimpung des Konnektors mit dem Endbereich der Litze und
- 4: eine Schnittansicht der hergestellten Kontaktierungseinheit.
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1 zeigt eine Litze 20 und einen Konnektor 30 vor der Herstellung einer Kontaktierungseinheit 10. Die Litze 20 ist beispielsweise Teil eines langgestreckten Primärleiters. Es ist auch denkbar, dass die Litze 20 in mehreren Windungen gelegt ist, welche eine Primärspule bilden.
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Der Konnektor 30 weist einen Aufnahmekörper 32 zur Aufnahme der Litze 20 auf. Der Aufnahmekörper 32 ist dazu hohlzylindrisch ausgebildet und beidseitig, an beiden Stirnflächen, offen. Der Konnektor 30 weist ferner einen Anschlussflansch 36 auf. Der Anschlussflansch 36 ist flach ausgebildet und weist eine Bohrung 37 zur Aufnahme einer Schraube auf.
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Der Konnektor 30 ist vorliegend in Form eines Kabelschuhs ausgebildet. Mittels einer Schraube, welche die Bohrung 37 durchgreift, ist der Konnektor 30 beispielsweise mit einer Einspeisung eines Systems zur berührungslosen Energieübertragung verbindbar. Es ist beispielsweise auch denkbar, dass der Konnektor 30 in Form einer Aderendhülse ausgebildet ist, welche keinen Anschlussflansch mit Bohrung aufweist. In diesem Fall ist der Konnektor 30 durch Einführen in eine Schraubklemme oder Federklemme mit einem Gerät, beispielsweise einer Einspeisung eines Systems zur berührungslosen Energieübertragung, verbindbar.
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Die Litze 20 ist langgestreckt zylindrisch ausgebildet und umfasst eine Mehrzahl von parallelen Einzeldrähten 22. Die Einzeldrähte 22 sind aus einem elektrisch leitfähigen Material, insbesondere Kupfer, gefertigt und kreiszylindrisch ausgebildet. Die Einzeldrähte 22 der Litze 20 sind jeweils mit einer elektrisch isolierenden Lackschicht überzogen. Die Litze 20 weist ferner eine elektrisch isolierende innere Kunststoffschicht 26 und eine elektrisch isolierende äußere Kunststoffschicht 27 auf. Die Kunststoffschichten 26, 27 umgeben die Einzeldrähte 22 koaxial.
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In einem Endbereich 24 der Litze 20 sind die Kunststoffschichten 26, 27 entfernt. Die Einzeldrähte 22 der Litze 20 sind auch in dem Endbereich 24 jeweils mit der elektrisch isolierenden Lackschicht überzogen. Endseitige Stirnflächen der Einzeldrähte 22 bilden eine Stirnseite 25 des Endbereichs 24. Die endseitigen Stirnflächen der Einzeldrähte 22 sind frei von der elektrisch isolierenden Lackschicht.
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2 zeigt die Litze 20 und den Konnektor 30 nach Einführung des Endbereichs 24 der Litze 20 in den Konnektor 30. Der Endbereich 24 der Litze 20 wird in den hohlzylindrischen Aufnahmekörper 32 des Konnektors 30 eingeführt. Der Endbereich 24 der Litze 20 wird dabei derart in den Konnektor 30 eingeführt, dass nach dem Einführen die Stirnseite 25 des Endbereichs 24 sich innerhalb des hohlzylindrischen Aufnahmekörpers 32 des Konnektors 30 befindet. Beim Einführen in den Konnektor 30 sind die Einzeldrähte 22 der Litze 20 in dem Endbereich 24 jeweils mit der elektrisch isolierenden Lackschicht überzogen.
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3 zeigt die Litze 20 und den Konnektor 30 nach Vercrimpung des Konnektors 30 mit dem Endbereich 24 der Litze 20. Der Aufnahmekörper 32 des Konnektors 30 wird mittels einer Crimpzange mit dem Endbereich 24 der Litze 20 vercrimpt. Dabei entsteht eine Crimpstelle 34, an welcher ein Durchmesser des Aufnahmekörpers 32 verringert ist. An der Crimpstelle 34 werden die Einzeldrähte 22 in der Litze gegeneinander verpresst und dabei plastisch verformt. Auch der Aufnahmekörper 32 des Konnektors 30 wird dabei an der Crimpstelle 34 plastisch verformt.
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Der Endbereich 24 der Litze 20 wird dabei derart mit dem Konnektor 30 vercrimpt, dass von einem Teil des hohlzylindrischen Aufnahmekörpers 32 und von einem Teil der Litze 20 an der Crimpstelle 34 eine Kavität 35 gebildet wird. Die Stirnseite 25 des Endbereichs 24 befindet sich dabei in der Kavität 35. Die Stirnseite 25 des Endbereichs 24 und die Kavität 35 sind in der hier gezeigten Darstellung von dem Aufnahmekörper 32 des Konnektors 30 verdeckt. Die Kavität 35 ist an der Stirnfläche des Aufnahmekörpers 32, die dem Anschlussflansch 36 zugewandt ist, offen. An der gegenüberliegenden Seite, an der Crimpstelle 34, ist die Kavität 35 durch die plastisch verformten Einzeldrähte 22 verschlossen.
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4 zeigt eine Schnittansicht der hergestellten Kontaktierungseinheit 10 nach der Verlötung des Endbereichs 24 der Litze 20 mit dem Konnektor 30. Vor dem Verlöten werden der Konnektor 30 und die Litze 20 derart ausgerichtet, dass die dem Anschlussflansch 36 zugewandte Stirnfläche des Aufnahmekörpers 32 dem Erdboden abgewandt ist, und dass die Crimpstelle 34 dem Erdboden zugewandt ist. Die Kavität 35 ist somit zum Verlöten an einer dem Erdboden abgewandten Seite offen und an einer dem Erdboden zugewandten Seite verschlossen.
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Anschließend wird der Endbereich 24 der Litze 20 mit dem Konnektor 30 verlötet. Zum Verlöten des Endbereichs 24 mit dem Konnektor 30 wird die Kavität 35 zumindest teilweise mit flüssigem Lötmittel 38 gefüllt. Das Lötmittel 38 wird dabei durch Erhitzen verflüssigt und kühlt später ab und geht dadurch wieder in einen festen Zustand über.
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Die Kavität 35 wird zumindest soweit mit dem flüssigem Lötmittel 38 gefüllt, dass die Stirnseite 25 des Endbereichs 24 der Litze 20 vollständig von dem Lötmittel 38 bedeckt ist. Der Endbereich 24 der Litze 20 wird dadurch derart mit dem Konnektor 30 verlötet, dass die endseitigen Stirnflächen der Einzeldrähte 22 elektrisch miteinander und mit dem hohlzylindrischen Aufnahmekörper 32 des Konnektors 30 verbunden sind.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kontaktierungseinheit
- 20
- Litze
- 22
- Einzeldraht
- 24
- Endbereich
- 25
- Stirnseite
- 26
- innere Kunststoffschicht
- 27
- äußere Kunststoffschicht
- 30
- Konnektor
- 32
- Aufnahmekörper
- 34
- Crimpstelle
- 35
- Kavität
- 36
- Anschlussflansch
- 37
- Bohrung
- 38
- Lötmittel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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