DE102022107120A1

DE102022107120A1 - Elektrische Verbindungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102022107120A1
Application number: DE102022107120.0A
Authority: DE
Inventors: Michael Schambach; Florian Hupfeld
Original assignee: Schaltbau GmbH
Current assignee: Schaltbau GmbH
Priority date: 2022-03-25
Filing date: 2022-03-25
Publication date: 2023-09-28
Anticipated expiration: 2042-03-26
Also published as: DE102022107120B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Verbindungsvorrichtung, die einen weiblichen Kontaktkörper und einen männlichen Kontaktkörper aufweist, die derart gestaltet sind, dass der männliche Kontaktkörper entlang einer Einführrichtung in den weiblichen Kontaktkörper einführbar ist und der männliche Kontakt-körper einen Hohlraum aufweist, der durch eine Innenseite des männlichen Kontaktkörpers begrenzt ist, wobei die Verbindungsvorrichtung ein Spreizelement und ein bewegliches Element aufweist und derart ausgeführt ist, dass das bewegliche Element von einem Bewegungsmechanismus zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position bewegbar ist und mit dem Spreizelement derart gekoppelt ist, dass das Spreizelement durch die Bewegung des beweglichen Elements von der ersten Position in die zweite Position entlang einer Feststellrichtung der-art von einer gelösten Position in eine angezogene Position überführbar ist, dass der männliche Kontaktkörper durch das sich in der angezogenen Position zumindest teilweise im Hohlraum des männlichen Kontaktkörpers befindlichen Spreizelement aufgespreizt wird und dadurch ein Kontaktdruck zwischen dem weiblichen Kontaktkörper und dem männlichen Kontaktkörper erzeugt wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Spreizelement derart über eine Feder mit dem beweglichen Element gekoppelt ist, dass der Kontaktdruck über eine durch die Feder erzeugte Federkraft eingestellt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Verbindungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1. Die elektrische Verbindungsvorrichtung dient insbesondere dazu eine elektrische Verbindung zu einem Busbar herzustellen.
Eine gattungsgemäße elektrische Verbindungsvorrichtung weist einen weiblichen Kontaktkörper und einen männlichen Kontaktkörper auf, die derart gestaltet sind, dass der männliche Kontaktkörper entlang einer Einführrichtung in den weiblichen Kontaktkörper einführbar ist und der männliche Kontaktkörper einen Hohlraum aufweist, der durch eine Innenseite des männlichen Kontaktkörpers begrenzt ist. Die Verbindungsvorrichtung weist dabei außerdem ein Spreizelement und ein bewegliches Element auf und ist derart ausgeführt, dass das bewegliche Element von einem Bewegungsmechanismus zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position bewegbar ist und mit dem Spreizelement derart gekoppelt ist, dass das Spreizelement durch die Bewegung des beweglichen Elements von der ersten Position in die zweite Position entlang einer Feststellrichtung derart von einer gelösten Position in eine angezogene Position überführbar ist, dass der männliche Kontaktkörper durch das sich in der angezogenen Position zumindest teilweise im Hohlraum des männlichen Kontaktkörpers befindlichen Spreizelement aufgespreizt wird und dadurch ein Kontaktdruck zwischen dem weiblichen Kontaktkörper und dem männlichen Kontaktkörper erzeugt wird.
Eine elektrische Verbindungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1 ist unteranderem aus der EP 2 141 719 A1 bekannt. Bei dieser elektrischen Verbindungsvorrichtung handelt es sich um einen Trennschalter der zwischen zwei Positionen bewegbar ist. Der Kontaktdruck zwischen dem männlichen Kontaktkörper und dem weiblichen Kontakt wird hierbei durch die Auslenkung eines Hebels bedingt, der die Position der Spreizelement relativ zum männlichen Kontaktkörper einstellt. Eine präzise Einstellung des Kontaktdrucks ist damit nicht zu erreichen, da je nachdem wie viel Kraft ein Nutzer an den Hebel ansetzt, unterschiedliche Kontaktdrücke erzielt werden. Dies kann dazu führen, dass der Kontakt entweder nicht sichergestellt ist oder eine Überbeanspruchung beziehungsweise sogar Schädigung der Verbindungsvorrichtung erfolgt.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte elektrische Verbindungsvorrichtung der gattungsgemäßen Art anzugeben, die den Kontaktdruck präzise einstellen kann und damit den Kontakt besser gewährleistet.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1. Demnach besteht bei einer elektrischen Verbindungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1 dann eine erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe, wenn das Spreizelement derart über eine Feder mit dem beweglichen Element gekoppelt ist, dass der Kontaktdruck über eine durch die Feder erzeugte Federkraft eingestellt ist.
Dabei ist der Bewegungsmechanismus derart ausgeführt, dass die Bewegung des beweglichen Elements von der ersten Position in die zweite Position über die Feder auf das Spreizelement übertragen wird und es zu einer Kompression oder Längung der Feder kommt. Vorzugsweise sind die erste Position und die zweite Position des beweglichen Elements daher relativ zum männlichen Kontaktkörper festgelegt.
Die erfindungsgemäße Lösung bietet den Vorteil, dass sich der resultierende Kontaktdruck über die Federhärte der Feder einstellen lässt, wobei dabei ein Mindestkontaktdruck sichergestellt und dieser gleichzeitig nach obenhin limitiert ist. Zusätzlich wird dieser gewünschte Kontaktdruck durch die erfindungsgemäße Lösung auch bei größeren Fertigungstoleranzen für den weiblichen Kontaktkörper, den männlichen Kontaktkörper und das Spreizelement erreicht, da die erforderliche angezogene Position des Spreizelements für den gewünschten Kontaktdruck relative zum männlich Kontaktkörper nicht festgelegt werden muss, sondern durch die Feder eingestellt ist.
Vorteilhafterweise ist der weibliche Kontaktkörper Teil eines Busbars. Über die erfindungsgemäße elektrische Verbindungsvorrichtung kann eine Leitung an diesen Busbar angeschlossen werden.
Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der männliche Kontaktkörper und der weibliche Kontaktkörper aus einem Metall mit hoher Leitfähigkeit von mindestens 45 MS/m oder größer 70% IACS, vorzugsweise von mindestens 57 MS/m oder größer 100% IACS, bestehen, wobei das Metall vorzugsweise reines Kupfer ist. Derartige Metalle sind relativ weich und haben ein starkes Relaxationsverhalten. Damit können sie zumeist nicht in herkömmlichen Verbindungsvorrichtungen eingesetzt werden. Da der Zusammenhalt in der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung zwischen dem weiblichen Kontaktkörper und dem männlichen Kontaktkörper aber primär über den durch das Spreizelement erzeugten Kontaktdruck erzeugt wird und nicht durch ein ineinander Einhacken oder ähnliches der beiden Kontaktkörper und dieser Kontaktdruck durch die erfindungsgemäße Verbindungsvorrichtung besonders genau eingestellt werden kann, können der männliche Kontaktkörper und der weibliche Kontaktköper aus einem derartigen Metall hergestellt sein. Gleichzeitig wird durch die Kopplung des Spreizelements mit dem beweglichen Element über die Feder erreicht, dass bei einer Relaxation des männlichen Kontaktkörpers und des weiblichen Kontaktkörpers die angezogene Position des Spreizelements angepasst wird und damit der nötige Kontaktdruck erhalten bleibt. Indem derartig hochleitfähige Metalle verwendet werden können, wird die Übertragung von hohen Spannungen bei kompakter Bauweise und kleinen leitenden Querschnitten ermöglicht.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Spreizelement sich in der Feststellrichtung verjüngende Außenumfänge aufweist. Dadurch ergibt sich die aufspreizende Wirkung des Spreizelements. Vorzugsweise befindet sich das Spreizelement auch in der gelösten Position zumindest teilweise im Hohlraum des männlichen Kontaktkörpers. Dadurch wird ein kompakter Aufbau der Verbindungsvorrichtung ermöglicht und es bedarf nur einer geringen Auslenkung des Spreizelements von der gelösten Position in die angezogene Position.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Feder derart zwischen dem Spreizelement und dem beweglichen Element gekoppelt ist, dass sich die Feder bei der Bewegung des beweglichen Elements von der ersten Position in die zweite Position durch ein Aufeinandertreffen zwischen Spreizelement und männlichem Kontaktkörper komprimiert und dadurch die Federkraft in der Feststellrichtung auf das Spreizelement erzeugt. Dies ermöglicht ebenfalls einen kompakten Aufbau. Gleichzeitig ist die Kopplung der Feder an das bewegliche Element und das Spreizelement konstruktiv einfacher umzusetzen, als wenn die Feder zur Erzeugung des Kontaktdrucks gedehnt wird.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass eine Innenseite des weiblichen Kontaktkörpers ein erstes Einrastelement aufweist und eine Außenseite des männlichen Kontaktkörpers ein zweites Einrastelement aufweist, wobei das erste Einrastelement mit dem zweiten Einrastelement zerstörungsfrei lösbar verrastet ist, wenn der männliche Kontaktkörper in den weiblichen Kontaktkörper eingeführt ist. Vorzugsweise weist die Innenseite des weiblichen Kontaktkörpers einen nach Innen ragenden, umlaufenden Vorsprung als erstes Einrastelement auf und weist die Außenseite des männlichen Kontaktkörpers eine umlaufende Nut als zweites Einrastelement auf. Dadurch kann die Position des weiblichen Kontaktkörpers relativ zum männlichen Kontaktkörper genau eingestellt werden. Zusätzlich erhöht sich dadurch die Kontaktsicherheit zwischen dem weiblichen Kontaktkörper und dem männlichen Kontaktkörper, da ein unbeabsichtigtes Herausziehen des männlichen Kontaktkörpers, während sich das Spreizelement in der angezogenen Position befindet, erschwert bis ausgeschlossen ist.
Vorteilhafterweise umfasst der männliche Kontaktkörper eine Kontakthülse, die den Hohlraum des männlichen Kontaktkörpers bildet und deren Längsrichtung parallel zur Feststellrichtung verläuft. Dies ist eine einfach zu fertigende Ausführungsform des männlichen Kontaktkörpers. Der Kontaktkörper kann neben der Kontakthülse einen Steg aufweisen, der einstückig mit der Kontakthülse ausgebildet sein kann.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der Bewegungsmechanismus an dem männlichen Kontaktkörper angebracht ist und derart ausgeführt ist, dass der Bewegungsmechanismus von einer Seite einer in Feststellrichtung liegenden Kopfseite der Kontakthülse mit dem beweglichen Element gekoppelt ist. Indem der Bewegungsmechanismus an dem männlichen Kontaktkörper angebracht ist, kann die Verbindungsvorrichtung besonderes einfach bedient werden und gleichzeitig möglichst kompakt ausgeführt werden. Auch indem der Bewegungsmechanismus von der Seite der in Feststellrichtung liegenden Kopfseite der Kontakthülse mit dem beweglichen Element gekoppelt ist, wird eine kompakte Bauweise und einfach Bedienung ermöglicht.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Einführrichtung und die Feststellrichtung entgegengesetzt angeordnet. Dies ermöglicht ebenfalls eine kompakte Ausführung und einfache Bedienung.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Spreizelement einen zweiten Hohlraum mit einer Öffnung in Feststellrichtung aufweist, wobei das bewegliche Element entgegen der Feststellrichtung durch die Öffnung in den zweiten Hohlraum hineinragt und eine in Feststellrichtung gerichtete erste Federaufnahme innerhalb des zweiten Hohlraums aufweist, an der die Feder derart gekoppelt, dass sie zumindest bei einer Bewegung des beweglichen Elements von der ersten Position in die zweite Position mit der Innenseite des Hohlraums oder einer zweiten Federaufnahme an dem Spreizelement in Kontakt kommt und das Spreizelement in Feststellrichtung drückt. Die Feder ist damit innerhalb des zweiten Hohlraums angeordnet und so vor Verschmutzungen und anderen äußeren Einflüssen geschützt. Außerdem wird hierdurch auf sehr kompakte Weise gewährleistet, dass die Feder die Bewegung des beweglichen Elements auf das Spreizelement überträgt und dabei den Kontaktdruck zwischen männlichen Kontaktkörper und weiblichen Kontaktkörper einstellt.
Vorteilhafterweise ist das bewegliche Element durch die Öffnung in Feststellrichtung geführt, wobei vorzugsweise die erste Federaufnahme zusätzlich an einer Innenseite des zweiten Hohlraums anliegt und durch diese in Feststellrichtung geführt ist. Auch dies sorgt für einen möglichst kompakten Aufbau.
In eine vorteilhaften Ausführungsform ist die Feder als eine Spiralfeder ausgebildet, die um das bewegliche Element angeordnet ist und auf einer Seite entgegen der Feststellrichtung an der Federaufnahme des beweglichen Elements aufliegt und auf einer gegenüberliegenden anderen Seite in der Feststellrichtung zumindest bei der Bewegung des beweglichen Elements von der ersten Position in die zweite Position an die Innenseite des zweiten Hohlraums entlang eines Randes der Öffnung ansetzt. Dadurch kann die Ausrichtung und Lagerung der Feder konstruktiv einfach und günstig umgesetzt werden und die Feder ist in andere Richtungen als die Feststellrichtung von dem beweglichen Element gestützt.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass eine Querschnittsfläche des Hohlraums und eine Querschnittsfläche des Spreizelements jeweils eine runde Außenkontur aufweisen, vorzugsweise eine kreisförmige Außenkontur, wobei vorzugsweise der zweite Hohlraum ebenfalls eine runde Außenkontur aufweist. Dadurch wird zum einen die Ausrichtung des Spreizelements gegenüber dem Hohlraum vereinfacht und zum anderen ergibt sich eine bessere Verteilung des Kontaktdrucks zwischen dem Spreizelement und dem männlichen Kontaktkörper. Zudem wird die Kontaktfläche zwischen dem Spreizelement und der Innenseite des männlichen Kontaktkörpers, welche den Reibschluss zwischen diesen Elementen bedingt, maximiert.
Vorteilhafterweise ist der Bewegungsmechanismus arretierbar, wenn das bewegliche Element in der zweiten Position ist. Dadurch wird das bewegliche Element in der zweiten Position fixiert, sodass ein anhaltender Kontaktdruck gewährleistet ist.
Weiter vorzugsweise ist der Bewegungsmechanismus derart ausgeführt, dass bei einer Bewegung des beweglichen Elements von der zweiten Position in die erste Position eine Anschlagfläche des Bewegungsmechanismus an dem Spreizelement ansetzt und dieses aus der angezogenen Position in die gelöste Position überführt. Damit kann die Verbindungsvorrichtung unabhängig von der Feder wieder geöffnet werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der Bewegungsmechanismus einen Hebel auf, der um eine Schwenkachse drehbar gegenüber dem männlichen Kontaktkörper gelagert ist, wobei ein erster Schenkel des Hebels an einen Bereich des beweglichen Elements oder eines Verbindungselements, der in der Feststellrichtung aus dem Hohlraum des männlichen Kontaktkörpers reicht, derart ansetzt, dass eine Bewegung des Hebels zwischen einer offenen Position und einer geschlossenen Position eine Bewegung des beweglichen Elements zwischen der ersten Position und der zweiten Position bedingt. Dies stellt einen konstruktiv einfachen, kostengünstig umzusetzenden und zuverlässigen Bewegungsmechanismus dar, mit dem das bewegliche Element bewegt werden kann.
Vorzugsweise arretiert eine lösbare Sicherung des Hebels den Hebel in der geschlossenen Position, sobald der Hebel die geschlossene Position erreicht, wobei die Sicherung des Hebels vorzugsweise als ein Schnappelement in der Form eines Hakens ausgebildet ist, wobei der Haken bei einer Überführung des Hebels von der offenen Position in die geschlossene Position an einen zweiten Schenkel des Hebels, der dem ersten Schenkel des Hebels zur Schwenkachse gegenüberliegt, einhakt. In anderen Ausführungsformen kann die Sicherung auch unlösbar ausgebildet sein, wenn die Verbindungsvorrichtung nach dem einmaligen Schließen nicht mehr zu öffnen sein sollen.
Weiter vorzugsweise weist der männliche Kontaktkörper an seinem entgegen der Feststellrichtung liegenden axialen Ende Schlitze auf, sodass der männliche Kontaktkörper in diesem Bereich unter geringer Krafteinwirkung durch das Spreizelement aufspreizbar ist. Dies verringert den benötigten Kraftaufwand zur Erzeugung der benötigten Aufspreizung des männlichen Kontaktkörpers, um den gewünschten Kontaktdruck zu erzeugen. Außerdem kann sich damit die Deformation des männlichen Kontaktkörpers weitestgehend oder komplett innerhalb des elastischen Bereichs befinden, was die Wiederverwendbarkeit erhöht.
In weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung ein Gehäuse aufweist. Vorteilhafterweise umgibt das Gehäuse den männlichen Kontaktkörper zumindest bereichsweise. Das Gehäuse kann hierbei verschiedene vorteilhafte Aufgaben erfüllen. So kann es als Schutz vor Schmutz agieren, der von der elektrischen Verbindung ferngehalten werden soll. Außerdem kann es als Aufhängung von Komponenten der Verbindungsvorrichtung dienen und eine elektrisch isolierende Wirkung übernehmen.
Vorteilhafterweise bildet das Gehäuse eine Baugruppe mit dem männlichen Kontaktkörper. Somit kann das Gehäuse mit dem männlichen Kontaktkörper vormontiert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Gehäuse derart ausgeführt, dass der weibliche Kontakt zwischen den männlichen Kontaktkörper und einen Teil des Gehäuses einführbar ist. Vorzugsweise ist dieser Teil des Gehäuses als Hülse ausgebildet und weitervorzugsweise koaxial zur Kontakthülse des männlichen Kontaktkörper ausgerichtet. Vorzugsweise ragt der als Hülse ausgebildete Teil des Gehäuses derart in Einführrichtung über den männlichen Kontaktkörper hinaus, dass ein Nutzer nicht an den männlichen Kontaktkörper greifen kann. Weitervorzugsweise, weist das Spreizelement in Einführrichtung eine nichtleitende Abdeckung auf, die ebenfalls das Hineingreifen des Nutzers zum männlichen Kontaktkörper verhindert. Vorzugsweise berührt die Außenseite des weiblichen Kontakts die Innenseite des Teils des Gehäuses, wenn der männliche Kontaktkörper in den weiblichen Kontakt eingeführt ist. Dadurch vereinfacht sich die Ausrichtung des männlichen Kontaktkörpers zum weiblichen Kontakt und die Kontaktfläche zwischen männlichen Kontaktkörper und weiblichen Kontakt wird noch besser vor Verunreinigungen geschützt. Vorzugsweise ist das Teil des Gehäuses derart ausgeführt, dass das Gehäuseteil den weiblichen Kontakt während eines Aufspreizens des männlichen Kontaktkörpers von außen stabilisiert. Dadurch wird einer plastischen Deformation des weiblichen Kontakts entgegengewirkt, was unteranderem die Wiederverwendbarkeit dieser Komponente erhöht, da das Gehäuseteil den weiblichen Kontakt stützt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der Bewegungsmechanismus, beispielsweise der Hebel, am Gehäuse gelagert ist. Dies ermöglicht einen kompakten Aufbau der Verbindungsvorrichtung. Vorzugsweise ist die lösbare Sicherung, vorzugsweise das Schnappelement, als Teil des Gehäuses ausgebildet. Dies ermöglicht einen noch kompakteren Aufbau.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform bildet ein zusätzliches Gehäuse eine Baugruppe mit dem weiblichen Kontakt und ist derart ausgeführt, dass das Gehäuse der Baugruppe mit dem männlichen Kontaktkörper zwischen das zusätzliche Gehäuse und den weiblichen Kontakt einführbar ist. Vorzugsweise ist das zusätzliche Gehäuse als Hülse ausgebildet, die vorzugsweise koaxial zum weiblichen Kontakt ausgerichtet ist. Vorzugsweise berührt die Außenseite des Gehäuses die Innenseite des zusätzlichen Gehäuses, wenn der männliche Kontaktkörper in den weiblichen Kontakt eingeführt ist. Dadurch lässt sich die Ausrichtung zwischen männlichen Kontaktkörper und weiblichen Kontakt nochmals vereinfachen und es entsteht eine effektive Isolierung und ein sehr effektiver Schutz vor Verunreinigungen. Außerdem sind dadurch die Kontaktflächen des männlichen Kontaktkörpers und des weiblichen Kontakts weitestgehend vor einem händischen Zugriff gesichert, was die Sicherheit bei der Verwendung der Verbindungsvorrichtung erhöht.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:

1A, B Schrägansichten eines Ausführungsbeispiels der Erfindung in zwei Positionen des Bewegungsmechanismus,
2 Schnitt durch das Ausführungsbeispiel in einer Position, in der der männliche Kontaktkörper nicht in den weiblichen Kontaktkörper eingeführt ist,
3A, B Schnitte durch das Ausführungsbeispiel in den zwei Positionen gezeigt in 1A und 1 B, und
4A, B Schrägansichten des weiblichen Kontaktkörpers ohne und mit zusätzlicher Isolierung um weiblichen Kontaktkörper.

Für die folgenden Ausführungen gilt, dass gleiche Teile durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet sind. Sofern in einer Figur Bezugszeichen enthalten sind, auf die in der zugehörigen Figurenbeschreibung nicht näher eingegangen wird, so wird auf vorangehende oder nachfolgende Figurenbeschreibungen Bezug genommen.
Die 1 bis 4 zeigen ein Ausführungsbeispiel oder einzelne Komponenten des Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen elektrischen Verbindungsvorrichtung.
Das Ausführungsbeispiel der elektrischen Verbindungsvorrichtung 1 umfasst einen männlichen Kontaktkörper 2 und einen weiblichen Kontaktkörper 3, zwischen denen ein elektrischer Kontakt mit einem spezifischen Kontaktdruck durch die elektrische Verbindungsvorrichtung 1 erzeugt werden soll. Hierfür wird eine Kontakthülse 4 des männlichen Kontaktkörpers 2 in einer Einführrichtung 5 in den weiblichen Kontaktkörper 3 geführt, der hierfür ebenfalls eine Hülse umfasst. Die Außenseite der Kontakthülse 4 des männlichen Kontaktkörpers 2 weist dabei eine umlaufende Nut 6 und die Innenseite der Hülse des weiblichen Kontaktkörpers 3 weist einen umlaufenden Vorsprung 7 auf, wobei die Nut 6 und der Vorsprung 7 beim Einführen des männlichen Kontaktkörpers 2 in den weiblichen Kontaktkörper 3 miteinander verrasten und so die Position des männlichen Kontaktkörpers 2 zu dem weiblichen Kontaktkörper 3 definiert wird.
Zur Erzeugung des Kontaktdrucks zwischen dem männlichen Kontaktkörper 2 und dem weiblichen Kontaktkörper 3 weist die elektrischen Verbindungsvorrichtung 1 ein Spreizelement 8 und einen Bewegungsmechanismus auf, der ein bewegliches Element 9 umfasst. Das bewegliche Element 9 ist innerhalb der Kontakthülse 4 des männlichen Kontaktkörpers 2 angeordnet und kann durch den Bewegungsmechanismus von einer ersten Position, gezeigt in 3A, in eine zweite Position, gezeigt in 3B, in einer Feststellrichtung 10 überführt werden. Neben dem beweglichen Element 9 ist das Spreizelement 8 zumindest teilweise innerhalb der Kontakthülse 4 des männlichen Kontaktkörpers 2 angeordnet. Das Spreizelement 8 ist über eine Feder 11 mit dem beweglichen Element 9 gekoppelt, sodass das Spreizelement 8 bei einer Bewegung des beweglichen Elements 9 von der ersten Position in die zweite Position von einer gelösten Position, gezeigt in 3A, in eine angezogene Position, gezeigt in 3B, ebenfalls in Feststellrichtung 10 überführt wird. Die Feststellrichtung 10 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel entgegengesetzt zur Einführrichtung 5 ausgerichtet.
Das Spreizelement 8 weist sich in Feststellrichtung 10 verjüngende Außenumfänge auf. Dadurch wird bei der Überführung des Spreizelements 8 von der gelösten Position in die angezogene Position der männliche Kontaktkörper 2 aufgespreizt und dadurch ein Kontaktdruck zwischen dem männlichen Kontaktkörper 2 und dem weiblichen Kontaktkörper 3 erzeugt. Das Spreizelement 8 ist dabei als in Einführrichtung 5 geöffnete Kappe ausgebildet, die einen zweiten Hohlraum ausbildet, der zylinderförmig geformt ist und eine Öffnung in Feststellrichtung 10 aufweist. Das bewegliche Element 9 reicht entgegen der Feststellrichtung 10 durch die Öffnung im Spreizelement 8 in den zweiten Hohlraum und weist eine Federaufnahme 12 innerhalb des zweiten Hohlraums auf, die an der Innenseite des zweiten Hohlraums des Spreizelements 8 in Feststellrichtung 10 geführt ist. Die Feder 11 in der Form einer Spiralfeder ist innerhalb des zweiten Hohlraums des Spreizelements 8 um das bewegliche Element 9 angeordnet und sitzt auf der in Feststellrichtung 10 weisenden Seite der Federaufnahme 12 an dem beweglichen Element 9 an.
Wenn nun das bewegliche Element 9 durch den Bewegungsmechanismus von der ersten Position in Feststellrichtung 10 in die zweite Position überführt wird, wird die Feder 11 durch die Federaufnahme 12 des beweglichen Elements 9 in Feststellrichtung 10 an die Innenseite des zweiten Hohlraums des Spreizelements 8 um die Öffnung des Spreizelements 8 gedrückt, wodurch das Spreizelement 8 von der gelösten Position in die angezogene Position überführt wird. Durch die federnde Kopplung zwischen dem beweglichen Element 9 und dem Spreizelement 8 kann der sich einstellende Kontaktdruck genau eingestellt werden, da sich die angezogene Position des Spreizelements 8 relativ zum männlichen Kontaktkörper 2 und dementsprechend auch zum weiblichen Kontaktkörper 3 an eine etwaige Relaxation des männlichen Kontaktkörpers 2 und weiblichen Kontaktkörpers 3 bzw. an fertigungstechnische Toleranzen der Geometrien des männlichen Kontaktkörpers 2, weiblichen Kontaktkörpers 3 und Spreizelements 8 anpasst.
Der Bewegungsmechanismus umfasst neben dem beweglichen Element 9 einen Hebel 13 und ein Zwischenelement 14, das mit dem beweglichen Element 9 verschraubt ist und derart teilweise in der Kontakthülse 4 des männlichen Kontaktkörpers 2 angeordnet ist, dass es durch die Kontakthülse 4 des männlichen Kontaktkörpers 2 in Feststellrichtung 10 geführt wird. In anderen Ausführungsbeispielen kann das bewegliche Element 9 integral mit dem Zwischenelement 14 gebildet sein. Der Hebel 13 ist mit dem Zwischenelement 14 gekoppelt und schwenkbar um eine Achse gelagert, welche senkrecht zur Feststellrichtung 10 ausgerichtet ist, wobei dies Lagerung an einem oberen Gehäuseteil 15 des männlichen Kontaktkörpers 2 angebracht ist. Der Hebel 13 weist dabei eine offene Position, gezeigt in 3A und eine geschlossene Position auf, gezeigt in 3B, wobei die Bewegung des Hebels 13 von der offenen Position in die geschlossene Position die Bewegung des beweglichen Elements 9 von der ersten Position in die zweite Position bedingt. Dabei weist der Hebel 13 eine Öffnung 16 auf, durch die ein sich am oberen Gehäuseteil 15 des männlichen Kontaktkörpers 2 befindlicher Schnapphaken 17 greift, sobald der Hebel 13 in die geschlossene Position überführt wird, und dadurch den Hebel 13 in der geschlossenen Position arretiert. Neben dem Schnapphaken 17 ist an dem Hebel 13 noch eine zusätzliche Sicherungsvorrichtung 18 angeordnet, die, wenn angezogen, den Schnapphaken 17 derart fixiert, dass der Hebel 13 die geschlossene Position nicht mehr verlassen kann.
Es gibt auch Ausführungsbeispiele ohne diese zusätzliche Sicherungsvorrichtung 18, in denen die elektrische Verbindungsvorrichtung 1 zeitweise wieder geöffnet und wieder verschlossen werden soll. Für das Öffnen der Verbindungsvorrichtung 1 kann der Schnapphaken 17 durch den Nutzer zur Seite gedrückt werden, sodass sich der Hebel 13 wieder in die offene Position überführen lässt. Bei dieser Bewegung trifft eine Anschlagfläche 19 des Zwischenelements 14 entgegen der Feststellrichtung 10 auf die Oberseite des Spreizelements 8, sodass dieses über den Hebel 13 und das Zwischenelement 14 aus der angezogenen Position gedrückt werden kann.
Neben dem oberen Gehäuseteil 15 des männlichen Kontaktkörpers 2 weist das Gehäuse des männlichen Kontaktkörpers 2 auch ein unteres Gehäuseteil 20 auf, welches einen hülsenförmigen Abschnitt umfasst, der koaxial um die Kontakthülse 4 des männlichen Kontaktkörpers 2 angeordnet ist. Der hülsenförmige Abschnitt weist dabei einen gewissen Abstand zur Kontakthülse 4 des männlichen Kontaktkörpers 2 auf, in den die Hülse des weiblichen Kontaktkörpers 2 eingeführt werden kann. Der hülsenförmige Abschnitt überragt in Einführrichtung die Kontakthülse 4 des männlichen Kontaktkörpers 2, sodass ein Nutzer nicht an den männlichen Kontaktkörper 2 fassen kann. Für den gleichen Zweck ist an dem Spreizelement 8 in Einführrichtung 5 eine nichtleitende Abdeckung 21 angebracht.
Wie in 4B gezeigt, kann auch der weibliche Kontaktkörper 3 eine Isolierung 22 aufweisen, die ebenfalls einen hülsenförmigen Abschnitt aufweist, der koaxial um die Hülse des weiblichen Kontaktkörpers 3 angeordnet ist. Dabei ist ebenfalls ein Abstand zwischen dem hülsenförmigen Abschnitt der Isolierung 22 des weiblichen Kontaktkörpers 3 und der Hülse des weiblichen Kontaktkörpers 3 vorgesehen, in den der hülsenförmige Abschnitt des unteren Gehäuseteils 20 des männlichen Kontaktkörpers 2 eingreift, wenn der männliche Kontaktkörper 2 entlang der Einführrichtung 5 in den weiblichen Kontaktkörper 3 geführt wird.
Bezugszeichen

1: elektrische Verbindungsvorrichtung
2: männlicher Kontaktkörper
3: weiblicher Kontaktkörper
4: Kontakthülse
5: Einführrichtung
6: Nut
7: Vorsprung
8: Spreizelement
9: bewegliches Element
10: Feststellrichtung
11: Feder
12: Federaufnahme
13: Hebel
14: Zwischenelement
15: oberes Gehäuseteil
16: Öffnung
17: Schnapphaken
18: zusätzliche Sicherungsvorrichtung
19: Anschlagfläche
20: unteres Gehäuseteil
21: nichtleitende Abdeckung
22: Isolierung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2141719 A1 [0003]

Claims

Elektrische Verbindungsvorrichtung, die einen weiblichen Kontaktkörper und einen männlichen Kontaktkörper aufweist, die derart gestaltet sind, dass der männliche Kontaktkörper entlang einer Einführrichtung in den weiblichen Kontaktkörper einführbar ist und der männliche Kontaktkörper einen Hohlraum aufweist, der durch eine Innenseite des männlichen Kontaktkörpers begrenzt ist, wobei die Verbindungsvorrichtung ein Spreizelement und ein bewegliches Element aufweist und derart ausgeführt ist, dass das bewegliche Element von einem Bewegungsmechanismus zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position bewegbar ist und mit dem Spreizelement derart gekoppelt ist, dass das Spreizelement durch die Bewegung des beweglichen Elements von der ersten Position in die zweite Position entlang einer Feststellrichtung derart von einer gelösten Position in eine angezogene Position überführbar ist, dass der männliche Kontaktkörper durch das sich in der angezogenen Position zumindest teilweise im Hohlraum des männlichen Kontaktkörpers befindlichen Spreizelement aufgespreizt wird und dadurch ein Kontaktdruck zwischen dem weiblichen Kontaktkörper und dem männlichen Kontaktkörper erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Spreizelement derart über eine Feder mit dem beweglichen Element gekoppelt ist, dass der Kontaktdruck über eine durch die Feder erzeugte Federkraft eingestellt ist.
Elektrische Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der männliche Kontaktkörper und der weibliche Kontaktkörper aus einem Metall mit hoher Leitfähigkeit von mindestens 45 MS/m oder größer 70% IACS, vorzugsweise von mindestens 57 MS/m oder größer 100% IACS, bestehen, wobei das Metall vorzugsweise reines Kupfer ist.
Elektrische Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder derart zwischen dem Spreizelement und dem beweglichen Element gekoppelt ist, dass sich die Feder bei der Bewegung des beweglichen Elements von der ersten Position in die zweite Position durch ein Aufeinandertreffen zwischen Spreizelement und männlichem Kontaktkörper komprimiert und dadurch die Federkraft in der Feststellrichtung auf das Spreizelement erzeugt.
Elektrische Verbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Innenseite des weiblichen Kontaktkörpers ein erstes Einrastelement aufweist und eine Außenseite des männlichen Kontaktkörpers ein zweites Einrastelement aufweist, wobei das erste Einrastelement mit dem zweiten Einrastelement zerstörungsfrei lösbar verrastet ist, wenn der männliche Kontaktkörper in den weiblichen Kontaktkörper eingeführt ist.
Elektrische Verbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der männliche Kontaktkörper eine Kontakthülse umfasst, die den Hohlraum des männlichen Kontaktkörpers bildet und deren Längsrichtung parallel zur Feststellrichtung verläuft.
Elektrische Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Bewegungsmechanismus an dem männlichen Kontaktkörper angebracht ist und derart ausgeführt ist, dass der Bewegungsmechanismus von einer Seite einer in Feststellrichtung liegenden Kopfseite der Kontakthülse mit dem beweglichen Element gekoppelt ist.
Elektrische Verbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Spreizelement einen zweiten Hohlraum mit einer Öffnung in Feststellrichtung aufweist, wobei das bewegliche Element entgegen der Feststellrichtung durch die Öffnung in den zweiten Hohlraum hineinragt und eine in Feststellrichtung gerichtete erste Federaufnahme innerhalb des zweiten Hohlraums aufweist, an der die Feder derart gekoppelt, dass sie zumindest bei einer Bewegung des beweglichen Elements von der ersten Position in die zweite Position mit der Innenseite des Hohlraums oder einer zweiten Federaufnahme an dem Spreizelement in Kontakt kommt und das Spreizelement in Feststellrichtung drückt.
Elektrische Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegliche Element durch die Öffnung in Feststellrichtung geführt ist, wobei vorzugsweise die erste Federaufnahme zusätzlich an einer Innenseite des zweiten Hohlraums anliegt und durch diese in Feststellrichtung geführt ist.
Elektrische Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder als eine Spiralfeder ausgebildet ist, die um das bewegliche Element angeordnet ist und auf einer Seite entgegen der Feststellrichtung an der Federaufnahme des beweglichen Elements aufliegt und auf einer gegenüberliegenden anderen Seite in der Feststellrichtung zumindest bei der Bewegung des beweglichen Elements von der ersten Position in die zweite Position an die Innenseite des zweiten Hohlraums entlang eines Randes der Öffnung ansetzt.
Elektrische Verbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Querschnittsfläche des Hohlraums und eine Querschnittsfläche des Spreizelements jeweils eine runde Außenkontur aufweisen, vorzugsweise eine Kreisförmige Außenkontur, wobei vorzugsweise der zweite Hohlraum ebenfalls eine runde Außenkontur aufweist.
Elektrische Verbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Bewegungsmechanismus arretierbar ist, wenn das bewegliche Element in der zweiten Position ist.
Elektrische Verbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Bewegungsmechanismus derart ausgeführt ist, dass bei einer Bewegung des beweglichen Elements von der zweiten Position in die erste Position eine Anschlagfläche des Bewegungsmechanismus an dem Spreizelement ansetzt und dieses aus der angezogenen Position in die gelöste Position überführt.
Elektrische Verbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Bewegungsmechanismus einen Hebel aufweist, der um eine Schwenkachse drehbar gegenüber dem männlichen Kontaktkörper gelagert ist, wobei ein erster Schenkel des Hebels an einen Bereich des beweglichen Elements oder eines Verbindungselements, der in der Feststellrichtung aus dem Hohlraum des männlichen Kontaktkörpers reicht, derart ansetzt, dass eine Bewegung des Hebels zwischen einer offenen Position und einer geschlossenen Position eine Bewegung des beweglichen Elements zwischen der ersten Position und der zweiten Position bedingt.
Elektrische Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 11 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine lösbare Sicherung des Hebels den Hebel in der geschlossenen Position arretiert, sobald der Hebel die geschlossene Position erreicht, wobei die Sicherung des Hebels vorzugsweise als ein Schnappelement in der Form eines Hakens ausgebildet ist, wobei der Haken bei einer Überführung des Hebels von der offenen Position in die geschlossene Position an einen zweiten Schenkel des Hebels, der dem ersten Schenkel des Hebels zur Schwenkachse gegenüberliegt, einhakt.
Elektrische Verbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der männliche Kontaktkörper an seinem entgegen der Feststellrichtung liegenden axialen Ende Schlitze aufweist, sodass der männliche Kontaktkörper in diesem Bereich unter geringer Krafteinwirkung durch das Spreizelement aufspreizbar ist.