DE19938304C2 - Vorrichtung zum Verbinden von insbesondere rohrförmigen elektrischen Leitern eines Energieübertragungssystems - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verbinden von insbesondere rohrförmigen elektrischen Leitern eines Energieübertragungssystems gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Solche Vorrichtungen sind beispielsweise bei Energieübertragungssystemen mit Spannungen bis 480 kV und mehr und/oder Dauerströmen bis 5 kA und mehr einsetzbar.

Verbindungsvorrichtungen für rohrförmige Leiter sind beispielsweise aus der DE 296 14 714 U1 bekannt. Dabei trägt eine an dem zu verbindenden rohrförmigen Leiter angeschweißte Kontaktelektrode ein Kontaktsystem, das mit einem Rohrstutzen elektrisch verbindbar und im verbundenen Zustand demgegenüber axial verschiebbar ist. Der Rohrstutzen ist mit einem Endstück der Anschlußeinrichtung verschweißt, das mit einer weiteren, dem nachfolgenden Leiter zugeordneten Anschlußeinrichtung verschraubbar ist.

Die elektrische Verbindung zwischen dem rohrförmigen Innenleiter und dem Rohrstutzen erfolgt in der Art eines Steckverbinders unter Verwendung von Lamellenkontakten, beispielsweise in Form eines Kontaktlamellenbandes, wie aus der DE 296 05 539 U1 bekannt.

Aus der DE 196 16 179 C1 ist ein Kuppelkontakt für rohrförmige Innenleiter einer gasisolierten Hochspannungsanlage bekannt, bei dem kugelförmige Kontaktkörper mit Kontaktlamellenbändern elektrisch mit dem Anschlußstück verbunden sind.

Aufgrund der Verwendung von Lamellenkontakten sind sowohl bei der Herstellung als auch bei der Montage der Anschlußeinrichtung hohe Maßhaltigkeit und Sorgfalt zu gewährleisten. Insbesondere besteht die Gefahr, daß bei der Montage eine Überbeanspruchung des Kontaktssystems erfolgt, die eine nachhaltige negative Beeinträchtigung der Federwirkung des elektrischen Kontakts zur Folge hat. Außerdem erhöhen die erforderlichen Schweißverbindungen den Montageaufwand.

Aus der DE-GM 74 15 129 ist eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. Die darin offenbarten Kontaktelemente sind aus tangential zum Anschlußstück liegenden starren Kontaktfingern gebildet, die derart unter der Wirkung einer radial angeordneten Schraubenfeder stehen, daß ihre einen Enden an dem Anschlußstück und ihre anderen Enden an den jeweiligen Leiter angepreßt werden. Dadurch wird je Verbindung ein einziger punkt- oder linienförmiger Kontakt bereitgestellt, der eine entsprechende Stromtragfähigkeit aufweisen muß.

Die US 4,721,829 zeigt eine Vorrichtung, bei der die elektrische Verbindung zwischen einem Leiter und einem Anschlußstück durch in axiale Richtung federkraftbelastete Kontaktfinger bereitgestellt wird, die zwischen einer von einer am Leiter angeschweißten Kontaktmuffe ausgebildeten Schulter und einem axial beabstandeten Haltering eingespannt sind.

Aus der DE 87 15 620 U1 und aus Richter, O. und Voss, R. v.: Bauelemente der Feinmechanik, F. Kozer (Hrsg.), VEB-Verlag Technik, Berlin 1959,8. Aufl., Seite 76 ist ein lösbares Keilverbinden von Rohren bekannt.

Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, eine Verbindungsvorrichtung bereitzustellen, die die Nachteile des Standes der Technik überwindet, insbesondere die mit geringerem Aufwand herstellbar und montierbar ist und dennoch eine verbesserte Kontaktsicherheit und erhöhte Stromtragfähigkeit gewährleistet.

Das Problem ist durch die im Anspruch 1 bestimmte Vorrichtung gelöst. Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind in den Unteransprüchen bestimmt.

Dadurch, daß das Kontaktsystem einen ersten Kraftspeicher, insbesondere eine im wesentlichen ringförmige und in radialer und/oder tangentialer Richtung elastisch verformbare Feder, und ein zwischen diesem und dem Anschlußstück angeordnetes und elektrisch leitfähiges Kontaktelement, nämlich eine axial geschlitzte Kontakthülse, aufweist, ist bei einfacher und dadurch kostengünstiger Herstellung und Montage ein dauerhaft zuverlässiger elektrischer Kontakt gewährleistet. Vorzugsweise weist das Kontaktsystem mindestens zwei axial versetzte, insbesondere hintereinander, angeordnete erste Kraftspeicher auf. Dadurch ist die Kontaktsicherheit und Robustheit weiter verbessert. Das Kontaktelement umfaßt das Anschlußstück vorzugsweise in der Art einer Spange und weist eine Kraftspeicherwirkung auf, d. h. ist federnd verformbar.

Weiter vorzugsweise ist der erste Kraftspeicher durch eine Kontaktring- Schraubenfeder gebildet. Dadurch ist auch mit größeren Toleranzen betreffend die Übereinstimmung der Abmessungen des Kontaktsystems und des Leiters ein dauerhaft zuverlässiger elektrischer Kontakt gewährleistet. Solche Kontaktring-Schraubenfedern sind beispielsweise aus dem Katalog GDM3M "Kontaktfedern Konstruktionshandbuch" der BAL SEAL ENGINEERUNG BV, Rhijnspoorplein 26 in NL-1018 TX Amsterdam bekannt. Vorzugsweise bestehen diese Kontaktring-Schraubenfedern aus Kupfer mit einem Anteil Beryllium und sind an der Oberfläche versilbert mit einer Schichtdicke von beispielsweise 30 µm. Die Enden der Schraubenfedern sind verschweißt. Besonders vorteilhaft sind sogenannte radiale Kontaktring-Schraubenfedern mit einem großen Federweg in radialer Richtung bezogen auf den von der Feder gebildeten Ring. Über die Kontaktring-Schraubenfeder fließt der elektrische Strom vom bzw. zum Anschlußstück.

Durch das zwischen dem Kraftspeicher und dem Anschlußstück angeordnete und elektrisch leitende Kontaktelement ist insbesondere auch die Montage von Anschlußstück und Leiter vereinfacht. Das Kontaktelement kann dabei aus einem an der Oberfläche vorzugsweise versilberten Kupferrohr bestehen, das einen vorzugsweise durchgehenden axialen Schlitz aufweist, oder kann durch Formen eines vorzugsweise versilberten Kupferbandes zu einer federnden Spange gebildet sein. Das Kontaktelement schützt den Kraftspeicher vor mechanischer Beanspruchung und Beschädigung, insbesondere bei der Montage von Anschlußstück und Leiter, aber auch beim insbesondere thermisch bedingten axialen Verschieben des Leiters gegenüber dem Anschlußstück im verbundenen Zustand. Das Kontaktsystem ist vorzugsweise an einer mit dem Leiter verbindbaren Kontaktelektrode festlegbar und auf das Anschlußstück aufschiebbar, kann jedoch alternativ dazu auch an dem Anschlußstück festlegbar und auf den Leiter aufschiebbar sein. Alle der elektrischen Verbindung dienenden Flächen der Vorrichtung sind vorzugsweise versilbert, um die Kontakteigenschaften zu verbessern.

Dadurch, daß das Kontaktsystem einen weiteren Kraftspeicher für eine Fremdfederung des Kontaktelements aufweist, insbesondere einen im wesentlichen eine Kraft in Tangentialrichtung auf das Kontaktelement oder eine Kraft auf den ersten Kraftspeicher ausübenden Wellensicherungs- oder Seegerring, ist die Zuverlässigkeit des elektrischen Kontakts insbesondere bei einer axialen Verschiebung des Leiters in Bezug auf das Anschlußstück weiter erhöht. Die Fremdfeder greift vorzugsweise an im wesentlichen radial ausgerichteten Flächen des Kontaktelements an, beispielsweise an radial abstehenden Nippeln, und übt vorzugsweise keine unmittelbare Kraft in radialer Richtung auf das Kontaktelement aus, sondern bewirkt lediglich ein festes Umspannen des Anschlußstücks durch das Kontaktelement. Weiter vorzugsweise ist die Fremdfeder nur an den radial ausgerichteten Angriffsflächen in Anlage an dem Kontaktelement.

Dadurch, daß das Kontaktelement eine zylindrische Kontaktfläche für den Kontakt mit dem Anschlußstück aufweist, insbesondere mit einer axialen Erstreckung zwischen 0,2 und 10 mm, vorzugsweise etwa 2 mm, an die sich in axialer Richtung mindestens ein konischer Abschnitt anschließt, ist der elektrische Kontakt, insbesondere dessen Position und Fläche definiert. Es können auch mehrere im wesentlichen zylindrische Kontaktflächen axial und/oder umfänglich hintereinander vorgesehen sein. Durch die konischen Abschnitte ist die Montage mit dem Anschlußstück weiter vereinfacht. Vorzugsweise wird die axiale Position der zylindrischen Kontaktfläche innerhalb des Kontaktelements bzw. des Kontaktsystems so gewählt, insbesondere von dem Kraftspeicher axial beabstandet gewählt, daß der zu übertragende Strom ein Stück weit in axialer Richtung über das Kontaktelement fließt.

Dadurch, daß das Kontaktsystem schwenkbar in einer Lagerschale gelagert ist, ist die Montage insbesondere dann vereinfacht, wenn die miteinander zu verbindenden Leiter bzw. das Anschlußstück und der mit diesem zu verbindende Leiter nicht exakt koaxial ausgerichtet sind. Die Lagerschale ist vorzugsweise einstückig von der am Leiter oder alternativ am Anschlußstück festlegbaren Kontaktelektrode gebildet. Durch den Anschlag für die Schwenkbewegung des Kontaktelements, der beispielsweise durch das Zusammenwirken bzw. Führen der Fremdfederung mit bzw. in einer Ringnut der Kontaktelektrode bereitgestellt werden kann, ist die Montage weiter vereinfacht.

Dadurch, daß der erste Kraftspeicher durch zwei Halteringe, vorzugsweise aus Kunststoff, in der Lagerschale gehalten ist, von denen einer durch ein an ihm anliegendes und mit der Kontaktelektrode beispielsweise verschweiß-, verlöt-, verkleb-, verpreß- oder verstemmbaren Fixiermittel, vorzugsweise aus Aluminium, insbesondere eloxiert, oder Messing, fixiert ist, ist die Montage des Kontaktsystems und damit der Vorrichtung vereinfacht. Beispielsweise kann die Kontaktelektrode auf das Anschlußstück aufgeschoben werden und anschließend das Kontaktsystem eingesetzt werden. Durch die Verwendung von zwei axial voneinander beabstandeten und den ersten Kraftspeicher axial einschließenden Halteringen ist der erste Kraftspeicher in der Lagerschale mechanisch und gegen Verunreinigungen geschützt untergebracht. Die beiden Halteringe weisen dabei auf den einander zugeordneten Stirnflächen ringförmige Absätze auf, mittels derer sie in Anlage mit dem Kontaktelement und durch dieses beabstandet sind. Dadurch ist eine axiale Beanspruchung des ersten Kraftspeichers bei der Montage und beim Betrieb des Kontaktsystems verringert. Die beiden Halteringe sind in Anlage an dem Anschlußstück und verbessern die Gleiteigenschaften des Kontaktsystems auf dem Anschlußstück.

Dadurch, daß das Fixiermittel hinsichtlich seiner axialen Position durch eine Fremdsicherung, insbesondere durch einen in eine Ringnut eingelegten Federring, gesichert ist, ist die Zuverlässigkeit des Kontakts und die Robustheit bei der Montage weiter erhöht.

Die Kontaktelektrode ist auf das Anschlußstück aufschiebbar und nimmt dieses buchsenartig auf, wodurch die Montage weiter vereinfacht ist. Im Überlappungsbereich von Leiter und Anschlußstück kann die Kontaktelektrode den Leiter außen umgreifen oder zwischen dem Leiter und dem Anschlußstück angeordnet sein. Alternativ dazu kann die Kontaktelektrode mit dem Kontaktsystem steckerartig in das Anschlußstück einschiebbar sein.

Dadurch, daß die Kontaktelektrode an ihrem vom Kontaktsystem entfernten Abschnitt mit dem Leiter verbindbar, insbesondere verschweißbar, ist und zwischen dem Kontaktsystem und der Verbindung zum Leiter einen Abschnitt mit einem erhöhten Wärmewiderstand aufweist, insbesondere einen Abschnitt mit einer die Querschnittsfläche reduzierenden Ringnut, ist die Wärmeübertragung auf das Kontaktsystem beim Verbinden, insbesondere Verschweißen, von Kontaktelektrode und Leiter herabgesetzt und damit die Temperaturbelastung des Kontaktsystems reduziert.

Dadurch, daß das Anschlußstück an seinem dem Leiter zugewandten Ende mehrfach, vorzugsweise zweifach, gestuft konisch ist, insbesondere eine endseitige Wölbung oder einen im wesentlichen ringförmigen Wulst mit axial anschließender Einschnürung aufweist, ist das Aufschieben des Kontaktsystems weiter vereinfacht. Durch den ersten, endseitigen Konus bzw. durch den Wulst erfolgt beim Aufschieben eine Vor-Ausrichtung des Kontaktsystems auf die Achse des Anschlußstücks. Ein sich daran anschließender zweiter Konus bzw. die an eine Einschnürung anschließende Aufweitung bis auf den Nenndurchmesser des Anschlußstücks gewährleistet die vollständige koaxiale Ausrichtung der Achsen des Kontaktsystems und des Anschlußstücks.

Dadurch, daß die Anschlußeinrichtung ein mit dem Anschlußstück verbindbares, insbesondere verpreßbares, Endstück aufweist, das eine konische Aufnahme aufweist, in die das Anschlußstück mit seinem dem Leiter abgewandten und ebenfalls konischen Endabschnitt einsetzbar ist, insbesondere einpreßbar, ist die Herstellung und Montage der Vorrichtung weiter vereinfacht. Soweit das Endstück mit dem Anschlußstück verpreßbar ist, entfällt eine Schweißverbindung zwischen diesen Elementen. Die Preßverbindung kann mit einfachen Werkzeugen hergestellt werden. Durch die konische Ausbildung mit einem Winkel zwischen 0,2 und 3° in Bezug auf die Längsachse, insbesondere 1°, ist eine dauerhaft zuverlässige Preßverbindung gewährleistet.

Dadurch, daß mindestens eine der einander zugewandten konischen Flächen im wesentlichen ringförmige Nuten aufweist, die in einem Querschnitt durch die Längsachse vorzugsweise sägezahnförmig sind und jedenfalls Ringkanten ausbilden, kommt es beim Verpressen zu einem Verkeilen und dadurch zu einer dauerhaft mechanisch festen Verbindung. Darüber hinaus ergeben sich eine Vielzahl von ringförmigen elektrischen Kontakten, die den Übergangswiderstand herabsetzen.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung,

Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt der Vorrichtung der Fig. 1,

Fig. 3A zeigt eine Kontaktring-Schraubenfeder in der Draufsicht,

Fig. 3B zeigt eine Kontaktring-Schraubenfeder in der Seitenansicht,

Fig. 4 zeigt eine zweite Ausführungsform,

Fig. 5 zeigt eine dritte Ausführungsform,

Fig. 6 zeigt einen Schnitt VI-VI in der Fig. 5,

Fig. 7 zeigt eine vierte Ausführungsform und

Fig. 8 zeigt eine fünfte Ausführungsform.

Die Fig. 1 zeigt teilweise im Längsschnitt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum Verbinden von zwei rohrförmigen elektrischen Leitern 2, 2a eines Energieübertragungssystems mittels endseitig an jedem der beiden Leiter 2, 2a angeordneten Anschlußeinrichtungen 40, 40a, die jeweils ein Anschlußstück in Form eines Rohrstutzens 41 umfassen, der über ein Kontaktsystem 60 mit dem Leiter 2 elektrisch verbindbar ist.

Im verbundenen Zustand ist der Leiter 2 gegenüber dem Anschlußstück 41 axial in Richtung des Doppelpfeils 10 verschiebbar. Die miteinander zu verbindenden Leiter 2, 2a sind im wesentlichen auf die gemeinsame Achse 50 ausgerichtet, die vorzugsweise eine Symmetrieachse für die gesamte Vorrichtung bildet. Koaxial zum Leiter 2 ist ein ebenfalls rohrförmiger Außenleiter 12 angeordnet, wobei der Abstand zwischen Leiter 2 und Außenleiter 12 in der Fig. 1 nicht maßstabsgetreu ist. Typische Werte für die Durchmesser des Leiters 2 und des Außenleiters 12 liegen beispielsweise bei 180 mm bzw. 500 mm. Das von dem Außenleiter 12 und dem Leiter 2 eingeschlossene Volumen ist vorzugsweise mit einem Isoliergas gefüllt, beispielsweise mit N₂ und/oder SF₆, bei einem gegenüber der Umgebung erhöhten Druck, beispielsweise von 6 Bar.

Die Anschlußeinrichtung 40 weist weiterhin ein Endstück 42 mit einer konisch ausgebildeten buchsenförmigen Aufnahme 43 für das Anschlußstück in Form eines Rohrstutzens 41 auf. Der Konus ist vorzugsweise durch Ausdrehen herstellbar. Der Rohrstutzen 41 weist an seinem dem Endstück 42 zugewandten Ende ebenfalls einen Konus auf, insbesondere einen Außenkonus, der auf seiner dem Endstück 42 zugewandten Fläche ringförmige und im dargestellten Längsschnitt im wesentlichen dreieckförmige und insbesondere sägezahnförmige Nuten 44 aufweist. Die Kontur des Außenkonus, die vorzugsweise durch Abdrehen herstellbar ist, wobei eine oberflächliche Silberschicht gegebenenfalls entfernbar ist, weist im dargestellten Querschnitt ebenfalls eine Sägezahnform auf. Der vom Konus mit der Achse 50 eingeschlossene Winkel beträgt im vorliegenden Beispiel etwa 1°, wobei sich die Konen des Endstücks 42 und des Rohrstutzens 41 hinsichtlich ihres Winkels im wesentlichen entsprechen.

Das Endstück 42 ist mit einer (nicht dargestellten) Stirnfläche in Anlage mit einer (gestrichelt angedeuteten) Schottwand 8, die insbesondere einer Trennung der zwischen den Leitern 2 bzw. 2a und den Außenleitern 12 bzw. 12a gebildeten Gasräume dient, oder ist alternativ oder ergänzend in Anlage mit einem die Verbindungsstelle am Außenleiter 12b abstützenden (nicht dargestellten) Stützisolator, der insbesondere auch zum Zweck der Feldsteuerung topf- oder schalenförmig ausgebildet sein kann. Die einander gegenüberliegenden Endstücke 42 und 42a weisen im dargestellten Ausführungsbeispiel unterschiedliche äußere Konturen auf, die beispielhaft die Ausgestaltungsmöglichkeiten im Hinblick auf die Vermeidung von Feldstärkespitzen darstellen sollen. So ist insbesondere eine Kontur, deren Krümmung stetig verläuft, d. h. deren Konturkurve eine im mathematischen Sinn stetige erste Ableitung aufweist, günstig hinsichtlich der Vermeidung von Feldstärkespitzen. Die Endstücke 42, 42a sind vorzugsweise rotationssymmetrisch in Bezug auf die gemeinsame Achse 50.

Der Stützisolator bzw. die Schottwand 8 ist Bestandteil eines Verbindungsstücks, das auch einen Abschnitt 12b für die Verbindung der Außenrohre 12, 12a aufweist. Diese können mit dem Verbindungsstück lösbar oder unlösbar verbindbar sein, insbesondere verschweißbar oder mittels beispielsweise nach außen abstehender Flansche verschraubbar sein.

Die Kontaktelektrode 70 besteht vorzugsweise aus einem Aluminium/Magnesium/Silicium-haltigen Werkstoff, beispielsweise dem unter der Bezeichnung F31 bekannten Werkstoff, und wird bei der Montage von außen auf den Rohrstutzen 41 aufgeschoben. Um dies zu vereinfachen weist der Rohrstutzen 41 an seinem dem Leiter 2 zugewandten Ende eine zweifach gestufte Wölbung bzw. einen Wulst 47 auf, dessen Durchmesser am Ende des Rohrstutzens 41 kleiner ist als der Durchmesser einer vom Ende zurückversetzten Einschnürung 48. Durch die endseitige Fase bis zum Wulst 47 ergibt sich bei der Montage eine Vor- Ausrichtung des Kontaktsystems 60 innerhalb des Schwenkbereichs der Lagerschale 62. Diese Vor-Ausrichtung wird durch die Einschnürung 48 stabilisiert und im weiteren Verlauf der Aufweitung bis auf den Nenndurchmesser des Rohrstutzens 41 erfolgt die abschließende koaxiale Ausrichtung von Kontaktsystem 60 und Rohrstutzen 41.

Die Fig. 2 zeigt einen vergrößert dargestellten Ausschnitt der in der Fig. 1 dargestellten Vorrichtung. Das Kontaktsystem 60 weist zwei axial hintereinander angeordnete Kontaktring-Schraubenfedern 61 auf, die in einer Lagerschale 62 einer endseitig an dem Leiter 2 festlegbaren Kontaktelektrode 70 durch zwei Halteringe 63 gehalten sind, von denen einer durch einen ihn umgreifenden Stützring 64 in der Lagerschale 62 festgelegt ist. Die Lagerschale 62 nimmt insbesondere Radialkräfte auf. Die Kontaktring-Schraubenfedern 61 kontaktieren die Kontaktelektrode 70 direkt. Der Stützring 64 besteht vorzugsweise aus Aluminium, insbesondere eloxiertem Aluminium. Die beiden Halteringe 63 sind durch das zwischen den Kontaktring-Schraubenfedern 61 und dem Rohrstutzen 41 angeordnete und elektrisch leitende Kontaktelement in Form einer axial durchgehend geschlitzten Kontakthülse 65 beabstandet. Die Kontakthülse 65 wird dabei von den sich an der Kontaktelektrode 70 abstützenden Kontaktring- Schraubenfedern 61 in kontaktierender Anlage an dem Rohrstutzen 41 gehalten. Im unmontierten Zustand weist die Kontakthülse 65 in ihrem unverspannten Zustand einen gegenüber dem Außendurchmesser des Rohrstutzens 41 geringeren Durchmesser auf und wird bei der Montage elastisch gespreizt. Dadurch ist die Kontakthülse 65 in vorgespannter Anlage an dem Rohrstutzen 41 und gleitet zusammen mit den Halteringen 63 beim axialen Verschieben auf dem Rohrstutzen 41.

Die Fig. 3A zeigt eine insbesondere in radialer Richtung federnde Kontaktring-Schraubenfeder 61 in der Draufsicht und die Fig. 3B zeigt diese in der Seitenansicht. Der Innendurchmesser 61a ist im unverspannten Zustand im wesentlichen gleich dem Außendurchmesser der Kontakthülse 65. Die Federenden 61b, 61c sind miteinander verbunden, insbesondere verschweißt. Die Oberfläche der Kontaktring-Schraubenfeder 61 ist vorzugsweise versilbert.

Die Fig. 4 zeigt einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform der Kontaktelektrode 170 und des Kontaktsystems. Die beiden Halteringe 163a, 163b weisen jeweils auf ihrer dem (nicht dargestellten) Rohrstutzen zugewandten Fläche einen ringförmigen Absatz auf, an dem die Kontakthülse 165 radial und insbesondere axial in Anlage ist. Die Kontakthülse 165 bildet auf ihrer radial inneren Umfangsfläche zwei sich zu dem jeweiligen Ende der Kontakthülse 165 hin öffnende Konen 165a, 165b aus, die von einem eine Kontaktfläche 165c ausbildenden zylindrischen Abschnitt beabstandet sind, der im Ausführungsbeispiel axial außermittig angeordnet ist und eine axiale Erstreckung von etwa 2 mm aufweist. Eine Fremdfederung in Form eines Wellensicherungs- oder Seegerrings 167 wirkt vorzugsweise nur oder im wesentlichen nur in umfänglicher bzw. tangentialer Richtung auf die Kontakthülse 165, beispielsweise auf (nicht dargestellte) radial abstehende Nippel der Kontakthülse 165, und führt zu einem elastischem aber festem Umschließen des zu kontaktierenden Anschlußstücks.

Der Wellensicherungs- oder Seegerring 167 ist von der Kontaktfläche 165 axial beabstandet und zwischen dem in der Darstellung unteren Haltering 163b und einem Zwischenring 166 angeordnet, der eine flanschartige Auskragung ausbildet, die in eine nach innen offene Ringnut der Kontaktelektrode 170 hineinragt und in Zusammenwirkung mit dieser einen Anschlag für die Schwenkbewegung des Kontaktsystems bildet. Zwischen dem Zwischenring 166 und dem in der Darstellung oberen Haltering 163a sind zwei axial beabstandete Kontaktring-Schraubenfedern 161 angeordnet, die unterschiedliche Durchmesser aufweisen und jeweils in Anlage mit der in diesem Bereich gestuften Außenumfangsfläche der Kontakthülse 165 sind. Die beiden Kontaktring-Schraubenfedern 161 sind in axialer Richtung außermittig in Bezug auf die Kontakthülse 165 und auf die von der Kontaktelektrode 170 gebildete Lagerschale angeordnet und von einem vorzugsweise ringförmigen Trennelement 169 beabstandet. Der in der Darstellung der Fig. 4 untere Haltering 163b wird in der Lagerschale von einem Stützring 164 fixiert, der in axialer Richtung durch einen Federring 168 fremdgesichert ist, der in der Kontaktelektrode 170 festgelegt ist, beispielsweise in eine nach innen offene schmale Ringnut der Kontaktelektrode 170 eingreift. Der untere Haltering 163b bildet eine teilweise sphärische Außenumfangsfläche aus, die einen größeren Durchmesser aufweist gegenüber der Lagerschale bzw. der von dem oberen Haltering 163a ausgebildeten teilweise sphärischen Außenumfangsfläche. Die Halteringe 163a, 163b, das Zwischenstück 166 und das Trennelement 169 bestehen vorzugsweise aus Kunststoff, wogegen der Stützring 164 vorzugsweise aus eloxiertem Aluminium besteht.

Von dem Kontaktsystem axial beabstandet weist die Kontaktelektrode 170 an ihrem der Verbindung mit dem (nicht dargestellten) Leiter dienendem Abschnitt eine Ringnut 171 auf, die die Wärmeleitfähigkeit in Richtung auf das Kontaktsystem und damit die Temperaturbelastung des Kontaktsystems beim Verbinden von Kontaktelektrode 170 und Leiter, beispielsweise durch Verschweißen, herabsetzt. Die Ringnut 171 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel nach innen offen, kann aber alternativ auch nach außen offen sein, oder es können mehrere solcher Ringnuten axial hintereinander angeordnet sein. Alternativ oder ergänzend zu der Ringnut 171 können auch andersartige und beispielsweise umfänglich nicht durchgehende Aussparungen vorgesehen sein, die die Wärmeleitfähigkeit der Kontaktelektrode 170 insbesondere in axialer Richtung herabsetzen.

Die Fig. 5 zeigt einen Ausschnitt eines Längsschnitts durch eine dritte Ausführungsform der Kontaktelektrode 270 und des Kontaktelements. Der erste Kraftspeicher ist dabei mit einem ersten vorzugsweise zylindrischen und rohrförmigen Abschnitt 261d an der Kontaktelektrode 270 festlegbar, beispielsweise mit dieser verpreßbar. Der Abschnitt 261d und/oder die Kontaktelektrode 270 weisen auf ihren einander zugeordneten Flächen ringförmige Nuten auf, die beispielsweise eine Sägezahnform aufweisen, zur Verbesserung der Kontakt- und Stromtrageigenschaften der Verbindung. Der Abschnitt 261d ragt dabei axial über die Kontaktelektrode 270 hinaus und erlaubt dadurch eine Zentrierung der Kontaktelektrode 270 in Bezug auf den Leiter 202 bei deren Verbindung, beispielsweise mittels einer im wesentlichen ringförmigen Schweißnaht 272, deren äußere Kontur so gewählt ist, daß Feldstärkespitzen vermieden sind.

Der erste Kraftspeicher bildet an seinem an den Abschnitt 261d anschließenden Abschnitt kraftspeichernde Bereiche, insbesondere radial federnde Zungen, 261 aus, die jeweils mindestens ein Kontaktelement 265 in Anlage an dem Rohrstutzen 241 halten. Das Kontaktelement 265 ist vorzugsweise einstückig ausgebildet und weist ein gekrümmtes Kontaktplättchen 265d auf, das in seiner Krümmung an den Außendurchmesser des Rohrstutzens 241 angepaßt ist, und auf seiner dem Rohrstutzen 241 zugewandten Fläche zwei axial beabstandete Kontaktstege 265e aufweist, deren axiale Erstreckung beispielsweise 10 mm beträgt. An das Kontaktplättchen 265d schließt sich vorzugsweise einstückig ein zumindest teilkugelförmiger Abschnitt 265f an, mit dem das Kontaktelement 265 in einer konischen Bohrung der federnden Zunge 261 gelagert ist. An den teilkugelförmigen Abschnitt 265f schließt sich vorzugsweise wiederum einstückig ein zylindrischer Abschnitt 265g an, der eine axial ausgerichtete Bohrung aufweist, in welche ein Sicherungselement einsteckbar ist. Vorzugsweise ist das Sicherungselement durch einen ringförmig gebogenen Kamm 265h gebildet, dessen Zinken 265i in jeweils ein Kontaktelement 265 sichernd eingreifen und der vorzugsweise aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff besteht. Durch das Zusammenwirken des teilkugelförmigen Abschnitts 265f mit der konischen Bohrung der federnden Zunge 261 ist das Kontaktelement 265 um alle drei Raumachsen drehbar.

Auf der Innenfläche der Kontaktelektrode 270 ist ein elektrisch isolierendes und vorzugsweise aus Kunststoff und/oder in Form eines Hartgewebes bestehendes und ringförmiges Anschlagelement 273 an- oder eingebracht, welches einen Anschlag für die radiale Bewegung des Kontaktelements 265 und damit auch einen Überlastschutz für die federnde Zunge 261 bildet. Vorzugsweise weist das Kontaktsystem umfänglich eine Vielzahl von federnden Zungen 261 und Kontaktelementen 265 auf, wobei die Längsachse 250 eine Symmetrieachse bilden kann. Aufgrund der Kröpfung der federnden Zungen 261, durch die der das Kontaktelement 265 aufnehmende Endabschnitt parallel zum Rohrstutzen 241 verläuft, ist eine ebenfalls parallele Grundausrichtung des Kontaktelements 265 gewährleistet. Die Fig. 6 zeigt den Schnitt entlang VI-VI in der Fig. 5.

Die Fig. 7 zeigt einen Längsschnitt durch eine vierte Ausführungsform der Kontaktelektrode 370 und des Kontaktelements. Der erste Kraftspeicher weist wiederum einen rohrförmigen Endabschnitt 361d auf und ist zwischen einer inneren und einer äußeren Schale 370a, 370b der Kontaktelektrode 370 aufgenommen. Durch eine Stufe 361e im rohrförmigen Abschnitt 361d und zugehörige Stufen in der inneren und äußeren Schale 370a, 370b der Kontaktelektrode 370 sind für die Montage vorteilhafte Anschläge gebildet. Federnde Zungen 361 sind an ihrem Ende in Anlage an dem Kontaktelement 365 und halten dieses in Anlage an dem Rohrstutzen 341. Das Kontaktelement 365 ist beispielsweise durch eine spangenartig geschlitzte Hülse gebildet, und weist axial zentrisch einen zylindrischen Abschnitt 365c auf, der die Kontaktfläche bildet, und an den sich zu beiden Seiten konische Abschnitte 365a, 365b anschließen. Eine optionale Fremdfeder, beispielsweise in Form eines Wellensicherungs- oder Seegerrings 367, wirkt unmittelbar auf den ersten Kraftspeicher bzw. auf die federnden Zungen 361 in radialer Richtung in Bezug auf die gemeinsame Achse 350. Am rohrförmigen Ende 361d ist der erste Kraftspeicher über eine Schweißnaht 372 mit dem rohrförmigen Leiter 302 elektrisch und mechanisch verbunden. Bei dieser Ausführungsart ergeben sich lediglich zwei Übergänge für den zu übertragenden elektrischen Strom, nämlich zwischen dem Ende der federnden Zunge 361 und dem Kontaktelement 365 sowie zwischen diesem und dem Rohrstutzen 341.

Die Fig. 8 zeigt einen Längsschnitt durch eine fünfte Ausführungsform der Kontaktelektrode 470 und des Kontaktsystems. Der erste Kraftspeicher weist wiederum einen rohrförmigen Abschnitt 461d sowie federnde Zungen 461 auf. Diese sind unter Wirkung einer zusätzlichen Fremdfeder 467 in Anlage an dem Kontaktelement 465, welches seinerseits in Anlage an dem Rohrstutzen 441 ist. Das Kontaktelement 465 weist axial im Bereich der Anlage der federnden Zunge bzw. der Fremdfeder 467 den die zylindrische Kontaktfläche bildenden Abschnitt 465c auf. Ein ringförmiges Anschlagelement 473 ist in die federnden Zungen 461 eingelegt und stellt einen Anschlag für die radiale Bewegung des Kontaktelements 465 und damit einen Überlastschutz für die federnden Zungen 461 dar.

Claims (15)

1. Vorrichtung zum Verbinden von insbesondere rohrförmigen elektrischen Leitern (2, 2a; 202; 302) eines Energieübertragungssystems mittels einer endseitig an mindestens einem der Leiter (2; 202; 302) angeordneten Anschlußeinrichtung (40), die ein Anschlußstück, insbesondere einen Rohrstutzen (41; 241; 341; 441), und ein Kontaktsystem (60) aufweist, wobei das Anschlußstück über das Kontaktsystem (60) mit dem Leiter (2; 202; 302) elektrisch verbindbar ist, und der Leiter (2; 202; 302) und das Anschlußstück im verbundenen Zustand axial gegeneinander verschiebbar sind, und wobei das Kontaktsystem (60) einen ersten Kraftspeicher und ein zwischen diesem und dem Anschlußstück angeordnetes und elektrisch leitfähiges Kontaktelement aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktelement eine axial geschlitzte Hülse (65; 165; 265; 365; 465) aufweist, daß die Hülse (65; 165; 265; 365; 465) das Anschlußstück umspannt, und daß der erste Kraftspeicher an mehreren umfänglich verteilten Stellen eine Federkraft auf das Kontaktelement ausübt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kraftspeicher eine im wesentlichen ringförmige und in radialer Richtung elastisch verformbare Feder aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktsystem (60) mindestens zwei axial hintereinander angeordnete erste Kraftspeicher aufweist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kraftspeicher durch eine Kontaktring- Schraubenfeder (61; 161) gebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktsystem (60) einen weiteren Kraftspeicher für eine Fremdfederung des Kontaktelements aufweist, insbesondere einen im wesentlichen eine Kraft in Tangentialrichtung auf das Kontaktelement oder eine Kraft auf den ersten Kraftspeicher ausübenden Wellensicherungs- oder Seegerring (167; 367; 467).

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktelement mindestens eine zylindrische Kontaktfläche (165c; 365c; 465c) für den Kontakt mit dem Anschlußstück aufweist, insbesondere mit einer axialen Erstreckung zwischen 0,2 und 10 mm, vorzugsweise etwa 2 mm, an die sich in axialer Richtung vorzugsweise mindestens ein konischer Abschnitt (165a, 165b; 365a, 365b) anschließt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußeinrichtung (40) eine endseitig an dem Leiter (2; 202; 302) festlegbare Kontaktelektrode (70; 170; 270; 370; 470) aufweist, in der das Kontaktsystem (60) mit einem Schwenkbereich von 0 bis 20°, insbesondere 0 bis 4°, in Bezug auf die Längsachse (50; 150; 250; 350) des Leiters (2; 202; 302) schwenkbar gelagert ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelektrode (70; 170; 270; 370; 470) eine Lagerschale (62) ausbildet, in der das Kontaktsystem (60) gelagert ist und die einen Anschlag für die Schwenkbewegung des Kontaktelements aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kraftspeicher mittels zwei durch das Kontaktelement axial beabstandete Halteringe (63; 163) in der Lagerschale (62) fixiert ist, und daß mindestens einer der Halteringe (63; 163) durch ein Fixiermittel, insbesondere einen an ihm anliegenden Stützring (64; 164), in der Lagerschale (62) fixiert ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Fixiermittel hinsichtlich seiner axialen Position durch eine Fremdsicherung, insbesondere durch einen in eine Ringnut eingelegten Federring (168), gesichert ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelektrode (70; 170; 270; 370; 470) an ihrem vom Kontaktsystem (60) entfernten Abschnitt mit dem Leiter (2; 202; 302) verbindbar, insbesondere verschweißbar, ist und zwischen dem Kontaktsystem (60) und der Verbindung zum Leiter (2; 202; 302) einen Abschnitt mit einem erhöhten Wärmewiderstand aufweist, insbesondere einen Abschnitt mit einer die Querschnittsfläche reduzierenden Ringnut (171).

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußstück an seinem dem Leiter (2; 202; 302) zugewandten Ende mehrfach gestuft konisch oder gewölbt ist, insbesondere endseitig einen im wesentlichen ringförmigen Wulst (47) aufweist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußeinrichtung (40) ein mit dem Anschlußstück verbindbares, insbesondere verpreßbares, Endstück (42) aufweist, das eine konische Aufnahme (43) aufweist, in die das Anschlußstück mit seinem dem Leiter (2; 202; 302) abgewandten und ebenfalls konischen Endabschnitt einpreßbar ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die konische Aufnahme (43) des Endstücks (42) und/oder der konische Endabschnitt des Anschlußstücks im wesentlichen ringförmige Nuten (44) aufweist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Endstück (42) durch Verbindungsmittel mit einem weiteren Endstück (42a) einer einem nachfolgenden Leiter (2a) zugeordneten Anschlußeinrichtung (40a) verbindbar, insbesondere verschraubbar, ist.