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Die Erfindung betrifft eine Sicherungsscheibe für elektrisch leitende Verbindungen nach dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1.
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Im Bereich der Elektrotechnik werden Schraubenverbindungen zur Erzielung leitender Verbindungen unter anderem bei Starkstrom-Anwendungen eingesetzt. Hier werden Stromschienen bzw. Kontaktschienen miteinander oder auch Kabelschuhe mit Kontaktschienen verschraubt. Hierbei ist zwingend erforderlich, dass ein kontinuierlicher Kontaktdruck zwischen den verbundenen Teilen gewährleistet ist. Hierzu werden federnde Sicherungselemente eingesetzt, mit dem Ziel, Lockerungsvorgängen bei den Schraubverbindungen entgegenzuwirken. Derartige Lockerungsvorgänge resultieren aus Vorspannkraftverlusten in den Schraubverbindungen, welche als Folge von Setz- und / oder Kriechvorgängen bei den miteinander verschraubten Teilen auftreten. Ein Verlust von Vorspannkraftverlusten bilden an elektrisch leitenden Verbindungen eine große Gefahr, da hierdurch beispielsweise Lichtbögen entstehen können.
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Verschraubungen in dem vorliegenden Bereich erfolgen regelmäßig auf weichen Gegenlagen wie Kupfer oder Aluminium. Da die maximale Flächenpressung nicht überschritten werden darf, werden die Schrauben mit einem begrenzten Drehmoment angezogen. Zur Vermeidung von Spanbildungen ist es bekannt, zwischen die eigentlichen Sicherungselemente und der Gegenlage, beispielsweise einer Kontaktschiene, plane Unterlegscheiben zu positionieren, an denen das Sicherungselement anliegt. Diese Unterlegscheiben dienen dem Schutz der Gegenlagen, da Spanbildung, Erhöhungen oder Vertiefungen in der Gegenlage ebenfalls Lichtbögen oder auch Erhöhungen von Übertragungswiderständen aufgrund von Luftspalten begründen können.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Sicherungsscheibe für elektrisch leitende Verbindungen, insbesondere zur Anordnung auf einer ebenen elektrischen Kontaktschiene bereitzustellen, die einfach herstellbar ist, gute Sicherungseigenschaften aufweist und bei der eine Beeinträchtigung der Scheibenunterlage im Zuge der Herstellung einer Schraubverbindung vermieden ist. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch eine Sicherungsscheibe mit den Merkmalen des Schutzanspruchs 1 gelöst.
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Mit der Erfindung ist eine Sicherungsscheibe für elektrisch leitende Verbindungen, insbesondere zur Anordnung auf einer ebenen elektrischen Kontaktschiene bereitgestellt, die einfach herstellbar ist, gute Sicherungseigenschaften aufweist und bei der eine Beeinträchtigung der Scheibenunterlage im Zuge der Herstellung einer Schraubverbindung vermieden ist. Dadurch, dass die äußere Ringabschnittsfläche in eine ebene Gleitringfläche übergeht, die zur flächigen Anlage an der Kontaktschiene ausgebildet ist, ist ein Gleiten der Scheibenränder im Kontaktbereich beim Anpressen und Drehen der Sicherungsscheibe an die Kontaktschiene ermöglicht. Einer Beschädigung der Kontaktschienen-Oberfläche ist somit entgegengewirkt.
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In Weiterbildung der Erfindung ist die Gleitringfläche mittels Prägen hergestellt. Hierdurch ist eine erhebliche Glättung der Gleitringfläche erzielt, die zudem zusätzlich verfestigt ist. Dadurch ist zum einen das Gleiten des Sicherungsscheibenrandes im Kontaktbereich mit der Kontaktschiene verbessert. Zum anderen ist durch die verfestigte Struktur der Gleitringfläche einem Materialabrieb im Kontaktbereich entgegengewirkt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Übergang der Gleitringfläche zur äußeren Ringabschnittsfläche abgerundet ausgebildet. Dabei ist bevorzugt auch der Übergang der Gleitringfläche zur Außenmantelfläche des Scheibenkörpers abgerundet ausgebildet. Hierdurch ist die Gleitringfläche in Art einer Kufe gestaltet, wodurch einem Gleiten des Sicherungsscheibenrands im Kontaktbereich beim Anpressen der Sicherungsscheibe auf die Kontaktschiene unterstützt.
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In Weiterbildung der Erfindung ist der Übergang zwischen der inneren Ringabschnittsfläche und der Innenmantelfläche des Scheibenkörpers abgerundet ausgebildet. Hierdurch ist ein Gleiten des inneren Sicherungsscheibenrandes beim Aufsetzen auf die Kontaktschiene ermöglicht.
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In Ausgestaltung der Erfindung ist wenigstens einer der abgerundeten Übergänge durch Prägen hergestellt, wobei bevorzugt alle Übergänge durch Prägen hergestellt sind. Hierdurch sind die Gleiteigenschaften der Ränder der Sicherungsscheibe im Kontaktbereich mit der Kontaktschiene weiter verbessert.
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In Weiterbildung der Erfindung schließt die äußere Ringabschnittsfläche mit der inneren Ringabschnittsfläche im unverspannten Zustand der Sicherungsscheibe einen Winkel von Größe 160°, bevorzugt Größe 165°, besonders bevorzugt Größe 170° ein. Diese Werte liefern gute Feder- und Sicherungseigenschaften der Scheibe bei gleichzeitiger vollständiger Anlage der Scheibenunterseite im angezogenen Zustand auf der Kontaktschiene, wodurch eine geringe Flächenpressung erzielt ist. Bevorzugt schließt die äußere Ringabschnittsfläche mit der Gleitringfläche einen Winkel von Größe 165°, bevorzugt Größe 170°, besonders bevorzugt größer gleich 173° ein.
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In Ausgestaltung der Erfindung ist die innere Ringabschnittsfläche, bevorzugt auch die äußere Ringabschnittsfläche gewölbt ausgebildet. Durch die leicht bombierte, bogenförmige Geometrie der beiden Ringabschnittsflächen ist bereits bei geringen Vorspannkräften eine erhöhte Rückfederkraft erzielt. Setzerscheinungen und hieraus resultierende Vorspannkraftverluste sind hierdurch vermieden.
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Zur Erzielung der gewünschten Sicherungseigenschaften ist es prinzipiell ausreichend, die Scheibenoberseite eben auszubilden. Im Bedarfsfall kann die Scheibenoberseite jedoch auch mit einer Wölbung ausgestattet sein. Besonders gute Ergebnisse werden mit einer konkaven Wölbung erzielt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die der Unterlage abgewandte Scheibenoberseite eine Profilierung auf. Hierdurch wird eine verbesserte Sicherungswirkung erzielt. Diese Profilierung kann sich auf dem inneren Bereich beschränken und beispielsweise in Form einer Riffelung ausgestaltet sein. Die Profilierung kann auch als Rändel- oder Kreuzrändel-Profilierung oder in anderer Weise ausgebildet sein. Gute Ergebnisse wurden bei Einbringung einer Profilierung als V- oder S-Profilierung erzielt.
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Andere Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den übrigen Unteransprüchen angegeben. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend im Einzelnen beschrieben. Es zeigen:
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1 die schematische Darstellung einer Sicherungsscheibe für elektrisch leitende Verbindungen;
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2 die Darstellung der Sicherungsscheibe aus 1 in der Ansicht von unten;
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3 die Darstellung der Sicherungsscheibe aus 1 im Querschnitt;
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4 die schematische Darstellung einer elektrisch leitenden Verbindung vor dem Anziehen der Schraube (nur eine zu verbindende Kontaktschiene gezeigt) und
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5 die Darstellung der Verbindungsanordnung aus 4 mit angezogener Schraube.
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Die als Ausführungsbeispiel gewählte Sicherungsscheibe ist aus C60-Federstahl hergestellt und umfasst einen im Wesentlichen ringförmig ausgebildeten Scheibenkörper 1, mit einer Scheibenoberseite 11 und einer Scheibenunterseite 12. Die Scheibenoberseite 11 ist mit einer Profilierung 13 versehen, die im Ausführungsbeispiel in Art einer S-Profilierung ausgeführt ist. Die der Kontaktschiene 7 entgegengerichtete Scheibenoberseite 11 der Sicherungsscheibe ist im Ausführungsbeispiel gewölbt ausgebildet.
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Die Scheibenunterseite 12 ist in zwei Ringabschnittsflächen unterteilt, einer inneren Ringabschnittsfläche 2 und einer winklig zu dieser angestellten äußeren Ringabschnittsfläche 3. Im Ausführungsbeispiel sind die innere Ringabschnittsfläche 2 sowie auch die äußere Ringabschnittsfläche 3 jeweils nach innen gewölbt (konkav) ausgebildet.
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Die äußere Ringabschnittsfläche 3 geht endseitig in eine ebene Gleitringfläche 4 über, die der flächigen Anlage an einer ebenen Kontaktschiene 7 dient. Die Gleitringfläche 4 ist zu den beiden Seiten abgerundet ausgebildet, sowohl an ihrem Übergang 43 zur äußeren Ringabschnittsfläche 3, als auch an ihrem Übergang 45 zur Außenmantelfläche 5 des Scheibenkörpers 1. Im Ausführungsbeispiel ist die Gleitringfläche 4 sowie die abgerundet ausgebildeten Übergänge 43, 45 mittels Prägen hergestellt.
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Die Sicherungsscheibe ist derart gestaltet, das sie im unverspannten Zustand mit ihrer Gleitringfläche vier auf einer ebenen elektrischen Kontaktschiene 7 aufliegt. Dabei schließt die äußere Ringabschnittsfläche 3 mit der auf der Kontaktschienen 7 aufliegenden Gleitringfläche 4 einen Winkel β von 173° ein. Die innere Ringabschnittsfläche 2 ist winklig an die äußere Ringabschnittsfläche 3 angestellt, wobei die äußere Ringabschnittsfläche 3 mit der inneren Ringabschnittsfläche 2 einen Winkel α von 172° einschließt. An ihrer der äußeren Ringabschnittsfläche 2 abgewandten Seite grenzt die innere Ringabschnittsfläche 2 an die Innenmantelfläche 6 des Scheibenkörpers 1, wobei der Übergang 26 zwischen der inneren Ringabschnittsfläche 2 und der Innenmantelfläche 6 des Scheibenkörpers 1 abgerundet ausgebildet ist. Auch dieser abgerundet ausgebildete Übergang 26 ist im Ausführungsbeispiel durch Prägen hergestellt.
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In 4 ist die Anordnung einer erfindungsgemäßen Sicherungsscheibe zur Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung schematisch skizziert. Wobei lediglich die der Sicherungsscheibe als Anlage dienende Kontaktschiene 7 gezeigt ist. Hierbei ist eine Schraube 8 durch den Scheibenkörper 1 einer Sicherungsscheibe sowie eine Bohrung 71 einer Kontaktschiene 7 geführt. In 7 ist die Schraube 8 nicht angezogen, d.h., die Sicherungsscheibe befindet sich im unverspannten Zustand. Hierbei liegt die Sicherungsscheibe flächig mit ihrer Gleitringfläche 4 auf der ebenen elektrischen Kontaktschiene 7 auf. Beim Anziehen der Schraube 8 wird der Scheibenkörper 1 in Richtung der Kontaktschiene 7 gepresst, wobei die Gleitringfläche 4 über das Drehmoment des an dieser anliegenden Schraubenkopfes rotiert sowie durch den Anpressdrucknach außen bewegt wird. Die Radien der Übergänge 43, 45 der Gleitringfläche 4 zu der äußeren Ringabschnittsfläche 3 sowie der Außenmantelfläche 5 sind so ausgelegt, dass die Gleitringfläche 4 in Art einer Kufe über die weiche, regelmäßig aus Kupfer oder Aluminium hergestellte Kontaktschiene 7 gleitet, welche deshalb nicht beschädigt wird. In 5 ist die Sicherungsscheibe im verspannten Zustand dargestellt. Wie dort ersichtlich liegt die Sicherungsscheibe beim Erreichen des – gegenüber "auf normalen" zur Schraubenverbindung verminderten – Anziehdrehmoments komplett plan auf der elektrischen Kontaktschiene 7 auf, so dass der Stromfluss nicht behindert wird. Aufgrund der Wahl des Winkels der nach innen gewölbten Ringabschnittsflächen 2, 3 zueinander besteht über einen sehr langen Setzbereich einer optimale Kontaktfläche zur Kontaktschiene 7, verbunden mit der Gewährleistung der erforderlichen Vorspannkräfte.
