DE2741257C2 - Nachgiebiger elektrischer Druckkontakt - Google Patents
Nachgiebiger elektrischer DruckkontaktInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen nachgiebigen elektrischen Druckkontakt, bestehend aus einem in einem
Führungsschacht beweglichen Kontaktkopf, der mit einer am Grund des Führungsschachtes angeordneten
Anschlußhülse über einen durch Eindrücken in seiner Längsrichtung deformierbaren geflochtenen Leiter verbunden
ist und der Leiter von einer Druckfeder umgeben ist, die sich mit einem Ende an der Anschlußhülse
und dem anderen Ende am Kontaktkopf abstützt und diesen gegen einen Anschlag im Führungsschacht
drückt. Derartige Druckkontakte sind bekannt, z. B. aus der GB-PS 13 89 301, und werden häufig verwendet. Sie
besitzen jeweils einen Kontaktkopf, der dafür eingerichtet ist. Verschiebungen einer bestimmten Amplitude innerhalb
des Führungsschachtes ausführen zu können und der deswegen über den deformierbaren Leiter an
die feste Anschlußhülse oder Anschlußklemme angeschlossen sein muß. Die vorgenannten Druckkontakte
besitzen erhebliche Vorteile gegenüber herkömmlichen starren Kontakten. Es bedarf jedoch besonderer Sorgfalt,
den ohmschen Spannungsabfall des durchfließenden Stromes, durch Materialauswahl (Messing, Rotkupfer,
silberne Kontaktflächen am Kontakikopf), Verbesserung der zwischengeschalteten Verbindungen (Anschlüsse
des deformierbaren Leiters an die Hülse und an den Kopf), Unterdrückung des magnetischen Widerstandes
(Verwendung nichtmagnetischer Federn) und dergleichen gering zu hallen. Auch muß /wischen Stekker
und Steckkontakt ein bestimmter Druck aufrechterhalten werden, um einen guten elektrischen Übergang
/u gewährleisten.
Aus der GB-PS IJ 89 JOI ist ein vorbeschriebener
Druckkontakt bekannt, bei dem der nachgiebige Leiter aus einem geflochtenen Schlauch besteht Bei einer Deformation
schwillt dieser an und läßt sich deswegen in Längsrichtung um ca. 30% zusammendrücken. Damit
sind aber eine Reihe von Nachteilen verbunden.
Der nutzbare Querschnitt ist ringförmig, seine Größe
muß als Funktion der Stromstärke nach den geltenden Richtlinien bestimmt werden. Der rohrförmige Aufbau
führt dazu, daß der Durchmesser des mittleren Abschnittes des Leiters in Ruhestellung wesentlich größer
ist als bei Verwendung eines nichtrohrförmigen Kabels mit dem gleichen Nutzquerschnitt. Darüber hinaus führt
jede Vergrößerung des Durchmessers des Leiters auch zu einer Vergrößerung des Federdurchmessers und des
Führungsschachtes, dementsprechend zu einer Vergrößerung der Außenabmessungen und der Herstellungskosten
der Geräte. Man ist deswegen gezwungen, für den nutzbaren Querschnitt eine möglichst geringe Größe
zu wählen, die mit der Stromstärke noch verträglich ist. Das steht jedoch im Gegensatz zu den Untersuchungsergebnissen
über die Verringerung von Verlusten durch den Jouleeffekt und auch im Gegensatz zu
Untersuchungsergebnissen über ausreichende mechanische Widerstandsfähigkeit. Abgesehen von der mechanischen
Widerstandsfähigkeit im ganzen, die bei jedem neuen Schaltvorgang abnimmt, wird jeder Einzeldraht
durch Vergrößerung beim Zusammendrücken und anschließende Verkleinerung beim Strecken seines Krümmungsradius
geschwächt, wobei darüber hinaus auch der Verschleiß durch unterschiedliche Reibung von Einzeidrähten
aneinander berücksichtigt werden muß. Einerseits reibt nämlich der mittlere Teil der äußeren
Drähte bei jeder Ausdehnung an den Spiralen der Feder, so daß es billiger erscheint, eine Feder mit hinreichend
großem Durchmesser zu verwenden. Dann müssen aber die Nachteile der Volumenvergrößerung und
der größeren Herstellungskosten in Kauf genommen werden. Manchmal kommt es sogar vor, daß die Einzeldrähte
zwischen zwei benachbarten Spiralen der Feder eingeklemmt und schließlich abgeschnitten werden. Andererseits
wurden als hohle Umflechtungen richtige Geflechte aus miteinander versponnenen Drähten verwendet,
so daß die Einzeldrähte sich aneinanderreihen, einige jedoch mehr als die anderen. Nach einer bestimmten
Anzahl von aufeinanderfolgenden Schaltvorgängen brechen die Drähte. Dies entspricht dann einer Vergrößerung
des elektrischen Leiterwiderstandes sowie einer Zunahme des Spannungsabfalls des durchfließenden
Stromes. Allgemein wird davon ausgegangen, daß ein Kontakt dann als unbrauchbar anzusehen ist, wenn die
Widerstandserhöhung 10% erreicht.
Bei optimalen Bedingungen des Materials, des Verhältnisses von Länge zu Durchmesser und der Auslenkung
als Unterschied zwischen Länge in Ruhestellung und Länge in zusammengedrücktem Zustand lassen
rohrförmige Umflechtungen ungefähr 5000 Schaltvorgänge zu, bevor die Zunahme des elektrischen Widerstandes
10% erreicht.
Die FR-PS 8 20 647 beschreibt einen nachgiebigen elektrischen Druckkentakt mit einer mittigen Druckfe-
bo der, die von mehreren Leitern umgeben ist. Die Leitern
bestehen aus verzwirnten Drähten. Der Druckkontakt hat somit bezogen auf seine Höhe einen vergleichsweise
großen Durchmesser.
Die US-PS 29 78 530 beschreibt eine stromleitendc
br> Litze mil einer Seele, die von zwei konzentrischen Lagen
mit gegenläufigem Drehsinn der Adern umgeben ist. Rin Hinweis auf eine Zusaiiimcndrückbarkeil ist
nicht vorhanden. Auch wäre eine solche mit einer star-
ken Verformung und bei vielfacher Folge mit einer baldigen Beschädigung verbunden.
Die vorliegende Erfindung geht von der Aufgabe aus, einen nachgiebigen elektrischen Druckkontakt zu schaffen,
der im Vergleich zu seiner Höhe einen geringen Durchmesser hat und eine hohe Anzah! von Schaltvorgängen
aushält.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem nachgiebigen elektrischen Druckkontakt, bestehend au«, einem in
einem Führungsschacht beweglichen Kontaktkopf, der mit einer am ürund des Führungsschachtes angeordneten
Anschlußhülse über einen durch Eindrücken in seiner Längsrichtung deformierbaren geflochtenen Leiter
verbunden ist und der Leiter von einer vorgespannten Druckfeder umgeben ist, die sich mit einem Ende an der
Anschlußhülse und dem anderen Ende am Kontaktkopf abstützt und diesen gegen einen Anschlag im Führungsschacht drückt, erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß
der deformierbare Leiter aus einem Drahtseil besteht, das aus einer Anzahl von Litzen geflochten ist, wobei
jede Litze aus Adern gedreht ist, die ihrerseits aus im entgegengesetzten Sinn zusammengedrehten Einzeldrähten
bestehen und die gestreckte Länge des Drahtseils größer ist als seine Länge im eingebauten Zustand
bei am Anschlag anliegendem Kontaktkopf.
Es muß im Ergebnis überraschen, daß ein deformierbarer Leiter aus einem auf den ersten Bück ungeeigneten
Geflecht mit vollem oder rundem Querschnitt ohne Herzlitze bestehen kann, das letztlich ein geflochtenes
Drahtseil ist, und daß unter den durch die Eigenschaften dieses Drahtseils gegebenen Bedingungen der Verschleiß
der Einzeldrähte wesentlich verringert ist.
Es versteht sich, daß bei Verwendung eines derartigen Drahtseils auch die Nachteile einer rohrförmigen
Umflechtung im Hinblick auf das Verhältnis zu Nutzquerschnitt und vergrößertem Durchmesser nicht mehr
auftreten. Außerdem ist, wie bereits oben erläutert, der Drahtverschleiß viel geringer. Auch ist es möglich, die
Anzahl der maximalen Schaltvorgänge auf ungefähr 20 000 sowie manchmal sogar über 25 000 zu steigern,
bevor die Widerstandszunahme 10% erreicht.
Geflochtene Drahtseile sind für andere Zwecke bekannt, sogar als elektrische Leiter, bei denen man ihre
Biegsamkeit ausnutzt. Man hat bisher aber niemals die Möglichkeit einer Deformation in Längsrichtung durch
Zusammendrücken ausgenutzt. Eine bestimmte Anzahl von Drähten sind durch Zusammendrehen vereinigt und
bilden eine Ader. Mehrere Adern sind durch Zusammendrehen in entgegengesetztem Sinn vereinigt und
bilden eine Litze. Schließlich sind mehrere Litzen miteinander verflochten und bilden das Drahtseil.
Durch die Maßnahme, bei einem nachgiebigen Kontakt die herkömmliche rohrförmige Umflechtung durch
ein geflochtenes Drahtseil zu ersetzen, wird es ermöglicht,
die Lebensdauer des Kontaktes um das drei- bis vierfache zu erhöhen.
In weiterer Ausgestaltung wird vorgeschlagen, daß die Litzen des Drahtseils einen Flechtwinkel zwischen
60° und 75°, vorzugsweise bei 70° haben. Es wurde erkannt, daß für die Verringerung des Drahtverschleißes
der Flechtwinkel wesentlich ist. Flechtwinkel ist dabei der Winkel, den jede Litze mit einer zur Achse des
Drahtes senkrechten Ebene bildet. Das beste Ergebnis erhält man, wenn der Flechtwinkel sehr wenig unterhalb
von 70° liegt. Ausreichende Ergebnisse erhält man noch, wenn dieser Winkel größer als 60°, jedoch kleiner als
75° ist.
Um die besten Ergebnisse zu erhalten, sollte wie bei herkömmlichen rohrförmigen Geflechten der optimale
Wert dieser ursprünglichen Länge als» Funktion des Nutzquerschnitles und der Verkürzung beim Zusammendrücken
bestimmt werden. Dazu können Versuche durchgeführt werden, deren in einem Schaubild aufgetragene
Versuchsergebnisse die geeignete Auswahl ermöglichen.
Im folgenden wird ein in der Zeichnung dargestelltes
Ausführungsbeispiel erläutert; es zeigt
ίο F i g. 1A in schematischer Darstellung einen nachgiebigen
Druckkontakt vor der Montage in einem isolierenden Führungsschacht,
Fig. IB den Druckkontakt nach Fig. 1 in seiner eingebauten
Stellung,
Fig.2 in schematischer Darstellung und in vergrößerte!«
Maßstab ein geflochtenes Drahtseil als deformierbaren Leiter für den Druckkontakt nach den
Fig. IA und IB,
F i g. 3 eine grafische Darstellung mit einer Kurve, die die Anzahl der möglichen Schaltvorgänge bis zu einer 10%igen Widerstandszunahme des Leiters als Funktion des Flechtwinkels der Litzen wiedergibt,
F i g. 3 eine grafische Darstellung mit einer Kurve, die die Anzahl der möglichen Schaltvorgänge bis zu einer 10%igen Widerstandszunahme des Leiters als Funktion des Flechtwinkels der Litzen wiedergibt,
F i g. 4 eine grafische Darstellung mit einer Kurve, die die Anzahl der Schaltvorgänge für einen Flechtwinke!
von 70°, einen Nutzquerschnitt von 4 mm2 und eine Zusammendrückung
von 7,5 mm als Funktion der ursprünglichen Länge des Leiters wiedergibt.
Der in den F i g. 1A und 1B dargestellte nachgiebige
elektrische Druckkontakt besitzt in herkömmlicher Weise einen Kontaktkopf 1 mit einer Kontaktfläche 2
und eine Anschlußhüise 3 für eine elektrische Versorgungs- oder Anschlußleitung.
Der Kopf 1 und die Hülse 3 sind miteinander über einen deformierbaren und somit nachgiebigen Leiter 4
verbunden, der von einer Spiralfeder 5 umgeben ist, die sich einerseits auf einer Schulter des Kopfes und andererseits
an einer Schulter der Hülse abstützt. Der Kontakt ist zur Montage an einem Gerät, z. B. dem Sockel
einer Steckdose, in einem Führungsschacht 6 (F i g. 1 B) bestimmt. Die Hülse 3 ist am Grund des Führungskanals
angeordnet, während eine innere Schulter 7 einen Anschlag zur Begrenzung der Verschiebung des Kopfes 1
nach oben bildet. Der Führungsschacht geht in eine Verlängerung 6a mit geringerem Durchmesser über, die zur
Aufnahme und Führung des nicht dargestellten Gegensteckers dient.
Die Feder 5 soll auch in Ruhestellung eine nachgiebige
Restkraft ausüben, wie das oben beschrieben wurde, d.h. daß die mit A bezeichnete Länge in Fig. IA des
freien Abschnitts des Leiters 4 (ohne Anschlußsockel) der maximalen Streckung des Leiters entspricht, während
bei dem im Führungskanal (Fig. IB) montierten Kontakt der Kopf 1 gegen die Schulter 7 anliegt und die
Länge ödes freien Abschnittes des Leiters kleiner ist als
die Länge A. Anders ausgedrückt ist der deformierbare Leiter 4 im Ruhezustand zusammengedrückt bzw. verkürzt,
und die Verkürzung verstärkt sich, wenn beim Schalten der Gegenstecker auf den Kopf 1 trifft und
diesen niederdrückt, bis die Kontaktfläche 2 das mit
bo dem Bezugszeichen 2' in F i g. 1B bezeichnete Niveau
erreicht hat. Man erkennt, daß der Kontakt in aktiver Stellung eine zusätzliche Auslenkung /'erfährt, die dem
Unlei „chied zwischen den Niveaus 2 bzw. 2' entspricht.
Alle insoweit beschriebenen Merkmale entsprechen
b5 denjenigen herkömmlicher nachgiebiger Kontakte, die
alle als deformierbaren Leiter ein rohrförmiges Geflecht verwenden, wobei zu bemerken ist, daß die Länge
B nahezu der Länee A entspricht, d. h.. daß die Zusam-
mendrückung bzw. Verkürzung im Ruhezusland des deformierbaren
Leiters gering ist.
Der deformierbare Leiter besteht aus einem geflochtenen Drahtseil, das schematisch und in Perspektive in
Fig. 2 dargestellt ist. Durch Verdrehen feiner Einzeldrähte
7 mit einem Durchmesser von ungefähr 0,05 mm werden Adern 8 gebildet. Durch Verdrehen der Adern
in entgegengesetztem Sinn wie bei dem Verdrehen der Drähte werden Litzen 9 gebildet und diese werden zur
Bildung des Drahtseils 4 miteinander verflochten. Zu einem zufriedenstellenden Ergebnis im Hinblick auf die
verschiedenen Nutzungsquerschnitte des Drahtseils als Leiter für eine maximale vorgegebene und zulässige
Stromstärke gelangt man, wenn man für alle Drahtseile die gleiche Anzahl von. Litzen, z. B. 8, und für alle Adern
die gleiche Anzahl von Einzeldrähten, z. B. 64, verwendet und nur die Anzahl der Adern pro Litze variiert. Bei
Verwendung von Einzeldrähten mit einem Durchmesser von 0,05 mm und der angegebenen Anzahl von Einzeldrähten
bzw. Litzen erhält man einen Nutzquerschnitt von 3,01 mm2 bei drei Adern pro Litze (zulässig
bis 16 A)1 4,014 mm2 bei vier Adern pro Litze (zulässig
bis 32 A), 10,035 mm2 bei zehn Adern pro Litze (zulässig bis 63 A), usw.
Damit das Drahtseil 4 eine weitere Deformation mit radialer Ausdehnung zuläßt, ist es notwendig, eine Anfangsstauchung
in der Größenordnung von 20 bis 33% vorzusehen, d. h., daß die Länge B zwischen 0,67 und
0,8 A beträgt.
Bei aufeinanderfolgenden Schaltvorgängen wird ein Bruch von Einzeldrähten 7 vermieden, was zur Vergrößerung
des elektrischen Widerstandes des Drahtseils 4 infolge Verringerung des Nutzquerschnittes führen
würde. Es wird davon ausgegangen, daß der Kontakt ersetzt wird, wenn die Widerstandszunahme 10% erreicht.
Es wurde gefunden, daß die Zahl der Schaltvorgänge bis zum Erreichen einer Widerstandszunahme von 10%
in erster Linie eine Funktion des Flechtwinkels des Drahtseils ist, d. h. eine Funktion des Winkels, den jede
Litze mit einer zur Achse des Drahtseils senkrechten Ebene bildet
In der Grafik nach Fig. 3 sind auf der Abszisse die
Flechtwinkel und auf der Ordinate die Anzahl der Schahvorgänge angegeben, die zu einer Widerstandsvergrößerung
von 10% führen, d. h. die maximal zulässige Anzahl von Schaltvorgängen für den Kontakt, bevor
er als abgenutzt gilt. Man erkennt, daß es sich dabei um eine Kurve mit im allgemeinen parabolischem glockenförmigen
Verlauf handelt, deren abfallender Abschnitt eine wesentlich größere Steigung besitzt als der ansteigende
Abschnitt. Das Maximum befindet sich bei einem Flechtwinkel sehr wenig unterhalb von 70°. Von 60° an
ist das Ergebnis befriedigend. Man sollte jedoch 75° nicht überschreiten, weil die Kurve dann nahezu senkrecht
abfällt.
Es versteht sich, daß für einen gegebenen Querschnitt und eine gegebene Stauchung /"die Anzahl der maximalen
Schaltvorgänge auch eine Funktion der ursprünglichen Länge A des Drahtseils ist Die Kurve in Fig.3
entspricht einem Drahtseil von 4 mm2 (für 32 A) bei einer Stauchung f von 7,5 mm und einer ursprünglichen
Länge A von 28 mm. Es ist jedoch bemerkenswert daß bei gleicher Stauchung und gleichem Querschnitt alle
für verschiedene Anfangslängen des Kabels ermittelten Kurven das Maximum bei einem Wert von 70° (oder
genauer 69°) zeigen, wobei die Anzahl der Schaltvorgänge praktisch für 60° und 75° gleich sind und wobei
die Kurven einfach mehr oder weniger abgeflacht sind. Im einzelnen beträgt die maximale Anzahl von Schaltvorgängen
(jeweils bei einem Flechtwinkel von 70°) 5000 bei einer Länge von 21 mm, 13 500 bei einer Länge
von 24 mm und 20 000 (Fig. 3) bei einer Länge von 28 mm).
Es ist deshalb zweckmäßig, bei einem Flechtwinkel von 70° und den übrigen unveränderten Parametern
(Länge S, Stauchung fund Nutzquerschnitt) eine Kurve
ίο für die maximale Anzahl von Schaltvorgängen als Funktion
der ursprünglichen Länge A aufzustellen. Eine solche Kurve ist in F ig. 4 für eine Länge B von 18 mm. eine
Stauchung /Von 7,5 mm und einen Nutzungsquerschnitt von 4 mm2 wiedergegeben. Man findet ohne weiteres
!5 die oben angegebenen Werte wieder, nämlich 5000 bei 21 mm. 13 5000 bei 24 mm und 20 000 bei 28 mm, wobei
der letztere Wert zugleich das Maximum bildet, weil die Kurve dann sofort schnell wieder abfällt. Während der
Versuche brauchen keine Gesetzmäßigkeiten eingehalten zu werden, und die einzige Arbeit besteht darin,
experimentell ein Diagramm für zwei Variable (B und f) pro Nutzquerschnitt, d.h. pro zulässiger Stromstärke,
aufzunehmen.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Nachgiebiger elektrischer Druckkontakt, bestehend aus einem in einem Führungsschacht beweglichen
Kontaktkopf, der mit einer am Grund des Führungsschachtes angeordneten Anschlußhülse über
einen durch Eindrücken in seiner Längsrichtung deformierbaren geflochtenen Leiter verbunden ist und
der Leiter von einer vorgespannten Druckfeder umgeben ist, die sich mit einem Ende an der Anschlußhülse
und dem anderen Ende am Kontaktkopf abstützt und diesen gegen einen Anschlag im Führungsschacht
drückt, dadurch gekennzeichnet, daß der deformierbare Leiter aus einem
Drahtseil (4) besteht, das aus einer Anzahl von Litzen (9) geflochten ist wobei jede Litze (9) ?us Adern
(8) gedreht ist, die ihrerseits aus im entgegengesetzten Sinn zusammengedrehten Einzeldrähten (7) bestehen
und die gestreckte Länge des Drahtseils größer ist als seine Länge im eingebauten Zustand bei
am Anschlag anliegendem Kontaktkopf.
2. Druckkontakt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Litzen (9) des Drahtseils (4)
einen Flechtwinkel zwischen 60° und 75°, vorzugsweise bei 70°, haben.
3. Druckkontakt nach den Ansprüchen 1 und -2, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge (B) des
Drahtseils (4) im eingebauten Zustand ungefähr 20 bis 33% geringer ist als die gestreckte Länge (A) des
Drahtseils.
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