DE2741257C2

DE2741257C2 - Nachgiebiger elektrischer Druckkontakt

Info

Publication number: DE2741257C2
Application number: DE2741257A
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Sepm D'exploitation Des Procedes Marechal Sa Paris Fr Ste
Current assignee: Sepm D'exploitation Des Procedes Marechal Sa Paris Fr Ste
Priority date: 1976-09-22
Filing date: 1977-09-14
Publication date: 1984-07-05
Also published as: FR2365872A1; IN145687B; GB1533702A; FR2365872B1; DE2741257A1; BR7706276A; CA1073065A; JPS5947410B2; ES230942Y; ES230942U; IT1086040B; JPS5339463A

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 b^r> 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. 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

Patentansprüche:

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.