DE3222201C2 - Tiefenerder - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen aus mehreren stabförmigen Teilstücken (1) zusammensetzbaren Tiefenerder zur Ableitung von elektrischen Strömen, bei dem zur Verbindung dieser Teilstücke miteinander Ausnehmungen (10, 11) und in diese Ausnehmungen eintreibbare Zapfen (3) vorgesehen sind. Die Zapfen besitzen mehrere, in der Teilstück-Längsrichtung hintereinander liegende, der mechanischen Preßverbindung dienende Bereiche, wobei die Ausnehmungen dazu passend ausgebildet sind. Bei Beibehaltung der erforderlichen Länge der Zapfen bzw. Tiefe der Ausnehmungen soll der effektive Schließweg verringert und damit das Eintreiben des Erders auch bei relativ weichen Böden einwandfrei möglich sein. Auch sollen bisher entstandene Schwierigkeiten durch verformtes oder abgerissenes Material (sogenanntes "Fressen") nicht mehr auftreten. Dazu weisen die Zapfenbereiche (6, 7) unterschiedliche Durchmesser auf, wobei der Durchmesser des dem Zapfenfuß (9) am nächsten liegenden Bereiches (6) größer ist als der Durchmesser des folgenden in Richtung zum Zapfenende (8) liegenden Bereiches (7).

Description

jeweiligen Zapfen und der zugehörigen Ausnehmung vorgesehen, der entweder zylindrisch oder konisch ausgebildet ist Dieser Konus ist aber nur ein über die gesamte Zapfenlänge durchgehender Konus. Der Halt der Tiefenerderteilstäbe aneinander erfolgt dadurch, daß mit dem Eintreibvorgang die angephasten Stirnenden der Ausnehmung in den Zapfenfuß umgebende, an ihrem Querschnitt schräg nach innen gerichtete Nuten eingedrückt weiden. Da die zu verformenden Stirnenden der Ausnehmungen aus dem gleichen harten, widerstandsfähigen Material bestehen wie die Erderteilstäbe selber, dürfte sich deren Verformung in die Nuten hinein in der Praxis erhebliche Schwierigkeiten entgegenstellen. Außerdem besteht dann die Gefahr, daß die Zapfen an ihren Füßen abbrechen, da dort die Nuten eine Querschnittsverringerung, zusammen mit einer Kerbwirkung zur Folge haben. Hinsichtlich des Schließweges bestehen die gleichen Nachteile wie bei dem eingangs erläuterten Stand der Technik.

Gegenüber dem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Tiefenerder gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 dahingehend zu verbessern, daß bei Beibehaltung der erforderlichen Gesamtlänge der Zapfen bzw. Gesamttiefe der Ausnehmungen das Eintreiben des Erders auf relativ weichen Böden einwandfrei ermöglicht wird und die Schwierigkeiten durch beim Eintreiben verformtes oder abgerissenes Material der Zapfen und/oder Ausnehmungen (sogenanntes »Fressen«) nicht mehr auftreten, zumindest wesentlich reduziert werden.

Die Lösung dieser Aufgabe wird, ausgehend vom Oberbegriff des Anspruches 1, in den Merkmalen des Kennzeichens des Anspruches 1 gesehen. Hiermit bleiben zwar die Gesamtlänge des Zapfens bzw. die Gesamttiefe der Ausnehmungen erhalten, sie werden aber in ihrer Funktion beim Eintreiben in zumindest zwei Abschnitte unterteilt Es wird daher durch die Merkmale des Kennzeichens des Anspruches 1 in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 erreicht, daß der effektive Schließweg pro Kupplung zwischen zwei Erderteilstäben entsprechend kleiner ist, nämlich bei der Unterteilung der Zapfen und der Ausnehmungen in zwei Abschnitten etwa nur noch halb so groß ist wie beim eingangs erläuterten Stand der Technik, bei dem nämlich der dem Stirnende des Zapfens am nächsten liegende Zapfenbereich praktisch über die gesamte Tiefe der Ausnehmung in diese eingetrieben werden mußte. Das Abschaben des Materials verteilt sich daher auf die jeweiligen Abschnitte. Trotz dieser Verkürzung des effektiven Schließweges tritt aber keine Reduzierung der Stromübergangs- und Haltefläche der Kupplung ein. Hierdurch kann ferner mit der Erfindung

— im Gegensatz zu dem genanniten Stand der Technik

— die vom Erdboden aufzubringende Gegenkraft gegen die Treibschläge für das Schließen der Kupplung entsprechend kleiner sein, wobei eine bestimmte Passung zwischen Ausnehmung und Zapfen angenommen ist. Mit der Erfindung sind also solche Tiefenerder auch in relativ weiche Böden eintreibbar, ohne daß die Gefahr besteht, daß der Erdboden keine genügende Gegenkraft aufbringt. Während bei dem genannten Stand der Technik eine entsprechend große Menge an Material aus der Innenseite der Ausnehmung abgetragen wird, wodurch sich das erläuterte, nachteilige »Fressen« ergibt, ist auch dieser Nachteil mit der Erfindung auf die Hälfte reduziert und damit praktisch vermieden. Jeder im Durchmesser gegenüber dem anderen Bereich abgesetzte Bereich trägt sich in dem entsprechenden, zugehörigen Bereich der Ausnehmung mechanisch selbst Im Gegensatz zum Stand der Technik nach DE-AS 12 77 400 erfolgt bei der Erfindung die Verklemmung und der Halt zwischen Zapfen und Ausnehmung unmittelbar, d. h. ohne Hilfe einer verformbaren Einlage und dabei praktisch über die gesamte Länge des Zapfens und der Ausnehmung. Trotzdem stellt sich nicht das erläuterte Problem des langen Schließweges und der Behinderung durch abgeschabte oder verformte Werkstoffteile gemäß Tiefenerder It Katalog EB 80 Pl. Der hierdurch erzielte mechanische Halt ist einwandfrei, wobei die Zapfen ohne die Gefahr eines Abbrechens vollständig in die Ausnehmungen eingetrieben werden können. Die Passung ist so dicht daß kein Wasser in dieser Kupplungsstelle eintreten kann.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist Inhalt des Anspruches 2, da bei derartigen Stählen im besonderen Maße die erläuterte Gefahr des »Fressens« besteht

Die Merkmale des Anspruches 3 Tillen eine bevorzugte und sich in der Praxis bewährte Ausführungsfonü der Erfindung dar.

Die Merkmale des Anspruches 4 schaffen einen Raum, in dem der Abrieb aufgrund des Eintreibens des dem Zacfenstirnende am nächsten liegenden Bereiches Platz finden.

Die Merkmale des Anspruches 5 schaffen einen definierten Anschlag für das Ende des Eintreibvorganges des jeweiligen Zapfens in die jeweilige Ausnehmung.

Die Zapfen und ihre Bereiche sowie die Ausnehmungen und ihre Bereiche können zylindrisch sein. Sie können aber auch gemäß Anspruch 6 konisch ausgebildet sein.

Die Erfindung ist in der nachstehenden Beschreibung und mit Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnün^(T zei^t

F i g. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel vor dem Eintreibvorgang,
F i g. 2 das Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 nach Beendigung des Eintreibvorganges,

F rg. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel vor dem Eintreibvorgang und

F i g. 4 das Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 nach Beendigung des Eintreibvorganges.

Der Tiefenerder besteht aus einer Anzahl von Teilstücken 1, die gemäß der bevorzugten Ausführungsbzw. Anwendungsmöglichkeit der Erfindung aus nicht rostendem Stahl, bzw. Stahl mit hohem Anteil an Chrom und Nickel bestehen, oder ein Vollkupferstab z. B. aus

so Elektrolyt-Kupfer, ist. Dies gilt auch für die Kupplungsstücke 2 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Fig.3 und 4.

Im ^usführungsbeispiel der F i g. 1 ist jedes Teilstück an einer Seite mit einem Zapfen 3 und an der anderen Seite mit einer Auiiiehmung 4 versehen. In der Teilstücklängsrichtung 5 sind die Zapfen hintereinander mit zumindest zwei Bereichen 6, 7 versehen, deren Durchmesser unterschiedlich ist und zwar derart, daß der dem Zapfenende 8 zunächst liegende Bereich 7 einen kleineren Durchmesser hat als der Bereich 6, der in Nähe des Zapfenfußes 9 sich befindet. Die Ausnehmung 4 besitzt den Durchmessern der Bereiche 6, 7 im Durchmesser angepaßte Bohrungsabschnitte 10,11.

Wird nun der Zapfen 3 in Richtung des Pfeiles 12 in die Ausnehmung 4 eingetrieben, so ist ersichtlich, daß der Bereich 7 mit der Bohrung 10 überhaupt nicht in Eingriff kommt, sondern erst Wandungsmateria: der Ausnehmung 4 verformt, wenn er in den Bereich der

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Bohrung 11 gelangt. Dadurch ist der effektive Schließweg der Kupplung in diesem Beispiel halbiert. Auch ist die von jedem Bereich, d. h. den Längsriefen der Bereiche 6, 7 zu verformende Materialmenge relativ gering. Auf die in der allgemeinen Beschreibung erläuterten Vorteile wird verwiesen. In der Regel wird man mit zwei derartigen, im Durchmesser unterschiedlichen Bereichen 6, 7 auskommen. Es könnten aber auch mehr als zwei solcher im Durchmesser gestaffelten Bereiche hintereinander angeordnet sein, z. B. drei Bereiche. In jedem Fall ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel mit dem Eintreibvorgang der Effekt gegeben, daß die in Längsrichtung 5 verlaufenden Riefen der Bereiche 6, 7 usw. (diese Riefen können durch eine Rändelung hergestellt sein) sich in die Innenwände der Bohrungen 10,11 usw. der Gegenausnehmung eindrücken, wobei Materialteilchen sowohl der Ausnehmung als auch der Riefen verformt, bzw. abgerissen werden. Aus diesem Grunde criipficim es sich, da" zumindest der dem Zapfenende 8 nächstliegende Bereich 7 an seinem zum Zapfenfuß 9 gelegenen Ende eine Hinterschneidung 3" aufweist, in der abgerissene Materialteilchen Platz finden.

Zur Definierung der in F i g. 2 dargestellten Eintreiblage und auch zur Beendigung des Eintreibvorganges kann eine Anlagefläche 13 des Zapfens 3 dienen, die sich bevorzugt zwischen den beiden Bereichen 6, 7 bzw. an der zum Zapfenende 8 gelegenen Seite des Bereiches 6 größeren Durchmessers befindet und in der Eintreiblage zur Anlage an eine entsprechende Gegenfläche 14 der Ausnehmung 4 kommt. Die Flächen 13, 14 sind bei der hier vorgesehenen kreisrunden Ausführung von Zapfen und Ausnehmung umlaufenden Bunde. Es versteht sich, daß der Durchmesser der Anlageflächen 13, 14 kleiner ist ais der Durchmesser des sich daran in Richtung zum Zapfenfuß 9 anschließenden Bereiches 6, bzw. der Bohrung 10.

Die Erfindung kann bei Tiefenerdern mit Teilstücken gemäß F i g. 1 und 2 verwendet werden, bei denen jeweils an einem Ende ein Zapfen und am anderen Ende eine Ausnehmung vorgesehen ist. Die Erfindung ist aber auch anwendbar bei Teilstücken gemäß F i g. 3,4, die an beiden Enden einen Zapfen aufweisen, während sich die Ausnehmungen an beiden Enden von Kupplungsstükken 2 befinden, wobei also jedes Kupplungsstück zwei Teilstücke miteinander verbindet Die Verbindungsart gemäß Fig. 1, 2 ist also auch bei Verwendung eines Kupplungsstückes möglich, während die nachstehend zu erläuternde Verbindungsart gemäß den F i g. 3 und 4 auch mit Teilstücken zu verwirklichen ist, die an einem Ende einen Zapfen und am anderen Ende eine Ausnehmung aufweisen.

Im Beispiel der F i g. 3,4 sind die beiden Bereiche 6', 7' des Zapfens 3' und die zugehörigen Bohrungen 10', 1Γ der Ausnehmung 4' jeweils konisch ausgebildet, wobei diese Konen in Richtung zum Zapfenende 8' bzw. der Bohrungsgrundfiäche 15 zusammenlaufen. Die Anlageflächen sind hier mit 13', 14' beziffert. Auch in diesem Fall erfolgt so lange der stirnendige Zapfenteil T sich innerhalb der Ausnehmung 4' befindet, keine Berühmng der Zapfenwände mit denen der Ausnehmungen. Dies geschieht erst dann, wenn sich der Zapfenteil T in der Ausnehmung Ii' befindet, deren größter Durchmesser kleiner ist als der kleinste Durchmesser der Ausnehmung IC. Damit ist auch hier der effektive Schließweg beim Eintreiben des gesamten Zapfens in die gesamte Ausnehmung nur halb so groß als wenn der Zapfen und die Ausnehmung jeweils einen einzigen, einheitlich sich über ihre gesamte Länge erstreckenden Konus bilden würden. Die konischen Bereiche 6', T des Zapfens können ebenfalls mit etwa in Längsrichtung des Zapfei verlaufenden Riefen versehen sein.

Es empfiehlt sich die Passung zwischen den Bereich! 6, 7 bzw. 6', T des Zapfens und den zugehörigen Bo rungen 10,11 bzw. 10', 11' der Ausnehmung so zu wä len, daß auch bei weichen Böden die den Schließvo gang der Kupplung zu bewirkende Eintreibkraft in b zug auf die vom Boden aufbringbare Gegenkraft nie zu groß ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Aus mehreren stabförmigen Teilstücken zusammensetzbarer Tiefenerder zur Ableitung von elektrischen Strömen, bei dem zur Verbindung der Teilstücke miteinander Ausnehmungen und in die Ausnehmungen eintreibbare Zapfen vorgesehen sind, und wobei die Zapfen mehrere, in Teilstücklängsrichtung hintereinanderliegende, der mechanischen Preßverbindung mit den Ausnehmungen dienende Bereiche aufweisen und die Ausnehmungen dazu passend ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Bereiche (6,7; 6', T) mit unterschiedlichen Durchmessern gegeneinander abgestuft sind, wobei der Durchmesser des dem Zapfenfuß (9) am nächstenliegenden Bereiches (6; 6') größer ist als der Durchmesser des folgenden in Richtung zum Zapfenende (8) liegenden Bereiches (7,7').

2. Tiefenerder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilstücke (1) einschließlich der Zapfen (3,- 3') und Ausnehmungen (4,4') aus rostfreiem Stahl bzw. Stahl mit hohem Anteil an Chrom und Nickel bestehen, oder ein Vollkupferstab, z. B. aus Electrolyt-Kupfer, sind.

3. Tiefenerder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweilige Zapfen (3) zwei mit Längsriefen versehene gereiche (6, 7) unterschiedlichen Durchmessers aufweist und daß die jeweilige Ausnehmung (4) entsprechende, im Durchmesser unterschiedliche ßohrungsabschnitte (10,11) besitzt

4. Tiefenruder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der dem Zapfenende (8) nächstliegende Bereich (7) an seinem zum Zapfenfuß gelegenen Ende eine Kinter-chneidung (3") aufweist

5. Tiefererder nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Zapfenfuß (9) am nächsten liegende Bereich (6,6') an seiner zum Zapfenende (8) hin liegenden Seite eine Anlagefläche (13,13'), z. B. einen umlaufenden Bund, aufweist, die im Durchmesser kleiner als der genannite Bereich (6, 6') ist und daß in der zugehörigen Ausnehmung (4, 4') eine dazu korrespondierende Anlagefläche (14, 14) vorgesehen ist derart, daß beim Aneinanderliegen beider Anlageflächen (13, 14,13', 14') der Zapfen (3,3') vollständig in die Ausnehmung (4, 4') eingetrieben ist

6. Tiefenerder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die abgestuften Bereiche (6', T) der Zapfen (3') sich jeweils in Richtung zum Zapfenende (8) hin konisch verjüngen und daß die Ausnehmung (4') entsprechend geformte Bohrungsabschnitte (10', 11') aufweist, wobei der kleinste Durchmesser eines Bereiches größer ist als der größte Durchmesser des in Richtung zum Zapfenende (8) sich anschließenden Bereiches.

7. Tiefenerder nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die sich konisch verjüngenden Bereiche (6', T) etwa in Längsrichtung des Zapfens verlaufende Riefen aufweisen,

8. Tiefenerder nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilstücke (1) an beiden Enden Zapfen aufweisen und daß Kupplungsstücke (2) vorgesehen sind, die an jedem ihrer Enden mit einer zum Zapfen passenden Ausnehmung versehen sind.

Die Erfindung betrifft einen Tiefenerder gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Solche Tiefenerder sind aus den Typen Z und M der Seite 40 eines Kataloges EB 80 Pl der Patentinhaberin bekannt, wobei die Bereiehe in Längsrichtung verlaufende Riefen aufweisen. Solche Tiefenerder haben sich in der Praxis zwar bewährt Der relativ lange Schließweg einer solchen, aus Zapfen und Ausnehmung bestehenden Kupplung bedingt einen relativ festen Erdboden, da andernfalls der Boden nicht

ίο eine der Eintreibkraft genügenden Gegenhaltekraft aufbringt Ferner hat sich bei manchen Anwendungsfällen, insbesondere bei Herstellung der ineinander einzutreibenden Teile aus nicht rostendem Stahl, bzw. Stahl mit hohem Anteil an Chrom und Nickel, aber auch aus VoIl-

;5 Kupfer, z.B. Elektrolyt-Kupfer, gezeigt, daß der beim Eintreiben verformte oder abgetrennte Werkstoff sich zwischen Zapfen und Ausnehmung setzt und letztlich zum sogenannten »Fressen«, d. h. einem Festsitzen der Kupplung führt, bevor sie geschlossen hat Hierdurch wird eine einwandfreie Passung sehr schwierig, so daß entweder die Verbindung mechanisch nicht genügend fest ist, oder aber die Zapfen nicht voll in die Ausnehmungen eingetrieben werden können, im Extremfall sich sogar verbiegen oder abbrechen. Dabei ist zu berücksichtigen, daß aus Gründen der mechanischen Festigkeit, aber auch der Erfordernis einer hinreichend großen elektrischen Kontaktfläche, dis Länge der Zapfen, bzw. Tiefe der Ausnehmungen ein gewisses Maß nicht unterschreiten darf.

Aus der DE-AS 12 77 400 ist ein aus mehreren Teilstäben zusammensetzbarer Tiefenerder bekannt, bei dem mittels einer ringartigen Stirnfläche am Zapfen eines Teilstabendes und einer ringartigen Gegenstirnfläche in der Ausnehmung des anderen Teilstabendes ein zuvor um das Zapfenende gelegtes Rohrstück beim Eintreiben des Zapfens in die Ausnehmung in seiner Axialrichtung verforir.t bzw. gestaucht wird, so daß es in nutförmige Hinterdrehungen am Zapfen und der Ausnehmung eindringt Dies ist aber eine andere, auf dem älteren deutschen Patent It 42 05? basierende Verbindungsart von Erderteilstäben, nämlich durch eine verformbare und sich in Hinterschneidungen hineindrükkende Einlage, wobei also diese Einlage die Haltekraft aufbringt Dies unterscheidet sich von dem Halteprinzip gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und gemäß dem dazu eingangs erläuterten Stand der Technik, bei dem die Haltekraft zwischen den einzelnen Teilstäben durch eine unmittelbare mechanische Preßverbindung zwischen den Zapfen und den Ausnehmungen aufge-

<jo bracht wird. Hierbei muß etwas an Material des Zapfens und/oder der Ausnehmungen zwecks Herbeiführung des gewünschten Haltes verdrängt werden. Die Verbin-Jung nach DE-AS 12 77 400 ist demgegenüber wesentlich aufwendiger, da zusätzlich zu den Ausnehmungen und den Zapfen noch verformbare Einlagen hergestellt und eingesesetzt, sowie in dieser eingesetzten Lage vor ihrer Verformung in irgendeiner Weise gehalten werden müssen. Dies ist insbesondere im praktischen Betrieb im Freien, wobei mit ungünstiger Witterung gerechnet werden muß, schwierig. Ferner müssen die Hinterschneidungen angefertigt werden. Außerdem ist die dort vorgesehene Preßverbindung kürzer und damit nicht so knickfest wie eine Preßverbindung nach der Erfindung, weiche bewußt von der Kategorie der Tiefenerderverbindungen nach DE-AS 12 77 400 abweicht Auch ein Tiefenerderstab gemäß DE-GM 71 36 908

erfüllt nicht den Oberbegriff des Anspruches 1, d. h. er ist gattungsfremd. Vielmehr ist dort nur ein Bereich am