DE3932435C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kontaktschraube zum Kontaktieren von isolierten Leitungen oder Kabeln in einer Klemme nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Für isolierte Kabelleiter sind seit vielen Jahren Kontakt­ schrauben im Einsatz, die an ihren dem Leiter zugeordneten Stirnseiten mit Einrichtungen zum Fräsen versehen sind, die schlitzförmig (DE-PS 11 68 518, DE-OS 24 38 003) oder ähnlich wie bei Fingerfräsern (GB 6146) ausgebildet sein können. Aus dem DE-GM 88 07 168 ist eine Kontakt­ schraube bekannt, bei welcher die Fräseinrichtung eine relativ komplizierte Form mit Schneiden aufweist, wobei zum Abräumen von abgehobenem Isoliermaterial eine besondere Formgebung vorgeschlagen wird. In jedem Fall dreht es sich bei den bekannten Anordnungen darum, daß Kanten vorgesehen sind, die Schneiden bilden. Diese Schneiden schaben, sobald die Schrauben beim Festdrehen auf die Leiterisolierung treffen, diese ab. Das abgenommene Material wird, je nach Ausbildung der Stirnseite der Kontaktschraube entweder in die dort vorgesehenen Schlitze aufgenommen oder seitlich fortgeräumt. Die Kontaktschraube wird so weit einge­ dreht, bis die Isolierung an der Stirnseite der Kontakt­ schraube vollständig fortgenommen und die Stirnseite mit der Leiteroberfläche Kontakt hat. Zur Erlangung einer möglichst großen, vollkontaktierten Fläche werden die Schrauben in der Regel einige Umdrehungen weiter angezogen, wobei solange Material vom Leiter abgetragen wird, bis im Leiter eine kreisförmige Kontaktfläche äquivalent zum Schraubendurch­ messer ausgearbeitet ist. Dabei wird die Oberfläche von Leitern mit runden oder sektorförmigen Querschnitten an der Kontaktstelle der Form des Schraubenendes unter Querschnittsverlust angepaßt.

Die bekannten Kontaktschrauben eignen sich insbesondere für Starkstromkabel im Querschnittsbereich von ca. 50-240 mm². Leiter mit geringeren Querschnitten werden durch die bekannten Anordnungen zu stark beschädigt.

Der beim Festschrauben auftretende relativ hohe Druck auf den Leiter ist einerseits willkommen, da durch ihn der zumeist in einem Klemmkörper gefaßte Leiter gleichzeitig in das mit Kontaktschneiden oder anderen Mitteln zum Forträumen der Isolierung ausgestattete Klemmbett hineingedrückt wird. Andererseits aber sind die aufgrund des geforderten niedrigen spezifischen Widerstands aus weichem Material gefertigten Leiter mit geringen Querschnitten nicht in der Lage, dem Druck standzuhalten. Sie werden abgeschert, eingekerbt, weichen seitlich aus oder drehen sich mit der Schraube mit. Bei Leitern mit großen Querschnitten, die als Litzen ausge­ führt sind, werden die einzelnen Drähte leicht auseinander­ gedrückt oder, wie bei den zuvor beschriebenen dünnen Einzelleitern, abgeschert, so daß keine zulässige Kontakt­ verbindung mehr erzielbar ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kontaktschraube der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß unter Beibehaltung einer korrekten Kontaktierung die Schwächung und Deformierung des Leitermaterials insbesondere bei niedrigen Leiterquerschnitten oder mehrdrähtigen Leitern verringert wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Mit der erfindungsgemäßen Kontaktschraube können ein- oder mehrdrähtige isolierte Leitungen und Kabel vornehmlich im Querschnittsbereich von ca. 2,5-50 mm² kontaktiert werden, ohne daß dabei die Leiter geschädigt oder deren Querschnitte verringert werden. Die dem Leiter zugewandte Stirnseite der Kontaktschraube besteht aus einer kreisringförmigen Fläche, wie sie beispielsweise am Ende eines hohlen Kegel­ stumpfes vorhanden ist. Der Kreisring kann statt durch einen Kegelstumpf auch durch einen anderen rotationssymmetrischen Körper, z. B. einen Rohrstutzen gebildet werden, sofern sich sein Durchmesser zu der vom Leiter abgewandten Seite hin verjüngt oder verbreitert. Die Verjüngung oder Verbreiterung braucht dabei nicht linear zu sein, wie dies bei einem Kegel­ stumpf der Fall ist. Wesentlich ist aber, daß eine Hinter­ schneidung vorgesehen ist, so daß beim Aufdrücken des Kreis­ ringes auf den Leiter durch Anziehen der Schraube die wirkenden Kräfte eine in Radialrichtung wirkende Komponente aufweisen, so daß eine Verformung des Hohlkörpers, insbe­ sondere dessen vorderer kreisringförmiger Fläche vorzugs­ weise im Sinne einer Aufweitung stattfindet. Dadurch wird nämlich gewährleistet, daß bei einer geringen, auf den Leiter wirkenden Kraft eine hohe Flächenpressung zwischen der kreisringförmigen Stirnfläche und der Isolierung stattfindet, so daß diese durchgedrückt oder durchgeschnitten wird, wobei durch die nachfolgende Verformung bei Auftreffen der kreisringförmigen Fläche auf den gegenüber der Isolierung härteren Leiter die Isolierung fortgeräumt wird. Gleich­ zeitig wird durch die Verformung die Querschnittsfläche am Vorderende der Kontaktschraube vergrößert, so daß im end­ gültigen Montagezustand ein im wesentlichen den bisher bekannten Kontaktschrauben entsprechender Kontaktquerschnitt entsteht. Vorzugsweise verjüngt sich der Durchmesser des rotationssymmetrischen Körpers zu der vom Leiter abgewandten Seite hin. Der hohle Kegelstumpf geht im Bereich seines kleineren Durchmessers an der Außenfläche durch eine Abrundung in den Gewindeabschnitt über, wobei die Bearbeitung, die Dimensionierung und die Materialwahl für den Kopfabschnitt derart erfolgen, daß eine Verformung des Hohlkörpers ohne Reißen gewährleistet ist.

Im Inneren des Kegelstumpfes ist eine Ausnehmung oder Bohrung vorgesehen, die mindestens über eine gewisse Länge in den Gewindeabschnitt hineinreicht. Diese Ausnehmung dient zur Aufnahme fortgeräumten Isoliermaterials.

Die der Kontaktseite abgewandte Stirnseite der Kontakt­ schraube kann zur Bildung des Angriffsteils mit einem Innensechskant oder einem Sechskantkopf ausgeführt werden, der gegebenenfalls auch aus einem anderen Material bestehen kann.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Kontaktschraube kann das Anzugsmoment durch entsprechende Einrichtungen begrenzt werden. Hierzu ist es möglich, zwischen dem Angriffsteil und dem Gewindeabschnitt Sollbruchstellen vorzusehen.

Der Gewindeabschnitt ist vorzugsweise als Feingewinde ausgebildet. Dadurch ist es möglich, die Kontaktschraube "gefühlvoll" anzuziehen, wobei sich, wie oben angedeutet, der Hohlkörper aufweitet, so daß die Kontaktfläche im Laufe des Festziehens sich je nach den vorgegebenen Abmessungen um das Vier- bis Achtfache vergrößert und die Kontaktschraube im Endstadium der Montage zu einer reinen schneidlosen Druckschraube wird. Dabei wird der kontaktierte Leiter durch die Schraube dergestalt deformiert, daß sich zwischen Stirnseitenform der Schraube und der Leiteroberfläche Affinität einstellt. Der Leiterquerschnitt bleibt hierbei erhalten. Es kommt auch nicht zu scharfkantigen Einkerbungen, an welcher das Leitermaterial bei einer späteren Verformung (Verbiegen) aufgrund der Kerbwirkung reißen würde. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung ist schon bei einem relativ geringen Anzugsmoment der elektrische Kontakt her­ stellbar, so daß sich kleine Leiterquerschnitte nicht mehr verbiegen, verdrehen oder abscheren.

Weitere erfinderische Merkmale ergeben sich aus den Unter­ ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung, die anhand von Abbildungen näher erläutert werden. Hierbei zeigen

Fig. 1 eine Seitenansicht einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit angedeuteten Innenausnehmungen,

Fig. 2 eine Ansicht auf den Gegenstand nach Fig. 1 von unten,

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III aus Fig. 1,

Fig. 4 eine Schnittdarstellung der Kontaktschraube ähnlich der nach Fig. 3 jedoch im Endstadium der Montage,

Fig. 5 und 6 perspektivische Ansichten auf die Kontakt­ schraube nach Fig. 1,

Fig. 7 eine Schnittdarstellung mit einer Kontakt­ schraube nach Fig. 4 jedoch mit schematisiert eingezeichnetem isolierten Leiter,

Fig. 8 eine Schnittdarstellung ähnlich der nach Fig. 3 durch eine zweite bevorzugte Aus­ führungsform der Erfindung, und

Fig. 9 bis 11 Schnittdarstellungen ähnlich der nach Fig. 3 durch eine zweite bis fünfte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung.

In der nachfolgenden Beschreibung werden für gleiche oder gleich wirkende Teile dieselben Bezugsziffern verwendet.

Wie aus den Fig. 1 bis 6 hervorgeht, umfaßt die hier gezeigte Ausführungsform einen Gewindeabschnitt 30, der an seinem einen Ende einen Kopfabschnitt 10 und an seinem anderen Ende ein Angriffsteil 35 aufweist. Das Angriffsteil 35 ist bei dieser gezeigten bevorzugten Ausführungsform als Innensechskant ausgebildet. Der Gewindeabschnitt ist ein DIN/ISO-Feingewinde.

Der Kopfabschnitt 10 umfaßt einen Hohlkörper 11, der trichter- oder kegelstumpfförmig sich vom Gewindeabschnitt 30 ausgehend erweitert. Die Wandstärke ist im wesentlichen gleichbleibend.

An seinem Vorderende weist der Hohlkörper 11 einen glatten Endrand 12 auf. Die äußere Mantelfläche 14 des Hohlkörpers 11 geht über einen Radius 20 in den Gewindeabschnitt 30 über, so daß die äußere Mantelfläche 14 eine Hinterschneidung 17 bildet. Der Gewindeabschnitt 30 ist an seinem, dem Hohlkörper 11 zugewandten Ende vom Radius 20 ausgehend zunächst plan und dann mit einer Fase abgedreht, so daß eine Stützfläche 18 gebildet wird.

Die innere Mantelfläche 13, welche den Innenraum 15 des Hohlkörpers 11 radial begrenzt, geht an ihrem, dem Endrand 12 abgewandten Ende in einen Aufnahmehohlraum 16 über, der als zylindrische Bohrung im Körper des Gewindeabschnittes 30 ausgebildet ist.

Bei Montage der hier gezeigten Ausführungsform der Kontakt­ schraube wird zunächst der Vorderrand 12 durch eine Isolierung 8 (siehe Fig. 7) durch die auf die Isolierung 8 senkrecht und tangential (zum kreisringförmigen Endrand 12) wirkende Kraft hindurchgedrückt, bis der Endrand 12 auf das Leiter­ material 9 trifft. Die hierbei auftretende Kraft KR (siehe Fig. 3) spreizt den aus duktilem Material (vorzugsweise aus Elektrolytkupfer, gegebenenfalls verzinnt) bestehenden Hohl­ körper 11 so auf, wie dies in den Fig. 4 und 7 angedeutet ist. Dabei wird das Isoliermaterial einerseits nach außen gedrückt, andererseits wird ein Pfropfen 7 aus Isoliermaterial 8 in dem Aufnahmehohlraum 16 aufgenommen. Die Verformung des Hohlkörpers 11 ist dann abgeschlossen, wenn seine äußere Mantelfläche 14 auf der Stützfläche 18 am Gewindeabschnitt 30 aufliegt. Die innere Mantelfläche 13 des Hohlkörpers 11 bildet dann die Kontaktfläche zum Leiter 9. Wie aus den Abbildungen und der vorangegangenen Beschreibung ersichtlich ist, findet keine wesentliche Materialabnahme am Leitermaterial 9 statt, wobei dennoch ein sicheres Forträumen des Isoliermaterials 8 und eine innige, formgleiche Auflage zwischen der inneren Mantel­ fläche 13 und dem Leitermaterial 9 gewährleistet sind.

Die Formgebung der anhand der Fig. 1 bis 7 beschriebenen Kontaktschraube ist derart, daß diese auf einem Drehautomaten in relativ wenigen Arbeitsgängen (bis auf die Einformung des Innensechskantes) durchgeführt werden kann.

Die in Fig. 8 geschnitten dargestellte zweite bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, daß sich der Hohlkörper 11 zum Gewindeabschnitt 30 hin verbreitert. Dadurch wird das vom Endrand 12 umgrenzte Isoliermaterial nach innen, in den Aufnahmehohlraum 16 gedrückt, während das an die äußere Mantel­ fläche 14 angrenzende Isoliermaterial radial nach außen gedrückt wird. Weiterhin ist der Aufnahmehohlraum 16 nach oben hin, zum Innensechskant offen.

Bei der in Fig. 9 gezeigten Ausführungsform der Erfindung sind der Kopfabschnitt 10 und der Gewindeabschnitt 30 zwei­ stückig, gegebenenfalls aus verschiedenen Werkstoffen ausge­ bildet. Der Kopfabschnitt 10 ist hierbei in eine entsprechende Bohrung im Gewindeabschnitt 30 eingepreßt, so daß eine dreh­ stabile Verbindung vorliegt.

Die Bohrung zum Einsetzen des Kopfabschnittes 10 ist so ausgeführt, daß zwischen den Innensechskantflächen 33 und dem Oberende des Kopfabschnittes 10 eine Ausnehmung 34 verbleibt. Dadurch ist gewährleistet, daß beim Einsetzen des Werkzeugs in das Angriffsteil 35 der Wirkungsquerschnitt zwischen den Innensechskantflächen 33 und dem Werkzeug (nicht gezeigt) im wesentlichen unabhängig von dessen End­ rand definiert ist. Bei einer entsprechenden Dimensionierung und Materialwahl ist es somit möglich, das Drehmoment exakt vorzubestimmen, bei dessen Überschreitung der Innensechskant aufgeweitet wird. Somit ist auf äußerst einfache Weise eine exakte Drehmomentbegrenzung möglich, so daß auch bei Handhabung durch ungeschultes Personal eine Beschädigung der Leiter sicher vermieden wird. Es sei an dieser Stelle ausdrücklich darauf verwiesen, daß der Anbringung einer, die Innensechskantflächen 33 hinterschneidenden Ausnehmung 34 zur Bildung von definierten Angriffsflächen für ein Werkzeug selbständiger erfinderischer Gehalt beigemessen wird. Diese Hinterschneidung bzw. die Ausnehmung 34 kann auch bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 8 durch Nachbearbeitung z. B. mit einem ent­ sprechenden Drehwerkzeug angebracht werden.

Weiterhin ist die innere Mantelfläche 13 des Kopfabschnittes 10, welche im endgültigen Montagezustand mit dem Leiter 9 in inniger Verbindung steht, mit Erhöhungen und Einsenkungen in Form einer Rändelung 19 versehen. Dadurch gelingt eine noch bessere Verbindung zwischen der Mantelfläche 13 und dem Leiter 9.

Die in Fig. 10 gezeigte dritte Ausführungsform der Erfindung unterscheidet sich von der nach Fig. 9 dadurch, daß das Kopf­ teil 10 vom Gewindeabschnitt 30 aus gesehen zunächst einen divergierenden und dann einen konvergierenden Abschnitt auf­ weist. Der Aufnahmehohlraum 16 ist wie bei der Ausführungs­ form nach Fig. 8 durchgehend ausgebildet. Bei einer anderen, hier nicht gezeigten Ausführungsform ist das Kopfteil 10 wie bei der Ausführungsform nach Fig. 8 in Richtung auf den Vorder­ rand 12 zunächst konvergierend und dann wieder divergierend ausgebildet, so daß die Funktion bei der Montage ähnlich der Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 7 ist, wobei jedoch in der Endphase der Verformung der Hohlraum 16 gegenüber dem Leiter 9 unter Abhebung des Pfropfens 16 im wesentlichen abgeschlossen wird. Dies kann zu einer weiteren Vergrößerung der Kontaktfläche führen.

Bei der in Fig. 11 gezeigten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Kopfteil 10 wie bei der ersten Aus­ führungsform beschrieben ausgeführt. Das Gewindeteil 30 weist an seinem, dem Kopfteil 10 gegenüberliegenden Ende eine Abflachung 39 (oder einen endseitigen Vierkant oder dergleichen) auf. Auf das Gewindeteil 30 ist das Angriffs­ teil 39 aufgesetzt, das bei einer bevorzugten Ausführungsform aus Kunststoff besteht. Im letzteren Fall wird das Angriffs­ teil 35 auf das Gewindeteil 30 aufextrudiert.

Das Angriffsteil 35 weist einen Sockel 40 auf, der die Verbindung zum Gewindeabschnitt 30 darstellt. Der Sockel 40 geht in einen Hilfs-Sechskant über, von dem ausgehend sich das Angriffsteil 35 bis zu einer Sollbruchstelle 37 konisch verjüngt. An die Sollbruchstelle 37 anschließend ist ein Sechskantkopf 36 angeformt. Das Angriffsteil 35 weist eine konzentrische Ausnehmung bzw. Bohrung 41 über seine gesamte Länge auf.

Bei dieser Anordnung ist gewährleistet, daß auch bei Benutzung an einem stromführenden Leiter unter Verwendung eines nicht isolierten Werkzeuges keine Unfallgefahr besteht. Bei einer entsprechenden Dimensionierung der Sollbruchstelle 37 reißt bei Erreichen eines definierten Drehmomentes der Sechskantkopf 36 ab, so daß eine Zerstörung des Leiters sicher vermieden werden kann. Nach der Montage kann eine Prüfung dadurch erfolgen, daß eine Prüfspitze durch die Bohrung 41 hindurch bis auf das leitende Material des Gewindeabschnittes 30 geführt wird. Der Anbringung einer solchen Prüfbohrung 41 in einem isolierenden Kontaktschrauben­ kopf wird ebenfalls selbständiger erfinderischer Gehalt bei­ gemessen.

Claims (14)

1. Kontaktschraube zum Kontaktieren von isolierten Leitungen oder Kabeln in einer Klemme,
mit einem Angriffsteil (35), insbesondere einem Außen- oder Innen-Sechskantabschnitt zum Ansetzen eines Werkzeugs,
mit einem Gewindeabschnitt (30) aus elektrisch leitendem Material und
mit einem Kopfabschnitt (10) aus elektrisch leitendem Material, der Räumeinrichtungen (17) zum Durchtrennen und Forträumen von Isoliermaterial (8) und Kontakteinrichtungen (13, 14) zum Kontaktieren des Leitermaterials (9) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopfabschnitt (10) als verformbarer, um die (Längs-) Achse (x) der Kontaktschraube rotationssymmetri­ scher Hohlkörper (10) aus duktilem Material mit einem Innen­ raum (15) ausgebildet ist, dessen Außen- und Innendurchmesser (D1, D2) sich in Achsrichtung (x) gleichsinnig ändert, wobei ein Endrand (12) des Kopfabschnittes die Räumeinrich­ tungen und eine Mantelfläche (13, 14) die Kontakteinrichtungen bilden, so daß beim Einschrauben der Kontaktschraube in die Klemme eine in Achsrichtung (x) auf den Kopfabschnitt (10) wirkende Kraft (K) den Hohlkörper (11) mit einem Kraftanteil (KR) in Radialrichtung beaufschlagt und sein Innen- (13) oder Außenmantel (14) unter Forträumen des Isoliermaterials (8) auf das Leitermaterial (9) aufdrückbar ist.

2. Kontaktschraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum (15) des Hohlkörpers (11) an seinem, dem Endrand (12) abgewandten Ende in einen Aufnahmehohlraum (16) mündet, in dem ein Pfropfen (7) fortgeräumten Isolier­ materials (8) aufnehmbar ist.

3. Kontaktschraube nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmehohlraum (16) die Kontaktschraube durchsetzend an seinem, dem Hohlkörperinnenraum (15) entgegengesetzten Ende offen ist.

4. Kontaktschraube nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopfabschnitt (10) eine Stützfläche (18) aufweist, auf welcher die dem Gewindeabschnitt (30) zugewandte Mantel­ fläche (13, 14) die Verformung begrenzend abstützbar ist.

5. Kontaktschraube nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (11) kegelstumpfförmig ausgebildet ist.

6. Kontaktschraube nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser (D) des Hohlkörpers (11) vom Gewinde­ abschnitt (30) zum Endrand (12) hin steigt.

7. Kontaktschraube nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Gewindeabschnitt (30) abgewandte Mantelfläche (13, 14) Einsenkungen und Vorsprünge, insbesondere eine Rändelung (19) aufweist.

8. Kontaktschraube nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (11) eine, der zu erzielenden Verformung entsprechende Wandstärke aufweist.

9. Kontaktschraube nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (11) an seinem, dem Endrand (12) abge­ wandten Ende beim Gewindeabschnitt (30) abgerundet (Radius 20) ausgebildet ist.

10. Kontaktschraube nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Angriffsteil (35) und dem Gewindeabschnitt (30) Drehmomentbegrenzungseinrichtungen (33, 34; 37) vorgesehen sind.

11. Kontaktschraube nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Angriffsteil (35) einen Sechskantkopf (36) umfaßt, der über eine Sollbruchstelle (37) mit dem Gewindeabschnitt (30) verbunden ist.

12. Kontaktschraube nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Angriffsteil (35) aus elektrisch isolierendem Material gefertigt ist.

13. Kontaktschraube nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Angriffsteil (35) eine in Achsrichtung (x) verlaufende, durchgehende Ausnehmung (41) aufweist, über die eine Prüfspitze bis zum elektrisch leitenden Material (10, 30) einführbar ist.

14. Kontaktschraube nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Angriffsteil (35) eine Innensechskantausnehmung (33) umfaßt, deren Tiefe bzw. Werkzeugeingriffsfläche durch eine Ausnehmung (34) größeren Durchmessers am Boden der Innen­ sechskantausnehmung (33) werkzeugunabhängig definiert ist.