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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf ein Isoliermaterial durchdringendes Befestigungselement,
d.h. ein Befestigungselement, das für einen derartigen Klemmeingriff
mit einem isolierten elektrischen Leiter gedacht ist, daß die Isolierung
aufgebrochen und eine elektrische Verbindung zwischen dem Leiter
und dem Befestigungselement hergestellt wird.
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Eine bekannte Form eines Isoliermaterial durchdringenden
Befestigungselementes ist zur Verwendung bei Leitern gedacht, die
einen litzenförmigen
Kern aufweisen. Derartige Leiter weisen üblicherweise eine Isolierung
auf, die aus mit Mineralöl getränktem Papier
besteht. Der Schaft dieses Befestigungselementes hat eine im allgemeinen
zylindrische Form, wobei die Spitze des Befestigungselementes mit
einem diametralen Schlitz ausgebildet ist.
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Wenn die Spitze des Befestigungselementes mit
dem isolierten Leiter in Eingriff tritt, wirken die Kanten des Schlitzes
als Klingen zum Wegschneiden der Isolierung. Derartige Befestigungselemente
können
im allgemeinen nicht bei Leitern verwendet werden, die eine Isolierung
in Form eines Kunststoffüberzugs
aufweisen.
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Eine andere Form eines bekannten
Befestigungselementes ist zur Verwendung bei kunststoffisolierten
Leitern, die im allgemeinen massive Adern aufweisen, geeignet. Dieses
Befestigungselement weist eine Spitze auf, die als kreisförmige Klinge
ausgebildet ist. Derartige Befestigungselemente sind nicht zur Verwendung
an Leitern geeignet, die litzenförmige
Kerne und Papierüberzüge aufweisen,
da die Kontaktfläche
zwischen dem Leiter und der Spitze des Befestigungselementes klein
ist und die Klinge die Tendenz hat, die einzelnen Leiterlitzen zu
durchtrennen.
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Das Dokument US-A-3 191 139 offenbart
ein Isoliermaterial durchdringendes Befestigungselement 3 mit
einem im allgemeinen zylindrischen Schaft mit Außengewinde, wobei der Endbereich
des Schaftes, der im Gebrauch mit einem isolierten elektrischen
Leiter in Eingriff steht (siehe Spalte 2, Zeilen 39-45), ausgehöhlt ist
(siehe 9 und Spalte 3, Zeilen 73,
74) und die Wand des ausgehöhlten
Endbereiches mindestens eine Unterbrechung 7b aufweist, wobei
die Breite der mindestens einen Unterbrechung geringer ist als die
maximale innere Breite des ausgehöhlten Endbereiches.
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Die verschiedenen Formen von Isoliermaterial
durchdringenden Befestigungselementen, die bei verschiedenen Typen
von Leitern verwendet werden müssen,
haben zur Folge, daß ein
Installateur einen Vorrat von beiden Formen mit sich führen muß. Wenn bei
einem bestimmten Leiter das falsche Befestigungselement verwendet
wird, können
Probleme auftreten.
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Es ist nun eine verbesserte Form
eines Isoliermaterial durchdringenden Befestigungselementes entwickelt
worden, das die vorstehend geschilderten oder andere Nachteile des
Standes der Technik überwindet
oder zumindest wesentlich abschwächt.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird ein Isoliermaterial durchdringendes Befestigungselement nach
Anspruch 1 angegeben.
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Das erfindungsgemäße Befestigungselement ist
in erster Linie dahingehend von Vorteil, daß es bei einem Bereich von
verschiedenen Formen isolierter Leiter, einschließlich Leitern
mit massiven Adern bzw. Kernen und Kunststoffisolierung sowie Leitern
mit verlitzten Kernen und mineralölimprägnierter Papierisolierung,
verwendet werden kann.
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Der ausgehöhlte Endbereich des Befestigungselementes
ist in der Lage, eine beträchtliche Menge
der von dem Leiter weggeschnittenen Isolierung aufzunehmen, während die
Kontaktfläche
zwischen der Spitze des Befestigungselementes und dem Leiter ausreichend
groß ist,
um einen guten elektrischen Kontakt herzustellen.
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Der Endbereich des Schaftes ist aufgrund der
Tatsache ausgehöhlt,
daß eine
Aussparung darin ausgebildet ist, wobei die Aussparung einen etwas kleineren Durchmesser
als der eigentliche Schaft aufweist. Die Aussparung kann eine blinde
Aussparung sein oder kann sich entlang der gesamten Länge des
Befestigungselementes erstrecken, um eine Bohrung zu bilden.
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Während
eine Bohrung dieser Form (d.h. eine Bohrung, die sich entlang der
gesamten Länge des
Befestigungselementes erstreckt) für die Funktion des Befestigungselementes
möglicherweise
nicht notwendig ist, ist sie einfacher herstellbar als eine blinde
Aussparung.
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Auch kann zumindest ein Teil der
Bohrung einen nicht kreisförmigen
Querschnitt zum Eingriff mit einer Antriebskomponente besitzen,
mit der das Befestigungselement gedreht werden kann. In diesem Fall
kann derjenige Teil der Bohrung, der den ausgehöhlten Endbereich des Schaftes
bildet, einen kreisförmigen
Querschnitt oder einen nicht kreisförmigen Querschnitt besitzen,
d.h. es kann sich um eine Fortsetzung einer Bohrung mit nicht kreisförmigem,
z.B. quadratischem oder hexagonalem, Querschnitt handeln, der für den Eingriff
mit der Antriebskomponente ausgebildet ist.
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Die Größe des ausgehöhlten Endbereiches relativ
zu der gesamten Querschnittsfläche
des Schaftes ist vorzugsweise so gewählt, daß der ausgehöhlte Endbereich
in der Ebene der Schaftespitze zwischen 10u% und 60% der Querschnittsfläche des Schaftes
ausmacht.
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Die Spitze des Befestigungselementes
ist vorzugsweise mit einem Paar von diametral gegenüberliegenden
Unterbrechungen ausgebildet, die zusammen einen Schlitz bilden,
der sich quer über
den Endbereich des Bolzenelementes erstreckt.
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Der Schaft hat vorzugsweise einen
Durchmesser im Bereich von 3 bis 30 mm. Die Abmessungen der Unterbrechungen)
in der Wand des ausgehöhlten
Endbereiches und die Anzahl dieser Unterbrechungen entsprechen im
allgemeinen der Größe des Befestigungselementes
und der Art des isolierten Leiters, an dem er verwendet werden soll.
Typischerweise beträgt
die Unterbrechung in der Breite zwischen 0,5 mm und 5 mm und in
der Tiefe zwischen 0,5 und 20 mm.
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Das erfindungsgemäße Befestigungselement kann
aus einem beliebigen Material hergestellt werden, das elektrisch
leitfähig
ist und die erforderlichen mechanischen Eigenschaften besitzt. In
am meisten bevorzugter Weise ist das Bolzenelement aus Messing oder
Kupfer gebildet.
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Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt
der vorliegenden Erfindung wird ein elektrischer Stecker mit einer
Buchse angegeben, die so ausgebildet ist, daß sie einen elektrischen Leiter
aufnimmt, wobei eine Wand der Buchse eine mit einem Gewinde versehene
Bohrung aufweist, in der ein Isoliermaterial durchdringendes Befestigungselement
der in Anspruch 1 definierten Art aufgenommen ist.
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Die Erfindung wird nun lediglich
in veranschaulichender Weise unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen
ausführlicher
beschrieben; darin zeigen:
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1 eine
Perspektivansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines Befestigungselementes gemäß der Erfindung;
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2 eine
Perspektivansicht des Befestigungselementes der 1 in einem auf den Kopf gestellten Zustand;
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3 eine
schematische Darstellung des Befestigungselementes der 1 und 2 im Eingriff mit einem elektrischen
Leiter;
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4 eine
im Schnitt dargestellte, fragmentarische Seitenansicht eines elektrischen
Steckers, in dem ein erfindungsgemäßes Befestigungselement verwendet
werden kann, in einem ersten Verwendungsstadium;
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5 eine
der 4 ähnliche
Ansicht des Steckers in einem mittleren Verwendungsstadium;
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6 eine
den 4 und 5 ähnliche Ansicht des Steckers
in einem abschließenden
Verwendungsstadium;
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7 eine
der 2 ähnliche
Ansicht eines zweiten, derzeit bevorzugten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Befestigungselementes; und
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8 eine
der 3 ähnliche
Ansicht zur Erläuterung
des Befestigungselementes der 7.
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Unter Bezugnahme zuerst auf 1 ist ein Isoliermaterial
durchdringendes Befestigungselement gemäß der Erfindung allgemein mit
dem Bezugszeichen 1 bezeichnet, und dieses weist einen
im allgemeinen zylindrischen und mit einem Außengewinde versehenen Schaft
auf. Eine Bohrung 2 erstreckt sich entlang der gesamten
Länge durch
den Schaft hindurch.
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In dem oberen Teil hat die Bohrung 2 einen hexagonalen
Querschnitt, während
der unterste Teil der Bohrung 2 einen kreisförmigen Querschnitt
besitzt. Die Spitze des Befestigungselementes ist mit einem Paar
einander diametral gegenüberliegender Unterbrechungen
in der Wand des kreisförmigen Teils
der Bohrung 2 ausgebildet.
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Die allgemeine Funktionsweise des
Bolzenelementes 1 ist in 3 veranschaulicht.
Dort ist das Befestigungselement 1 in Eingriff mit einem
Leiter 20 gezeigt, der eine Isolierschicht 21 aufweist.
Bei dem Leiter 20 kann es sich um einen des Typs mit verlitztem
Kern oder mit massivem Kern handeln, und die Isolierung kann zum
Beispiel aus Kunststoffmaterial oder aus mineralölgetränktem Papier bestehen.
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Wenn die Spitze des Bolzenelementes
in Klemmeingriff mit der Isolierung 21 gebracht wird, wirken
die unteren Kanten des Befestigungselementes wie ein Paar halbkreisförmiger Klingen,
die sich in die Isolierung 21 hinein sowie durch diese
hindurch schneiden. Verdrängtes
Isolierungsmaterial 21a wird in dem unteren Teil der Bohrung 2 aufgenommen, und
ein elektrischer Kontakt wird zwischen dem Leiter 20 und
den unteren Rändern
des Befestigungselementes 1 hergestellt.
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Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel
handelt es sich bei dem Befestigungselement 1 um ein M16-Bolzenelement
mit einer Länge
von 28 mm. Der Durchmesser des kreisförmigen Teils der Bohrung 2 beträgt 8,7 mm,
und die Unterbrechungen 3 haben eine Breite von 3,2 mm
und eine Tiefe von 6 mm. Das Befestigungselement 1 ist
aus Messing oder Kupfer hergestellt.
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Die Art der Verwendung des Befestigungselementes 1 bei
einer speziellen Ausführungsform
eines elektrischen Steckers ist in den 4 bis 6 veranschaulicht.
Bei diesem Ausführungsbeispiel
weist ein elektrischer Stecker einen Körper 11 aus elektrisch
leitfähigem
Material auf (typischerweise ein Metall, wie Messing oder Aluminium),
der an seiner Oberfläche
mit einer elektrisch isolierenden Kunststoffhülle 12 versehen ist.
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Der Körper 11 ist entweder
einstöckig
mit einem Reaktionselement 11a ausgebildet oder an diesem
befestigt, wobei der Bereich zwischen dem Körper 11 und dem Reaktionselement 11a einen
Kanal oder eine Bohrung bildet, in dem bzw. in der ein elektrischer
Leiter 20 aufgenommen werden kann. Der Leiter 20 ist
typischerweise ein massiver Leiter mit einem Kunststoffmantel 21,
jedoch kann es sich alternativ auch um einen litzenförmigen Leiter
mit einem mineralölimprägnierten
Mantel handeln.
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Der Körper 11 weist eine
mit Gewinde versehene Bohrung 4 auf, in der ein Befestigungselement 1 aufgenommen
wird. Eine Bohrung 2 mit hexagonalem (oder einem anderen
nicht kreisförmigen)
Querschnitt ist im Inneren des Befestigungselementes 1 ausgeräumt und
erstreckt sich entlang der Längsachse
des Bolzens 1. Eine Antriebsspindel 7, typischerweise
aus Messing oder Stahl, mit einem Querschnitt, der dem der Bohrung 2 entspricht,
ist in der Bohrung 2 in einem engen Gleitsitz aufgenommen.
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Die Spindel 7 weist ein
koaxiales, sich nach oben erstreckendes Verlängerungsstück 8 auf, das in einem
Kopf 9 endet. Der Übergang
zwischen der Spindel 7 und dem Verlängerungsstück 8 bildet einen Halsbereich,
in dem ein Abscheren der Anordnung möglich ist, wie dies nachfolgend
noch beschrieben wird, wenn ein vorbestimmtes Drehmoment auf das Verlängerungsstück 8 aufgebracht
wird.
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Eine Kappe 10 aus Kunststoffmaterial
ist um den Kopf 9 herumgeformt. Die Kappe 10 weist
einen hexagonalen oberen Bereich 10a auf, der derart dimensioniert
ist, daß er
für ein
geeignetes Werkzeug passend ist, und ferner weist sie eine sich
nach unten erstreckende kreisförmige
Schürze
lOb auf, die auf der oberen Oberfläche der Hülle 12 aufliegt.
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In dem von der Schürze lOb
umschlossenen Bereich erstreckt sich die Hülle 12 quer über das
obere offene Ende der mit Gewinde versehenen Bohrung 4,
wobei die Hülle 12 in
diesem Bereich die Form einer blütenblattförmigen Beilagscheibe
annimmt, durch deren Zentrum sich das Verlängerungsstück 8 hindurch erstreckt.
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4 zeigt
die Komponenten des Steckers in ihrem zusammengebauten Lieferzustand,
unmittelbar nachdem der Leiter 20 in dem Kanal zwischen dem
Körper 11 und
dem Reaktionselement 11a aufgenommen worden ist. In diesem
Zustand sind alle leicht zugänglichen
Flächen
des Steckers elektrisch isoliert, und zwar entweder durch die Hülle 12 oder durch
die Kappe 10.
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Gleichermaßen ist auch der Leiter 20 durch seinen
Kunststoffmantel 21 isoliert. Auf diese Weise kann der
Stecker um den Leiter 20 herum montiert werden, wenn der
Leiter 20 stromführend
ist.
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Zur Herstellung einer Verbindung
zwischen dem Leiter 20 und dem Körper 11 des Steckers
wird die Kappe 10 mittels eines Schraubenschlüssels, Steckschlüssels oder
dergleichen gedreht. Eine Rotation der Kappe 10 verursacht
eine Rotation der Spindel 10, und dies wiederum führt zur
Drehung des Befestigungselementes 1 in der mit Gewinde
versehenen Bohrung 4.
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Die Spindel 7 ist durch
die Schürze 10b in
einer konstanten Position relativ zu dem Körper 1 gehalten, jedoch
wird das Befestigungselement 1 antriebsmäßig nach
unten in Kontakt mit dem Mantel 21 des Leiters 20 bewegt.
Die Spindel 7 bleibt somit innerhalb der Bohrung 2 festgehalten,
verschiebt sich jedoch in Relation zu dem Befestigungselement 1.
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Eine anhaltende Rotation der Kappe 10 führt dazu,
daß die
Spitze des Befestigungselementes 1 den Mantel 21 durchdringt
und mit dem stromführenden
Leiter 20 in Berührung
tritt (siehe 5). Das Angreifen
der Spitze des Befestigungselementes 1 an dem Leiter 20 führt zur
Entstehung eines Widerstandes gegen eine weitergehende Rotationsbewegung
der Kappe 10.
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Das auf die Spindel 7 aufgebrachte
Drehmoment nimmt somit zu, und es wird ein Punkt erreicht, an dem
das Verlängerungsstück 8 von
der Spindel 7 abschert. Die Kappe 10 mit dem darin
festgehaltenen Verlängerungsstück wird
somit von dem Stecker gelöst,
wie dies in 6 gezeigt
ist.
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Wenn die Kappe 10 und das
Verlängerungsstück auf diese
Weise entfernt sind, entspannen sich diejenigen Bereiche der Kunststoffhülle 12,
die zuvor das Verlängerungsstück 8 umgeben
haben, in die in 6 gezeigten
Positionen, in der sie die Öffnung der
Bohrung 4 im wesentlichen verschließen. Somit wird eine elektrische
Verbindung zwischen dem Leiter 20 und dem Körper 11 des
Steckers hergestellt, ohne daß die
Bedienungsperson zu irgendeinem Zeitpunkt irgendwelchen elektrisch
stromführenden Flächen ausgesetzt
ist.
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Das Isoliermaterial 21,
das durch die Schneidwirkung der Spitze des Befestigungselementes 1 von
dem Mantel 21 geschnitten wird, wird in dem einen kreisförmigen Querschnitt
aufweisenden unteren Teil der Bohrung 2 in dem Befestigungselement 1 aufgenommen.
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Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel bestehen
die Spindel 7 und das Verlängerungsstück 8 aus Metall. Es
ist jedoch zu erkennen, daß diese Komponenten
nicht elektrisch leitend sein müssen. Ein
Metall, wie Messing oder Stahl, wird lediglich verwendet, da dies
eine Herstellung des Verlängerungsstücks und
der Spindel mit der erforderlichen mechanischen Festigkeit ermöglicht und
ferner das Abscheren bei dem gewünschten
Drehmoment ermöglicht.
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Im Prinzip könnten die Spindel, das Verlängerungsstück und die
Kappe auch in integraler Weise aus Kunststoffmaterial gebildet sein,
vorausgesetzt, daß ein
solches Material ebenfalls diese Eigenschaften erzielt.
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Das in den 7 und 8 dargestellte
Ausführungsbeispiel,
das im allgemeinen mit dem Bezugszeichen 101 bezeichnet
ist, ist in seiner Funktionsweise der des vorstehend beschriebenen
Ausführungsbeispiels ähnlich,
unterscheidet sich von diesem jedoch darin, daß die Aussparung in der Spitze des
Befestigungselementes im Querschnitt nicht kreisförmig ist.
Statt dessen handelt es sich bei der Aussparung einfach um den Endteil
einer hexagonalen Bohrung 102, die sich axial entlang der
vollen Länge
des Befestigungselementes 101 erstreckt.
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Es ist wiederum ein Paar von Unterbrechungen 103 an
einander diametral gegenüberliegenden Stellen
in der Wand des Endbereichs des Befestigungselementes 101 vorgesehen.
Wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel
schneidet sich die Spitze des Befestigungselementes 101 durch
die Isolierung 21 eines Leiters 20, und es wird
verdrängtes
Isoliermaterial 21a in der hohlen Spitze des Befestigungselementes 101 aufgenommen.