EP3501063A1 - Elektrische kontaktanordnung und verfahren zur herstellung eines elektrischen kontaktes - Google Patents

Elektrische kontaktanordnung und verfahren zur herstellung eines elektrischen kontaktes

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EP3501063A1
EP3501063A1 EP16782037.2A EP16782037A EP3501063A1 EP 3501063 A1 EP3501063 A1 EP 3501063A1 EP 16782037 A EP16782037 A EP 16782037A EP 3501063 A1 EP3501063 A1 EP 3501063A1
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EP
European Patent Office
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contact
clamping rod
arrangement
contact piece
partially
Prior art date
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EP16782037.2A
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EP3501063B1 (de
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Matthias Böhm
Daniel Schmitt
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Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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Publication of EP3501063A1 publication Critical patent/EP3501063A1/de
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Publication of EP3501063B1 publication Critical patent/EP3501063B1/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R4/00—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation
    • H01R4/28—Clamped connections, spring connections
    • H01R4/50—Clamped connections, spring connections utilising a cam, wedge, cone or ball also combined with a screw
    • H01R4/505—Clamped connections, spring connections utilising a cam, wedge, cone or ball also combined with a screw using an excentric element
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R4/00—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation
    • H01R4/28—Clamped connections, spring connections
    • H01R4/48—Clamped connections, spring connections utilising a spring, clip, or other resilient member
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
    • H01R13/62—Means for facilitating engagement or disengagement of coupling parts or for holding them in engagement
    • H01R13/629—Additional means for facilitating engagement or disengagement of coupling parts, e.g. aligning or guiding means, levers, gas pressure electrical locking indicators, manufacturing tolerances
    • H01R13/633—Additional means for facilitating engagement or disengagement of coupling parts, e.g. aligning or guiding means, levers, gas pressure electrical locking indicators, manufacturing tolerances for disengagement only
    • H01R13/635—Additional means for facilitating engagement or disengagement of coupling parts, e.g. aligning or guiding means, levers, gas pressure electrical locking indicators, manufacturing tolerances for disengagement only by mechanical pressure, e.g. spring force

Definitions

  • the invention relates to an electrical contact arrangement for high voltage applications with a first and a second contact piece.
  • the two contact pieces are in known contact arrangements for making electrical contact with each other in a suitable manner associated, so that an electric current can flow through the contact pieces.
  • a known method for connecting the contact pieces these are screwed together.
  • such a screw connection must be made relatively solid, because high currents in the higher kA range can flow through the contact arrangement.
  • such a solid contact arrangement is associated with ei ⁇ nem high effort in the production and separation of the electrical contact. Such a separation is in ⁇ play, at a maintenance of two interconnected via the two contact pieces components of a high-voltage system necessary.
  • Screw connection is expensive in this case.
  • the object of the invention is to propose a contact arrangement according to the species, which is as reliable as possible in operation, and which allows the simplest possible production and separation of the electrical contact.
  • the object is achieved in a species-specific contact arrangement according to the invention in that for producing a elekt ⁇ step contact, the second contact piece by means of rotation of egg ner connected to the first contact piece and rotatably mounted, at least section-eccentric clamping rod between the first contact piece and the clamping bar
  • eccentric clamping rod is to be understood in the context of the invention such that the clamping rod ent ⁇ long its longitudinal direction at one or more points or sections or along the entire length has a cross-section such that a rotational movement of the clamping rod in a translational movement in the Type of crankshaft can be converted.
  • An eccentric clamp bar is in this sense to the case ⁇ play a clamp rod having an elliptical cross-section, a single- or multi-edged clamp rod, wherein a longitudinal edge of the clamp bar extends at least in sections along the longitudinal direction of the clamping rod or a clamping rod with one or more eccentrics.
  • the contact arrangement according to the invention is thus such out ⁇ staltet that the two contact pieces for the manufacture of the electrical contact may form a clamping connection with each other.
  • the clamping connection is achieved by the rotation of the clamping rod and is thus detachable. By entge ⁇ gennewen rotation of the clamping rod, the jamming of the contact pieces can be reversed again.
  • a significant advantage of the contact arrangement according to the invention is the reduced effort in a separation of elekt ⁇ cal contact.
  • the solution of massive screw connections is eliminated, which reduces the time required. No loose fasteners are used.
  • the jamming of the contact ⁇ pieces is done by a simple and quick to be performed rotation of the clamping bar. In this way, the time required in the manufacture and separation of the electrical contact can be reduced. At the same time is through the clamp connection of Contact pieces ensures reliable electrical contact even at high currents through the contact arrangement.
  • a clamping force achieved in the jamming of the contact pieces is expediently to be selected such that it corresponds, for example, to the force of a corresponding screw connection. This results in a functional dependence on the surface, since a clamping connection normally has larger effective surfaces than a comparable fferverbin ⁇ tion.
  • the contacts are at least partially flat construction and lying in a jammed state of the contact assembly at least partially abut each other, wherein the clamping rod in such a ⁇ arranged that a longitudinal edge of the clamping bar an on ⁇ pressing force on the at least partially abut each other ⁇ lying contact pieces exerts, so that the second contact ⁇ piece between the first contact piece and the clamping rod is releasably clamped.
  • the clamping bar is a kanti ⁇ ge clamping bar with a longitudinal edge along the longitudinal direction of the clamping bar.
  • the second contact piece can be inserted between the first contact piece and the clamping bar for producing the electrical contact, so that the two contact pieces lie at least partially one above the other and abut one another flatly.
  • the clamping bar can then be rotated by a predetermined angle.
  • the longitudinal edge of the clamping rod, after the rotation, suitably points in the direction of the contact pieces and exerts the contact pressure on them.
  • the clamping rod may be connected to the first clock Kon ⁇ piece, for example by means of suitable screw elements.
  • the separation of the contact pieces can be done in a simple manner by opposite rotation of the clamping rod and pushing out the second contact piece.
  • the pressing force is transferable via a spring element on the contact pieces.
  • at least one spring element is provided which is arranged such that the Pressing force in the jammed condition of the clamping rod via the at least one spring element on the contact pieces over ⁇ wear.
  • the transmission of the contact force is particularly homogeneous. Own investigations have shown that in this way the electrical contact is particularly reliable. Even in the case of very high currents through the contact arrangement, essentially no marked current marks or weak points are produced at the contact pieces.
  • the Federele ⁇ element comprises at least one disc spring.
  • the at least one disc spring can be arranged on a side of the clamping rod facing the first contact piece. In the jammed state, the longitudinal edge of the clamping rod presses on the Tellerfe ⁇ who transmits the contact pressure on the contacts.
  • a plurality of disc springs are provided, which are arranged along the clamping rod. Belleville springs have the advantage of a particularly homogeneous power transmission.
  • a return spring is provided, which is arranged such that a spring ⁇ force of the return spring counteracts the contact force.
  • the return spring can, for example, in an interior of the return spring
  • the return spring has the function to establish a distance between the clamping rod or the plate spring and the first contact piece when the contact arrangement is not in the jammed condition.
  • the distance between the clamping rod or Tellerfe ⁇ and the first contact piece is suitably dimensioned such that the insertion of the second contact piece between the first contact piece and the clamping bar or the plate spring is easily possible. In this way, a further simplification of the production and separation of the electrical contact is achieved.
  • the return spring may be playing as a coil spring with ⁇ . For high voltage applications with rated voltages of several kV, high rated currents of several hundred kA can occur. In addition, however, peak currents of more than 1 mA may occur. For this reason, the contact arrangement is preferably to be designed for at least short-term conducting of currents above 1 MA, particularly preferably above 1.5 MA.
  • the longitudinal edge of the clamping rod has a chamfer.
  • the longitudinal edge is provided with a flat. This prevents in particular that the clamping ⁇ rod laterally slipped or twisted in the jammed condition of the contact assembly, so that the clamping rod can no longer exert sufficient contact force.
  • the clamping rod has a polygonal cross-section.
  • the clamping bar may be a square.
  • a polygonal Aus ⁇ leadership of the clamping rod causes advantageous that the zuver ⁇ - permissible rotation of the clamping rod is facilitated.
  • the rotation of the clamping rod can be done for example by means of a suitable tool which has a corresponding cross section of the clamping ⁇ rod corresponding recess.
  • the invention further relates to an electrical device with a switching module comprising at least one hogurlei ⁇ terschalter, and with a memory module.
  • Such an electrical device is used, for example, in systems for high-voltage direct current transmission (HVDC).
  • HVDC high-voltage direct current transmission
  • power modules are used, which are connected to one another, for example, in a series connection.
  • Each power module is also connected to an energy storage ⁇ ⁇ , suitably a capacitor.
  • ⁇ ⁇ suitably a capacitor.
  • the object of the invention is to provide an artful electrical device that is as reliable and easy to maintain.
  • the object is achieved in an art-appropriate electrical device, characterized in that between the switching module and the memory module, an electrical contact by means of a erfin ⁇ to the invention contact arrangement can be produced.
  • the advantages of the electrical device according to the invention result in particular from the advantages of the contact arrangement according to the invention described above. Due to the simple production and separation of the contact in particular, the maintenance time can be shortened.
  • switching module and the memory module are to be connected to one another via more than one electrical contact, it is of course possible to produce one or more of the contacts by means of the contact arrangement according to the invention.
  • the switching module may comprise a plurality of power semiconductor switches which are interconnected in a half-bridge circuit. According to other variants, the switching module is known as the specialist full-bridge circuit, double-clamp
  • a series connection of the switching modules can form a phase branch of a modular multistage converter known to the person skilled in the art, wherein the phase branch extends between a DC voltage pole and an AC voltage terminal of the multistage converter.
  • the invention further relates to a method for producing an electrical contact between two at least teilwei ⁇ se area contact pieces.
  • the invention here is the object of the invention to provide such a method to enable a reliable as possible and equal ⁇ simple to produce and to be separated electrical connection between the contact pieces.
  • the contact pieces are at least partially ⁇ applied to each other and connected to the first contact piece, rotatably mounted along a longitudinal axis, angular clamping rod is rotated by a predetermined angle of rotation, so that a longitudinal edge of the clamping bar a
  • the method according to the invention is suitable for use with all embodiments and variants of the contact arrangement according to the invention described above.
  • Figure 1 shows an embodiment of a contact arrangement according to the invention in a schematic representation
  • Figure 2 shows the embodiment of Figure 1 in a schematic side view
  • FIG. 3 shows a section of a further exemplary embodiment of the contact arrangement in a schematic representation
  • Figure 4 shows the detail of Figure 3 in a jammed condition of the contact arrangement
  • Figure 5 shows an embodiment of an electrical device according to the invention in a schematic representation.
  • FIG. 1 an exemplary embodiment of a contact arrangement 1 according to the invention is shown in FIG.
  • the contact arrangement 1 comprises a first contact piece 2 and a second contact piece 3.
  • the first contact piece 2 forms one pole of a memory module (not shown in FIG. 1).
  • the second contact piece 3 forms a busbar for connection to a likewise figuratively not shown switching module.
  • Both contact pieces 2, 3 are at least partially planar and in the Dar ⁇ position of Figure 1 in sections superimposed.
  • a quadrangular clamping rod 4 is connected via connecting means 51, 52 with the first contact piece 2. Between the clamping rod 4 and the first contact piece 2, two plate springs 61 and 62 are arranged.
  • the second contact piece 3 has two recesses 71 and 72.
  • FIG. 2 shows a side view of the arrangement from FIG. 1. For reasons of clarity, therefore, the same parts in FIGS. 1 and 2 are given the same reference numbers.
  • the connecting means 51 have a fastening foot 8, which ensures a firm closure with the first contact piece 2 (for example by screwing).
  • the contact assembly 1 is in a jammed condition.
  • the two contact pieces 2 and 3 are clamped together, so that a reliable electrical contact for guiding high currents of several kA between the contact pieces 2, 3 is made.
  • the clamping rod 4 is in a position in which a longitudinal edge 9 of the clamping rod 4 (one of four longitudinal edges in the present example) points in the direction of the second contact piece 3.
  • the clamping rod 4 exerts a contact pressure on the plate spring 61.
  • the plate spring 61 transmits this contact pressure on the two contact pieces 2 and 3 and ensures their jamming.
  • the plate spring 61 also allows a surface homogeneous ⁇ ne force distribution on the contact pieces 2, 3rd
  • FIGS. 3 and 4 The principal functional principle of the production of the electrical contact is shown in more detail in FIGS. 3 and 4 using the example of a contact arrangement 10 according to the invention.
  • a four-sided clamping rod 11 and a plate ⁇ spring 12 are shown in Figures 3 and 4.
  • the remaining embodiment of the Kunststoffanord ⁇ tion 10 corresponds to that according to the embodiment ⁇ example of Figures 1 and 2.
  • the clamping rod 11 is in a position in which the plate spring 12 is relaxed.
  • a side length L of the clamp rod is indicated with a double arrow ⁇ .
  • the clamping rod 11 is with respect to a Rotatably mounted longitudinal axis.
  • the longitudinal axis is perpendicular to the plane of the drawing.
  • the clamping rod 11 is rotated by a predetermined angle. Specifically, the clamping rod 11 is ge ⁇ rotates until a longitudinal edge 13 in the direction of the Needlesstü ⁇ bridge or the plate spring 12 points.
  • the rotation of the clamping rod 11 is indicated in FIG. 4 by an arrow W and, in the example shown, is at an angle of 45 °.
  • a diagonal diameter of the clamping rod 11 is marked with a double arrow D.
  • the distance between a center of the clamping rod 11 and the first contact piece is constant, so that the clamping rod 11 in the position shown in Figure 4 exerts a contact pressure on the plate spring 12.
  • the plate spring 12 is deformed due to the contact pressure and transmits this area to the contact pieces, so that the second contact piece between see the clamping rod 11 and the first contact piece is jammed.
  • a return spring 14 is arranged in an interior of the plate spring 12.
  • the return spring 14 is a spiral spring.
  • the contact assembly 10 is not in the jammed condition, the return spring 14 is relaxed. It ensures a distance between the first contact piece and the clamping rod 11 and thus facilitates the insertion of the second contact piece between them.
  • the return spring is compressed.
  • the spring force of the return spring counteracts the contact force.
  • the longitudinal edge 13 of the clamping rod 11 has a chamfer 131. Accordingly, the longitudinal edge 13 does not taper sharply but has a flattening.
  • the chamfer 131 ensures in the jammed condition of the clamping arrangement 10 that the clamping rod 11 does not slip out of its position (as in FIG. 4) and thus increases the reliability of the electrical contact between the contact pieces.
  • FIG. 5 an embodiment of a fiction, modern ⁇ electrical device 15 is shown.
  • the electrical device 15 comprises a switching module 16, which has two external connections 17 and 18.
  • the switching module 16 can be connected by means of the terminals 17 and 18 with other identical switching modules, for example, to form a series circuit.
  • the switching module 16 comprises two power semiconductor switching units 19, 20, each having a IGBT switch (191, 192) and an antiparallel diode umfas ⁇ sen.
  • the power semiconductor switching units 19, 20 are connected to each other in a manner known in the art as a half-bridge circuit. Furthermore, the switching module 16 comprises two terminals 21 and 22 for connection to a memory module 23.
  • the memory module 23 comprises a capacitor. Further, the memory module to the switching module 23 includes two terminals 24 and 25 for at ⁇ circuit 16. The connection terminal 21 of the switching module 16 with the
  • Terminal 24 of the memory module 23 by means of the contact ⁇ arrangement 1, which has the structure according to the embodiment of Figures 1 and 2. Accordingly, the connection of the terminal 22 of the switching module 16 to the terminal 25 of the memory module 23 by means of a further, identical contact arrangement. 1

Landscapes

  • Connecting Device With Holders (AREA)
  • Rotary Switch, Piano Key Switch, And Lever Switch (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Kontaktanordnung (1) für Hochspannungsanwendungen mit einem ersten und einem zweiten Kontaktstück (2, 3). Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass zur Herstellung eines elektrischen Kontaktes das zweite Kontaktstück (3) mittels Drehung einer mit dem ersten Kontaktstück (2) verbundenen und drehbar gelagerten, zumindest abschnittsweise exzentrischen Klemmstange (4) zwischen dem ersten Kontaktstück und der Klemmstange verklemmbar ist. Ferner betrifft die Erfindung eine elektrische Einrichtung (15) mit einem Schaltmodul (16), das wenigstens einen Leistungshalbleiterschalter (191, 192) umfasst, und mit einem Speichermodul (23), wobei das Schaltmodul und das Speichermodul über die erfindungsgemäße Kontaktanordnung miteinander verbunden sind. Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kontaktes mittels der Kontaktanordnung.

Description

Beschreibung
Elektrische Kontaktanordnung und Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kontaktes
Die Erfindung betrifft eine elektrische Kontaktanordnung für Hochspannungsanwendungen mit einem ersten und einem zweiten Kontaktstück . Die beiden Kontaktstücke werden in bekannten Kontaktanordnungen zur Herstellung eines elektrischen Kontaktes miteinander in einer geeigneten Weise in Verbindung gebracht, so dass ein elektrischer Strom über die Kontaktstücke fließen kann. Gemäß einer bekannten Methode zur Verbindung der Kontaktstücke werden diese miteinander verschraubt. Insbesondere bei Hochspannungsanwendungen muss eine solche Schraubverbindung relativ massiv ausgeführt sein, weil hohe Ströme im höheren kA-Bereich über die Kontaktanordnung fließen können. Eine derart massiv ausgeführte Kontaktanordnung ist jedoch mit ei¬ nem hohen Aufwand bei der Herstellung und Trennung des elektrischen Kontaktes verbunden. Eine solche Trennung ist bei¬ spielsweise bei einer Wartung zweier über die beiden Kontaktstücke miteinander verbundenen Komponenten einer Hochspan- nungsanlage notwendig. Insbesondere Lösung der massiven
Schraubverbindung ist in diesem Fall aufwendig. Darüber hinaus besteht die Notwendigkeit einer sicheren Verstauung loser Befestigungselemente wie beispielsweise Schrauben, Muttern und Unterlegscheiben, wodurch der Aufwand weiter erhöht ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine artgemäße Kontaktanordnung vorzuschlagen, die möglichst zuverlässig in Betrieb ist, und die eine möglichst einfache Herstellung und Trennung des elektrischen Kontaktes ermöglicht.
Die Aufgabe wird bei einer artgemäßen Kontaktanordnung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zur Herstellung eines elekt¬ rischen Kontaktes das zweite Kontaktstück mittels Drehung ei- ner mit dem ersten Kontaktstück verbundenen und drehbar gelagerten, zumindest abschnittsweite exzentrischen Klemmstange zwischen dem ersten Kontaktstück und der Klemmstange
verklemmbar ist.
Der Begriff exzentrische Klemmstange ist im Zusammenhang mit der Erfindung derart zu verstehen, dass die Klemmstange ent¬ lang ihrer Längsrichtung an einem oder mehreren Stellen oder Abschnitten oder auch entlang der gesamten Länge einen Querschnitt aufweist, derart dass eine Rotationsbewegung der Klemmstange in eine Translationsbewegung in der Art einer Kurbelwelle umgewandelt werden kann.
Eine exzentrische Klemmstange ist in diesem Sinne zum Bei¬ spiel eine Klemmstange mit einem elliptischen Querschnitt, eine ein- oder mehrkantige Klemmstange, wobei eine Längskante der Klemmstange sich zumindest abschnittsweise entlang der Längsrichtung der Klemmstange erstreckt oder auch eine Klemmstange mit einem oder mehreren Exzentern.
Die erfindungsgemäße Kontaktanordnung ist somit derart ausge¬ staltet, dass die beiden Kontaktstücke zur Herstellung des elektrischen Kontaktes eine Klemmverbindung miteinander ausbilden können. Die Klemmverbindung ist durch die Drehung der Klemmstange erreicht und ist somit lösbar. Durch eine entge¬ gengesetzte Drehung der Klemmstange kann die Verklemmung der Kontaktstücke wieder rückgängig gemacht werden.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Kontaktanordnung ist der reduzierte Aufwand bei einer Trennung des elekt¬ rischen Kontaktes. Lösung massiver Schraubverbindungen entfällt, was den Zeitaufwand reduziert. Es werden keine losen Befestigungselemente verwendet. Die Verklemmung der Kontakt¬ stücke erfolgt durch eine einfach und schnell durchzuführende Drehung der Klemmstange. Auf diese Weise kann der Zeitaufwand bei der Herstellung und Trennung des elektrischen Kontaktes reduziert werden. Zugleich ist durch die Klemmverbindung der Kontaktstücke ein zuverlässiger elektrischer Kontakt auch bei hohen Strömen durch die Kontaktanordnung gewährleistet.
Eine bei der Verklemmung der Kontaktstücke erreichte Spann¬ kraft ist zweckmäßigerweise derart zu wählen, dass diese zum Beispiel der Kraft einer entsprechenden Verschraubung entspricht. Hierbei ergibt sich eine funktionale Abhängigkeit von der Fläche, da eine Klemmverbindung im Normalfall größere Wirkflächen aufweist als eine vergleichbare Schraubverbin¬ dung .
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Kontaktstücke zumindest teilweise flächig ausgebildet und liegen in einem verklemmten Zustand der Kontaktanordnung zumindest abschnittsweise aneinander an, wobei die Klemmstange derart an¬ geordnet ist, dass eine Längskante der Klemmstange eine An¬ presskraft auf die zumindest abschnittsweise aneinander an¬ liegenden Kontaktstücke ausübt, so dass das zweite Kontakt¬ stück zwischen dem ersten Kontaktstück und der Klemmstange lösbar verklemmt ist. Demnach ist die Klemmstange eine kanti¬ ge Klemmstange mit einer Längskante entlang der Längsrichtung der Klemmstange. Das zweite Kontaktstück kann demnach zur Herstellung des elektrischen Kontaktes zwischen das erste Kontaktstück und die Klemmstange eingeschoben werden, so dass die beiden Kontaktstücke zumindest teilweise übereinander liegen und aneinander flächig anliegen. Die Klemmstange kann dann um einen vorbestimmten Winkel gedreht werden. Die Längskante der Klemmstange weist nach der Drehung geeigneterweise in Richtung zu den Kontaktstücken hin und übt die Anpresskraft auf diese aus. Die Klemmstange kann mit dem ersten Kon¬ taktstück beispielsweise mittels geeigneter Schraubelemente verbunden sein. Die Trennung der Kontaktstücke kann auf einfache Weise durch entgegengesetzte Drehung der Klemmstange und Herausschieben des zweiten Kontaktstückes erfolgen.
Vorzugsweise ist die Anpresskraft über ein Federelement auf die Kontaktstücke übertragbar. Demnach ist wenigstens ein Fe- derelement vorgesehen, das derart angeordnet ist, dass die Anpresskraft im verklemmten Zustand von der Klemmstange über das wenigstens ein Federelement auf die Kontaktstücke über¬ tragen ist. Durch die Verwendung des Federelementes erfolgt die Übertragung der Anpresskraft besonders homogen. Eigene Untersuchungen haben ergeben, dass auf diese Weise der elektrische Kontakt besonders zuverlässig ist. Auch bei sehr hohen Strömen durch die Kontaktanordnung entstehen hierbei im Wesentlichen keine markanten Strommarken oder Schwachstellen an den Kontaktstücken.
Als besonders vorteilhaft wird angesehen, wenn das Federele¬ ment wenigstens eine Tellerfeder umfasst. Die wenigstens eine Tellerfeder kann auf einer dem ersten Kontaktstück zugewandten Seite der Klemmstange angeordnet sein. Im verklemmten Zu- stand drückt die Längskante der Klemmstange auf die Tellerfe¬ der, die die Anpresskraft auf die Kontaktstücke überträgt. Gemäß einer Variante sind mehrere Tellerfedern vorgesehen, die entlang der Klemmstange angeordnet sind. Tellerfedern weisen den Vorteil einer besonders homogenen Kraftübertragung auf.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist eine Rückstellfeder vorgesehen, die derart angeordnet ist, dass eine Feder¬ kraft der Rückstellfeder entgegen der Anpresskraft wirkt. Die Rückstellfeder kann beispielsweise in einem Innenraum der
Tellerfeder angeordnet sein. Die Rückstellfeder hat die Funktion, einen Abstand zwischen der Klemmstange beziehungsweise der Tellerfeder und dem ersten Kontaktstück herzustellen, wenn sich die Kontaktanordnung nicht im verklemmten Zustand befindet. Der Abstand zwischen der Klemmstange bzw. Tellerfe¬ der und dem ersten Kontaktstück ist zweckmäßigerweise derart bemessen, dass das Einschieben des zweiten Kontaktstückes zwischen das erste Kontaktstück und die Klemmstange bzw. die Tellerfeder problemlos möglich ist. Auf diese Weise ist eine weitere Vereinfachung der Herstellung und Trennung des elektrischen Kontaktes erreicht. Die Rückstellfeder kann bei¬ spielsweise eine Spiralfeder sein. Bei Hochspannungsanwendungen mit Nennspannungen von mehreren kV können hohe Nennströme von mehreren Hundert kA auftreten. Darüber hinaus können jedoch auch Spitzenströme von über 1 MA auftreten. Daher ist die Kontaktanordnung bevorzugt zum zu- mindest kurzzeitigen Führen von Strömen oberhalb von 1 MA, besonders bevorzugt oberhalb von 1,5 MA auszulegen.
Vorzugsweise weist die Längskante der Klemmstange eine Fase auf. Mit anderen Worten ist die Längskante mit einer Abfla- chung versehen. Dies verhindert insbesondere, dass die Klemm¬ stange im verklemmten Zustand der Kontaktanordnung seitlich verrutscht bzw. verdreht, so dass die Klemmstange nicht mehr genügend Anpresskraft ausüben kann. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Klemmstange einen mehrkantigen Querschnitt auf. Beispielsweise kann die Klemmstange ein Vierkant sein. Eine mehrkantige Aus¬ führung der Klemmstange bewirkt vorteilhaft, dass die zuver¬ lässige Drehung der Klemmstange erleichtert wird. Die Drehung der Klemmstange kann beispielsweise mittels eines geeigneten Werkzeugs erfolgen, das über eine dem Querschnitt der Klemm¬ stange entsprechende Ausnehmung aufweist.
Die Erfindung betrifft ferner eine elektrische Einrichtung mit einem Schaltmodul, das wenigstens einen Leistungshalblei¬ terschalter umfasst, und mit einem Speichermodul.
Eine solche elektrische Einrichtung findet beispielsweise in Anlagen zur Hochspannungsgleichstromübertragung (HGÜ) Anwen- dung. Dort kommen sogenannte Powermodule zum Einsatz, die beispielsweise in einer Reihenschaltung miteinander verbunden sind. Jedes Powermodul ist darüber hinaus mit einem Energie¬ speicher, geeigneterweise einem Kondensator, verbunden. Bei einem Ausfall eines Powermoduls und bei Wartungsarbeiten an den Powermodulen muss insbesondere die Verbindung zwischen dem Powermodul und dem Kondensator getrennt werden. Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine artgemäße elektrische Einrichtung bereitzustellen, die möglichst zuverlässig und wartungsleicht ist. Die Aufgabe wird bei einer artgemäßen elektrischen Einrichtung dadurch gelöst, dass zwischen dem Schaltmodul und dem Speichermodul ein elektrischer Kontakt mittels einer erfin¬ dungsgemäßen Kontaktanordnung herstellbar ist. Die Vorteile der erfindungsgemäßen elektrischen Einrichtung ergeben sich insbesondere aus den zuvor beschriebenen Vorteilen der erfindungsgemäßen Kontaktanordnung. Aufgrund der einfachen Herstellung und Trennung des Kontaktes kann insbesondere auch die Wartungszeit verkürzt werden.
Alle zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele und Varianten der erfindungsgemäßen Kontaktanordnung können auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Einrichtung realisiert werden .
Sollen das Schaltmodul und das Speichermodul über mehr als einen elektrischen Kontakt miteinander verbunden werden, so ist es selbstverständlich möglich, einen oder mehrere der Kontakte mittels der erfindungsgemäßen Kontaktanordnung her- zustellen.
Das Schaltmodul kann mehrere Leistungshalbleiterschalter umfassen, die in einer Halbbrückenschaltung miteinander verbunden sind. Gemäß anderer Varianten ist das Schaltmodul als dem Fachmann bekannte Vollbrückenschaltung, Double-Clamp-
Schaltung oder andere geeignete Schaltungen realisiert. Eine Reihenschaltung der Schaltmodule kann einen Phasenzweig eines dem Fachmann bekannten modularen Mehrstufenumrichters bilden, wobei der Phasenzweig sich zwischen einem Gleichspannungspol und einem Wechselspannungsanschluss des Mehrstufenumrichters erstreckt . Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kontaktes zwischen zwei zumindest teilwei¬ se flächigen Kontaktstücken. Der Erfindung liegt hierbei die Aufgabe zugrunde, ein solches Verfahren anzugeben, das eine möglichst zuverlässige und zu¬ gleich einfach herzustellende und zu trennende elektrische Verbindung der Kontaktstücke zu ermöglichen. Die Aufgabe wird bei einem solchen Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Kontaktstücke zumindest abschnitts¬ weise aneinander angelegt werden und eine mit dem ersten Kontaktstück verbundene, entlang einer Längsachse drehbar gelagerte, kantige Klemmstange um einen vorbestimmten Drehwinkel gedreht wird, so dass eine Längskante der Klemmstange eine
Anpresskraft auf die zumindest abschnittsweise aneinander an¬ liegenden Kontaktstücke ausübt, wobei das zweite Kontaktstück zwischen dem ersten Kontaktstück und der Klemmstange verklemmt wird.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich insbesondere aus der Verwendung der erfindungsgemäßen Kontaktanordnung. Insbesondere bei Wartung der mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens elektrisch kontaktierten Komponen- ten ergeben sich die bereits beschriebenen Vorteile bezüglich verringerter Wartungszeit und Wartungsaufwand.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zum Einsatz mit allen zuvor beschriebenen Ausführungsformen und Varianten der erfindungsgemäßen Kontaktanordnung.
Die Erfindung soll im Folgenden anhand der Figuren 1 bis 5 weiter erläutert werden. Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kontaktanordnung in einer schematischen Darstellung; Figur 2 zeigt das Ausführungsbeispiel der Figur 1 in einer schematischen Seitendarstellung;
Figur 3 zeigt einen Ausschnitt eines weiteren Ausführungsbei- spiels der Kontaktanordnung in einer schematischen Darstellung;
Figur 4 den Ausschnitt der Figur 3 in einem verklemmten Zustand der Kontaktanordnung;
Figur 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen elektrischen Einrichtung in einer schematischen Darstellung.
Im Einzelnen ist in Figur 1 ein Ausführungsbeispiel einer er- findungsgemäßen Kontaktanordnung 1 dargestellt. Die Kontaktanordnung 1 umfasst ein erstes Kontaktstück 2 und ein zweites Kontaktstück 3. Das erste Kontaktstück 2 bildet im vorliegenden Ausführungsbeispiel einen Pol eines in Figur 1 figürlich nicht dargestellten Speichermoduls. Das zweite Kontaktstück 3 bildet einen Busbar zum Anschluss an ein ebenfalls figürlich nicht dargestelltes Schaltmodul. Beide Kontaktstücke 2, 3 sind zumindest teilweise flächig ausgebildet und in der Dar¬ stellung der Figur 1 abschnittsweise übereinander liegend. Eine vierkantige Klemmstange 4 ist über Verbindungsmittel 51, 52 mit dem ersten Kontaktstück 2 verbunden. Zwischen der Klemmstange 4 und dem ersten Kontaktstück 2 sind zwei Tellerfedern 61 und 62 angeordnet. Das zweite Kontaktstück 3 weist zwei Ausnehmungen 71 und 72 auf. Eine Öffnungsbreite der Ausnehmungen 71, 72 ist jeweils etwas größer als ein Durchmesser der zylinderförmigen Verbindungsmittel 51 bzw. 52, jedoch kleiner als ein Durchmesser der Tellerfedern 61 bzw. 62. Auf diese Weise kann das zweite Kontaktstück 3 zwischen die Tellerfedern 61, 62 und das erste Kontaktstück 2 geschoben werden, so dass die beiden Kontaktstücke abschnittsweise aneinander anliegen. In Figur 2 ist eine Seitenansicht der Anordnung aus Figur 1 dargestellt. Aus Übersichtlichkeitsgründen sind daher in den Figuren 1 und 2 gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen .
Es ist zu erkennen, dass die Verbindungsmittel 51 über einen Befestigungsfuß 8 verfügen, der für einen festen Verschluss mit dem ersten Kontaktstück 2 sorgt (beispielsweise durch Verschraubung) .
In der Darstellung der Figuren 1 und 2 befindet sich die Kontaktanordnung 1 in einem verklemmten Zustand. Dabei sind die beiden Kontaktstücke 2 und 3 miteinander verklemmt, so dass ein zuverlässiger elektrischer Kontakt zur Führung hoher Ströme von mehreren kA zwischen den Kontaktstücken 2, 3 hergestellt ist. Die Klemmstange 4 ist dazu in einer Position, in der eine Längskante 9 der Klemmstange 4 (im vorliegenden Beispiel eine von vier Längskanten) in Richtung auf das zweite Kontaktstück 3 weist. In dieser Stellung übt die Klemm- Stange 4 eine Anpresskraft auf die Tellerfeder 61 aus. Die Tellerfeder 61 überträgt diese Anpresskraft auf die beiden Kontaktstücke 2 und 3 und sorgt für deren Verklemmung. Die Tellerfeder 61 ermöglicht darüber hinaus eine flächig homoge¬ ne Kraftverteilung auf die Kontaktstücke 2, 3.
Das prinzipielle Funktionsprinzip der Herstellung des elektrischen Kontaktes ist in den Figuren 3 und 4 am Beispiel ei¬ ner erfindungsgemäßen Kontaktanordnung 10 näher dargestellt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in den Figuren 3 und 4 lediglich eine vierkantige Klemmstange 11 sowie eine Teller¬ feder 12 dargestellt. Die übrige Ausführung der Kontaktanord¬ nung 10 entspricht hierbei derjenigen gemäß dem Ausführungs¬ beispiel der Figuren 1 und 2. In der Darstellung der Figur 3 befindet sich die Klemmstange 11 in einer Stellung, bei der die Tellerfeder 12 entspannt ist. Eine Seitenlänge L der Klemmstange ist mit einem Doppel¬ pfeil angedeutet. Die Klemmstange 11 ist bezüglich einer Längsachse drehbar gelagert. Die Längsachse verläuft hierbei senkrecht zur Zeichenebene.
Zur Herstellung eines elektrischen Kontaktes zwischen den Kontaktstücken wird die Klemmstange 11 um einen vorbestimmten Winkel gedreht. Konkret wird die Klemmstange 11 so lange ge¬ dreht, bis eine Längskante 13 in Richtung auf die Kontaktstü¬ cke bzw. die Tellerfeder 12 weist. Die Drehung der Klemmstange 11 ist in Figur 4 durch einen Pfeil W angedeutet und er- folgt im dargestellten Beispiel um einen Winkel von 45°. Ein Diagonal-Durchmesser der Klemmstange 11 ist mit einem Doppelpfeil D gekennzeichnet.
Der Abstand zwischen einem Mittelpunkt der Klemmstange 11 und dem ersten Kontaktstück ist konstant, so dass die Klemmstange 11 in der in Figur 4 dargestellten Stellung eine Anpresskraft auf die Tellerfeder 12 ausübt. Die Tellerfeder 12 verformt sich aufgrund der Anpresskraft und überträgt diese flächig auf die Kontaktstücke, so dass das zweite Kontaktstück zwi- sehen der Klemmstange 11 und dem ersten Kontaktstück verklemmt wird. In einem Innenraum der Tellerfeder 12 ist eine Rückstellfeder 14 angeordnet. Die Rückstellfeder 14 ist eine Spiralfeder. Befindet sich die Kontaktanordnung 10 nicht im verklemmten Zustand, so ist die Rückstellfeder 14 entspannt. Sie sorgt für einen Abstand zwischen dem ersten Kontaktstück und der Klemmstange 11 und erleichtert damit das Einschieben des zweiten Kontaktstücks zwischen diese. Im verklemmten Zustand der Kontaktanordnung 10, der in Figur 4 dargestellt ist, ist die Rückstellfeder zusammengedrückt. Hierbei wirkt die Federkraft der Rückstellfeder entgegen der Anpresskraft.
Die Längskante 13 der Klemmstange 11 weist eine Fase 131 auf. Die Längskante 13 läuft demnach nicht spitz zu, sondern weist eine Abflachung auf. Die Fase 131 sorgt im verklemmten Zu- stand der Klemmanordnung 10 dafür, dass die Klemmstange 11 aus ihrer Position (wie in Figur 4) nicht herausrutscht und somit die Zuverlässigkeit des elektrischen Kontaktes zwischen den Kontaktstücken erhöht. In der Figur 5 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungs¬ gemäßen elektrischen Einrichtung 15 dargestellt. Die elektrische Einrichtung 15 umfasst ein Schaltmodul 16, das über zwei externe Anschlüsse 17 und 18 verfügt. Das Schaltmodul 16 kann mittels der Anschlüsse 17 und 18 mit anderen baugleichen Schaltmodulen beispielsweise unter Ausbildung einer Reihenschaltung verbunden werden. Das Schaltmodul 16 umfasst zwei Leistungshalbleiterschalteinheiten 19, 20, die jeweils einen IGBT-Schalter (191, 192) und eine antiparallele Diode umfas¬ sen. Die Leistungshalbleiterschalteinheiten 19, 20 sind miteinander in einer dem Fachmann bekannten Weise als Halbbrückenschaltung verbunden. Ferner umfasst das Schaltmodul 16 zwei Klemmen 21 und 22 zum Anschluss an ein Speichermodul 23.
Das Speichermodul 23 umfasst einen Kondensator. Ferner umfasst das Speichermodul 23 zwei Klemmen 24 und 25 zum An¬ schluss an das Schaltmodul 16. Die Verbindung der Klemme 21 des Schaltmoduls 16 mit der
Klemme 24 des Speichermoduls 23 erfolgt mittels der Kontakt¬ anordnung 1, die den Aufbau gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figuren 1 und 2 aufweist. Entsprechend erfolgt die Verbindung der Klemme 22 des Schaltmoduls 16 mit der Klemme 25 des Spei- chermoduls 23 mittels einer weiteren, baugleichen Kontaktanordnung 1.

Claims

Patentansprüche
1. Elektrische Kontaktanordnung (1) für Hochspannungsanwendungen mit einem ersten und einem zweiten Kontaktstück (2, 3), dadurch gekennzeichnet, dass
zur Herstellung eines elektrischen Kontaktes das zweite Kontaktstück (3) mittels Drehung einer mit dem ersten Kontaktstück (2) verbundenen und drehbar gelagerten, zumindest abschnittsweise exzentrischen Klemmstange (4) zwischen dem ersten Kontaktstück (2) und der Klemmstange (4) verklemmbar ist.
2. Kontaktanordnung (1) nach Anspruch 1, wobei die Kontaktstücke (2, 3) zumindest teilweise flächig ausgebildet sind und in einem verklemmten Zustand der Kontaktanord¬ nung (1) zumindest abschnittsweise aneinander anliegen, wobei die Klemmstange (4) derart angeordnet ist, dass eine Längskante (9) der Klemmstange (4) eine Anpress¬ kraft auf die zumindest abschnittsweise aneinander an- liegenden Kontaktstücke (2, 3) ausübt, so dass das zweite Kontaktstück (3) zwischen dem ersten Kontaktstück (2) und der Klemmstange (4) lösbar verklemmt ist.
3. Kontaktanordnung (1) nach Anspruch 2, wobei die Anpress- kraft über ein Federelement (61 ,62) auf die Kontakt¬ stücke übertragbar ist.
4. Kontaktanordnung (1) nach Anspruch 3, wobei das Federelement (61, 62) wenigstens eine Tellerfeder umfasst.
5. Kontaktanordnung (10) nach Anspruch 4, wobei eine Rückstellfeder (14) vorgesehen ist, die derart angeordnet ist, dass eine Federkraft der Rückstellfeder (14) ent¬ gegen der Anpresskraft wirkt.
6. Kontaktanordnung (1, 10) nach einem der vorangehenden
Ansprüche, wobei die Kontaktanordnung (1, 10) zum Führen von Strömen oberhalb von 1 MA ausgelegt ist. Kontaktanordnung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Längskante (13) der Klemmstange (41) eine Fase (131) aufweist.
Kontaktanordnung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Klemmstange (11) einen mehrkantigen Querschnitt aufweist.
Elektrische Einrichtung (15) mit einem Schaltmodul (16), das wenigstens einen Leistungshalbleiterschalter (191, 192) umfasst, und mit einem Speichermodul (23), wobei zwischen dem Schaltmodul (16) und dem Speichermodul (23) ein elektrischer Kontakt mittels einer Kontaktanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 herstell¬ bar ist. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kontaktes zwischen zwei zumindest teilweise flächigen Kontaktstü¬ cken (2, 3), bei dem
- die Kontaktstücke (2, 3) zumindest abschnittsweise aneinander angelegt werden und
- eine mit dem ersten Kontaktstück (2) verbundene, entlang einer Längsachse drehbar gelagerte, zumindest abschnittsweise exzentrischen Klemmstange (4) um ei¬ nen vorbestimmten Drehwinkel gedreht wird, so dass eine Längskante der Klemmstange (4) eine Anpresskraft auf die zumindest abschnittsweise aneinander anlie¬ genden Kontaktstücke (2, 3) ausübt, wobei das zweite Kontaktstück (3) zwischen dem ersten Kontaktstück (2) und der Klemmstange (4) verklemmt wird.
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