EP4318815A1 - Strombuchse zur lösbaren verbindung mit einem stromstecker - Google Patents

Strombuchse zur lösbaren verbindung mit einem stromstecker Download PDF

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EP4318815A1
EP4318815A1 EP22188955.3A EP22188955A EP4318815A1 EP 4318815 A1 EP4318815 A1 EP 4318815A1 EP 22188955 A EP22188955 A EP 22188955A EP 4318815 A1 EP4318815 A1 EP 4318815A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
power
base body
receptacle
socket
sleeve
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22188955.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Leonhartsberger
Thomas Gschmeidler
Thomas FREUDENTHALER
Sebastian LICHT
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fronius International GmbH
Original Assignee
Fronius International GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fronius International GmbH filed Critical Fronius International GmbH
Priority to EP22188955.3A priority Critical patent/EP4318815A1/de
Priority to PCT/EP2023/071665 priority patent/WO2024028481A1/de
Publication of EP4318815A1 publication Critical patent/EP4318815A1/de
Pending legal-status Critical Current

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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
    • H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
    • H01R13/02—Contact members
    • H01R13/20—Pins, blades, or sockets shaped, or provided with separate member, to retain co-operating parts together
    • H01R13/213—Pins, blades, or sockets shaped, or provided with separate member, to retain co-operating parts together by bayonet connection
    • 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
    • H01R13/005—Electrical coupling combined with fluidic coupling
    • 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
    • H01R4/54—Bayonet or keyhole
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R9/00—Structural associations of a plurality of mutually-insulated electrical connecting elements, e.g. terminal strips or terminal blocks; Terminals or binding posts mounted upon a base or in a case; Bases therefor
    • H01R9/11—End pieces for multiconductor cables supported by the cable and for facilitating connections to other conductive members, e.g. for liquid cooled welding cables

Definitions

  • the invention relates to a power socket for a detachable connection to a power plug, with a base body made of electrically conductive material with a hole for receiving a substantially cylindrical bolt of the power plug and with a device for connection to a power cable, with a helical groove in the base body for receiving a Locking lug of the power plug is arranged.
  • the present invention also relates to a power coupling consisting of such a power socket and an associated power plug.
  • the term "essentially cylindrical" is intended to clarify that the hole in the base body of the power socket as well as the bolt of a matching power plug can also deviate slightly from the rotationally symmetrical shape and, for example, be designed slightly eccentrically.
  • Such power sockets together with suitable power plugs, represent power couplings which are designed to transmit high currents of up to several hundred amperes.
  • power couplings are used in welding systems to conduct high welding currents from the welding power source to the welding torch and to the workpiece.
  • the standard DIN EN 60974-12 “Plug connections for welding cables” exists for these connections that are common in welding technology.
  • power sockets can be used as part of corresponding power couplings for transmitting the direct current from solar modules or the charging current for charging batteries.
  • plugs from DINSE Ges.mbH are often used for power cable couplings and hose package couplings, which are known to those skilled in the field of welding technology as so-called DINSE ® plugs, DINSE ® sockets or DINSE ® connectors.
  • DINSE ® Connector With the DINSE ® Connector, a plug with a locking lug is screwed into a socket with a helical groove with an angle of rotation of approx. 270° and a pitch of around 4 mm per 360°. Due to the thread-like interaction between Plug and socket results in a certain preload force or a tightening torque of the connection or a corresponding axial force, which holds the plug connection in its connected state. Depending on the current strength, the plugs and sockets have different cross-sections.
  • the inert gas or plasma-compatible medium is also guided through appropriate channels in the center of the power coupling.
  • the relatively high pitch of the helical groove in current sockets of the prior art together with a small preload length (that length of the plug connection which extends from the power contact surface between the power plug and the power socket and the locking lug of the power plug) and a high preload surface (that surface of the power socket or the Bolt cross section of the power plug, which is loaded with a force) of the connection result in an extremely steep preload characteristic, i.e. a high gradient in the force-distance curve of the plug connection.
  • the contact resistance of the power coupling increases rapidly. When correspondingly high currents are transmitted, this can lead to local overheating at the connection between the power socket and power plug, which in turn can oxidize parts of the power cable and the power coupling. With an oxidized power coupling, the operating temperatures increase, which can lead to the destruction of the plastic parts of the power plug and socket, the connected power cable and the connected device, for example the welding power source. If the prescribed temperature values are significantly exceeded, injury to the operating personnel cannot be ruled out. In addition, an increase in the contact resistance of the power coupling can also negatively influence the respective process, for example the welding process, and even lead to incorrect production.
  • the DE 10 2018 007 686 A1 describes a welding power cable for connection to a welding power source, whereby the risk of the power plug being accidentally detached from the power socket due to torsion is reduced by a bayonet element with a bayonet locking device.
  • the object of the present invention is to create an above-mentioned current socket for couplings for transmitting high currents of up to several 100 A, as can occur, for example, in welding systems, photovoltaic systems or battery chargers, which ensures the lowest possible contact resistance and thus optimal current transfer and the The risk of local overheating of the power socket and power plug due to impermissibly high current densities is prevented or at least minimized.
  • the power socket should be as simple and inexpensive to produce as possible and should also allow a protective gas or the like to be guided in the center. Disadvantages of known power sockets should be avoided or reduced.
  • the object according to the invention is achieved by an above-mentioned power socket, the base body having a sleeve with the helical groove and a receptacle for the sleeve, and the helical groove having at least two areas with a positive pitch and at the end of each area with a positive slope, areas with a negative slope are arranged to form a locking step.
  • the operator can be given haptic feedback when the respective locking level is reached.
  • a higher release torque than the tightening torque can be achieved, which means that the power coupling can no longer be released unintentionally as easily.
  • the contact resistance can also be reduced and the risk of destruction or impairment of the power socket, the power plug, the power cable or the devices connected to it, as well as the risk of injury due to excess temperature and a negative influence on the respective process, for example the welding process, is reduced become.
  • the measures on the power socket allow connection with conventional power plugs, for example the above-mentioned DINSE ® plugs, and do not require the plugs of conventional components to be replaced, for example welding components.
  • a further advantage of the present power socket is that the space around the central axis of the power socket can be kept free of structural measures, whereby a hole or a cavity can be created in the center of the power socket, for example for guiding a protective gas, a plasma-capable medium, a welding wire or the like. can be easily provided. Because the technical features for solving the problem according to the invention are arranged in the power socket, the costs required for this can be reduced from the more cost-sensitive Part of the power coupling, the power plug, can be moved into the power socket.
  • the power socket is usually located in the respective device, for example in the welding power source, and is less exposed to harsh environmental conditions than the power plug. But the necessary design measures on the power socket can also be implemented relatively easily and inexpensively.
  • a spring element for resilient mounting of the sleeve in the axial direction of the receptacle of the base body is arranged in the receptacle for the sleeve of the base body, a further improvement of the connection between the power socket and a corresponding power plug and thus a lower contact resistance of the power coupling can be achieved.
  • the spring force allows the loosening torque to be further increased compared to the tightening torque of the plug connection, thus further reducing the risk of the power plug being unintentionally released from the power socket. Thermal cycles, vibrations and impacts can no longer loosen the plug connection.
  • the contact force of the power connection and thus the contact resistance can be influenced.
  • the force effect on the contact surface in the respective locking level can be adjusted via the spring element. A force effect on the contact surface of 5 to 50 N/mm 2 is preferred.
  • the spring element is formed by at least one wire spring washer.
  • a wire spring washer can be produced very cost-effectively using a corrugated flat wire and can be arranged in the power socket in a particularly space-saving manner without the central area of the socket being required and can therefore be available for guiding a protective gas or the like.
  • the spring element is advantageously formed by two wire spring washers and a spacer ring arranged between the wire spring washers.
  • the spacer ring prevents the spring travel of the wire spring washers arranged on both sides of it from being reduced by twisting the wire spring washers relative to one another and the entire spring force of the wire spring washers can therefore be used be exploited.
  • the sleeve has positioning elements, in particular axial locking lugs, to prevent rotation relative to the receiving base body of the power socket.
  • positioning elements on the sleeve are easy to implement and do not significantly increase the manufacturing costs.
  • the receptacle for the sleeve of the base body of the power socket can consist of two parts that can be connected to one another.
  • the power socket can be assembled very quickly and easily by simply placing the necessary components, the sleeve and any spring elements, at designated locations on the parts of the receptacle of the base body of the power socket and then connecting the parts to one another.
  • the two parts of the receptacle of the base body can preferably be connected to one another via a press fit.
  • the parts of the receptacle of the base body can also be releasably connected to one another, for example via a screw connection with a left-hand or right-hand thread.
  • the receptacle of the base body can be made of metal or a metal alloy, in particular of steel or a steel alloy, preferably of brass or a brass alloy, and with a covering made of electrically insulating material.
  • the sleeve of the power socket is preferably made of a harder material, for example steel or a steel alloy. This has the advantage that wear occurs preferably on the softer power plug and not on the harder sleeve of the power socket.
  • the holder of the base body has a flat end face for contacting for optimal current transfer to the power plug. Due to the flat design of the end face of the receptacle, a uniform low contact resistance can be achieved over the entire contact surface. This prevents areas on the contact surface with higher contact resistance, which can lead to local overheating due to particularly high current densities. If through the power socket Protective gas or the like is guided, the area around the central axis is left out and the end face is therefore preferably annular.
  • the end face of the receptacle of the base body can have a coating, for example a silver coating.
  • Coatings made of zinc or gold are also possible for low contact resistance. Phosphate coatings, if necessary in combination with other chemical substances, protect the contact surface from corrosion.
  • the groove in the sleeve extends over a rotation angle of 90° to 270°. Such angles of rotation are suitable for handling the power coupling.
  • the pitch of the areas of the groove with a positive pitch is ideally between 1 mm and 8 mm per 360°. These values are suitable for a suitable connection of the power socket to a suitable power plug with the locking lug.
  • the slope of the areas of the helical groove with a positive slope does not necessarily have to be constant, but can also be graded, for example increasing or flattening.
  • the pitch of the areas of the groove with a negative pitch to form the locking steps is between 0.1 mm and 20 mm, preferably between 1 mm and 20 mm, particularly preferably between 5 mm and 20 mm per 360°.
  • the areas with a negative slope By providing the areas with a negative slope, the loosening torque can be increased even further compared to the tightening torque and the haptic feedback to the user when reaching the locking levels can be improved.
  • the gradient of the areas of the helical groove in the sleeve can also be designed with a negative gradient.
  • the helical groove after the areas with a negative gradient, can also have areas with no or no significant gradient.
  • grading between the areas with a negative gradient and the areas without a gradient a smooth transition between these areas of the helical groove can be achieved. Such transitions can positively influence the user's haptic perception.
  • the device for connecting to a power cable can be formed by a screw connection. This represents a simple and cost-effective implementation of the connection between the power cable and the power socket.
  • the receptacle of the base body of the power socket has a through hole or the like in the axial direction for guiding a protective gas or the like, a protective gas or plasma-capable medium can be guided through the power contact.
  • a protective gas or plasma-capable medium can be guided through the power contact.
  • a differently shaped cavity can be provided in the receptacle of the base body in the axial direction to guide the protective gas or the like.
  • a power coupling 50 consisting of a power socket 1 and a power plug 30 according to the prior art is shown in a separate state.
  • the power plug 30 has, in addition to a base body not described in detail, a corresponding insulation and a device for connection to the power cable 40, a substantially cylindrical bolt 31 made of electrically conductive material with a locking lug 32.
  • the power socket 1 for a detachable connection to the power plug 30 has a base body 2 made of electrically conductive material with a bore 2 'for receiving the bolt 31 of the power plug 30.
  • the power socket 1 also has a device 4, not described in more detail, for connection to the power cable 40, for example a screw connection (see Fig. 2 ).
  • the base body 2 of the power socket 1 there is a helical groove 5 for receiving the locking lug 32 of the power plug 30.
  • the essentially cylindrical bolt 31 of the power plug 30 is inserted into the bore 2 'of the base body 2 Power socket 1 inserted so that the locking lug 32 engages in the groove 5.
  • the power plug 30 is then rotated relative to the power socket 1 in accordance with the course of the helical groove 5 in the base body 2 of the power socket 1 (not shown). Nevertheless, the release torque is usually low and an unwanted detachment of the power plug 30 from the power socket 1 of the power coupling 50 is likely. The risk of loosening is increased when there are temperature fluctuations or mechanical forces on the parts of the power coupling 50.
  • Fig. 2 shows a sectional view through a power coupling 50 according to the prior art Fig. 1 with connected power plug 30 and power socket 1.
  • the locking lug 32 on the essentially cylindrical bolt 31 of the power plug 30 protrudes into the helical groove 5 in the base body 2 of the power socket 1.
  • the device 4 for connecting to the power cable 40 in the power socket 1 can be seen in the form of a screw connection 16.
  • the power socket 1 has a casing 13 made of electrically insulating material.
  • Fig. 3 shows an exploded view of a power socket 1 designed according to the invention.
  • the power socket 1 has a base body 2 made of electrically conductive material with a sleeve 3 with the helical groove 5 and a receptacle 3 'for the sleeve 3.
  • the receptacle 3' for the sleeve 3 consists of two parts 11, 12 that can be connected to one another.
  • the parts 11, 12 of the receptacle 3' of the base body 2 are made, for example, of brass or a brass alloy, and have a casing 13 made of electrically insulating material Material (not shown here).
  • the sleeve 3 is preferably made of a harder material than the receptacle 3 ', for example steel or a steel alloy.
  • the essentially cylindrical sleeve 3 serves to receive the essentially cylindrical bolt 31 of the power plug 30 (not shown).
  • positioning elements 9, in particular axial locking lugs 10 are arranged on the sleeve 3, which protrude into corresponding recesses 18 in part 11 of the receptacle 3' of the base body 2.
  • the device 4 for connection to a power cable 40 for example a screw connection 16, is not shown in detail.
  • a helical groove 5 for receiving the locking lug 32 of the power plug 30 is arranged in the sleeve 3, the helical groove 5 having at least two areas a, c with a positive gradient, and at the end of each area a, c with a positive gradient areas b, d are arranged with a negative gradient to form a locking step (see Fig. 4A ).
  • a spring element 6 can be arranged in the base body 2 for resiliently supporting the sleeve 3 in the axial direction is formed. This can increase the holding force in the locked state and thus prevent or make it more difficult for the connection to be unintentionally released.
  • the construction of the helical groove 5 is easier to see. Accordingly, the helical groove 5 in the sleeve 3 has at least two areas a, c with a positive gradient, with areas b, d with a negative gradient at the end of the areas a, c with a positive gradient to form a locking step and areas e without or are arranged without any significant gradient. Accordingly, two locking stages are realized with the sleeve 3 shown.
  • the operator can have a haptic Feedback can be given when the respective rest level is reached.
  • these areas e without or without a significant gradient are not absolutely necessary.
  • Fig. 5 shows a sectional view through a power socket 1 designed according to the invention Fig. 3 in assembled condition. Accordingly, the two parts 11, 12 of the receptacle 3' of the base body 2 of the power socket 1 are connected to one another, for example pressed together.
  • the sleeve 3 is arranged inside the receptacle 3' of the base body 2 and is mounted displaceably in the axial direction X relative to the receptacle 3' by a spring element 6 in the form of two wire spring washers 7 and two spacer rings 8.
  • a coating 15 for example made of silver, can be arranged on the end face 14 of the receptacle 3 'of the base body 2, which further reduces the contact resistance R Ü and also protects against corrosion.
  • Fig. 6 shows a sectional view through a power coupling 50 with the power plug 30 not yet snapped into the power socket 1. Accordingly, the two wire spring washers 7 of the spring element 6 are relaxed.
  • a continuous bore 17 for guiding a protective gas or the like is arranged in the receptacle 3 'of the base body 2, which continues in the power socket 1 in the axial direction X.
  • Fig. 7 is the sectional view through the power coupling 50 according to Fig. 6 shown with the power plug 30 snapped into the power socket 1.
  • the wire spring washers 7 of the spring element 6 are compressed and the spring force is correspondingly transferred to the end face 14 of the receptacle 3 'of the base body 2 of the power socket 1. This allows the contact resistance R Ü of the connection of the power coupling 50 to be reduced.
  • Fig. 8 shows a force-path preload diagram of a power coupling 50 with a power socket 1 designed according to the invention with two locking stages (curve C) compared to a power coupling 50 with a conventional power socket 1 (curves A and B).
  • the force F in N is plotted over the distance s in mm.
  • a conventional plug connection for example a common DINSE ® connector (path A)
  • the force F is very steep depending on the path s.
  • the curves for closing the plug connection and opening the plug connection are essentially the same.
  • a flatter curve of the force F results depending on the path s.
  • the curve of the force F for releasing the connection is below the curve of the force F for closing the plug connection. Accordingly, the loosening torque is lower than the tightening torque.
  • a force-distance curve results which is caused by the course of the helical groove 5 described above the sleeve 3 has two locking stages with two areas with a negative gradient.
  • a lower force F results. Accordingly, a certain force F must be overcome to open the connection or to release the power plug 30 from the power socket 1 according to the invention. This leads to a better hold of the plug connection, which means that the risk of the plug connection being accidentally loosened can be significantly reduced.
  • FIG. 9 For example, the contact resistance R Ü and the power loss P V of a power coupling 50 with a current socket 1 designed according to the invention (bar diagrams I) compared to power couplings 50 with conventional plug connections (bar diagrams II to IV).
  • the bar diagrams according to I show the contact resistance R Ü and the power loss P V of a power coupling 50 with the current socket 30 according to the invention. Both the contact resistance R Ü and the power loss P V have low values.
  • the bar diagrams according to II show the contact resistance R Ü and the power loss P V for a fixed, optimal connection of a conventional DINSE ® connector.
  • the values for the contact resistance R Ü and the power loss P V are comparable to those of the current socket 1 according to the invention according to I and are, for example, a few 10 pOhm or a few watts.
  • the contact resistance R Ü and the power loss P V increase sharply, for example to over 100 pOhm or a few 10 watts.
  • the bar charts according to IV show the case of a loose DINSE ® connector that is also oxidized. Accordingly, the contact resistance R Ü and the power loss P V increase sharply, for example to several 100 pOhm or approximately 100 W. Such values can lead to the destruction of the power coupling 50 due to local overheating.
  • the power socket 1 ensures an optimal, stable and permanent connection with minimal contact resistance R Ü and minimal power loss P V , whereby the risk of destruction of the components of the power coupling 50, the power cable 40 and connected devices and the risk of injury to the user are largely reduced can.

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  • Details Of Connecting Devices For Male And Female Coupling (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Strombuchse (1) zur lösbaren Verbindung mit einem Stromstecker (30), mit einem Grundkörper (2) aus elektrisch leitfähigem Material mit einer Bohrung (2') zur Aufnahme eines im Wesentlichen zylindrischen Bolzens (31) des Stromsteckers (30) und mit einer Einrichtung (4) zu Verbindung mit einem Stromkabel (40), wobei im Grundkörper (2) eine wendelförmig Nut (5) zur Aufnahme einer Verriegelungsnase (32) des Stromsteckers (30) angeordnet ist. Erfindungsgemäß weist der Grundkörper (2) eine Hülse (3) mit der wendelförmigen Nut (5) und eine Aufnahme (3') für die Hülse (3) auf, und weist die wendelförmige Nut (5) zumindest zwei Bereiche (a, c) mit positiver Steigung auf, und sind am Ende jedes Bereichs (a, c) mit positiver Steigung Bereiche (b, d) mit negativer Steigung zur Bildung jeweils einer Raststufe angeordnet.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Strombuchse zur lösbaren Verbindung mit einem Stromstecker, mit einem Grundkörper aus elektrisch leitfähigem Material mit einer Bohrung zur Aufnahme eines im Wesentlichen zylindrischen Bolzens des Stromsteckers und mit einer Einrichtung zu Verbindung mit einem Stromkabel, wobei im Grundkörper eine wendelförmig Nut zur Aufnahme einer Verriegelungsnase des Stromsteckers angeordnet ist.
  • Weiters betrifft die vorliegende Erfindung auch eine Stromkupplung bestehend aus einer solchen Strombuchse sowie einen zugehörigen Stromstecker.
  • Mit dem Begriff "im Wesentlichen zylindrisch" soll klargestellt sein, dass die Bohrung im Grundkörper der Strombuchse wie auch der Bolzen eines dazu passenden Stromsteckers von der rotationssymmetrischen Form auch leicht abweichen und beispielsweise leicht exzentrisch ausgeführt sein kann.
  • Derartige Strombuchsen stellen zusammen mit passenden Stromsteckern Stromkupplungen dar, welche zur Übertragung hoher Ströme von bis zu mehreren Hundert Ampere ausgebildet sind. Beispielsweise werden solche Stromkupplungen bei Schweißanlagen zur Leitung hoher Schweißströme von der Schweißstromquelle zum Schweißbrenner und zum Werkstück eingesetzt. Für diese in der Schweißtechnik üblichen Verbindungen existiert die Norm DIN EN 60974-12 "Steckverbindungen für Schweißleitungen". Aber auch bei anderen Anwendungen, beispielsweise Photovoltaik-Anlagen oder Batterieladegeräten können derartige Strombuchsen als Teil entsprechender Stromkupplungen zur Übertragung des Gleichstroms von Solarmodulen oder des Ladestromes zum Laden von Batterien eingesetzt werden.
  • Bei Schweißanlagen werden für Stromkabelkupplungen und Schlauchpaketkupplungen sehr häufig Stecker der Firma DINSE Ges.m.b.H. verwendet, welche dem Fachmann auf dem Gebiet der Schweißtechnik als sogenannte DINSE® Stecker, DINSE® Buchsen oder DINSE® Connectoren bekannt sind. Beim DINSE® Connector wird ein Stecker mit Verriegelungsnase in eine Buchse mit einer wendelförmigen Nut von ca. 270° Drehwinkel und einer Steigung von rund 4 mm pro 360° eingedreht. Durch das gewindeähnliche Zusammenspiel zwischen Stecker und Buchse resultiert eine gewisse Vorspannkraft bzw. ein Anzugsmoment der Verbindung bzw. eine entsprechende axiale Kraft, welche die Steckverbindung in ihrem verbundenen Zustand hält. In Abhängigkeit der Stromstärke weisen die Stecker und Buchsen unterschiedlichen Querschnitt auf.
  • Bei Schutzgas- und Plasmaschweißanlagen wird im Zentrum der Stromkupplung auch das Schutzgas oder plasmafähige Medium durch entsprechende Kanäle geführt.
  • Die relativ hohe Steigung der wendelförmigen Nut bei Strombuchsen des Standes der Technik zusammen mit einer geringen Vorspannlänge (jene Länge der Steckverbindung, welche von der Stromkontaktfläche zwischen Stromstecker und Strombuchse und Rastnase des Stromsteckers verläuft) und einer hohen Vorspannfläche (jene Fläche der Strombuchse bzw. des Bolzenquerschnitts des Stromsteckers, welche mit einer Kraft belastet wird) der Verbindung ergeben eine extrem steile Vorspannkennlinie, also eine hohe Steigung des Kraft-Weg-Verlaufs der Steckverbindung. Dies führt dazu, dass die Energie zum Lösen der Verbindung, also zum Lösen des Steckers von der Buchse, sehr gering ist und bereits Temperaturschwankungen oder Erschütterungen zu einem ungewollten Lösen der Verbindung führen können. Hat die Verbindung die Vorspannkraft verloren, steigt der Übergangswiderstand der Stromkupplung rasch an. Dies kann bei Übertragung entsprechend hoher Ströme zu lokalen Überhitzungen an der Verbindung zwischen Strombuchse und Stromstecker führen, wodurch wiederum Teile des Stromkabels und der Stromkupplung oxidieren können. Bei einer oxidierten Stromkupplung steigen wiederum die Betriebstemperaturen, welche zur Zerstörung der Kunststoffteile des Stromsteckers und der Strombuchse, des angeschlossenen Stromkabels sowie des angeschlossenen Geräts, beispielsweise der Schweißstromquelle, führen kann. Bei deutlicher Überschreitung vorgeschriebener Temperaturwerte ist auch eine Verletzung des Bedienungspersonals nicht ausgeschlossen. Darüber hinaus kann durch eine Erhöhung des Übergangswiderstands der Stromkupplung auch der jeweilige Prozess, beispielsweise der Schweißprozess, negativ beeinflusst werden und sogar zu Fehlproduktion führen.
  • Zur Verbesserung des Übergangswiderstands der Stromkupplung wurden Strombuchsen weiterentwickelt, indem durch eine federvorgespannte Verriegelungsnase des Steckers die Löseenergie bzw. das Lösedrehmoment der Verbindung deutlich erhöht wird. Eine solche Stromkupplung wird beispielsweise in der WO 2016/128557 A1 beschrieben, wobei der Stromstecker der Stromkupplung einen verschiebbar gelagerten Arretier-Bolzen aufweist, der mittels einer Federeinrichtung in einer Grundposition gehalten wird. Neben dem höheren konstruktiven Aufwand und den dadurch resultierenden höheren Herstellungskosten ist bei diesem Stecker nachteilig, dass durch die Konstruktion im Zentrum des Stromsteckers eine Bohrung oder ein Hohlraum in axialer Richtung zur Führung eines Gases nicht oder nicht einfach realisierbar ist. Schließlich ist auch nachteilig, dass sich die Lösungskomplexität im Stromstecker befindet, welcher üblicherweise raueren Umgebungsbedingungen ausgesetzt ist als die Buchse und zudem im preissensitiveren Teil der Stromkupplung angeordnet ist.
  • Die DE 10 2018 007 686 A1 beschreibt ein Schweißstromkabel zum Anschluss an eine Schweißstromquelle, wobei die Gefahr eines torsionsbedingten ungewollten Lösens des Stromsteckers von der Strombuchse durch ein Bajonettelement mit einer Bajonettverschlusseinrichtung reduziert wird.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer oben genannten Strombuchse für Kupplungen zur Übertragung hoher Ströme von bis zu mehreren 100 A, wie sie beispielsweise bei Schweißanlagen, Photovoltaikanlagen oder Batterieladegeräten auftreten können, welche einen möglichst geringen Übergangswiderstand und somit optimalen Stromübergang gewährleistet und die Gefahr lokaler Überhitzungen der Strombuchse und des Stromsteckers durch unzulässig hohe Stromdichten verhindert oder zumindest minimiert. Die Strombuchse soll möglichst einfach und kostengünstig herstellbar sein und auch die Führung eines Schutzgases oder dgl. im Zentrum ermöglichen. Nachteile bekannter Strombuchsen sollen vermieden oder reduziert werden.
  • Gelöst wird die erfindungsgemäße Aufgabe durch eine oben genannte Strombuchse, wobei der Grundkörper eine Hülse mit der wendelförmigen Nut und eine Aufnahme für die Hülse aufweist, und die wendelförmige Nut zumindest zwei Bereiche mit positiver Steigung aufweist, und am Ende jedes Bereichs mit positiver Steigung Bereiche mit negativer Steigung zur Bildung jeweils einer Raststufe angeordnet sind. Durch die Trennung des Grundkörpers in zumindest zwei Teile, der Hülse mit der wendelförmigen Nut und einer Aufnahme für die Hülse können die Teile aus unterschiedlichen Materialien hergestellt werden und noch wieitere Vorteile erzielt werden, welche weiter unten beschrieben werden. Durch das Vorsehen der wendelförmigen Nut in der Hülse der Strombuchse mit zumindest zwei Bereichen mit positiver Steigung und das Anordnen von Bereichen mit negativer Steigung am Ende jedes Bereichs mit positiver Steigung kann dem Bediener ein haptisches Feedback bei Erreichen der jeweiligen Raststufe gegeben werden. Darüber hinaus kann dadurch ein höheres Lösedrehmoment als das Anzugsdrehmoment erzielt werden, wodurch die Stromkupplung nicht mehr so leicht ungewollt gelöst werden kann. Durch das Vorsehen zumindest zweier Raststufen kann auch ein bereits verschlissener Stromstecker noch immer sicher in der Strombuchse verriegelt werden, indem die zweite oder weitere Raststufe gewählt wird, also der Stecker nach Erreichen der ersten Raststufe noch weiter gegenüber der Strombuchse verdreht und dann sicher in der nächsten oder übernächsten Raststufe gehalten wird. Aufgrund der besseren resultierenden Verbindung der Stromkupplung kann auch der Übergangswiderstand reduziert werden und die Gefahr einer Zerstörung oder Beeinträchtigung der Strombuchse, des Stromsteckers, des Stromkabels oder der damit verbundenen Geräte sowie das Verletzungsrisiko durch Übertemperatur und eine negative Beeinflussung des jeweiligen Prozesses, beispielsweise Schweißprozesses, reduziert werden. Die Maßnahmen an der Strombuchse erlauben die Verbindung mit herkömmlichen Stromsteckern, beispielsweise den oben erwähnten DINSE® Steckern, und erfordern nicht den Tausch der Stecker herkömmlicher Komponenten, beispielsweise Schweißkomponenten. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Strombuchse besteht darin, dass der Raum um die zentrale Achse der Strombuchse von baulichen Maßnahmen freigehalten werden kann, wodurch im Zentrum der Strombuchse eine Bohrung oder ein Hohlraum beispielsweise zur Führung eines Schutzgases, eines plasmafähigen Mediums, eines Schweißdrahts oder dgl. einfach vorgesehen werden kann. Dadurch, dass die technischen Merkmale zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe in der Strombuchse angeordnet sind, können die dafür notwendigen Kosten vom kostensensitiveren Teil der Stromkupplung, dem Stromstecker, in die Strombuchse verschoben werden. Darüber hinaus ist die Strombuchse meist im jeweiligen Gerät, beispielsweise in der Schweißstromquelle, angeordnet und den rauen Umgebungsbedingungen weniger stark ausgesetzt als der Stromstecker. Aber auch die notwendigen konstruktiven Maßnahmen an der Strombuchse sind relativ einfach und kostengünstig realisierbar.
  • Wenn in der Aufnahme für die Hülse des Grundkörpers ein Federelement zur federnden Lagerung der Hülse in axialer Richtung der Aufnahme des Grundkörpers angeordnet ist, kann eine weitere Verbesserung der Verbindung zwischen der Strombuchse und einem entsprechenden Stromstecker und somit ein geringerer Übergangswiderstand der Stromkupplung erzielt werden. Durch die Federkraft kann das Lösedrehmoment gegenüber dem Anzugsdrehmoment der Steckverbindung weiter erhöht werden und somit das Risiko eines ungewollten Lösens des Stromsteckers von der Strombuchse noch weiter verringert werden. Thermozyklen, Vibrationen und Schläge können die Steckverbindung nicht mehr lösen. Durch entsprechende Auswahl des Federelements kann Einfluss auf die Kontaktkraft der Stromverbindung und somit auf den Übergangswiderstand genommen werden. Über das Federelement kann die Kraftwirkung auf die Kontaktfläche in der jeweiligen Raststufe eingestellt werden. Dabei ist eine Kraftwirkung auf die Kontaktfläche von 5 bis 50 N/mm2 bevorzugt.
  • Gemäß einem Merkmal der Erfindung ist das Federelement durch zumindest eine Drahtfederscheibe gebildet. Eine solche Drahtfederscheibe ist sehr kostengünstig durch einen gewellt angeordneten Flachdraht herstellbar und kann besonders platzsparend in der Strombuchse angeordnet werden ohne dass der zentrale Bereich der Buchse benötigt wird und somit für die Führung eines Schutzgases oder dgl. zur Verfügung stehen kann.
  • Vorteilhafterweise ist das Federelement durch zwei Drahtfederscheiben und einem zwischen den Drahtfederscheiben angeordneten Distanzring gebildet. Der Distanzring verhindert, dass sich der Federweg der beiderseits davon angeordneten Drahtfederscheiben durch Verdrehung der Drahtfederscheiben zueinander verringert und es kann somit die gesamte Federkraft der Drahtfederscheiben ausgenützt werden.
  • Idealerweise weist die Hülse zur Verhinderung einer Verdrehung gegenüber der Aufnahme des Grundkörpers der Strombuchse Positionierelemente, insbesondere axiale Rastnasen, auf. Derartige Positionierelemente an der Hülse sind einfach realisierbar und erhöhen die Herstellungskosten nicht nennenswert.
  • Die Aufnahme für die Hülse des Grundkörpers der Strombuchse kann aus zwei miteinander verbindbaren Teilen bestehen. Dadurch kann die Strombuchse sehr rasch und einfach zusammengebaut werden, indem die notwendigen Bestandteile, die Hülse und die allfälligen Federelemente, einfach an dafür vorgesehenen Stellen der Teile der Aufnahme des Grundkörpers der Strombuchse platziert und die Teile dann miteinander verbunden werden. Die beiden Teile der Aufnahme des Grundkörpers sind vorzugsweise über eine Presspassung miteinander verbindbar. Alternativ dazu können die Teile der Aufnahme des Grundkörpers auch wieder lösbar miteinander verbunden werden, beispielsweise über eine Schraubverbindung mit Links- oder Rechtsgewinde.
  • Die Aufnahme des Grundkörpers kann aus Metall oder einer Metalllegierung, insbesondere aus Stahl oder einer Stahllegierung, bevorzugt aus Messing oder einer Messinglegierung, und mit einer Umhüllung aus elektrisch isolierendem Material gebildet sein.
  • Die Hülse der Strombuchse ist vorzugsweise aus einem härteren Material gebildet, beispielsweise aus Stahl oder einer Stahllegierung. Dies hat den Vorteil, dass eine Abnutzung vorzugsweise am weicheren Stromstecker geschieht und nicht an der härteren Hülse der Strombuchse.
  • Die Aufnahme des Grundkörpers weist für einen optimalen Stromübergang zum Stromstecker eine ebene Stirnfläche zur Kontaktierung auf. Durch die ebene Ausführung der Stirnfläche der Aufnahme kann ein gleichmäßiger niedriger Übergangswiderstand über die gesamte Kontaktfläche erzielt werden. Bereiche an der Kontaktfläche mit höherem Übergangswiderstand, welche zu lokalen Überhitzungen durch besonders hohe Stromdichten führen können, werden dadurch verhindert. Wenn durch die Strombuchse ein Schutzgas oder dgl. geführt wird, ist der Bereich um die zentrale Achse ausgespart und demnach die Stirnfläche vorzugsweise ringförmig ausgebildet.
  • Zur Verbesserung des Stromübergangs kann die Stirnfläche der Aufnahme des Grundkörpers eine Beschichtung, beispielsweise eine Silberbeschichtung, aufweisen. Auch Beschichtungen aus Zink oder Gold sind für einen niedrigen Übergangswiderstand möglich. Beschichtungen aus Phosphat allenfalls in Kombination mit anderen chemischen Stoffen schützen die Kontaktfläche vor Korrosion.
  • Gemäß einem Merkmal der Erfindung erstreckt sich die Nut in der Hülse über einen Drehwinkel von 90° bis 270°. Derartige Drehwinkel sind für die Handhabung der Stromkupplung geeignet.
  • Die Steigung der Bereiche der Nut mit positiver Steigung beträgt idealerweise zwischen 1 mm und 8 mm pro 360°. Diese Werte sind für eine geeignete Verbindung der Strombuchse mit einem passenden Stromstecker mit der Verriegelungsnase passend. Die Steigung der Bereiche der wendelförmigen Nut mit positiver Steigung muss nicht zwingend konstant sein, sondern kann auch gradiert ausgeführt werden, also beispielsweise ansteigen oder abflachen.
  • Die Steigung der Bereiche der Nut mit negativer Steigung zur Bildung der Raststufen beträgt zwischen 0,1 mm und 20 mm, bevorzugt zwischen 1 mm und 20 mm, besonders bevorzugt zwischen 5 mm und 20mm pro 360°. Durch das Vorsehen der Bereiche mit negativer Steigung kann das Lösedrehmoment gegenüber dem Anzugsdrehmoment noch weiter erhöht werden und das haptische Feedback an den Benutzer beim Erreichen der Raststufen verbessert werden. Wie bereits oben bei den Bereichen mit positiver Steigung erwähnt, kann auch die Steigung der Bereiche der wendelförmigen Nut in der Hülse mit negativer Steigung gradiert ausgeführt werden.
  • Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann die wendelförmige Nut nach den Bereichen mit negativer Steigung auch Bereiche ohne bzw. ohne nennenswerte Steigung aufweisen. Durch eine Gradierung zwischen den Bereichen mit negativer Steigung und den Bereichen ohne Steigung kann hier ein gleitender Übergang dieser Bereiche der wendelförmigen Nut erzielt werden. Derartige Übergänge können die haptische Wahrnehmung des Benutzers positiv beeinflussen.
  • Die Einrichtung zur Verbindung mit einem Stromkabel kann im einfachsten Fall durch eine Schraubverbindung gebildet. Dies stellt eine einfache und kostengünstige Realisierung der Verbindung zwischen Stromkabel und Strombuchse dar.
  • Wenn die Aufnahme des Grundkörpers der Strombuchse in axialer Richtung eine durchgängige Bohrung oder dgl. zur Führung eines Schutzgases oder dgl. aufweist, kann durch den Stromkontakt ein Schutzgas oder plasmafähiges Medium geführt werden. Anstelle einer rotationssymmetrischen Bohrung kann zur Führung des Schutzgases oder dgl. auch ein anders geformter Hohlraum in der Aufnahme des Grundkörpers in axialer Richtung vorgesehen werden.
  • Die vorliegende Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:
    • Fig. 1
    eine Stromkupplung bestehend aus einer Strombuchse und einem Stromstecker gemäß dem Stand der Technik in getrenntem Zustand;
    Fig. 2
    ein Schnittbild durch eine Stromkupplung des Standes der Technik gemäß Fig. 1 mit verbundenem Stromstecker und Strombuchse;
    Fig. 3
    eine Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäß ausgebildeten Strombuchse;
    Fig. 4A bis 4D
    Detaildarstellungen der Hülse einer Ausführungsform einer erfindungsgemäß ausgebildeten Strombuchse;
    Fig. 5
    ein Schnittbild durch eine erfindungsgemäß ausgebildete Strombuchse;
    Fig. 6
    ein Schnittbild durch eine Stromkupplung bei noch nicht in der Strombuchse eingerastetem Stromstecker;
    Fig. 7
    das Schnittbild durch die Stromkupplung gemäß Fig. 6 bei in der Strombuchse eingerastetem Stromstecker;
    Fig. 8
    ein Kraft-Weg Vorspanndiagramm einer Stromkupplung mit erfindungsgemäß ausgebildeter Strombuchse gegenüber einer Stromkupplung mit herkömmlicher Strombuchse; und
    Fig. 9
    der Übergangswiderstand und die Verlustleistung einer Stromkupplung mit erfindungsgemäß ausgebildeter Strombuchse gegenüber Stromkupplungen mit herkömmlichen Steckverbindungen.
  • In Fig. 1 ist eine Stromkupplung 50 bestehend aus einer Strombuchse 1 und einem Stromstecker 30 gemäß dem Stand der Technik in getrenntem Zustand dargestellt. Der Stromstecker 30 weist neben einem nicht näher beschriebenen Grundkörper, einer entsprechenden Isolierung und einer Einrichtung zur Verbindung mit dem Stromkabel 40 einen im Wesentlichen zylindrischen Bolzen 31 aus elektrisch leitfähigem Material mit einer Verriegelungsnase 32 auf. Die Strombuchse 1 zur lösbaren Verbindung mit dem Stromstecker 30 besitzt einen Grundkörper 2 aus elektrisch leitfähigem Material mit einer Bohrung 2' zur Aufnahme des Bolzens 31 des Stromsteckers 30. Auch die Strombuchse 1 weist eine nicht näher beschriebene Einrichtung 4 zu Verbindung mit dem Stromkabel 40, beispielsweise eine Schraubverbindung, auf (siehe Fig. 2). Im Grundkörper 2 der Strombuchse 1 befindet sich eine wendelförmig Nut 5 zur Aufnahme der Verriegelungsnase 32 des Stromsteckers 30. Zur Verbindung des Stromsteckers 30 mit der Strombuchse 1 wird der im Wesentlichen zylindrische Bolzen 31 des Stromsteckers 30 so in die Bohrung 2' des Grundkörpers 2 der Strombuchse 1 gesteckt, dass die Verriegelungsnase 32 in die Nut 5 eingreift. Danach erfolgt eine Verdrehung des Stromsteckers 30 gegenüber der Strombuchse 1 entsprechend dem Verlauf der wendelförmigen Nut 5 im Grundkörper 2 der Strombuchse 1 (nicht dargestellt). Dennoch ist das Lösedrehmoment meist gering und eine ungewollte Lösung des Stromsteckers 30 von der Strombuchse 1 der Stromkupplung 50 wahrscheinlich. Das Risiko des Lösens wird bei Temperaturschwankungen oder mechanischen Kräften auf die Teile der Stromkupplung 50 verstärkt. Durch die beim Lösen der Verbindung auftretende Erhöhung der Übergangswiderstände kann es zu lokalen Überhitzungen des Stromsteckers 30, der Strombuchse 1 und bzw. oder des Stromkabels 40 und zur Zerstörung von Teilen dieser Komponenten kommen. Zwar kann die Situation beispielsweise durch eine federnd gelagerte Verriegelungsnase 32 verbessert, ein ungewolltes Lösen der Steckerverbindung aber nach wie vor nicht ausgeschlossen werden.
  • Fig. 2 zeigt ein Schnittbild durch eine Stromkupplung 50 des Standes der Technik gemäß Fig. 1 mit verbundenem Stromstecker 30 und Strombuchse 1. Hier ist ersichtlich, wie die Verriegelungsnase 32 am im Wesentlichen zylindrischen Bolzen 31 des Stromsteckers 30 in die wendelförmige Nut 5 im Grundkörper 2 der Strombuchse 1 ragt. Zusätzlich ist die Einrichtung 4 zur Verbindung mit dem Stromkabel 40 in der Strombuchse 1 in Form einer Schraubverbindung 16 erkennbar. Die Strombuchse 1 weist eine Umhüllung 13 aus elektrisch isolierendem Material auf.
  • Fig. 3 zeigt eine Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäß ausgebildeten Strombuchse 1. Die Strombuchse 1 weist einen Grundkörper 2 aus elektrisch leitfähigem Material mit einer Hülse 3 mit der wendelförmigen Nut 5 und einer Aufnahme 3' für die Hülse 3 auf. Im dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die Aufnahme 3' für die Hülse 3 aus zwei miteinander verbindbaren Teilen 11, 12. Die Teile 11, 12 der Aufnahme 3' des Grundkörpers 2 sind beispielsweise aus Messing oder einer Messinglegierung gebildet, und weisen eine Umhüllung 13 aus elektrisch isolierendem Material (hier nicht dargestellt) auf. Die Hülse 3 ist vorzugsweise aus einem härteren Material als die Aufnahme 3' gebildet, beispielsweise aus Stahl oder einer Stahllegierung. Die im Wesentlichen zylindrischen Hülse 3 dient zur Aufnahme des im Wesentlichen zylindrischen Bolzens 31 des Stromsteckers 30 (nicht dargestellt). Zur Verhinderung einer Verdrehung der Hülse 3 gegenüber der Aufnahme 3' des Grundkörpers 2 sind Positionierelemente 9, insbesondere axiale Rastnasen 10, an der Hülse 3 angeordnet, welche in entsprechende Aussparungen 18 im Teil 11 der Aufnahme 3' des Grundkörpers 2 ragen. Die Einrichtung 4 zu Verbindung mit einem Stromkabel 40, beispielsweise eine Schraubverbindung 16, ist nicht im Detail dargestellt. Erfindungsgemäß ist in der Hülse 3 eine wendelförmig Nut 5 zur Aufnahme der Verriegelungsnase 32 des Stromsteckers 30 angeordnet, wobei die wendelförmige Nut 5 zumindest zwei Bereiche a, c mit positiver Steigung aufweist, und am Ende jedes Bereichs a, c mit positiver Steigung Bereiche b, d mit negativer Steigung zur Bildung jeweils einer Raststufe angeordnet sind (siehe Fig. 4A).
  • Optional kann im Grundkörper 2 ein Federelement 6 zur federnden Lagerung der Hülse 3 in axialer Richtung X der Aufnahme 3' des Grundkörpers 2 angeordnet sein, welches im dargestellten Beispiel durch zwei Drahtfederscheiben 7 und zwei Distanzringe 8 gebildet ist. Dadurch kann die Haltekraft im verriegelten Zustand erhöht und somit ein ungewolltes Lösen der Verbindung verhindert oder erschwert werden.
  • Aus der Detaildarstellung des abgewickelten Mantels der Hülse 3 einer Ausführungsform einer erfindungsgemäß ausgebildeten Strombuchse 1 gemäß Fig. 4A sowie drei unterschiedlichen Ansichten der Hülse 3 gemäß den Fig. 4B bis 4D ist die Konstruktion der wendelförmigen Nut 5 besser erkennbar. Demnach weist die wendelförmige Nut 5 in der Hülse 3 zumindest zwei Bereiche a, c mit positiver Steigung auf, wobei am Ende der Bereiche a, c mit positiver Steigung Bereiche b, d mit negativer Steigung zur Bildung jeweils einer Raststufe sowie Bereiche e ohne bzw. ohne nennenswerte Steigung angeordnet sind. Dementsprechend werden mit der dargestellten Hülse 3 zwei Raststufen realisiert. Durch das Vorsehen der wendelförmigen Nut 5 in der Hülse 3 der Strombuchse 1 mit zumindest zwei Bereichen a, c mit positiver Steigung und das Anordnen von Bereichen b, d mit negativer Steigung am Ende jedes Bereichs a, c mit positiver Steigung kann dem Bediener ein haptisches Feedback bei Erreichen der jeweiligen Raststufe gegeben werden. Für ein definiertes Einrasten kann es zwischen den Bereichen a, c mit positiver Steigung und den Bereichen b, d mit negativer Steigung Bereiche e ohne bzw. ohne nennenswerte Steigung geben. Diese Bereiche e ohne bzw. ohne nennenswerte Steigung sind jedoch nicht zwingend notwendig. Ferner ist es möglich, dass die Bereiche a, c mit positiver Steigung und die Bereiche b, d mit negativer Steigung gradiert ausgeführt werden, deren Steigung also nicht zwingend konstant, sondern beispielsweise ansteigend oder abflachend sein kann.
  • Fig. 5 zeigt ein Schnittbild durch eine erfindungsgemäß ausgebildete Strombuchse 1 gemäß Fig. 3 im zusammengebauten Zustand. Demgemäß sind die beiden Teile 11, 12 der Aufnahme 3' des Grundkörpers 2 der Strombuchse 1 miteinander verbunden, beispielsweise miteinander verpresst. Im Inneren der Aufnahme 3' des Grundkörpers 2 ist die Hülse 3 angeordnet und durch ein Federelement 6 in Form von zwei Drahtfederscheiben 7 und zwei Distanzringe 8 in axialer Richtung X gegenüber der Aufnahme 3' verschieblich gelagert. Dadurch kann eine erhöhte Kraft auf die Stirnfläche 14 der Aufnahme 3' ausgeübt werden, wenn die Strombuchse 1 mit dem Stromstecker 30 verbunden wird. Auf der Stirnfläche 14 der Aufnahme 3' des Grundkörpers 2 kann eine Beschichtung 15, beispielsweise aus Silber, angeordnet sein, welche den Übergangswiderstand RÜ weiter reduziert und auch vor Korrosion schützt.
  • Fig. 6 zeigt ein Schnittbild durch eine Stromkupplung 50 bei noch nicht in der Strombuchse 1 eingerastetem Stromstecker 30. Dementsprechend sind die beiden Drahtfederscheiben 7 des Federelements 6 entspannt. Im Stromstecker 30 ist eine durchgängige Bohrung 17 für die Führung eines Schutzgases oder dgl. in der Aufnahme 3' des Grundkörpers 2 angeordnet, der sich in der Strombuchse 1 in axialer Richtung X fortsetzt.
  • In Fig. 7 ist das Schnittbild durch die Stromkupplung 50 gemäß Fig. 6 bei in der Strombuchse 1 eingerastetem Stromstecker 30 dargestellt. In diesem Fall sind die Drahtfederscheiben 7 des Federelements 6 komprimiert und die Federkraft wird entsprechend auf die Stirnfläche 14 der Aufnahme 3' des Grundkörpers 2 der Strombuchse 1 übertragen. Dadurch kann der Übergangswiderstand RÜ der Verbindung der Stromkupplung 50 reduziert werden.
  • Fig. 8 zeigt ein Kraft-Weg Vorspanndiagramm einer Stromkupplung 50 mit erfindungsgemäß ausgebildeter Strombuchse 1 mit zwei Raststufen (Verlauf C) gegenüber einer Stromkupplung 50 mit herkömmlicher Strombuchse 1 (Verläufe A und B). Die Kraft F in N ist über dem Weg s in mm aufgetragen. Bei einer herkömmlichen Steckverbindung, beispielsweise einem gängigen DINSE® Connector (Verlauf A) verläuft die Kraft F in Abhängigkeit des Weges s sehr steil. Die Kurven für das Schließen der Steckverbindung als auch das Öffnen der Steckverbindung sind im Wesentlichen gleich ausgebildet. Bei einer Weiterbildung des Steckers mit einer federnd vorgespannten Verriegelungsnase (Verlauf B) resultiert ein flacherer Verlauf der Kraft F in Abhängigkeit des Weges s. Der Verlauf der Kraft F zum Lösen der Verbindung liegt unterhalb des Verlaufs der Kraft F für das Schließen der Steckverbindung. Dementsprechend ist das Lösedrehmoment geringer als das Anzugsdrehmoment. Bei der Stromkupplung 50 mit einer erfindungsgemäßen Strombuchse 1 (Verlauf C) resultiert ein Kraft-Weg-Verlauf, der durch den oben beschriebenen Verlauf der wendelförmigen Nut 5 in der Hülse 3 mit zwei Bereichen mit negativer Steigung zwei Raststufen aufweist. Im verrasteten Zustand der Steckverbindung resultiert jeweils eine geringere Kraft F. Demgemäß muss zum Öffnen der Verbindung bzw. zum Lösen des Stromsteckers 30 von der erfindungsgemäßen Strombuchse 1 eine gewisse Kraft F überwunden werden. Dies führt zu einem besseren Halt der Steckverbindung, wodurch das Risiko eines ungewollten Lösens der Steckverbindung wesentlich reduziert werden kann.
  • Schließlich zeigt Fig. 9 beispielhaft den Übergangswiderstand RÜ und die Verlustleistung PV einer Stromkupplung 50 mit erfindungsgemäß ausgebildeter Strombuchse 1 (Balkendiagramme I) gegenüber Stromkupplungen 50 mit herkömmlichen Steckverbindungen (Balkendiagramme II bis IV). Die Balkendiagramme gemäß I zeigen den Übergangswiderstand RÜ und die Verlustleistung PV einer Stromkupplung 50 mit der erfindungsgemäßen Strombuchse 30. Sowohl der Übergangswiderstand RÜ als auch die Verlustleistung PV weisen geringe Werte auf. Die Balkendiagramme gemäß II zeigen den Übergangswiderstand RÜ und die Verlustleistung PV bei einer festen optimalen Verbindung eines herkömmlichen DINSE® Connectors. Die Werte für den Übergangswiderstand RÜ und die Verlustleistung PV sind mit jenen der erfindungsgemäßen Strombuchse 1 gemäß I vergleichbar und liegen beispielsweise bei einigen 10 pOhm bzw. einigen Watt. Bei einem lockeren DINSE® Connector (Balkendiagramme gemäß III) steigen der Übergangswiderstand RÜ und die Verlustleistung PV stark an, beispielsweise auf über 100 pOhm bzw. einige 10 Watt. Die Balkendiagramme gemäß IV zeigen den Fall eines lockeren DINSE® Connectors, der zusätzlich oxidiert ist. Dementsprechend steigen der Übergangswiderstand RÜ und die Verlustleistung PV stark an, beispielsweise auf mehrere 100 pOhm bzw. etwa 100 W. Derartige Werte können zur Zerstörung der Stromkupplung 50 durch lokale Überhitzungen führen. Die erfindungsgemäße Strombuchse 1 sorgt hingegen für eine optimale, stabile und dauerhafte Verbindung mit minimalem Übergangswiderstand RÜ und minimaler Verlustleistung PV, wodurch die Gefahr einer Zerstörung der Komponenten der Stromkupplung 50, der Stromkabel 40 sowie angeschlossenen Geräten und das Verletzungsrisiko der Benutzer weitestgehend reduziert werden kann.

Claims (15)

  1. Strombuchse (1) zur lösbaren Verbindung mit einem Stromstecker (30), mit einem Grundkörper (2) aus elektrisch leitfähigem Material mit einer Bohrung (2') zur Aufnahme eines im Wesentlichen zylindrischen Bolzens (31) des Stromsteckers (30) und mit einer Einrichtung (4) zu Verbindung mit einem Stromkabel (40), wobei im Grundkörper (2) eine wendelförmig Nut (5) zur Aufnahme einer Verriegelungsnase (32) des Stromsteckers (30) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (2) eine Hülse (3) mit der wendelförmigen Nut (5) und eine Aufnahme (3') für die Hülse (3) aufweist, und die wendelförmige Nut (5) zumindest zwei Bereiche (a, c) mit positiver Steigung aufweist, und am Ende jedes Bereichs (a, c) mit positiver Steigung Bereiche (b, d) mit negativer Steigung zur Bildung jeweils einer Raststufe angeordnet sind.
  2. Strombuchse (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Aufnahme (3') für die Hülse (3) des Grundkörpers (2) ein Federelement (6) zur federnden Lagerung der Hülse (3) in axialer Richtung (X) der Aufnahme (3') angeordnet ist.
  3. Strombuchse (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (6) durch zumindest eine Drahtfederscheibe (7) gebildet ist.
  4. Strombuchse (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (6) durch zwei Drahtfederscheiben (7) und einem zwischen den Drahtfederscheiben (7) angeordneten Distanzring (8) gebildet ist.
  5. Strombuchse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (3) zur Verhinderung einer Verdrehung gegenüber der Aufnahme (3') des Grundkörpers (2) Positionierelemente (9), insbesondere axiale Rastnasen (10), aufweist.
  6. Strombuchse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (3') des Grundkörpers (2) aus zwei miteinander verbindbaren Teilen (11, 12) besteht, wobei die beiden Teile (11, 12) der Aufnahme (3') des Grundkörpers (2) vorzugsweise über eine Presspassung miteinander verbindbar sind.
  7. Strombuchse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (3') aus Metall oder einer Metalllegierung, insbesondere aus Stahl oder einer Stahllegierung, bevorzugt aus Messing oder einer Messinglegierung, und mit einer Umhüllung (13) aus elektrisch isolierendem Material gebildet ist, und dass die Hülse (3) aus härterem Material als die Aufnahme (3'), beispielsweise aus Stahl oder einer Stahllegierung gebildet ist.
  8. Strombuchse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (3') des Grundkörpers (2) eine ebene Stirnfläche (14) zur Kontaktierung aufweist.
  9. Strombuchse (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnfläche (14) der Aufnahme (3') eine Beschichtung (15), beispielsweise eine Silberbeschichtung, aufweist.
  10. Strombuchse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Nut (5) in der Hülse (3) über einen Drehwinkel (α) von 90° bis 270° erstreckt.
  11. Strombuchse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigung der Bereiche (a, c) der Nut (5) mit positiver Steigung zwischen 1 mm und 8 mm pro 360° beträgt.
  12. Strombuchse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigung der Bereiche (b, d) der Nut (5) mit negativer Steigung zur Bildung der Raststufen zwischen 0,1 mm und 20 mm, bevorzugt zwischen 1 mm und 20 mm, besonders bevorzugt zwischen 5 mm und 20mm pro 360° beträgt.
  13. Strombuchse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die wendelförmige Nut (5) nach den Bereichen (b, d) mit negativer Steigung Bereiche (e) ohne Steigung aufweist.
  14. Strombuchse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (4) zur Verbindung mit einem Stromkabel (40) durch eine Schraubverbindung (16) gebildet ist.
  15. Strombuchse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (3') des Grundkörpers (2) in axialer Richtung (X) eine durchgängige Bohrung (17) oder dgl. zur Führung eines Schutzgases (S) oder dgl. aufweist.
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