WO2019002522A1 - Hochstromkontaktbuchse - Google Patents

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WO2019002522A1
WO2019002522A1 PCT/EP2018/067509 EP2018067509W WO2019002522A1 WO 2019002522 A1 WO2019002522 A1 WO 2019002522A1 EP 2018067509 W EP2018067509 W EP 2018067509W WO 2019002522 A1 WO2019002522 A1 WO 2019002522A1
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WO
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piston
contact socket
current contact
socket
contact pin
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PCT/EP2018/067509
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Manuel Kagerhuber
Anton Mayer
Andreas Briesemann
Original Assignee
Lisa Dräxlmaier GmbH
PTR HARTMANN GmbH
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Publication date
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    • H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
    • H01R13/02—Contact members
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    • H01R13/11—Resilient sockets
    • H01R13/111—Resilient sockets co-operating with pins having a circular transverse section
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    • H01R13/193—Means for increasing contact pressure at the end of engagement of coupling part, e.g. zero insertion force or no friction
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • G01R31/66—Testing of connections, e.g. of plugs or non-disconnectable joints
    • G01R31/68—Testing of releasable connections, e.g. of terminals mounted on a printed circuit board
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    • H01R2201/00—Connectors or connections adapted for particular applications
    • H01R2201/20—Connectors or connections adapted for particular applications for testing or measuring purposes

Definitions

  • the present invention relates to a high-current contact socket for receiving a contact pin and for making an electrical connection with the contact pin according to claim 1.
  • Contact elements are provided, in particular to connect high-current connections with, for example, stranded-wire cables both mechanically and electrically reliably with the corresponding contact element. It must be ensured that high tensile forces, mechanical influences and vibrations must not cause unwanted separation of the connection.
  • stranded conductors are connected to contact elements with crimped connections or, alternatively, stranded conductors can be connected to contact elements in which a conical or cylindrical contact part in a contact element presses the stranded conductors onto a correspondingly shaped counter surface by means of axially or radially acting forces the angles of the conical surfaces are usually the same.
  • DE 89 14 460 U1 discloses a contact system consisting of a socket part and a plug part with resilient contact blades for the transmission of high currents.
  • FR 618 171 A discloses devices which are suitable for clamping electrical conductors for electrical equipment, in which particular sheathed electrical conductors are clamped in insulating devices for mounting.
  • EP 3 121 908 A1 discloses a connector with an electrically conductive contact socket.
  • the contact socket is accessible through an opening in the connector.
  • a closure element for closing the opening is movably mounted within the contact socket.
  • An object of the invention is therefore to provide a contact socket suitable for high currents using structurally simplest possible means.
  • a high current contact socket serves to receive a contact pin and to establish an electrical connection with the contact pin.
  • the high current contact socket comprises a piston which has a receiving space.
  • a radially movable clamping element for clamping receiving the contact pin is arranged.
  • the clamping element is preferably formed in the form of a collet or a clamping cage.
  • the clamping cage is preferably formed of a plurality of extending in the piston longitudinal direction resilient elements. Such a design can be accomplished by the clamping element z.
  • B. is formed from a slotted clamping cage.
  • the inner wall of the receiving space, in which the clamping element is mounted, is formed with a control cam for radial constriction of the clamping element.
  • Control cam in the sense of the present invention means that the spring arms of the clamping cage are moved radially inwardly upon actuation of the clamping element from a HeidelbergstatteinUSDposition to a contact pin clamping position along the control cam, that the opening mechanism of the opening for receiving the contact pin is reduced, whereby the clamping element is constricted ,
  • control curve has the task of operating the movable spring arms of the clamping cage so that the contact pin is increasingly subjected to force and trapped in the transition from the KunststoffckeinUSDposition in the contact pin clamping position of the spring arms.
  • the cam is preferably designed so that upon actuation of the clamping element, the spring arms are actuated inwardly, so that the clamping cage is constricted continuously radially. In this way, it is possible that when handling the high-current contact socket is also immediately felt, as in the radial constriction of the clamping element, the clamping force for clamping the contact pin steadily increases.
  • the clamping cage or the collet at least two spring arms, more preferably at least four spring arms.
  • the more spring arms, ie radial subdivisions are provided, the more contact points, ie contact points between spring arms and contact pin, can be achieved. In order to better compensate for tolerances, as many investment points as possible are also advantageous.
  • the spring arms also makes it possible that any dirt entering enters the slots of the spring arms and thus the actual contact point between the high current contact socket and pin remains clean.
  • the high-current contact bush comprises a piston guide, which partially surrounds the piston and allows movement along a piston longitudinal axis.
  • the piston is designed to be movable along the piston longitudinal axis within the piston guide.
  • a spring is arranged between the piston and the piston guide, in order to introduce this damping when inserting the contact pin to the desired position. Only when reaching the end position, the clamping element is closed and held the contact pin accordingly.
  • the spring supports the safe spring back of the piston and thus the spring arms when terminating the contact process.
  • the piston guide and the piston are made of a highly conductive copper alloy and preferably provided by means of a coating.
  • the piston is made of copper with small admixtures of alloying elements such. As nickel, tellurium, beryllium or lead to obtain an optimal combination of electrical and thermal conductivity, spring action and workability.
  • the piston and the piston guide are substantially coated with nickel and / or silver and / or palladium and / or gold in order to obtain a good protection against corrosion, good wear protection and very good contact properties.
  • the piston guide of an electrically insulating, thermally highly resilient material such. As high temperature plastic or ceramic, preferably z. B.
  • PEEK Polyetheretherketone
  • the high-current contact socket has at least one test line arranged between the piston and the piston guide along the piston longitudinal axis for measuring physical properties of the attachable contact pin and / or the high-current contact socket.
  • sensor means are arranged in the clamping element.
  • the sensor means are resiliently mounted, for example, by a bearing on a silicone bed, which is elastically deformable.
  • a four-wire or Kelvinunk can be performed on the introduced contact pin.
  • the four-wire measurement is used in the measurement of electrical resistors with a four-wire connection, if line and connection resistances could falsify the measurement. In the case of the four-wire measuring arrangement, a known electric current flows through the resistor via two of the lines.
  • the voltage dropped across the resistor is tapped at high impedance via two further lines and measured with a voltmeter.
  • the resistance to be measured is calculated from this according to Ohm's law.
  • the principle applies analogously to the current measurement by means of a low-impedance shunt.
  • the unknown current is determined by a known resistance by means of the falling voltage.
  • the lead resistances of the test leads and the contact resistances at the test points between the test specimen and the instrument are compensated.
  • the same principle applies to the use of capacitance or inductance measurements. Only a perfect contacting of the test piece guarantees a high-quality and reproducible measurement.
  • the sensor means is connected by connecting means with the test line and measured data are sent via the test line to a control unit and evaluated there.
  • the sensor means are preferably designed to measure electrical resistances of the contact pin.
  • a further sensor means is mounted between the piston guide and the piston.
  • This further sensor means is connected by further connection means with a further test line.
  • this sensor means is a temperature sensor which bears against the piston.
  • the temperature within the high current contact socket can be measured by means of this further sensor means.
  • test leads and the sensor means for temperature measurement are guided in a specially made groove from the contact surface by the piston to the rear end of the high current contact socket and connected there.
  • the high-current contact bushing preferably has a connection device at the end opposite the contact pin in order to cool the high-current contact bushing by flowing air or gas into the cavity of the piston along the piston longitudinal axis when a predefined temperature of the high-current contact bushing is exceeded by the further sensor means.
  • Test series have shown that when air was supplied at a pressure of 1 bar, the resulting temperature of, for example, 200 ° C could be reduced to 80 ° C without cooling.
  • Figure 1 is an illustration of a high current contact socket according to the invention
  • Figure 2 is a sectional view of the high current contact socket according to the invention
  • FIG. 3 is an illustration of the clamping member of the invention
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of an electrically conductive high current contact socket 1.
  • the high-current contact socket 1 is constructed substantially rotationally symmetrical to a central longitudinal axis 6.
  • the high current contact socket 1 is for receiving a contact pin, not shown in FIG built a recording room 3. Furthermore, the high-current contact socket 1 for establishing an electrical connection is formed even at high currents between the high-current contact socket 1 and the contact pin.
  • the contact pin not shown, presses when supplied in the insertion direction 21 on a distal connection surface 17 of the receiving space 3 and thus moves the receiving space 3 in the insertion direction 21st
  • the receiving space 3 has a clamping element 4.
  • the control cam 20 is formed from a conically tapering wall section whose inner radius decreases from a first inner diameter R1 to a second inner diameter R2 and then merges into a cylindrical section with the diameter R2.
  • the outer diameter R2 has a diameter of 20 to 25 mm and the inner diameter preferably has a diameter of 1 6 to 20 mm.
  • the spring arms extend as shown in Figure 2 and Figure 3 with her Federarmende outward conical, so that the projecting into the high-current contact socket end of the clamping cage 19 has an outer diameter which substantially corresponds to the inner diameter R1 at the upper end of the control cam 20.
  • the spring arms 18 of the clamping cage 19 therefore extend in a slightly curved, conical shape.
  • FIG. 2 shows a sectional view of the high current contact socket 1 according to the invention.
  • an unillustrated contact pin can be inserted into the receiving space 3 of the piston 2.
  • the clamping element 4 which preferably consists of a collet or a clamping cage, the contact pin is held in the piston 2.
  • the piston 2 is inserted by inserting the contact pin in the insertion direction 21 along the Piston longitudinal axis 6 shifted.
  • a spring 8 is arranged between the piston 2 and the piston 2 partially encompassing piston guide 5, a spring 8 is arranged.
  • the spring supports the safe spring back of the piston and thus the spring arms when terminating the contact operation and is used to open the clamping element when Deuttonieren.
  • a housing closure 21 serves to fix the piston guide 5 to a housing 14 of the high current contact socket 1.
  • a piston lock nut 22 fixes the piston 2 and thus prevents the release of the piston 2 from the housing 14.
  • a thread 24 receives the piston lock nut 22 and the lock nut 23.
  • a cable lug is clamped with a line of, for example, greater than 35 mm 2 and connected there. However, smaller cross sections can also be used.
  • the piston 2 is internally provided with a bore which projects completely through the pin, and at the rear end with a hose connection 13.
  • the port 13 and the bore allow cooling of the contact, for example by means of compressed air. This serves to lower the temperature, which are caused at high currents and especially at high cycle times.
  • a test line 7 with a sensor means 1 1 is provided between the piston 2 and the piston guide 5.
  • the sensor means 1 1 preferably measures the temperature as close as possible to the head of the piston 2 and sends the data to a control unit (not shown) which introduces cooling air as a function of the temperature so as not to destroy the contact bushing 1 at higher currents due to high temperature ,
  • a control unit not shown
  • a large surface is achieved, which in combination with the cooling a very good heat dissipation and also on the contact pin (specimen) guaranteed.
  • a test line 7 between the piston 2 and the piston guide 5 is arranged.
  • the sensor 10 associated with the test line 7 is provided in the receiving space 3.
  • the sensor means 10 is resiliently mounted on, for example, silicone, so that a secure contact of the sensor means 10 is made possible with the contact pin and the sensor means 10 is not damaged when inserting the contact pin in the high current contact socket 1.
  • the silicone is preferably suitable for high temperatures.
  • the two test lines 7 and sensor means 10, 1 1 are made of materials which temperatures of min. Withstand 200 ° C.
  • the test leads are preferably a silver-plated copper strand with a polytetrafluoroethylene insulation (PTFE).
  • the sensor means for Kelvinflop is preferably made of a copper alloy, possibly with gold plating, or a silver alloy and the sensor means for measuring temperature of NiCr with a fiberglass insulation.
  • the two sensor means 10, 1 it is possible to generate data such as temperature, resistance or similar parameters of the high current contact socket 1 or the contact pin and react accordingly by means of cooling the high current contact socket.

Landscapes

  • Measuring Leads Or Probes (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung offenbart eine Hochstromkontaktbuchse (1) zur Aufnahme eines Kontaktstifts und zum Herstellen einer elektrischen Verbindung mit dem Kontaktstift. Die Hochstromkontaktbuchse umfasst einen Kolben (2) mit einem Aufnahmeraum (3) und einem um den Aufnahmeraum (3) herum angeordneten radial beweglichen Klemmelement (4) zur klemmenden Aufnahme des Kontaktstifts, und eine Kolbenführung (5), die den Kolben (2) teilweise ummantelt und eine Bewegung entlang einer Kolbenlängsachse (6) ermöglicht. Die Hochstromkontaktbuchse (1) umfasst weiter mindestens eine zwischen dem Kolben (2) und der Kolbenführung (5) entlang der Kolbenlängsachse (6) angeordnete Prüfleitung (7) zum Messen von physikalischen Eigenschaften des anbringbaren Kontaktstifts und/oder der Hochstromkontaktbuchse (1) aufweist.

Description

HOCHSTROMKONTAKTBUCHSE Technisches Gebiet Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hochstromkontaktbuchse zur Aufnahme eines Kontaktstifts und zum Herstellen einer elektrischen Verbindung mit dem Kontaktstift gemäß Anspruch 1 .
Stand der Technik
Kontaktelemente sind vorgesehen, um insbesondere Hochstromverbindungen mit beispielsweise Litzenleiterkabeln sowohl mechanisch als auch elektrisch zuverlässig mit dem entsprechenden Kontaktelement zu verbinden. Dabei muss gewährleistet sein, dass hohe Zugkräfte, mechanische Einflüsse und Vibrationen keine ungewollte Trennung der Verbindung hervorrufen dürfen.
Im Stand der Technik ist es bekannt, dass Litzenleiter mit Crimpverbindungen an Kontaktelementen angebunden werden oder alternativ Litzenleiter mit Kontaktelementen verbindbar sind, bei denen ein kegelförmiges oder zylindrisches Kontaktteil in einem Kontaktelement die Litzenleiter mittels axial oder radial wirkender Kräfte auf eine entsprechend geformte Gegenfläche pressen, wobei die Winkel der Kegelflächen in der Regel gleich sind. Die DE 89 14 460 U1 offenbart ein Kontaktsystem bestehend aus einem Buchsenteil und einem Steckerteil mit federelastischen Kontaktlamellen zur Übertragung von hohen Strömen. Die FR 618 171 A offenbart Vorrichtungen, die geeignet sind zum Klemmen von elektrischen Leitern für elektrische Geräte, bei denen insbesondere ummantelte elektrische Leiter in isolierende Vorrichtungen zur Montage verklemmt werden.
Die EP 3 121 908 A1 offenbart einen Steckverbinder mit einer elektrisch leitfähigen Kontaktbuchse. Die Kontaktbuchse ist durch eine Öffnung in dem Steckverbinder zugänglich. Ein Verschlusselement zur Verschließen der Öffnung ist innerhalb der Kontaktbuchse beweglich gelagert.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Kontaktelemente bzw. Kontaktbuchsen sind nicht für hohe Ströme größer 200 A ausgelegt und werden aufgrund der dadurch resultierenden Überhitzung zerstört.
Beschreibung der Erfindung
Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, unter Einsatz konstruktiv möglichst einfacher Mittel eine für hohe Ströme geeignete Kontaktbuchse bereitzustellen.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den begleitenden Figuren angegeben.
Eine erfindungsgemäße Hochstromkontaktbuchse dient zur Aufnahme eines Kontaktstifts und zur Herstellung einer elektrischen Verbindung mit dem Kontaktstift. Die Hochstromkontaktbuchse umfasst einen Kolben, welcher einen Aufnahmeraum aufweist. Um den Aufnahmeraum ist erfindungsgemäß ein radial bewegliches Klemmelement zur klemmenden Aufnahme des Kontaktstifts angeordnet. Das Klemmelement ist bevorzugt in Form einer Spannzange oder aus einem Klemmkäfig gebildet. Der Klemmkäfig ist bevorzugt aus mehreren sich in Kolbenlängsrichtung erstreckenden federnden Elementen ausgebildet. Eine solche Ausbildung kann dadurch bewerkstelligt werden, dass das Klemmelement z. B. aus einem geschlitzten Klemmkäfig geformt ist. Die Innenwand des Aufnahmeraums, in welchem das Klemmelement gelagert ist, ist mit einer Steuerkurve zum radialen Einschnüren des Klemmelements ausgebildet. Steuerkurve im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet, dass die Federarme des Klemmkäfigs beim Betätigen des Klemmelements von einer Kontaktstifteinführposition in eine Kontaktstiftklemmposition entlang der Steuerkurve so radial nach innen bewegt werden, dass der Öffnungsmechanismus der Öffnung zur Aufnahme des Kontaktstifts verkleinert wird, wodurch das Klemmelement eingeschnürt wird.
Anders ausgedrückt hat die Steuerkurve die Aufgabe, die beweglichen Federarme des Klemmkäfigs so zu betätigen, dass der Kontaktstift beim Übergang von der Kontaktstifteinführposition in die Kontaktstiftklemmposition zunehmend von den Federarmen kraftbeaufschlagt und eingeklemmt wird.
Die Steuerkurve ist bevorzugt so ausgebildet, dass beim Betätigen des Klemmelements die Federarme nach innen betätigt werden, so dass der Klemmkäfig stetig radial eingeschnürt wird. Auf diese Weise ist es möglich, dass bei der Handhabung der Hochstromkontaktbuchse auch unmittelbar spürbar wird, wie beim radialen Einschnüren des Klemmelements die Klemmkraft zum Klemmen des Kontaktstifts stetig zunimmt. Bevorzugt weist der Klemmkäfig oder die Spannzange mindestens zwei Federarme, besonders bevorzugt mindestens vier Federarme auf. Je mehr Federarme, d.h. radiale Unterteilungen vorgesehen sind, desto mehr Anlagepunkte, d.h. Kontaktpunkte zwischen Federarmen und Kontaktstift, können erzielt werden. Um Toleranzen besser ausgleichen zu können, sind ebenfalls möglichst viele Anlagepunkte von Vorteil. Durch die Federarme wird zudem ermöglicht, dass möglicherweise eintretender Schmutz in die Schlitze der Federarme gelangt und somit die eigentliche Kontaktstelle zwischen Hochstromkontaktbuchse und Kontaktstift sauber bleibt.
Weiter umfasst die Hochstromkontaktbuchse eine Kolbenführung, welche teilweise den Kolben ummantelt und eine Bewegung entlang einer Kolbenlängsachse ermöglicht. Der Kolben ist entlang der Kolbenlängsachse innerhalb der Kolbenführung bewegbar ausgebildet. Bevorzugt ist zwischen dem Kolben und der Kolbenführung eine Feder angeordnet, um beim Einbringen des Kontaktstifts diesen dämpfend bis zur gewünschten Position einzubringen. Erst beim Erreichen der Endposition wird das Klemmelement geschlossen und der Kontaktstift entsprechend gehalten. Weiterhin unterstützt die Feder die sichere Rückfederung des Kolbens und damit der Federarme beim Beenden des Kontaktvorganges.
Bevorzugt sind die Kolbenführung und der Kolben aus einer hochleitfähigen Kupferlegierung gefertigt und bevorzugt mittels einer Beschichtung versehen. Bevorzugt ist der Kolben aus Kupfer mit geringen Beimengungen aus Legierungselementen wie z. B. Nickel, Tellur, Beryllium oder Blei um eine optimale Kombination aus elektrischer und thermischer Leitfähigkeit, Federwirkung und Bearbeitbarkeit zu erhalten. Bevorzugt sind der Kolben und die Kolbenführung im Wesentlichen mit Nickel und/oder Silber und/oder Palladium und/oder Gold beschichtet, um einen guten Schutz gegen Korrosion, einen guten Verschleißschutz sowie sehr gute Kontakteigenschaften zu erhalten. In einer weiteren Ausführung ist die Kolbenführung aus einem elektrisch isolierenden, thermisch hochbelastbaren Material wie z. B. Hochtemperaturkunststoff oder Keramik, bevorzugt z. B. aus Polyetheretherketon (PEEK) hergestellt und verfügt somit über eine sehr hohe Temperaturbeständigkeit sowie über eine sehr gute chemische Beständigkeit. So ist PEEK gegenüber fast allen organischen und anorganischen Chemikalien beständig, bis ungefähr 280 °C sogar gegen Hydrolyse. Die Kolbenführung aus PEEK isoliert elektrisch gegenüber spannungsführenden Teilen im Kontaktbereich, z. B. bei erforderlichen Hochspannungsanwendungen.
Weiter weist die Hochstromkontaktbuchse mindestens eine zwischen dem Kolben und der Kolbenführung entlang der Kolbenlängsachse angeordnete Prüfleitung zum Messen von physikalischen Eigenschaften des anbringbaren Kontaktstifts und/oder der Hochstromkontaktbuchse auf. Bevorzugt sind Sensormittel im Klemmelement angeordnet. Die Sensormittel sind federnd angebracht, beispielsweise durch eine Lagerung auf einem Silikonbett, welches elastisch verformbar ist. Mittels dieses Sensormittels kann eine Vierleiter- oder Kelvinmessung am eingebrachten Kontaktstift durchgeführt werden. Die Vierleitermessung wird bei der Messung von elektrischen Widerständen mit einem Vierleiteranschluss eingesetzt, wenn Leitungsund Anschlusswiderstände die Messung verfälschen könnten. Bei der Vierleiter- Messanordnung fließt über zwei der Leitungen ein bekannter elektrischer Strom durch den Widerstand. Die am Widerstand abfallende Spannung wird hochohmig über zwei weitere Leitungen abgegriffen und mit einem Spannungsmessgerät gemessen. Der zu messende Widerstand wird daraus nach dem ohmschen Gesetz berechnet. Das Prinzip gilt analog bei der Strommessung mittels eines niederohmigen Shunts. Hierbei wird die unbekannte Stromstärke durch einen bekannten Widerstand mittels der abfallenden Spannung ermittelt. Bei der Vierleiter- oder Kelvinmessung werden die Zuleitungswiderstände der Messleitungen und die Übergangswiderstände an den Messstellen zwischen Prüfling und Messgerät kompensiert. Für den Einsatz von Kapazitäts- oder Induktivitätsmessungen gilt das gleiche Prinzip. Nur eine einwandfreie Kontaktierung des Prüflings garantiert eine qualitativ hochwertige und reproduzierbare Messung. Um der ständig wachsenden technischen Entwicklung gerecht zu werden, müssen die Anforderungen an die Kontaktierung der Prüflinge stetig angepasst werden. Das Sensormittel ist durch Anschlussmittel mit der Prüfleitung verbunden und gemessene Daten werden über die Prüfleitung an eine Steuereinheit gesendet und dort ausgewertet. Die Sensormittel sind bevorzugt ausgebildet, elektrische Widerstände des Kontaktstifts zu messen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist ein weiteres Sensormittel zwischen der Kolbenführung und dem Kolben angebracht. Dieses weitere Sensormittel ist durch weitere Anschlussmittel mit einer weiteren Prüfleitung verbunden. Bevorzugt ist dieses Sensormittel ein Temperaturfühler, der an dem Kolben anliegt. Mittels dieses weiteren Sensormittels kann insbesondere die Temperatur innerhalb der Hochstromkontaktbuchse gemessen werden.
Bevorzugt werden die Prüfleitungen und das Sensormittel zur Temperaturmessung in einer speziell dafür angefertigten Nut von der Kontaktfläche durch den Kolben an das hintere Ende der Hochstromkontaktbuchse geführt und dort angeschlossen. Das gleiche gilt für die Leitungen der Kelvin-Sensormittel.
Bevorzugt weist die Hochstromkontaktbuchse an dem Kontaktstift gegenüberliegenden Ende eine Anschlussvorrichtung auf, um beim Überschreiten einer vordefinierten Temperatur der Hochstromkontaktbuchse gemessen von dem weiteren Sensormittel die Hochstromkontaktbuchse durch Einströmen von Luft oder Gas in den Hohlraum des Kolbens entlang der Kolbenlängsachse zu kühlen. Durch die aktive Kühlung der Hochstromkontaktbuchse ab einer vordefinierten Temperatur ist es möglich, höhere Ströme, insbesondere Ströme bis zu einem Wert von 1000 Ampere oder mehr, zu ermöglichen. Die sehr gute Kühlung wird nicht nur durch die zentrale Mittelbohrung ermöglicht, sondern auch durch die geschlitzten Lamellen/Federarme, welche eine sehr große Oberfläche aufweisen. Mögliche Verschmutzungen, die sich zwischen den Federarmen ablagern, können durch einen kurzen Luftstoß mit höherem Druck herausgeschleudert werden. Mit der erfindungsgemäßen Hochstromkontaktbuchse entstehen die Vorteile, hohe Ströme zu verwenden, da durch die integrierte Kühlmöglichkeit entstehende Wärme, welche die Hochstromkontaktbuchse beschädigen würde, reduziert werden kann. Somit ist es möglich, zum Beispiel für eine Dauer von 20 Sekunden Ströme von 1500 Ampere zu beaufschlagen oder einen Dauerstrom von 500 Ampere zu beaufschlagen. Testreihen haben ergeben, dass bei einem Zuführen von Luft mit einem Druck von 1 bar die entstandene Temperatur von Beispielsweise 200 °C ohne Kühlung auf 80 °C verringert werden konnte.
Kurze Figurenbeschreibung
Nachfolgend wird ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine Darstellung eine erfindungsgemäßen Hochstromkontaktbuchse; Figur 2 eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Hochstromkontaktbuchse;
und
Figur 3 eine Darstellung des Klemmelements der erfindungsgemäßen
Hochstromkontaktbuchse.
Die Figuren sind lediglich schematische Darstellungen und dienen nur der Erläuterung der Erfindung. Gleiche oder gleichwirkende Elemente sind durchgängig mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Figur 1 zeigt eine schematische Schnittansicht einer elektrisch leitfähigen Hochstromkontaktbuchse 1 . Die Hochstromkontaktbuchse 1 ist im Wesentlichen rotationssymmetrisch zu einer Mittellängsachse 6 aufgebaut. Die Hochstromkontaktbuchse 1 ist zur Aufnahme eines nicht dargestellten Kontaktstifts in einen Aufnahmeraum 3 aufgebaut. Des Weiteren ist die Hochstromkontaktbuchse 1 zum Herstellen einer elektrischen Verbindung auch bei hohen Strömen zwischen der Hochstromkontaktbuchse 1 und dem Kontaktstift ausgebildet. Der nicht dargestellte Kontaktstift drückt bei Zuführung in Steckrichtung 21 auf eine distale Anschlussfläche 17 des Aufnahmeraums 3 und bewegt somit den Aufnahmeraum 3 in Steckrichtung 21 .
Für den Kontaktstift weist der Aufnahmeraum 3 ein Klemmelement 4 auf. Wie in Figur 2 und Figur 3 erkennbar, ist die Steuerkurve 20 aus einem kegelförmig zulaufenden Wandabschnitt ausgebildet, dessen Innenradius von einem ersten Innendurchmesser R1 zu einem zweiten Innendurchmesser R2 abnimmt und anschließend in einem zylinderförmigen Abschnitt mit dem Durchmesser R2 übergeht.
Bevorzugt weist der Außendurchmesser R2 einen Durchmesser von 20 bis 25 mm und der Innendurchmesser bevorzugt einen Durchmesser von 1 6 bis 20 mm auf.
Die Federarme verlaufen wie in Figur 2 und Figur 3 gezeigt mit ihrem Federarmende nach außen konisch, so dass das in die Hochstromkontaktbuchse hineinragendes Ende des Klemmkäfigs 19 einen Außendurchmesser aufweist, der im wesentlichen dem Innendurchmesser R1 am oberen Ende der Steuerkurve 20 entspricht. Die Federarme 18 des Klemmkäfigs 19 verlaufen daher in einer leicht gekrümmten, konischen Form .Durch Verringern des Innendurchmessers des Klemmkäfigs 19 wird der Kontaktstift klemmend im Klemmkäfig 9 gehalten.
Figur 2 zeigt eine Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Hochstromkontaktbuchse 1 . In Steckrichtung 21 kann ein nicht dargestellter Kontaktstift in den Aufnahmeraum 3 des Kolbens 2 eingeführt werden. Mittels des Klemmelements 4, welches bevorzugt aus einer Spannzange oder einem Klemmkäfig besteht, wird der Kontaktstift im Kolben 2 gehalten. Der Kolben 2 wird durch das Einführen des Kontaktstifts in Steckrichtung 21 entlang der Kolbenlängsachse 6 verschoben. Zwischen dem Kolben 2 und der den Kolben 2 teilweise umgreifenden Kolbenführung 5 ist eine Feder 8 angeordnet. Weiterhin unterstützt die Feder die sichere Rückfederung des Kolbens und damit der Federarme beim Beenden des Kontaktvorganges und dient zum Öffnen des Klemmelements beim Dekontaktieren. Ein Gehäuseverschluss 21 dient dazu, die Kolbenführung 5 an einem Gehäuse 14 der Hochstromkontaktbuchse 1 zu fixieren. Eine Kolbenverschlussmutter 22 fixiert den Kolben 2 und verhindert somit das Lösen des Kolbens 2 aus dem Gehäuse 14. Ein Gewinde 24 nimmt die Kolbenverschlussmutter 22 und die Kontermutter 23 auf. Zwischen der Kolbenverschlussmutter 22 und der Kontermutter 23 wird ein nicht dargestellter Kabelschuh mit einer Leitung von beispielsweise größer 35 mm2 geklemmt und dort angeschlossen. Es können allerdings auch kleinere Querschnitte verwendet werden.
Der Kolben 2 ist innen mit einer Bohrung, welche komplett durch den Stift ragt, und am hinteren Ende mit einem Schlauchanschluss 13 versehen. Der Anschluss 13 und die Bohrung ermöglichen ein Kühlen des Kontaktes beispielsweise mittels Druckluft. Dies dient zur Senkung der Temperatur, welche bei hohen Strömen und besonders bei hohen Zykluszeiten hervorgerufen werden. Um die Temperatur des Hochstromkontaktes 1 zu messen und entsprechend Druckluft oder Gas zum Kühlen in den Hochstromkontakt 1 einzuführen, ist zwischen dem Kolben 2 und der Kolbenführung 5 eine Prüfleitung 7 mit einem Sensormittel 1 1 vorgesehen. Das Sensormittel 1 1 misst bevorzugt möglichst nahe am Kopf des Kolbens 2 die Temperatur und sendet die Daten an eine Steuereinheit (nicht dargestellt), welche in Abhängigkeit der Temperatur Kühlluft einführt, um die Kontaktbuchse 1 bei höheren Strömen auf Grund zu hoher Temperatur nicht zu zerstören. Durch das Spannzangenprinzip oder Klemmkäfig wird eine große Oberfläche erreicht, welche in Kombination mit der Kühlung eine sehr gute Wärmeabfuhr und auch am Kontaktstift (Prüfling) gewährleistet. Um auch physikalische Größen wie beispielweise den elektrischen Widerstand mittels Messung z. B. durch eine Vierpol- oder Kelvinmessung am Kontaktstift zu bestimmen, ist eine Prüfleitung 7 zwischen dem Kolben 2 und der Kolbenführung 5 angeordnet. Das zur Prüfleitung 7 gehörige Sensormittel 10 ist im Aufnahmeraum 3 vorgesehen. Das Sensormittel 10 ist federnd auf beispielsweise Silikon gelagert, damit eine sichere Kontaktierung des Sensormittels 10 mit dem Kontaktstift ermöglicht wird und das Sensormittel 10 beim Einbringen des Kontaktstifts in die Hochstromkontaktbuchse 1 nicht beschädigt wird. Das Silikon ist bevorzugt hochtemperaturtauglich.
Die beiden Prüfleitungen 7 und Sensormittel 10, 1 1 sind aus Materialien gefertigt, welche Temperaturen von min. 200 °C standhalten. Bevorzugt sind die Prüfleitungen eine versilberte Kupferlitze mit einer Polytetrafluorethylen-Isolierung (PTFE). Das Sensormittel zur Kelvinmessung ist bevorzugt aus einer Kupferlegierung, ggf. mit Vergoldung, oder einer Silberlegierung und das Sensormittel zur Temperaturmessung aus NiCr mit einer Glasfaserisolierung gefertigt.
Durch die beiden Sensormittel 10, 1 1 ist es möglich, Daten, wie beispielsweise Temperatur, Widerstand oder ähnliche Parameter der Hochstromkontaktbuchse 1 oder des Kontaktstifts zu generieren und entsprechend mittels Kühlung des Hochstromkontaktbuchse darauf zu reagieren.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 Hochstromkontaktbuchse
2 Kolben
3 Aufnahmeraum/ Kontaktieröffnung
4 Klemmelement
5 Kolbenführung
6 Kolbenlängsachse
7.1 Prüfleitung
7.2 weitere Prüfleitung
8 Feder für Kolbenrückführung
9 Gegenlager
10 Sensormittel
1 1 weiteres Sensormittel
12 Ende
13 Anschlussvorrichtung
14 Gehäuse
15 Hohlraum
16 Hauptfeder
17 distale Anschlussfläche
18 Federarm
19 Klemmkäfig
20 Steuerkurve
21 Gehäuseverschluss
22 Kolbenverschlussmutter
23 Kontermutter
24 Gewinde
25 Einführrichtung Kontaktstift

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1 . Hochstromkontaktbuchse (1 ) zur Aufnahme eines Kontaktstifts und zum Herstellen einer elektrischen Verbindung mit dem Kontaktstift, umfassend:
- einen Kolben (2) mit einem Aufnahmeraum (3) und einem um den Aufnahmeraum (3) herum angeordneten beweglichen Klemmelement (4) zur klemmenden Aufnahme des Kontaktstifts, und - eine Kolbenführung (5), die den Kolben (2) teilweise ummantelt und eine Bewegung entlang einer Kolbenlängsachse (6) ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochstromkontaktbuchse (1 ) weiter mindestens eine zwischen dem Kolben (2) und der Kolbenführung (5) entlang der Kolbenlängsachse (6) angeordnete Prüfleitung (7.1 ) zum Messen von physikalischen Eigenschaften des aufnehmbaren Kontaktstifts und/oder der Hochstromkontaktbuchse (1 ) aufweist.
2. Hochstromkontaktbuchse (1 ) nach Anspruch 1 ,
wobei sich das Klemmelement (4) in Form einer Spannzange mittels einer Feder (8) abstützt, wobei die Feder (8) eine Bewegung des Klemmelements (4) dämpft.
3. Hochstromkontaktbuchse (1 ) nach Anspruch 1 oder 2,
wobei an dem Klemmelement (4) mindestens ein federnd angeordnetes Sensormittel (10) angebracht ist, welches nach Aufnahme des Kontaktstifts in die Hochstromkontaktbuchse (1 ) mit dieser in Berührung ist, und das Sensormittel (10) mit der Prüfleitung (7.1 ) verbunden ist und ausgebildet ist, mittels der Prüfleitung (7.1 ) Daten an eine Steuereinheit zu senden.
4. Hochstromkontaktbuchse (1 ) nach Anspruch 3, wobei das Sensormittel (10) zum Messen eines elektrischen Widerstands ausgebildet ist.
5. Hochstromkontaktbuchse (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen dem Kolben (2) und der Kolbenführung (5) eine weitere Prüfleitung (7.2) angeordnet ist und am in die Hochstromkontaktbuchse (1 ) hineinragenden Ende der Prüfleitung (7.2) ein weiteres Sensormittel (1 1 ) angebracht ist, welches ausgebildet ist, physikalische Daten detektiert und mittels der weiteren Prüfleitung (7) an die Steuereinheit zu senden.
6. Hochstromkontaktbuchse (1 ) nach Anspruch 5,
wobei das weitere Sensormittel (1 1 ) zum Messen einer Temperatur ausgebildet ist.
7. Hochstromkontaktbuchse (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Hochstromkontaktbuchse (1 ) am dem Kontaktstift gegenüberliegenden Ende (12) einen Anschlussvorrichtung (13) aufweist, um bei Überschreiten einer vordefinierten Temperatur der Hochstromkontaktbuchse (1 ) diese durch Einströmen von Luft oder Gas in einen Hohlraum (15) des Kolbens (2) entlang der Kolbenlängsachse (6) zu kühlen.
8. Hochstromkontaktbuche (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kolben (2) in Form eines Hohlzylinders ausgebildet ist.
9. Hochstromkontaktbuchse (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kolben (2) und/oder die Kolbenführung (5) im Wesentlichen aus Kupfer mit geringen Beimengungen aus Legierungselementen, insbesondere Nickel, Tellur, Beryllium und/oder Blei, gefertigt ist.
10. Hochstromkontaktbuchse (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kolben (2) und/oder die Kolbenführung (5) mit Nickel und/oder Silber und/oder Palladium und/oder Gold und/oder einer Legierung mit diesen beschichtet sind.
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